DE102006001272B4 - Powertrain for a full hybrid drive and method and means for operating the powertrain - Google Patents
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Abstract
Antriebsstrang für einen Vollhybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug (31) umfassendeine Brennkraftmaschine (2) mit einer Abtriebswelle (8),einen Hauptelektromotor (3), mittels dessen allein eine vorgegebene Leistung zum Bewegen des Kraftfahrzeugs (31) aus dem Stand erzeugbar ist,eine Kupplung (4), mittels derer die Abtriebswelle (8) wahlweise mit dem Hauptelektromotor (3) verbindbar ist,ein mit dem Hauptelektromotor (3) gekoppeltes Getriebe (5), undeinen Zusatzelektromotor (6), der mit der Brennkraftmaschine (2) verbunden ist und mittels dessen die Brennkraftmaschine (2) wenigstens bei einer aktuellen, eine vorgegebene Mindesttemperatur überschreitenden Temperatur der Brennkraftmaschine (2) gestartet werden kann,dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptelektromotor (3) als Starter-Generator ausgebildet ist, daß die vorgegebene Mindesttemperatur größer als 10°C ist, und daß die mechanische Leistung des Zusatzelektromotors nicht dazu ausreicht, die Brennkraftmaschine (2) zuverlässig zu starten, wenn die Betriebstemperatur unter der Mindesttemperatur liegt.A powertrain for a full hybrid drive for a motor vehicle (31) comprising an internal combustion engine (2) having an output shaft (8), a main electric motor (3) by means of which only a predetermined power for moving the motor vehicle (31) from the state can be generated A clutch (4) by means of which the output shaft (8) is selectively connectable to the main electric motor (3), a transmission (5) coupled to the main electric motor (3), and an auxiliary electric motor (6) connected to the internal combustion engine (2) and by means of which the internal combustion engine (2) can be started at least at a current, exceeding a predetermined minimum temperature temperature of the internal combustion engine (2), characterized in that the main electric motor (3) is designed as a starter generator, that the predetermined minimum temperature is greater than 10 ° C, and that the mechanical power of the auxiliary electric motor is not sufficient, the internal combustion engine (2) reliably z Start u when the operating temperature is below the minimum temperature.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Antriebsstrang für einen Vollhybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangs und Mittel zum Betreiben des Antriebsstrangs, insbesondere eine Steuereinrichtung zum Durchführen des Verfahrens.The present invention relates to a powertrain for a full hybrid drive for a motor vehicle, a method for operating the drive train and means for operating the drive train, in particular a control device for carrying out the method.
Hybridantriebe für Kraftfahrzeuge sind wegen ihrer hohen Effizienz und der relativ geringen Emissionen beim Betrieb interessant.Hybrid powertrains for motor vehicles are of interest for their high efficiency and relatively low emissions during operation.
Bei so genannten Vollhybrid-Antrieben sind in einem Antriebsstrang, unter dem im Folgenden allgemein wenigstens die Antriebsquellen und die mit den Antriebsquellen mechanisch zum Antrieb verbundenen Elemente bis zu einem Getriebe verstanden wird, eine Brennkraftmaschine und wenigstens ein Elektromotor als Antriebsquellen vorgesehen, die beide geeignet sind, ein Kraftfahrzeug jeweils allein und in Kombination miteinander zu bewegen.In what are known as full hybrid drives, an internal combustion engine and at least one electric motor are provided as drive sources in a drive train, which is generally understood to mean at least the drive sources and the elements mechanically connected to the drive sources up to a transmission, which are both suitable to move a motor vehicle each alone and in combination with each other.
Aus
Dieser Antriebsstrang hat jedoch den Nachteil, dass als Kupplung eine Anfahrkupplung verwendet werden muss, die verschleißanfällig ist und Platz beansprucht. Darüber hinaus kann in einem Betriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine zwar eine Betriebstemperatur für den Betrieb im stationären Zustand hat, aber steht, und nur der Elektromotor arbeitet, das Starten der Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors durch Schließen der Kupplung zu einem merklichen Drehmoment- oder Drehzahleinbruch führen, der für Insassen eines durch diesen Antriebsstrang angetriebenen Fahrzeugs unkomfortabel ist.However, this drive train has the disadvantage that a startup clutch must be used as the clutch, which is susceptible to wear and takes up space. In addition, in an operating condition in which the internal combustion engine has an operating temperature for steady state operation but is stationary and only the electric motor is operating, starting the internal combustion engine by means of the electric motor by closing the clutch can result in a significant drop in torque or speed that is uncomfortable for occupants of a vehicle powered by this drivetrain.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstrang für einen Vollhybrid-Antrieb und ein Verfahren zum Betrieb des Antriebsstrangs zu schaffen, der bzw. das ein Anlassen der Brennkraftmaschine im betriebswarmem Zustand während des Betriebs des Elektromotors ohne einen deutlichen Drehmoment- oder Drehzahleinbruch erlaubt, sowie Mittel zum Betrieb des Antriebsstrangs bereitzustellen.The present invention is therefore an object of the invention to provide a powertrain for a full hybrid drive and a method for operating the powertrain, which allows a starting the engine in the hot state during operation of the electric motor without a significant torque or speed drop , as well as means for operating the powertrain provide.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsstrang für einen Vollhybrid-Antrieb für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere einem Antriebsstrang, der umfasst: eine Brennkraftmaschine mit einer Abtriebswelle, einen Hauptelektromotor, mittels dessen allein eine vorgegebene Leistung zum Bewegen des Kraftfahrzeugs aus dem Stand erzeugbar ist, eine Kupplung, mittels derer die Abtriebswelle wahlweise mit dem Hauptelektromotor verbindbar ist, ein mit dem Hauptelektromotor gekoppeltes Getriebe, und einen Zusatzelektromotor, der mit der Brennkraftmaschine verbunden ist und mittels dessen die Brennkraftmaschine wenigstens bei einer aktuellen, eine vorgegebene Mindesttemperatur überschreitenden Temperatur der Brennkraftmaschine gestartet werden kann.The object is achieved by a drive train for a full hybrid drive for a motor vehicle with the features of
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang verfügt also als Drehmomentquellen zum einen über die Brennkraftmaschine, die eine Brennkraftmaschine eines beliebigen Typs bzw. ein Verbren nungsmotor sein kann. Beispielsweise kann es sich um Otto-, Wankel- oder Dieselmotoren handeln. Es können auch zum Beispiel mit Turbolader oder Kompressor ausgestattete Motoren verwendet werden. Weiter können beispielsweise Verbrennungsmotoren mit Saugrohreinspritzung oder Direkteinspritzung verwendet werden. Für die Steuerung bzw. den Betrieb der Brennkraftmaschine kann ein Steuergerät, das auch als Betriebseinrichtung für die Brennkraftmaschine aufgefasst werden kann, vorgesehen sein, das insbesondere in konventioneller Weise die Brennkraftmaschine steuert.The drive train according to the invention thus has as torque sources on the one hand via the internal combustion engine, which may be an engine of any type or a combus tion engine. For example, it may be gasoline, Wankel or diesel engines. Turbocharged or supercharged engines may also be used, for example. Further, for example, internal combustion engines can be used with intake manifold injection or direct injection. For the control or the operation of the internal combustion engine, a control device, which can also be understood as an operating device for the internal combustion engine, may be provided which controls the internal combustion engine, in particular in a conventional manner.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang verfügt weiter über den Hauptelektromotor, mittels dessen allein eine vorgegebene Leistung erzeugbar ist. Die Leistung ist so gewählt, dass sie, gegebenenfalls nach Umsetzung des abgegebenen Drehmoments durch das Getriebe, zum Bewegen des Kraftfahrzeugs aus dem Stand ausreicht. Vorzugsweise kann der Hauptelektromotor eine Leistung von mehr als 15 kW aufweisen. Weiterhin kann es sich vorzugsweise um einen elektrischen Motor handeln, der mit Hochspannung betrieben wird, unter der im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Spannung größer als 60 V verstanden wird.The drive train according to the invention further has the main electric motor, by means of which only a predetermined power can be generated. The power is selected so that it is sufficient to move the motor vehicle from the stand, possibly after implementation of the torque output by the transmission. Preferably, the main electric motor may have a power of more than 15 kW. Furthermore, it can preferably be an electric motor which is operated with high voltage, in the context of the present invention, a voltage greater than 60 V is understood.
Der Hauptelektromotor, genauer dessen rotierende Welle, ist mit dem Getriebe, genauer dessen Eingangswelle, mechanisch zur Übertragung von Drehmomenten verbunden, so dass nach dem Getriebe je nach Wahl der Übersetzung ein entsprechendes Drehmoment zur Verfügung stehen kann.The main electric motor, more precisely its rotating shaft, is mechanically connected to the transmission, more precisely its input shaft, for transmitting torques, so that a corresponding torque can be available after the transmission, depending on the choice of the ratio.
Eine Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Kurbelwelle, ist mit dem Hauptelektromotor, genauer dessen rotierender Welle, über die Kupplung gekoppelt, mittels derer die Abtriebswelle mit dem Hauptelektromotor wahlweise zur Übertragung von Drehmomenten verbindbar ist. Die Kupplung kann dabei insbesondere auch eine beispielsweise elektrische oder hydraulische Betriebs- bzw. Betätigungseinrichtung umfassen, mittels derer durch Zuführung geeigneter, vorzugsweise elektrischer Kupplungssteuersignale die Kupplung ein- oder ausgekuppelt werden kann. Vorzugsweise ist die rotierende Welle, d.h. die Abtriebswelle, des Hauptelektromotors an einem Ende mit der Kupplung und an dem anderen Ende mit dem Getriebe verbunden, so dass sich eine lineare Anordnung ergibt. Bei eingekoppelter bzw. eingerückter Kupplung können sich so die Drehmomente der Brennkraftmaschine und des Hauptelektromotors summieren, so dass insofern ein Parallelhybrid-Antrieb verwirklicht werden kann, bei dem, je nach Zustand der Kupplung, die Brennkraftmaschine, der Hauptelektromotor oder beide das notwendige Drehmoment bereitstellen. An output shaft of the internal combustion engine, for example a crankshaft, is coupled to the main electric motor, more precisely its rotating shaft, via the clutch, by means of which the output shaft can be selectively connected to the main electric motor for the transmission of torques. The coupling may in particular also include, for example, an electrical or hydraulic operating or actuating device, by means of which by coupling suitable, preferably electrical clutch control signals, the clutch can be engaged or disengaged. Preferably, the rotating shaft, ie the output shaft of the main electric motor is connected at one end to the clutch and at the other end to the transmission, so that there is a linear arrangement. When coupled or engaged clutch so the torques of the engine and the main electric motor can sum so that so far a parallel hybrid drive can be realized in which, depending on the state of the clutch, the internal combustion engine, the main electric motor or both provide the necessary torque.
