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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, bspw. für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, insbesondere beim Abbremsen des Hybrid-Kraftfahrzeuges, wobei die Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer ersten elektrischen Maschine, die an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, einer zweiten elektrischen Maschine, die an einen Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar ist, und einem blending-fähigen Bremssystem ausgeführt ist. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Antriebsvorrichtung.
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Moderne Hybrid-Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor und einer ersten elektrischen Maschine im Riementrieb mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors sind grundsätzlich bekannt. Die erste elektrische Maschine bzw. der Riementrieb kann durch eine Kupplung an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. Die erste elektrische Maschine kann dabei in einem Generatormodus betrieben werden, um ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie zu versorgen und einen elektrischen Speicher (Batterie) aufzuladen. Auch kann die erste elektrische Maschine in einem Elektromotormodus den Verbrennungsmotor unterstützen oder den Verbrennungsmotor starten. Eine Kupplung zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kann dabei für diese Modi der elektrischen Maschine geschlossen werden. Eine zweite elektrische Maschine in einem Elektromotormodus kann zudem für ein rein elektrisches Fahren eingesetzt werden. Bei elektromotorischen Leistungen von etwa 5–25 kW/t spricht man von einem Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug. Darüber hinaus kann auch die zweite elektrische Maschine in einem Generatormodus betrieben werden.
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Wenn beim Abbremsen des Hybrid-Kraftfahrzeuges die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine in einem Generatormodus betrieben werden, erfüllen sie die Funktion einer Rekuperationsbremse und wandeln die Bewegungsenergie des Hybrid-Kraftfahrzeuges in elektrische Energie um. Dabei spricht man von einer elektrischen Bremse. Zusätzlich kann in Hybrid-Kraftfahrzeugen eine bekannte mechanische Bremse eingesetzt werden, um bei Bedarf den Bremseffekt zu unterstützen oder zu erhöhen. Die mechanische Bremse wandelt die mechanische Bewegungsenergie durch Reibung in Wärmeenergie um. Im Gegensatz zu einer reinen Reibungsbremse geht die aus der Bewegungsenergie zurückgewonnene elektrische Energie bei der elektrischen Bremse nicht verloren. Die Aufteilung des erforderlichen Bremseffekts auf die elektrische und die mechanische Bremse wird durch ein blending-fähiges Bremssystem geregelt. Bei einer ungünstigen Aufteilung des erforderlichen Bremseffekts auf die elektrische und die mechanische Bremse kann unter Umständen allerdings nur wenig Bewegungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil zumindest zum Teil zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, bspw. für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, insbesondere beim Abbremsen des Hybrid-Kraftfahrzeuges, und eine entsprechende verbesserte Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, eine optimale Rekuperation während des Abbremsens des Hybrid-Kraftfahrzeuges durch eine erste elektrische Maschine und/oder durch eine zweite elektrische Maschine und vorzugsweise eine effektive Aufladung eines elektrischen Speichers und/oder eine effektive Nachladung des elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes und/oder einen effektiven Betrieb elektrischer Verbraucher durch die erste elektrische Maschine und/oder durch die zweite elektrische Maschine beim Abbremsen des Hybrid-Kraftfahrzeuges zu ermöglichen.
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Die Erfindung stellt hierbei ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, bspw. für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, insbesondere beim Abbremsen des Hybrid-Kraftfahrzeuges bereit, wobei die Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer ersten elektrischen Maschine, die an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, einer zweiten elektrischen Maschine, die an einen Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar ist, und einem blending-fähigen Bremssystem ausgelegt ist, umfassend folgende Schritte:
- – a) Auswerten einer effektiven Rekuperation durch die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine beim Abbremsen des Hybrid-Kraftfahrzeuges,
- – b) Bereitstellen einer gewünschten Bremsleistung durch die erste elektrische Maschine und/oder durch die zweite elektrische Maschine in Abhängigkeit der Auswertung nach Schritt a).
