DE102009002176A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes (4) und ein zweites Antriebsaggregat (1) aufweist, bei welchem das zweite Antriebsaggregat (1) durch wenigstens einen Teil der von dem ersten Antriebsaggregat (4) aufgebrachten Antriebsenergie gestartet wird. Um den Fahrkomfort des Hybridfahrzeuges beim Start des zweiten Antriebsaggregates während der Fahrt zu verbessern, wird, während das Hybridfahrzeug von dem ersten Antriebsaggregat (4) angetrieben wird, das in Ruhe befindliche zweite Antriebsaggregat (1) mittels kinetischer Energie, die aus einer Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges gewonnen wird, gestartet.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes und ein zweites Antriebsaggregat aufweist, bei welchem das zweite Antriebsaggregat durch wenigstens ein Teil des von dem ersten Antriebsaggregat aufgebrachten Antriebsenergie gestartet wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsstruktur weisen mindestens zwei Antriebsaggregate auf, welche nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten. So wird in vielen Fällen die hybride Antriebsstruktur von einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor gebildet. Beide Antriebsaggregate können somit während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges das Antriebsmoment aufbringen.
  • Die DE 35 42 059 C1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer solchen hybriden Antriebsstruktur, bei welcher das erste Antriebsaggregat auf einer Hauptantriebsachse und das zweite Antriebsaggregat auf einer zuschaltbaren Antriebsachse angeordnet sind. Das Kraftfahrzeug kann auch nur mit dem Zusatzantrieb in Form eines Elektromotors bewegt werden. Der Hauptantrieb in Form eines Verbrennungsmotors ist dabei entweder ausgekuppelt oder stillgelegt.
  • Es ist bekannt, dass zum Start eines Verbrennungsmotors ein Starter genutzt wird, was sowohl während der Fahrt des Fahrzeuges als auch im Stand des Fahrzeuges möglich ist. Während der Fahrt des Kraftfahrzeuges ist es aber bei Hybridfahrzeugen auch möglich, den still stehenden Verbrennungsmotor durch ein Schließen des Antriebsstranges zu starten.
  • Bei der Verwendung eines Doppelkupplungsgetriebes wird eine Eingangswelle des Getriebes von dem Elektromotor beaufschlagt, wobei ein Teil des so bereitgestellten Antriebsmomentes auf die Räder zur Fortbewegung des Fahrzeuges übertragen werden, während ein anderer Teil des Antriebsmomentes auf den mit der Eingangswelle gekuppelten Verbrennungsmotor übertragen wird, welcher somit angeschleppt und dadurch gestartet wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass ein Start des zweiten Antriebsaggregates während der Fahrt des Hybridfahrzeuges möglich ist, ohne dass dies der Fahrer wahrnimmt, weshalb der Fahrkomfort nicht beeinträchtigt wird. Dadurch, dass während das Hybridfahrzeug von dem ersten Antriebsaggregat angetrieben wird, das in Ruhe befindliche zweite Antriebsaggregat durch kinetische Energie, die aus einer Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges gewonnen wird, gestartet wird, wird ein Geräusch, wie es sich bei der Verwendung eines Starters bemerkbar macht, genauso unterbunden, wie ein Ruckeln des Fahrzeuges, welches beim Schließen des Antriebsstranges auftritt. Das Ruckeln des Fahrzeuges wird dadurch unterbunden, dass keine Momentenänderung am Rad auftritt, da kein Schleppmoment vorhanden ist.
  • Vorteilhafterweise treibt das erste Antriebsaggregat mindestens eine Fahrwerksachse des Hybridfahrzeuges direkt an, deren Bewegung über ein Getriebe auf das zweite Antriebsaggregat übertragen wird. Es wird lediglich die kinetische Energie zum Start des zweiten Antriebaggregates ausgenutzt, die von dem ersten Antriebsaggregat bereitgestellt und in eine Bewegung des Fahrzeuges umgesetzt wurde.
