DE102009002177A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges - Google Patents

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Boyke Richter
Michael Lehner
Herbert Prickarz
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat (4) ein Antriebsmoment auf eine erste Achse (3) des Hybridfahrzeuges einbringt, während ein zweites Antriebsaggregat (1) eine zweite Achse (2) des Hybridfahrzeuges antreibt, wobei entweder das erste Abtriebsaggregat (4) oder das erste (4) und das zweite Antriebsaggregat (1) das Hybridfahrzeug in Bewegung halten. Um den Fahrkomfort während des Starts des zweiten Antriebsaggregates zu erhöhen, bringt, während das erste Antriebsaggregat (4) das Antriebsmoment auf die erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, zum Start des zweiten, sich in Ruhe befindenden Antriebsaggregates (1) des Hybridfahrzeuges das erste Antriebsaggregat (4) über die erste Achse (3) des Hybridfahrzeuges ein Zusatzantriebsmoment ein, das ein beim Start des zweiten Antriebsaggregates (1) an der zweiten Achse (2) auftretendes Antriebsverlustmoment kompensiert.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat ein Antriebsmoment auf eine erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, während ein zweites Antriebsaggregat eine zweite Achse des Fahrzeuges antreibt, wobei entweder das erste Antriebsaggregat oder das erste und das zweite Antriebsaggregat das Fahrzeug in Bewegung halten.
  • Es werden verstärkt Fahrzeuge mit Hybridantrieben entwickelt, bei welchen verschiedene Antriebsaggregate für eine Antriebsaufgabe genutzt werden. Dabei können die einzelnen Antriebsaggregate in dem Hybridantrieb unterschiedlich zusammenarbeiten. Sie wirken entweder gleichzeitig oder es wirkt nur ein Antriebseinaggregat auf das zu bewegende Fahrzeug.
  • Es sind Hybridkonzepte bekannt, bei welchen ein Antriebsaggregat eine erste Achse des Fahrzeuges und ein zweites Antriebsaggregat eine zweite Achse des Fahrzeuges antreibt, wobei die beiden Achsen des Fahrzeuges mechanisch entkoppelt sind. Zum Start des zweiten, meistens als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsaggregates ist dieses mit einem Starter verbunden, welcher das zweite Antriebsaggregat in Betrieb setzt. Dies kann sowohl im Ruhezustand des Fahrzeuges als auch während der Fahrt erfolgen.
  • Eine andere Möglichkeit, das zweite Antriebsaggregat zu starten, besteht darin, dass während der Fahrt der Triebstrang des zweiten Antriebsaggregates geschlossen wird. Allerdings führt dies zu einem Ruckeln des Fahrzeuges, was den Fahrkomfort beeinträchtigt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass ein Geräusch des Starters unterbunden und der Verschleiß von Starterbauteilen verringert wird. Dadurch, dass während das erste Antriebsaggregat das Antriebsmoment auf die erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, zum Start des zweiten, sich in Ruhe befindenden Antriebsaggregates des Hybridfahrzeuges das erste Antriebsaggregat über die erste Achse des Fahrzeuges ein Zusatzantriebsmoment einbringt, das ein beim Start des zweiten Antriebsaggregates an der zweiten Achse entnommenes Antriebsverlustmoment kompensiert, wird durch eine einfache Erhöhung des Antriebsmomentes des ersten Antriebsaggregates um das Zusatzantriebsmoment der Fahrkomfort des Fahrzeuges erhöht und der Start während der Fahrt des Hybridfahrzeuges sehr komfortabel gestaltet. Das zweite Antriebsaggregat wird immer dann zugeschaltet, wenn das von dem ersten Antriebsaggregat aufgebrachte Antriebsmoment nicht ausreicht, um die von dem Fahrer gewünschte Fahrgeschwindigkeit zu realisieren.
  • In einer Ausgestaltung wird das zweite, sich in Ruhe befindliche Antriebsaggregat mittels kinetischer Energie gestartet, die aus einer Fahrbewegung des Fahrzeuges gewonnen wird. Somit kann auf den Einsatz eines Starters zum Start des zweiten Antriebsaggregates verzichtet werden.
