DE102014204375A1

DE102014204375A1 - Verfahren zum Steuern einer elektromagnetischen Kupplung eines Kraftfahrzeugsund Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens

Info

Publication number: DE102014204375A1
Application number: DE102014204375.1A
Authority: DE
Inventors: Fábio Nanto de Paula; Breno Carneiro
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-09-25
Also published as: WO2014146659A1; DE112014001551A5; BR112015023879A2

Abstract

Verfahren zum Steuern einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Nebenaggregateantrieb mit einer elektrischen Maschine und wenigstens einem Nebenaggregat angeordneten elektromagnetischen Kupplung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplung abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geöffnet und die elektrische Maschine zum Antrieb des wenigstens eines Nebenaggregats als Motor betrieben oder geschlossen wird und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgt, und Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Nebenaggregateantrieb mit einer elektrischen Maschine und wenigstens einem Nebenaggregat angeordneten elektromagnetischen Kupplung eines Kraftfahrzeugs und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Aus der DE 199 41 705 A1 ist ein Antriebsstrang bekannt, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Antriebseinheit, wie Brennkraftmaschine, mit einer Antriebswelle sowie mit zumindest einer mit der Antriebswelle in Wirkverbindung stehenden elektrischen Maschine, die zumindest als Motor und als Generator eingesetzt wird, bei dem die Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle zumindest zwei, von einem zumindest in Start- und Betriebsphase untergliederten Betriebsmodus der elektrischen Maschine abhängige, sich selbsttätig einstellende Übersetzungsstufen aufweist, um den Antriebsstrang derartig zu verbessern, dass eine Wirkverbindung zwischen elektrischer Maschine und der Antriebseinheit mit einer kostengünstigeren und einfacher handhabbaren Umschaltung der Übersetzung, eine Verlängerung der Lebensdauer der Wirkverbindung sowie eine einfache Montage an das Gehäuse der Antriebseinheit, die möglichst ohne Veränderung desselben erfolgen kann, vorgesehen ist.
Gemäß der DE 199 41 705 A1 kann die Wirkverbindung zwischen elektrischer Maschine und Antriebswelle zwischen Antriebseinheit und Abtriebseinheit oder am dazu entgegengesetzten Ende der Antriebswelle, an dem gewöhnlicherweise Nebenaggregate angetrieben werden, vorgesehen sein, wobei auch ein einziger Riementrieb für mehrere Nebenaggregate unter Einbeziehung der elektrischen Maschine vorgesehen sein kann. Eine aktiven Umschaltung des Getriebes von außen kann erfolgen, indem beispielsweise die Gangräder mittels Magnetkupplungen, Magnetbremsen, durch beispielsweise mit Magnetschaltern betätigte Klauenkupplungen und/oder mittels Aktuatoren betätigter Reibkupplungen gebremst und/ oder verbunden werden, sodass durch die Kombination der Betriebszustände verschiedene Übersetzungsstufen realisiert werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Insbesondere soll eine kostengünstige Lösung zur Darstellung sauberer Fahrzeuge bereitgestellt werden. Insbesondere soll ein Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Insbesondere sollen Emissionen reduziert werden. Insbesondere soll ein Komfort erhöht werden. Insbesondere soll eine Möglichkeit zur Energierückgewinnung verbessert werden. Insbesondere soll ein Verschleiß reduziert werden. Insbesondere soll eine Fahrdynamik verbessert werden. Außerdem soll eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitgestellt werden.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zum Steuern einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Nebenaggregateantrieb mit einer elektrischen Maschine und wenigstens einem Nebenaggregat angeordneten elektromagnetischen Kupplung eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplung abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geöffnet und die elektrische Maschine zum Antrieb des wenigstens eines Nebenaggregats als Motor betrieben oder geschlossen wird und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgt.
Das Verfahren kann in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden. Die Kupplung kann geöffnet und die elektrische Maschine kann als Motor betrieben werden, wenn eine Brennkraftmaschinendrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl liegt oder die Brennkraftmaschine außer Betrieb ist. Die vorbestimmte Drehzahl kann unmittelbar oberhalb einer Leerlaufdrehzahl liegen. Die Kupplung kann geöffnet und die elektrische Maschine kann als Motor betrieben werden, wenn die Brennkraftmaschine außer Betrieb und das Fahrzeug in Betrieb ist. Ein Fahrzeug kann in Betrieb sein, wenn eine Zündung eingeschaltet ist. Die vorbestimmte Drehzahl kann im Bereich ca. 700 min^–1 bis ca. 1.500 min^–1 liegen. Die Kupplung kann geschlossen werden und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats kann mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgen, wenn eine Brennkraftmaschinendrehzahl oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl liegt. Die vorbestimmte Drehzahl kann im Bereich ca. 700 min^–1 bis ca. 1.500 min^–1 liegen.
Ausgehend von einem Betriebszustand, in dem die Kupplung geöffnet und die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, kann bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl ein Wechsel in einen Betriebszustand, in dem die Kupplung geschlossen wird und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgt, um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert werden. Die vorbestimmte Drehzahl kann im Bereich ca. 700 min^–1 bis ca. 1.500 min^–1 liegen. Das vorbestimmte Zeitintervall kann 1/10-Sekunden, mehrere Sekunden oder mehrere Minuten betragen.