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Unter einem Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug wird erfindungsgemäß ein Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug verstanden, welches zwei elektrische Maschinen aufweist. Die erste elektrische Maschine kann dabei im Riementrieb oder direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt werden. Hierbei kann die erste elektrische Maschine den Verbrennungsmotor starten, bspw. bei einem Kaltstart, einem Start im Stillstand und/oder einem Starten aus dem elektrischen Fahren heraus. Die zweite elektrische Maschine kann sich auf der Radseite der Kupplung vor dem Getriebe, oder hinter dem Getriebe, oder direkt am Rad, oder an einer separaten angetriebenen Achse befinden. Die zweite elektrische Maschine kann hierbei ein rein elektrisches Fahren ermöglichen, bspw. wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist. Beide elektrische Maschinen können zum Boosten genutzt werden, d. h. zur elektrischen Erhöhung des Antriebsmomentes, zusätzlich zum Verbrennungsmotor. Ferner können beide elektrische Maschinen für die Rekuperation genutzt werden. Die zweite elektrische Maschine kann dabei bei stehendem Verbrennungsmotor oder beim Verbrennungsmotor im Freilauf und die erste elektrische Maschine mit dem Verbrennungsmotor im Schleppbetrieb rekuperieren. Das blending-fähige Bremssystem beinhaltet u. a. einen elektrischen Bremskraftverstärker (e-BKV), der u. a. ein Eingangssignal bzgl. eines Bremspedalwegs und damit einer gewünschten Bremsleistung empfangen kann und u. a. ein Steuersignal bzgl. einer einzustellenden elektrischen Bremsleistung an eine Steuereinheit wie bspw. ein Motorsteuergerät übermitteln kann.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, eine mögliche Rekuperations-Leistung und/oder einen möglichen Rekuperations-Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine bei einem bestimmten Bremswunsch des Hybrid-Kraftfahrzeuges zu analysieren und den Bremswunsch u. a. bzgl. der Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie optimal umzusetzen. Die Erfindung ermöglicht es außerdem vorteilhafterweise, verschiedene mögliche energetische Verluste, wie bspw. Schleppverluste einiger Bauteile, Dissipationsverluste und dergleichen, beim Betrieb der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine im Generatormodus zu erkennen und zu berücksichtigen. Auch ermöglicht es die Erfindung, eine maximale Leistung der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine sowie eine maximale Batterieladung für eine effektive Rekuperation zu berücksichtigen. Erfindungsgemäß soll die erste elektrische Maschine oder die zweite elektrische Maschine oder beide elektrische Maschinen gleichzeitig die erforderliche Bremsleistung bereitstellen, je nachdem durch welche elektrische Maschine oder ggf. durch beide elektrischen Maschinen gleichzeitig eine günstige und/oder wirkungsvolle Rekuperation stattfinden und eine optimale Aufladung eines elektrischen Speichers und/oder eine optimale Nachladung des elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes und/oder ein optimaler Betrieb elektrischer Verbraucher erfolgen kann. Die Erfindung stellt nach der Auswertung eine gewünschte Bremsleistung entsprechend dem Fahrerwunsch derart bereit, wie sie am wirkungsvollsten gemäß dem Ergebnis der Auswertung durch die eine oder durch die andere elektrische Maschine, durch beide elektrischen Maschinen gleichzeitig oder gar durch eine mechanische Bremse realisiert werden kann.