  • In einer Weiterbildung wird zum Start des zweiten Antriebsaggregates ein Triebstrang an der zweiten Achse geschlossen. Durch die Kompensation des Verlustantriebsmomentes an der zweiten Achse durch das vom ersten Antriebsaggregat über der ersten Achse erzeugten Zusatzantriebsmomentes wird beim Schließen des Triebstranges jedes Ruckeln des Fahrzeuges unterbunden, welches normalerweise durch die Übertragung des Momentes zum Starten des zweiten Antriebsaggregates über die Räder der zweiten Achse erfolgt. Die Summenmomente der Antriebsräder bleiben auf diese Weise konstant. Ein Start des zweiten Antriebsaggregates über ein Schließen des Antriebsstranges stellt somit eine komfortable Alternative zum Start mit einem Starter dar.
  • Vorteilhafterweise wird die Fahrbewegung der durch das erste Antriebsaggregat angetriebenen ersten Achse auf die zweite Achse übertragen, deren Bewegung über ein im Triebstrang angeordnetes Getriebe auf das zweite Antriebsaggregat übertragen wird. Dabei wird auf die im Antriebsstrang vorhandenen Mittel zurückgegriffen. Auf zusätzliche Bauteile zum Start des zweiten Antriebsaggregates kann somit verzichtet werden.
  • In einer Ausgestaltung wird das Zusatzantriebsmoment, welches das erste Antriebsaggregat über die erste Achse einbringt, aus einer Tabelle oder einem Kennfeld in Abhängigkeit von dem Antriebsverlustmoment der zweiten Achse entnommen. Die jeweilige Größe des Antriebsverlustmomentes ist in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit vor Inbetriebnahme des Fahrzeuges auf einem Prüfstand bestimmt und als Tabelle oder Kennfeld in einem Speicher des Hybridfahrzeuges abgelegt worden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das das Antriebsverlustmoment kompensierende Zusatzantriebsmoment über eine Regelung einzustellen.
  • Eine weitere Weiterbildung der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat ein Antriebsmoment auf eine erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, während ein zweites Antriebsaggregat eine zweite Achse des Hybridfahrzeuges antreibt, wobei entweder das erste Antriebsaggregat oder das erste und das zweite Antriebsaggregat das Hybridfahrzeug in Bewegung halten. Um den Fahrkomfort des Hybridfahrzeuges während der Fahrt des Hybridfahrzeuges nicht zu verringern, sind Mittel vorhanden, welche, während das erste Antriebsaggregat das Antriebsmoment auf die erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, zum Start des zweiten, sich in Ruhe befindenden Antriebsaggregates des Hybridfahrzeuges das erste Antriebsaggregat veranlassen, über die erste Achse des Hybridfahrzeuges ein Zusatzantriebsmoment einzubringen, das ein beim Start des zweiten Antriebsaggregates an der zweiten Achse entnommenes Antriebsverlustmoment kompensiert. Dies hat den Vorteil, dass auf die Anwendung eines Starters zum Start des zweiten Antriebsaggregates während der Fahrt des Hybridfahrzeugs verzichtet werden kann, wodurch sich die Geräuschbelästigung während des Startens verringert und ein Ruckeln des Fahrzeuges während des Startes unterbunden wird.
  • Vorteilhafterweise ist ein Steuergerät mit dem ersten Antriebsaggregat und einem die Drehbewegung des zweiten Antriebsaggregates detektierenden Sensor verbunden, welches beim Einsetzen der Drehbewegung des zweiten Antriebsag gregates das Zusatzantriebsmoment aus einem Speicher ausliest und das erste Antriebsaggregat entsprechend dem ausgelesenen Zusatzantriebsmoment ansteuert. Durch diese Vorgehensweise bleiben die Summenmomente der Antriebsräder der Achsen konstant, was bewirkt, dass das Ruckeln verhindert wird.
  • In einer Ausgestaltung ist das zweite Antriebsaggregat über eine Kupplung mit einem Getriebe verbunden, welches an die zweite Achse des Hybridfahrzeuges gekoppelt ist, wobei die Kupplung zum Start des zweiten Antriebsaggregates geschlossen ist. Durch das einfache Schließen der Kupplung wird die Antriebswelle des zweiten Antriebsaggregates von den Rädern der zweiten Achse angedreht, wodurch sich ein Start des zweiten Antriebsaggregates ohne aufwendige Bauteile realisieren lässt.
