DE102016204939A1 - Drive device for a hybrid motor vehicle and a method for operating the drive device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, die mit einem Verbrennungsmotor (13), einer ersten elektrischen Maschine (10), die an eine Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (13) koppelbar ist, und einer zweiten elektrischen Maschine (20), die an einen Fahrzeugantrieb (21) des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar ist, ausgeführt ist, wobei die Antriebsvorrichtung eine Steuereinheit (17) aufweist, die dazu ausgelegt ist, ein Abkoppeln der ersten elektrischen Maschine (10) von der Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (13) oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzeuges und/oder oberhalb einer Grenzdrehzahl der zweiten elektrischen Maschine (20) einzuleiten, und wobei die Grenzgeschwindigkeit und/oder die Grenzdrehzahl in Abhängigkeit von einer erforderlichen elektrischen Leistung (G) im Hybrid-Kraftfahrzeug und/oder Wirkungsgrade der ersten elektrischen Maschine (10) und/oder der zweiten elektrischen Maschine (20) zur Bereitstellung dieser elektrischen Leistung (G) und/oder von einer Generatorleistung (L) der zweiten elektrischen Maschine (20) bestimmt wird.The invention relates to a drive device for a hybrid motor vehicle, in particular for a mild hybrid plus motor vehicle, comprising an internal combustion engine (13), a first electric machine (10) which is connected to a crankshaft (12) of the internal combustion engine (13). is coupled, and a second electric machine (20) which is coupled to a vehicle drive (21) of the hybrid motor vehicle is executed, wherein the drive device comprises a control unit (17) which is adapted to decouple the first electric machine (10) from the crankshaft (12) of the internal combustion engine (13) above a limit speed of the hybrid motor vehicle and / or above a limit speed of the second electric machine (20) to initiate, and wherein the limit speed and / or the limit speed depending on a required electric power (G) in the hybrid motor vehicle and / or efficiencies of the first electric machine (10) and / or the two iten electrical machine (20) for providing this electrical power (G) and / or by a generator power (L) of the second electric machine (20) is determined.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, die mit einem Verbrennungsmotor, einer ersten elektrischen Maschine, die an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, und einer zweiten elektrischen Maschine, die an einen Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar ist. Auch betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren. The invention relates to a drive device for a hybrid motor vehicle, in particular for a mild hybrid plus motor vehicle, with an internal combustion engine, a first electric machine which can be coupled to a crankshaft of the internal combustion engine, and a second electric machine which is connected to a Vehicle drive of the hybrid motor vehicle can be coupled. The invention also relates to a corresponding method.
Moderne Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor und einer (ersten) elektrischen Maschine im Riementrieb verbunden mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors sind grundsätzlich bekannt. Die elektrische Maschine bzw. der Riementrieb kann durch eine Kupplung an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt sein. Die elektrische Maschine kann dabei in einem Generatormodus (inkl. Rekuperation) betrieben werden, um ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie zu versorgen und eine Batterie aufzuladen. Auch kann die elektrische Maschine in einem Motormodus den Verbrennungsmotor unterstützen (Boosten). Eine Kupplung zwischen dem Riementrieb und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kann dabei für diese Modi der elektrischen Maschine geschlossen werden. Ferner kann die Kupplung geöffnet werden, um den Riementrieb von der Drehzahl des Verbrennungsmotors zu entkoppeln und dadurch die Schleppverluste des Riementriebs zu reduzieren, wodurch der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors erhöht werden kann. Eine weitere (zweite) elektrische Maschine kann dabei in einem Generatormodus (inkl. Rekuperation) betrieben werden, um ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Energie zu versorgen und eine Batterie aufzuladen. Auch kann die zweite elektrische Maschine in einem Motormodus den Verbrennungsmotor unterstützen (Boosten) und zudem für ein rein elektrisches Fahren eingesetzt werden. Bei elektromotorischen Leistungen von etwa 5 bis 15 kW/t spricht man von einem Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug. Modern motor vehicles with an internal combustion engine and a (first) electric machine in the belt drive connected to a crankshaft of the internal combustion engine are known in principle. The electric machine or the belt drive can be coupled by a coupling to a crankshaft of the internal combustion engine. The electric machine can be operated in a generator mode (including recuperation) in order to supply an electric vehicle electrical system of the motor vehicle with electrical energy and to charge a battery. Also, in an engine mode, the electric machine can assist the engine (boost). A clutch between the belt drive and the crankshaft of the internal combustion engine can be closed for these modes of the electric machine. Further, the clutch can be opened to decouple the belt drive from the speed of the engine and thereby reduce the drag losses of the belt drive, whereby the efficiency of the internal combustion engine can be increased. A further (second) electric machine can be operated in a generator mode (including recuperation) in order to supply an electric vehicle electrical system of the motor vehicle with electrical energy and to charge a battery. Also, the second electric machine in a motor mode, the engine support (boosting) and also be used for a purely electric driving. Electromotive powers of about 5 to 15 kW / t are referred to as a mild hybrid motor vehicle.
