DE102007011799B4 - Zubehörantriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug - Google Patents
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Abstract
Zubehörantriebssystem (11) für ein Hybridelektrofahrzeug, umfassend: eine Maschine (12) und einen Motor/Generator (32), die unabhängig mit einem Getriebe (18) verbunden werden können; eine wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung (22), die zwischen der Maschine (12) und dem Getriebe (18) angeordnet ist, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung (22) ausgerückt werden kann, um die Maschine (12) und den Motor/Generator (32) von dem Getriebe (18) zu entkoppeln; eine Antriebsriemenscheibe (16), die mit der Maschine (12) verbunden ist; eine Abtriebsriemenscheibe (26, 26', 26''), die mit einer Zubehöreinrichtung (30, 30', 30'') verbunden ist; einen Antriebsriemen (24), der die Antriebsriemenscheibe (16) und die Abtriebsriemenscheibe (26, 26', 26'') funktional verbindet und so betrieben werden kann, dass er Antriebskräfte zwischen der Antriebsriemenscheibe (16) und der Abtriebsriemenscheibe (26, 26', 26'') überträgt; einen Drehzahlsensor zur Überwachung der Drehzahl der Abtriebsriemenscheibe (26, 26', 26'') und/oder des Antriebsriemens (24); und einen Controller (34), der mit der Drehmomentübertragungsvorrichtung (22), mit der Maschine (12) und mit dem Motor/Generator (32) funktional verbunden ist, wobei der Controller (34) so konfiguriert ist, dass er die Drehmomentübertragungsvorrichtung (22), die Maschine (12) und den Motor/Generator (32) so steuert, dass sichergestellt ist, dass die Zubehöreinrichtung (30, 30', 30'') durch die Maschine (12), wenn die Maschine (12) läuft, oder durch den Motor/Generator (32), wenn die Maschine (12) nicht läuft, ausreichend mit Leistung versorgt und über einer im Voraus definierten minimalen Drehzahl angetrieben wird.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zubehörantriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die Zubehöreinrichtungen in einem herkömmlichen Kraftfahrzeug werden durch die Ausgangsleistung von der Maschine mit Leistung versorgt. Ein elektromechanisches Hybridfahrzeug umfasst allgemein sowohl eine Brennkraftmaschine als auch einen oder mehrere Elektromotoren/Generatoren. Einige der Zubehöreinrichtungen in einem Hybridfahrzeug können Leistung erfordern, während die Maschine abgeschaltet ist und das Fahrzeug durch den Elektromotor/Generator mit Leistung versorgt wird. Herkömmlich ist es notwendig, für jede solche Zubehöreinrichtung einen separaten Elektromotor bereitzustellen, um Hybridfahrzeug-Zubehöreinrichtungen mit Leistung zu versorgen, wenn die Maschine ausgeschaltet ist.
- Das typische Kraftfahrzeugzubehör-Antriebssystem besteht aus einer Antriebsriemenscheibe, die mit einer Abtriebswelle der Maschine, üblicherweise mit der Kurbelwelle, verbunden ist. Um diese Riemenscheibe ist ein elastischer Antriebsriemen gewickelt, der wiederum um mehrere Abtriebsriemenscheiben gewickelt ist. Dieser elastische Antriebsriemen überträgt Antriebskräfte zwischen der Antriebsriemenscheibe und den Abtriebsriemenscheiben. Die Abtriebsriemenscheiben können an Zubehöreinrichtungen, die in der Technik bekannt sind, wie etwa an einer Servopumpe, an einem Klimaanlagenkompressor, an einer Lichtmaschine und an einer Wasserpumpe fest angebracht sein.
- Ein Parallel-Elektrohybridfahrzeug umfasst ein Getriebe, das so ausgelegt ist, dass es die Ausgangsleistung entweder von einer Maschine oder von einem Elektromotor oder von beiden aufnimmt. Außerdem werden in einem Parallel-Elektrohybridfahrzeug die durch die Maschine zugeführte Leistung und die durch die Elektroenergiequelle zugeführte Leistung unabhängig mit dem Getriebe verbunden, wodurch eine Verbindung vom ”parallelen” Typ gebildet wird.
