EP2794315A1 - Verfahren zum betrieb eines seriellen hydraulischen hybridantriebssystems - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines seriellen hydraulischen hybridantriebssystems

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Publication number
EP2794315A1
EP2794315A1 EP12812979.8A EP12812979A EP2794315A1 EP 2794315 A1 EP2794315 A1 EP 2794315A1 EP 12812979 A EP12812979 A EP 12812979A EP 2794315 A1 EP2794315 A1 EP 2794315A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
operating mode
efficiency
internal combustion
combustion engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12812979.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Richard Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2794315A1 publication Critical patent/EP2794315A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/11—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand using model predictive control [MPC] strategies, i.e. control methods based on models predicting performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines
    • B60K6/08—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means
    • B60K6/12—Prime-movers comprising combustion engines and mechanical or fluid energy storing means by means of a chargeable fluidic accumulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W50/00—Details of control systems for road vehicle drive control not related to the control of a particular sub-unit, e.g. process diagnostic or vehicle driver interfaces
    • B60W2050/0001—Details of the control system
    • B60W2050/0019—Control system elements or transfer functions
    • B60W2050/0026—Lookup tables or parameter maps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/84—Data processing systems or methods, management, administration

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a preferably serial hydraulic hybrid drive system.
  • Parker has developed a serial hydraulic hybrid drive system called "RunWise", developed for heavy commercial vehicles and retrofitted to complement a mechanical drive by separating the mechanical drive train and inserting the "RunWise” system ,
  • All hybrid propulsion systems consist of series or parallel energy, speed and torque converters.
  • Each of these transducers also referred to as components below, has one
  • the operating point in which the component is operated has a significant influence on the degree of control of a component.
  • the efficiency behavior can be stored in the form of characteristic curves and / or characteristic diagrams.
  • a serial hydraulic drive train may, for example, follow
  • Components include: internal combustion engine, hydraulic pump,
  • the components of the powertrain can be operated in different operating modes. So the hydraulic motor can also be operated as a pump. The hydraulic motor converts kinetic energy of the vehicle into hydraulic energy and feeds it into the pressure accumulator. In addition, the
  • the powertrain in different modes of operation has a different overall efficiency, even if it provides the same net power at the or the driven wheels of the vehicle.
  • the invention enables energy-efficient operation of hybrid vehicles, especially of hybrid serial hybrid vehicles.
  • the overall efficiency is the product of the efficiencies of all the components involved in the overall system: k
  • the efficiency depends on the operating point of the component.
  • the degree of rotation of a hydraulic pump or a hydraulic motor is essentially a function of the system variables such as pressure, speed or displacement and the substance quantities such as density and viscosity of the hydraulic fluid.
  • the flow rate is a selectable (system) size.
  • the fabric sizes are usually a function of the system temperature and / or change due to aging processes.
  • Substance sizes are included in the maps, the more accurately form the maps of the actual performance of a component. However, this also greatly increases the complexity of the maps. Therefore, for the calculation or empirical determination of the maps preferably those system sizes and / or substance sizes are used, which have a great influence on the efficiency behavior and which are also well measurable. By reducing the system sizes and / or fabric sizes to quantifiable and influential sizes, the effort for the Creation of maps and their complexity reduced.
  • the number of system and material quantities determines the dimensionality of the characteristic map of a component. As dimensionality of a map, the number of dimensions of a map is referred to in the context of the invention.
  • the efficiency of a component can thus be represented as a vector in a multi-dimensional space. This multi-dimensional space is spanned by the system and material sizes. If all efficiencies of the individual components are determined in this way, according to Eq. 2 the efficiency of the overall system is the product of the efficiencies of the active components belonging to the overall system. From the Gl. 2 becomes clear that deals with complex systems, such as a
  • a hybrid propulsion system can be operated in various modes of operation, the degrees of which differ because not all modes are active in all operating modes and therefore the number of active components can vary.
