DE102007003756A1

DE102007003756A1 - Verfahren zum dynamischen Ausgleich eines zeitlich schwankenden Drehmomentangebots

Info

Publication number: DE102007003756A1
Application number: DE102007003756A
Authority: DE
Inventors: Peter Wolters
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Es wird ein Verfahren zum dynamischen Ausgleich eines zeitlich schwankenden Drehmomentangebots zumindest eines ersten Antriebes 2 eines Hybridantriebssystems 1 eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Das Hybridantriebssystem 1 weist zumindest einen zweiten, parallelen Antrieb 3 auf. Ein erstes Drehmoment des ersten Antriebes 2 wird während einer Beschleunigungsphase in ein Antriebsdrehmoment und ein Speicherdrehmoment aufgeteilt und das Antriebsdrehmoment wird zumindest in ein Getriebe eingespeist, welches mit zumindest einer Radachse in Verbindung steht. Weiterhin wird das erste Drehmoment in einem Bereich eingestellt, der oberhalb eines über die Radachse abgebbaren maximalen Drehmoments beginnt und bis zu einem Betriebspunkt eines maximalen Drehmoments des ersten Antriebs 2 reicht. Das Speicherdrehmoment wird kurzfristig zur Aufladung eines Energiespeichers 4 für den zweiten Antrieb 3 verwendet, um zu einem anderen Zeitpunkt ein zusätzliches zweites Drehmoment der Radachse aufzuprägen, bei dem eine Differenz zwischen einem annähernd maximal über die Radachse abgebbaren Drehmoment und einem über den ersten Antrieb geringeren Drehmoment dadurch ausgeglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dynamischen Ausgleich eines zeitlich schwankenden Drehmomentangebots zumindest eines ersten Antriebes eines Hybridantriebssystems eines Fahrzeuges, welches zumindest einen zweiten, parallelen Antrieb aufweist.
Hybridantriebssysteme sind allgemeiner Stand der Technik, wobei diese bei Straßenverkehrsfahrzeugen eine immer größere Rolle spielen. Aus http://en.wikipedia.org/wiki/Types_of_hybrid_vehicle vom 22.12.2006 gehen verschiedene Ausgestaltungen von Hybridantriebssystemen hervor. Bei einem seriellen Hybridantriebssystem ist ein Verbrennungsmotor nicht unmittelbar an den Antriebsstrang angeschlossen, sondern er treibt einen elektrischen Generator an. Die erzeugte elektrische Energie kann zwischengespeichert und/oder einem Elektromotor zugeführt werden, der sein Drehmoment an den Antriebsstrang abgibt. Weiterhin ist eine parallele Antriebsart Stand der Technik, bei dem die Abtriebe des Elektromotors und des Verbrennungsmotors gemeinsam an das mechanische Getriebe angeschlossen sind. Bei einem kombinierten Hybridantrieb werden die Merkmale des seriellen und des parallelen Hybridantriebes vereinigt. Der Verbrennungsmotor gibt einen Teil seines Drehmomentes an den Antriebsstrang und einen weiteren Teil seines Drehmomentes an einen Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie für den parallelen Elektromotor.
Durch einen regenerativen Bremsvorgang kann ein Teil der Bewegungsenergie rekupiert werden. Beispielsweise kann mittels eines Generators die Bewegungsenergie gewandelt und dann zwischengespeichert werden. Dadurch wird vermieden, dass Energie unnötig verschwendet wird. Die zwischengespeicherte Energie wird bei einem anstehenden Beschleunigungsvorgang genutzt, so dass der Verbrennungsmotor ein geringeres Drehmoment aufweisen muss.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausnutzung eines Hybridantriebssystems bei speziellen Anwendungen zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1, einem Hybridantriebssystem nach Anspruch 11, einem Motorsportfahrzeug nach Anspruch 16, einem Schienenfahrzeug nach Anspruch 17 und einer Software nach Anspruch 18. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen sind in den jeweilig abhängigen Unteransprüchen ausgeführt.
