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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines
Kriechbetriebes eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 7.
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Hybridabtriebe
gewinnen im Fahrzeugbau aufgrund ihres Potenzials zur Verringerung
von Schadstoffemissionen und Energieverbrauch zunehmend an Bedeutung.
Derartige Fahrzeuge weisen verschiedenartige Antriebsquellen auf,
wobei insbesondere Kombinationen von Verbrennungs- und Elektromotoren
von Vorteil sind, da sie einerseits die Reichweiten- und Leistungsvorteile
von Brennkraftmaschinen und andererseits die flexiblen Einsatzmöglichkeiten
der elektrischen Maschinen als alleinige oder Hilfsantriebsquelle
oder als Startergenerator sowie Generator zur Stromerzeugung und
Rekuperation nutzen können.
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Vom
Markt werden Hybrid-Antriebsstränge gefordert, die möglichst
ohne zusätzlichen Bauraumbedarf, bei möglichst
geringer Kompliziertheit und bei geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand
in Fahrzeuge implementiert werden können. Dabei werden
grundsätzlich zwei Hybrid-Topologien, der Serienhybrid
und der Parallelhybrid unterschieden. Solche Anordnungen sind bereits
bekannt und werden ständig weiterentwickelt.
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Beim
Serienhybrid sind die Antriebsmaschinen antriebstechnisch hintereinander
geschaltet. Dabei dient der Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor,
als Antrieb für einen Generator, der eine elektrische Maschine
speist. Das Fahrzeug wird ausschließlich über
den Elektromotor angetrieben. Der Verbrennungsmotor ist von den
Antriebsrädern entkoppelt und kann daher ständig
in einem einzigen Betriebspunkt, also bei einem bestimmten Drehmo ment
und konstanter Drehzahl betrieben werden. Dieses Antriebskonzept
eignet sich beispielsweise für Busse im städtischen
Kurzstreckenverkehr, wobei vorzugsweise ein Betriebspunkt, bei dem
der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors möglichst hoch ist
und gleichzeitig Schadstoffemissionen, Kraftstoffverbrauch und Geräuschentwicklung
in einem günstigen Bereich liegen, eingestellt wird. Ungünstig
wirkt sich beim Serienhybrid dagegen aus, dass der Wirkungsgrad
des Antriebs aufgrund der mechanisch-elektrischen Mehrfachumwandlung
eingeschränkt ist.
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Demgegenüber
bieten Parallelhybrid-Antriebstränge durch eine bezüglich
des Kraftflusses parallele Anordnung der Triebstrangaggregate neben der Überlagerung
der Antriebsmomente die Möglichkeit der Ansteuerung mit
rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem
Antrieb. Grundsätzlich kann beim Parallelhybrid der Verbrennungsmotor
durch jeweiliges Belasten bzw. Unterstützen mittels einer
oder mehrerer elektrischer Maschinen weitgehend bei optimalem Drehmoment
betrieben werden, so dass der maximale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors
effektiv genutzt werden kann. Durch die Unterstützung des
Verbrennungsmotors verringert sich im Mittel der Kraftstoffverbrauch.
Da bei kurzzeitigen erhöhten Leistungsanforderungen im
sogenannten Boostbetrieb, beispielsweise bei Überholvorgängen,
eine Summierung der Antriebsleistung möglich ist, kann
der Verbrennungsmotor nahezu ohne Einbußen an Leistung
und Fahrkomfort des Fahrzeuges vergleichsweise kleiner, und gewichts-
und bauraumsparender ausgelegt werden, welches sich zusätzlich
emissionsverringernd und kostengünstig auswirkt. Die elektrische
Maschine kann zudem als integrierter Startergenerator (ISG) zum
Start des Verbrennungsmotors über eine Kupplung fungieren.
Weiterhin dient die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb
zum Laden eines elektrischen Energiespeichers und kann zur Rekuperation
eingesetzt werden. Als Getriebe zur Variation der Übersetzung
des Antriebs der angetriebenen Achsen kommen grundsätzlich
alle Formen von Fahrzeuggetrieben in Betracht.
