DE102015222981A1

DE102015222981A1 - Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Anhänger

Info

Publication number: DE102015222981A1
Application number: DE102015222981.5A
Authority: DE
Inventors: Alfredo Selas Badia; Oliver Kaefer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Anhänger (2), der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine (20) umfasst. Um auf einfache Art und Weise einen effizienteren Betrieb des Hybridsystems zu ermöglichen, ist das Kraftfahrzeug (1) ein Zugfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10), die alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) mit oder ohne Anhänger (2) verwendbar ist, wobei der Anhänger (2) mit oder ohne Anhängerantriebsmaschine (20) ausgeführt sein kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Anhänger, der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Hybridsystems.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 196 23 738 A1 ist ein Antriebssystem für Nutzfahrzeuge mit einem durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Generator und mit mindestens einer Antriebsachse bekannt, deren Räder jeweils durch einen zugehörigen, durch den Generator gespeisten Elektromotor angetrieben werden, wobei der Verbrennungsmotor wenigstens eine mit der Antriebsachse in Verbindung stehende Antriebswelle antreibt und wobei jedem Rad der Antriebsachse ein Summengetriebe zugeordnet ist, welches die Ausgangsleistungen der Antriebswelle und des zugehörigen Elektromotors kombiniert und an das Rad abgibt, wobei wenigstens eine weitere Antriebsachse vorgesehen ist, deren Räder jeweils ausschließlich durch einen durch den Generator gespeisten Elektromotor und gegebenenfalls diesem nachgeordneten Untersetzungsgetriebe angetrieben werden, wobei die wenigstens eine hybrid angetriebene Antriebsachse die Antriebsachse eines an das Nutzfahrzeug angehängten Geräts ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Art und Weise einen effizienteren Betrieb eines Hybridsystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Anhänger, der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfasst, zu ermöglichen.
Die Aufgabe ist bei einem Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Anhänger, der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfasst, dadurch gelöst, dass das Kraftfahrzeug ein Zugfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine ist, die alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit oder ohne Anhänger verwendbar ist, wobei der Anhänger mit oder ohne Anhängerantriebsmaschine ausgeführt sein kann. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Nutzfahrzeug. Bei dem Zugfahrzeug handelt es sich zum Beispiel um eine Zugmaschine, die mit einem Anhänger oder einem Sattelauflieger betrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug kann nur die Brennkraftmaschine als Antriebsmaschine umfassen. Das Kraftfahrzeug kann aber auch mindestens eine weitere Antriebsmaschine, wie eine elektrische Maschine, zum Antrieb des Kraftfahrzeugs umfassen. Durch das Hybridsystem wird auf einfache Art und Weise ein Betrieb des Anhängers mit der Anhängerantriebsmaschine in Verbindung mit einem herkömmlichen Kraftfahrzeug ermöglicht.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anhängerantriebsmaschine eine elektrische Maschine ist. Die elektrische Maschine ist zum Beispiel einer angetriebenen Achse des Anhängers zugeordnet. Der Anhänger kann auch mehr als eine Anhängerantriebsmaschine umfassen. Der Anhänger mit der elektrischen Maschine als Antriebsmaschine wird auch als elektrifizierter Anhänger bezeichnet und kann vorteilhaft mit einer herkömmlichen Zugmaschine betrieben werden, die insbesondere keine elektrische Maschine als Antriebsmaschine umfasst.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger ein eigenständiges Anhängersteuergerät umfasst. Bei dem eigenständigen Anhängersteuergerät handelt es sich zum Beispiel um einen Anhängerführungsrechner. Über das eigenständige Anhängersteuergerät kann besonders vorteilhaft eine eigene Betriebsstrategie für den Anhänger mit der Anhängerantriebsmaschine bereitgestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Hybridsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Anhängersteuergerät über einen CAN-Bus des Kraftfahrzeugs datenaustauschmäßig mit einem Fahrzeugführungsrechner des Kraftfahrzeugs verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Die Verbindung kann vorteilhaft als Steckverbindung ausgeführt sein. Über die Verbindung zwischen dem Fahrzeugführungsrechner und dem Anhängersteuergerät können auf einfache Art und Weise für den Betrieb des Anhängers mit der Anhängerantriebsmaschine relevante Daten eingelesen werden. Die Verbindung kann vorteilhaft durch eine bekannte Schnittstelle, wie die Schnittstelle mit der Kurzbezeichnung SAE J1939, dargestellt werden. Die Großbuchstaben CAN stehen für die englischen Begriffe Computer Area Network. Dabei handelt es sich um ein Bus-System, das sich im Betrieb von Kraftfahrzeugen als Standard etabliert hat.