Der Hauptelektromotor ist weiter in Abhängigkeit von der verwendeten Brennkraftmaschine so ausgelegt, dass er zum Anlassen der Brennkraftmaschine auch in kaltem Zustand, d.h. bei einer Temperatur unterhalb der Mindesttemperatur geeignet ist, wozu die Kupplung eingekuppelt sein muss.The main electric motor is further designed, depending on the internal combustion engine used, to use it for starting the internal combustion engine also in the cold state, i. is suitable at a temperature below the minimum temperature, for which the clutch must be engaged.
Wenn die Brennkraftmaschine in einer Betriebsphase, in der sie bereits die Betriebstemperatur erreicht hat, aber abgeschaltet ist, von dem Hauptelektromotor wieder angelassen würde, könnte ein merklicher Drehmomentverlust an der Abtriebswelle des Getriebes auftreten, der vermieden werden soll.If the internal combustion engine were restarted by the main electric motor in an operating phase in which it has already reached the operating temperature but is switched off, a noticeable loss of torque could occur at the output shaft of the transmission, which should be avoided.
Daher ist der Zusatzelektromotor vorgesehen, der mit der Brennkraftmaschine, genauer einer zum Anlassen geeigneten Welle der Brennkraftmaschine, beispielsweise der Kurbelwelle, mechanisch zur Übertragung von Drehmomenten verbunden und so ausgelegt ist, dass er zum Starten bzw. Anlassen der Brennkraftmaschine geeignet ist, wenn die Brennkraftmaschine mindestens eine Temperatur aufweist, die die vorgegebenen Mindesttemperatur überschreitet. Die Temperatur der Brennkraftmaschine kann beispielsweise durch die Öltemperatur oder die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine bei stationärem Dauerbetrieb gegeben sein. Die vorgegebene Mindesttemperatur, die Leistung des Zusatzelektromotors und ein Übersetzungsverhältnis eines gegebenenfalls vorhandenen Getriebes zwischen der Brennkraftmaschine und dem Zusatzelektromotor werden in Abhängigkeit voneinander gewählt. Grundsätzlich muss der Zusatzelektromotor die Brennkraftmaschine starten können, wenn deren Temperatur die Mindesttemperatur überschreitet. Weiter wird die Mindesttemperatur so gewählt, dass sie die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine bei stationärem Betrieb unterschreitet. Vorzugsweise ist die Mindesttemperatur um wenigstens 10°C, besonders bevorzugt um wenigstens 20°C kleiner als die normale Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine im stationären Betrieb. Um den Zusatzelektromotor möglichst klein wählen zu können, aber einen Start durch denselben möglichst frühzeitig in einem Betriebszyklus zu ermöglichen, wird eine Mindesttemperatur größer als 10°C, besonders bevorzugt größer als 15°C, ganz besonders bevorzugt größer als 30°C gewählt.Therefore, the auxiliary electric motor is provided, which is mechanically connected to the internal combustion engine, more specifically a suitable for starting shaft of the internal combustion engine, such as the crankshaft for transmitting torque and is designed so that it is suitable for starting or starting the internal combustion engine, if the internal combustion engine has at least one temperature exceeding the predetermined minimum temperature. The temperature of the internal combustion engine can be given, for example, by the oil temperature or the cooling water temperature of the internal combustion engine during steady-state continuous operation. The predetermined minimum temperature, the power of the auxiliary electric motor and a gear ratio of an optionally existing transmission between the internal combustion engine and the additional electric motor are selected as a function of each other. In principle, the auxiliary electric motor must be able to start the internal combustion engine if its temperature exceeds the minimum temperature. Further, the minimum temperature is chosen so that it falls below the operating temperature of the internal combustion engine during steady-state operation. Preferably, the minimum temperature is at least 10 ° C, more preferably at least 20 ° C smaller than the normal operating temperature of the internal combustion engine in steady-state operation. In order to be able to select the auxiliary electric motor as small as possible, but to enable a start by the same as early as possible in an operating cycle, a minimum temperature greater than 10 ° C, more preferably greater than 15 ° C, most preferably greater than 30 ° C.
Der Zusatzmotor weist weiter eine mechanische Leistung auf, die nicht dazu ausreicht, die Brennkraftmaschine in kaltem Zustand zuverlässig zu starten. Ein solcher Zusatzelektromotor kann durch den Verzicht auf die Kaltstartfähigkeit vergleichsweise klein, leicht und kompakt sein, so dass ein kompakter Aufbau mit einer einfachen und daher kostengünstigen Ansteuerung erzielt werden kann. Die maximale elektrische Antriebsleistung des Zusatzelektromotors liegt dabei vorzugsweise im Bereich kleiner als 5 kW.The auxiliary engine further has a mechanical power that is insufficient to reliably start the engine in a cold state. By eliminating the cold start capability, such an additional electric motor can be comparatively small, lightweight and compact, so that a compact design with a simple and therefore cost-effective control can be achieved. The maximum electric drive power of the auxiliary electric motor is preferably in the range less than 5 kW.
Die mechanische Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Zusatzelektromotor kann eine weitere Kupplung aufweisen, um Brennkraftmaschine und Zusatzelektromotor zu trennen, oder kupplungslos sein, d.h. eine genannte weitere Kupplung nicht aufweisen, so dass die Verbindung permanent ist.The mechanical connection between the internal combustion engine and the auxiliary electric motor may have another clutch to separate the internal combustion engine and the auxiliary electric motor, or be clutchless, i. do not have a said further coupling, so that the connection is permanent.
Zum Starten der Brennkraftmaschine in einem Zustand, in dem die Temperatur die Mindesttemperatur überschreitet, insbesondere im betriebswarmen Zustand, kann nun während des Betriebs des Hauptelektromotors bei ausgekuppelter bzw. ausgerückter Kupplung die Brennkraftmaschine mittels des Zusatzelektromotors gestartet werden, ohne dass der Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Hauptelektromotor beeinträchtigt wird. Eine merkliche Drehmomentänderung, insbesondere ein merklicher Drehmomenteinbruch, kann so vermieden werden.To start the internal combustion engine in a state in which the temperature exceeds the minimum temperature, especially in the warm operating condition, the internal combustion engine can now be started by means of the auxiliary electric motor during operation of the main electric motor with disengaged or disengaged clutch without the drive of the motor vehicle by the Main electric motor is affected. A noticeable torque change, in particular a noticeable torque drop, can thus be avoided.
Um ein schnelles und energiesparendes Starten der Brennkraftmaschine zu gestatten, wird als Brennkraftmaschine mit Steuergerät vorzugsweise eine start-stop-fähige Brennkraftmaschine mit entsprechendem Steuergerät verwendet. Dabei kann der Kolbenstand in den Zylindern der entsprechenden Brennkraftmaschine ermittelt und zum Start in denjenigen Zylinder zuerst Kraftstoff eingespritzt und dann gezündet werden, in dem sich der Kolben in Arbeitsstellung befindet. Solche start-stop-fähigen Brennkraftmaschinen sind beispielsweise in
Grundsätzlich kann als Hauptelektromotor ein beliebiger Elektromotor entsprechender Leistung oder einen Kombination von mehreren Elektromotoren verwendet werden. Insbesondere kann ein Synchron- oder Asynchronmotor eingesetzt werden. Um jedoch ein Laden eines Energiespeichers, aus dem der Hauptelektromotor mit Energie versorgt wird, in einfacher Weise zu erlauben, umfasst der Antriebsstrang den Hauptelektromotor vorzugsweise in Form eines Starter-Generators. Unter einem Starter-Generator wird dabei im Rahmen der Erfindung allgemein eine elektrische Maschine oder eine Kombination von elektrischen Maschinen verstanden, die sowohl als Antrieb bzw. Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Mit anderen Worten ist der Hauptelektromotor vorzugsweise ein Starter-Generator, wobei der Antriebsstrang wenigstens eine zusätzliche Schaltung umfassen kann, mittels derer der Hauptelektromotor wahlweise als Antrieb oder als Generator genutzt werden kann. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass so ein kompakter und einfacher Aufbau des Antriebsstrangs erzielt werden kann. Besonders bevorzugt ist wenigstens ein mechanischer Teil der Kupplung in den Rotor des Starter-Generators integriert.Basically, as the main electric motor, any electric motor corresponding power or a combination of multiple electric motors. In particular, a synchronous or asynchronous motor can be used. However, in order to allow charging of an energy store, from which the main electric motor is supplied with energy, in a simple manner, the drive train preferably comprises the main electric motor in the form of a starter-generator. In the context of the invention, a starter generator is generally understood to mean an electric machine or a combination of electric machines, which can be operated both as drive or motor and as generator. In other words, the main electric motor is preferably a starter-generator, wherein the drive train may comprise at least one additional circuit, by means of which the main electric motor can be used either as a drive or as a generator. This embodiment has the advantage that such a compact and simple construction of the drive train can be achieved. Particularly preferably, at least one mechanical part of the clutch is integrated into the rotor of the starter-generator.