  • In einer Ausgestaltung setzt die Bewegung der direkt angetriebenen Fahrwerksachse eine zweite Fahrwerksachse des Hybridfahrzeuges in Bewegung, wobei deren Bewegung mittels eines Getriebes zum Start des zweiten Antriebsaggregates übertragen wird. Das Getriebe übernimmt die kinetische Energie der Fahrwerksachse und leitet diese an das zweite Antriebsaggregat weiter. In einer weiteren Ausführungsform kann auf zusätzliche Bauteile, wie einen Starter zum Start des zweiten Antriebsaggregates verzichtet werden. Dies wirkt sich Bauteile schonend auf eine zum Start eines Verbrennungsmotors verwendeten Starter aus.
  • Eine besonders komfortable Lösung wird erreicht, wenn an den zwei Eingangswellen des als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildeten Getriebes mindestens ein Gang eingelegt wird, wobei die Eingangswellen die Bewegung des Hybridfahrzeuges aufnehmen und auf das zweite Antriebsaggregat zu dessen Start übertragen. Auf diese einfache Weise wird der Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges entgegen der normal üblichen Richtung benutzt, indem von der ersten Fahrwerksachse aus die Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes in eine Drehbewegung versetzt werden.
  • In einer Weiterbildung wird zur Übertragung der Bewegung auf das zweite Antriebsaggregat nach dem Auslegen der Gänge des Doppelkupplungsgetriebes mindestens eine der Kupplungen geschlossen, welche je eine Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes mit dem zweiten Antriebsaggregat verbinden. Nach dem Auslegen der Gänge reicht allein die Massenträgheit der Eingangswellen zum Andrehen des zweiten Antriebsaggregates und somit zu dessen Start.
  • Vorteilhafterweise werden die Gänge der beiden Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes nacheinander ausgelegt. So kann die kinetische Energie einer ersten Eingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes schon auf das zweite Antriebsaggregat übertragen werden, während die zweite Eingangswelle noch von der Fahrwerksachse mit einer Drehbewegung beaufschlagt wird, welche diese erst nach Auslegen des Ganges an das zweite Antriebsaggregat weitergibt. Somit wird sichergestellt, dass immer die maximale Drehbewegung auf das zweite Antriebsaggregat zu dessen Start übertragen wird.
  • In einer Ausgestaltung werden die die Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes mit dem zweiten Antriebsaggregat verbindenden Kupplungen nacheinander geschlossen. Somit verlängert sich der Zeitraum, in welchem das zweite Antriebsaggregat durch die Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes angetrieben wird, da die Eingangswellen ihre kinetische Energie nacheinander auf das zweite Antriebsaggregat übertragen, um einen zuverlässigen Start zu gewährleisten.
  • In einer Weiterbildung überschreitet eine von der durch das erste Antriebsaggregat angetriebenen Fahrwerksachse aufgebrachte Drehzahl einen vorgegeben Wert, bevor das zweite Antriebsaggregat gestartet wird. Damit wird sichergestellt, dass die kinetische Energie zum Start des zweiten Antriebsaggregates auch sicher ausreicht.
  • Vorteilhafterweise wird die kinetische Energie zum Start des zweiten Antriebsaggregates aus einem Direktstartverfahren des als Verbrennungsmotor ausgebildeten zweiten Antriebsaggregates gewonnen. Bei einem solchen Direktstartverfahren werden einzelne Zylinder des Verbrennungsmotors bereits im Motorstillstand oder bei geringer Drehzahl mit Kraftstoff befüllt und gezündet. Das aus den ersten Verbrennungen des Verbrennungsmotors resultierende Moment reicht zum weiteren Start des Verbrennungsmotors aus.
  • In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges ein erstes und ein zweites Antriebsaggregat auf, wobei das zweite Antriebsaggregat durch wenigstens einen Teil der von dem ersten Antriebsaggregat bereitgestellten Antriebsenergie gestartet wird. Um den Fahrkomfort des Hybridfahrzeuges beim Start des zweiten Antriebsaggregates während der Fahrt zu verbessern, sind Mittel vorhanden, welche während das Hybridfahrzeug von dem ersten Antriebsaggregat angetrieben wird, dass in Ruhe befindliche zweite Antriebsaggregat durch kinetische Energie, die aus einer Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges gewonnen wird, starten. Diese Vorrichtung hat den Vorteil, dass auf zusätzliche Bauteile zum Start des zweiten Antriebsaggregates während der Fahrt verzichtet werden kann. Auch werden Nachteile im Fahrkomfort durch Geräuschbelästigung oder ein Ruckeln des Fahrzeuges eliminiert. Insbesondere bei der Verwendung eines Verbrennungsmotors als zweites Antriebsaggregat wird das Abstellen des Verbrennungsmotors bei Nichtgebrauch unterstützt, wodurch der Kraftstoffverbrauch reduziert und der CO2-Ausstoß verringert wird.