  • the hydraulic engine For example, during recuperation, the hydraulic engine
  • the accumulator may be disconnected from the powertrain if the total drive power of the hydraulic pump is to go directly into the hydraulic motor.
  • the (system) sizes of the components of the drive train are divided into three classes:
  • the factors influencing the degree of wretching are impressed from the outside (so-called impressed sizes). Examples include the speed of a hydraulic motor, because the hydraulic motor is rigidly connected to the driven wheel, or the torque request of a driver.
  • the operating point / speed of the engine is along the
  • a determination of the maximum values of the efficiency as a function of the freely selectable quantities is carried out separately for each operating mode. This reduces the dimensionality of the efficiency maps of the components to the number of impressed variables. According to the invention for each operating mode of the drive train belonging to a maximum efficiency freely selectable variable is written in a separate map with the dimensions of the impressed sizes of all components.
  • FIG. 1 shows a hydraulic hybrid drive train 1.
  • a first drive device 4 is connected in series with a second drive device 5.
  • the first drive device 4 comprises an internal combustion engine 8, which is also referred to as an internal combustion engine.
  • the second drive device 5 comprises two hydraulic displacement machines 11, 12, which as axial piston machines with a
  • Displacement machine 1 1 is a hydraulic pump with adjustable Displacement volume per revolution (creeping capacity), while the
  • Displacement machine 12 is an adjustable hydraulic pump motor.
  • the input sides of the displacement machines 11, 12 are connected to a
  • Hydraulic medium reservoir connected.
  • the reservoir may also be a low pressure accumulator biased system.
  • the output sides of the displacement machines 11, 12 are connected via a connecting line 15 directly to each other hydraulically.
  • a branch 18 is provided, on which a connecting line 19 of the
  • the accumulator 20 Connecting line 15 branches off to a pressure accumulator 20.
  • the displacement machine 1 1 is a clutch and / or
  • the displacement machine 11 may also consist of a cascade of multiple displacement machines.
  • Displacement machine 12 is drivingly connected via a clutch and / or transmission device 22 via a mechanical differential 24 with a vehicle axle 26 connectable.
  • the displacement machine 12 may also consist of a cascade of multiple displacement machines. At the ends of the vehicle axle 26, two driven vehicle wheels 27, 28 are indicated.
  • Torque depends on the pressure difference at the positive displacement machines
  • Hydraulic hybrid powertrains of motor vehicles are subject to very dynamic and frequently changing torque requirements, especially in urban operation.
  • Components must be dimensioned so large that high tensile force requirements can be displayed even at low pressure.
  • Decoupling valve device 30 is provided in the connection line 19. By means of the decoupling valve device 30, the pressure accumulator 20 can be decoupled from the rest of the system. This makes it possible for the primary-side
  • Verdrängermaschine 1 1 directly to the secondary-side displacement machine 12 to connect hydraulically. This has the consequence that within a very short time in the connecting line 15, a system pressure can be built, which is above the accumulator pressure.
  • the decoupling valve device 30 shown in Figure 1 is designed as a 2/2-way valve 34 with a closed position and an open position. By a spring, the 2/2 way valve 34 is biased in its illustrated closed position. By electromagnetic actuation, the valve 34 can be switched to its open position. In the closed position, the connection between the branch 18 and the accumulator 20 is interrupted. In the open position of the valve 34, the connecting line 15 via the
  • Branch 18 connected to the pressure accumulator 20.
  • the decoupling valve device 30 shown in FIG. 1 can also be designed as a 2/2-way proportional valve.
  • a proportional valve is also referred to as a continuous valve and allows a continuous adjustment between the open position and the closed position.
  • the continuous valve makes it possible to grind the decoupling and connection of the pressure accumulator 20.
  • This drive train has several operating modes, the most important of which are explained below:
  • the drive torque generated by the secondary displacement machine 12 is transmitted via the clutch 22 to the differential 24 and to the wheels 27, 28 vehicle. Because the absorption capacity of the first and / or the second displacement machine 1 1, 12 is adjustable, a continuously variable transmission is realized in this operating mode. The following lists the active components in this operating mode and classifies their system sizes:
  • the storage decoupling valve 34 is opened.