Es wird ein Verfahren zum dynamischen Ausgleich eines zeitlich schwankenden Drehmomentangebots zumindest eines ersten Antriebes eines Hybridantriebssystems eines Fahrzeuges vorgeschlagen. Das Hybridantriebssystem weist zumindest einen zweiten, parallelen Antrieb auf. Ein erstes Drehmoment des ersten Antriebes wird während einer Beschleunigungsphase in ein Antriebsdrehmoment und ein Speicherdrehmoment aufgeteilt und das Antriebsdrehmoment wird zumindest in ein Getriebe eingespeist, welches mit zumindest einer Radachse in Verbindung steht. Vorzugsweise wird das erste Drehmoment in einem Bereich eingestellt, der oberhalb eines über die Radachse abgebbaren maximalen Drehmoments beginnt und bis zu einem Betriebspunkt eines maximalen Drehmoments des ersten Antriebs reicht. Das Speicherdrehmoment wird kurzfristig zur Aufladung eines Energiespeichers für den zweiten Antrieb verwendet, um zu einem anderen Zeitpunkt ein zusätzliches zweites Drehmoment der Radachse aufzuprägen, bei dem dadurch eine Differenz zwischen einem annähernd maximal über die Radachse abgebbaren Drehmoment und einem über den ersten Antrieb geringen Drehmoment ausgeglichen wird. Eine kurzfristige Speicherung umfasst gemäß einer Ausgestaltung zumindest eine Speicherung über den Zeitraum eines Fahrzyklus', wobei unter einem Fahrzyklus ein für das Fahrzeug typisches Anwendungsprofil verstanden wird. So kann bei einem Personenkraftwagen beispielsweise ein Fahrzyklus gemäß des neuen europäischen Fahrzyklus zugrundegelegt werden. Bei Motorsportfahrzeugen entspricht ein Fahrzyklus in etwa einer durchschnittlichen Runde, insbesondere in etwa einer auf einen Rennkurs spezifisch abgestimmte Runde, die das Motorsportfahrzeug zurücklegt. Je nach Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens können weitere Fahrzyklen zugrunde gelegt werden.
Vorteil dieser Ausgestaltung ist es, dass eine Traktionskontrolle nicht mehr wie üblich durch einen Eingriff in eine Ansteuerung des ersten Antriebes – sprich eine Abregelung – realisiert wird, sondern durch eine Zwischenspeicherung einer Energie eines überschüssigen Drehmomentes. Wird beispielsweise der vorgeschlagene Hybridantrieb in einem Motorsportfahrzeug angewendet, so kann der Fahrer bei einem Beschleunigungsvorgang unmittelbar die volle Leistung beispielsweise eines Verbrennungsmotors anfordern, ohne dass ein ungewünschter Schlupf entsteht. Die überschießende, zwischengespeicherte Energie kann von einem zweiten Antrieb wie beispielsweise einem Elektromotor verwendet werden, um dem Antriebsstrang bei einem Bedarf ein zusätzliches Drehmoment aufzuprägen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das erste Drehmoment eine vorgebbare Drehmomentgrenze überschießt. Die vorgebbare Drehmomentgrenze ist beispielsweise über ein Steuergerät vorgebbar. Sie kann durch ein oder mehrere Werte in Kennfeldern bestimmt werden und/oder mittels eines oder mehrerer Algorithmen zu berechnen sein. Die Drehmomentgrenze kann starr und/oder flexibel festgelegt werden. Beispielsweise wird sie an einen Schlupf bzw. an eine Schlupfgrenze automatisch angepasst. Die Schlupfgrenze kann beispielsweise über eine Traktionskontrolle bestimmt werden. Auch kann die Schlupfgrenze über Kennfelder und/oder Algorithmen unabhängig von einer Traktionskontrolle bestimmt werden. Letzteres ist insbesondere im Motorsport möglich, bei dem teilweise gemäß des jeweiligen Reglements der Einsatz einer Traktionskontrolle verboten ist. Weiterhin kann eine Schlupfgrenze auch detektiert werden und in Bezug darauf die Drehmomentgrenze eingestellt werden. Die Drehmomentgrenze kann oberhalb wie auch unterhalb der Schlupfgrenze festgelegt werden. Auch kann sie mit einem Schlupfwert zusammenfallen.
Gemäß einem Beispiel wird zumindest annähernd das gesamte, über die Drehmomentgrenze überschießende Drehmoment zur Aufladung genutzt. Gemäß einem weiteren Beispiel wird ein davon nach oben oder unten abweichendes Drehmoment zur Aufladung genutzt. Wird beispielsweise die Drehmomentgrenze überschritten, kann beispielsweise abgewartet werden, bis ein weiterer Wert überschritten bzw. erreicht wird, und erst dann ein Drehmoment zur Aufladung genutzt werden.