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Parallelhybridantriebe
sind in der Regel als Ein-Kupplungsanordnung (1K) oder Zwei-Kupplungsanordnung
(2K), gegebenenfalls mit integrierter Startergenerator-Funktion
der Elektromaschine, ausgebildet. In einer ersten Bauweise eines
Parallelhybridantriebes ist, wie sie beispielsweise die
US 2005 022 1947 A1 zeigt,
der Verbrennungsmotor über eine erste Kupplung mit einer
Elektromaschine verbindbar. Die Elektromaschine ist über
eine separate zweite Kupplung mit einem Schaltgetriebe koppelbar.
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Eine
zweite Bauweise zeigt beispielsweise die
DE 10 2005 051 382 A1 .
Bei dieser vergleichsweise einfachen und besonders kompakt bauenden Anordnung
ist lediglich eine reibschlüssige oder sogar nur eine besonders
kostengünstige und bauraumsparende formschlüssige
Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine vorgesehen.
Bei einer derartigen Anordnung kann grundsätzlich die Funktion
der zweiten Kupplung – soweit erforderlich – von
getriebeinternen Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen übernommen werden,
wie sie beispielsweise bei einem Automatgetriebe ohnehin vorhanden
sind.
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Weiterhin
ist es bekannt, im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen elektrische
Maschinen als Alternative zu herkömmlichen Reibkupplungen
oder zu hydrodynamischen Wandlern als Anfahrelemente einzusetzen,
um mechanische Verluste bei der Kraftübertragung im Antriebsstrang
möglichst gering zu halten.
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Zudem
ist es bekannt, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit automatisierten
Schaltgetrieben oder Automatgetrieben, zur Erhöhung des
Fahrkomforts und der Betriebssicherheit die Funktion eines Kriechmodus
zu implementieren. Grundsätzlich bewegt sich in diesem
Fahrzustand das Fahrzeug bei einer eingelegten Getriebeübersetzung,
nicht betätigter Bremse und nicht betätigtem Fahrpedal
mit sehr geringer Geschwindigkeit. An Steigungen ist mittels eines
derartigen Kriechmodus die Realisierung einer zeitlich begrenzten
Haltefunktion möglich. Im Kriechbetrieb wird vom Antrieb
an den Abtrieb bzw. die angetriebenen Fahrzeugräder ein
Kriechmoment übertragen, welches vorzugsweise auf einen vorgegebenen
Kennwert bzw. eine Kennlinie einstellbar ist. Eine Regelung des
Kriechmodus ist bei verschiedenen verbreiteten Antriebskonzepten
möglich.
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Bei
Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe und einer automatischen
reibschlüssigen Anfahrkupplung kann die Regelung des Kriechmodus
durch eine entsprechende Ansteuerung der Anfahrkupplung erfolgen.
Bei Fahrzeugen mit Automatgetrieben und einem hydrodynamischen Wandler ist
das übertragene Kriechmoment im Wesentlichen durch die
Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt bzw. über
diese regelbar. Bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen kann eine elektrische
Maschine zur Erzeugung eines Kriechmodus eingesetzt werden.
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Ein
Kriechbetrieb mittels eines elektrodynamisches Anfahrelements hat
gegenüber Antriebssträngen mit einer Reibkupplung,
die zur Übertragung eines Kriechmomentes im Schlupf betrieben wird,
grundsätzlich den Vorteil, dass die Gefahr einer Kupplungsüberhitzung
mit erhöhtem Kupplungsverschleiß bei längerer
Kriechdauer entfällt.
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Bei
einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, bei dem eine elektrische
Maschine alleine oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor
als Antriebsaggregat fungiert, stellt sich jedoch insbesondere bei
zeitlich lang andauerndem Kriechen das Problem, dass ein elektrischer
Antriebsenergiespeicher beim Dauerkriechen durch die elektrische
Maschine soweit entleert wird, dass ein weiterer Kriechbetrieb über
eine schlupfende Kupplung, also entweder eine verbrennungsmotorseitige
erste oder eine abtriebsseitige zweite Kupplung, im Antriebsstrang realisiert
werden muss. Daher müssen die entsprechenden Kupplungselemente
für einen Dauerschlupfbetrieb ausreichend dimensioniert
und gekühlt sein, wodurch zusätzlicher Konstruktions-
und Herstellkostenauf wand entsteht. Zudem muss die thermische Belastbarkeit
der elektrischen Maschine beim Dauerkriechen berücksichtigt
werden.