- Ein herkömmliches Zubehörantriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug ist aus der Druckschrift
US 5 942 862 A bekannt. Die DruckschriftUS 2003/0 116 368 A1 US 2002/0 007 975 A1 US 6 127 813 A undUS 6 719 076 B1 bekannt, wobei der Leistungspfad jeweils in folgender Reihenfolge gebildet ist durch einen Verbrennungsmotor, einen Motor/Generator, eine Kupplung und ein Getriebe und wobei der Motor/Generator direkt mit der Verbrennungsmotorkurbelwelle verbunden ist. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Ein erfindungsgemäßes Zubehörantriebssystem für ein Hybridelektrofahrzeug umfasst eine Maschine und einen Motor/Generator, die unabhängig mit einem Getriebe verbunden werden können. Ferner ist eine wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung zwischen dem Motor/Generator und dem Getriebe angeordnet, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung ausgerückt werden kann, um den Motor/Generator von dem Getriebe zu entkoppeln. Eine Antriebsriemenscheibe ist mit der Maschine verbunden, und eine Abtriebsriemenscheibe ist mit einer Zubehöreinrichtung verbunden. Ein Antriebsriemen verbindet die Antriebsriemenscheibe und die Abtriebsriemenscheibe funktional und kann so betrieben werden, dass er Antriebskräfte zwischen der Antriebsriemenscheibe und der Abtriebsriemenscheibe überträgt. Ein Drehzahlsensor dient zur Überwachung der Drehzahl der Abtriebsriemenscheibe und/oder des Antriebsriemens. Ferner umfasst das Zubehörantriebssystem einen Controller, der mit der Drehmomentübertragungsvorrichtung, mit der Maschine und mit dem Motor/Generator funktional verbunden ist, wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er die Drehmomentübertragungsvorrichtung, die Maschine und den Motor/Generator so steuert, dass sichergestellt ist, dass die Zubehöreinrichtung durch die Maschine, wenn die Maschine läuft, oder durch den Motor/Generator, wenn die Maschine nicht läuft, ausreichend mit Leistung versorgt und über einer im Voraus definierten minimalen Drehzahl angetrieben wird.
- Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein schematisches Diagramm eines Zubehörantriebssystems für ein Parallel-Elektrohybridfahrzeug. - BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Anhand der Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt
1 eine schematische Darstellung eines Parallel-Elektrohybrid-Kraftübertragungsstrangs10 mit einem Zubehörantriebssystem11 . Der Parallel-Elektrohybrid-Kraftübertragungsstrang10 umfasst eine Maschine12 , die so konfiguriert ist, dass sie eine Ausgangsleistung an eine Antriebsriemenscheibe16 und/oder an ein Getriebe18 überträgt. Die Maschine ist mit einem Controller34 verbunden und wird durch ihn gesteuert. Die Antriebsriemenscheibe16 ist mit der Kurbelwelle oder mit der Abtriebswelle14 funktional verbunden. Außerdem umfasst der Parallel-Elektrohybrid-Kraftübertragungsstrang10 einen Motor/Generator32 , der wahlweise mit der Maschine12 und/oder mit dem Getriebe18 verbunden werden kann. Der Controller34 kann so konfiguriert sein, dass er ein Hybridsteuermodul, ein Maschinensteuermodul, ein Getriebesteuermodul, Motor-Generator-Steuermodule und notwendige elektronische Antriebs- oder Leistungselektronikschaltungen umfasst. Der Controller34 ist mit dem Motor-Generator32 und mit einer Energiespeichervorrichtung36 verbunden. Die Speichervorrichtung36 ist daran angepasst, Energie von dem Motor/Generator32 zu speichern, wenn die Maschine12 überschüssige Leistung erzeugt oder wenn Fahrzeugbremsleistung zurückgewonnen wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die Speichervorrichtung36 eine Batterie; wobei aber alternative Speichervorrichtungen vorgesehen sein können. Das Getriebe18 ist mit einem Achsantriebsystem38 funktional verbunden. - Wie in der Technik bekannt ist, ist das Parallel-Elektrohybridfahrzeug so benannt, da die Maschine
12 und der Motor/Generator32 eine Verbindung vom parallelen Typ mit dem Getriebe18 bilden. Mit anderen Worten, die durch die Maschine12 zugeführte Leistung und die durch den Motor/Generator32 zugeführte Leistung sind unabhängig mit dem Getriebe18 verbunden. Für diese Offenbarung werden die Maschine12 und der Motor/Generator32 als unabhängig mit dem Getriebe18 verbunden betrachtet, da die Leistung von der Maschine12 auf dem Weg zu dem Getriebe18 nicht über den Motor/Generator32 geführt wird und da die Leistung von dem Motor/Generator32 auf dem Weg zu dem Getriebe18 nicht über die Maschine12 geführt wird. - Zwischen dem Motor/Generator