  • the power generated by the internal combustion engine 8 which is not needed to generate the drive torque, is stored as pressure energy in the pressure accumulator 20.
  • a third operating mode the so-called storage driving, the internal combustion engine 8 and the first displacement machine 11 are switched off.
  • the power required to generate the drive torque is the
  • the secondary displacement machine 12 operates as a hydraulic motor, the pressure energy of the hydraulic fluid from the
  • Pressure accumulator 20 converts into the drive torque. IV. Recuperation
  • a fourth mode of operation is called regenerative braking or recuperation.
  • the secondary displacement machine 12 operates as a hydraulic pump. It uses the secondary
  • Displacement machine 12 the braking torque to load the accumulator 20.
  • the internal combustion engine 8 can be switched on. It is clear from the above that the selection of an energetically optimal mode of operation is non-trivial.
  • the inventive method allows an "automatic" selection of the operating mode and the control of the selectable sizes of the active components in order to operate the drive train with the best possible energy efficiency for a given load request.
  • the degree of operation ⁇ is from an operating point and from a state of
  • the degree of rotation n Pu mpe a hydraulic pump or a hydraulic motor is essentially a function of the pressure p, the rotational speed n, the displacement V and the temperature T, the density p and the viscosity v of the hydraulic fluid.
  • Equation 4 ⁇ pump f (p, n, f) (equation 4)
  • Torque gradient Simplified, the degree of skill can also be described as dt
  • Hybrid drive system to determine an efficiency ⁇ The influencing variables are advantageously represented as vectors.
  • the overall efficiency r S s of the hybrid drive system results from the product of the efficiencies ⁇ of each component participating in the energy conversion (see Eq.
  • the operating points of the individual components are not completely freely selectable, but rather are composed of freely selectable sizes, impressed variables and dependent variables.
  • This power must be provided by the powertrain, wherein according to the invention the operating mode is selected in which the drivetrain has the best overall degree of efficiency.
  • a system comprising an internal combustion engine 8 and a primary displacement machine 11 is to serve.
  • the displacement machine 11 is flanged directly to a crankshaft of the internal combustion engine 8 and charges the accumulator 20.
  • the losses in valves and lines are neglected and an efficiency of the pressure accumulator 20 is assumed to be 1. That is, a storage and removal of energy from the accumulator 20 takes place without loss.
  • the efficiency ⁇ ⁇ of the internal combustion engine 8 is given as follows: f ⁇ M, n)
  • the speed n of the displacement machine 11 is equal to the speed of the
  • the pressure p of the displacement machine 11 is equal to the pressure in the pressure accumulator 20.
  • the displacement V of the first displacement engine 11 is adjusted so that the torque M of the internal combustion engine 8 is received.
  • the pressure p of the second displacement machine 12 is also equal to the pressure in the pressure accumulator 20.
  • the displacement V of the second displacement machine 12 is equal to the displacement of the first displacement machine 1 1 and the volume flow in or out of the pressure accumulator 20th
  • S ys are for example a
  • Torque request and the speed n of the internal combustion engine 8 the system imprinted variables. Likewise, the pressure p is imposed on the system.
  • the swallow volume V is a dependent variable.
  • the CVT operation In the first operating mode, the CVT operation, four influencing factors determine the efficiency ⁇ , with two influencing variables being freely selectable and two
  • Influencing variables are impressed on the hybrid drive system 1.
  • the storage charging mode determine five
  • Influencing factors the degree of efficiency ⁇ . Of the five influencing variables, two are freely selectable and three are imprinted. For the third and fourth operating mode, ie storage travel and recuperation, the efficiency ⁇ is determined by three influencing variables. Where all three influencing variables are impressed on the hybrid drive system 1. For each of the four operating modes, a maximum value of the
  • Wrkungs grades ⁇ the optimal operating point, characterized by the freely selectable sizes determined.