Vorzugsweise wird das an ein Rad bzw. die Räder abgegebene Drehmoment so eingestellt, dass dessen zeitliches Integral zumindest annähernd gleich ist zu einem Zeitintegral einer Drehmomentabgabe über den ersten Antrieb.
In einer ersten Ausgestaltung wird während der Beschleunigungsphase durch den ersten Antrieb ein maximales Drehmoment erzeugt. Dies geschieht ohne eine Abregelung des ersten Antriebs. Vorzugsweise wird das Antriebsdrehmoment zumindest weitgehend auf einen Wert eingestellt, der zumindest annähernd einem maximal auf eine Fahrbahn übertragbaren Drehmoment entspricht. Somit bleibt auch bei Volllast des ersten Antriebes eine optimale Traktion erhalten. Unter dem Begriff Fahrbahn ist nicht nur ein straßenähnlicher Untergrund im engeren Sinne zu verstehen, vielmehr beinhaltet der Begriff Fahrbahn zumindest auch Schienen, Seile, Zahnräder oder Zahnstangen wie auch Wald- und Forstwege sowie unerschlossener Untergrund. Unter Fahrbahn ist somit jeglicher mit einem Fahrzeug befahrbarer Untergrund zu verstehen. Das Fahrzeug kann auch hängend und/oder seitlich abgestützt eine Bewegung ausführen. Daher ist der Begriff Untergrund nicht eng auszulegen, sondern umfasst jegliche Verkörperung einer für eine Fortbewegung des Fahrzeuges notwendige Fläche bzw. Geometrie.
Es wird durch das vorgeschlagene Verfahren ein gleichmäßigeres Radmoment dargestellt, wodurch maximal zu übertragende Radmomente niedriger ausfallen, was sich günstig auf eine Reifenbelastung auswirkt. Beispielsweise können auf diese Weise größere Querkräfte vom Reifen aufgenommen werden. Weiterhin ist es insbesondere für den Motorsport vorteilhaft, dass die Reifen schmaler und/oder mit einer weicheren Gummimischung ausgelegt werden können.
In einer zweiten Ausgestaltung wird als Speicherdrehmoment ein überschießendes, nicht auf eine Fahrbahn übertragbares Drehmoment dem Energiespeicher zugeführt. Die Energie des nicht auf die Fahrbahn übertragbaren Drehmomentes geht somit nicht durch Wärmeumwandlung dem Antrieb verloren, sondern kann bei Bedarf mittels des zweiten Antriebes wieder dem Antriebstrang als Drehmoment zugeführt werden. Besonders vorteilhaft erweist sich die Ausgestaltung durch die sich dynamisch ändernden Momentflüsse. Das Aufteilungsverhältnis der Drehmomente ist nicht fest eingestellt, sondern es wird in Abhängigkeit des für den Antrieb optimalen Drehmoments dynamisch eingestellt. Insbesondere nutzt während eines Drehmomenteinbruches des ersten Antriebes der zweite Antrieb die kurzfristige Aufladung zur Erzeugung eines abzugebenen Drehmomentes. Ein Drehmomenteinbruch des ersten Antriebes kann beispielsweise durch einen Schaltvorgang ausgelöst werden. Es wird somit eine gleichmäßigere Beschleunigung insbesondere während der Schaltvorgänge erzielt. Weiterhin kann ein zusätzliches Drehmoment beispielsweise bei einem Überhohlvorgang oder an einer Steigung dem Antriebsstrang aufgeprägt werden, indem mittels des zweiten Antriebes ein so genannter Boost vorgenommen wird. Bei einem Boost wird ein maximales Drehmoment des ersten Antriebes durch Aufprägen eines weiteren Drehmomentes durch den zweiten Antrieb verstärkt.
Eine Aufteilung des ersten Drehmoments erfolgt gemäß einer Weiterbildung in Abhängigkeit von zumindest einem Schlupf zumindest eines Rades, einer Drehzahl des ersten Antriebes und/oder eines Betriebsparameters, der eine Energiezufuhr des ersten Antriebes charakterisiert. Durch einen Vergleich der Daten mit beispielsweise in Kennlinien hinterlegten Werten kann eine optimale Ansteuerung der Drehmomentaufteilungsvorrichtung erfolgen. Betriebsparameter, welche die Energiezufuhr charakterisieren können beispielsweise Drosselklappenstellungen oder Betriebsparameter der Einspritzvorrichtungen sein.