Dabei hat sich als Nachteil herausgestellt, dass das Fahrverhalten sowie die Effizienz des Kraftfahrzeuges durch ungünstiges Betätigen der Kupplung beeinträchtigt werden kann. Insbesondere ist es nachteilig, dass bei geschlossener Kupplung und damit angekoppeltem Riementrieb stets zwei elektrische Maschinen im Einsatz sind, wobei die erste elektrische Maschine in Kombination mit den Verlusten im Riementrieb, die vom Verbrennungsmotor abgegebene nutzbare mechanische Leistung verringert und somit zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Andererseits ist es nachteilig, dass manche Aggregate, die über den Riementrieb angetrieben werden, wie z. B. ein mechanischer Klimakompressor, bei geöffneter Kupplung ohne Motorbetrieb der ersten elektrischen Maschine nicht betrieben werden können. It has been found to be a disadvantage that the driving behavior and the efficiency of the motor vehicle can be affected by unfavorable operation of the clutch. In particular, it is disadvantageous that two electric machines are always in use with the clutch and the belt drive coupled thereto, the first electric machine, in combination with the losses in the belt drive, reducing the useful mechanical power output by the internal combustion engine and thus leading to increased fuel consumption. On the other hand, it is disadvantageous that some units that are driven by the belt drive, such. As a mechanical air compressor, can not be operated with the clutch open without engine operation of the first electric machine.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, mindestens einen aus dem Stand der Technik bekannten Nachteil zumindest zum Teil zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Antriebsvorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb der Antriebsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche ein Betätigen bzw. Schalten einer Kupplung zwischen einer ersten elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor optimieren und einen verbesserten Fahrbetrieb, insbesondere einen verbesserten Betrieb der Antriebsvorrichtung, und einen erhöhten Fahrkomfort gewährleisten. The invention is therefore based on the object, at least partially overcome a known from the prior art disadvantage. In particular, it is an object of the present invention to provide an improved drive device and a corresponding method for operating the drive device, which optimize an actuation or switching of a clutch between a first electric machine and the internal combustion engine and an improved driving operation, in particular an improved operation the drive device, and ensure increased ride comfort.
Die Erfindung stellt hierbei eine Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, bereit, die mit einem Verbrennungsmotor, einer ersten elektrischen Maschine, die an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, und einer zweiten elektrischen Maschine, die an einen Fahrzeugantrieb oder in ein Getriebe des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar ist, ausgeführt ist. Bspw. in einem Parallelhybridkonzept erfolgt die Anordnung der zweiten elektrischen Maschine zwischen Fahrkupplung des Getriebes und dem Rad. The invention in this case provides a drive device for a hybrid motor vehicle, in particular for a mild hybrid plus motor vehicle, which is provided with an internal combustion engine, a first electric machine that can be coupled to a crankshaft of the internal combustion engine, and a second electrical machine, which is coupled to a vehicle drive or in a transmission of the hybrid motor vehicle is executed. For example. in a parallel hybrid concept, the arrangement of the second electric machine takes place between the drive clutch of the transmission and the wheel.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die zweite elektrische Maschine direkt mit dem Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar sein kann. Hierbei kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass die zweite elektrische Maschine in einer Radnähe angeordnet sein kann, um in einem Generatormodus die Bewegungsenergie mit einem optimalen Wirkungsgrad direkt von der Antriebsachse aufzunehmen. Furthermore, it can be provided according to the invention that the second electric machine can be coupled directly to the vehicle drive of the hybrid motor vehicle. In this case, it can advantageously be achieved that the second electric machine can be arranged close to the wheel in order to record the kinetic energy with optimum efficiency directly from the drive axle in a generator mode.
Alternativ kann die zweite elektrische Maschine mit dem Fahrzeugantrieb an einer vom Verbrennungsmotor nicht angetriebenen Antriebsachse bzw. Fahrzeugachse (Front/Heck) angeordnet werden (bspw. elektrisch angetriebene Achse mit Differential und Antriebswellen an die Räder). Alternativ kann die Funktion der zweiten elektrischen Maschine durch mehrere elektrischen Maschinen dargestellt werden (bspw. zwei Radnabenmotoren). Alternatively, the second electric machine can be arranged with the vehicle drive on a non-driven by the engine drive axle or vehicle axle (front / rear) (for example, electrically driven axle with differential and drive shafts to the wheels). Alternatively, the function of the second electric machine can be represented by a plurality of electric machines (for example two wheel hub motors).
