DE102009035398A1

DE102009035398A1 - Aggregate-Anordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit der Aggregate-Anordnung

Info

Publication number: DE102009035398A1
Application number: DE200910035398
Authority: DE
Inventors: Jens Gröger
Original assignee: Wabco GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aggregate-Anordnung für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug (1) mit einem Hybridantrieb (4), und das Fahrzeug mit dieser Anordnung,
wobei die Aggregate-Anordnung (11) mindestens aufweist:
einen Druckluft-Kompressor (7) für ein Druckluft-System (6) des Fahrzeugs (1), und einen von der Fahrzeugbatterie (5) gespeisten Nebenaggregat-Elektromotor (8) zum Antreiben des Druckluft-Kompressors (7).
Erfindungsgemäß ist der Nebenaggregat-Elektromotor (8) zum Antrieb mindestens eines weiteren, von dem Druckluft-Kompressor (7) verschiedenen Nebenaggregates (14) vorgesehen, wobei ein Kraftfluss von dem Nebenaggregat-Elektromotor (8) entweder in den Klima-Kompressor (14) oder in den Druckluft-Kompressor (7) fließt. Hierzu kann insbesondere eine Kupplung vorgesehen sein, z. B. mit Freiläufen für die verschiedenen Nebenaggregate (7, 14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Aggregate-Anordnung für ein Fahrzeug und ein derartiges Fahrzeug, das zumindest einen Antriebs-Elektromotor aufweist; vorzugsweise ist das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug mit einem Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor und den Antriebs-Elektromotor umfasst.
Hybridfahrzeuge weisen einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Antriebs-Elektromotor auf, die unterschiedlich kombinierbar sind. Je nach Fahrsituation kann einer der beiden Motoren oder auch eine Kombination beider zum Antrieb verwendet werden, und weiterhin auch kinetische Energie des Fahrzeugs bei einem Bremsvorgang wieder gewonnen werden, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen.
Schwere Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, weisen im Allgemeinen mehrere Nebenverbraucher auf, z. B. einen Druckluftkompressor eines fahrzeugeigenen Druckluftsystems und z. B. einen Klima-Kompressor einer Klimaanlage. Bei Fahrzeugen mit reinen Verbrennungsmotoren werden diese Nebenverbraucher in der Regel direkt von der Motorwelle mit betrieben.
In Hybridfahrzeugen steht jedoch die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors in einigen Phasen, insbesondere bei rein elektrischem Betrieb, nicht zur Verfügung. Daher ist es bekannt, für Nebenaggregate wie den Druckluftkompressor oder den Klima-Kompressor jeweils einen eigenen Elektromotor einzusetzen, um sie vom Verbrennungsmotor unabhängig anzutreiben. Somit weist das Fahrzeug zusätzlich zu dem Hybridantrieb jeweils Elektromotoren für die verschiedenen Nebenaggregate auf.
Durch diese zusätzlichen Elektromotoren entstehen somit zusätzliche Kosten, wobei weiterhin auch das Gesamtgewicht des Fahrzeuges erhöht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Aggregate-Anordnung für ein Fahrzeug und ein derartiges Fahrzeug zu schaffen, die mit geringem Aufwand und geringem Gewicht den Einsatz mehrerer Nebenaggregate ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Aggregate-Anordnung nach Anspruch 1 und ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß wird somit ein gemeinsamer Nebenaggregat-Elektromotor für den Druckluft-Kompressor und das weitere Nebenaggregat, insbesondere den Klima-Kompressor eingesetzt, wobei der Kraftfluss von dem Nebenaggregat-Elektromotor immer nur in eines der Nebenaggregate eingeht; somit betreibt der Nebenaggregat-Elektromotor immer nur entweder den Druckluft-Kompressor oder das weitere Nebenaggregat.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Nebenaggregate mit ihren zugehörigen Kreisläufen bzw. Systemen über eine gewisse Speicherfähigkeit verfügen; das Druckluftsystem weist im Allgemeinen an den Druckluft-Kompressor angeschlossene Druckluftspeicher auf, insbesondere separate Druckluftspeicher für die einzelnen Verbraucherkreise, z. B. Bremskreise, ggf. Niveau-Regulierungen und Nebenverbraucher. Somit ist es grundsätzlich nicht erforderlich, dass der Nebenaggregat-Elektromotor durchgängig zur Verfügung steht, um den Druckluft-Kompressor zu betreiben. Auch bei anderen Nebenaggregaten, insbesondere der Klimaanlage, ist ein fortwährender Betrieb im Allgemeinen nicht erforderlich. So verfügt auch eine Klimaanlage über eine gewisse Speicherfähigkeit, z. B. durch die in dem System gespeicherte Kälte, Filter usw.