Die Kupplung kann geschlossen und die elektrische Maschine kann als Generator betrieben werden, wenn das Kraftfahrzeug gebremst wird. Im Generatorbetrieb kann ein Widerstand der elektrischen Maschine regelungstechnisch angepasst werden. Damit kann Energie zurückgewonnen werden und eine Bremsung kann unterstützt werden.
Außerdem erfolgt eine Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens aufweisend eine Brennkraftmaschine, einen Nebeaggregateantrieb mit einer elektrischen Maschine und wenigstens einem Nebenaggregat, einen elektrischen Energiespeicher, eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Nebenaggregateantrieb angeordnete elektromagnetische Kupplung und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Kupplung.
Die Vorrichtung kann Teil eines Kraftfahrzeugs sein. Die Brennkraftmaschine kann eine Ausgangswelle aufweisen. Die Brennkraftmaschine kann eine Kurbelwelle aufweisen. Das Kraftfahrzeug kann wenigstens ein Nebenaggregat aufweisen. Ein Nebenaggregat kann eine Hilfsmaschine eines Fahrzeugs sein, die nicht oder nicht unmittelbar seine Fortbewegung bewirkt. Ein Nebenaggregat kann ein Hilfstriebwerk, ein Anlasser, eine Lichtmaschine, eine Schmierstoffpumpe, eine Hydraulikpumpe, eine Kühlwasserpumpe, eine Kraftstoffpumpe, eine Einspritzpumpe, eine Dosierpumpe, ein Ventilator für einen Kühler, ein Kompressor einer Klimaanlage, einer Druckluftbremse oder zur Aufladung der Brennkraftmaschine, ein Turbolader und/oder ein Bremskraftverstärker sein. Der Nebenaggregateantrieb kann zum Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats dienen. Der Nebenaggregateantrieb kann ein Zugmittel aufweisen. Das Umschlingungsmittel kann ein Riemen, wie Keilrippenriemen, sein. Das wenigstens eine Nebenaggregat kann ein Antriebsrad aufweisen. Der Nebenaggregateantrieb kann ein der Kurbelwelle zugeordnetes Antriebsrad aufweisen. Der Nebenaggregateantrieb kann wenigstens ein Umlenkrad aufweisen. Das Umschlingungsmittel kann zur Leistungsübertragung zwischen den Antriebsrädern dienen. Die elektrische Maschine kann als Generator betreibbar sein. Die elektrische Maschine kann als Motor betreibbar sein. Der elektrische Energiespeicher kann ein Akkumulator sein.
Die elektromagnetische Kupplung kann in einem Leistungspfad zwischen der Brennkraftmaschine und dem Nebenaggregateantrieb angeordnet sein. Die elektromagnetische Kupplung kann elektrisch fernschaltbar sein. Die elektromagnetische Kupplung kann eine kraft- und/oder formschlüssige Kupplung sein. Die elektromagnetische Kupplung kann Grundaufbau einer Einscheibentrockenkupplung ähneln. Die elektromagnetische Kupplung kann ein Eingangsteil und ein Ausgangsteil aufweisen. Die elektromagnetische Kupplung kann wenigstens einen Elektromagneten aufweisen. Die elektromagnetische Kupplung kann wenigstens eine Kupplungsscheibe aufweisen. Die elektromagnetische Kupplung kann wenigstens eine Druckplatte aufweisen. Die elektromagnetische Kupplung kann zum Zu- und/oder Abschalten des Nebenaggregateantriebs dienen.
Der Nebenaggregateantrieb kann ein brennkraftmaschinenseitiges Antriebsrad aufweisen und die Kupplung kann in das Antriebsrad integriert sein. Das Antriebsrad kann ein Eingangsteil und ein Ausgangsteil aufweisen. Das Eingangsteil des Antriebsrads kann ein Eingangsteil der elektromagnetischen Kupplung bilden. Das Ausgangsteil des Antriebsrads kann ein Ausgangsteil der elektromagnetischen Kupplung bilden. Das Eingangsteil des Antriebsrads kann mit der Kurbelwelle drehfest verbunden sein. Das Ausgangsteil des Antriebsrads kann eine Lauffläche für das Zugmittel aufweisen. Das Eingangsteil und das Ausgangsteil des Antriebsrads können mithilfe der elektromagnetischen Kupplung miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden.
Die Steuereinrichtung kann eine Recheneinrichtung aufweisen. Der Steuereinrichtung können Eingangsparameter zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information darüber zur Verfügung stehen, ob die elektromagnetische Kupplung ein- oder ausgeschaltet ist. Der Steuereinrichtung kann eine Information darüber zur Verfügung stehen, ob eine Zündung des Fahrzeugs ein- oder ausgeschaltet ist. Der Steuereinrichtung kann eine Information über eine Brennkraftmaschinendrehzahl zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information über eine Brennkraftmaschinendrehzahländerung zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information über eine Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information über eine Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information über einen Kühlund/oder Schmierbedarf der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information über eine Klimatisierungsanforderung zur Verfügung stehen. Der Steuereinrichtung kann eine Information über eine Lenkhilfanforderung zur Verfügung stehen. Die Steuereinrichtung kann ein Ausgangssignal zum Steuern der elektromagnetischen Kupplung ausgeben. Die Steuereinrichtung kann mit der elektromagnetischen Kupplung signalleitend verbunden sein. Als Steuereinrichtung kann eine Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine oder eine baulich und/oder funktional gesonderte Steuereinrichtung dienen.