Ferner kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste elektrische Maschine im Riementrieb oder direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar sein kann. Somit können vorteilhafterweise unterschiedliche bauliche Ausführungsformen der Antriebsvorrichtung realisiert werden, wie z. B. ein paralleler Hybrid mit einer beabstandeten ersten elektrischen Maschine auf einer gleichen Antriebsachse oder mit einer beabstandeten ersten elektrischen Maschine im Riementrieb. Je nach Fahrzeugmodell und Bauraumerfordernissen im Kraftfahrzeug kann die eine oder die andere Ausführungsform der Antriebsvorrichtung vorteilhaft sein. Furthermore, it can be provided according to the invention that the first electric machine can be coupled in the belt drive or directly with the crankshaft of the internal combustion engine. Thus, advantageously different structural embodiments of the drive device can be realized, such. B. a parallel hybrid with a spaced first electric machine on a same drive axle or with a spaced first electric machine in the belt drive. Depending on the vehicle model and space requirements in the motor vehicle, one or the other embodiment of the drive device may be advantageous.
Erfindungsgemäß weist die Antriebsvorrichtung eine Steuereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, ein Abkoppeln der ersten elektrischen Maschine von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzeuges einzuleiten, wobei die Grenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer erforderlichen elektrischen Leistung im Hybrid-Kraftfahrzeug, der Wirkungsgrade aller beteiligten Komponenten zur Bereitstellung dieser elektrischen Leistung und/oder von der darstellbaren Generatorleistung der zweiten elektrischen Maschine bestimmt wird. Alternativ weist die Antriebsvorrichtung erfindungsgemäß eine Steuereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, ein Abkoppeln der ersten elektrischen Maschine von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oberhalb einer Grenzdrehzahl der zweiten elektrischen Maschine des Hybrid-Kraftfahrzeuges einzuleiten, wobei die Grenzdrehzahl der zweiten elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer erforderlichen elektrischen Leistung im Hybrid-Kraftfahrzeug, der Wirkungsgrade aller beteiligten Komponenten zur Bereitstellung dieser elektrischen Leistung und/oder von der darstellbaren Generatorleistung der zweiten elektrischen Maschine bestimmt wird. According to the invention, the drive device has a control unit which is designed to initiate a decoupling of the first electric machine from the crankshaft of the internal combustion engine above a limit speed of the hybrid motor vehicle, the limit speed depending on a required electrical power in the hybrid motor vehicle, the efficiencies all components involved for the provision of this electrical power and / or is determined by the representable generator power of the second electric machine. Alternatively, the drive device according to the invention a control unit which is adapted to initiate a decoupling of the first electric machine from the crankshaft of the internal combustion engine above a limit speed of the second electric machine of the hybrid motor vehicle, wherein the limit speed of the second electric machine depending on a required electric power in the hybrid motor vehicle, the efficiencies of all components involved for the provision of this electrical power and / or is determined by the representable generator power of the second electric machine.
Unter einem Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug wird erfindungsgemäß ein Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug verstanden, welches zwei elektrische Maschinen aufweist. 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 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 ohne den Verbrennungsmotor und die erste elektrische Maschine mit dem Verbrennungsmotor rekuperieren. Under a mild hybrid plus motor vehicle according to the invention a mild hybrid motor vehicle understood, which has two electrical machines. In this case, the first electric machine can start the internal combustion engine, for example during a cold start, a start at standstill and / or a start from the electric drive. The second electric machine can in this case allow a purely electric driving, for example. When the engine is switched off. Both electric machines can be used for boosting, d. H. for electrically increasing the drive torque in addition to the internal combustion engine. Furthermore, both electrical machines can be used for recuperation. The second electric machine can recuperate without the internal combustion engine and the first electric machine with the internal combustion engine.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit kann eine zentrale Steuereinheit im Hybrid-Kraftfahrzeug, bspw. ein Motorsteuergerät, sein, welches erfindungsgemäß mit einer entsprechenden Software und/oder einem Computerprogrammprodukt aufgerüstet sein kann, um ein erfindungsgemäßes, verbessertes Auf- und Abkoppeln der ersten elektrischen Maschine an den Verbrennungsmotor zu ermöglichen. Gleichwohl aber kann die erfindungsgemäße Steuereinheit eine speziell ausgebildete Steuereinheit sein, die ein erfindungsgemäßes, verbessertes Auf- und Abkoppeln der ersten elektrischen Maschine an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ermöglichen kann. The control unit according to the invention may be a central control unit in the hybrid motor vehicle, for example an engine control unit, which according to the invention can be upgraded with appropriate software and / or a computer program product to provide an inventive, improved coupling and uncoupling of the first electric machine to the internal combustion engine to enable. Nevertheless, however, the control unit according to the invention can be a specially designed control unit which can enable an inventive, improved coupling and uncoupling of the first electric machine to the crankshaft of the internal combustion engine.
Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, die beiden elektrischen Maschinen im Hybrid-Kraftfahrzeug optimal einzusetzen, um die Effizienz des Gesamtsystems zu erhöhen sowie die Verfügbarkeit der Fahrzeugklimatisierung zu steigern. Hierzu wird eine Kupplung zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor oberhalb einer bestimmten, erfindungsgemäß speziell ermittelten Grenzgeschwindigkeit bzw. Grenzdrehzahl der zweiten elektrischen Maschine, die abhängig von einer erforderlichen elektrischen Leistung sowie dem Gesamtwirkungsgrad im Kraftfahrzeug gewählt wird, geöffnet und die erste elektrische Maschine abgekoppelt. The idea of the invention lies in optimally using the two electric machines in the hybrid motor vehicle in order to increase the efficiency of the overall system and to increase the availability of vehicle air conditioning. For this purpose, a coupling between the first electric machine and the internal combustion engine is opened above a certain limiting speed or limit speed of the second electric machine, which is selected depending on a required electrical power and the overall efficiency in the motor vehicle, and decouples the first electric machine ,
Bei einer abgekoppelten ersten elektrischen Maschine wird die Stromerzeugung und Versorgung der elektrischen Verbraucher im Hybrid-Kraftfahrzeug (Strombedarf) bevorzugt durch die zweite elektrische Maschine (bspw. beim fahrenden Hybrid-Kraftfahrzeug) oder nur hilfsweise durch einen Energiespeicher (bspw. beim stehenden Hybrid-Kraftfahrzeug) übernommen. Dies geschieht erfindungsgemäß immer dann, wenn die zweite elektrische Maschine sämtliche Verbraucher im Hybrid-Kraftfahrzeug effizient versorgen kann, oder im Falle, wenn die zweite elektrische Maschine nicht generatorisch betrieben werden kann, z. B. wenn sie zum elektrischen Fahren benutzt wird oder im Stillstand des Kraftfahrzeuges, nur dann, wenn der Energiespeicher den Strombedarf abdecken kann. Die erfindungsgemäße Steuereinheit überwacht dabei die Leistungsfähigkeit der beiden elektrischen Maschinen, deren Wirkungsgrad und/oder den Ladezustand des Energiespeichers. Auch überwacht die Steuereinheit den Strom- bzw. Energiebedarf im Hybrid-Kraftfahrzeug. Die Leistungsfähigkeit der Stromerzeugung der zweiten elektrischen Maschine (Generatorleistung) ist neben den Maschineneigenschaften selbst (Drehmoment-/Leistungs-/Wirkungsgradcharakteristik) auch von einer gewählten Getriebeübersetzung abhängig. Erfindungsgemäß wird der Abkoppelzeitpunkt durch die Steuereinheit so gewählt, dass die Getriebeübersetzung berücksichtigt und vorzugsweise automatisch für eine günstige Rekuperation angepasst wird. In a decoupled first electric machine, the power generation and supply of the electrical consumers in the hybrid motor vehicle (power requirement) is preferably by the second electric machine (eg. When moving hybrid motor vehicle) or only by way of an energy storage (eg. When stationary hybrid motor vehicle ) accepted. This happens according to the invention always when the second electric machine can supply all consumers in the hybrid motor vehicle efficiently, or in the case when the second electric machine can not be operated as a generator, for. B. when it is used for electric driving or at a standstill of the motor vehicle, only if the energy storage can cover the power needs. The control unit according to the invention monitors the performance of the two electrical machines, their efficiency and / or the state of charge of the energy store. The control unit also monitors the power and energy requirements in the hybrid motor vehicle. The performance of the power generation of the second electric machine (generator power) is in addition to the machine characteristics themselves (torque / power / efficiency characteristics) also dependent on a selected gear ratio. According to the invention, the decoupling time is selected by the control unit in such a way that the gear ratio is taken into account and preferably automatically adapted for a favorable recuperation.
Weiterhin wird der Riementrieb / die erste elektrische Maschine unterhalb einer bestimmten, erfindungsgemäß speziell ermittelten Mindestgeschwindigkeit bzw. Mindestdrehzahl der zweiten elektrischen Maschine, die abhängig von einer erforderlichen elektrischen Leistung im Kraftfahrzeug gewählt wird, angekoppelt. Hierzu wird eine Kupplung zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor geschlossen. Furthermore, the belt drive / the first electric machine is coupled below a certain, according to the invention specifically determined minimum speed or minimum speed of the second electric machine, which is selected depending on a required electric power in the motor vehicle. For this purpose, a clutch closed between the first electric machine and the internal combustion engine.
