DE102009013398B4 - Verfahren zur Unterbrechung des Kraftflusses im Antriebsstrang eines Fahrzeuges im Crashfall - Google Patents

Verfahren zur Unterbrechung des Kraftflusses im Antriebsstrang eines Fahrzeuges im Crashfall Download PDF

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Abstract

Verfahren zu Unterbrechung des Kraftflusses im Antriebsstrang eines Fahrzeuges im Crashfall, wobei eine im Antriebsstrang vorgesehene Elektromaschine von einer angetriebenen Achse getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) als Parallelhybrid ausgebildet ist, mit einem Antriebsstrang bei dem ein Verbrennungsmotor (VM), eine Elektromaschine (EM) und ein Automatikgetriebe (G) auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und bei dem zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine eine Trennkupplung (T) vorgesehen und das Fahrzeug somit wahlweise durch die Elektromaschine und/oder den Verbrennungsmotor antreibbar ist, wobei im Crashfall ein im Antriebsstrang zwischen der Elektromaschine (EM) und einer angetriebenen Achse (A) angeordnetes Automatikgetriebe (G) in Neutralstellung geschaltet und zusätzlich die Trennkupplung geschlossen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterbrechung des Kraftflusses im Antriebsstrang eines Fahrzeuges im Crashfall, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Hybrid- oder Elektrofahrzeuge weisen im Antriebsstrang wenigstens eine, mit einer Hochvoltbatterie elektrisch verbundene, Elektromaschine auf. Wenn die Elektromaschine als Motor betrieben wird, indem sie von der Hochvoltbatterie mit elektrischem Strom versorgt wird, kann die Elektromaschine eine Achse des Fahrzeuges zumindest anteilig antreiben (elektrisches Fahren oder Boosten). Insbesondere wenn die Elektromaschine als Generator betrieben wird, indem entweder die Drehbewegung einer Achse auf die Elektromaschine übertragen wird (Rekuperation) oder die Elektromaschine durch den Verbrennungsmotor gedreht wird, kann die Elektromaschine die Hochvoltbatterie mit elektrischem Strom aufladen. Jedoch können im Crashfall des Fahrzeuges, beim kurzzeitigen Betrieb der Elektromaschine als Generator, elektrothermische Effekte durch eine beschädigte elektrische Hochvoltleitung auftreten.
  • Deshalb wird in der gattungsbildenden US 6,793,034 B2 eine separate mechanische Unterbrechungseinheit pro Achse bzw. pro Rad vorgeschlagen. Hiermit wird zwar eine zuverlässige Unterbrechung des Kraftflusses zwischen einer Elektromaschine und einer angetriebenen Achse des Antriebsstrangs erzielt, jedoch stellt dies eine konstruktiv aufwendige und damit teure Lösung dar.
  • Weiterer Stand der Technik sind die DE 101 38 395 A1 und die DE 102 31 557 A1 .
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und kostengünstige Alternative vorzuschlagen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass im Crashfall des Fahrzeuges ein im Antriebsstrang zwischen der Elektromaschine und der oder den Antriebsachsen angeordnetes Automatikgetriebe in Neutralstellung geschaltet wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also im Crashfall eines Fahrzeuges mit einem Automatikgetriebe im Antriebsstrang ebenfalls eine zuverlässige Abkopplung der Elektromaschine von der Antriebsachse erreicht. Als Automatikgetriebe kann dabei jedes herkömmliche Getriebe vorgesehen sein, das automatisiert in eine Neutralstellung schaltbar ist. Dabei ist erfindungsgemäß am Automatikgetriebe selbst keinerlei Änderung notwendig. Es wird lediglich die Ansteuerung des Automatikgetriebes modifiziert, z.B. durch eine geeignete Modifikation im Getriebe-Steuergerät. Damit realisiert die Erfindung vermittels einer geeigneten Steuerlogik denselben Effekt wie die mechanische Vorrichtung der US 6,793,034 B2 . Somit ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Kraftfluss im Antriebsstrang eines Fahrzeuges im Crashfall zu unterbrechen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einem als Parallelhybrid ausgebildeten Fahrzeug eingesetzt. Ein derartiges Fahrzeug umfasst einen Antriebsstrang bei dem ein Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein Automatikgetriebe auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine ist eine Trennkupplung vorgesehen, womit das Fahrzeug wahlweise durch die Elektromaschine und/oder den Verbrennungsmotor antreibbar ist. Dabei wird im Crashfall des Fahrzeuges die Trennkupplung geschlossen. Im Crashfall wird üblicherweise sofort die Kraftstoffzuführung zum Verbrennungsmotor gestoppt, womit dieser stillsteht. Da die Trennkupplung geschlossen wurde, wird die Elektromaschine durch den Verbrennungsmotor gestoppt. Weil durch die erfindungsgemäße Schaltung des Automatikgetriebes in Neutralstellung der Kraftfluss zwischen Elektromaschine und Antriebsachse unterbrochen ist, kann die Drehbewegung einer Antriebsachse nicht mehr auf die Elektromaschine übertragen werden. Damit wird die Rotation der Elektromaschine, und demzufolge deren Betrieb als Generator, im Crashfall des Fahrzeuges sicher verhindert.
  • Eine zuverlässige Erkennung des Crashfalls des Fahrzeuges ist durch ein von einem Beschleunigungssensor und/oder einem Airbagsteuergerät des Fahrzeuges erzeugtes Signal (Crashsignal) möglich. Beim Auftreten eines solchen Signals wird das Automatikgetriebe in Neutralstellung geschaltet.
  • Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit im Crashfall kann eine redundante Signalübertragung vorgesehen sein. Dazu wird das Crashsignal beispielsweise durch zusätzliche Leitungen und/oder Signalwege vom Erzeugungsmittel, z.B. dem Beschleunigungssensor bzw. dem Airbagsteuergerät, zum Verarbeitungsmittel, z.B. dem Getriebesteuergerät, im Fahrzeug übertragen.