Prinzipiell kann der Hauptelektromotor in beliebiger Weise mit dem Getriebe, genauer dessen Eingangswelle, gekoppelt sein. Beispielsweise ist bei Verwendung eines Getriebes mit kontinuierlich änderbarer Übersetzung (sog. CVT-Getriebe) eine Kopplung über eine schaltbare Kupplung denkbar. Vorzugsweise ist jedoch der Hauptelektromotor mit dem Getriebe schaltkupplungslos gekoppelt. Besonders bevorzugt ist allenfalls eine starre Kupplung vorgesehen. Da der Elektromotor zum Anfahren geeignet und über die Kupplung mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, ist eine schaltbare Kupplung vor dem Getriebe nicht notwendig. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zum einen ein besonders einfacher, leichter Aufbau erzielt werden kann.In principle, the main electric motor can be coupled in any way with the transmission, more precisely its input shaft. For example, when using a transmission with a continuously variable transmission (so-called CVT transmission), a coupling via a shiftable clutch is conceivable. Preferably, however, the main electric motor is coupled to the transmission clutchless. At best, at most a rigid coupling is provided. Since the electric motor is suitable for starting and connected via the clutch with the internal combustion engine, a switchable clutch in front of the transmission is not necessary. This embodiment has the advantage that on the one hand a particularly simple, lightweight construction can be achieved.
Als Getriebe können grundsätzliche beliebige Getriebe mit diskreten Übersetzungsstufen oder kontinuierlich änderbarer Übersetzung verwendet werden. Als Getriebe können beispielsweise Schaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe oder Automatikgetriebe verwendet werden. Vorzugsweise ist das Getriebe ein wandlerloses Getriebe, insbesondere ein wandlerloses Automatikgetriebe. Darunter wird verstanden, dass das Getriebe, insbesondere wenn es sich um ein Automatikgetriebe handelt, keinen, insbesondere hydrodynamischen, Wandler aufweist. Dies hat den Vorteil, dass zum einen ein sehr einfacher Aufbau des Getriebes erreicht wird und zum anderen Leistungsverluste, insbesondere Schlupfverluste, und eine ungünstiges dynamisches Verhalten durch Verwendung des Wandlers vermieden werden.As a transmission can be used basically any gear with discrete gear ratios or continuously variable ratio. As a transmission, for example, manual transmission, automated manual, dual-clutch or automatic transmission can be used. Preferably, the transmission is a converterless transmission, in particular a converterless automatic transmission. This is understood to mean that the transmission, in particular if it is an automatic transmission, has no, in particular hydrodynamic, converter. This has the advantage that, on the one hand, a very simple construction of the transmission is achieved and, on the other hand, power losses, in particular slip losses, and unfavorable dynamic behavior due to the use of the converter are avoided.
Insbesondere kann das Getriebe ein Planetengetriebe umfassen. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise einen einfachen und kompakten Aufbau des Getriebes, das vorzugsweise auch als Automatikgetriebe ausgebildet sein kann.In particular, the transmission may comprise a planetary gear. This advantageously allows a simple and compact construction of the transmission, which can preferably also be designed as an automatic transmission.
Prinzipiell kann als Kupplung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Hauptelektromotor eine beliebige schaltbare Kupplung verwendet werden, mittels derer die Abtriebswelle wahlweise in Abhängigkeit von elektrischen Kupplungssteuersignalen von dem Hauptelektromotor getrennt oder mit diesem verbunden werden kann. Vorzugsweise ist die Kupplung jedoch eine Trennkupplung. Unter einer Trennkupplung wird hierbei eine Kupplung verstanden, die dazu geeignet ist, dauerhaft wahlweise zwei Wellen mit etwa gleicher Drehzahl miteinander zu koppeln oder voneinander zu entkoppeln, nicht jedoch dauerhaft bzw. sehr häufig Wellen mit stark unterschiedlichen Drehzahlen. In principle, any switchable clutch can be used as a coupling between the internal combustion engine and the main electric motor, by means of which the output shaft can be selectively separated from or connected to the main electric motor as a function of electrical clutch control signals. Preferably, however, the clutch is a disconnect clutch. Under a clutch is in this case a clutch understood that is suitable to permanently connect two waves with approximately the same speed to each other or decouple from each other, but not permanently or very often waves with very different speeds.
Eine solche Kopplung bei stark unterschiedlichen Drehzahlen tritt beispielsweise bei bekannten Antriebssträngen beim Anfahren auf. Insbesondere werden unter Trennkupplungen schaltbare Kupplungen verstanden, die aufgrund ihrer mechanischen Ausbildung oder der Ansteuerung im wesentlichen nur zwei Zustände, den voll eingekuppelten oder den ausgekuppelten, einnehmen können. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Trennkupplungen kompakter aufgebaut sind, so dass die Trennkupplung weniger Platz beansprucht. Insbesondere eignen sie sich auch besser zur Integration in einen Starter-Generator.Such a coupling at very different speeds occurs, for example, in known drive trains during startup. In particular, disconnecting clutches are understood to be switchable clutches which, owing to their mechanical design or the activation, can occupy essentially only two states, the fully engaged or disengaged. This embodiment has the advantage that separating clutches are made more compact, so that the separating clutch takes up less space. In particular, they are also better suited for integration in a starter generator.
Als Zusatzelektromotor zum Starten der betriebswarmen Brennkraftmaschine kann prinzipiell jeder Elektromotor hinreichender Leistung verwendet werden. Es ist jedoch bei dem Antriebsstrang bevorzugt, dass der Zusatzelektromotor zum Betrieb mit Niederspannung ausgebildet ist. Unter Niederspannung wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Spannung, vorzugsweise Gleichspannung, kleiner als 60 V, vorzugsweise von maximal 36 V, verstanden. Ein kalter Zustand der Brennkraftmaschine liegt vor, wenn deren aktuelle Temperatur die Mindesttemperatur unterschreitet.In principle, any electric motor of sufficient power can be used as an additional electric motor for starting the operating-temperature internal combustion engine. However, it is preferred in the powertrain that the auxiliary electric motor is designed to operate with low voltage. Under low voltage is in the context of the present invention, a voltage, preferably DC voltage, less than 60 V, preferably of a maximum of 36 V understood. A cold state of the internal combustion engine is present when their current temperature falls below the minimum temperature.
Besonders bevorzugt ist der Zusatzelektromotor als Starter-Generator ausgeführt. Hierzu kann dieser insbesondere elektrische mit einer Betriebseinrichtung verbunden, mittels derer er wahlweise, insbesondere auf entsprechende Zusatzelektromotor-Signale, als Antrieb oder Generator betrieben werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Zusatzelektromotor auch zur Energiegewinnung genutzt werden kann, wenn die Brenn kraftmaschine arbeitet. Insbesondere bei Verwendung eines Zusatzelektromotors, der direkt oder am gleichspannungsseitigen Eingang eines Wechselrichters mit dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zu verbinden ist, kann so eine Ladung einer Batterie des Bordnetzes oder eine Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie einfach erfolgen.Particularly preferably, the auxiliary electric motor is designed as a starter-generator. For this purpose, this particular electrical connected to an operating device, by means of which he can optionally, in particular to corresponding auxiliary electric motor signals, as a drive or generator can be operated. This has the advantage that the additional electric motor can also be used to generate energy when the internal combustion engine is working. In particular, when using an auxiliary electric motor, which is to be connected directly or at the DC side input of an inverter to the electrical system of the motor vehicle, so a charge of a battery of the electrical system or a supply the on-board network with electrical energy easily done.
Die Verbindung des Zusatzelektromotors mit der Brennkraftmaschine kann dabei über ein beliebiges Getriebe und/oder eine nicht-schaltbare oder schaltbare Kupplung erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist bei dem Antriebsstrang ein Zugmittel- oder Reibgetriebe vorgesehen, das den Zusatzelektromotor mit der Brennkraftmaschine verbindet. Als Zugmittel können beispielsweise Riemen, insbesondere Flach-, Keil- oder Zahnriemen, oder Ketten in Betracht kommen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Zusatzelektromotor neben der Brennkraftmaschine angeordnet werden kann, wobei die Welle des Zusatzelektromotors und die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine vorzugsweise wenigstens näherungsweise parallel verlaufen können, und damit der Platzbedarf reduziert wird. Darüber hinaus können bei Verwendung eines Riemenantriebs bereits bekannte Motorblöcke für die Brennkraftmaschine verwendet werden, ohne dass erhebliche Änderungen notwendig wären.The connection of the auxiliary electric motor with the internal combustion engine can be done via any gear and / or a non-switchable or switchable coupling. In a preferred embodiment, a traction mechanism or friction gear is provided in the drive train, which connects the auxiliary electric motor with the internal combustion engine. As a traction means, for example, belts, in particular flat, wedge or toothed belts, or chains come into consideration. This embodiment has the advantage that the auxiliary electric motor can be arranged next to the internal combustion engine, wherein the shaft of the auxiliary electric motor and the output shaft of the internal combustion engine can preferably run at least approximately parallel, and thus the space requirement is reduced. In addition, when using a belt drive already known engine blocks for the internal combustion engine can be used without significant changes would be necessary.
Besonders bevorzugt wird ein Riemenantrieb mit steuerbarer Riemenspannung verwendet, was den Vorteil hat, dass die Riemenspannung je nach Betriebsart des Zusatzelektromotors eingestellt werden kann.Particularly preferred is a belt drive with controllable belt tension is used, which has the advantage that the belt tension can be adjusted depending on the operating mode of the auxiliary electric motor.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist bei dem Antriebsstrang ein Zahnradgetriebe vorgesehen, das den Zusatzelektromotor mit der Brennkraftmaschine verbindet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass kein Schlupf wie bei Riemen- oder Reibradgetrieben auftritt und so eine hohe Effizienz erzielt wird. Darüber hinaus können in vorteilhafter Weise hier auch bekannte Motorblöcke von Brennkraftmaschinen für nichthybride Antriebe verwendet werden, wenn der Zusatzelektromotor über das Zahnradgetriebe mit der Welle der Brennkraftmaschine gekoppelt wird, über die sonst das Drehmoment des Anlassers eingeleitet wird.According to another embodiment, a gear transmission is provided in the drive train, which connects the auxiliary electric motor with the internal combustion engine. This embodiment has the advantage that no slippage occurs as in belt or friction gear and thus a high efficiency is achieved. In addition, advantageously known engine blocks of internal combustion engines can be used for non-hybrid drives, when the auxiliary electric motor is coupled via the gear transmission with the shaft of the internal combustion engine, via which the torque of the starter is otherwise initiated.