Bei einer angekoppelten ersten elektrischen Maschine wird die Stromerzeugung und Versorgung der elektrischen Verbraucher im Hybrid-Kraftfahrzeug (Strombedarf) durch eine der beiden bzw. ggf. durch die Kombination der beiden elektrischen Maschinen (bspw. beim fahrenden Hybrid-Kraftfahrzeug) oder nur hilfsweise durch einen Energiespeicher (bspw. beim stehenden Hybrid-Kraftfahrzeug) übernommen. Die erfindungsgemäße Steuereinheit überwacht dabei die Leistungsfähigkeit der beiden elektrischen Maschinen, ihren Wirkungsgrad und/oder den Ladezustand des Energiespeichers. Auch überwacht die Steuereinheit den Strom- bzw. Energiebedarf im Hybrid-Kraftfahrzeug. Die Leistungsfähigkeit der Stromerzeugung der beiden elektrischen Maschinen (Generatorleistung) ist neben den Maschineneigenschaften selbst (Drehmoment-/Leistungs-/Wirkungsgradcharakteristik) auch von einer gewählten Getriebeübersetzung bzw. eingelegtem Gang des Getriebes abhängig. Erfindungsgemäß wird der Ankoppelzeitpunkt durch die Steuereinheit so gewählt, dass die Getriebeübersetzungen berücksichtigt und vorzugsweise automatisch für eine günstige Rekuperation angepasst werden. In a coupled first electric machine, the power generation and supply of the electrical consumers in the hybrid motor vehicle (electricity demand) by one of the two or possibly by the combination of the two electrical machines (eg. When moving hybrid motor vehicle) or only in the alternative by a Energy storage (eg. When stationary hybrid motor vehicle) taken. The control unit according to the invention monitors the performance of the two electrical machines, their efficiency and / or the state of charge of the energy store. The control unit also monitors the power and energy requirements in the hybrid motor vehicle. The power generation of the two electric machines (generator power) depends not only on the machine characteristics themselves (torque / power / efficiency characteristics) but also on a selected gear ratio or engaged gear of the gearbox. According to the coupling time is selected by the control unit so that the gear ratios are taken into account and preferably automatically adapted for a favorable recuperation.
Weiterhin wird erfindungsgemäß vorgesehen, dass Hysteresen bzgl. Entprellzeit (1s, 5s, 10s), Drehzahl (500 1/min, 1000 1/min, 1500 1/min) der zweiten elektrischen Maschine, Fahrgeschwindigkeit (5 km/h, 10 km/h, 15 km/h) berücksichtigt werden, um die Fahrbarkeit bzw. -komfort positiv zu beeinflussen. Furthermore, it is provided according to the invention that hystereses with respect to. Entprellzeit (1s, 5s, 10s), speed (500 1 / min, 1000 1 / min, 1500 1 / min) of the second electric machine, driving speed (5 km / h, 10 km / h, 15 km / h) are taken into account in order to positively influence the driveability or comfort.
Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung ein Klimakompressor an den Riementrieb gekoppelt sein. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung bietet dabei den Vorteil, dass in den Riementrieb integrierte Komponenten, wie der Klimakompressor, über die erste elektrische Maschine im Motormodus und über den Riementrieb, unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors betrieben werden können. Hierbei kann die Versorgung der ersten elektrischen Maschine über die zweite elektrische Maschine im Generatormodus und/oder über den Energiespeicher erfolgen. Dadurch kann je nach Kühlleistungsanforderung eine freie Wahl des Betriebspunktes des mechanischen Klimakompressors erfolgen und so unter Berücksichtigung der Wirkungsgrade und der Leistungscharakteristik der ersten elektrischen Maschine, der zweiten elektrischen Maschine und des Klimakompressors die Kälteleistung mit bestmöglichem Wirkungsgrad bereitgestellt werden. Die Erfindung bietet insbesondere in Verbindung mit gestuften Getrieben (Handschaltgetriebe, Automatisiertes Handschaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe, Wandlerstufenautomat) diesen Vorteil, die keine stufenlose Verstellung der Verbrennungsmotordrehzahl ermöglichen. Weiterhin ist eine Kombination mit Verbrennungsmotoren vorteilhaft, die Ihre Maximalleistung bei hohen Drehzahlen erreichen (bspw. MPI). Dort kann bei geringen Kühlleistungsanforderungen und hohen Motorleistungen (bspw. bei hohen Fahrgeschwindigkeiten oder Bergfahrt mit Anhänger) die Drehzahl am Klimakompressor deutlich reduziert werden. Somit kann stets eine gewünschte Klimaleistung bereitgestellt werden und der Fahrkomfort somit erheblich verbessert werden. Furthermore, in the context of the invention, an air conditioning compressor may be coupled to the belt drive. The drive device according to the invention offers the advantage that components integrated into the belt drive, such as the air conditioning compressor, can be operated via the first electric machine in engine mode and via the belt drive, independently of the rotational speed of the internal combustion engine. In this case, the supply of the first electric machine via the second electric machine in the generator mode and / or via the energy storage can take place. As a result, depending on the cooling power requirement, a free choice of the operating point of the mechanical air conditioning compressor can take place, and thus the cooling capacity can be provided with the best possible efficiency, taking into account the efficiencies and the performance characteristics of the first electric machine, the second electric machine and the air conditioning compressor. The invention offers this advantage, in particular in conjunction with stepped transmissions (manual transmission, automated manual transmission, dual-clutch transmission, torque converter automatic transmission), which do not permit stepless adjustment of the engine speed. Furthermore, a combination with internal combustion engines is advantageous, which reach their maximum power at high speeds (eg MPI). There, with low cooling power requirements and high engine performance (eg. At high speeds or uphill with trailer) the speed of the air compressor can be significantly reduced. Thus, a desired climate performance can always be provided and the ride comfort can thus be significantly improved.