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Ferner kann es im Rahmen der Erfindung berücksichtigt werden, dass im Schritt b) die gewünschte Bremsleistung zunächst durch die erste elektrische Maschine oder zunächst durch die zweite elektrische Maschine oder danach durch die erste elektrische Maschine und durch die zweite elektrische Maschine gleichzeitig oder unmittelbar durch die erste elektrische Maschine und durch die zweite elektrische Maschine gleichzeitig in Abhängigkeit der Auswertung nach Schritt a) bereitgestellt werden kann. Je nach Fahrsituation, der Geschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzeuges und der gewünschten Bremsleistung kann eine optimale Rekuperation zunächst entweder durch die erste elektrische Maschine oder durch die zweite elektrische Maschine ermöglicht werden. Vorteilhafterweise kann zunächst für eine effektive Rekuperation diejenige elektrische Maschine herangezogen werden, die am wirkungsvollsten Rekuperieren kann. So kann bspw. bei hohen Geschwindigkeiten und relativ niedrigen Bremswünschen die zweite elektrische Maschine, die mit dem Fahrzeugantrieb koppelbar ist, günstiger rekuperieren als die erste Maschine, die in einem Riementrieb mit dem Verbrennungsmotor koppelbar ist. Dies kann aus dem Grund geschehen, dass die zweite elektrische Maschine aufgrund Ihrer Radnähe eine günstigere, bspw. höhere, Übersetzung zu einer Antriebsachse aufweisen kann als die erste elektrische Maschine zu der Kurbelwelle und/oder dass die erste elektrische Maschine zu hohe Schleppverluste durch Mitschleppen bzw. Mitdrehen des Verbrennungsmotors aufweisen kann. Dagegen sind Situationen denkbar, wie z. B. bei niedrigen Geschwindigkeiten und relativ hohen Bremswünschen, in denen die zweite elektrische Maschine gar nicht wirkungsvoll rekuperieren kann. Hierbei kann die erste elektrische Maschine trotz der Schleppverluste durch den Verbrennungsmotor, aufgrund ihrer kurzen Übersetzung zur Kurbellwelle, wirkungsvoller rekuperieren als die zweite elektrische Maschine. Danach, wenn die Leistungsfähigkeit einer der elektrischen Maschinen ausgeschöpft und der Bremswunsch höher ist, als nur eine elektrische Maschine bereitstellen kann, kann es sinnvoll sein, beide elektrische Maschinen gleichzeitig für die Rekuperation zu nutzen.
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Im Rahmen der Erfindung kann es daher vorgesehen sein, dass beim Auswerten im Schritt a) eine Rekuperationsleistung, insbesondere eine maximale Rekuperationsleistung und bevorzugt eine prädizierte Rekuperationsleistung, der ersten elektrischen Maschine und/oder eine Rekuperationsleistung, insbesondere eine maximale Rekuperationsleistung und bevorzugt eine prädizierte Rekuperationsleistung, der zweiten elektrischen Maschine berücksichtigt werden können/kann. Die prädizierte Rekuperationsleistung berücksichtigt dabei die Abhängigkeit der maximalen Rekuperationsleistung bspw. von der Temperatur und/oder der Geschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzuges. Hierbei ist es vorteilhaft, dass Situationen erkannt werden können, wann die Rekuperationsleistung einer der beiden elektrischen Maschinen zu niedrig ist und es günstiger wäre, zunächst die andere elektrische Maschine für die Rekuperation zu nutzen. Auch können dadurch vorteilhafterweise Situationen erkannt werden, wann die Rekuperationsleistung einer der beiden elektrischen Maschinen ausgeschöpft ist und es notwendig wäre, die andere elektrische Maschine für die Rekuperation zuzuschalten. Zudem können dadurch vorteilhafterweise Situationen erkannt werden, wann die Bremsleistung nicht mehr durch Rekuperation, sogar durch die beiden elektrischen Maschinen gleichzeitig, bereitgestellt werden kann und es notwendig wäre, die mechanische Bremse zu betätigen.