  • In einer Ausgestaltung ist das Mittel ein Doppelkupplungsgetriebe, welches zwei Eingangswellen und eine Ausgangswelle aufweist und welches die von einer durch das erste Antriebsaggregat angetriebenen Fahrwerksachse bereitgestellte kinetische Energie über die Ausgangswelle aufnimmt und auf die beiden Ein gangswellen überträgt, welche mit unterschiedlichen Gängen beaufschlagt sind, wobei die Eingangswellen mit dem zweiten Antriebsaggregat zum Start verbunden sind. Die Verwendung eines Doppelkupplungsgetriebes erlaubt es, die von der Fahrwerksachse gelieferte kinetische Energie in der Drehbewegung von den beiden Eingangswellen zu speichern, wodurch ausreichend Energie zum Start des zweiten Antriebsaggregates bereitgestellt wird.
  • In einer Weiterbildung ist jede Eingangswelle über eine Kupplung mit dem zweiten Antriebsaggregat verbunden, wodurch die Eingangswellen nacheinander mit dem zweiten Antriebsaggregat verbunden werden. Dies führt zu einem ausreichend langen Andrehen des zweiten Antriebsaggregates durch die Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes.
  • Vorteilhafterweise ist das erste Antriebsaggregat auf einer ersten Fahrwerksachse und das zweite Antriebsaggregat auf einer zweiten Fahrwerksachse des Hybridfahrzeuges angeordnet, wobei das Doppelkupplungsgetriebe an die zweite Fahrwerksachse des Hybridfahrzeuges gekoppelt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für verschiedene Systemkonzepte von Hybridfahrzeugen einsetzbar, beispielsweise für ein Konzept, bei welchen das erste Antriebsaggregat eine Fahrwerksachse antreibt, während das zweite Antriebsaggregat eine zweite Fahrwerksachse antreibt, wobei die beiden Fahrwerksachsen mechanisch entkoppelt sind (Axle Split Hybrid Electric Vehicle).
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren naher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1: Prinzipdarstellung eines Hybridkonzeptes mit einer separat angetriebenen elektrischen Achse nach dem Stand der Technik
  • 2: Ausführungsbeispiel für die Anbindung eines Doppelkupplungsgetriebes an einen Verbrennungsmotor
  • 3: schematischer Ablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren zum Start eines Verbrennungsmotors
  • Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt ein Hybridkonzept, bei welchen ein Verbrennungsmotor 1 eine erste Achse 2 des Fahrzeuges antreibt, während eine zweite Achse 3 des Fahrzeuges separat davon durch einen Elektromotor 4 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor 1 führt über eine Kupplung 5 an eine erste Getriebeeinheit 6, welche über die Antriebswelle 7 mit einem Differential 8 verbunden ist, das das Drehmoment an die Achse 2 weiterleitet, an welcher ein Rad 9 befestigt ist. Gemäß 1 ist ein Starter 10 mit einer Antriebswelle 11 des Verbrennungsmotors 1 verbunden.
  • Der Elektromotor 4 ist mit einer zweiten Getriebeeinheit 12 auf der zweiten Achse 3 des Fahrzeuges montiert, wobei das von dem Elektromotor 4 erzeugte Drehmoment an ein Rad 13 weitergegeben wird, welches von der zweiten Achse 3 angetrieben wird.
  • 2 zeigt das Zusammenwirken des Verbrennungsmotors 1 mit einem, ein Doppelkupplungsgetriebe 5, 6 aufweisenden Antriebsstrang, der den Verbrennungsmotor 1 mit dem Rad 9 verbindet.