Erfindungsgemäß wird weiterhin erkannt, dass einige Nebenaggregate bezüglich ihres Betriebszeitraumes variierbar sind, ohne dass hierdurch Fahrzeug- oder Komfort-Eigenschaften merklich eingeschränkt sind. Hierbei sind einige Nebenverbraucher wie z. B. die Klimaanlage, die nur über eine begrenzte Speicherfähigkeit verfügt, nicht so sicherheitsrelevant. Eine Klimaanlage wird ohnehin zum Teil bereits derartig geregelt, dass eine gewünschte Temperatur und Feuchtigkeit durch einen zeitweiligen Betrieb des Kompressors erreicht wird. Hierbei hat z. B. eine kurzzeitige Betriebsunterbrechung des Klima-Kompressors auch keine weitergehenden Nachteile zur Folge und wird voraussichtlich nicht einmal bemerkt werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein gemeinsamer Nebenaggregat-Elektromotor verwendet, der immer nur zu dem Druckluft-Kompressor oder einem weiteren Nebenaggregat zugeschaltet wird.
Die alternative Zuteilung des Kraftflusses zu den Nebenaggregaten kann insbesondere durch eine Kupplung erfolgen, z. B. eine Kupplung mit zwei Umschaltern, die kombiniert angesteuert werden.
Die Kupplung kann hierbei grundsätzlich beliebig ausgebildet sein, z. B. pneumatisch, hydraulisch, elektro-magnetisch oder auch mit Freilauf. Eine vorteilhafte Ausbildung kann mittels eines Freilaufs erfolgen, der die verschiedenen Nebenaggregate jeweils im Rechts- oder Linkslauf einkuppelt, so dass immer eines der Nebenaggregate im Feilauf ist und das andere eingekoppelt.
Weiterhin sind auch Zeitphasen möglich, bei denen kein Kraftfluss zu einem der Nebenaggregate erfolgt, z. B. durch Ausschalten des Elektromotors oder auch Auskuppeln sämtlicher Nebenaggregate.
Die Erfindung ist zunächst allgemein auf ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb, d. h. mit einem Antriebs-Elektromotor anwendbar; erfindungsgemäß ergibt sich insbesondere eine vorteilhafte Ausbildung für ein Hybrid-Fahrzeug, vorzugsweise Hybrid-Nutzfahrzeug, das einen Hybridantrieb mit dem Antriebselektromotor und einem Verbrennungsmotor aufweist. Hierbei kann erfindungsgemäß die Energieversorgung der Nebenaggregate unabhängig von der jeweiligen Antriebs-Betriebsart und der jeweiligen Belastung des Antriebs-Elektromotors erfolgen.
Auch bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung als Fahrzeug mit reinem Elektroantrieb, d. h. ohne Verbrennungsmotor, ergeben sich einige Vorteile; so kann der Nebenaggregat-Elektromotor effektiv betrieben werden unabhängig von der Betriebsart und Auslastung bzw. Drehzahl des Antriebs-Elektromotors; so kann z. B. bei einer Nutzbremsung der Antriebs-Elektromotor als Generator zur Aufladung der Batterie dienen und gleichzeitig der Nebenaggregat-Elektromotor zur Betätigung eines Nebenaggregates betrieben werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen an einer Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Nutzfahrzeug mit relevanten Baugruppen;
2 die Aggregate-Anordnung aus 1 gemäß einer Ausführungsform.