  • Eine verbesserte Sicherheit ist dadurch erzielbar, dass beim Ausfall eines Steuersignals einer vernetzten Getriebesteuerung das Automatikgetriebe in Neutralstellung geschaltet wird. Ein derartiger Ausfall z.B. des CAN-Signals des Getriebesteuergeräts charakterisiert ebenfalls einen Crashfall des Fahrzeuges.
  • Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung mit einer entsprechenden Signalübertragung.
  • Dargestellt ist ein Hybridfahrzeug 1, ausgebildet als ein Einwellen-Parallelhybrid. Dabei ist ein Verbrennungsmotor VM vorgesehen, der gemeinsam mit einer Elektromaschine EM auf einer Eingangswelle eines Automatikgetriebes G angeordnet ist. Zwischen der Elektromaschine EM und dem Verbrennungsmotor VM ist eine Trennkupplung T vorgesehen. An einer Ausgangswelle des Automatikgetriebes G ist ein Differential D vorgesehen, zum Antrieb zweier Räder R1, R2 einer Antriebsachse A des Hybridfahrzeuges 1. Die Elektromaschine EM ist über eine Leistungselektronik LE mit einer Hochvoltbatterie B elektrisch verbunden. Zusätzlich versorgt die Hochvoltbatterie B auch eine elektrische Lenkung L und eine elektrische Klimaanlage K mit Strom.
  • Wenn die Trennkupplung T geschlossen ist, leiten sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die als Motor betriebene Elektromaschine EM Kraft bzw. Moment in das Automatikgetriebe G ein, zum Antrieb der Antriebsachse A des Hybridfahrzeuges 1. Wenn die Trennkupplung T geöffnet ist, leitet nur die Elektromaschine EM Kraft bzw. Moment in das Automatikgetriebe G ein und ermöglicht so ein rein elektrisches Fahren des Hybridfahrzeuges 1.
  • Wenn das Hybridfahrzeug 1 abgebremst werden soll, kann die Elektromaschine EM als Generator betrieben und durch die so aufgebrachte Kraft die Abbremsung bewirkt werden. Wenn im Betrieb des Hybridfahrzeuges 1 zusätzlicher Strom benötigt wird, treibt der Verbrennungsmotor VM zusätzlich zur Antriebsachse A die als Generator betriebene Elektromaschine EM an. In beiden Fällen wird durch die Rotation der Elektromaschine EM jeweils Strom produziert. Dieser Strom wird durch elektrische Leitungen, z.B. Drei-Phasen-Hochvoltleitungen, zwischen Elektromaschine EM, Leistungselektronik LE und Hochvoltbatterie B übertragen. Damit liegt hier, bei rotierender Elektromaschine EM, jeweils Hochspannung an.
  • Im Crashfall des Hybridfahrzeuges 1 wird von einem Airbagsteuergerät S1, beim Überschreiten einer Crashauslöseschwelle, ein Crashsignal an ein Motorsteuergerät S2 gesendet, z.B. über einen Fahrzeugbus (CAN). Wenn dieses Crashsignal am Motorsteuergerät S2 anliegt, wird die Kraftstoffpumpe P des Verbrennungsmotors VM sofort gestoppt. Dies ermöglicht einen Stopp der Verbrennungsmotors VM innerhalb kurzer Zeit nach dem Auftreten des Crashsignals. Zudem wird in diesem Fall die Trennkupplung T, die in dieser Ausführungsform hydraulisch ausgeführt ist, automatisch in ihren geschlossenen Grundzustand gebracht. Da die Kraftstoffpumpe P keinen Kraftstoff mehr an die Verbrennungsmaschine VM liefert, steht diese still. Weil auch die Trennkupplung T zwischen Verbrennungsmotor VM und Elektromaschine EM geschlossen ist, wird durch den stillstehenden Verbrennungsmotor VM ebenfalls die Elektromaschine EM gestoppt. Denn bei einem derartigen Einwellen-Parallelhybrid weist der Verbrennungsmotor VM üblicherweise eine wesentlich höhere rotatorische Masse auf als die Elektromaschine EM.
  • Zwar ermöglicht das automatisierte Schließen der Trennkupplung T im Crashfall des Hybridfahrzeuges 1 einen sicheren Stopp der Elektromaschine EM. Jedoch könnte in bestimmten Konstellationen eine Rotation der Antriebsachse A über das Automatikgetriebe G auf die Elektromaschine EM übertragen werden. Bei entsprechender Krafteinleitung durch die Antriebsachse A könnten dabei die Elektromaschine EM und der über die geschlossene Trennkupplung T angekuppelte Verbrennungsmotor VM in Rotation versetzt werden. Durch die Rotation der Elektromaschine EM würde dann eine entsprechende Hochspannung produziert werden. Diese Hochspannung würde auch an den elektrische Leitungen zwischen Elektromaschine EM und Leistungselektronik LE bzw. zwischen Leistungselektronik LE und Hochvoltbatterie B anliegen. Im Crashfall kann es nun bei diesen elektrischen Leitungen zu Beschädigungen kommen, womit durch die anliegende Hochspannung die Gefahr elektro-thermischer Effekte wie z.B. Brandbildung möglich ist.
  • Deshalb ist vorgesehen, das Automatikgetriebe G im Crashfall des Hybridfahrzeuges 1 in Neutralstellung zu schalten. Hierfür wird vom Airbagsteuergerät S1, beim Überschreiten der Crashauslöseschwelle, das Crashsignal auch an ein Getriebesteuergerät S3 gesendet, z.B. über einen Fahrzeugbus (CAN). Falls ein entsprechendes Crashsignal am Getriebesteuergerät S3 anliegt, wird das Automatikgetriebe G vom Getriebesteuergerät S3 in eine Neutralstellung geschaltet. Damit wird zuverlässig die Kraftübertragung von einer rotierenden Antriebsachse A des Hybridfahrzeuges 1 auf die Elektromaschine EM unterbrochen, da das Automatikgetriebe G nun keinen Kraftfluss von der Antriebsachse A zur Elektromaschine EM mehr ermöglicht. Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit im Crashfall ist eine redundante Ansteuerung des Getriebesteuergerätes S3 vorgesehen. Dazu wertet das Getriebesteuergerät S3, neben dem Crashsignal des Airbagsteuergerätes S1, auch ein Signal des Motorsteuergerätes S2 aus. Wenn am Motorsteuergerät S2 also ein Crashsignal des Airbagsteuergerätes S1 anliegt, schaltet dieses nicht nur die Kraftstoffpumpe P aus, sondern übermittelt ebenfalls ein Signal an das Getriebesteuergerät S3. Damit werden, im Crashfall des Hybridfahrzeuges 1, unabhängig voneinander zwei Signale an das Getriebesteuergerät S3 übermittelt. Dadurch wird das Getriebesteuergerät G sicher in die Lage versetzt, das Automatikgetriebe G in eine Neutralstellung zu schalten.