  • Der Antriebsstrang weist zwei Zweige auf, wobei der erste Zweig eine erste Kupplung 14 und eine erste Getriebeeingangswelle 15 des Doppelkupplungsgetriebes 5, 6 umfasst. Weiterhin schließt sich nach der ersten Getriebeeingangswelle 15 eine Klauenkupplung 16 an, die über die Getriebeausgangswelle 7 mit dem Rad 9 verbunden ist.
  • Der zweite Zweig des Antriebsstranges enthält eine zweite Kupplung 17, welche auf eine zweite Getriebeeingangswelle 18 des Doppelkupplungsgetriebes 5 führt. Die zweite Getriebeeingangswelle 18 ist mit einer zweiten Klauenkupplung 19 verbunden, die ebenfalls über die Getriebeausgangswelle 7 an das Rad 9 führt.
  • Auf der ersten Getriebeeingangswelle 15 befinden sich die geraden Gänge, wie z. B. 2, 4, 6, während auf der zweiten Getriebeeingangswelle 18 die ungeraden Gänge 1, 3, 5, 7 angeordnet sind. Im Fahrbetrieb mit aktivem Verbrennungsmotor 1 kann, wenn auf einer Getriebeeingangswelle ein Gang eingelegt ist, auf der inaktiven Welle bereits der folgende Gang geschaltet werden. Durch Umkuppeln der beiden Getriebeeingangswellen 15, 18 mit Hilfe der Kupplungen 14 und 17 wird der Gang des Verbrennungsmotors 1 schnell gewechselt.
  • Mittels 3 soll das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden. Im Block 100 ist der Verbrennungsmotor 1 ausgeschaltet. Die Kupplungen 14 und 17 des Doppelkupplungsgetriebes 5 sind geöffnet, während die Klauenkupplungen 16 und 19 geschlossen sind. Das Fahren erfolgt auf rein elektrischer Basis, indem der Elektromotor 4 die Räder 13 der zweiten Achse 12 antreibt, wobei die erste Achse 2 mit den Rädern 9 von der zweiten Achse 12 mitgeschleppt wird. Da das Rad 9 über die Getriebeausgangswelle 7 mit dem Doppelkupplungsgetriebe 5 verbunden ist, drehen die erste und die zweite Getriebeeingangswelle 15 und 18, auf welchen jeweils ein Gang eingelegt ist, auf Grund der geschlossenen Klauenkupplungen 16 und 19 mit. Die Motorabstellposition des Verbrennungsmotors 1 ist bekannt.
  • Im Block 110 wird entschieden, dass auf Grund der vorliegenden Lastverhältnisse der Verbrennungsmotor 1 zur Unterstützung des Elektromotors 4 gestartet werden soll. Daraufhin wird die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 gemessen (Block 120). Überschreitet die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 7 einen vorgegebenen Schwellwert, erfolgt im Block 130 eine Einspritzung in die direktstartrelevanten Zylinder des Verbrennungsmotors 1.
  • Anschließend werden im Block 140 die Gänge an den Getriebeeingangswellen 15 und 18 ausgelegt und die Klauenkupplungen 16 und 19 geöffnet. Im Block 150 erfolgt das Schließen der Kupplungen 14 und 17. Die Kupplungen 14, 17 werden in der Reihenfolge geschlossen, wie die Gänge aus den den Kupplungen 14, 17 zugeordneten Getriebeeingangswellen 15 und 18 ausgelegt werden. Weiterhin werden im Block 160 die direktstartrelevanten Zylinder gezündet, worauf im Block 170 das Starthochlaufen des Verbrennungsmotors 1 erfolgt. Dabei wird die Antriebswelle 11 des Verbrennungsmotors 1 abwechselnd über die Kupplungen 14 und 17 durch die sich drehenden Getriebeeingangswellen 15 und 18 ebenfalls in Drehung versetzt. Das aus den ersten Verbrennungen der direktstartrelevanten Zylinder resultierende Moment unterstützt die anlaufende Drehbewegung der Antriebswelle 11 und somit den Start des Verbrennungsmotors 1.
