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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung eines Hybridfahrzeugs.
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Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs sowie der Abgasemissionen kommen in Kraftfahrzeugen zunehmend Hybridantriebe zur Anwendung. Ein Hybridantrieb umfasst eine erste Antriebsquelle, die als Brennkraftmaschine bzw. Verbrennungsmotor ausgeführt ist, sowie eine zweite Antriebsquelle, die vorzugsweise als elektrische Maschine ausgeführt ist. Mit der zweiten Antriebsquelle wirkt ein Energiespeicher zusammen, der im generatorischen Betrieb der zweiten Antriebsquelle aufgeladen und der im motorischen Betrieb der zweiten Antriebsquelle entladen wird. Bei diesem Energiespeicher kann es sich zum Beispiel um einen elektrischen Energiespeicher, einen mechanischen Energiespeicher wie zum Beispiel einen Schwungmassenspeicher oder auch um einen hydraulischen Energiespeicher handeln.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs sowie eine Steuerungseinrichtung eines solchen Hybridfahrzeugs, bei welchem die erste Antriebsquelle als Brennkraftmaschine, so zum Beispiel als Dieselmotor oder Ottomotor, ausgeführt ist. Mit der hier vorliegenden Erfindung soll bei einem solchen Hybridfahrzeug ein kraftstoffverbrauchsreduzierter und emissionsreduzierter Betrieb des Hybridfahrzeugs gewährleistet werden. Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs sowie eine entsprechende Steuerungseinrichtung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zur Gewährleistung eines kraftstoffverbrauchsreduzierten und emissionsreduzierten Betriebs der ersten Antriebsquelle bei einer Änderung der Momentanforderung an den Hybridantrieb eine Änderung der Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle gegenüber der Änderung der Momentanforderung an den Hybridantrieb verzögert, wobei weiterhin diese Verzögerung in der Änderung der Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle durch eine Änderung einer nebenabtriebsseitigen Momentanforderung zumindest teilweise kompensiert wird.
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Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass dann, wenn sich eine Momentanforderung an einen Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs ändert, die Änderung der Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle bzw. die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs zu verzögern und dies durch eine Änderung einer nebenabtriebsseitigen Momentanforderung mindestens eines Nebenabtriebs zumindest teilweise zu kompensieren. Erhöht sich die Momentanforderung an den Hybridantrieb, so wird die Teilmomentanforderung an die Brennkraftmaschine desselben bzw. an die erste Antriebsquelle desselben vorzugsweise zunächst konstant gehalten, wobei dieser Eingriff auf die Teilmomentanforderung der ersten Antriebsquelle durch eine Verringerung der Momentanforderung mindestens eines Nebenaggregats zumindest teilweise kompensiert wird. Verringert sich die Momentanforderung an den Hybridantrieb, so wird die Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle, also an die Brennkraftmaschine, vorzugsweise ebenfalls zunächst konstant gehalten, wobei dieser Eingriff auf die Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle durch eine Erhöhung einer Momentanforderung mindestens eines Nebenabtriebs des Hybridfahrzeugs zumindest teilweise kompensiert wird. Durch das erfindungsgemäße Momentenmanagement der Nebenabtriebe ist es demnach möglich, trotz einer Änderung einer Momentanforderung am Hybridantrieb die erste Antriebsquelle bzw. die Brennkraftmaschine desselben so zu betreiben, dass dieselbe zunächst mit etwa konstanter Last betrieben wird. Dadurch ist ein vorteilhafter, kraftstoffverbrauchsreduzierter und emissionsreduzierter Betrieb des Hybridantriebs des Hybridfahrzeugs, nämlich der ersten Antriebsquelle bzw. der Brennkraftmaschine des Hybridantriebs, möglich.