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Aus
der
DE 10 2006
003 714 A1 ist ein elektrodynamisches Antriebssystems eines
Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem mittels einer Ansteuerung einer elektrischen
Maschine als zusätzlichem Antriebsaggregat ein regelbarer
Kriech-Fahrzustand, vergleichbar zum Kriechbetrieb eines Fahrzeuges
mit einem automatischen Stufengetriebe und einem hydrodynamischen
Wandler, realisiert wird. Im Antriebsstrang des Fahrzeugs ist die
elektrische Maschine zusammen mit einem Summierungsgetriebe zwischen
einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe angeordnet. Der
gewünschte Kriechzustand wird in Wirkverbindung mit dem
Summierungsgetriebe durch eine entsprechende Steuerung der elektrischen
Maschine bei weitgehend gleichmäßig im Leerlauf
drehendem Verbrennungsmotor herbeigeführt. Dabei wird ein
Antriebsmoment über das Summierungsgetriebe an das antriebstechnisch
nachgeordnete Fahrzeuggetriebe weitergegeben und entsprechend einer
eingelegten Übersetzungsstufe in einen Antrieb der Antriebsräder
umgesetzt. Die elektrische Maschine ist wahlweise als Antriebsaggregat motorisch
und als Spannungsversorger für ein Fahrzeugbordnetz generatorisch
betreibbar. Im Kriechbetrieb wird die elektrische Maschine hauptsächlich
generatorisch betrieben. Um ein Entladen und Laden einer Fahrzeugbatterie
zur Bordnetzversorgung bei einem Dauerkriechbetrieb zu ermöglichen,
wird die Maschine nach einer bestimmten Kriechzeit vom generatorischen
Betrieb in den motorischen Betrieb umgeschaltet. Da dabei die elektrische
Maschine sowohl im generatorischen als auch im motorischen Betrieb
bei geringen Drehzahlen eingeregelt wird, ist die Umschaltung mit
keiner oder allenfalls einer geringen für den Fahrer wahrnehmbaren
Geschwindigkeitsänderung verbunden.
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Das
bekannte Antriebssystem ermöglicht einen effektiven Kriechbetrieb
eines Fahrzeuges bei hohem Fahrkomfort. Da dies jedoch mit einer
elektrischen Maschine erreicht wird, die zur Realisierung des Kriechmodus
mit einem Summierungsgetriebe zusammenwirkt, ist eine derartige
Steuerung nicht ohne Weiteres auf Antriebsstränge ohne
ein solches Summierungsgetriebe, insbesondere auf Parallelhybridantriebsstränge
mit einer elektrischen Maschine, die nicht nur als Anfahrelement
sondern auch als Antriebsaggregat zum Antrieb eines Fahrzeuges im Fahrbetrieb
fungiert, übertragbar. Zudem erhält der Fachmann
hier keine Hinweise auf mögliche thermische Belastungen
der elektrischen Maschine bei einem Dauerkriechen des Fahrzeuges.
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Aus
der
DE 101 58 536
B4 ist ein weiterer Fahrzeugantrieb bekannt, bei dem ein
Kriechbetrieb mittels einer elektrischen Maschine realisiert wird.
Im Antriebsstrang des Fahrzeugs ist zwischen der elektrischen Maschine
und einem Abtrieb eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Die Kupplungseinrichtung
kann beispielsweise eine als Reibkupplung ausgebildete Wandlerüberbrückungskupplung
sein, die einem Automatgetriebe vorgeschaltet ist. Alternativ können
auch eine oder mehrere Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen eines
Automatgetriebes als die besagte Kupplungseinrichtung fungieren.
