DE19528628A1 - Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug

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Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einer pri­ mären Antriebsquelle, insbesondere einem Verbrennungsmotor, und einem Elektromotor als Antriebe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Einen derartigen Hybridantrieb zeigt beispielsweise die DE 44 36 383 A1. Dabei wirkt der Elektromotor über die Antriebswelle des Geschwindigkeits­ wechselgetriebes, hier ein Schaltgetriebe, sowohl als batteriegespeister Antriebsmotor insbesondere im niedrigen Geschwindigkeitsbereich als auch als Generator. Im Generatorbetrieb kann beispielsweise in Schubbetriebs­ phasen und/oder Bremsbetrieb Energie zurückgewonnen, aber auch das Fahrzeug abgebremst werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, den gattungsgemäßen Hybridantrieb derart weiterzubilden, daß bei optimierter Energierückgewinnung komfortable und sichere Fahrzustände gewährleistet sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patenansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Nutzbremsung des Elektromotors abhängig von der Verzögerung des Fahrzeuges so zu steuern, daß ruckfreie Verzögerungsabläufe mit dennoch hoher Energierückführung verwirklichbar sind. Derartige Verzögerungsabläufe können beispielsweise kennfeldge­ steuert nach definierten Verzögerungsalgorithmen ablaufen.
In einer vereinfachten Ausführungsform kann die Nutzbremsung abhängig vom vorliegenden Übersetzungsverhältnis im Geschwindigkeitswechselge­ triebe, welches ein Stufengetriebe, aber auch ein stufenloses Getriebe sein kann, gesteuert sein, wobei die Nutzbremsung bzw. die Generatorleistung des Elektromotors bei kurzer Getriebeübersetzung niedriger und bei langer Getriebeübersetzung höher ist. Dabei können die ggf. fest vorgegebenen Übersetzungen des Wechselgetriebes mit der einsteuerbaren Nutzbrems­ wirkung so verknüpft sein, daß eine zumindest annähernd gleiche Fahr­ zeugverzögerung in allen Getriebeübersetzungen erzielt wird.
Bei Fahrzeugen mit einer Antischlupfregelung oder einem Anti-Blockier-Sy­ stem in der Betriebsbremse können die an den Antriebsrädern vorhandenen Schlupfsensoren in die Regelung oder Steuerung der Nutzbremswirkung des Elektromotors mit einbezogen werden. D. h., daß bei einem definierten auftretenden Radschlupf an den angetriebenen Rädern bei betätigter oder nicht betätigter Bremse des Kraftfahrzeuges die Generatorwirkung des Elektromotors entsprechend vermindert oder ggf. sogar deaktiviert wird. Damit ist sichergestellt, daß beispielsweise bei Fahrbahnzuständen mit niedrigem Haftbeiwert instabile Fahrzustände vermieden werden. Anderer­ seits kann die Generatorleistung des Elektromotors innerhalb der Komfort­ grenzen und der durch die Fahrbahn gegebenen Haftzustände optimal zur Energierückgewinnung ausgenutzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzel­ heiten näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einem Elek­ tromotor und einer Einrichtung zum Steuern der Nutzbremswirkung des Elektromotors, und
Fig. 2 ein Diagramm mit dem Nutzbremsmoment MB des Elektromotors bei verschiedenen Getriebeübersetzungen.
Der dargestellte Hybridantrieb setzt sich im wesentlichen zusammen aus einem Verbrennungsmotor 10, einer elektrohydraulischen Trennkupplung 12, einen Geschwindigkeits-Wechselgetriebe 14 und einem Elektromotor 16, die der besseren Darstellung wegen in Abschnitte geteilt gezeichnet sind, tatsächlich aber zur einer Antriebseinheit zusammengebaut sind.
Der Verbrennungsmotor 10 kann z. B. ein direkt einspritzender Turbodie­ selmotor sein, dessen an die Kurbelwelle angeflanschte Schwungscheibe 18 Teil der als Schwungnutzautomatik ausgeführten Trennkupplung 12 mit ei­ ner hydraulischen Betätigung - bestehend aus einem hydraulischen Neh­ merzylinder 20 und einer Hydraulikeinheit 22 mit Pumpe, Steuerventilen, Druckspeicher, etc. - und einer Steuerelektronik 24 ist.