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Die Erfindung kann daher ein blending-fähiges Bremssystem als weiteren Bestandteil der Antriebsvorrichtung erfordern, das einen in das Fahrzeug-Bordnetz integrierten elektrischen Bremskraftverstärker beinhalten kann. Das blending-fähige Bremssystem kann die Aufteilung des erforderlichen Bremseffekts auf die elektrische und die mechanische Bremse regeln. Vorteilhafterweise kann die Regelung die Umsetzung des Bremswunschs durch die erste elektrische Maschine und/oder die zweite elektrische Maschine ggü. der Umsetzung des Bremswunschs durch die mechanische Bremse bevorzugen. Darüber hinaus kann das blending-fähige Bremssystem auch zu verbesserten Fahrkomforteigenschaften beitragen. Das kann insbesondere für Fahrsituationen gelten, in denen sich eine Rekuperationsleistung der ersten elektrischen Maschine und/oder der zweiten elektrischen Maschine und/oder die energetischen Verluste der Antriebsvorrichtung unmittelbar wesentlich ändern können und infolgedessen eine schnelle Nachführung der Aufteilung des Bremswunschs auf die elektrische und die mechanische Bremse erforderlich machen können. Beispielsweise führt in Verzögerungsphasen ein Aufkoppeln des Verbrennungsmotors zu einer zusätzlichen mechanischen Reibleistung, die durch eine Einregelung einer entsprechend reduzierten elektrischen Bremsleistung neutral bzgl. des Bremswunschs kompensiert und damit sehr komfortabel dargestellt werden kann.
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Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, dass beim Auswerten im Schritt a) ein Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine und/oder ein Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine berücksichtigt werden können/kann. Somit kann vorteilhafterweise den Situationen Rechnung getragen werden, wann die Rekuperation durch eine der elektrischen Maschinen im Vergleich zu kinematischen Verlusten, insbesondere durch Mitschleppen von Komponenten der Antriebsvorrichtung, zwar möglich wäre, jedoch durch die andere Maschine wirkungsvoller wäre. Die Berücksichtigung vom Wirkungsgrad kann somit den Vorteil ermöglichen, dass diejenige elektrische Maschine zunächst für die Rekuperation herangezogen wird, die eine günstigere Rückgewinnung von Energie ermöglicht als die andere.
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Weiterhin kann es im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass beim Auswerten im Schritt a) energetische Verluste berücksichtigt werden können, die durch Koppeln der ersten elektrischen Maschine an den Verbrennungsmotor, insbesondere durch Mitschleppen des Verbrennungsmotors durch die erste elektrische Maschine, und/oder durch Koppeln der zweiten elektrischen Maschine an den Fahrzeugantrieb, insbesondere durch Mitschleppen einer Komponente des Fahrzeugantriebes durch die zweite elektrische Maschine, entstehen. Grundsätzlich kann es vorteilhaft sein, jeweils einen Offsetwert für jede elektrische Maschine zu bestimmen, welcher geschwindigkeits- und gangabhängig gewählt werden kann, und ab welchem die Rekuperationsleistung die mechanischen, bspw. kinematischen, Schleppverluste vom Verbrennungsmotor bzw. von mindestens einer Komponente im Fahrzeugantrieb und/oder weitere Dissipationsverluste, bspw. durch Reibung von Komponenten im Verbrennungsmotor und/oder Fahrzeugantrieb, übersteigt. Zum Zuschalten der jeweiligen elektrischen Maschine kann dann die Überschreitung des Offsetwerts ggf. zuzüglich der maximalen Rekuperationsleistung der anderen elektrischen Maschine als eine Bedingung für eine effektive Rekuperation definiert werden.
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Zudem können gemäß der Erfindung beim Auswerten im Schritt a) mechanische Eigenschaften eines Getriebes berücksichtigt werden, insbesondere Eingangs-Drehzahl, Eingangs-Drehmoment, Ausgangs-Drehzahl, Ausgangs-Drehmoment, Schlupf, gewählter Gang, Übersetzungsverhältnis, vorgewählter Gang und/oder vorgewähltes Übersetzungsverhältnis. Folglich können die kinematischen Verluste durch Koppeln des Verbrennungsmotors an das Getriebe (eine sogenannte Motorbremse) und/oder durch Mitschleppen mindestens einer Komponente des Fahrzeugantriebes durch die zweite elektrische Maschine ermittelt werden.
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Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen:
- – c) Auswählen, insbesondere automatisch, einer Gangstufe im Getriebe, um die Schleppverluste des Verbrennungsmotors und/oder die Schleppverluste im Fahrzeugantrieb zu reduzieren.