Ein Nutzfahrzeug 1 ist gemäß 1 als Hybrid-Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor 2 und einem Antriebs-Elektromotor 3 ausgestattet, die zusammen einen Hybridantrieb 4 zum Antreiben einiger oder aller Fahrzeugräder 10 bilden. Der Antriebs-Elektromotor 3 wird über die als Akkumulator ausgebildete Fahrzeug-Batterie 5 gespeist bzw. mit Strom versorgt. In an sich bekannter Weise kann der Hybridantrieb 4 die Fahrzeug-Batterie 5 auch wieder aufladen, z. B. bei Abbremsen des Fahrzeuges 1, oder ggf. auch durch Betreiben des Verbrennungsmotors 2; diese Wiederaufladung kann über den Antriebs-Elektromotor 3 oder auch einen zusätzlichen Generator erfolgen. Grundsätzlich ist die Erfindung anders als gezeigt auch auf ein reines Elektrofahrzeug, d. h. ohne den Verbrennungsmotor 2 anwendbar.
Das Fahrzeug 1 ist weiterhin mit einer Druckluft-Anlage bzw. Druckluftsystem 6 ausgestattet, die insbesondere für ein Druckluft-Bremssystem, weiterhin auch z. B. für eine pneumatisch betätigte Schaltung, und/oder für ein Niveau-Regelungssystem bzw. eine Traktionsregelung des Fahrzeugs, sowie ggf. pneumatische Nebenverbraucher vorgesehen ist. Das Druckluftsystem 6 ist hierbei in 1 nur schematisiert eingezeichnet. Es wird durch einen Druckluft-Kompressor 7 betrieben, der in an sich bekannter Weise über einen Lufteinlass aufgenommene Luft komprimiert und nach z. B. Trocknen und Reinigen in einem oder mehreren Druckluftspeichern für die verschiedenen Verbraucherkreise speichert. Der Betrieb des Druckluft-Kompressors 7 kann hierbei bedarfsabhängig bzw. lastabhängig geregelt sein. Der Druckluft-Kompressor 7 wird erfindungsgemäß über einen Nebenaggregat-Elektromotor 8 betrieben, der von der Fahrzeugbatterie 5 mit elektrischer Energie bzw. Strom versorgt wird.
Weiterhin ist in dem Fahrzeug 1 eine hier ebenfalls nur schematisiert eingezeichnete Klimaanlage 12 vorgesehen, die über einen Klima-Kompressor 14 betrieben wird, der ein geeignetes Kühlmittel komprimiert, das in der Klimaanlage 12 verwendet wird. Der Klima-Kompressor 14 wird erfindungsgemäß durch den selben Nebenaggregat-Elektromotor 8 betrieben, der auch den Druckluft-Kompressor 7 antreibt. Der Nebenaggregat-Elektromotor 8, der Druckluft-Kompressor 7 und der Klima-Kompressor 14 bilden eine Aggregate-Anordnung 11, die in 2 detaillierter gezeigt ist.