Als elektrischer Energiespeicher kann ein VRLA-Akku dienen. Ein VRLA-Akkumulator, englisch: valve-regulated lead-acid battery, kann ein Bleiakkumulator in einer verschlossenen Bauform sein. Der Akkumulator kann ein Überdruckventil aufweisen.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Abkoppelung eines Nebenaggregateantriebs. Zwischen einer Kurbelwelle und einem kurbelwellenseitigen Antriebsrad kann eine elektromagnetische Kupplung eingefügt sein. Wenn das Fahrzeug läuft, kann die elektromagnetische Kupplung aktiviert sein und die Brennkraftmaschine kann den Nebenaggregateantrieb antreiben. Wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, kann die elektromagnetische Kupplung deaktiviert sein und die Brennkraftmaschine kann von dem Nebenaggregateantrieb abgekoppelt sein und in diesem Moment kann die elektrische Maschine, die zuvor zum Laden einer Batterie als Generator betrieben wurde, nun Energie aus der Batterie entnehmen, um als Motor den Nebenaggregateantrieb anzutreiben. In dieser neuen Situation werden eine Umlenkrolle und eine Lenkhelfpumpe von der elektrischen Maschine angetrieben und damit kann ein Betrieb während Leerlaufphasen des Fahrzeugs aufrechterhalten werden. Darüber hinaus kann eine Klimaanlage, die ebenfalls von dem kurbelwellenseitigen Antriebsrad angetrieben wird, von der elektrischen Maschine angetrieben werden. Beliebige andere Leistung aufnehmende Komponenten der Brennkraftmaschine, wie Ölpumpe oder Wasserpumpe, können ebenfalls in den Nebenaggregateantrieb implementiert werden.
Um eine einwandfreie Funktion des Systems zu gewährleisten, kann seine Steuerung, die mithilfe eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine oder eines anderen spezialisierten Steuergeräts durchgeführt werden kann, einen Batteriestatus, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, Verzögerungen, eine Kupplungsposition und/oder eine Neutralposition eines Getriebes überwachen.
Für die vorliegende Anwendung kann ein VRLA-Akkumulator Unterstützung für mehr Zyklen bieten. Bei der Entwicklung der elektrischen Maschine können die elektrischen und mechanischen Anforderungen berücksichtigt werden. Es kann eine Möglichkeit implementiert werden, eine Rückkehr des Nebenaggregateantriebs bei kleinen Brennkraftmaschinen zu verzögern. Die elektrische Maschine kann als Motor arbeiten und dem Fahrzeug eine Leistung zur Verfügung stellen. Damit kann der Brennkraftmaschine genügend Leistung verbleiben, um Räder anzutreiben, wenn ein Erfordernis zur Dynamikverbesserung besteht.
Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
Mit der Erfindung wird eine kostengünstige Lösung zur Darstellung sauberer Fahrzeuge bereitgestellt. Ein Kraftstoffverbrauch ist reduziert. Emissionen sind reduziert. Ein Komfort ist erhöht. Eine Möglichkeit zur Energierückgewinnung ist verbessert. Ein Verschleiß ist reduziert. Eine Fahrdynamik ist verbessert.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 einen Nebeanggregateantrieb eines Kraftfahrzeugs bei einem von einer Brennkraftmaschine ausgehenden Antrieb und
2 einen Nebeanggregateantrieb eines Kraftfahrzeugs bei einem von einer elektrischen Maschine ausgehenden Antrieb.
1 und 2 zeigen einen Nebeanggregateantrieb 100 eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug weist eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle auf. Die Brennkraftmaschine dient zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Der Nebeanggregateantrieb 100 weist ein Antriebsrad 102 auf, das der Kurbelwelle zugeordnet ist. Der Nebeanggregateantrieb 100 weist ein Antriebsrad 104 auf, das einer Lenkhelfpumpe zugeordnet ist. Der Nebeanggregateantrieb 100 weist ein Antriebsrad 106 auf, das einer elektrischen Maschine zugeordnet ist. Der Nebeanggregateantrieb 100 weist ein Umlenkrad 108 auf. Ein Zugmittel 110 dient zur Leistungsübertragung zwischen den Antriebsrädern 102, 104, 106, 108. Das Zugmittel 110 umschlingt die Antriebsräder 102, 104, 106, 108. Das Zugmittel 110 ist ein Keilrippenriemen. Die Antriebsräder 102, 104, 106, 108 sind Riemenscheiben. Die Darstellung des Nebeanggregateantriebs 100 ist lediglich beispielhaft, der Nebeanggregateantrieb 100 kann auch andere und/oder weitere Antriebsräder und/oder Umlenkräder aufweisen.
In dem Antriebsrad 102 ist eine elektromagnetische Kupplung integriert. Das Antriebsrad 102 weist ein Eingangsteil auf, das mit der Kurbelwelle drehfest verbunden ist. Das Antriebsrad 102 weist ein Ausgangsteil mit einer Lauffläche für das Zugmittel 110 auf. Mithilfe der elektromagnetischen Kupplung können das Eingangsteil und das Ausgangsteil des Antriebsrads 102 miteinander verbunden oder voneinander getrennt werden. Die elektromagnetische Kupplung wird mithilfe einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine gesteuert.
Wenn eine Brennkraftmaschinendrehzahl oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegt, ist, wie in 1 dargestellt, die elektromagnetische Kupplung geschlossen und ein Antrieb des Nebeanggregateantriebs 100 erfolgt entsprechend der Pfeilrichtung a mithilfe der Brennkraftmaschine. Die elektrische Maschine wird als Generator betrieben und dient zur Versorgung elektrischen Verbraucher des Kraftfahrzeugs und/oder zum Laden eines Akkumulators. Wenn eine Brennkraftmaschinendrehzahl unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegt oder sich die Brennkraftmaschine im Stillstand befindet, ist, wie in 2 dargestellt, die elektromagnetische Kupplung geöffnet und die elektrische Maschine wird entsprechend der Pfeilrichtung b als Motor betrieben. Damit erfolgt ein Antrieb des Nebeanggregateantriebs 100 unabhängig von der Brennkraftmaschine.
Bezugszeichenliste

