DE102007055706A1 - Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem aufweisenden Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem (1) aufweisenden Fahrzeug angegeben, wobei das elektrodynamische Antriebssystem (1) eine Elektromaschine (2) und ein Planetengetriebe (3) aufweist, wobei die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mit einem ersten Element (5) des Planetengetriebes (3) verbunden ist, die Elektromaschine (2) mit einem zweiten Element (6) des Planetengetriebes (3) verbunden ist und die Getriebeeingangswelle (7) mit einem weiteren Element (8) des Planetengetriebes (3) verbunden ist und wobei eine als Überbrückungskupplung dienende Reibkupplung (9) vorgesehen ist, welche zwei Elemente des Planetengetriebes (3) lösbar miteinander verbindet, wobei durch im geschlossenen Zustand der Kupplung (9) das Planetengetriebe (3) im Blockbetrieb umläuft, im Rahmen dessen der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb betrieben wird und ein Bremsmoment in den Antriebsstrang einleitet und die Überbrückungskupplung (9) geöffnet wird, wobei anschließend für den Fall, dass die Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, der Verbrennungsmotor durch gezielte Führung der Elektromaschine (2) auf maximale Drehzahl angehoben wird, und für den Fall, dass die Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, die Elektromaschine (2) auf betragsweise maximaler Drehzahl geführt bzw. gehalten wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem aufweisenden Fahrzeug, insbesondere bei einem parallelen Hybridfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Nach dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei parallelen Hybridfahrzeugen die Elektromaschine nicht direkt zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe, sondern über ein einstufiges Planetengetriebe zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe lösbar anzukoppeln, wodurch ein elektrodynamisches Antriebssystem gebildet wird.
  • Beispielsweise beschreibt die DE 199 34 696 A1 der Anmelderin, deren Offenbarungsgehalt bezüglich des elektrodynamischen Antriebssystems vollin haltlich Gegenstand dieser Beschreibung sein soll, ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug, welches zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe ein als Summierungsgetriebe dienendes Planetengetriebe, umfassend die drei Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger aufweist. Hierbei ist ein erstes Element des Planetengetriebes mit dem Schaltgetriebe, ein zweites Element mit der Antriebsmaschine und ein drittes Element mit wenigstens einem Elektromotor verbunden, so dass ein verschleißfreies Anfahrelement für das Fahrzeug gebildet wird.
  • Die DE 101 52 471 A1 der Anmelderin beschreibt ein Verfahren zum Anlassen eines Verbrennungsmotors eines mit einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüsteten Fahrzeug, das eine elektrische Maschine und ein Planetengetriebe zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe mit Eingangswelle umfasst.
  • Hierbei ist das Hohlrad des Planetengetriebes über eine Dämpfungseinrichtung drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden, wobei der Steg des Planetengetriebes mit dem mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes drehfest verbundenen Rotor der elektrischen Maschine über eine Reibungskupplung lösbar verbindbar ist. Die Reibungskupplung dient als Überbrückungskupplung des Planetengetriebes, da im geschlossenen Zustand der Reibungskupplung das Planetengetriebe verblockt wird.
  • Des weiteren ist der Steg des Planetengetriebes drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden, wobei die Eingangswelle über eine Bremse an ein Gehäuse des Getriebes ankoppelbar ist.
  • Auch bei Fahrzeugen, welche ein elektrodynamisches Antriebssystem gemäß dem genannten Stand der Technik aufweisen, muss das Fahrzeug oft für eine längere Zeit abgebremst werden. Wenn dies über die normalen Betriebsbremsen erfolgt, besteht in nachteiliger Weise die Gefahr, dass die Brem sen überhitzen und die Bremswirkung nachlässt. Eine Möglichkeit, dies zu vermeiden, ist der Einsatz von verschleißfreien Bremsen, wie beispielsweise Retardern, was jedoch in einem erhöhten Bauraumbedarf und hohen Herstellungs- und Montagekosten resultiert.
  • Beim normalen Fahrbetrieb von Fahrzeugen, welche ein elektrodynamisches Antriebssystem gemäß dem genannten Stand der Technik aufweisen, ist die Überbrückungskupplung geschlossen, so dass das Planetengetriebe des elektrodynamisches Antriebssystems im Block umläuft. Da Bremsen Bestandteil des normalen Fahrbetriebs ist, wird nach dem Stand der Technik in einer derartigen Situation ein Bremsmoment über den Verbrennungsmotor, die Elektromaschine (jeweils bei gleicher Drehzahl) oder über einen zusätzlich verbauten Retarder erzeugt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem aufweisenden Fahrzeug anzugeben, durch dessen Durchführung die Notwendigkeit einer zusätzlichen verschleißfreien Bremse, beispielsweise eines Retarders, entfällt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem aufweisenden Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das elektrodynamische Antriebssystem eine Elektromaschine und ein als Summierungsgetriebe dienende Planetengetriebe aufweist, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mit einem ersten Element des Planetengetriebes verbunden ist, die Elektromaschine mit einem zweiten Element des Planetengetriebes verbunden ist und die Getriebeeinganswelle mit einem weiteren Element des Planetengetriebes verbunden ist, und wobei eine als Überbrückungskupplung dienende Reibkupplung vorgesehen ist, welche zwei Elemente des Planetengetriebes lösbar miteinander verbindet, wodurch im geschlossenen Zustand der Kupplung das Planetengetriebe im Blockbetrieb umläuft, im Rahmen dessen der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb betrieben wird und ein Bremsmoment in den Antriebsstrang einleitet, wobei die Überbrückungskupplung geöffnet und anschließend der Verbrennungsmotor durch gezielte Führung der Elektromaschine auf maximale Drehzahl angehoben wird.
  • Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei niedriger Getriebeeingangsdrehzahl der Verbrennungsmotor nicht bei maximaler Drehzahl gehalten wird, da in diesem Fall die bei geöffneter Überbrückungskupplung erforderliche Drehzahl der Elektromaschine den betragsweise maximal möglichen Drehzahlwert überschreiten würde. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, bei einer Getriebeeingangsdrehzahl, die einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, die Elektromaschine bei geöffneter Überbrückungskupplung auf betragsweise maximaler Drehzahl zu führen bzw. zu halten.
  • Gemäß der Erfindung entsteht der bremsende Effekt durch den Verbrennungsmotor; das Anheben der Drehzahl durch die Elektromaschine dient der Steigerung der Bremsleistung. Hierbei bleibt das Bremsmoment des Verbrennungsmotors ungefähr konstant, wobei sich die Bremsleitung durch das Anheben der Drehzahl erhöht wird.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: Eine schematische Darstellung eines elektrodynamischen Antriebssystems und dessen Anordnung; und
  • 2: Ein Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen den Drehzahlen an der Elektromaschine und am Getriebeeingang bei maximaler Verbrennungsmotordrehzahl.
  • Das in 1 gezeigte elektrodynamische Antriebssystem 1 ist zwischen dem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor des Fahrzeugs und dem Fahrzeuggetriebe 10, das vorzugsweise als Schaltgetriebe ausgeführt ist, angeordnet und umfasst eine Elektromaschine 2 und ein als Summierungsgetriebe dienendes Planetengetriebe 3.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs über eine Dämpfungseinrichtung 12 mit dem Hohlrad 5 des Planetengetriebes 3 verbunden, wobei der Rotor 11 der Elektromaschine 2 mit dem Sonnenrad 6 des Planetengetriebes 3 verbunden ist und die Getriebeeinganswelle 7 mit dem Steg 8 des Planetengetriebes 3 verbunden ist. Des weiteren ist eine als Überbrückungskupplung dienende Reibkupplung 9 vorgesehen, die das Sonnenrad 6 und den Steg 8 des Planetengetriebes 3 lösbar miteinander verbindet, wodurch im geschlossenen Zustand der Kupplung 9 das Planetengetriebe 3 im Blockbetrieb umläuft.
  • Durch das Öffnen der Überbrückungskupplung 9 werden die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine 2 entkoppelt. Wie bereits beschrieben, wird zum verschleißfreien Bremsen in einem nächsten Schritt der Verbrennungsmotor auf seine maximale Drehzahl angehoben, wobei dies dadurch erfolgt, dass die Elektromaschine 2 gezielt so geführt wird, dass der Verbrennungsmotor seine maximale Drehzahl erreicht. In dem als Summierungsgetriebe dienenden Planetengetriebe 3 gilt: n_EM = n_GE·(1 – iPlanetRatio) + iPlanetRatio·n_VM mit n_EM: Drehzahl Elektromaschine, n_GE: Drehzahl am Getriebeeingang, n_VM: Drehzahl Verbrennungsmotor, iPlanetRatio: Übersetzungsverhältnis Planetengetriebe. Für ein Planetengetriebe mit iPlanetRatio = –2 und n_VM_max = 2600 rpm (n_VM_max: maximale Drehzahl des Verbrennungsmotors) ergebt sich der in 2 wiedergegebene Zusammenhang zwischen den Drehzahlen an der Elektromaschine und am Getriebeeingang bei geöffneter Überbrückungskupplung 9.
  • Anhand des in 2 gezeigten Zusammenhangs kann bei gegebener Getriebeeingangsdrehzahl und gewünschter bekannter Drehzahl für den Verbrennungsmotor die Drehzahl der Elektromaschine 2 gezielt vorgegeben werden, damit der Verbrennungsmotor die maximale Drehzahl erreicht.