Bei einem Verfahren zum Betreiben eines vorab beschriebenen Hybridsystems ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass von dem Fahrzeugführungsrechner des Kraftfahrzeugs Sollwerte an das Anhängersteuergerät übermittelt werden, von dem eine Anhängerbetriebsstrategie für die Anhängerantriebsmaschine des Anhängers bereitgestellt wird. Das liefert den Vorteil, dass der Anhänger mit der Anhängerantriebsmaschine einfach an eine herkömmliche Zugmaschine angehängt werden kann, um dann zusammen mit der herkömmlichen Zugmaschine sehr effektiv betrieben werden zu können. Das liefert unter anderem den Vorteil, dass der Anhänger mit der Anhängerantriebsmaschine gezielt auf speziellen Strecken eingesetzt werden kann, insbesondere auf Bergstrecken, auf denen der Betrieb der Anhängerantriebsmaschine energetisch sinnvoll ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger mit der Anhängerantriebsmaschine mit einer positiven/negativen Momentvorgabe betrieben wird, wenn bei dem Fahrzeugführungsrechner des Kraftfahrzeugs ein positives/negatives Sollmoment angefordert wird. Durch das positive Moment wird das Kraftfahrzeug mit dem Anhänger beschleunigt. Durch den Anhänger mit der Anhängerantriebsmaschine kann die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs deutlich verbessert werden. Durch das negative Moment wird das Kraftfahrzeug mit dem Anhänger abgebremst. Das Abbremsen kann durch ein herkömmliches Bremssystem erfolgen. Das Abbremsen erfolgt besonders vorteilhaft mit einem Retarder, der antriebs- beziehungsweise abtriebsmäßig mit der Anhängerantriebsmaschine des Anhängers verbunden ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Anhängersollmoment aus einem Faktor ermittelt wird, der proportional zu einem Sollmoment des Kraftfahrzeugs und einem maximal möglichen Anhängerantriebsmoment ist, oder ab einem Schwellenwert aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein komfortabler Betrieb der Zugmaschine mit dem Anhänger und der Anhängerantriebsmaschine ermöglicht.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Das Computerprogramm wird vorzugsweise in dem Anhängersteuergerät ausgeführt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Transportsystem mit mindestens einem Zugfahrzeug, mit mindestens einem Anhänger ohne eigenen Antrieb und mit mindestens einem Anhänger, der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfasst, der ein vorab beschriebenes Hybridsystem zugeordnet ist. Auf ebenen Strecken kann das Zugfahrzeug vorteilhaft mit Anhängern betrieben werden, die keinen eigenen Antrieb aufweisen. Auf bergigen Strecken kann das Zugfahrzeug vorteilhaft mit Anhängern betrieben werden, die mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfassen. Durch das vorab beschriebene Hybridsystem wird der Betrieb des Zugfahrzeugs mit dem Anhänger, der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfasst, deutlich vereinfacht.
Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Anhänger mit mindestens einer Antriebsmaschine oder ein Anhängersteuergerät für ein vorab beschriebenes Transportsystem. Der Anhänger mit der Antriebsmaschine und das Anhängersteuergerät sind separat handelbar.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigen:
1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Anhänger, der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine umfasst, und
2 einen Ausschnitt aus 1 zur Veranschaulichung des Betriebs des Kraftfahrzeugs mit dem Anhänger, der die Anhängerantriebsmaschine umfasst.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den 1 und 2 ist durch ein Rechteck 1 beziehungsweise durch ein abgeschnitten dargestelltes Rechteck 1 ein Kraftfahrzeug angedeutet. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um eine Zugmaschine, die mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet ist. Die Brennkraftmaschine ermöglicht einen Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 mit oder ohne Anhänger.
Durch ein Rechteck 2 ist in den 1 und 2 ein Anhänger angedeutet, der eine Anhängerantriebsmaschine umfasst. Bei der Anhängerantriebsmaschine handelt es sich um eine elektrische Maschine. Die Anhängerantriebsmaschine dient dazu, den Anhänger 2 anzutreiben, wenn der Anhänger 2 an die Zugmaschine 1 angehängt ist.
Die Großbuchstaben EDC bezeichnen ein Motorsteuergerät der Zugmaschine 1. Die Großbuchstaben GSG bezeichnen ein Getriebesteuergerät der Zugmaschine 1. Die Großbuchstaben BSG bezeichnen ein Bremsensteuergerät der Zugmaschine 1. Die Großbuchstaben FFR bezeichnen ein Fahrzeugführungsrechner der Zugmaschine 1.