Die Trennkupplung 12 treibt das vordere Ende der Antriebswelle 26 des Wechselgetriebes 14 an, dessen Abtriebswelle 28 ein Antriebsritzel 30 für den nicht näher dargestellten Achsantrieb bzw. das Differential 32 für den Antrieb der Vorderräder 34 des Kraftfahrzeuges trägt. Im Ausführungsbei­ spiel sind wie ersichtlich über eine nicht dargestellte Schaltbetätigung vier Gangstufen bzw. Übersetzungen I-IV des Wechselgetriebes 14 schaltbar.
Der Elektromotor 16, ein Drehstrom-Synchronmotor mit relativ geringem Massenträgheitsmoment wirkt über eine Zahnrad-Vorgelegestufe 36 ohne Zwischenschaltung einer Kupplung direkt auf das andere Ende der Antriebs­ welle 26 des Wechselgetriebe 14.
Der Elektromotor 16 ist an eine Stromversorgungseinheit 38 mit Batterien 40 und einer Stromregeleinheit 42 angeschlossen und kann als Antriebsmotor, als Generator zum Aufladen der Batterien 40 bei verbrennungsmotorischem Betrieb, im Leerlauf und schließlich als Synchronisator für das Wechselge­ triebe 14 arbeiten.
Der Elektromotor 16 kann dabei mittels eines Betriebsartenschalters 44 auf Elektroantrieb geschaltet werden, wobei dessen Antriebsleistung dann über das Gaspedal 46 und die Stromregelungseinheit 42 gesteuert wird.
Beim Umschalten auf Betrieb mit Verbrennungsmotor 10 wird der Elektromo­ tor 16 als Generator betrieben, sofern die Batterien 40 regeneriert werden sollen; andernfalls wird der Elektromotor 16 im Leerlauf mitgetrieben oder treibt zur kurzfristigen Erhöhung der Antriebsleistung des Hybridantriebes das Kraftfahrzeug mit an.
Sobald über die nicht dargestellte Schaltbetätigung des Wechselgetriebes 14 eine Gangänderung i eingeleitet wird - dies wird von der Steuerelektronik 24 der Trennkupplung 12 durch in die Schaltbetätigung integrierte elektri­ sche Schalter und/oder Potentiometer erkannt - wird die Trennkupplung 12 ausgerückt und zugleich der Elektromotor 16 als Synchronisator aktiviert. Dabei berechnet eine Steuerelektronik in der Stromregelungseinheit 42 an­ hand von Drehzahlsignalen n der Abtriebswelle 26 und von Gangsignalen i des zu schaltenden Ganges des Wechselgetriebes 14 die erforderliche Solldrehzahl der Antriebswelle 26, vergleicht diese mit dem Ist-Drehzahlsi­ gnal und steuert über die Stromregelungseinheit 42 eine positive oder nega­ tive Beschleunigung des Elektromotors 16 zur Erzielung eines Synchronlau­ fes der zu schaltenden Übersetzungsstufe.
Die nicht dargestellte Steuerelektronik der Stromregelungseinheit 42 steuert bei über den Betriebsartenschalter 44 vorgegebenem elektromotorischem Betrieb des Hybridfahrzeuges, aber auch bei verbrennungsmotorischem Betrieb, die von dem Elektromotor 16 im Generatorbetrieb bzw. bei Rückla­ dung der Batterien 40 ausgeübte Nutzbremswirkung.
Diese Nutzbremswirkung entspricht einer definierten Fahrzeugverzögerung und errechnet sich aus der eingelegten Übersetzung I bis IV des Geschwin­ digkeits-Wechselgetriebes 14 in Verbindung mit der eingesteuerten Genera­ torleistung (bei Schubbetrieb ohne Bremsung durch die Betriebsbremse).