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Vorzugsweise wird überprüft, ob bei einer Änderung der Momentanforderung des jeweiligen Nebenabtriebs derselbe innerhalb zulässiger Betriebsgrenzen betreibbar ist, wobei dessen Momentanforderung zur zumindest teilweisen Kompensation der Verzögerung der Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle nur dann geändert wird, wenn der jeweilige Nebenabtrieb hierbei innerhalb der zulässiger Betriebsgrenzen betreibbar ist. Alternativ wird die Momentanforderung des jeweiligen Nebenabtriebs zur zumindest teilweisen Kompensation der Verzögerung der Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle derart geändert, dass der jeweilige Nebenabtrieb innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen betreibbar ist. Durch die obige Überprüfung wird sichergestellt, dass Betriebsgrenzen für den jeweiligen Nebenabtrieb nicht verletzt werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird den Nebenabtrieben eine Priorität zugeordnet, wobei die Überprüfung der Nebenabtriebe hinsichtlich der zulässigen Betriebsgrenzen und gegebenenfalls die Änderung der Momentanforderung des jeweiligen Nebenabtriebs in der Reihenfolge der Prioritäten erfolgt. Über die Priorisierung der jeweiligen Nebenabtriebe ist eine besonders effektive Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
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Vorzugsweise werden bei der Änderung der Momentanforderung an den Hybridantrieb eine achsabtriebsseitige Änderung der Momentanforderung und/oder eine Änderung der Momentanforderung von Anbaugeräten des Hybridfahrzeugs berücksichtigt. Als Nebenabtriebe werden insbesondere ein Motorlüfter und/oder eine Motorkühlmittelpumpe und/ oder eine Getriebeölpumpe und/ oder ein Klimakompressor und/ oder ein Druckluftkompressor berücksichtigt. Die Berücksichtigung von Momentanforderungen von Anbaugeräten des Hybridfahrzeugs bei der Änderung der Momentanforderung an den Hybridantrieb erlaubt einen besonders vorteilhaften Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens an als Baumaschinen oder an als Traktoren ausgebildeten Hybridfahrzeugen.
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Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung ist in Patentanspruch 10 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 ein Schema eines Hybridfahrzeugs;
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2 ein weiteres Schema des Hybridfahrzeugs der 1; und
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3 Diagramme zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs sowie eine Steuerungseinrichtung eines solchen Hybridfahrzeugs.
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1 zeigt schematisiert den grundsätzlichen Aufbau eines Hybridfahrzeugs, wobei das Hybridfahrzeug einen Hybridantrieb 1 umfasst, der als erste Antriebsquelle 2 eine Brennkraftmaschine und als zweite Antriebsquelle 3 eine elektrische Maschine aufweist. Mit der elektrischen Maschine bzw. der zweiten Antriebsquelle 3 wirkt ein Energiespeicher 4 zusammen, bei welchem es sich vorzugsweise um einen elektrischen Energiespeicher handelt. Im motorischen Betrieb der zweiten Antriebsquelle 3 wird der Energiespeicher 4 stärker entladen und im generatorischen Betrieb der zweiten Antriebsquelle 3 stärker aufgeladen.
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Weiterhin umfasst das Hybridfahrzeug ein Getriebe 5, welches zwischen den Hybridantrieb 1 und einen Achsantrieb 6 geschaltet ist.
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Ferner zeigt 1 unterschiedliche Nebenabtriebe 7, 7' und 7'' des Hybridfahrzeugs, wobei es sich beim Nebenabtrieb 7 und Nebenabtrieb 7' jeweils um antriebsaggregatseitige Nebenabtriebe und beim Nebenabtrieb 7'' um einen getriebeseitigen Nebenabtrieb handelt. Beim Nebenabtrieb 7 handelt es sich um einen Nebenabtrieb der ersten Antriebsquelle 2 und damit der Brennkraftmaschine und beim Nebenabtrieb 7' um einen Nebenabtrieb der zweiten Antriebsquelle 3 und damit der elektrischen Maschine. Bei den Nebenabtrieben 7, 7' bzw. 7'' kann es sich um einen Motorlüfter, eine Motorkühlmittelpumpe, eine Getriebeölpumpe, einen Druckluftkompressor sowie einen Klimakompressor handeln.
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Weiterhin zeigt 1 ein Anbaugerät 8 des Hybridfahrzeugs, wie es insbesondere bei Baumaschinen und Traktoren zum Einsatz kommen kann, wobei es sich bei einem solchen Anbaugerät 8 zum Beispiel um einen Pumpenantrieb oder um ein Gebläse oder um einen Düngestreuer oder ein sonstiges vorzugsweise elektrisch oder auch mechanisch angetriebenes Anbaugerät 8 handeln kann.