Die Großbuchstaben BMS bezeichnen ein optionales Batteriemanagementsystem zur Steuerung einer Batterie der Zugmaschine 1. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Hochvolt-Batterie. Die Großbuchstaben LE bezeichnen eine optionale Leistungselektronik zur Steuerung eines elektrischen Antriebs. Der elektrische Antrieb wird auch mit den Großbuchstaben EA abgekürzt.
Das Batteriemanagement BMS und die Leistungselektronik LE sind in der Zugmaschine 1 zum Beispiel einer optionalen elektrischen Maschine zugeordnet. Wenn die Zugmaschine 1 keine zusätzliche elektrische Antriebsmaschine umfasst, dann kann das Batteriemanagementsystem BMS ebenso entfallen wie die Leistungselektronik LE.
Die Großbuchstaben AFR stehen für ein eigenständiges Anhängersteuergerät, das auch als Anhängerführungsrechner bezeichnet wird. Die Großbuchstaben BMS bezeichnen ein Batteriemanagementsystem des Anhängers 2. Die Großbuchstaben LE bezeichnen eine Leistungselektronik zur Steuerung der elektrischen Anhängerantriebsmaschine des Anhängers 2.
Die Großbuchstaben CAN stehen für die englischen Begriffe Computer Area Network. Über den CAN-A ist der Fahrzeugführungsrechner FFR der Zugmaschine 1 mit dem Motorsteuergerät EDC der Zugmaschine 1 verbunden. Über den CAN-B ist der Fahrzeugführungsrechner FFR der Zugmaschine 1 über eine Verbindung 3 mit dem Anhängerführungsrechner AFR verbunden. Über den CAN-C ist der Anhängerführungsrechner AFR mit dem Batteriemanagementsystem BMS und der Leistungselektronik LE des Anhängers 2 verbunden.
In 1 ist die Brennkraftmaschine der Zugmaschine 1 durch ein Rechteck 10 angedeutet. Durch ein Rechteck 20 ist in 1 die Anhängerantriebsmaschine angedeutet, die als elektrische Maschine ausgeführt ist. Durch ein Rechteck 21 ist eine Hochvolt-Batterie angedeutet, die in dem Anhänger 2 der Anhängerantriebsmaschine 20 angeordnet ist.
Die Zugmaschine 1 mit der Brennkraftmaschine 10 und der Anhänger 2 mit der Anhängerantriebsmaschine 20 stellen ein Hybridsystem dar. In dem Fahrzeugführungsrechner FFR der Zugmaschine 1 ist eine Betriebsstrategie zum Betrieb der Zugmaschine 1 mit der Brennkraftmaschine 10 integriert. Daraus erfolgt eine Sollmomentvorgabe für die Brennkraftmaschine 10.
Eingangsgrößen für den Fahrzeugführungsrechner FFR sind zum Beispiel ein Bremswunsch, ein gewünschtes Vortriebsmoment oder Streckeninformationen. Die entsprechenden Daten werden zwischen den einzelnen Steuergeräten über das CAN-Bussystem ausgetauscht.
Die Schnittstellen sind vorteilhaft einheitlich entsprechend der SAE J1939 festgelegt. Aus der Betriebsstrategie des Fahrzeugführungsrechners der Zugmaschine 1 erfolgt eine Momenten- oder auch Leistungsvorgabe an die elektrische Maschine 20 des Anhängers 2.
Bei der Zugmaschine 1 handelt es sich vorzugsweise um eine herkömmliche Zugmaschine, die zum Antrieb nur die Brennkraftmaschine 10 umfasst. Die herkömmliche Zugmaschine braucht vorteilhaft nicht für eine Elektrifizierung ausgeführt oder ausgestattet zu sein. Der Anhänger 2 ist vorteilhaft so ausgeführt, dass er mit der herkömmlichen Zugmaschine 1 betrieben werden kann, ohne dass an der Zugmaschine 1 irgendwelche Veränderungen vorgenommen werden müssen.
Zu diesem Zweck ist der Anhänger 2 mit dem eigenständigen Steuergerät AFR ausgestattet, das auch als Anhängerführungsrechner bezeichnet wird. Der Anhängerführungsrechner AFR wird über den Fahrzeug-CAN-B mit dem Fahrzeugführungsrechner FFR vernetzt.
Über die SAE J1939 Schnittstellen werden zum Betrieb der Zugmaschine 1 mit dem Anhänger 2 relevante Daten eingelesen. Daraus errechnet der Anhängerführungsrechner AFR in einer eigenen Betriebsstrategie die für den Elektroantrieb des Anhängers 2 erforderlichen Momente beziehungsweise die erforderliche Leistung.