Die Fig. 2 zeigt dazu den Getriebegängen I-III entsprechende Bremsmo­ mentkurven bzw. Generatorleistungskurven an, wobei das Bremsmoment MB jeweils multipliziert mit der Übersetzung i eine etwa gleiche Fahrzeug­ verzögerung aB ergibt. So zeigt die Kurve I einen flachen Anstieg der Gene­ ratorleistung des Elektromotors 16 mit einer entsprechend niedrigen Endlei­ stung, die jedoch verglichen mit dem entsprechend hohem Antriebsmoment eine hohe Nutzbremswirkung ergibt, während beispielsweise die Momenten­ kurve MB im dritten Gang III einen steilen Momentenanstieg und ein hohes Endbremsmoment anzeigt die jedoch verglichen mit der geringeren An­ triebsmomentenübersetzung etwa der gleichen Fahrzeugverzögerung aB entspricht.
Die Steuerelektronik der Stromregelungseinheit 42 ist ferner mit dem Steu­ ergerät 48 eines Anti-Blockier-Bremssystems der Betriebsbremse des Kraftfahrzeuges verbunden. Über dieses Steuergerät wird über nicht darge­ stellte Radschlupfsensoren an den Vorderrädern 34 des Kraftfahrzeuges der Radschlupf überwacht. Ferner wird die Betätigung der Betriebsbremse über das Bremssignal B erfaßt.
Bei einem auftretenden, unzulässigen Radschlupf bei erkanntem Schubbe­ trieb und ggf. Bremsbetrieb durch die Betriebsbremse wird von dem ABS- Steuergerät 48 die Steuerelektronik in der Stromregelungseinheit 42 ange­ steuert und die Nutzbremswirkung des Elektromotors 16 vermindert oder ggf. deaktiviert. Dies kann beispielsweise durch Verschieben der in der Fig. 2 dargestellten Steuerkurven des Motorbremsmomentes MB nach unten auf eine darunterliegende Steuerkurve oder bei der Steuerkurve entsprechend dem ersten Gang durch Deaktivieren der Nutzbremswirkung oder aber an­ hand eines im Steuerprogramm der Steuerelektronik abgelegten, dreidi­ mensionalen Kennfeldes erfolgen.
Bei der Steuerung bzw. Regelung der Nutzbremswirkung sind folgende Zu­ stände zweckmäßig:
Normaler Schubbetrieb (z. B. Ausrollen vor einer rot geschalteten Verkehrsampel)
- keine Nutzbremsung
Verzögerungsschubbetrieb, erkannt durch schnelles Zurücknehmen des Gaspedales, durch Gefällesensor, durch Drehzahlüberwachung, etc. - Nutzbremsung übersetzungsabhängig, ggf. auch radschlupfabhängig
Schubbetrieb plus Bremsbetätigung - Nutzbremsung übersetzungsabhängig und radschlupfabhängig

Claims (6)

1. Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor als Antriebe, die auf die Antriebswelle eines Ge­ schwindigkeitswechselgetriebes des Kraftfahrzeuges wirken, wobei der Elektromotor als Generator zur Erzeugung einer Nutzbremswirkung im Schub- und/oder Bremsbetrieb umsteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzbremswirkung des Elektromotors (16) mittel- oder unmittel­ bar abhängig von der Fahrzeugverzögerung gesteuert ist.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutz­ bremswirkung des Elektromotors (16) abhängig von der Getriebeüber­ setzung gesteuert ist.
3. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzbremswirkung des Elektromotors (16) bei kurzer Getriebe­ übersetzung niedriger und bei langer Getriebeübersetzung höher ist.
4. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis Nutzbremswirkung zu Übersetzungsverhältnis so gesteu­ ert ist, daß stets die im wesentlichen gleiche Fahrzeugverzögerung re­ sultiert.
5. Hybridantrieb nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzbremswirkung zusätzlich abhängig vom Radschlupf der ange­ triebenen Räder (34) gesteuert ist und bei auftretendem Radschlupf vermindert oder deaktiviert ist.
6. Hybridantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Fahr­ zeugen mit ABS-Bremsregelung dessen Steuergerät (48) mit der Steu­ erelektronik der Stromregelungseinheit (42) des Elektromotors (16) kommuniziert und im Regelungsbetrieb die Nutzbremswirkung beeinflußt.
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