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2 verdeutlicht steuerungsseitige Details des Hybridfahrzeugs der 1, wobei in 2 ein Block 9 eine Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 und ein Block 10 ein in Folge der Momentanforderung M-SOLL vom Hybridantrieb 1 bereitgestelltes Abtriebsmoment M-IST zeigt.
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Die Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 wird von einer Steuerungseinrichtung 11 des Hybridfahrzeugs in eine Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die erste Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 und eine Teilmomentanforderung M-SOLL-EM an die zweite Antriebsquelle 3 bzw. die elektrische Maschine des Hybridantriebs 1 umgesetzt, wobei die Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine und die zweite Antriebsquelle 3 bzw. die elektrische Maschine gemeinsam das Abtriebsmoment M-IST bereitstellen.
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Die Aufteilung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 in die Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die erste Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine und die Teilmomentanforderung M-SOLL-EM an die zweite Antriebsquelle 3 bzw. die elektrische Maschine wird von einem Hybridsteuergerät 12 der Steuerungseinrichtung 11 übernommen, wobei das Hybridsteuergerät 12 die Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an ein Motorsteuergerät 13 der ersten Antriebsquelle 2 bzw. der Brennkraftmaschine und die Teilmomentanforderung M-SOLL-EM an ein Elektromotorsteuergerät 14 der zweiten Antriebsquelle 3 bzw. des Elektromotors des Hybridantriebs 1 bereitstellt.
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Um einen kraftstoffverbrauchsreduzierten und emissionsreduzierten Betrieb des Hybridantriebs 1 bzw. der als Brennkraftmaschine bzw. Verbrennungsmotor ausgeführten, ersten Antriebsquelle 2 des Hybridantriebs 1 bei einer Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 zu gewährleisten, wird im Sinne der Erfindung eine Änderung der Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die erste Antriebsquelle 2 bzw. an die Brennkraftmaschine gegenüber der Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 verzögert und damit phlegmatisiert, wobei diese Verzögerung in der Änderung der Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die erste Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine durch eine Änderung einer nebenabtriebsseitigen Momentanforderung M-NAB mindestens eines Nebenabtriebs 7, 7' bzw. 7'' zumindest teilweise kompensiert wird.
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2 kann entnommen werden, dass diese nebenabtriebsseitige Momentanforderung M-NAB im bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls vom Hybridsteuergerät 12 bereitgestellt und an ein Nebenabtriebsteuergerät 15 übermittelt wird.
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Dann, wenn die Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 erhöht wird, wird die Änderung der Teilmomentanforderung an die erste Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 gegenüber der Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 vorzugsweise derart verzögert, dass dieselbe zunächst konstant gehalten und gegebenenfalls anschließend erhöht wird, und dass zur zumindest teilweisen Kompensation dieser Verzögerung die Momentanforderung M-NAB eines Nebenabtriebs 7, 7', 7'' des Hybridantriebs 1 oder mehrerer Nebenabtriebe 7, 7', 7'' des Hybridantriebs 1 verringert wird.
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Hierdurch entnimmt dann der oder jeder Nebenabtrieb 7, 7', 7'' weniger Moment bzw. weniger Leistung vom Hybridantrieb 1, sodass dann bei einer Erhöhung der Momentanforderung an den Hybridantrieb 1 die Brennkraftmaschine 2 desselben in ihrer Last in etwa konstant gehalten werden kann und gegebenenfalls anschließend erhöht wird. Hierdurch kann einerseits ein kraftstoffverbrauchsreduzierter und andererseits emissionsreduzierter Betrieb des Hybridantriebs 1, nämlich der ersten Antriebsquelle 2 bzw. der Brennkraftmaschine desselben, gewährleistet werden.
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3 verdeutlicht diese Zusammenhänge anhand von Diagrammen, wobei in 3 über der Zeit t einerseits Momentanforderungen M an den Hybridantrieb 1 und andererseits Partikelemissionen E des Hybridantriebs 1 gezeigt sind. So zeigt 3 eine sprungartige bzw. treppenartige Erhöhung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1.