Um eine optimierte Traktion zu erreichen, kann ein geringer Schlupf zugelassen sein. Hierzu kann beispielsweise ein überschießendes Drehmoment bis zu 15% desjenigen Drehmomentes betragen, das notwendig ist, um Schlupf zu erreichen. Gemäß einer Ausgestaltung beträgt der Wert des überschießenden Drehmoments 10% oder weniger, insbesondere höchstens 5%, jeweils bezogen auf 100% als denjenigen Wert des Drehmoments, bei dem ein Schlupf auftritt. Auch kann ein Schlupffenster eingerichtet sein, beispielsweise mit einer Grenze nach unten bei Auftritt eines ersten Anzeichens von Schlupf und nach oben bei einem konstanten, vollständigem Schlupf jeweils begrenzt. Auch können sich überschießende Werte vorgebbar ändern, zum Beispiel abhängig von der Höhe der Beschleunigung.
Das Speicherdrehmoment kann in einer weiteren Ausgestaltung einen Generator antreiben, welcher das Drehmoment in eine elektrische Energie wandelt um somit beispielsweise einen Akkumulator oder einen Kondensator lädt. Insbesondere kann der zweite Antrieb in einem Generatormodus zur Aufladung des Energiespeichers verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mittels des Speicherdrehmomentes ein Schwungrad angetrieben wird, welches die Energie kurzfristig mechanisch speichert.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass mittels des Speicherdrehmomentes eine Pumpe angetrieben wird, die zur Speicherung einer Fluidenergie einen Druck in einem Fluidbehälter erzeugt. Die vorzugsweise hydraulisch gespeicherte Energie kann bei Bedarf einem Fluidaktuator, insbesondere einem Hydraulikmotor zugeführt werden, der kurzfristig und schnell ein sehr großes Drehmoment erzeugen kann, um Drehmomentschwankungen beispielsweise des ersten Antriebes auszugleichen oder um eine angeforderte Beschleunigung des Fahrzeuges zu ermöglichen.
Eine Ansteuerung des zweiten Antriebes erfolgt in einer Variante in Abhängigkeit von zumindest einem Schlupf, einer Drehzahl des ersten Antriebes und/oder eines Betriebsparameters des ersten Antriebes. Der Betriebsparameter des ersten Antriebes kann insbesondere eine Drosselklappenstellung oder einen Betriebsparameter einer Kraftstoffeinspritzanlage umfassen. Wird beispielsweise ein Drehzahleinbruch detektiert, kann in Abhängigkeit von weiteren Parametern ein Drehmoment durch den zweiten Antrieb auf den Antriebsstrang aufgeprägt werden, der den Drehmomenteinbruch zumindest teilweise abfängt. Weiterhin wird beispielsweise beim Boosten nur soviel Drehmoment abgegeben, dass ein vorgeschriebener Schlupf nicht überschritten wird.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die im Energiespeicher kurzfristig gespeicherte Energie einer Abgasreinigungsvorrichtung zugeführt wird. Ein bei einer Beschleunigung erhöhter Abgasausstoß kann durch die erhöhte Energiezufuhr verbessert gereinigt werden. Des Weitern kann ein elektrischer Filter, ein Partikelfilter wie auch Katalysatoren dadurch betrieben und insbesondere regeneriert werden. Auch kann eine Energiezuführung zu anderen Verbrauchern vorgenommen werden.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht ein Hybridantriebssystem eines Fahrzeuges mit zumindest einem ersten Antrieb und einem zweiten Antrieb vor, wobei der zweite Antrieb vorzugsweise parallel zum ersten Antrieb angeordnet ist. Das Hybridantriebssystem weist eine Detektierungseinrichtung zur Ermittlung einer Lastanforderung eines Fahrzeugbedieners auf. Mittels einer Kontrolleinrichtung kann ein zumindest annähernd maximal abgebbares Drehmoment einer anzutreibenden Bewegungsvorrichtung ermittelt werden. Weiterhin weist das Hybridantriebssystem eine Drehmomentaufteilung auf, mittels der unter Volllast in einer Beschleunigungsphase ein vom ersten Antrieb abgebbares maximales Drehmoment in ein erstes Teildrehmoment für die anzutreibende Bewegungsvorrichtung und ein zweites Teildrehmoment für eine kurzfristige Speicherung für den zweiten Antrieb aufspaltbar ist.