Erfindungsgemäß wird immer nur eines der beiden Nebenaggregate 7, 14 von dem Nebenaggregat-Elektromotor 8 betrieben, wozu eine Kupplung 9 mit zwei Umschaltern 13 und 15 vorgesehen ist. Somit ist ein erster Umschalter 13 vorgesehen, um den Druckluft-Kompressor 7 in den Nebenaggregat-Elektromotor 8 einzukuppeln, und ein zweiter Umschalter 15, um den Klima-Kompressor 14 in den Nebenaggregat-Elektromotor 8 einzukuppeln, wobei die Umschalter 13 und 15 alternativ geschaltet werden. Die Nebenaggregate 7 und 14 können an eine gemeinsame Motorwelle 8a des Nebenaggregat-Elektromotors 8 angeflanscht sein und alternierend eingekuppelt werden. Somit betreibt der Nebenaggregat-Elektromotor 8 immer nur ein Nebenaggregat 7 oder 14; ggf. kann er zeitweise auch keines dieser beiden Nebenaggregate 7, 14 antreiben. Erfindungsgemäß geht somit ein vom Nebenaggregat-Elektromotor 8 ausgehender Kraftfluss nur in eines der beiden Nebenaggregate 7 oder 14.
Erfindungsgemäß können grundsätzlich auch noch weitere Nebenaggregate vorgesehen sein, so dass der Nebenaggregat-Elektromotor 8 immer nur eines der mehreren Nebenaggregate antreibt, oder auch alternativ nur den Druckluft-Kompressor 7 oder mehrere der weiteren Nebenaggregate, da erfindungsgemäß erkannt wird, dass deren Leistungsaufnahme geringer ist als diejenige des Druckluft-Kompressors 7. So kann z. B. eine Lenkhilfepumpe als weites Nebenaggregat vorgesehen sein, das z. B. von der gemeinsamen Kupplung 9 über einen weiteren Umschalter angesteuert wird.
Vorteilhafterweise ist eine Steuereinrichtung 18 vorgesehen, die die Kupplung 9 und/oder den Nebenaggregat-Elektromotor 8 zu der wechselweisen Einkupplung der Nebenaggregate 7, 14 ansteuert. Die Steuereinrichtung 18 kann die Einkupplung des jeweiligen Nebenaggregats 7, 14 bzw. auch eines dritten Nebenaggregats wie einer Lenkhilfepumpe insbesondere bedarfsabhängig vornehmen. Hierzu kann eine Steuereinrichtung des Druckluft-Systems 6, und entsprechend eine Steuereinrichtung der Klimaanlage 12 entsprechende Bedarfssignale an die Steuereinrichtung 18 ausgeben. Hierbei kann die Steuereinrichtung 18 auch jeweils entscheiden, dass auch ein Nebenaggregat 7 oder 14 betrieben wird, obwohl derzeit kein Bedarf ist, damit für dieses Nebenaggregat eine gewisse Reserve geschaffen wird. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 18 somit auch bei noch nicht direkt erforderlichem Bedarf den Druckluft-Kompressor 7 betätigen, um hinreichend Druckluft in den Druckluftspeichen abzuspeichern, damit nachfolgend ggf. die Klimaanlage über einen hinreichenden Zeitraum betrieben werden kann.
Die Kupplung 9 mit zwei Umschaltern 13 und 15 hierzu kann unterschiedlich ausgebildet sein, z. B. pneumatisch, hydraulisch oder elektromagnetisch. Insbesondere kann sie Freiläufe zur Ankupplung der beiden Nebenaggregate 7, 14 aufweisen. So kann z. B. je nach Rechts- oder Linkslauf des Nebenaggregat-Elektromotors 8 und der Motorwelle 8a entweder der Druckluft-Kompressor 7 oder der Klimakompressor 14 betrieben werden, und der andere jeweils frei laufen. Somit sind durch eine relativ einfache mechanische Ausbildung Fehlfunktionen ausgeschlossen. Bei Stillstand des Nebenaggregat-Elektromotors 8 wird entsprechend keines der Nebenaggregate 7, 14 betrieben. Bei dieser Ausbildung ist keine Ansteuerung der Kupplung 9 erforderlich.