  • 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 3542059 C1 [0003]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes (4) und ein zweites Antriebsaggregat (1) aufweist, bei welchem das zweite Antriebsaggregat (1) durch wenigstens einen Teil der von dem ersten Antriebsaggregat (4) aufgebrachten Antriebsenergie gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während das Hybridfahrzeug von dem ersten Antriebsaggregat (4) angetrieben wird, das in Ruhe befindliche zweite Antriebsaggregat (1) mittels kinetischer Energie, die aus einer Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges gewonnen wird, gestartet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (4) mindestens eine Fahrwerksachse (3) des Hybridfahrzeuges direkt antreibt, deren Bewegung mittels eines Getriebes (5, 6) auf das zweite Antriebsaggregat (1) übertragen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der direkt angetriebenen Fahrwerksachse (3) eine zweite Fahrwerksachse (2) des Hybridfahrzeuges in Bewegung setzt und deren Bewegung eine Ausgangswelle (7) des Getriebes (5, 6) zum Start des zweiten Antriebsaggregates (1) antreibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass an den zwei Eingangswellen (15, 18) des als Doppelkupplungsgetriebe (5, 6) ausgebildeten Getriebes ein Gang eingelegt wird, wobei die Eingangswellen (15, 18) die Bewegung des Hybridfahrzeuges aufnehmen und auf das zweite Antriebsaggregat (1) zu dessen Start übertragen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung der Bewegung auf das zweite Antriebsaggregat (1) nach dem Auslegen der Gänge des Doppelkupplungsgetriebes (4, 5) mindestens eine der Kupplungen (14, 15) geschlossen wird, welche je eine Eingangswelle (15, 18) des Doppelkupplungsgetriebes (5, 6) mit dem zweiten Antriebsaggregat (1) verbinden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Gänge der beiden Eingangswellen (15, 18) des Doppelkupplungsgetriebes (5, 6) nacheinander ausgelegt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die die Eingangswellen (15, 18) des Doppelkupplungsgetriebes (5, 6) mit dem zweiten Antriebsaggregat (1) verbindenden Kupplungen (14, 17) nacheinander geschlossen werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die von der durch das erste Antriebsaggregat (4) angetriebenen Fahrwerksachse (3) aufgebrachte Drehzahl eine vorgegeben Wert überschreitet, bevor das zweite Antriebsaggregat (1) gestartet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die kinetischen Energie zum Start des zweiten Antriebsaggregates (4) aus einem Direktstartverfahren des als Verbrennungsmotor (1) ausgebildeten zweiten Antriebsaggregates gewonnen wird.
  10. Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes (4) und ein zweites Antriebsaggregat (1) aufweist, bei welchem das zweite Antriebsaggregat (1) durch wenigstens einen Teil der von dem ersten Antriebsaggregat (4) bereitgestellten Antriebsenergie gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, das Mittel (5, 6, 7, 14, 15, 16; 17, 18, 19) vorhanden sind, welche während das Hybridfahrzeug von dem ersten Antriebsaggregat (1) angetrieben wird, dass in Ruhe befindliche zweite Antriebsaggregat (4) durch kinetische Energie, die aus einer Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges gewonnen wird, starten.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel ein Doppelkupplungsgetriebe (5, 6) ist, welches zwei Eingangswellen (15, 18) und eine Ausgangswelle (7) aufweist und welches die von einer durch das erste Antriebsaggregat (4) angetriebenen Fahrwerksachse (3) bereitgestellte kinetische Energie über die Ausgangswelle (7) aufnimmt und auf die beiden Eingangswellen (15, 18) überträgt, welche mit unterschiedlichen Gängen beaufschlagt sind, wobei die Eingangswellen (15. 18) mit dem zweiten Antriebsaggregat (1) zum Start verbunden sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass jede Eingangswelle (15, 18) über eine Kupplung (14, 17) mit dem zweiten Antriebsaggregat (4) verbunden ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (4) auf einer ersten Fahrwerksachse (3) und das zweite Antriebsaggregat (1) auf einer zweiten Fahrwerksachse (2) des Hybridfahrzeuges angeordnet ist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe (5, 6) an die zweite Fahrwerksachse (2) des Hybridfahrzeuges gekoppelt ist.
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