Mittels einer solchen Ausgestaltung des Hybridantriebssystems ist eine Traktionskontrolle ohne Abregelung des ersten Antriebes realisierbar. Insbesondere kann der erste Antrieb auch dann bei optimaler Traktion unter Volllast betrieben werden, wenn das vom ersten Antrieb abgegebene Drehmoment nicht auf die Fahrbahn übertragbar ist.
In einer Weiterbildung des Hybridantriebsystems ist ein Kurzzeitspeicher vorhanden, in dem eine Energie aus dem zweiten Teildrehmoment gespeichert wird. Insbesondere kann der Kurzzeitspeicher einen Kondensator umfassen. Auch eine Ausgestaltung mit einem Akkumulator ist vorgesehen.
In einer weiteren Ausgestaltung des Hybridantriebssystems ist ein Energiespeicher für den zweiten Antrieb vorgesehen, der hydraulische und/oder pneumatische Mittel zur Energiespeicherung umfasst, insbesondere eine Pumpe zur Erzeugung eines Druckes in einem Druckspeicher. Weiterhin ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass der zweite Antrieb die Funktion einer Pumpe übernehmen kann, wenn beispielsweise eine Energie eines überschüssigen Drehmoments in eine Fluidenergie gewandelt werden soll.
Weiterhin ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass ein Energiespeicher für den zweiten Antrieb mechanische Mittel zur Energiespeicherung umfasst, insbesondere ein Schwungrad, welches mittels eines überschüssigen, nicht auf eine Fahrbahn übertragba ren Drehmomentes angetrieben wird. Das gespeicherte Drehmoment kann bei einer Bedarfsanforderung wieder an den Antriebsstrang abgegeben werden.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung sieht ein Motorsportfahrzeug mit einem oben beschriebenen Hybridantriebssystem vor. Auch ist in einer Ausgestaltung ein Fahrzeug, welches für einen Straßenverkehr zugelassen ist, eine vorgesehene Plattform für ein Hybridantriebssystem. Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist ein Schienenfahrzeug mit genanntem Hybridantriebsystem.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Software zur Verwendung in einem Steuergerät eines Hybridantriebssystems vorgeschlagen. Das Steuergerät ist insbesondere für das oben beschriebene Verfahren einsetzbar. Die Software wertet ein erstes Eingangssignal eines Schlupfsensors auf einen Radschlupf hin aus. Bei Überschreiten eines Drehmomentwerts oder äquivalenten Grenzwerts, vorzugsweise eines Radschlupfwertes, insbesondere eines in einer Kennlinie hinterlegten Schlupfwertes, wird eine Drehmomentaufteilungsvorrichtung derart angesteuert, dass ein überschüssiges Drehmoment des ersten Antriebes in einen Energiewandler eingespeist wird. Eine derartige Ansteuerung hat zur Folge, dass der erste Antrieb unter Volllast betrieben werden kann, ohne dass ein ungewünschter Schlupf auftritt. Weiterhin wird die überschüssige Energie nicht in Wärme umgewandelt, sondern in einen Energiewandler eingespeist, der eine beispielsweise speicherbare Energie ausgibt, die zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung der Software wertet ein zweites Eingangssignal eines Drehzahlsensors eines ersten Antriebes aus. Wird ein Überschreiten einer Drehzahl des ersten Antriebes eines in einer Kennlinie hinterlegten Drehzahlwertes detektiert, wird eine Drehmomentaufteilungsvorrichtung derart angesteuert, dass zumindest ein Teil eines Drehmomentes des ersten Antriebes in den Energiewandler eingespeist wird. Beispielsweise wird vor einem Auftreten eines ungewünschten Schlupfes die Drehmomentaufteilungsvorrichtung zur Traktionskontrolle genutzt. Weiterhin kann der erste Antrieb bei weitgehend konstanter Drehzahl auf diese Weise den Energiespeicher aufladen, wenn beispielsweise nur ein geringes Antriebsdrehmoment gefordert ist.
Gemäß einer Weiterbildung wird ein drittes Eingangssignal eines Drehmomentsensors an einem Getriebe auf ein Drehmoment hin ausgewertet. Unterschreitet das Drehmoment an dem Getriebe einen vorgegebenen Drehmomentwert wird ein zweiter Antrieb angesteuert, bis der vorgegebene Drehmomentwert annähernd erreicht wird. Beispielsweise kann bei einem Drehmomenteinbruch durch einen Schaltvorgang des ersten Antriebes ein Drehmomentverlust an den Rädern weitgehend vermieden werden.