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Mit einer entsprechenden Übersetzung im Getriebe, ähnlich wie im Falle einer sogenannten Motorbremse, ändern sich die kinematischen Verluste in der Antriebsvorrichtung, wobei bei der Rekuperation niedrige kinematische Verluste von Vorteil sind. Vorteilhafterweise kann gemäß der Erfindung, beim Betätigen der elektrischen Bremse ein entsprechender Gang mit möglichst niedrigen kinematischen Verlusten automatisch eingestellt werden. Somit kann der Fahrer entlastet werden. Ist eine automatische Auswahl der Gangstufe im Getriebe nicht möglich, so kann zumindest eine Empfehlung der manuell zu wählenden Gangstufe dem Fahrer mitgeteilt werden.
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Des Weiteren können beim Auswerten mechanische Eigenschaften des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. Hierbei können bspw. mechanische Leistung, Drehzahl und/oder Drehmoment als zu berücksichtigende Parameter in Frage kommen. Mithin können kinematische Verluste durch Mitschleppen des Verbrennungsmotors durch die erste elektrische Maschine bei der Rekuperation präzisiert werden.
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Weiterhin kann beim Auswerten elektrische Leistung mindestens eines Energiespeichers berücksichtigt werden. Hierbei können bspw. elektrische Leistung, Strom und/oder Spannung als zu berücksichtigende Parameter in Frage kommen. Vorteilhafterweise kann somit erkannt werden, wann die rekuperative Bremswirkung ausgeschöpft ist und die elektrische Bremse einen begrenzten Nutzeffekt hat. In diesem Falle kann die Betätigung der mechanischen Bremse sinnvoll sein.
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Ferner können beim Auswerten Geschwindigkeit und Verzögerung des Hybrid-Kraftfahrzeuges berücksichtigt werden. Von diesen Parametern sind die Rekuperationsleistung und/oder der Wirkungsgrad der Rekuperation abhängig, so dass die Berücksichtigung dieser Parameter eine verbesserte Auswertung im Schritt a) ermöglicht. Außerdem sind die Luft- und Rollwiderstandsverluste von diesen Parametern abhängig, die erfindungsgemäß als nicht zu vermeidbare Verluste beim Ausfahren des Hybrid-Kraftfahrzeuges berücksichtigt werden können und somit als ein unbedingter Mindestwert für eine wirkungsvolle Rekuperation festgelegt werden können. Dieser Mindestwert kann folglich zum jeweiligen Offsetwert bzw. zu den beiden Offsetwerten addiert werden, um festzustellen, wann eine der elektrischen Maschinen oder beide elektrische Maschinen sinnvoll rekuperieren kann oder können. Diese Zustandsgrößen können somit die Auswertung genauer machen.
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Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass das erfindungsgemäß Verfahren nur beim Überschreiten einer Mindestgeschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzeuges ausgeführt und beim Überschreiten einer Grenzgeschwindigkeit abgebrochen werden kann. Stattdessen kann in diesen Bereichen die mechanische Bremse betätigt werden, um. sicherzustellen, dass in einer Notsituation der Bremsvorgang ungeachtet der Effizienz der Rekuperation stattfinden kann und dass eine Notbremsung ausgeführt werden kann.
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Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch eine Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, gelöst, die gemäß dem oben beschriebenen Verfahren betrieben wird. Selbstverständlich gelten auch hier die gleichen Vorteile wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, die oben im Detail beschrieben wurden.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, und
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2 eine schematische Darstellung einer Rekuperationssteuerung gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die 1 zeigt dabei eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, welches zwei elektrische Maschinen 10, 20 aufweist. Die erfindungsgemäße Steuereinheit 17 kann als ein Motorsteuergerät ausgebildet sein, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren in Form einer Software oder eines Computerprogrammprodukts implementiert werden kann. Die Steuereinheit 17 ist somit erfindungsgemäß dazu ausgelegt, die Rekuperation durch die erste elektrische Maschine 10 und durch die zweite elektrische Maschine 20 zu analysieren. Dabei kann die Erfindung vorsehen, dass eine effektive Rekuperation eine effektive Aufladung eines elektrischen Speichers 35 und/oder eine effektive Versorgung eines elektrischen Bordnetzes 30 im Kraftfahrzeug und/oder ein effektiver Betrieb elektrischer Verbraucher umfassen kann.