Um die elektrische Maschine im Kriechmodus bei hohen Momentanforderungen,
beispielsweise beim Kriechen oder Halten des Fahrzeuges an Steigungen
oder beim Überfahren von Bordsteinkanten thermisch zu entlasten
und eine größere Dimensionierung der elektrischen
Maschine und/oder der Kupplungseinrichtung zu umgehen, kann bei
Bedarf parallel zur elektrischen Maschine eine Kupplung der Kupplungseinrichtung
im Schlupf betrieben werden. Sind der Kupplungseinrichtung mehrere
Kupplungen zugehörig, können diese auch abwechselnd
im Schlupf betrieben werden. Weist die elektrische Maschine zwei
separat erregbare Wicklungen auf, können diese im ständigen
Wechsel betrieben werden. Durch eine Kombination dieser Mittel wird
eine thermische Überlastung sowohl der Kupplungseinrichtung
als auch der elektrischen Maschine bei hohen Antriebsmomenten bei
sehr geringen Geschwindigkeiten oder bei einem hohem Dauerstillstandmoment
vermieden.
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Nachteilig
daran ist, dass bei einem kontinuierlichen Dauerbetrieb der elektrischen
Maschine und der Kupplungseinrichtung die elektrische Maschine zwei
separate Wicklungen aufweisen muss, die im Wechsel ansteuerbar sind
und/oder mehrere Kupplungen vorhanden sein müssen, die
wechselnd im Schlupf betreibbar sind, um eine Überhitzung
des Elektromotors und/oder eine Kupplungsüberhitzung zuverlässig
zu vermeiden. Dies erfordert jedoch außer einem relativ
hohen Konstruktionsaufwand auch eine vergleichsweise komplexe und
aufwendige Steuerung mit einer Temperaturerfassung oder zumindest
einer Berechnung der Erhitzung der Komponenten zur Ermittlung einer
drohenden Überlastung, sowie einen entsprechenden Steuerungsaufwand zur
Zuschaltung und Regelung des Schlupfbetriebes der einen oder mehreren
Kupplungen. Zudem findet der Fachmann in der
DE 101 58 536 B4 keine
Hinweise zur Sicherstellung eines Ladezustandes eines elektrischen
Antriebsenergiespeichers der elektrischen Maschine im Dauerkriechbetrieb.
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Vor
diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebes
eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb zu schaffen, die ein zeitlich
unbegrenztes Kriechen ermöglichen und dennoch einfach sowie
kupplungsschonend sind.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der
unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen
entnehmbar sind.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein besonders kupplungsschonendes
und gewissermaßen unbegrenztes Dauerkriechen bei einem
Hybridfahrzeug durch temporäre Schlupfphasen einer ein
Kriechmoment übertragenden Kupplung, unterbrochen durch
elektromotorische Kriechphasen mittels einer elektrischen Maschine
sowie generatorische Ladephasen der elektrischen Maschine während
der Schlupfphasen der Kupplung ermöglicht wird.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebes
eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, mit einem Antriebsstrang
umfassend einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein
zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnetes
erstes Schaltelement, ein Getriebe, einen Abtrieb und ein zwischen
der elektrischen Maschine und dem Abtrieb angeordnetes zweites Schaltelement.
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Unter
einem Kriechbetrieb eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor
und einem Übersetzungsgetriebe wird in diesem Zusammenhang
verstanden, dass sich das Fahrzeug bei einer eingelegten Übersetzung
und nicht betätigtem Fahrpedal mit einer so geringen Fahrgeschwindigkeit
fortbewegt, dass eine kraftschlüssige Verbindung über
eine vollständig eingerückte Kupplung zwischen
dem Verbrennungsmotor und einem Abtrieb mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors
einhergehen würde, die unterhalb einer Leerlaufdrehzahl
desselben läge. Der Kriechbetrieb soll auch ein kurzfristiges
Festhalten des Fahrzeuges gegen ein Anrollen entgegen einer angewählten
Fahrtrichtung an einer Steigung einschließen.
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Zur
Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor,
dass der Kriechbetrieb zumindest bei einem Dauerkriechen durch ein
zyklisch abwechselndes Ansteuern der elektrischen Maschine und des zweiten
Schaltelementes realisiert wird.