Vorzugsweise ist eine Einrichtung vorgesehen, mittels derer der Zusatzelektromotor mit einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs zur Ladung einer Bordnetzbatterie verbunden ist. Bei dieser Einrichtung kann es sich insbesondere um eine Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor handeln, die auch für den Betrieb als Antrieb dient und je nach Typ des Motors einen Wechselrichter umfassen kann. Diese Weiterbildung erlaubt vorteilhaft ein Laden des Bordnetzes über den Zusatzelektromotor, wenn dieser als Starter-Generator ausgebildet ist.Preferably, a device is provided, by means of which the additional electric motor is connected to an electrical system of the motor vehicle for charging a vehicle power supply battery. In particular, this device can be an operating device for the additional electric motor, which also serves for operation as a drive and may include an inverter depending on the type of motor. This development advantageously allows a charging of the electrical system via the additional electric motor, if this is designed as a starter-generator.
Besonders bevorzugt ist der als Starter-Generator ausgebildete Zusatzelektromotor mit einem, vorzugsweise vom Bordnetz getrennten, Energiespeicher zur schnellen Speicherung erzeugter und Abgabe gespeicherter elektrischer Energie verbunden. Unter einer Trennung vom Bordnetz wird dabei verstanden, dass der Energiespeicher für den Zusatzelektromotor nicht unmittelbar, sondern allenfalls über Spannungswandler mit dem Bordnetz verbunden ist. Diese Ausführungsform hat zum einen den Vorteil, dass bei Anlassen der Brennkraftmaschine mit dem Zusatzelektromotor zunächst Energie aus dem Energiespeicher verwendet werden kann, so dass ein durch das Anlassen hervorgerufener, wesentlicher Spannungsabfall im Bordnetz nicht auftreten wird. Darüber hinaus kann ein Energiespeicher verwendet werden, der bei einer höheren Betriebsspannung als das Bordnetz arbeitet, was die Größe der auftretenden Ströme zu einer Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor begrenzt. Vorzugsweise umfasst der Energiespeicher einen so genannten Doppelschichtkondensator („Double Layer Capacitor“, auch als „Ultra Cap“ bezeichnet) der oft sehr schnell geladen und entladen werden kann, ohne Schaden zu nehmen.Particularly preferably, the additional electric motor designed as a starter-generator is connected to a, preferably separate from the electrical system, energy storage for rapid storage generated and output stored electrical energy. Under a separation from the electrical system is understood that the energy storage for the auxiliary electric motor is not directly connected, but at most via voltage converter to the electrical system. On the one hand, this embodiment has the advantage that when the internal combustion engine is started with the additional electric motor, energy can first be used from the energy store, so that a substantial voltage drop in the vehicle electrical system caused by starting will not occur. In addition, an energy storage can be used, which operates at a higher operating voltage than the electrical system, which limits the size of the currents occurring to an operating device for the auxiliary electric motor. Preferably, the energy storage comprises a so-called double-layer capacitor ("double-layer capacitor", also referred to as "ultra-cap") which can often be charged and discharged very quickly without being damaged.
Um auch ein Laden einer Bordnetzbatterie zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass der Zusatzelektromotor oder eine Betriebseinrichtung für diesen über eine elektrisch steuerbare Umschalteinheit mit dem Energiespeicher verbunden ist, dass die Umschalteinheit auf entsprechende Umschaltsignale den Zusatzelektromotor bzw. die Betriebseinrichtung entweder mit dem Energiespeicher oder einem Ausgang zu einem Bordnetz verbindet, und dass der Zusatzelektromotor so ausgelegt ist, dass er bei Betrieb als Generator bei entsprechender Stellung der elektrischen Umschalteinheit das Bordnetz ohne einen zusätzlichen Spannungswandler, insbesondere einen Gleichspannungswandler, versorgen kann. Dies hat den Vorteil, dass einerseits bei Betrieb des Zusatzelektromotors als Antrieb deutlich geringere Ströme auftreten, andererseits aber auch eine Versorgung des Bordnetzes ohne Verluste durch eine Spannungswandlung möglich ist.In order to enable charging of a vehicle electrical system battery, it is preferred that the additional electric motor or an operating device for this is connected via an electrically controllable switching unit with the energy storage, that the switching unit to appropriate switching signals the additional electric motor or the operating device with either the energy storage or a Output to a vehicle electrical system connects, and that the auxiliary electric motor is designed so that it can supply the on-board network without an additional voltage converter, in particular a DC-DC converter when operating as a generator with a corresponding position of the electrical switching unit. This has the advantage that on the one hand when operating the auxiliary electric motor as drive significantly lower currents occur, but on the other hand, a supply of the on-board network without losses by a voltage conversion is possible.
Weiter ist es bevorzugt, dass der Antriebsstrang einen mit einem Energiespeicher zur Versorgung des Hauptelektromotors verbundenen Spannungswandler aufweist, der von dem Energiespeicher gelieferte Spannung auf die Spannung eines vorgegebenen Bordnetzes des Kraftfahrzeugs umsetzt. Diese Ausführungsform erlaubt es in vorteilhafter Weise, auch bei stehender Brennkraftmaschine das Bordnetz mit Spannung zu versorgen.Further, it is preferred that the drive train has a voltage converter connected to an energy storage device for supplying the main electric motor, which converts the voltage supplied by the energy store to the voltage of a predetermined vehicle electrical system of the motor vehicle. This embodiment allows advantageously to supply the electrical system with voltage even when the internal combustion engine.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Vollhybrid-Antriebs mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, d.h. einem Antriebsstrang umfassend eine Brennkraftmaschine mit einer Abtriebswelle, einen Hauptelektromotor, mittels dessen allein eine vorgegebene Leistung zum Bewegen des Kraftfahrzeugs aus dem Stand erzeugbar ist, eine Kupplung, mittels derer die Abtriebswelle wahlweise mit dem Hauptelektromotor verbindbar ist, ein mit dem Hauptelektromotor gekoppeltes Getriebe, und einen Zusatzelektromotor, der mit der Brennkraftmaschine verbunden ist und mittels dessen die Brennkraftmaschine wenigstens bei einer aktuellen, eine vorgegebene Mindesttemperatur überschreitenden Temperatur der Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Bei dem Verfahren werden Temperatursignale, die eine Temperatur der Brennkraftmaschine wiedergeben, erfasst, und bei stehender Brennkraftmaschine, arbeitendem Hauptelektromotor, einer erfassten Temperatur, die die vorgegebene Mindesttemperatur überschreitet, sowie bei Erfüllung wenigstens einer weiteren vorgegebenen Betriebsbedingung werden Steuersignale für eine Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor gebildet und an diese abgegeben, so dass der Zusatzelektromotor die Brennkraftmaschine startet.The object is further achieved by a method having the features of the claim and in particular a method for operating a full hybrid drive with a drive train according to the invention, ie a drive train comprising an internal combustion engine with an output shaft, a main electric motor, by means of which alone a predetermined power for moving the Motor vehicle from the state can be generated, a clutch by means of which the output shaft is selectively connectable to the main electric motor, coupled to the main electric motor gearbox, and an additional electric motor which is connected to the internal combustion engine and by means of which the internal combustion engine at least at a current, a predetermined Minimum temperature exceeding temperature of the internal combustion engine can be started. In the method, temperature signals representing a temperature of the internal combustion engine are detected, and control signals for an operating device for the auxiliary electric motor are formed when the internal combustion engine, the main electric motor, a detected temperature exceeds the predetermined minimum temperature, and at least one further predetermined operating condition and delivered to this, so that the auxiliary electric motor starts the engine.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs und insbesondere eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines Vollhybrid-Antriebs mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang, d.h. einem Antriebsstrang umfassend eine Brennkraftmaschine mit einer Abtriebswelle, einen Hauptelektromotor, mittels dessen eine vorgegebene Leistung zum Bewegen des Kraftfahrzeugs aus dem Stand erzeugbar ist, eine mit der Abtriebswelle und dem Hauptelektromotor verbundene Kupplung, mittels derer die Abtriebswelle wahlweise mit dem Hauptelektromotor verbindbar ist, ein mit dem Hauptelektromotor gekoppeltes Getriebe, und einen Zusatzelektromotor, der mit der Brennkraftmaschine verbunden ist und mittels dessen die Brennkraftmaschine wenigstens bei einer aktuellen, eine vorgegebene Mindesttemperatur überschreitenden Temperatur der Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Die Steuereinrichtung weist wenigstens einen Ausgang zur Abgabe von Hauptelektromotor-Signalen an eine Betriebseinrichtung zum Betrieb des Hauptelektromotors, zur Abgabe von Kupplungssteuersignalen zum Aus- oder Einkuppeln der Kupplung, zur Abgabe von Zusatzelektromotor-Signalen an eine Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor, zur Abgabe von Signalen an ein Steuergerät für die Brennkraftmaschine und zur Abgabe von Getriebesignalen an das Getriebe sowie wenigstens einen Eingang zum Empfangen von Temperatursignalen, die eine Temperatur der Brennkraftmaschine wiedergeben, auf, und ist dazu ausgebildet, Temperatursignale zu erfassen und bei stehender Brennkraftmaschine, arbeitendem Hauptelektromotor, einer erfassten Temperatur, die die vorgegebene Mindesttemperatur überschreitet, sowie bei Erfüllung wenigstens einer weiteren vorgegebenen Betriebsbedingung Steuersignale für eine Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor zu bilden und an diesen abzugeben, so dass der Zusatzelektromotor die Brennkraftmaschine startet.The object is further achieved by a control device with the features of the claim and in particular a control device for controlling a full hybrid drive with a drive train according to the invention, i. a powertrain comprising an internal combustion engine with an output shaft, a main electric motor, by means of which a predetermined power for moving the motor vehicle from the state can be generated, connected to the output shaft and the main electric motor coupling, by means of which the output shaft is selectively connectable to the main electric motor, with a the transmission coupled to the main electric motor, and an additional electric motor, which is connected to the internal combustion engine and by means of which the internal combustion engine can be started at least at a current, exceeding a predetermined minimum temperature temperature of the internal combustion engine. The control device has at least one output for outputting main electric motor signals to an operating device for operating the main electric motor, for outputting clutch control signals for disengaging or engaging the clutch, for outputting auxiliary electric motor signals to an operating device for the auxiliary electric motor, for outputting signals a control device for the internal combustion engine and the output of transmission signals to the transmission and at least one input for receiving temperature signals representing a temperature of the internal combustion engine, and is adapted to detect temperature signals and with the internal combustion engine, working main electric motor, a detected temperature , Which exceeds the predetermined minimum temperature, as well as to fulfill at least one further predetermined operating condition control signals for an operating device for the auxiliary electric motor to form and deliver to this, so that the Zusat The electric engine starts the engine.