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Eine erste elektrische Maschine 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung als ein Starter-Generator in einem Riementrieb 11 an einen Verbrennungsmotor 13 koppelbar. Alternativ ist es aber ebenfalls denkbar, dass die erste elektrische Maschine 10 direkt an eine Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 13 auf einer gleichen Antriebsachse 12 koppelbar sein kann. In beiden Fällen kann eine Kupplung 14 vorgesehen sein, die bspw. als eine Reibkupplung ausgeführt sein kann.
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Die erste elektrische Maschine 10 kann den Verbrennungsmotor 13 starten. Die zweite elektrische Maschine 20 kann wiederum ein rein elektrisches Fahren bei stehendem Verbrennungsmotor 13 oder beim Verbrennungsmotor 13 im Freilauf ermöglichen. Beide elektrische Maschinen 10, 20 können zur Erhöhung des Antriebsmomentes zusätzlich zum Verbrennungsmotor 13 (Boosten) und/oder für die Rekuperation genutzt werden. Die zweite elektrische Maschine 20 kann dabei bei stehendem Verbrennungsmotor 13 oder beim Verbrennungsmotor 13 im Freilauf und die erste elektrische Maschine 10 mit dem Verbrennungsmotor 13 im Schleppbetrieb rekuperieren. Der Schleppbetrieb bedeutet, dass mechanische Energie durch Mitdrehen des Verbrennungsmotors 13 dissipiert wird.
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Der Verbrennungsmotor 13 ist durch eine Fahrkupplung 15 an ein Getriebe 16 koppelbar. Ein Differential 23 stellt den Abtrieb des Getriebes 16 dar. Die zweite elektrische Maschine 20 ist durch ein Koppelelement 22 an das Differential 23 gekoppelt. Das Koppelelement 22 kann bspw. als Kupplung und/oder als eine Übersetzungsstufe und/oder als eine schaltbare Übersetzung ausgeführt sein, wobei in 1 die Ausführung als Kupplung dargestellt ist. Somit kann unnötiger Verschleiß der zweiten elektrischen Maschine 20 und Schleppverluste durch die zweite elektrische Maschine 20 zumindest zum Teil reduziert werden.
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Das Differential 23 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch zwei Gelenkwellen 24 an die Antriebsräder 25 des Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeuges gekoppelt. Die erste elektrische Maschine 10, der Verbrennungsmotor 13 und das Getriebe 16 definieren damit einen Fahrzeugantrieb 26, an den durch das Koppelelement 22 erfindungsgemäß die zweite elektrische Maschine 20 angebunden ist.
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In dieser Ausführungsform der Erfindung bestimmt die Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 13 eine erste Antriebsachse 12 und der Abtrieb des Getriebes 16 definiert eine zweite Antriebsachse 21. Die erste Antriebsachse 12 und die zweite Antriebsachse 21 verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander und liegen in die Fahrzeuglängsrichtung gesehen, etwas beabstandet, hintereinander. Die Antriebsvorrichtung kann somit eine kompakte Bauweise in eine Fahrzeugquerrichtung gesehen aufweisen. Gleichwohl ist es aber auch denkbar, dass der Verbrennungsmotor 13, das Getriebe 16 und die zweite elektrische Maschine 20 auf einer gleichen Antriebsachse liegen können, um den Bauraum in die Fahrzeuglängsrichtung zu reduzieren. Weiterhin ist es aber auch denkbar, die erste Antriebsachse 12 und die zweite Antriebsachse 21 nicht im Wesentlichen parallel zueinander und in die Fahrzeuglängsrichtung gesehen, etwas beabstandet, hintereinander anzuordnen oder nicht auf einer gleichen Antriebsachse zusammenzuführen, um bspw. aufgrund von Bauraumrestriktionen eine separate Verortung der zweiten elektrischen Maschine 20 und/oder eine Allradfunktionalität darstellen zu können.