Claims (4)

  1. Verfahren zu Unterbrechung des Kraftflusses im Antriebsstrang eines Fahrzeuges im Crashfall, wobei eine im Antriebsstrang vorgesehene Elektromaschine von einer angetriebenen Achse getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) als Parallelhybrid ausgebildet ist, mit einem Antriebsstrang bei dem ein Verbrennungsmotor (VM), eine Elektromaschine (EM) und ein Automatikgetriebe (G) auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und bei dem zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine eine Trennkupplung (T) vorgesehen und das Fahrzeug somit wahlweise durch die Elektromaschine und/oder den Verbrennungsmotor antreibbar ist, wobei im Crashfall ein im Antriebsstrang zwischen der Elektromaschine (EM) und einer angetriebenen Achse (A) angeordnetes Automatikgetriebe (G) in Neutralstellung geschaltet und zusätzlich die Trennkupplung geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeuggetriebe in Neutralstellung geschaltet wird aufgrund eines im Crashfall des Fahrzeuges durch einen Beschleunigungssensor und/oder ein Airbagsteuergerät (S1) erzeugtes Signal.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine redundante Übertragung des erzeugten Signals vorgesehen ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Ausfall eines Steuersignals einer vernetzten Getriebesteuerung das Fahrzeuggetriebe in Neutralstellung geschaltet wird.
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