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Die
gestellte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens gelöst. Demnach geht die Erfindung weiterhin
aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Kriechfunktion eines Fahrzeugs
mit einem Hybridantrieb, mit einem Antriebsstrang umfassend einen
Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein zwischen dem Verbrennungsmotor
und der elektrischen Maschine angeordnetes erstes Schaltelement,
ein Getriebe, einen Abtrieb und ein zwischen der elektrischen Maschine
und dem Abtrieb angeordnetes zweites Schaltelement. Zudem sind gemäß der
Erfindung Steuerungsmittel vorhanden, mittels denen ein Kriechbetrieb
des Fahrzeugs wahlweise durch Betreiben des zweiten Schaltelements
in einem Schlupfbetrieb und durch Betreiben der elektrischen Maschine
in einem Kriechmodus realisierbar ist.
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Das
zweite Schaltelement kann als eine zwischen der elektrischen Maschine
und dem Getriebe angeordnete Reibkupplung ausgebildet sein. Alternativ
dazu kann das zweite Schaltelement als eine getriebeinterne reibschlüssige
Schaltkupplung oder reibschlüssige Schaltbremse ausgebildet
sein. Dadurch kann gegebenenfalls eine externe zweite Kupplung entfallen,
was sich bauraumsparend und kostengünstig auswirkt.
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Grundsätzlich
sind auch mehrere getriebeinterne Kupplungen und/oder Bremsen, die
in Zusammenwirkung als das zweite Schaltelement fungieren, möglich.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der
Erfindung ist vorgesehen, dass der Kriechbetrieb abwechselnd durchgeführt wird
mittels eines Schlupfbetriebes des als Reibelement ausgebildeten
zweiten Schaltelementes während das erste Schaltelement
geschlossen ist, und mittels der elektrischen Maschine während
das zweite Schaltelement geschlossen und das erste Schaltelement
geöffnet ist.
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Demnach
wird ein abwechselndes Dauerkriechen über eine Kupplung
und über eine elektrische Maschine vorgeschlagen, wodurch
vorteilhaft erreicht wird, dass das zweite, abtriebsseitig der elektrischen
Maschine nachgeordnete Schaltelement beim Dauerkriechen im Mittel
weniger belastet wird, da es wiederholt Zeitabschnitte gibt, in
denen der Kriechbetrieb rein elektrisch, also ohne Kupplungsschlupf
erfolgt. Das Schaltelement kann dadurch vergleichsweise kleiner
dimensioniert oder bei einer getriebeinternen Kupplung/Bremse zumin dest
in einer ohnehin vorgesehenen Größe beibehalten
werden, wodurch Bauraum und Kosten eingespart werden. Da das erste
Schaltelement zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine für
den erfindungsgemäßen Kriechbetrieb keine Schlupffunktion
benötigt, kann dieses unabhängig von einer Kriechfunktion des
Fahrzeuges Kosten sparend konzipiert werden.
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Das
Kriechen eines Fahrzeugs mittels einer elektrischen Maschine weist
grundsätzlich einen höheren Wirkungsgrad auf als
ein Kriechbetrieb mittels einer schlupfenden Kupplung, die von einem
Verbrennungsmotor angetrieben wird. Somit fällt insgesamt
eine geringere Verlustleistung in einem erfindungsgemäßen
wechselnden Kriechbetrieb an als bei konventionellen Kriechfunktionen,
die mit permanent andauerndem Kupplungsschlupf arbeiten. Dies gilt
insbesondere bei mit Kriechmoment stillstehendem oder nahezu stillstehendem
Fahrzeug, da hier der potenzielle Kupplungsschlupf besonders groß ist.
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Außerdem
kann vorgesehen sein, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement
und schlupfendem zweiten Schaltelement, also während der Kriechphasen
mittels einer Kupplung, die elektrische Maschine durch den Verbrennungsmotor
generatorisch angetrieben wird, um einen elektrischen Antriebsenergiespeicher
zu laden. Zweckmäßig wird zwischen dem verbrennungsmotorisch
bewirkten Kriechbetrieb mittels des schlupfenden zweiten Schaltelements
und dem elektromotorischen Kriechbetrieb mittels der elektrischen
Maschine abhängig von einem Ladezustand des elektrischen
Energiespeichers umgeschaltet.