Zur Speicherung der oben genannten Software ist eine Datenträgervorrichtung zum Einbau in ein Hybridantriebssystem vorgesehen. Insbesondere kann die Datenträgervorrichtung Teil der Motorsteuereinrichtung sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt. Vielmehr können diese Merkmale mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen oder Merkmalen anderer Ausgestaltungen zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines Hybridantriebssystems;
2 ein erstes Drehmoment in Abhängigkeit einer Drehzahl eines Hybridantriebssystems gemäß dem Stand der Technik;
3 ein erstes Drehmoment sowie ein Speicherdrehmoment in Abhängigkeit einer Drehzahl eines erfindungsgemäßen Hybridantriebssystems.
1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Hybridantriebssystems 1 mit einem ersten Antrieb 2 und einem parallelen zweiten Antrieb 3. Der zweite Antrieb 3 wird durch einen Energiespeicher mit Energie versorgt. Die durch den ersten und den zweiten Antrieb 2, 3 abgegebenen Drehmomente werden über eine Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 an eine Antriebsvorrichtung 6 weitergeleitet. Die Antriebsvorrichtung kann ein nicht dargestelltes Getriebe aufweisen. Der zweite Antrieb 3 kann in einem Generatormodus als Energiewandler arbeiten und eine Energie eines Drehmoments, welches vom ersten Antrieb 2 über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 zum zweiten Antrieb 3 geleitet wird, in eine speicherbare Energie wandeln. Die speicherbare Energie kann dann im Energiespeicher 4 zumindest kurzzeitig zwischengespeichert werden.
Eine Kontrolleinrichtung 14, die insbesondere Teil einer Motorkontrolleinrichtung ECU sein kann, ist mit zumindest einem Schlupfsensor 7 verbunden. Weiterhin weist das Hybridantriebssystem 1 zumindest einen Drehzahlsensor 8 zur Messung einer Drehzahl des ersten Antriebes 2 sowie einen ersten Drehmomentsensor 9 zur Messung eines ersten Drehmomentes des ersten Antriebes 2 und einen zweiten Drehmomentsensor 10 zur Messung eines Antriebsdrehmomentes auf.
Das Hybridantriebssystem 1 kann in verschiedenen Antriebsarten betrieben werden. Die einzelnen Antriebsarten können beliebig kombiniert werden. Im Folgenden werden beispielhaft einige mögliche Antriebsarten des Hybridantriebssystems 1 vorgestellt:
In einer ersten Antriebsart treibt der erste Antrieb 2 über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 die Antriebsvorrichtung 6 an. Wird mittels des Schlupfsensors 7 ein Schlupf detektiert, der über einem vorgegebenen Wert liegt, steuert die Kontrolleinrichtung 14 die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 derart an, dass ein überschüssiges Drehmoment an den zweiten Antrieb geleitet wird. Der zweite Antrieb 3 wandelt die im Drehmoment vorliegende Energie in speicherbare Energie um, die im Energiespeicher 4 gespeichert wird.
In einer zweiten Antriebsart treibt ausschließlich der zweite Antrieb 3 die Antriebsvorrichtung 6 über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 an.
In einer dritten Antriebsart treibt insbesondere bei einer Beschleunigung der erste Antrieb 2 die Antriebsvorrichtung 6 an. Bei einem Drehmomenteinbruch des ersten Antriebes 2, welcher durch den ersten Drehmomentsensor 9 detektiert wird, steuert die Kontrollvorrichtung 14 den zweiten Antrieb 3 derart an, dass über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 ein zumindest annähernd konstantes Drehmoment an die Antriebsvorrichtung 6 geleitet wird. Die Kontrollvorrichtung 14 steuert den zweiten Antrieb 3 dabei so an, dass ein mittels des zweiten Drehmomentsensors 10 gemessenes Drehmoment am antriebsvorrichtungsseitigen Ausgang der Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 zumindest annähernd mit dem angeforderten Drehmoment übereinstimmt.
In einer vierten Antriebsart treibt insbesondere bei einer Beschleunigung der erste Antrieb 2 die Antriebsvorrichtung 6 an. Durch eine beispielsweise durch den Fahrzeugbediener ausgelöste Anforderung wird über die Kontrollvorrichtung 14 der zweite Antrieb 3 derart angesteuert, dass ein zusätzliches Drehmoment über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 der Antriebsvorrichtung 6 aufgeprägt wird.