Claims

Aggregate-Anordnung für ein Fahrzeug (1), das weiterhin eine Fahrzeugbatterie (5) und einen Antriebs-Elektromotor (3) aufweist, wobei die Aggregate-Anordnung (11) mindestens aufweist: einen Druckluft-Kompressor (7) für ein Druckluft-System (6) des Fahrzeugs (1), und einen von der Fahrzeugbatterie (5) gespeisten Nebenaggregat-Elektromotor (8) zum Antreiben des Druckluft-Kompressors (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenaggregat-Elektromotor (8) zum Antrieb mindestens eines weiteren, von dem Druckluft-Kompressor (7) verschiedenen Nebenaggregates (14) vorgesehen ist, und ein Kraftfluss von dem Nebenaggregat-Elektromotor (8) entweder in den Klima-Kompressor (14) oder in den Druckluft-Kompressor (7) fließt.
Aggregate-Anordnung (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Nebenaggregat (14) ein Klimakompressor (14) einer Klimaanlage (12) ist.
Aggregate-Anordnung (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss des Nebenaggregat-Elektromotors (8) weiterhin auch auf ein drittes Nebenaggregat, z. B. ein Lenkhilfe-Aggregat des Fahrzeugs (1), zuschaltbar ist, wobei der Kraftfluss vom Nebenaggregat-Elektromotor (8) maximal in jeweils eines der mindestens drei Nebenaggregate eingeht.
Aggregate-Anordnung (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss des Nebenaggregat-Elektromotors (8) entweder in den Druckluft-Kompressor (7) oder gleichzeitig in das zweite Nebenaggregat (14) und in mindestens ein drittes Nebenaggregat, z. B. ein Lenkhilfe-Aggregat des Fahrzeugs (1) eingeht.
Aggregate-Anordnung (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nebenaggregat-Elektromotor (8) und dem Druckluft-Kompressor (7) sowie dem mindestens einen weiteren Nebenaggregat (14) eine Kupplungseinrichtung (9) vorgesehen ist, die entweder den Druckluft-Kompressor (7) oder das weitere Nebenaggregat (14) direkt oder indirekt an eine von dem Nebenaggregat-Elektromotors (8) angetriebene Welle (8a) ankuppelt.
Aggregate-Anordnung (11) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (9) mindestens zwei Umschalter (13, 15) aufweist, die entweder den Druckluft-Kompressor (7) oder das mindestens eine weitere Nebenaggregat (14) zuschalten.
Aggregate-Anordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (18) für den Nebenaggregat-Elektromotor (8) vorgesehen ist, die die Kupplungseinrichtung (9, 13, 15) und/oder den Nebenaggregat-Elektromotor (8) ansteuert.
Aggregate-Anordnung (11) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (18) Bedarfssignale von Steuereinrichtungen des Druckluftsystems (6) und/oder des weiteren Nebenaggregates (14) aufnimmt.
Aggregate-Anordnung (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss des Nebenaggregat-Elektromotor (8) in der Höhe variabel ist.
Fahrzeug (1), das mindestens aufweist: einen Antriebs-Elektromotor (3), eine Aggregate-Anordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem Druckluft-Kompressor (7) und dem weiteren Nebenaggregat (14), eine Fahrzeug-Batterie (5) zur Stromversorgung des Antriebs-Elektromotors (3) und des Nebenaggregat-Elektromotors (8), und ein durch den Druckluft-Kompressor (7) betriebenes Druckluftsystem (6), das mindestens ein pneumatisches Fahrzeugbremssystem zum Bremsen der Räder des Nutzfahrzeugs (1) umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Hybridantrieb (4) mit einem Verbrennungsmotor (2) und dem Antriebs-Elektromotor (3) aufweist.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (5) durch den Hybridantrieb (4) wieder aufladbar ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Klimaanlage (12) aufweist und das weitere Nebenaggregat der Klimakompressor (14) der Klimaanlage (12) ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckluftsystem (6) weiterhin ein Niveau-Regulierungssystem und/oder ein pneumatisches Schaltsystem und/oder Nebenverbraucher aufweist.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Nutzfahrzeug ist.