In 2 ist durch einen Pfeil 5 angedeutet, dass von dem Fahrzeugführungsrechner FFR der Zugmaschine 1 Daten beziehungsweise Informationen an den Anhängerführungsrechner AFR des Anhängers 2 übermittelt werden. Dabei handelt es sich zum Beispiel um eine aktuelle Geschwindigkeit, ein Motorsollmoment, eine Motorbremsinformation, ein Sollmoment eines Retarders, einen aktuellen Istgang oder eine Steigung einer Straße.
Wird zum Beispiel ein positives Sollmoment der Brennkraftmaschine der Zugmaschine 1 gefordert, so erfolgt für den Anhänger 2 ebenso eine positive Momentenvorgabe. Diese positive Momentenvorgabe wird zum Beispiel aus einem Faktor bestimmt, der proportional zu dem Sollmoment der Brennkraftmaschine und dem maximal möglichen Moment der Anhängerantriebsmaschine ist.
Die positive Momentenvorgabe kann alternativ ab einem Schwellenwert des Sollmoments der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden.
Wird erkannt, dass eine Motorbremse betätigt ist, erfolgt die Vorgabe eines negativen Moments an die Anhängerantriebsmaschine. Dies kann zum Beispiel wiederum in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit erfolgen.
Bei Sollwertvorgaben an den Retarder wird ebenfalls ein negatives Sollmoment für die Anhängerantriebsmaschine bestimmt. Das negative Sollmoment für die Anhängerantriebsmaschine wird zum Beispiel aus einem Faktor bestimmt, der proportional zu einem Retarder-Sollmoment und einem maximal möglichen Moment der Anhängerantriebsmaschine ist.
Das negative Sollmoment für die Anhängerantriebsmaschine kann alternativ ab einem Schwellenwert des Retarder-Sollmoments in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt werden.
Aus den Sollwertvorgaben wird in Abhängigkeit von der Motorbremse und vom Retarder der betragsmäßig höhere Wert an die Anhängerantriebsmaschine beziehungsweise an den Anhängerführungsrechner AFR gesendet. Weitere Eingangsgrößen für den Anhängerführungsrechner AFR sind zum Beispiel der Ladezustand der Batterie, Momentengrenzen der Anhängerantriebsmaschine sowie Betriebsparameter der Batterie des Anhängers und der Anhängerantriebsmaschine.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19623738 A1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE J1939 [0007]
SAE J1939 [0028]
SAE J1939 [0031]

Claims

Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug (1) mit einem Anhänger (2), der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) ein Zugfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) ist, die alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) mit oder ohne Anhänger (2) verwendbar ist, wobei der Anhänger (2) mit oder ohne Anhängerantriebsmaschine (20) ausgeführt sein kann.
Hybridsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anhängerantriebsmaschine (20) eine elektrische Maschine ist.
Hybridsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger (2) ein eigenständiges Anhängersteuergerät (AFR) umfasst.
Hybridsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anhängersteuergerät (20) über einen CAN-Bus des Kraftfahrzeugs (1) datenaustauschmäßig mit einem Fahrzeugführungsrechner (FFR) des Kraftfahrzeugs (1) verbunden beziehungsweise verbindbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridsystems nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Fahrzeugführungsrechner (FFR) des Kraftfahrzeugs (1) Sollwerte an das Anhängersteuergerät (AFR) übermittelt werden, von dem eine Anhängerbetriebsstrategie für die Anhängerantriebsmaschine (20) des Anhängers (2) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger (2) mit der Anhängerantriebsmaschine (20) mit einer positiven/negativen Momentvorgabe betrieben wird, wenn bei dem Fahrzeugführungsrechner (FFR) des Kraftfahrzeugs (1) ein positives/negatives Sollmoment angefordert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anhängersollmoment aus einem Faktor ermittelt wird, der proportional zu einem Sollmoment des Kraftfahrzeugs (1) und einem maximal möglichen Anhängerantriebsmoment ist, oder ab einem Schwellenwert aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt wird.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 5 bis 7 aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Transportsystem mit mindestens einem Zugfahrzeug, mit mindestens einem Anhänger ohne eigenen Antrieb und mit mindestens einem Anhänger (2), der mindestens eine Anhängerantriebsmaschine (20) umfasst, der ein Hybridsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zugeordnet ist.
Anhänger (2) mit mindestens einer Antriebsmaschine (20) und/oder Anhängersteuergerät (AFR) für ein Transportsystem nach Anspruch 9.