In einer fünften Antriebsart wird bei einem Bremsvorgang eine überschüssige Bewegungsenergie über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 an den zweiten Antrieb 3 geleitet, der die Bewegungsenergie in speicherbare Energie wandelt und diese dem Energiespeicher zuführt. Insbesondere kann auf diese Weise bei Bergfahrt ohne eine Ü berhitzung von Bremsbelägen gebremst werden. Insbesondere kann der erste Antrieb bei einer Bremsung abgeschaltet werden.
In einer sechsten Antriebsart startet der zweite Antrieb 3 über die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 den ersten Antrieb, insbesondere wenn es sich bei dem ersten Antrieb um einen Verbrennungsmotor handelt.
In einer siebten Antriebsart wird bei einer Drehzahl des ersten Antriebs 2, die über einer zulässigen Maximaldrehzahl liegt, die Drehmomentaufteilungsvorrichtung 5 derart angesteuert, dass zumindest ein Teil eines Drehmoments des ersten Antriebs dem Energiewandler zugeführt wird.
In einer achten Antriebsart wird eine Abgasreinigungsanlage 13 mittels der im Energiespeicher gespeicherten Energie betrieben. Insbesondere wird eine katalytische Einheit der Abgasanlage regeneriert.
2 zeigt einen Verlauf einer Drehzahl n eines ersten Antriebs sowie einen Verlauf eines ersten Drehmoments M1 an einer Antriebsvorrichtung eines Hybridantriebssystems nach dem Stand der Technik über eine Zeit t. Die Drehzahl n steigt bei einer dargestellten Beschleunigungssituation stetig. Bei einem Gangwechsel von Gang i nach i + 1 bricht die Drehzahl n kurzzeitig ein und steigt danach wieder stetig. Das erste Drehmoment M1 steigt mit zunehmender Drehzahl n und überschreitet für einen Zeitraum eine Schlupfgrenze 11. Bei Überschreitung der Schlupfgrenze 11 wird ein schlupfauslösendes Drehmoment 12 auf eine Antriebsvorrichtung aufgeprägt, welches nicht in optimaler Weise auf eine Fahrbahn übertragbar ist. Eine geforderte Traktion geht dabei verloren und es kann zu einem Durchdrehen der Räder kommen.
3 hingen zeigt einen Verlauf eines zweiten Drehmomentes M2 über eine Zeit t, bei der vor einem Erreichen der Schlupfgrenze 11 ein überschüssiges Rekuperationsmoment M3 zur Aufladung eines Energiespeichers verwendet wird. Die zwischengespeicherte Energie wird zur Erzeugung eines Ausgleichsmoments M4 verwendet. Das Ausgleichsmoment M4 kann beispielsweise Drehmomenteinbrüche abfangen oder als Boost für eine zusätzliche Beschleunigung verwendet werden. Diese Vorgehensweise ist beispielsweise mit einem Hybridantriebssystem ausführbar, wie es aus 1 hervorgeht.

Claims

Verfahren zum dynamischen Ausgleich eines zeitlich schwankenden Drehmomentangebots zumindest eines ersten Antriebes (2) eines Hybridantriebssystems (1) eines Fahrzeuges, welches zumindest einen zweiten, parallelen Antrieb (3) aufweist, wobei ein erstes Drehmoment des ersten Antriebes (2) während einer Beschleunigungsphase in ein Antriebsdrehmoment und ein Speicherdrehmoment aufgeteilt und das Antriebsdrehmoment zumindest in ein Getriebe eingespeist wird, welches mit zumindest einer Radachse in Verbindung steht, wobei vorzugsweise das erste Drehmoment in einem Bereich eingestellt wird, der oberhalb eines über die Radachse abgebbaren maximalen Drehmoments beginnt und bis zu einem Betriebspunkt eines maximalen Drehmoments des ersten Antriebs reicht, und das Speicherdrehmoment kurzfristig zur Aufladung eines Energiespeichers für den zweiten Antrieb verwendet wird, um zu einem anderen Zeitpunkt ein zusätzliches zweites Drehmoment der Radachse aufzuprägen, bei dem dadurch eine Differenz zwischen einem annähernd maximal über die Radachse abgebbaren Drehmoment und einem über den ersten Antrieb (2) geringeren Drehmoment ausgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmoment eine vorgebbare Drehmomentgrenze überschießt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antrieb (2) während der Beschleunigungsphase ohne eine Abregelung sein maximales Drehmoment erzeugt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsdrehmoment zumindest weitgehend auf einen Wert eingestellt wird, der zumindest annähernd einem maximal auf eine Fahrbahn übertragbaren