  • In einer Weiterbildung ist das zweite Antriebsaggregat mit einem Starter verbunden, welcher das zweite Antriebsaggregat beim stehenden Hybridfahrzeug startet. Das Hybridfahrzeug verfügt somit über zwei Startmöglichkeiten für das zweite Antriebsaggregat. Der Starter startet das Fahrzeug im Stand, während das zweite Antriebaggregat während der Fahrt komfortabel über das Schließen des Antriebsstranges des zweiten Antriebsaggregates gestartet wird.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
  • 1: Darstellung eines Hybridkonzeptes mit einer separat angetriebenen elektrischen Achse
  • 2: schematischer Ablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren zum Start des Verbrennungsmotors
  • Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt ein Hybridkonzept, bei welchem ein Verbrennungsmotor 1 eine Vorderachse 2 des Fahrzeuges antreibt, während eine Hinterachse 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 weiterlei tet, an welcher ein Rad 9 befestigt ist. Ein Starter 10 ist mit einer Antriebswelle 11 des Verbrennungsmotors 1 verbunden.
  • Der Elektromotor 4 ist mit einer zweiten Getriebeeinheit 12 auf der Hinterachse 3 des Hybridfahrzeuges montiert, wobei das von dem Elektromotor 4 erzeugte Drehmoment an ein Rad 13 weitergegeben wird, welches von der Hinterachse 3 angetrieben wird.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Motorsteuergerät 14 verbunden, durch welches die Abläufe im Verbrennungsmotor 1 gesteuert und geregelt werden. Gleichzeitig führt an das Motorsteuergerät 14 ein Drehzahlsensor 15, welcher gegenüber der Antriebswelle 11 des Verbrennungsmotors 1 zur Ermittlung der Drehzahl der Antriebswelle 11 angeordnet ist. Ein Pedalgeber 17, mittels welchem der Fahrer die Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeuges einstellt, ist ebenfalls mit dem Motorsteuergerät 14 verbunden. Der Elektromotor 4 wird von einem Elektromotorsteuergerät 16 angesteuert, welches an das Motorsteuergerät 14 führt.
  • Bei dem angeführten Beispiel handelt es sich um ein so genanntes Axle Split Hybrid Electric Vehicle. Ein solches Hybridfahrzeug kann sowohl rein elektrisch fahren, indem der auf der Hinterachse 3 angeordnete Elektromotor 4 die Vorderachse 2 antreibt. Im hybridischen Fahrbetrieb wird die Vorderachse 2 vom Verbrennungsmotor 1 angetrieben, während zum selben Zeitpunkt die Hinterachse 3 von dem Elektromotor 4 angetrieben wird. Der Elektromotor 4 kann auch generatorisch betrieben werden, um eine nicht weiter dargestellte Hochvoltbatterie zu laden oder bei einem Bremsvorgang Energie in die Hochvoltbatterie zurückzuspeisen.
  • Anhand von 2 soll nun eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens während der Fahrt des Hybridfahrzeuges erläutert werden. Im Block 100 koordiniert das Motorsteuergerät 14 die Abläufe zwischen dem Antriebsstrang 5, 6 des Verbrennungsmotors 1 sowie des Elektromotors 4 über das Motorsteuergerät 14. Je nach Leistungsanforderung des Fahrers wird das Antriebsmoment nur vom Elektromotor 4 oder, wenn dessen Leistung nicht ausreicht, vom Verbrennungsmotor 1 und dem Elektromotor 4 gemeinsam aufgebracht.
  • Im Block 110 ist der Verbrennungsmotor 1 ausgeschaltet und der Triebstrang ist offen, d. h. die Kupplung 5 ist geöffnet. Das Hybridfahrzeug fährt rein elektrisch, indem der Elektromotor 4 die Hinterachse 3 antreibt. Der Fahrerwunsch nach erhöhter Antriebsleistung wird im Block 120 von dem Motorsteuergerät 14 über den Geber 17 detektiert.
  • Das Motorsteuergerät 14 stellt fest, dass das von dem Elektromotor 4 allein aufgebrachte Antriebsmoment nicht ausreicht, um dem Fahrerwunsch zu entsprechen.
  • Daraufhin wird im Block 130 entschieden, dass der Verbrennungsmotor 1 während der Fahrt zu starten ist. Dazu wird eine entsprechende Information an das Elektromotorsteuergerät 4 ausgegeben und gleichzeitig über ein Signal des Motorsteuergerätes 14 die Kupplung 5 und somit der Antriebsstrang des Verbrennungsmotors 1 an der Vorderachse 2 geschlossen.