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die erste elektrische Maschine durch eine Kupplung an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist. Der Vorteil einer schaltbaren Kupplung zwischen der ersten elektrischen Maschine bzw. dem Riementrieb und der Kurbelwelle liegt erfindungsgemäß darin, dass im Fahrbetrieb, wenn Strom über die zweite elektrische Maschine erzeugt werden kann, oder im Motorstillstand, der Riementrieb dennoch betrieben werden kann. Somit kann einerseits der Riementrieb und ggf. ein darin integrierter Klimakompressor unabhängig vom Verbrennungsmotor betrieben und andererseits der Verbrennungsmotor im Fahrbetrieb entlastet werden, wodurch der Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß verringert werden können. Hierbei kann die Kupplung elektrisch, hydraulisch oder elektromagnetisch schaltbar ausgeführt sein. Die Kupplung kann dabei bspw. als eine kraftschlüssige Kupplung, wie z. B. eine Reibkupplung, oder aber als eine formschlüssige Kupplung, wie z. B. eine Klauenkupplung, ausgestaltet sein. Der Vorteil einer Reibkupplung liegt darin, dass sie auch bei Drehzahldifferenzen zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Riementrieb schnell geschlossen werden kann. Der Vorteil einer formschlüssigen Kupplung liegt darin, dass sie einfach und günstig mit geringem Hilfsenergiebedarf und gutem Wirkungsgrad ausgebildet sein kann. According to the invention, it is provided that the first electric machine can be coupled by a coupling to the crankshaft of the internal combustion engine. The advantage of a switchable coupling between the first electric machine or the belt drive and the crankshaft according to the invention is that while driving, when power can be generated via the second electric machine, or in engine standstill, the belt drive can still be operated. Thus, on the one hand, the belt drive and possibly an air compressor integrated therein can be operated independently of the internal combustion engine and, on the other hand, the internal combustion engine can be relieved while driving, whereby the fuel consumption and pollutant emissions can be reduced. Here, the coupling can be made electrically, hydraulically or electromagnetically switchable. The coupling can, for example. As a non-positive coupling, such as. B. a friction clutch, or as a positive clutch, such. As a jaw clutch be configured. The advantage of a friction clutch is that it can be closed quickly even with speed differences between the engine and the belt drive. The advantage of a positive coupling is that it can be easily and inexpensively designed with low auxiliary energy consumption and good efficiency.
Zudem ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die zweite elektrische Maschine durch eine Kupplung an den Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar sein kann. Der Vorteil liegt dabei darin, dass, wenn die zweite elektrische Maschine nicht gebraucht wird, sie vom Fahrzeugantrieb abgekoppelt werden kann, um den Verschleiß der zweiten elektrischen Maschine zu vermeiden und um Schleppverluste durch die zweite elektrische Maschine zumindest zu reduzieren. Hierbei ist es denkbar, dass die zweite elektrische Maschine redundant vom Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges abgekoppelt werden kann. Hierbei ist es denkbar, dass die zweite elektrische Maschine als eine permanenterregte Synchronmaschine, eine Asynchronmaschine, eine Schrittmaschine oder dergleichen ausgebildet sein kann. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass die zweite elektrische Maschine hilfsweise betrieben werden kann. Außerdem ist es denkbar, dass die zweite elektrische Maschine einen schaltbaren Freilauf aufweisen kann, um vom Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges momentenfrei, ohne eine mechanische Kupplung, abgekoppelt zu werden, und um die Fahrleistung nicht zu beeinträchtigen. In addition, it is inventively conceivable that the second electric machine can be coupled by a coupling to the vehicle drive of the hybrid motor vehicle. The advantage lies in the fact that, if the second electric machine is not needed, it can be decoupled from the vehicle drive in order to avoid the wear of the second electric machine and at least to reduce drag losses through the second electric machine. It is conceivable that the second electrical machine can be redundantly disconnected from the vehicle drive of the hybrid motor vehicle. In this case, it is conceivable that the second electric machine can be designed as a permanent-magnet synchronous machine, an asynchronous machine, a stepping machine or the like. Thus, the advantage can be achieved that the second electric machine can be operated as an alternative. In addition, it is conceivable that the second electric machine may have a switchable freewheel to the from Vehicle drive of the hybrid motor vehicle torque-free, without a mechanical clutch to be decoupled, and not to affect the mileage.