32 und der Maschine12 ist eine erste Kupplung20 angeordnet, und zwischen dem Motor/Generator32 und dem Getriebe18 ist eine zweite Kupplung22 angeordnet. Die Kupplungen20 ,22 sind mit dem Controller34 funktional verbunden und werden durch ihn gesteuert. Die Kupplungen20 ,22 sind so konfiguriert, dass sie die Maschine12 , den Motor/Generator32 und das Getriebe18 funktional so koppeln oder entkoppeln, dass wahlweise Leistung dazwischen übertragen werden kann. Es sollte gewürdigt werden, dass die Kupplungen20 ,22 alternativ durch irgendeine wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung ersetzt werden können. - Die Antriebsriemenscheibe
16 ist über einen Antriebsriemen24 mit mehreren Abtriebsriemenscheiben26 ,26' ,26'' verbunden. Jede der Abtriebsriemenscheiben26 ,26' ,26'' ist in dieser Reihenfolge mit einer von mehreren Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' verbunden, sodass die Drehung der Abtriebsriemenscheiben26 ,26' ,26'' Leistung überträgt, um die damit verbundenen Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' anzutreiben. Die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' können z. B. eine Servopumpe, eine Wasserpumpe, eine Lichtmaschine oder einen Klimaanlagenkompressor umfassen. - Von der Maschine
12 kann Leistung über die Abtriebswelle14 , über die Antriebsriemenscheibe16 , über den Antriebsriemen24 und über die Abtriebsriemenscheiben26 ,26' ,26'' übertragen werden, um die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' mit Leistung zu versorgen. Alternativ kann Leistung von dem Motor/Generator32 über die Kupplung20 , über die Maschinenabtriebswelle14 , über die Antriebsriemenscheibe16 , über den Antriebsriemen24 und über die Abtriebsriemenscheiben26 ,26' ,26'' übertragen werden, um die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' mit Leistung zu versorgen, wenn die Kupplung20 eingerückt ist. Um die Zubehöreinrichtungen eines Hybridfahrzeugs mit Leistung zu versorgen, wenn die Maschine ausgeschaltet ist, war es herkömmlich notwendig, für jede solche Zubehöreinrichtung einen getrennten Elektromotor bereitzustellen. Somit spart die vorliegende Erfindung dadurch, dass der Motor/Generator32 zur Leistungsversorgung aller Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' gesteuert wird, wenn die Maschine12 ausgeschaltet ist, Kosten, die ansonsten der Herstellung und dem Einbau der mehreren Elektromotoren zugeordnet sind, die zur Leistungsversorgung der Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' erforderlich sind. - Die Zubehöreinrichtungen
30 ,30' ,30'' müssen jeweils über einer im Voraus definierten minimalen Drehzahl angetrieben werden, damit sie vollständig funktionsfähig bleiben. Somit setzt die vorliegende Erfindung gemäß einer Ausführungsform eine im Voraus definierte minimale Maschinendrehzahl Vm fest, die so berechnet wird, dass sichergestellt wird, dass die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' ausreichend mit Leistung versorgt werden und funktionsfähig bleiben. Für die vorliegende Erfindung werden die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' ”ausreichend mit Leistung versorgt”, wenn sie ausreichend Leistung empfangen, um vollständig funktionsfähig zu bleiben, und ist die ”Maschinendrehzahl” als die Drehzahl der Kurbelwelle14 definiert, die unter Verwendung eines (nicht gezeigten) daran angebrachten herkömmlichen Drehzahlsensors gemessen wird. Während die Maschinendrehzahl überwacht und gesteuert werden kann, um sicherzustellen, dass die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' ausreichend mit Leistung versorgt werden, wird erfindungsgemäß die Drehzahl einer oder mehrerer der Riemenscheiben16 ,26 ,26' ,26'' und/oder des Antriebsriemens24 überwacht und gesteuert. - Unter Betriebsbedingungen, unter denen die Maschine
12 normal mit Kraftstoff versorgt wird und läuft, werden die Zubehöreinrichtungen30 ,30' und30'' ebenso wie in herkömmlichen Fahrzeugen durch Leistung von der Maschine12 angetrieben. - Unter Betriebsbedingungen, die normalerweise verlangen, dass die Maschine
12 des Hybridfahrzeugs abgeschaltet wird, schaltet der Controller34 die Übertragung von Kraftstoff zu der Maschine12 ab, steuert die Kupplung20 nach Bedarf für das vollständige oder teilweise Einrücken und weist den Motor/Generator32 an, so zu arbeiten, dass die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' mit Leistung versorgt werden. Genauer weist der Controller34 den Motor/Generator32 an, über die Kupplung20 , über die Maschinenkurbelwelle14 , über die Antriebsriemenscheibe16 , über den Antriebsriemen24 , über die Abtriebsriemenscheiben26 ,26' ,26'' und zu den Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' Leistung zu übertragen, wenn die Übertragung von Kraftstoff abgeschaltet wird. Dieses Verfahren stellt sicher, dass die Zubehöreinrichtungen30 ,30' und30'' unter Betriebsbedingungen, die das Maschinen-Kraftstoffabschalten verlangen, ohne die Notwendigkeit einzelner Elektrozubehörantriebe