  • Im Block 140 wird durch das Schließen der Kupplung 5 der Verbrennungsmotor 1 angedreht, wobei sich auf der Vorderachse 2 ein negatives Antriebsmoment (Bremsen) einstellt. Gleichzeitig wird im Block 150 ein zusätzliches positives Antriebsmoment durch den Elektromotor 4 erzeugt, welches als Kompensationsmoment zu dem negativen Antriebsmoment auf die Hinterachse 3 aufgebracht wird. Dieses zusätzliche Antriebsmoment wird in Abhängigkeit von dem negativen Antriebsmoment aus einem Kennfeld ausgelesen, welches in einem Speicher 18 des Elektromotorsteuergerätes 16 abgelegt ist.
  • Ausgehend vom Einbringen dieses zusätzlichen positiven Antriebsmomentes durch den Elektromotor 4 wird im Block 160 der Verbrennungsmotor 1 ohne Zuhilfenahme des Starters 10 und ohne negative Beeinflussung des Fahrkomforts des Hybridfahrzeuges gestartet.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat (4) ein Antriebsmoment auf eine erste Achse (3) des Hybridfahrzeuges einbringt, während ein zweites Antriebsaggregat (1) eine zweite Achse (2) des Hybridfahrzeuges antreibt, wobei entweder das erste Antriebsaggregat (4) oder das erste (4) und das zweite Antriebsaggregat (1) das Hybridfahrzeug in Bewegung halten, dadurch gekennzeichnet, dass, während das erste Antriebsaggregat (4) das Antriebsmoment auf die erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, zum Start des zweiten, sich in Ruhe befindenden Antriebsaggregates (1) des Hybridfahrzeuges das erste Antriebsaggregat (4) über die erste Achse (3) des Hybridfahrzeuges ein Zusatzantriebsmoment einbringt, das ein beim Start des zweiten Antriebsaggregates (1) an der zweiten Achse (2) auftretendes Antriebsverlustmoment kompensiert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite, sich in Ruhe befindliche Antriebsaggregat (1) mittels kinetischer Energie gestartet wird, die aus einer Fahrbewegung des Hybridfahrzeuges gewonnen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass zum Start des zweiten Antriebsaggregates (1) ein Triebstrang (5, 6) an der zweiten Achse (2) geschlossen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbewegung der durch das erste Antriebsaggregat (4) angetriebenen ersten Achse (3) auf die zweite Achse (2) übertragen wird, deren Bewegung über ein im Triebstrang (5, 6) angeordnetes Getriebe (6) auf das zweite Antriebsaggregat (1) übertragen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzantriebsmoment, welches das erste Antriebsaggregat (4) über die erste Achse (3) einbringt, aus einer Tabelle oder einem Kennfeld in Abhängigkeit von dem Antriebsverlustmoment der zweiten Achse (2) entnommen wird.
  6. Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat (4) ein erstes Antriebsmoment auf eine erste Achse (3) des Hybridfahrzeuges einbringt, während ein zweites Antriebsaggregat (1) eine zweite Achse (2) des Hybridfahrzeuges antreibt, wobei entweder das erste Abtriebsaggregat (4) oder das erste (4) und das zweite Antriebsaggregat (1) das Hybridfahrzeug in Bewegung halten, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (14, 15, 16, 17, 18) vorhanden sind, welche, während das erste Antriebsaggregat (4) das Antriebsmoment auf die erste Achse des Hybridfahrzeuges einbringt, zum Start des zweiten, sich in Ruhe befindenden Antriebsaggregates (1) des Hybridfahrzeuges das erste Antriebsaggregat (4) veranlassen, über die erste Achse (3) des Hybridfahrzeuges ein Zusatzantriebsmoment einzubringen, das ein beim Start des zweiten Antriebsaggregates (1) an der zweiten Achse (3) entnommenes Antriebsverlustmoment kompensiert.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (14) mit dem ersten Antriebsaggregat (4) und einem die Drehbewegung des zweiten Antriebsaggregates (2) detektierenden Sensor (15) verbunden ist, welches beim Einsetzen der Drehbewegung des zweiten Antriebsaggregates (1) das Zusatzantriebsmoment aus einem Speicher (18) ausliest und das erste Antriebsaggregat (4) entsprechend dem ausgelesenen Zusatzantriebsmomentes ansteuert.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (1) über eine Kupplung (5) mit einem Getriebe (6) verbunden ist, welches an die zweite Achse (2) des Hybridfahrzeuges gekoppelt ist, wobei die Kupplung (5) zum Start des zweiten Antriebsaggregates (1) geschlossen ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (1) mit einem Starter (10) verbunden ist, welcher das zweite Antriebsaggregat (1) bei stehendem Hybridfahrzeug startet.
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