Ferner wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Mild-Hybrid-Plus-Kraftfahrzeug, gelöst, wobei die Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer ersten elektrischen Maschine, die an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors koppelbar ist, und einer zweiten elektrischen Maschine, die an einen Fahrzeugantrieb des Hybrid-Kraftfahrzeuges koppelbar ist, ausgelegt ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei mindestens einen Schritt:
- a) Abkoppeln der ersten elektrischen Maschine von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oberhalb einer Grenzgeschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzeuges, wobei die Grenzgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer erforderlichen elektrischen Leistung im Hybrid-Kraftfahrzeug, der Wirkungsgrade aller beteiligten Komponenten zur Bereitstellung dieser elektrischen Leistung und/oder von einer Generatorleistung der zweiten elektrischen Maschine bestimmt wird.
- a) decoupling the first electric machine from the crankshaft of the internal combustion engine above a limit speed of the hybrid motor vehicle, the limit speed depending on a required electrical power in the hybrid motor vehicle, the efficiencies of all the components involved to provide this electrical power and / or of a Generator power of the second electric machine is determined.
Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass die elektrische und mechanische Leistung im Hybrid-Kraftfahrzeug optimal verteilt wird. Ferner ist es von Vorteil, dass ein Abkoppelzeitpunkt immer derart ausgewählt wird, wenn sowohl das optimale Fahrverhalten und -komfort als auch der optimale Gesamtwirkungsgrad sichergestellt werden können. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, dass sobald die zweite elektrische Maschine oder, wenn die zweite elektrische Maschine zum elektrischen Antrieb benötigt wird, ein Energiespeicher genutzt wird, um die elektrischen Verbraucher im Kraftfahrzeug zu versorgen. Somit kann der Verbrennungsmotor entlastet werden und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Als weitere Vorteile gelten hier selbstverständlich auch die gleichen Vorteile wie bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, die oben beschrieben wurde, auf welche Vorteile hierbei vollumfänglich Bezug genommen wird. Thus, the advantage can be achieved that the electrical and mechanical power is optimally distributed in the hybrid motor vehicle. Furthermore, it is advantageous that a decoupling time is always selected in such a way that both optimum driving behavior and comfort and optimum overall efficiency can be ensured. In particular, it is advantageous that as soon as the second electric machine or, if the second electric machine is required for electrical drive, an energy store is used to supply the electrical consumers in the motor vehicle. Thus, the engine can be relieved and the fuel consumption can be reduced. Of course, other benefits include the same advantages as in the case of the drive device according to the invention which has been described above, to which advantages full reference is made.
Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen kann:
- a‘) Ankoppeln der ersten elektrischen Maschine von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors unterhalb einer Mindestgeschwindigkeit des Hybrid-Kraftfahrzeuges und/oder einer Mindestdrehzahl der zweiten elektrischen Maschine,
- a ') coupling the first electric machine from the crankshaft of the internal combustion engine below a minimum speed of the hybrid motor vehicle and / or a minimum speed of the second electric machine,
Des Weiteren kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Verfahren mindestens einen weiteren Schritt aufweisen kann:
- b) Bestimmen der erforderlichen elektrischen Leistung im Hybrid-Kraftfahrzeug aus einem Bordnetz-Bedarf, einem optionalen Bedarf eines elektrischen Klimakompressors und/oder aus einem Nachlade-Bedarf eines Energiespeichers.
- b) determining the required electrical power in the hybrid motor vehicle from an onboard power supply requirement, an optional requirement of an electric air conditioning compressor and / or from a recharging requirement of an energy storage device.