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Das elektrische Bordnetz 30 weist dabei eine Traktionsleitung 31 von der ersten elektrischen Maschine 10, eine Traktionsleitung 32 von der zweiten elektrischen Maschine 20, einen Bordnetz-Verteiler 33, einen DC/DC-Wandler 34 zum Fahrzeug-Bordnetz, typischerweise zusammengesetzt aus verschiedenen 12V-Verbrauchern, und einen Energiespeicher 35 auf. Ein elektrischer Bremskraftverstärker als Bestandteil eines blending-fähigen Bremssystems kann in das Fahrzeug-Bordnetz integriert sein. Zudem kann als ein elektrischer Verbraucher auf dem Spannungsniveau der beiden elektrischen Maschinen 10, 20 ein Klimakompressor im Riementrieb 11 angeordnet sein. Der elektrische Bremskraftverstärker und der Klimakompressor sind aus Einfachheitsgründen in der 1 nicht dargestellt.
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Die Erfindung dient u. a. dazu, wie nachfolgend anhand der 2 erklärt wird, elektrische Rekuperation durch die erste elektrische Maschine 10 und durch die zweite elektrische Maschine 20 hinsichtlich einer effektiven Aufladung des Energiespeichers 35 zu optimieren. Dabei können insbesondere die maximale sowie aktuelle Leistungsfähigkeit und der aktueller Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine 10 und der zweiten elektrischen Maschine 20 als auch typische energetische Verluste durch den Betrieb im Generatormodus der ersten elektrischen Maschine 10 und der zweiten elektrischen Maschine 20 zu gegebenen Umständen in einer Fahrsituation berücksichtigt werden.
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Die 2 zeigt ein mögliches Szenario nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem der gesamtsystemische Wirkungsgrad eines Rekuperationsbetriebs mit der zweiten elektrischen Maschine 20 höher sein kann als der gesamtsystemische Wirkungsgrad eines Rekuperationsbetriebs mit der ersten elektrischen Maschine 10. Erfindungsgemäß soll die erste elektrische Maschine 10 oder die zweite elektrische Maschine 20 zunächst für die Rekuperation zugeschaltet werden, je nachdem, mit welcher Maschine ein günstigerer gesamtsystemischer Wirkungsgrad dargestellt werden kann. Demnach kann im Ausführungsbeispiel der 2 zunächst die Rekuperationsleistung der zweiten elektrischen Maschine 20 und bei einem höheren Bremswunsch W in Abhängigkeit von einer Fahrzeuggeschwindigkeit V die Rekuperationsleistung der ersten elektrischen Maschine 10 berücksichtigt werden. Hierbei wird die generatorische Leistung der zweiten elektrischen Maschine 20 entsprechend dem Verzögerungswunsch erhöht, um möglichst effizient, insbesondere ohne Verluste durch die Schleppleistung des Verbrennungsmotors 13, elektrische Energie zu erzeugen und im elektrischen Speicher 35 zwischenzuspeichern. Die maximale Verzögerungsleistung entspricht dabei der maximalen generatorischen Leistung GEM2 der zweiten elektrischen Maschine 20.
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Ist der Energiespeicher 35 bezüglich seiner Leistungsfähigkeit größer dimensioniert als eine maximale Rekuperationsleistung GEM2 der zweiten elektrischen Maschine 20 und ein gewünschter Bremswunsch W entsprechend hoch, kann – bezogen auf den Energiespeicher 35 – nicht die maximale Rekuperationsleistung eingestellt werden, wodurch sich die Systemeffizienz und damit das Verbrauchs- bzw. CO2-Einsparpotenzial des Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeuges verringert. Diese Situation kann auch dann eintreten, wenn die zweite elektrische Maschine 20 in einem Bereich arbeitet, in der sie nicht die maximale Rekuperationsleistung GEM2 erreicht oder sich in einem Betriebsbereich schlechter Generatoreffizienz befindet oder ein thermisches Derating die maximale Rekuperationsleistung GEM2 einschränkt.