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Nach dem Stand der Technik würde die Teilmomentanforderung M-SOLL-VM-ALT an die Brennkraftmaschine bzw. die erste Antriebsquelle 2 des Hybridantriebs 1 an diese Momentanforderung M-SOLL relativ schnell angepasst, wobei sich dann nach dem Stand der Technik an der Brennkraftmaschine der Emissionsverlauf E-VM-ALT ausbilden würde.
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Erfindungsgemäß wird die Momentanforderung M-SOLL-VM verzögert und gegebenenfalls nach der Verzögerung erhöht, wodurch sich dann ein deutlich reduzierter Emissionsverlauf M-VM am Hybridantrieb 1, nämlich an der Brennkraftmaschine 2 desselben, ausbildet.
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Dann, wenn die Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 verringert wird, wird die Änderung der Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die erste Antriebsquelle 2 bzw. an die Brennkraftmaschine gegenüber der Änderung der Momentanforderung an den Hybridantrieb vorzugsweise derart verzögert, dass dieselbe zunächst in etwa konstant gehalten und gegebenenfalls anschließend verringert wird, wobei zur zumindest teilweisen Kompensation dieser Verzögerung eine Momentanforderung M-NAB eines Nebenabtriebs 7, 7', 7'' des Hybridantriebs 1 oder mehrerer Nebenabtriebe 7, 7', 7'' des Hybridantriebs 1 erhöht wird. Bei einer Verringerung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 kann die zweite Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine desselben dadurch mit in etwa konstanter Last betrieben werden, wobei überschüssige Leistung des Hybridantriebs 1, nämlich der Brennkraftmaschine desselben, durch eine entsprechende Erhöhung der Momentanforderung M-NAB des oder jedes Nebenabtriebs 7, 7' bzw. 7'' aufgefangen wird.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird beim erfindungsgemäßen Verfahren überprüft, ob bei einer Änderung der Momentanforderung M-NAB des jeweiligen Nebenabtriebs 7, 7' bzw. 7'' derselbe innerhalb zulässiger Betriebsgrenzen betreibbar ist, wobei dessen Momentanforderung zur zumindest teilweisen Kompensation der Verzögerung in der Änderung in der Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die erste Antriebsquelle 2 bzw. die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 nur dann geändert wird, wenn der jeweilige Nebenabtrieb 7, 7' bzw. 7'' hierbei innerhalb der zulässigen Betriebsgrenzen betrieben werden kann. Alternativ ist es möglich, dass infolge dieser Überprüfung die Momentanforderung M-NAB an den Nebenabtrieb 7, 7' und 7'' derart geändert wird, dass der jeweilige Nebenabtrieb 7, 7' bzw. 7'' innerhalb seiner zulässigen Betriebsgrenzen betrieben werden kann.
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Handelt es sich beim Nebenabtrieb zum Beispiel um eine Motorkühlmittelpumpe und ist eine Motortemperatur relativ gering, so kann die Motorkühlmittelpumpe zur Kompensation so lange mit verringerter Leistung betrieben werden, bis die Motortemperatur einen Grenzwert übersteigt. Auf ähnliche Art und Weise kann die Leistung bzw. Momentanforderung eines Motorlüfters reduziert werden, wenn sich die Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 erhöht, jedoch die Teilmomentanforderung M-SOLL-AM an die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 verzögert wird.
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Ferner kann auf die obige Art und Weise dann, wenn die Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 verringert wird, eine Momentaufnahme bzw. Leistungsaufnahme durch den Motorlüfter und/ oder die Motorkühlmittelpumpe erhöht werden, um dann die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 mit annähernd konstanter Last zu betreiben und überschüssige Last der Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 zur vorsorglichen Abkühlen der Brennkraftmaschine durch entsprechendes Betreiben des Motorlüfters und/oder der Motorkühlmittelpumpe zu nutzen.
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Als Nebenaggregate 7, 7' und 7'' können nicht nur der Motorlüfter und die Motorkühlmittelpumpe berücksichtigt werden, sondern auch zum Beispiel eine Getriebeölpumpe, ein Druckluftkompressor oder ein Klimakompressor.