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Bevorzugt
kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass auf verbrennungsmotorischen Kriechbetrieb
geschaltet wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers auf einen
unteren Schwellwert abgesunken ist, und dass auf elektromotorischen Kriechbetrieb
geschaltet wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers auf einen
oberen Schwellwert angestiegen ist. Dadurch wird sichergestellt,
dass für den elektromotorischen Kriechbetrieb stets ausrei chend
elektrische Energie zur Speisung des Elektromotors zur Verfügung
steht. Da sich zusätzlich die beanspruchte Kupplung in
den elektromotorischen Kriechphasen erholen kann, also thermisch
entlastet wird und abkühlt, wird somit ein praktisch unbegrenzter
Dauerkriechbetrieb ermöglicht.
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Grundsätzlich
kann jedoch auch ein anderer Umschaltrhythmus, beispielsweise durch
einen Zeitgeber, und/oder eine Berücksichtigung weiterer
Betriebparameter, beispielsweise der Temperatur der schlupfenden
Kupplung und/oder der Elektromaschine, vorgesehen sein.
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Zur
Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung
eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser
zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Hybridantriebes
eines Fahrzeuges zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Steuerung eines Kriechbetriebes.
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Demnach
ist in 1 ein Schema eines Fahrzeug-Hybridantriebes 1 mit
einem Parallelhybrid-Antriebsstrang 2 dargestellt, wie
er beispielsweise für ein Nutzfahrzeug (Lkw, Bus, Sonderfahrzeug)
vorgesehen sein kann. Der Antriebsstrang 2 weist einen Verbrennungsmotor 3,
beispielsweise einen Dieselmotor, mit einer Kurbelwelle 24 auf,
die über ein vorteilhaft als Reibkupplung ausgebildetes
erstes Schaltelement 4 mit einer elektrischen Maschine 5 verbindbar
ist. Die elektrische Maschine 5 ist wiederum über ein
zweites, als Reibkupplung ausgebildetes Schaltelement 6 mit
einem Getriebe 7 koppelbar. Die Funktion des zweiten Schaltelementes 6 kann
auch durch (nicht dargestellte) getriebeinterne Kupplungselemente,
beispielsweise eine oder mehrere Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen
eines Stufenautomaten ersetzt sein. Dem Getriebe 7 kann,
wie in 1 angedeutet, ein nicht näher erläuterter
Nebenabtrieb (PTO: Power Take-Off) 8 antriebstechnisch nachgeordnet
sein. Über einen Abtrieb 26 und ein Differenzial 9 kann
ein jeweils anliegendes Abtriebsmoment des Hyb ridantriebes 1 in
herkömmlicher Weise an eine Antriebsachse 10 und über
diese an die Antriebsräder 11 weitergeleitet werden.
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Der
Aufbau eines derartigen Antriebsstranges 2 ist dem Fachmann
an sich bekannt. Wesentlich für die Erfindung ist eine
erfindungsgemäße Steuerung dieses Antriebstranges 2,
insbesondere der elektrischen Maschine 5 und des zweiten
Schaltelementes 6 zur Erzielung eines Kriechbetriebes.
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Die
Elektromaschine 5 kann je nach Betriebssituation als elektrisches
Antriebsaggregat, also als Motor, oder als Generator betrieben werden. Dazu
ist sie mit einem Umrichter 12 verbunden, der von einem
Umrichter-Steuergerät 13 ansteuerbar ist. Über
den Umrichter 12 ist die Elektromaschine 5 mit einem
elektrischen Antriebsenergiespeicher 14, beispielsweise
einer 340 V-Hochvolt-Batterie (auch Supercaps sind möglich),
verbunden. Im motorischen Betrieb wird die Elektromaschine 5 vom
Energiespeicher 14 gespeist. Im generatorischen Betrieb,
also beim Antrieb durch den Verbrennungsmotor 3 und/oder
im Rekuperationsbetrieb, wird der Energiespeicher 14 mittels
der Elektromaschine 5 aufgeladen. Weiterhin fungiert die
Elektromaschine 5 als integrierter Startergenerator zum
Starten des Verbrennungsmotors 3.