Unter einem arbeitenden Elektromotor wird dabei ein Elektromotor verstanden, der durch Versorgung mit elektrischer Energie mechanische Energie bzw. ein Drehmoment erzeugt. Insbesondere kann der Hauptelektromotor, wenn er arbeitet, das Kraftfahrzeug über das Getriebe antreiben.Under a working electric motor is understood to be an electric motor, which generates mechanical energy or torque by supplying electrical energy. In particular, the main electric motor, when working, drive the motor vehicle via the transmission.
Die Steuereinrichtung kann prinzipiell beliebig ausgebildet sein, z.B. als analoge oder feste digitale Schaltung. Vorzugsweise verfügt die Steuereinrichtung jedoch über einen Speicher, in dem Instruktionen eines Computerprogramms gespeichert sind, und wenigstens einen mit dem Speicher verbundenen Prozessor, der bei Ausführung der Instruktion das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ausführt.The control device can in principle be of any desired design, e.g. as analog or fixed digital circuit. However, the control device preferably has a memory in which instructions of a computer program are stored, and at least one processor connected to the memory, which executes the operating method according to the invention when the instruction is executed.
Die Aufgabe wird daher auch gelöst durch ein Computerprogramm für eine mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang zu verbindende Datenverarbeitungseinrichtung mit einem Prozessor, das Instruktionen umfasst, bei deren Ausführung der Prozessor und die Datenverarbeitungseinrichtung das erfindungsgemäße Betriebsverfahren durchführt. Insbesondere erfasst der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen Temperatursignale und bildet bei stehender Brennkraftmaschine, arbeitendem Hauptelektromotor, einer erfassten Temperatur, die eine vorgegebene Mindesttemperatur überschreitet, sowie bei Erfüllung wenigstens einer weiteren vorgegebenen Betriebsbedingung Steuersignale für eine Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor und gibt die Steuersignale an diesen ab, so dass der Zusatzelektromotor die Brennkraftmaschine startet.The object is therefore also achieved by a computer program for a data processing device to be connected to the drive train according to the invention with a processor comprising instructions in the execution of which the processor and the data processing device perform the operating method according to the invention. In particular, when the instructions are executed, the processor detects temperature signals and forms control signals for an operating device for the auxiliary electric motor with the internal combustion engine, working main electric motor, a detected temperature exceeding a predetermined minimum temperature, and fulfilling at least one further predetermined operating condition and outputs the control signals to the latter so that the auxiliary electric motor starts the engine.
Die Datenverarbeitungseinrichtung, die allgemein wenigstens eine Prozessor oder auch mehrere zusammenarbeitende Prozessoren umfassen kann, kann insbesondere durch die genannte Steuereinrichtung mit wenigstens einem Prozessor gegeben sein. Es ist jedoch auch möglich, dass wenigstens Teile des Computerprogramms durch wenigstens eine der Betriebseinrichtungen und/oder das Steuergerät für die Brennkraftmaschine ausgeführt werden.The data processing device, which may generally comprise at least one processor or several cooperating processors, may in particular be provided by the said control device with at least one processor. However, it is also possible for at least parts of the computer program to be executed by at least one of the operating devices and / or the control device for the internal combustion engine.
Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm. Als Speichermedium können insbesondere nicht-flüchtige Speicher, wie Flash-Speicher, EEPROMs, sowie Datenträger in Betracht kommen.Another object of the invention is a storage medium with a computer program stored thereon. Non-volatile memories, such as flash memories, EEPROMs, and data carriers can be considered as the storage medium.
Bei der Steuereinrichtung braucht nur ein Ausgang vorgesehen zu sein, über den alle Signale ausgegeben werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein serieller Bus, beispielsweise ein CAN-Bus, zur Kommunikation verwendet wird. Es ist jedoch auch möglich, für einzelne Signale jeweils einen separaten Ausgang zu verwendet.In the control device, only one output needs to be provided, over which all signals are output. This is the case in particular when a serial bus, for example a CAN bus, is used for communication. It is However, it is also possible to use a separate output for each signal.
Die Steuereinrichtung verfügt weiterhin über einen Eingang für die Temperatursignale, die die Temperatur der Brennkraftmaschine wiedergeben. Wie bereits oben ausgeführt, kann die Temperatur beispielsweise durch die Öltemperatur oder die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine bei stationärem Dauerbetrieb gegeben sein. Zur Bildung entsprechender Temperatursignale kann zum Beispiel die Brennkraftmaschine über einen entsprechenden Temperatursensor verfügen, dessen Signale, gegebenenfalls nach Verarbeitung in z. B. dem Steuergerät der Brennkraftmaschine, an die Steuereinrichtung abgegeben werden. Die physische Anordnung der Temperatursensorsignalverarbeitung kann jedoch auf anderen Einrichtungen liegen.The control device also has an input for the temperature signals, which reflect the temperature of the internal combustion engine. As already stated above, the temperature can be given, for example, by the oil temperature or the cooling water temperature of the internal combustion engine during steady-state continuous operation. To form corresponding temperature signals, for example, the internal combustion engine may have a corresponding temperature sensor whose signals, optionally after processing in z. B. the control unit of the internal combustion engine, are delivered to the control device. However, the physical arrangement of the temperature sensor signal processing may be on other devices.
Bei den Betriebseinrichtungen kann es sich im einfachsten Fall nur um Treiberschaltungen oder Steuersteuereinrichtungen und/oder Betätigungs- oder Stelleinrichtungen im Fall des Getriebes oder der Kupplung handeln. Insbesondere können die Betriebseinrichtungen für den Haupt- und Zusatzelektromotor Wechselrichter zur Umsetzung von Gleichspannungen jeweiliger Energiespeicher in Wechselspannungen für die Motoren umfassen, soweit diese mit Wechselspannung arbeiten. Das Steuergerät für die Brennkraftmaschine ist insoweit auch als Betriebseinrichtung für die Brennkraftmaschine anzusehen.In the simplest case, the operating devices can only be driver circuits or control control devices and / or actuation or adjusting devices in the case of the transmission or the clutch. In particular, the operating devices for the main and auxiliary electric motor may include inverters for converting DC voltages of respective energy stores into AC voltages for the motors, provided that they operate with AC voltage. The control unit for the internal combustion engine is to be regarded in this respect as an operating device for the internal combustion engine.
Allgemein kann die Gesamtsteuerung des Hybridantriebs mit dem Antriebsstrang, der Steuereinrichtung, den Betriebseinrichtungen und dem Steuergerät physisch der Steuereinrichtung, wenigstens einer der Betriebseinrichtungen oder dem Steuergerät beliebig ganz oder in Teilen zugeordnet sein. Die Funktionen bzw. Einrichtungen können auch integriert sein.In general, the overall control of the hybrid drive with the drive train, the control device, the operating devices and the control unit can be physically assigned to the control device, at least one of the operating devices or the control unit as desired, in whole or in part. The functions or facilities can also be integrated.
Vorzugsweise ist die Gesamtsteuerung in dem Sinne hierarchisch aufgebaut, dass die Betriebseinrichtungen selbst Details der Steuerung ausführen und dazu die notwendigen Befehle bzw. Signale von der Steuereinrichtung bekommen, die insbesondere mit von dem Fahrzeugführer zu betätigenden Betätigungseinrichtungen, beispielsweise einem Fahrpedal und/oder einem Bremspedal verbunden sein kann.Preferably, the overall control is hierarchical in the sense that the operating devices themselves carry out details of the control and, for this purpose, receive the necessary commands or signals from the control device, which in particular are connected to operating devices to be actuated by the driver, for example an accelerator pedal and / or a brake pedal can be.
Der Start der Brennkraftmaschine durch den Zusatzelektromotor erfolgt nur bei Erfüllung mehrerer Bedingungen u.a. für den Betriebszustand des Antriebsstrangs. Diese Bedingungen können in beliebiger Reihenfolge geprüft werden, soweit eine entsprechende Prüfung nicht bereits durch die letzten durchgeführten Änderungen des Betriebszustands vorweggenommen sind. Insbesondere erfolgt ein Start nur, wenn die Brennkraftmaschine steht, der Hauptelektromotor arbeitet und die erfasste Temperatur der Brennkraftmaschine die Mindesttemperatur überschreitet. Da bei stehender Brennkraftmaschine und arbeitendem Hauptelektromotor die Kupplung ausgekuppelt sein muss, insbesondere vorher ausgekuppelt worden sein muss, braucht der Zustand der Kupplung nicht unbedingt erneut geprüft zu werden. Zusätzlich muss noch die weitere vorgegebene Betriebsbedingung erfüllt sein, die dazu geprüft werden kann und die mit entscheidet, ob die Brennkraftmaschine gestartet werden soll. Beispielsweise kann als weitere Betriebsbedingung geprüft werden, ob die Drehzahl des Hauptelektromotors so hoch ist, dass die Brennkraftmaschine überhaupt bei der Drehzahl störungsfrei betrieben werden kann.The start of the internal combustion engine by the additional electric motor takes place only when a plurality of conditions and others. for the operating state of the drive train. These conditions may be tested in any order, provided such testing is not already anticipated by the most recent changes in operating condition. In particular, a start takes place only when the internal combustion engine is stationary, the main electric motor is operating and the detected temperature of the internal combustion engine exceeds the minimum temperature. Since the clutch must be disengaged when the internal combustion engine is stationary and the main electric motor is operating, and in particular must have been disengaged beforehand, the condition of the clutch does not necessarily have to be rechecked. In addition, the further predetermined operating condition must be met, which can be checked and which decides whether the internal combustion engine should be started. For example, can be checked as a further operating condition, if the rotational speed of the main electric motor is so high that the engine can be operated at the speed trouble-free.