  • Auf diese Weise kann der Verbrennungsmotor im maximalen Schubbetrieb betrieben werden, so dass ein maximales Bremsmoment erzeugt wird. Durch die hohe Drehzahl des Verbrennungsmotors und das hohe erzielbare Bremsmoment ergibt sich eine sehr hohe Bremsleistung und damit eine hohe Verzögerung des Fahrzeugs. Im gegebenen Beispiel ergibt sich bei einer Drehzahl des Getriebeeingangs von 1000 rpm beim Bremsen mittels des Verbrennungsmotors bei geschlossener Überbrückungskupplung eine Bremsleistung von 10 kW während durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Bremsleistung von 27 kW erzielt wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann die Notwendigkeit des Einbaus eines Retarders in vorteilhafter Weise entfallen, da eine starke verschleißfreie Bremsung ohne Belastung und damit Überhitzung der Betriebsbremsen des Fahrzeugs ermöglicht wird.
  • Im Rahmen einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei niedriger Getriebeeingangsdrehzahl der Verbrennungsmotor nicht bei maximaler Drehzahl gehalten wird, da in diesem Fall die bei geöffneter Überbrückungskupplung 9 erforderliche Drehzahl der Elektromaschine 2 den betragsweise maximal möglichen Drehzahlwert überschreiten würde. Dies kann während eines Bremsvorgangs oder gleich zu Beginn eines Bremsvorgangs vorkommen.
  • Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einer Getriebeeingangsdrehzahl, die einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, die Elektromaschine auf betragsweise maximaler Drehzahl zu führen bzw. zu halten, wobei in diesem Fall die Drehzahl des Verbrennungsmotors mit fallender Getriebeeingangsdrehzahl abnimmt. Auch durch diese Vorgehensweise wird die in diesem Fall maximale durch den Schubbetrieb des Verbrennungsmotors erzielbare Bremsleistung erzielt.
  • Vorzugsweise ist der vorgegebene Schwellenwert der Wert der Getriebeeingangsdrehzahl, unterhalb dessen bei geöffneter Überbrückungskupplung und maximaler Drehzahl des Verbrennungsmotors die Drehzahl der Elektromaschine 2 den betragsweise maximal möglichen Drehzahlwert überschreiten würde.
    • 1
    elektrodynamisches Antriebssystem
    2
    Elektromaschine
    3
    Planetengetriebe
    4
    Kurbelwelle
    5
    Hohlrad
    6
    Sonnenrad
    7
    Getriebeeinganswelle
    8
    Steg
    9
    Reibkupplung
    10
    Getriebe
    11
    Rotor
    12
    Dämpfungseinrichtung
    n_EM
    Drehzahl der Elektromaschine
    n_GE
    Drehzahl am Getriebeeingang
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19934696 A1 [0004]
    • - DE 10152471 A1 [0005]

Claims (3)

  1. Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem (1) aufweisenden Fahrzeug, wobei das elektrodynamische Antriebssystem (1) eine Elektromaschine (2) und ein Planetengetriebe (3) aufweist, wobei die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs mit einem ersten Element (5) des Planetengetriebes (3) verbunden ist, die Elektromaschine (2) mit einem zweiten Element (6) des Planetengetriebes (3) verbunden ist und die Getriebeeinganswelle (7) mit einem weiteren Element (8) des Planetengetriebes (3) verbunden ist, und wobei eine als Überbrückungskupplung dienende Reibkupplung (9) vorgesehen ist, welche zwei Elemente des Planetengetriebes (3) lösbar miteinander verbindet, wodurch im geschlossenen Zustand der Kupplung (9) das Planetengetriebe (3) im Blockbetrieb umläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb betrieben wird und ein Bremsmoment in den Antriebsstrang einleitet und dass die Überbrückungskupplung (9) geöffnet wird, wobei anschließend für den Fall, dass die Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, der Verbrennungsmotor durch gezielte Führung der Elektromaschine (2) auf maximale Drehzahl angehoben wird und für den Fall, dass die Getriebeeingangsdrehzahl (n_GE) den vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, die Elektromaschine (2) auf betragsweise maximaler Drehzahl geführt bzw. gehalten wird.
  2. Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem (1) aufweisenden Fahrzeug, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Schwellenwert der Wert der Getriebeeingangsdrehzahl ist, unterhalb der bei geöffneter Überbrückungskupplung (9) und maximaler Drehzahl des Verbrennungsmotors die Drehzahl der Elektromaschine (2) den betragsweise maximal möglichen Drehzahlwert überschreiten würde.
  3. Verfahren zum verschleißfreien Bremsen bei einem ein elektrodynamisches Antriebssystem (1) aufweisenden Fahrzeug, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs über eine Dämpfungseinrichtung (12) mit dem Hohlrad (5) des Planetengetriebes 3 verbunden ist, wobei der Rotor (11) der Elektromaschine (2) mit dem Sonnenrad (6) des Planetengetriebes (3) verbunden ist und die Getriebeeinganswelle (7) mit dem Steg (8) des Planetengetriebes (3) verbunden ist, wobei die Reibkupplung (9) das Sonnenrad (6) und den Steg (8) des Planetengetriebes (3) lösbar miteinander verbindet.
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