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Der
Hochvoltkreis des Energiespeichers 14 bzw. die daran angeschlossenen
Steuergeräte sind über einen bidirektionalen Gleichspannungswandler (DC/DC) 15 an
ein Bordnetz 16 mit einer Spannung von beispielsweise 24
V oder 12 V angeschlossen. Der Energiespeicher 14 ist von
einem Batteriemanagementsystem (BMS) 17 bezüglich
seines Ladezustandes (SOC: State of Charge) überwachbar
und regelbar. Der Gleichspannungswandler 15 ist von einem
Gleichspannungswandler-Steuergerät 18 ansteuerbar.
Zudem ist ein Steuergerät 19 für nicht
näher erläuterte Bremsregelungsfunktionen, insbesondere
ein Antiblockiersystem (ABS) bzw. ein elektronisches Bremssystem
(EBS) sowie ein weiteres Steuergerät 20 für
eine elektronische Dieseleinspritzregelung (EDC) des beispielhaft
als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmo tors 3 vorhanden.
Die einzelnen genannten Steuergeräte können auch,
wenigstens zum Teil, in einem einzigen Steuergerät zusammengefasst
sein.
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Weiterhin
ist eine integrierte Steuerungseinrichtung 21 angeordnet,
in der ein Getriebesteuergerät (TCU: Transmission Control
Unit), ein Hybridsteuergerät (HCU: Hybrid Control Unit)
sowie verschiedene Betriebsfunktionen zusammengefasst sind. Der Steuerungseinrichtung 21 sind
Steuerungsmittel, insbesondere eine Steuerungseinheit 25 zur
Ansteuerung des zweiten Schaltelementes 6 im Schlupfbetrieb
zugeordnet, die auch in die Steuerungseinrichtung 21 integriert
sein kann. Die Steuerungseinheit 25 ist derart ausgebildet,
dass sie mit der Steuerungseinrichtung 21, die auch den
Betrieb der elektrischen Maschine 5 regelt, bei der Regelung
eines Kriechbetriebes zusammenwirkt. Dies ist durch einen Doppelpfeil
angedeutet.
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Eine
jeweilige Antriebsenergieverteilung und Funktionssteuerung der einzelnen
Komponenten des Hybridantriebs ist mittels einer zentralen Strategie-Einheit 22 vorgebbar,
die, vorteilhaft über einen Datenbus (z. B. CAN) 23,
mit der Steuerungseinrichtung 21 und der Steuereinheit 25 sowie
den weiteren relevanten Steuergeräten 13, 17, 18, 19 verbunden ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren, welches mit dem Hybridantrieb 1 besonders
effektiv durchführbar ist, beruht auf einem abwechselnden
Dauerkriechen mittels der elektrischen Maschine 5 und mittels
des zweiten Schaltelements 6 in zwei zyklisch wiederkehrenden
Schritten.
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In
einem ersten Schritt ist das erste Schaltelement, also die Kupplung 4 zwischen
dem Verbrennungsmotor 3 und der elektrischen Maschine 5 geschlossen,
so dass der Verbrennungsmotor 3 und die elektrische Maschine 5 kraftschlüssig
miteinander verbunden sind. Das Kriechen des Fahrzeugs wird bei
eingelegter Gangstufe des Getriebes 7 über das zweite
Schaltelement, d. h. die Reibkupplung 6 durch deren Betrieb
im Schlupf erzeugt. Dabei wird die elektrische Maschine 5 von
dem Verbrennungsmotor 3 angetrieben und generatorisch betrieben,
so dass der elektrische Antriebsenergiespeicher 14 geladen wird.
Im generatorischen Betrieb kann zudem in das Bordnetz 16 elektrische
Energie für Nebenverbraucher und/oder zum Laden einer Bordnetzbatterie über
den Gleichspannungswandler 15 eingespeist werden.