Um die Brennkraftmaschine auch in kaltem Zustand einfach und geräuscharm starten zu können, werden bei dem Betriebsverfahren zum Starten der Brennkraftmaschine in kaltem Zustand bei stehendem Hauptelektromotor Kupplungssteuersignale gebildet und abgegeben, auf die hin die Kupplung einkuppelt, und es wird geprüft, ob das Getriebe in einer Leerlauf- bzw. Neutralstellung ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird ein Getriebesignal erzeugt und abgegeben, auf das hin das Getriebe in eine Leerlauf- bzw. Neutralstellung geschaltet wird, und danach werden Steuersignale zum Starten der Brennkraftmaschine durch den Hauptelektromotor gebildet und abgegeben. Die Steuereinrichtung ist dazu weiter so ausgebildet und das Computerprogramm enthält dazu solche Instruktionen, dass die Steuereinrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen zum Starten der Brennkraftmaschine in kaltem Zustand bei stehendem Hauptelektromotor Kupplungssteuersignale bildet und abgibt, auf die hin die Kupplung einkuppelt, prüft, ob das Getriebe in einer Leerlauf- bzw. Neutralstellung ist, wenn dies nicht der Fall ist, ein Getriebesignal erzeugt und abgibt, auf das hin das Getriebe in eine Leerlauf- bzw. Neutralstellung geschaltet wird, und danach Steuersignale zum Starten der Brennkraftmaschine durch den Hauptelektromotor bildet und abgibt. Die Steuersignale können dabei direkt an den Hauptelektromotor oder die Brennkraftmaschine, vorzugsweise aber an die Betriebseinrichtung für den Hauptelektromotor bzw. das Steuergerät für die Brennkraftmaschine abgegeben werden. Ein kalter Zustand liegt insbesondere vor, wenn die aktuelle Temperatur der Brennkraftmaschine die vorgegebene Mindesttemperatur unterschreitet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass das für einen Kaltstart der Brennkraftmaschine notwendige große Anlaßdrehmoment ohne besonderen Aufwand einfach durch den ebenfalls zum Antrieb bzw. Fahren vorgesehenen Hauptelektromotor aufgebracht werden.In order to start the engine easily and quietly even in a cold state, clutch control signals are formed and delivered in the operating method for starting the engine in a cold state with the main electric motor clutch on the clutch disengages, and it is checked whether the transmission in a Neutral or neutral position is. If this is not the case, a transmission signal is generated and delivered, to which the transmission is switched to an idle or neutral position, and then control signals for starting the internal combustion engine are formed and discharged by the main electric motor. The control device is for this purpose further formed and the computer program contains such instructions that the control device or the processor when executing the instructions for starting the internal combustion engine in the cold state when the main electric motor forms and outputs clutch control signals to which the clutch engages, checks, if the transmission is in an idle position, if not, generating and outputting a transmission signal toward which the transmission is shifted to an idle position, and then control signals for starting the engine by the main electric motor forms and gives up. The control signals can be delivered directly to the main electric motor or the internal combustion engine, but preferably to the operating device for the main electric motor or the control unit for the internal combustion engine. A cold state is present in particular when the current temperature of the internal combustion engine falls below the predetermined minimum temperature. This embodiment has the advantage that the necessary for a cold start of the engine large starting torque can be applied simply by the also provided for driving or driving main electric motor without any special effort.
Das Betriebsverfahren, die Steuereinrichtung und das Computerprogramm, im Folgenden als Betriebsprogramm bezeichnet, erlauben in einfacher Weise einen Betrieb des Antriebsstrangs in einem Hybridantrieb. Insbesondere wird der Vorteil erreicht, dass, wie oben bereits für den Antriebsstrang ausgeführt, ein Starten der Brennkraftmaschine ohne einen deutlichen bzw. merklichen Drehzahl- oder Drehmomentabfall am Hauptelektromotor erzielt werden kann.The operating method, the control device and the computer program, hereinafter referred to as Operating program referred to allow a simple way of operating the powertrain in a hybrid drive. In particular, the advantage is achieved that, as already stated above for the drive train, a starting of the internal combustion engine can be achieved without a significant or significant speed or torque drop at the main electric motor.
Um die Brennkraftmaschine bzw. deren Abtriebswelle mit dem Hauptelektromotor verbinden zu können, ist es bei dem Verfahren bevorzugt, dass nach dem Starten der Brennkraftmaschine eine aktuelle Drehzahl des Hauptelektromotors ermittelt, durch Abgabe entsprechender Signale die Brennkraftmaschine und/oder der Zusatzelektromotor so angesteuert wird, dass die Drehzahl von Brennkraftmaschine und Hauptelektromotor aneinander angeglichen werden, und Kupplungssteuersignale für die Kupplung gebildet und an diese abgegeben werden, auf die hin die Kupplung einkuppelt. Die Steuereinrichtung ist dazu vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst dazu vorzugsweise solche Instruktionen, dass die Steuereinrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen nach dem Starten der Brennkraftmaschine eine aktuelle Drehzahl des Hauptelektromotors ermittelt, durch Abgabe entsprechender Signale die Brennkraftmaschine und/oder der Zusatzelektromotor so ansteuert, dass die Drehzahl von Brennkraftmaschine und Hauptelektromotor aneinander angeglichen werden, und Kupplungssteuersignale für die Kupplung bildet und an diese abgibt, auf die hin die Kupplung einkuppelt. Diese Weiterbildung erlaubt in vorteilhafter Weise eine für die Kupplung besonders schonende Verbindung der im Leerlauf laufenden Brennkraftmaschine mit dem Hauptelektromotor. Weiter kann eine sehr schnelle Anpassung ermöglicht werden, da die Brennkraftmaschine nicht allein aus eigener Kraft auf die notwendige Drehzahl gebracht werden muss. Die Signale zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine und/oder des Zusatzelektromotors können insbesondere an das Steuergerät bzw. die entsprechende Betriebseinrichtung abgegeben werden.In order to be able to connect the internal combustion engine or its output shaft to the main electric motor, it is preferred in the method that after starting the internal combustion engine determines a current speed of the main electric motor, the internal combustion engine and / or the auxiliary electric motor is driven by output of appropriate signals so that the speed of the engine and the main electric motor are matched to each other, and coupling control signals are formed for the clutch and delivered to this, on which the clutch engages. For this purpose, the control device is preferably designed in such a way and the computer program preferably comprises such instructions that the control device or the processor determines a current rotational speed of the main electric motor when the instructions are executed after starting the internal combustion engine, by outputting corresponding signals the internal combustion engine and / or the auxiliary electric motor controls so that the speed of the engine and main electric motor are matched to each other, and forms clutch control signals for the clutch and outputs to this, to which the clutch engages. This development advantageously allows for a particularly gentle connection of the engine running at idle with the main electric motor. Furthermore, a very fast adaptation can be made possible, since the internal combustion engine does not have to be brought to the necessary speed solely on its own. The signals for controlling the internal combustion engine and / or the auxiliary electric motor can be delivered in particular to the control unit or the corresponding operating device.
Weiter ist es bei dem Verfahren bevorzugt, dass geprüft wird, ob ein Anfahren aus dem Stand gewünscht ist, und dass, wenn dies der Fall ist, Hauptelektromotor- und/oder Kupplungssteuersignale gebildet und abgegeben werden, so dass die Kupplung auskuppelt oder ausgekuppelt gehalten wird und die Betriebseinrichtung für den Hauptelektromotor diesen zum Anfahren allein mit dem Hauptelektromotor ansteuert. Dazu ist die Steuereinrichtung vorzugsweise so ausgebildet und dazu enthält das Computerprogramm vorzugsweise solche Instruktionen, dass die Steuereinrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen bei Erkennung eines Anfahrvorgangs Hauptelektromotor- und/oder Kupplungssteuersignale bildet und abgibt, so dass die Kupplung auskuppelt oder ausgekuppelt gehalten wird und die Betriebseinrichtung für den Hauptelektromotor diesen zum Anfahren allein mit dem Hauptelektromotor ansteuert. Diese Weiterbildung hat den Vorteil, dass ein Anfahren allein mit dem Hauptelektromotor ohne die Betätigung einer Anfahrkupplung oder Start der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Zur Erkennung eines Anfahrvorgangs kann beispielsweise geprüft werden, ob das Kraftfahrzeug steht und der Fahrer das Fahrpedal betätigt.Further, in the method, it is preferable to check whether starting from the state is desired, and if so, to form and output main electric motor and / or clutch control signals so that the clutch is disengaged or disengaged and the operating means for the main electric motor drives it to start only with the main electric motor. For this purpose, the control device is preferably designed and to the computer program preferably includes such instructions that the controller or the processor when executing the instructions upon detection of a startup Hauptmotoromotor- and / or clutch control signals forms and outputs, so that the clutch disengages or disengaged is maintained and the operating means for the main electric motor drives it to start only with the main electric motor. This development has the advantage that a start-up can take place solely with the main electric motor without the actuation of a starting clutch or start of the internal combustion engine. For detecting a start-up operation, it can be checked, for example, whether the motor vehicle is stationary and the driver actuates the accelerator pedal.