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Den einzelnen Nebenabtrieben 7, 7' und 7'' des Hybridfahrzeugs kann eine Priorität zugeordnet werden, wobei die Überprüfung der Nebenabtriebe hinsichtlich ihrer zulässigen Betriebsgrenzen und gegebenenfalls die Änderung der Momentanforderung M-NAB an dem jeweiligen Nebenabtrieb 7, 7' bzw. 7'' in der Reihenfolge dieser Prioritäten erfolgt. Dieser Priorisierung der Nebenabtriebe 7, 7' und 7'' des Hybridfahrzeugs liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich bestimmte Nebenabtriebe 7, 7' bzw. 7'' des Hybridantriebs 1, wie zum Beispiel ein Klimakompressor, vorrangig für das erfindungsgemäße Momentenmanagemant eignen.
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Reicht z.B. die Änderung der Momentanforderung des Nebenabtriebs mit der höchsten Priorität nicht aus, so kann zusätzlich mindest ein Nebenabtrieb mit der jeweils nächst geringeren Priorität einbezogen werden.
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Kann eine Momentanforderung eines Nebenabtriebs mit einer hohen Priorität infolge einer Verletzung zulässiger Betriebsgrenzen nicht beeinflusst werden, so kann auf einen oder mehrere Nebenabtriebe mit geringerer Priorität ausgewichen werden.
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Die Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 kann durch eine achsabtriebsseitige Änderung der Momentanforderung, zum Beispiel durch einen Wechsel von einer Fahrt in einer Ebene in eine Fahrt in einer Steigung verursacht werden. Weiterhin kann die Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 durch eine fahrerseitige Fahrpedalbetätigung verursacht werden.
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Insbesondere bei Arbeitsmaschinen, wie Baumaschinen oder Traktoren, kann bei der Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 auch eine Änderung einer Momentanforderung von Anbaugeräten 8 des Hybridfahrzeugs berücksichtigt werden, wobei es sich bei solchen Anbaugeräten zum Beispiel um einen Düngestreuer, ein Gebläse oder um einen Pumpenantrieb handeln kann.
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Die Erfindung kann bei Hybridfahrzeugen mit beliebigen Nebenabtrieben zum Einsatz kommen, wobei es sich bei den Nebenabtrieben vorzugsweise um elektrische Nebenabtriebe 7’ (siehe 2) handelt, die mit hinreichend hoher Dynamik hinsichtlich ihrer Momentanforderung angepasst werden können. Gemäß 2 ist der oder jeder elektrische Nebenabtrieb 7’ zusammen mit der elektrischen Maschine 3 des Hybridantriebs an eine gemeinsame elektrische Spannungsversorgung 16 angeschlossen. Es können auch separate Spannungsversorgungen vorhanden sein.
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Liegt eine kurzzeitige Änderung, nämlich Erhöhung oder Verringerung, der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 vor, wird die Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 vorzugsweise derart verzögert, dass dieselbe ohne nachfolgende Änderung ausschließlich in etwa konstant gehalten wird, da bei einer solchen kurzzeitigen Änderung der Momentanforderung M-SOLL dieselbe gegebenenfalls ausschließlich durch Beeinflussung der Nebenaggregate 7, 7' und 7'' abgefangen werden kann.
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Liegt hingegen eine länger andauernde Änderung der Momentanforderung M-SOLL an den Hybridantrieb 1 vor, so erfolgt die Verzögerung in der Teilmomentanforderung M-SOLL-VM an die Brennkraftmaschine des Hybridantriebs 1 derart, dass dieselbe zunächst in etwa konstant gehalten und anschließend entsprechend der Änderung der Momentanforderung M-SOLL angepasst wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hybridantrieb
- 2
- erste Antriebsquelle
- 3
- zweite Antriebsquelle
- 4
- Energiespeicher
- 5
- Getriebe
- 6
- Achsabtrieb
- 7, 7’, 7’’
- Nebenabtrieb
- 8
- Anbaugerät
- 9
- Block
- 10
- Block
- 11
- Steuerungseinrichtung
- 12
- Hybridsteuergerät
- 13
- Verbrennungsmotorsteuergerät
- 14
- Elektromotorsteuergerät
- 15
- Nebenabtriebsteuergerät
- 16
- Spannungsversorgung