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Die
Strategieeinheit 22 gibt dazu einerseits über
das Umrichter-Steuergerät 13 an den Umrichter 12 einen
Befehl zur Umschaltung der elektrischen Maschine 5 in den
generatorischen Betrieb ab. Andererseits veranlasst die Strategieeinheit 22 die
Ansteuerung der Reibkupplung 6 im Schlupfbetrieb zur Erzeugung
und Regelung eines gewünschten Kriechmomentes des Fahrzeuges
im Zusammenwirken mit dem Verbrennungsmotor 3, der geschlossenen
Kupplung 4 und dem Übersetzungsgetriebe 7. Der
Verbrennungsmotor 3 liefert also im ersten Schritt sowohl
Leistung über das schlupfende zweite Schaltelement 6 an
den Abtrieb 26 als auch über die elektrische Maschine 5 an
den Energiespeicher 14. Das schlupfende Schaltelement 6 wird
dabei vorteilhaft mittels einer vorhandenen aber nicht dargestellten
Kühleinrichtung gekühlt.
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Wenn
der Energiespeicher 14 genügend aufgeladen ist,
also einen bestimmten, über das Batteriemanagementsystem 17 überwachten
Ladezustand (SOC) erreicht hat, wird, wiederum veranlasst durch
die Strategieeinheit 22, in einem zweiten Schritt das Kriechen
mittels einer entsprechenden Ansteuerung der elektrischen Maschine 5 ohne
eine schlupfende Kupplung erzeugt. Dazu wird das erste Schaltelement 4 geöffnet,
wodurch die elektrische Maschine 5 vom Verbrennungsmotor 3 entkoppelt wird.
Zudem wird die elektrische Maschine 5 nach entsprechender
Umschaltung durch das Umrichter-Steuergerät 13 und
den Umrichter 12 vom Energiespeicher 14 gespeist
und somit motorisch betrieben. Das zweite Schaltelement, also die
Kupplung 6 wird zudem vollständig geschlossen,
also reibschlüssig eingerückt, und weiterhin gekühlt.
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Wenn
der Energiespeicher 14 leer bzw. sein Ladezustand unter
einen Mindestladezustand abgefallen ist, wird wieder auf Schlupfbetrieb
umgeschaltet, also der Zyklus mit dem ersten Schritt, bei inzwischen
abgekühlter Kupplung 6, fortgesetzt usw., so dass
insgesamt ein weitgehend konstanter Dauerkriechbetrieb, bis zu dessen
Beendigung über eine entsprechende Anforderung, aufrechterhalten
wird. Diese Betriebsweise ermöglicht daher einen zeitlich weitgehend
unbegrenzten Kriech-Fahrbetrieb des Fahrzeugs, der ausgesprochen
kupplungsschonend ist sowie bei vorhandenem Überschuss
an elektrischer Energie ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers
erlaubt.
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- 1
- Hybridantrieb
- 2
- Antriebsstrang
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Erstes
Schaltelement, Kupplung
- 5
- Elektrische
Maschine
- 6
- Zweites
Schaltelement, Kupplung
- 7
- Getriebe
- 8
- Nebenabtrieb
- 9
- Differenzial
- 10
- Antriebsachse
- 11
- Fahrzeugrad
- 12
- Umrichter
- 13
- Umrichter-Steuergerät
- 14
- Elektrischer
Antriebsenergiespeicher
- 15
- Gleichspannungswandler
- 16
- Bordnetz
- 17
- Batteriemanagementsystem
- 18
- Spannungswandler-Steuergerät
- 19
- Elektronische
Bremsregelung
- 20
- Elektronische
Dieselregelung
- 21
- Steuerungseinrichtung
- 22
- Betriebsstrategie-Einheit
- 23
- Datenbus
- 24
- Kurbelwelle
- 25
- Steuerungseinheit
- 26
- Abtrieb
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 20050221947
A1 [0006]
- - DE 102005051382 A1 [0007]
- - DE 102006003714 A1 [0013]
- - DE 10158536 B4 [0015, 0016]