Bei einer Verlangsamung der Fahrt kann der Fall auftreten, dass bei Verwendung nur einer Trennkupplung ohne Schlupffähigkeit die Drehzahl der Abtriebswelle der Brennkraftmaschine so weit absinkt, dass die Brennkraftmaschine nicht mehr störungsfrei betrieben werden kann. Es ist daher bei dem Verfahren bevorzugt, dass geprüft wird, ob die aktuelle Drehzahl des Hauptelektromotors und/oder ein gewünschtes Drehmoment kleiner als vorgegebene entsprechende Grenzwerte sind, und, wenn dies erfüllt ist, ein Kupplungssteuersignal gebildet und abgegeben wird, so dass die Kupplung auskuppelt. Dazu ist die Steuereinrichtung vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm umfasst solche Instruktion, dass die Steuereinrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen prüft, ob die aktuelle Drehzahl des Hauptelektromotors und/oder ein gewünschtes Drehmoment kleiner als vorgegebene Grenzwerte sind, und, wenn dies erfüllt ist, ein Kupplungssteuersignal bildet und abgibt, so dass die Kupplung auskuppelt. Der weitere Antrieb erfolgt dann allein mit dem Hauptelektromotor. Die Grenzwerte können in Abhängigkeit von der verwendeten Brennkraftmaschine und gegebenenfalls der weiteren Betriebsbedingungen wie der aktuellen Temperatur der Brennkraftmaschine vorgegeben sein. Die Brennkraftmaschine kann, je nach dem Zustand der Energiespeicher für die Elektromotoren und/oder anderen Betriebsbedingungen, entweder unabhängig von dem Hauptelektromotor betrieben werden, beispielsweise um andere Aggregate und/oder den dann als Starter-Generator ausgebildeten Zusatzelektromotor anzutreiben, oder gestoppt werden, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Insbesondere braucht die Brennkraftmaschine nicht im Leerlauf betrieben zu werden, wenn der Hauptelektromotor als alleinige Antriebsquelle dient. Ein Vorteil dieser Weiterbildung liegt darin, dass sie es erlaubt, tatsächlich zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe außer einer Trennkupplung keine weiteren schaltbaren Kupplungen, insbesondere Anfahrkupplungen, zu verwenden.In a slowing down the ride, the case may occur that when using only one clutch without slip capability, the speed of the output shaft of the engine drops so far that the engine can not be operated smoothly. It is therefore preferable in the method that it is checked whether the current rotational speed of the main electric motor and / or a desired torque are smaller than predetermined corresponding limit values, and if this is satisfied, a clutch control signal is formed and output, so that the clutch disengages , For this purpose, the control device is preferably designed and the computer program includes such instruction that the control device or the processor when executing the instructions checks whether the current speed of the main electric motor and / or a desired torque are smaller than predetermined limits, and, if so is, forms a clutch control signal and outputs, so that the clutch disengages. The further drive then takes place solely with the main electric motor. The limit values can be predefined as a function of the internal combustion engine used and, if appropriate, of the further operating conditions, such as the current temperature of the internal combustion engine. The internal combustion engine can, depending on the state of the energy storage for the electric motors and / or other operating conditions, either be operated independently of the main electric motor, for example, to drive other units and / or then designed as a starter generator auxiliary electric motor, or stopped to the To reduce fuel consumption. In particular, the internal combustion engine does not need to be idled when the main electric motor serves as the sole driving source. An advantage of this development is that it allows to actually use between the internal combustion engine and gearbox except a disconnect clutch no further switchable clutches, in particular starting clutches.
Prinzipiell kann nicht ausgeschlossen werden, dass die Brennkraftmaschine oder der Hauptelektromotor wenigstens teilweise ausfallen. Bei Ausfall der Brennkraftmaschine kann nach Öffnen der Kupplung der Hauptelektromotor allein zum Antrieb genutzt werden. Für den Fall eines defekten Hauptelektromotors oder einer defekten Betriebseinrichtung für den Hauptelektromotor ist es bei dem Verfahren bevorzugt, dass geprüft wird, ob eine Funktionsstörung des Hauptelektromotors oder einer Betriebseinrichtung für diesen vorliegt, und, wenn dies der Fall ist und die Brennkraftmaschine steht, durch Abgabe entsprechender Signale an eine Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor und an ein Steuergerät für die Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschine gestartet und ein Kupplungssteuersignal zum Einkuppeln der Kupplung gebildet und an die Kupplung abgegeben wird. Dazu ist die Steuereinrichtung vorzugsweise so ausgebildet und das Computerprogramm enthält solche Instruktionen, dass die Steuereinrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen prüft, ob eine Funktionsstörung des Hauptelektromotors oder der Betriebseinrichtung für diesen vorliegt, und, wenn dies der Fall ist und die Brennkraftmaschine steht, durch Abgabe entsprechender Signale an die Betriebseinrichtung für den Zusatzelektromotor und an das Steuergerät für die Brennkraftmaschine die Brennkraftmaschine startet, und, wenigstens ein Kupplungssteuersignal zum Einkuppeln der Kupplung bildet und abgibt. Diese Option für einen Notbetrieb des Antriebsstrangs bzw. des damit ausgestatteten Hybridantriebs bietet den Vorteil, dass auch bei Ausfall des Hauptelektromotors oder der für dessen Betrieb gegebenenfalls notwendigen Betriebseinrichtung das mit dem Antriebsstrang ausgestattete Kraftfahrzeug noch aus eigener Kraft bewegt werden kann. Ist die Kupplung zwischen Hauptelektromotor und Brennkraftmaschine noch eingekuppelt bzw. geschlossen, wird vorzugsweise vor dem Start der Brennkraftmaschine noch wenigstens ein Kupplungssteuersignal an die Kupplung abgegeben, auf das hin die Kupplung auskuppelt. Die Brennkraftmaschine wird so zum Starten von dem Hauptelektromotor und dem damit verbundenen Abtrieb entkoppelt; eine Kopplung würde ansonsten das Starten erschweren oder unmöglich machen. Weiterhin wird vor der Abgabe der Kupplungssteuersignale zum Einkuppeln vorzugsweise noch wenigstens ein Getriebesignal gebildet, um einen vorgegebenen Gang, vorzugsweise den niedrigsten, einzulegen. Die Kupplungssteuersignale und/oder die Getriebesignale sind vorzugsweise so gewählt, dass ein möglichst weiches Einkuppeln der Kupplung zwischen Brennkraftmaschine und Hauptelektromotor und der Kupplungen in dem Getriebe, soweit vorhanden, erfolgen kann. Zur Durchführung dieser Schritte ist die Steuereinrichtung entsprechend ausgebildet und das Computerprogramm enthält entsprechende Instruktionen.In principle, it can not be ruled out that the internal combustion engine or the main electric motor fails at least partially. In case of failure of the internal combustion engine, after opening the clutch, the main electric motor can be used alone to drive. In the event of a defect Main electric motor or a defective operating device for the main electric motor, it is preferred in the method that it is checked whether there is a malfunction of the main electric motor or an operating device for this, and if this is the case and the internal combustion engine is, by supplying appropriate signals to an operating device for the auxiliary electric motor and to a control device for the internal combustion engine, the internal combustion engine is started and a clutch control signal for engaging the clutch is formed and delivered to the clutch. For this purpose, the control device is preferably designed and the computer program contains such instructions that the control device or the processor checks when executing the instructions whether there is a malfunction of the main electric motor or the operating device for this, and if so and the internal combustion engine is , By issuing appropriate signals to the operating device for the auxiliary electric motor and to the control unit for the internal combustion engine, the internal combustion engine starts, and, at least forms a clutch control signal for engaging the clutch and outputs. This option for an emergency operation of the drive train or the hybrid drive equipped therewith has the advantage that even with failure of the main electric motor or possibly necessary for its operation operating equipment equipped with the drive train motor vehicle can still be moved by its own power. If the clutch is still engaged or closed between the main electric motor and the internal combustion engine, preferably at least one clutch control signal is output to the clutch before the start of the internal combustion engine, toward which the clutch disengages. The internal combustion engine is thus decoupled for starting from the main electric motor and the associated output; otherwise coupling would make starting difficult or impossible. Furthermore, before the delivery of the clutch control signals for engagement preferably still at least one transmission signal is formed in order to engage a predetermined gear, preferably the lowest. The clutch control signals and / or the transmission signals are preferably selected so that the clutch is as soft as possible between the internal combustion engine and the main electric motor and the clutches in the transmission, if present, can take place. To carry out these steps, the control device is designed accordingly and the computer program contains corresponding instructions.
Weiter ist es bei dem Verfahren bevorzugt, dass der Zusatzelektromotor ein Starter-Generator ist und in Abhängigkeit von wenigstens einem weiteren Steuersignal oder immer dann als von der Brennkraftmaschine getriebener Generator geschaltet ist, wenn der Zusatzelektromotor nicht zum Anlassen der Brennkraftmaschine und/oder zur Synchronisierung der Drehzahlen von Brennkraftmaschine und Hauptelektromotor angesteuert ist. Ist der Zusatzelektromotor als Starter-Generator ausgebildet, ist dazu vorzugsweise die Steuereinrichtung weiter so ausgebildet und das Computerprogramm enthält solche Instruktionen, dass der Zusatzelektromotor in Abhängigkeit von wenigstens einem weiteren Steuersignal oder immer dann als von der Brennkraftmaschine getriebener Generator geschaltet ist, wenn der Zusatzelektromotor nicht zum Anlassen der Brennkraftmaschine und/oder zur Synchronisierung der Drehzahlen von Brennkraftmaschine und Hauptelektromotor angesteuert ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Zusatzelektromotor zum Laden des Energiespeichers, aus dem er versorgt wird, und/oder des Bordnetzes dienen kann. Insbesondere kann in diesem Fall ein Gleichspannungswandler, der die Spannung einer Hochspannungsversorgung für den Hauptelektromotor auf das Niveau des Bordnetzes herabsetzt, entweder in diesem Arbeitsmodus nicht genutzt werden, was entsprechende Verluste vermeidet, oder gegebenenfalls ganz eingespart werden.Further, it is preferred in the method that the additional electric motor is a starter-generator and is connected in response to at least one further control signal or whenever driven by the internal combustion engine generator, when the auxiliary electric motor not for starting the internal combustion engine and / or for synchronizing the Speeds of internal combustion engine and main electric motor is driven. If the auxiliary electric motor is designed as a starter generator, the control device is preferably designed further and the computer program contains such instructions that the additional electric motor is switched as a function of at least one further control signal or always as a generator driven by the internal combustion engine, if the auxiliary electric motor does not for starting the internal combustion engine and / or for synchronizing the rotational speeds of the internal combustion engine and main electric motor is driven. This embodiment offers the advantage that the auxiliary electric motor can be used to charge the energy store from which it is supplied and / or the vehicle electrical system. In particular, in this case, a DC-DC converter, which reduces the voltage of a high voltage power supply for the main electric motor to the level of the electrical system, either not be used in this working mode, which avoids corresponding losses, or possibly completely saved.