vollständig funktionsfähig bleiben. Während der Motor/Generator32 über die Maschinenkurbelwelle14 Leistung zu den Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' überträgt, dient die Maschinenkurbelwelle14 als eine Drehmoment/Leistungs-Übertragungsvorrichtung. Für Maschinen, die mit variabler Ventilbetätigung ausgestattet sind, kann der Controller34 die Einlassventile13a und die Auslassventile13b geeignet betätigen (z. B., jedoch nicht beschränkt darauf, sowohl die Einlassventile13a als auch die Auslassventile13b geschlossen halten), wenn der Kraftstoff zu der Maschine12 abgeschaltet ist und die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' über die Maschinenkurbelwelle14 durch Leistung von dem Motor-Generator32 angetrieben werden, um Kurbelwellendrehwiderstands- und Maschinenpumpverluste zu verringern und dadurch den Wirkungsgrad des Zubehörantriebssystems11 zu verbessern. - Falls die Maschine
12 abgeschaltet wird und das Fahrzeug bis zum Halt verzögert, kann die Kupplung22 ausgerückt werden, um den Motor/Generator32 von dem Getriebe18 zu entkoppeln. Anschließend kann der Controller34 den Motor/Generator32 anweisen, zusätzliche Leistung zu übertragen, um die Maschinenkurbelwellendrehzahl über dem im Voraus definierten Minimalwert Vm zu halten, sodass die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' vollständig funktionsfähig bleiben, ohne die Fahrzeugleistungsfähigkeit zu beeinflussen. Falls das Fahrzeug dagegen durch den Motor/Generator32 mit Leistung versorgt wird, müssen die Kupplungen20 und22 durch den Controller34 geeignet gesteuert werden, damit sie vollständig oder teilweise eingerückt sind, wobei der Motor/Generator32 durch den Controller34 so gesteuert wird, dass geeignet Leistung zugeführt wird, um die Zubehöreinrichtungen laufen zu lassen sowie die Fahreranforderungen bezüglich der Fahrzeugausgangsleistung zu erfüllen. Mit anderen Worten, die Zubehöreinrichtungen werden so mit Leistung versorgt, dass sie vollständig funktionsfähig bleiben, ohne Fahrzeugausgangsleistungsanforderungen wie etwa z. B. Fahrgeschwindigkeits- und Fahrbeschleunigungsanforderungen zu opfern. - Obgleich die bevorzugte Ausführungsform des Zubehörantriebssystems
11 oben in der Weise beschrieben wurde, dass sie zwei Kupplungen20 und22 umfasst, ist eine alternative Ausführungsform ohne die Kupplung20 denkbar, sodass nur eine einzelne Kupplung22 realisiert ist. Gemäß der alternativen Ausführungsform ist der Motor-Generator32 mit der Maschinenkurbelwelle14 direkt verbunden und kann über die Kupplung22 indirekt mit dem Getriebe18 verbunden werden. - Die alternative Ausführungsform, in der das Zubehörantriebssystem
11 eine einzelne Kupplung22 umfasst, funktioniert unter Betriebsbedingungen, unter denen die Maschine12 normal mit Kraftstoff versorgt wird und läuft, ähnlich wie die oben beschriebene Ausführungsform. Unter Betriebsbedingungen, die normalerweise verlangen, dass die Maschine12 des Hybridfahrzeugs abgeschaltet wird, schaltet der Controller34 die Übertragung von Kraftstoff zu der Maschine12 ab, steuert die Kupplung22 nach Bedarf so, dass sie vollständig oder teilweise eingerückt wird, und weist den Motor/Generator32 zu arbeiten an, um die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' mit Leistung zu versorgen. Falls die Maschine12 abgeschaltet wird und das Fahrzeug bis zum Halt verzögert, kann die Kupplung22 ausgerückt werden, um den Motor/Generator32 von dem Getriebe18 zu entkoppeln, und kann der Controller34 den Motor/Generator32 anweisen, zusätzliche Leistung zu übertragen, um die Maschinenkurbelwellendrehzahl über dem im Voraus definierten Minimalwert Vm zu halten, sodass die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' vollständig funktionsfähig bleiben, ohne die Fahrzeugleistungsfähigkeit zu beeinflussen. - Ein Verfahren zum Antreiben der Zubehöreinrichtungen an einem Parallel-Elektrohybridfahrzeug umfasst das Folgende. Über den Antriebsriemen
24 wird Energie von der Maschine12 und/oder von dem Motor/Generator32 an die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' übertragen. Während Energie an die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' übertragen wird, werden die Maschine12 und/oder der Motor/Generator32 etwa durch den Controller34 so gesteuert, dass sichergestellt wird, dass die Maschinendrehzahl den im Voraus definierten Minimalwert Vm übersteigt und die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' vollständig funktionsfähig bleiben. Dies kann z. B. dadurch ausgeführt werden, dass die Ausgangsleistung der Maschine12 und/oder des Motors/Generators32 nach Bedarf erhöht wird, um die Zubehöreinrichtungen30 ,30' ,30'' ausreichend mit Leistung zu versorgen, während die Fahreranforderungen erfüllt werden.
