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:
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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 Verbrennungsmotor1 eine erste Achse2 des Fahrzeuges antreibt, während eine zweite Achse3 des Fahrzeuges separat davon durch einen Elektromotor4 angetrieben wird. Der Verbrennungsmotor1 führt über eine Kupplung5 an eine erste Getriebeeinheit6 , welche über die Antriebswelle7 mit einem Differential8 verbunden ist, das das Drehmoment an die Achse2 weiterleitet, an welcher ein Rad9 befestigt ist. Gemäß1 ist ein Starter10 mit einer Antriebswelle11 des Verbrennungsmotors1 verbunden. - Der Elektromotor
4 ist mit einer zweiten Getriebeeinheit12 auf der zweiten Achse3 des Fahrzeuges montiert, wobei das von dem Elektromotor4 erzeugte Drehmoment an ein Rad13 weitergegeben wird, welches von der zweiten Achse3 angetrieben wird. -
2 zeigt das Zusammenwirken des Verbrennungsmotors1 mit einem, ein Doppelkupplungsgetriebe5 ,6 aufweisenden Antriebsstrang, der den Verbrennungsmotor1 mit dem Rad9 verbindet. - Der Antriebsstrang weist zwei Zweige auf, wobei der erste Zweig eine erste Kupplung
14 und eine erste Getriebeeingangswelle15 des Doppelkupplungsgetriebes5 ,6 umfasst. Weiterhin schließt sich nach der ersten Getriebeeingangswelle15 eine Klauenkupplung16 an, die über die Getriebeausgangswelle7 mit dem Rad9 verbunden ist. - Der zweite Zweig des Antriebsstranges enthält eine zweite Kupplung
17 , welche auf eine zweite Getriebeeingangswelle18 des Doppelkupplungsgetriebes5 führt. Die zweite Getriebeeingangswelle18 ist mit einer zweiten Klauenkupplung19 verbunden, die ebenfalls über die Getriebeausgangswelle7 an das Rad9 führt. - Auf der ersten Getriebeeingangswelle
15 befinden sich die geraden Gänge, wie z. B. 2, 4, 6, während auf der zweiten Getriebeeingangswelle18 die ungeraden Gänge 1, 3, 5, 7 angeordnet sind. Im Fahrbetrieb mit aktivem Verbrennungsmotor1 kann, wenn auf einer Getriebeeingangswelle ein Gang eingelegt ist, auf der inaktiven Welle bereits der folgende Gang geschaltet werden. Durch Umkuppeln der beiden Getriebeeingangswellen15 ,18 mit Hilfe der Kupplungen14 und17 wird der Gang des Verbrennungsmotors1 schnell gewechselt. - Mittels
3 soll das erfindungsgemäße Verfahren erläutert werden. Im Block100 ist der Verbrennungsmotor1 ausgeschaltet. Die Kupplungen14 und17 des Doppelkupplungsgetriebes5 sind geöffnet, während die Klauenkupplungen16 und19 geschlossen sind. Das Fahren erfolgt auf rein elektrischer Basis, indem der Elektromotor4 die Räder13 der zweiten Achse12 antreibt, wobei die erste Achse2 mit den Rädern9 von der zweiten Achse12 mitgeschleppt wird. Da das Rad9 über die Getriebeausgangswelle7 mit dem Doppelkupplungsgetriebe5 verbunden ist, drehen die erste und die zweite Getriebeeingangswelle15 und18 , auf welchen jeweils ein Gang eingelegt ist, auf Grund der geschlossenen Klauenkupplungen16 und19 mit. Die Motorabstellposition des Verbrennungsmotors1 ist bekannt. - Im Block
110 wird entschieden, dass auf Grund der vorliegenden Lastverhältnisse der Verbrennungsmotor1 zur Unterstützung des Elektromotors4 gestartet werden soll. Daraufhin wird die Drehzahl der Getriebeausgangswelle7 gemessen (Block120 ). Überschreitet die Drehzahl der Getriebeausgangswelle7 einen vorgegebenen Schwellwert, erfolgt im Block130 eine Einspritzung in die direktstartrelevanten Zylinder des Verbrennungsmotors1 . - Anschließend werden im Block
140 die Gänge an den Getriebeeingangswellen15 und18 ausgelegt und die Klauenkupplungen16 und19 geöffnet. Im Block150 erfolgt das Schließen der Kupplungen14 und17 . Die Kupplungen14 ,17 werden in der Reihenfolge geschlossen, wie die Gänge aus den den Kupplungen14 ,17 zugeordneten Getriebeeingangswellen15 und18 ausgelegt werden. Weiterhin werden im Block160 die direktstartrelevanten Zylinder gezündet, worauf im Block170 das Starthochlaufen des Verbrennungsmotors1 erfolgt. Dabei wird die Antriebswelle11 des Verbrennungsmotors1 abwechselnd über die Kupplungen14 und17 durch die sich drehenden Getriebeeingangswellen15 und18 ebenfalls in Drehung versetzt. Das aus den ersten Verbrennungen der direktstartrelevanten Zylinder resultierende Moment unterstützt die anlaufende Drehbewegung der Antriebswelle11 und somit den Start des Verbrennungsmotors1 . - 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)
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Gänge der beiden Eingangswellen (
15 ,18 ) des Doppelkupplungsgetriebes (5 ,6 ) nacheinander ausgelegt werden. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - Vorrichtung nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass jede Eingangswelle (
15 ,18 ) über eine Kupplung (14 ,17 ) mit dem zweiten Antriebsaggregat (4 ) verbunden ist. - 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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