Um eine hohe Effizienz des Antriebs zu erreichen, ist der Hauptelektromotor als Starter-Generator ausgebildet. Bei dem Verfahren ist es dann bevorzugt, dass geprüft wird, ob ein Energiespeicher zur Versorgung des Hauptelektromotors geladen werden soll, und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung ein Hauptelektromotor-Signal gebildet und abgegeben wird, auf das hin der Hauptelektromotor als Generator zum Laden des Energiespeichers betrieben wird. Dazu ist die Steuereinrichtung vorzugsweise weiter so ausgebildet und das Computerprogramm weist solche Instruktionen auf, dass die Steuereinrichtung bzw. der Prozessor bei Ausführung der Instruktionen prüft, ob ein Energiespeicher zur Versorgung des Hauptelektromotors geladen werden soll, und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung ein Hauptelektromotor-Signal bildet und abgibt, auf das hin der Hauptelektromotor als Generator zum Laden des Energiespeichers betrieben wird. Auf diese Weise kann in vorteilhafter Weise die Energieversorgung des Hauptelektromotors ermöglicht werden. Das Hauptelektromotor-Signal kann insbesondere an die Betriebseinrichtung für den Hauptelektromotor abgegeben werden.In order to achieve a high efficiency of the drive, the main electric motor is designed as a starter-generator. In the method, it is then preferable to check whether an energy storage is to be charged for supplying the main electric motor, and depending on the result of the test, a main electric motor signal is formed and discharged, in response to the main electric motor as a generator for charging the Energy storage is operated. For this purpose, the control device is preferably designed further and the computer program has such instructions that the control device or the processor checks when executing the instructions whether an energy storage device is to be charged for supplying the main electric motor, and depending on the result of the test, a main electric motor Signal forms and outputs, on the way the main electric motor is operated as a generator for charging the energy storage. In this way, the power supply of the main electric motor can be made possible in an advantageous manner. The main electric motor signal can in particular be delivered to the operating device for the main electric motor.
Neben dem Vorliegen der Bedingung für das Laden des Energiespeichers können weitere Bedingungen geprüft werden, die erfüllt sein müssen, damit ein Laden stattfindet. Beispielsweise kann geprüft werden, ob ein regeneratives Bremsen erfolgen soll oder die Brennkraftmaschine allein das Kraftfahrzeug und gleichzeitig den Hauptelektromotor zum Laden antreiben soll. Diese Ausführungsform erlaubt in vorteilhafter Weise einen sehr variablen verbrauchsarmen Betrieb des Antriebsstrangs bzw. Hybridantriebs.In addition to the condition for charging the energy storage, other conditions may be checked that must be met for charging to take place. For example, it can be checked whether a regenerative braking should take place or the internal combustion engine alone should drive the motor vehicle and at the same time the main electric motor for charging. This embodiment advantageously allows a very variable Low-consumption operation of the powertrain or hybrid drive.
Vorzugsweise ist die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine mit einem Schwungrad verbunden. Dies hat den Vorteil, dass im Leerlauf der Brennkraftmaschine ein ruhigerer Lauf erzielt werden kann. Das Schwungrad kann insbesondere auf der Abtriebswelle gehalten sein.Preferably, the output shaft of the internal combustion engine is connected to a flywheel. This has the advantage that a quieter run can be achieved when the engine is idling. The flywheel may be held in particular on the output shaft.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Hybridantrieb mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang und einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung. Der Hybridantrieb weist vorzugsweise weiter ein Steuergerät für die Brennkraftmaschine und weitere Betriebseinrichtungen für die Elektromotoren, das Getriebe, die Energiespeicher und gegebenenfalls die Kupplung auf.The invention also relates to a hybrid drive with a drive train according to the invention and a control device according to the invention. The hybrid drive preferably further comprises a control unit for the internal combustion engine and further operating devices for the electric motors, the transmission, the energy storage and optionally the clutch.
Die Erfindung wird im Folgenden noch weiter beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische teilweise Darstellung eines Vollhybrid-Antriebs mit einem Antriebsstrang und einer Steuereinrichtung nach einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und -
2 eine schematische teilweise Darstellung eines Vollhybrid-Antriebs mit einem Antriebsstrang und einer Steuereinrichtung nach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic partial view of a full hybrid drive with a drive train and a control device according to a first preferred embodiment of the invention, and -
2 a schematic partial view of a full hybrid drive with a drive train and a control device according to a second preferred embodiment of the invention.
Ein teilweise in
Der Antriebsstrang umfasst eine Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschine
Die Brennkraftmaschine
Die Trennkupplung
Im Ausführungsbeispiel ist der mechanische Teil
Die Trennkupplung
Der Hauptelektromotor
Das Getriebe
Die Kupplungen und Bremsen im Inneren des Getriebes
Die Gangwechsel erfolgen durch eine Getriebebetriebseinrichtung
Der Zusatzelektromotor
Der Zusatzelektromotor
Die elektrische Anlage umfasst insgesamt drei Energiespeicher auf drei verschiedenen Spannungsebenen.The electrical system comprises a total of three energy stores on three different voltage levels.
Die erste Ebene, die Ebene mit niedrigster Spannung, im Beispiel 12V, ist die Bordnetzebene. In dem Bordnetz
Zur Versorgung des Zusatzelektromotors
Dadurch ergeben sich zum einen bei einer gegenüber der Bordnetzspannung erhöhten Betriebsspannung von beispielsweise 20 V bei gleicher elektrischer Leistung deutlich geringere Startströme und Ohmsche Verluste. Zum anderen ist der Zusatzelektromotor
Dieser Zusatzenergiespeicher
Durch Verwendung der zweiten Spannungsebene kann ein hinreichend großes Startmoment bei moderaten Strömen sichergestellt werden. Dadurch ist eine günstigere elektrische und/oder mechanische Auslegung des Zusatzelektromotors
Durch den geringen Spannungsunterschied ist es nicht notwendig, einen Gleichspannungswandler zwischen der ersten und zweiten Spannungsebene einzusetzen, was Bauvolumen, Gewicht und Kosten spart sowie die Komplexität der Anordnung und Fehlerrisiken herabsetzt.Due to the low voltage difference, it is not necessary to use a DC-DC converter between the first and second voltage level, which saves construction volume, weight and cost and reduces the complexity of the arrangement and error risks.
Der Hauptelektromotor
Die erste und die dritte Spannungsebene sind über einen Gleichspannungswandler
Zum Betrieb des Antriebsstrangs, der Steuerung der elektrischen Anlage und insbesondere der Betriebseinrichtungen
Im Ausführungsbeispiel ist eine hierarchische Steuerung vorgesehen wie sie, bis auf die im Folgenden beschriebenen Abläufe, in
Die Steuereinrichtung
Bei dem hier verwendeten hierarchischen Aufbau erzeugt die Steuereinrichtung die Signale nicht unmittelbar für die Motoren usw., sondern für die Betriebseinrichtungen, wie die Einrichtungen
Im Folgenden werden nur die Vorgänge bei den wichtigsten Betriebsphasen dargestellt.In the following, only the processes in the most important operating phases are shown.
Der Kaltstart erfolgt allein mit dem Hauptelektromotor
Genauer prüft zunächst die Steuereinrichtung
Bei Erkennung eines Kaltstarts prüft die Steuereinrichtung
Gleichzeitig, davor oder danach prüft die Steuereinrichtung 1, ob die Kupplung
Danach wird durch Abgabe von Hauptelektromotor-Signalen an die Betriebseinrichtung
Während des Betriebs des Hybridantriebs führt die Steuereinrichtung
So prüft sie, ob ein Anfahren aus dem Stand gewünscht ist, wozu erfasst wird, ob das Fahrzeug
Während des Betriebs des Hybridantriebs, beispielsweise nach längerer Fahrt können Betriebszustände auftreten, in denen die Brennkraftmaschine
Die Steuereinrichtung
Die Steuereinrichtung
Ist auch dies der Fall, wird eine weitere Betriebsbedingung überprüft, beispielsweise, ob die Drehzahl des Hauptelektromotors
Ist auch dies der Fall, erzeugt die Steuereinrichtung
Zum weiteren Betrieb ermittelt die Steuereinrichtung
Auf diese Weise braucht als Kupplung
Weiter überprüft die Steuereinrichtung
Dazu prüft sie insbesondere, ob die aktuelle Drehzahl des Hauptelektromotors
Zur Versorgung des Bordnetzes
Weiter prüft die Steuereinrichtung
Schließlich kann die Steuereinrichtung
Dazu prüft die Steuereinrichtung
Eine andere bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass die zweite Spannungsebene fehlt. Der Zusatzelektromotor
Bei noch einer anderen Ausführungsform ist es möglich, den Zusatzelektromotor
In anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine der Betriebseinrichtungen und/oder das Steuergerät in die Steuereinrichtung
Es ist jedoch auch möglich, dass die Steuereinrichtung in eine der Betriebseinrichtungen oder das Steuergerät integriert ist.However, it is also possible that the control device is integrated in one of the operating devices or the control unit.
Noch eine weitere Ausführungsform unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Riemengetriebe verwendet wird, bei dem die Riemenspannung über von der Steuereinrichtung
Eine weitere, in
Das Zahnradgetriebe
Eine andere bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass zur Umschaltung zwischen Laden des Zusatzenergiespeichers und der Bordnetzbatterie das in
Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist der Zusatzelektromotor
Es ist jedoch auch möglich auf der gleichen Seite eine Kopplung mit der Abtriebswelle
Bei noch einer anderen bevorzugten Ausführungsform entfällt das Schwungrad
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