Claims (6)
- Zubehörantriebssystem (
11 ) für ein Hybridelektrofahrzeug, umfassend: eine Maschine (12 ) und einen Motor/Generator (32 ), die unabhängig mit einem Getriebe (18 ) verbunden werden können; eine wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung (22 ), die zwischen der Maschine (12 ) und dem Getriebe (18 ) angeordnet ist, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung (22 ) ausgerückt werden kann, um die Maschine (12 ) und den Motor/Generator (32 ) von dem Getriebe (18 ) zu entkoppeln; eine Antriebsriemenscheibe (16 ), die mit der Maschine (12 ) verbunden ist; eine Abtriebsriemenscheibe (26 ,26' ,26'' ), die mit einer Zubehöreinrichtung (30 ,30' ,30'' ) verbunden ist; einen Antriebsriemen (24 ), der die Antriebsriemenscheibe (16 ) und die Abtriebsriemenscheibe (26 ,26' ,26'' ) funktional verbindet und so betrieben werden kann, dass er Antriebskräfte zwischen der Antriebsriemenscheibe (16 ) und der Abtriebsriemenscheibe (26 ,26' ,26'' ) überträgt; einen Drehzahlsensor zur Überwachung der Drehzahl der Abtriebsriemenscheibe (26 ,26' ,26'' ) und/oder des Antriebsriemens (24 ); und einen Controller (34 ), der mit der Drehmomentübertragungsvorrichtung (22 ), mit der Maschine (12 ) und mit dem Motor/Generator (32 ) funktional verbunden ist, wobei der Controller (34 ) so konfiguriert ist, dass er die Drehmomentübertragungsvorrichtung (22 ), die Maschine (12 ) und den Motor/Generator (32 ) so steuert, dass sichergestellt ist, dass die Zubehöreinrichtung (30 ,30' ,30'' ) durch die Maschine (12 ), wenn die Maschine (12 ) läuft, oder durch den Motor/Generator (32 ), wenn die Maschine (12 ) nicht läuft, ausreichend mit Leistung versorgt und über einer im Voraus definierten minimalen Drehzahl angetrieben wird. - Zubehörantriebssystem (
11 ) nach Anspruch 1, wobei die Maschine (12 ) mehrere Einlassventile (13a ), mehrere Auslassventile (13b ) und eine Kurbelwelle (14 ) umfasst. - Zubehörantriebssystem (
11 ) nach Anspruch 2, wobei der Controller (34 ) so konfigurierbar ist, dass er die Einlassventile (13a ) und die Auslassventile (13b ) betätigt, wenn die Zubehöreinrichtung (30 ,30' ,30'' ) über die Maschinenkurbelwelle (14 ) durch Leistung von dem Motor/Generator (32 ) angetrieben wird, um Kurbelwellendrehwiderstands- und Maschinenpumpverluste zu verringern und dadurch den Wirkungsgrad des Zubehörantriebssystems (11 ) zu verbessern. - Zubehörantriebssystem (
11 ) nach Anspruch 1, das ferner eine Speichervorrichtung (36 ) umfasst, die mit dem Motor/Generator (32 ) funktional verbunden ist, wobei die Speichervorrichtung (36 ) so konfiguriert ist, dass sie Energie von dem Motor/Generator (32 ) speichert, wenn die Maschine (12 ) überschüssige Leistung erzeugt oder wenn Bremsleistung zurückgewonnen wird. - Zubehörantriebssystem (
11 ) nach Anspruch 4, wobei die Speichervorrichtung (36 ) eine Batterie ist. - Zubehörantriebssystem (
11 ) nach Anspruch 5, wobei die wahlweise einrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung (22 ) eine Kupplung ist.
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