Hierbei können vorteilhafterweise mechanische und elektrische Eigenschaften der elektrischen Verbraucher im Hybrid-Kraftfahrzeug berücksichtigt werden. Der Strombedarf des Hybrid-Kraftfahrzeuges setzt sich bspw. zusammen aus dem Bedarf eines 12V-Bordnetzes für die meisten Verbraucher im Kraftfahrzeug (Bordnetz-Bedarf), der über einen DC/DC-Wandler an das Netz der beiden elektrischen Maschinen (Hybrid-Bordnetz) angeschlossen werden kann, aus dem Bedarf von weiteren Verbrauchern, die auf dem Spannungsniveau (bzw. im Spannungsbereich) des Hybrid-Bordnetzes arbeiten, wie z. B. optionaler elektrischer Klimakompressor, elektrischer Zuheizer oder dergleichen, und aus dem Nachlade-Bedarf eines Energiespeichers (Hybridbatterie), wenn dieser vorher bspw. durch eine rein elektrische Fahrstrecke (teil-)entladen wurde. Auf Basis des gesamten Strombedarfs (12V-Verbraucher, 48V- oder HV-Verbraucher, Nachladeleistung der Hybridbatterie) kann schließlich bestimmt werden, ob die elektrische Energie bei der aktuellen Fahrgeschwindigkeit allein durch die zweite elektrische Maschine effizient erzeugt werden kann oder dafür die an den Verbrennungsmotor koppelbare erste elektrische Maschine herangezogen werden muss. Hierbei kann die erste elektrische Maschine durch ihre Ausgestaltung bzw. kurze Übersetzung zur Kurbelwelle auch bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten höhere Generatorleistungen erreichen. Darüber hinaus ist auch eine Aufteilung der Generatorleistung auf beide elektrische Maschinen möglich, insbesondere wenn sehr hohe Strombedarfe gedeckt werden müssen. In this case, mechanical and electrical properties of the electrical consumers in the hybrid motor vehicle can advantageously be taken into account. The power requirement of the hybrid motor vehicle is composed, for example, together of the need for a 12V vehicle electrical system for most consumers in the motor vehicle (on-board supply), via a DC / DC converter to the network of the two electrical machines (hybrid electrical system) can be connected, from the needs of other consumers who work at the voltage level (or in the voltage range) of the hybrid electrical system, such. B. optional electric air conditioning compressor, electric heater or the like, and from the recharging needs of an energy storage device (hybrid battery), if this previously (eg) by a purely electrical route (partially) was unloaded. On the basis of the total power requirement (12V consumers, 48V or HV consumers, recharge power of the hybrid battery) can finally be determined whether the electrical energy can be efficiently generated at the current driving speed only by the second electric machine or for the internal combustion engine coupled first electrical machine must be used. In this case, the first electric machine can achieve higher generator outputs even at low vehicle speeds due to its configuration or short ratio to the crankshaft. In addition, a division of the generator power to both electrical machines is possible, especially when very high power requirements must be met.
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: Further measures which improve the invention are described in more detail below with the description of the preferred exemplary embodiments of the invention with reference to the figures. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination. It should be noted that the figures have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it:
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weshalb diese in der Regel nur einmal beschrieben werden. In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals, which is why they are usually described only once.
Die
Eine erste elektrische Maschine
Die erste elektrische Maschine
Der Verbrennungsmotor
Erfindungsgemäß ist die zweite elektrische Maschine
Ein elektrisches Bordnetz
Die Erfindung sorgt dabei dafür, dass der gesamte Strombedarf G (siehe die
Die
Die
Die
Zudem ist es denkbar, dass bei einer weiteren Grenzgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges die maximale Generatorleistung L der zweiten elektrischen Maschine
Die voranstehende Beschreibung der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- erste elektrische Maschine first electric machine
- 11 11
- Riementrieb belt drive
- 12 12
- Kurbelwelle crankshaft
- 13 13
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 14 14
- Kupplung clutch
- 15 15
- Fahrkupplung clutch
- 16 16
- Getriebe transmission
- 17 17
- Steuereinheit control unit
- 20 20
- zweite elektrische Maschine second electric machine
- 21 21
- Fahrzeugantrieb / zweite Antriebsachse Vehicle drive / second drive axle
- 22 22
- mechanische oder redundante Kupplung mechanical or redundant coupling
- 30 30
- elektrisches Bordnetz electrical wiring system
- 31 31
- Traktionsleitung von der ersten elektrischen Maschine Traction line from the first electric machine
- 32 32
- Traktionsleitung von der zweiten elektrischen Maschine Traction line from the second electric machine
- 33 33
- Bordnetz-Verteiler Wiring distributor
- 34 34
- DC/DC-Wandler DC / DC converter
- 35 35
- Energiespeicher energy storage
- A A
- Aufnahmeleistung des Klimakompressors Recording power of the air conditioning compressor
- C C
- Koeffizient coefficient
- G G
- gesamter Strombedarf total electricity requirement
- K K
- Kühlleistung des Klimakompressors Cooling capacity of the air conditioning compressor
- L L
- maximale Generatorleistung der zweiten elektrischen Maschine maximum generator power of the second electric machine
- L1, L2, L3, L4, LNL1, L2, L3, L4, LN
- gangabhängige maximale Generatorleistung der ersten elektrischen Maschine gear-dependent maximum generator power of the first electric machine
- N N
- Drehzahl des Klimakompressors Speed of the air conditioning compressor
- V V
- Fahrzeuggeschwindigkeit vehicle speed
Claims (11)
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