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Es wird daher erfindungsgemäß, insbesondere automatisch durch die Steuereinheit 17, eingeleitet, dass bei höheren Bremswünschen W, die über die maximale Rekuperationsleistung GEM2 der zweiten elektrischen Maschine 20 hinausgehen, die erste, an den Verbrennungsmotor 13 koppelbare, elektrische Maschine 10 zusätzlich für die Rekuperation genutzt wird. Da hierbei der Verbrennungsmotor 13 mitgeschleppt wird (s. die Zickzacklinie für die Schleppverluste EVM des Verbrennungsmotors 13 für eine typische Rückschaltstrategie des Getriebes 16), ist es sinnvoll, diese Zusatz-Rekuperation nur dann zu nutzen, wenn der gewünschte Bremswunsch W eine maximale Rekuperationsleistung GEM2 der zweiten elektrischen Maschine 20 plus einem zusätzlichen Offsetwert (Schleppverluste EVM des Verbrennungsmotors 13) überschreitet. Dieser Offsetwert kann vorteilhafterweise geschwindigkeits- oder gangabhängig gewählt werden, um Komfortnachnachteile in niedrigen Gängen (Radmomenteneinflüsse) oder bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten V (Motorakustik) zu vermeiden. Die maximale Verzögerungsleistung entspricht dabei der maximalen generatorischen Leistung GEM2 der zweiten elektrischen Maschine 20, plus die Schleppverluste EVM des Verbrennungsmotors 13 und plus eine maximale generatorische Leistung GEM1 der ersten elektrischen Maschine 10.
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Weiterhin können erfindungsgemäß kinematische Schleppverluste und/oder mechanische Dissipationsverluste des Getriebes 16 für einen Offsetwert bei der Rekuperation durch die zweite elektrische Maschine 20 berücksichtigt werden. Auch kann erfindungsgemäß für einen Mindestwert der Rekuperation berücksichtigt werden, dass das Hybrid-Kraftfahrzeug alleine durch Luftwiderstände beim Ausfahren kinetische Energie verliert.
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Zudem kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, die erste elektrische Maschine 10 und/oder die zweite elektrische Maschine 20 abzukoppeln, wenn sie bei einem Bremswunsch nicht wirkungsvoll für die Rekuperation genutzt werden können/kann, um Schleppverluste und/oder Verschleiß zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Steuereinheit 17 kann nach der Auswertung einer effektiven Rekuperation eine gewünschte Bremsleistung W entsprechend dem Fahrerwunsch durch die erste elektrische Maschine 10 oder durch die zweite elektrische Maschine 20 oder durch beide elektrische Maschinen 10, 20 oder zuzüglich durch eine mechanische Bremse bereitstellen.
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Die voranstehende Beschreibung der 1 und 2 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste elektrische Maschine
- 11
- Riementrieb
- 12
- Kurbelwelle
- 13
- Verbrennungsmotor
- 14
- Kupplung
- 15
- Fahrkupplung
- 16
- Getriebe
- 17
- Steuereinheit
- 20
- zweite elektrische Maschine
- 21
- zweite Antriebsachse
- 22
- Koppelelement
- 23
- Differential
- 24
- Gelenkwelle
- 25
- Antriebsrad
- 26
- Fahrzeugantrieb
- 30
- elektrisches Bordnetz
- 31
- Traktionsleitung von der ersten elektrischen Maschine
- 32
- Traktionsleitung von der zweiten elektrischen Maschine
- 33
- Bordnetz-Verteiler
- 34
- DC/DC-Wandler
- 35
- Energiespeicher
- EVM
- Schleppverluste des Verbrennungsmotors
- GEM1
- maximale Rekuperationsleistung der ersten elektrischen Maschine 10
- GEM2
- maximale Rekuperationsleistung der zweiten elektrischen Maschine 20
- V
- Fahrzeuggeschwindigkeit
- W
- Bremswunsch / Bremsleistung / Rekuperationsleistung