Drehmoment entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Speicherdrehmoment ein überschießendes, nicht auf eine Fahrbahn zu übertragendes Drehmoment dem Energiespeicher zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Drehmomenteinbruches des ersten Antriebes (2) der zweite Antrieb (3) die kurzfristige Aufladung zur Erzeugung eines abzugebenen Drehmomentes nutzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufteilung des ersten Drehmoments in Abhängigkeit von zumindest einem Schlupf zumindest eines Rades, einer Drehzahl des ersten Antriebes (2) und/oder eines Betriebsparameters, der eine Energiezufuhr des ersten Antriebes (2) charakterisiert, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Speicherdrehmomentes eine Pumpe angetrieben wird, die zur Speicherung einer Fluidenergie einen Druck in einem Fluidbehälter erzeugt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des zweiten Antriebes (3) in Abhängigkeit von zumindest einem Schlupf, einer Drehzahl des ersten Antriebes und/oder eines Betriebsparameters der Energiezufuhr des ersten Antriebes (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Energiespeicher (4) kurzfristig gespeicherte Energie einer Abgasreinigungsvorrichtung zugeführt wird.
Hybridantriebssystem (1) eines Fahrzeuges mit zumindest einem ersten Antrieb (2) und einem zweiten Antrieb (3), der vorzugsweise parallel zum ersten Antrieb (2) angeordnet ist, mit einer Detektierungseinrichtung zur Ermittlung einer Lastanforderung eines Fahrzeugbedieners, mit einer Kontrolleinrichtung (14), mittels der ein zumindest annähernd maximal abgebbares Drehmoment einer anzutreibenden Bewegungsvorrichtung ermittelbar ist, und einer Drehmomentaufteilungsvorrichtung (5), mittels der unter Volllast in einer Beschleunigungsphase ein vom ersten Antrieb abgebbares maximales Drehmoment in ein erstes Teildrehmoment für die anzutreibende Bewegungsvorrichtung und ein zweites Teildrehmoment für eine kurzfristige Speicherung für den zweiten Antrieb (3) aufspaltbar ist.
Hybridantriebssystem (1), nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kurzzeitspeicher vorhanden ist, in dem eine Energie aus dem zweiten Teildrehmoment gespeichert wird.
Hybridantriebssystem (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzzeitspeicher einen Kondensator umfasst.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher (4) für den zweiten Antrieb (3) hydraulische Mittel umfasst.
Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiespeicher (4) für den zweiten Antrieb (3) mechanische Mittel umfasst
Motorsportfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15.
Schienenfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15.
Software zur Verwendung in einem Steuergerät eines Hybridantriebssystems (1), wobei – ein erstes Eingangssignal eines Schlupfsensors (7) auf einen Radschlupf hin ausgewertet wird; – bei Überschreiten eines Drehmomentwertes, insbesondere Radschlupfwertes, vorzugsweise eines in einer Kennlinie hinterlegten Schlupfwertes eine Drehmomentaufteilungsvorrichtung (5) derart angesteuert wird, dass ein vorzugsweise überschüssiges Drehmoment des ersten Antriebes (2) in einen Energiewandler eingespeist wird.
Software nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zweites Eingangssignal eines Drehzahlsensors (8) eines ersten Antriebes (2) ausgewertet wird; – bei Überschreiten einer Drehzahl des ersten Antriebes (2) eines in einer Kennlinie hinterlegten Drehzahlwertes eine Drehmomentaufteilungsvorrichtung (5) derart angesteuert wird, dass zumindest ein Teil des Drehmomentes des ersten Antriebes (2) in den Energiewandler eingespeist wird.
Software nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass – ein drittes Eingangssignal eines Drehmomentsensors (10) an einem Getriebe auf ein Drehmoment ausgewertet wird; – bei einem Unterschreiten des Drehmomentes eines vorgegebenen Drehmomentwertes ein zweiter Antrieb (3) angesteuert wird, bis der vorgegebene Drehmomentwert zumindest annähernd erreicht wird.
Datenträgervorrichtung zum Einbau in ein Hybridantriebssystem (1) mit einer Software nach einem der Ansprüche 18 bis 20.