100: Nebeanggregateantrieb
102: Antriebsrad
104: Antriebsrad
106: Antriebsrad
108: Umlenkrad
110: Zugmittel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19941705 A1 [0002, 0003]

Claims

Verfahren zum Steuern einer zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Nebenaggregateantrieb (100) mit einer elektrischen Maschine und wenigstens einem Nebenaggregat angeordneten elektromagnetischen Kupplung eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine geöffnet und die elektrische Maschine zum Antrieb des wenigstens eines Nebenaggregats als Motor betrieben oder geschlossen wird und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung geöffnet und die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, wenn eine Brennkraftmaschinendrehzahl unterhalb einer vorbestimmten Drehzahl liegt oder die Brennkraftmaschine außer Betrieb ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung geschlossen wird und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgt, wenn eine Brennkraftmaschinendrehzahl oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl liegt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem Betriebszustand, in dem die Kupplung geöffnet und die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, bei Überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl ein Wechsel in einen Betriebszustand, in dem die Kupplung geschlossen wird und ein Antrieb des wenigstens einen Nebenaggregats mithilfe der Brennkraftmaschine erfolgt, um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung geschlossen und die elektrische Maschine als Generator betrieben wird, wenn das Kraftfahrzeug gebremst wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend eine Brennkraftmaschine, einen Nebeaggregateantrieb (100) mit einer elektrischen Maschine und wenigstens einem Nebenaggregat, einen elektrischen Energiespeicher, eine zwischen der Brennkraftmaschine und dem Nebenaggregateantrieb (100) angeordnete elektromagnetische Kupplung und eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Kupplung.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenaggregateantrieb (100) ein brennkraftmaschinenseitiges Antriebsrad (102) aufweist und die Kupplung in das Antriebsrad (102) integriert ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6–7, dadurch gekennzeichnet, dass als Steuereinrichtung eine Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine oder eine baulich und/oder funktional gesonderte Steuereinrichtung dient.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Energiespeicher ein VRLA-Akku dient.