  • the method according to the invention is based on these degree of efficiency maps and enables the calculation and selection of the energy-optimal
  • EEES G stands for the energy that is generated by the primary displacement machine 12 and stored in the pressure accumulator 20.
  • E E ES_R symbolizes the energy generated by recuperation of braking energy and stored in the pressure accumulator 20.
  • E F T_G stands for the chemical energy consumed by the internal combustion engine 4 in the form of fuel during the generation of E E ES_G.
  • E FT J VT stands for the energy that would have been consumed if the
  • CVT driving in which the pressure accumulator is decoupled from the hybrid drive system 1, the following applies:
  • E A is brete the energy generated at the clutch 22 from the hybrid drive system 1.
  • E FT J VT is the chemical energy including an amount of fuel for the generation of the brete E A is consumed by the internal combustion engine. 8
  • the useful energy in the meter is made up of the output energy E A btrieb acting on the clutch and the energy E EES _ G stored in the pressure accumulator 20.
  • the energy E FT _ G stands for the
  • the useful energy at the output, EAbrete is set in relation to the energy EESS SF.
  • the energy EESS SF is the energy taken from the accumulator 20. Equation 10 also takes into account by the term HEES that work or energy is required to fill the accumulator 20.
  • the charging efficiency HEES is calculated according to Eq. 7 calculated.
  • recuperation or regenerative braking no efficiency needs to be calculated, since the recuperated energy is usually lost as thermal energy during braking.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines vorzugsweise seriellen hydraulischen Hybridantriebssystems (1), umfassend eine Brennkraftmaschine (8), eine erste Verdrängermaschine (11), eine zweite Verdrängermaschine (12), einen Druckspeicher (20) und eine Entkopplungsventileinrichtung (30). Zur Optimierung wird vorgeschlagen, dass für verschieden Betriebsmodi je ein Gesamtwirkungsgrad aus Kennfeldern ausgelesen wird. Diese Gesamtwirkungsgrade werden miteinander verglichen. Anschliessend wird der Betriebsmodus mit dem besten Gesamtwirkungsgrad ausgewählt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betrieb eines seriellen hydraulischen Hybridantriebssystems Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines vorzugsweise seriellen hydraulischen Hybridantriebssystems. Die Firma Parker hat ein serielles hydraulisches Hybridantriebsystem entwickelt, das unter der Bezeichnung„RunWise" angeboten wird. Es wurde für schwere Nutzfahrzeuge entwickelt und wird ergänzend zu einem mechanischen Antrieb nachträglich eingebaut. Dabei wird der mechanische Antriebstrang aufgetrennt und das„RunWise' -System eingefügt.
Alle Hybridantriebssysteme bestehen aus in Reihe oder parallel geschalteten Energie-, Drehzahl- und Drehmomentwandlern. Jeder dieser Wandler, die nachfolgend auch als Komponenten bezeichnet werden, hat einen
betriebspunktabhängigen Wirkungsgrad, der in aller Regel von verschiedenen äußeren und inneren Einflüssen abhängt.
Der Wrkungsgrad ist dabei als das Verhältnis von Nutzenergie zu
Energieaufwand definiert:
W
η =— ί^— (Gl. 1 )
W Aufwand
Einen wesentlichen Einfluss auf den Wrkungsgrad einer Komponente hat der Betriebspunkt in dem die Komponente betrieben wird. Für jede Komponente kann man das Wirkungsgradverhalten in Form von Kennlinien und/oder Kennfeldern hinterlegen.
Ein serieller hydraulischer Antriebsstrang kann beispielsweise folgende
Komponenten umfassen: Brennkraftmaschine, hydraulische Pumpe,
hydraulischer Motor und Druckspeicher. Die Komponenten des Antriebsstrangs können in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden. So kann der hydraulische Motor auch als Pumpe betrieben werden. Dabei wandelt der hydraulischer Motor kinetische Energie des Fahrzeugs in hydraulische Energie um und koppelt diese in den Druckspeicher ein. Außerdem kann der
Druckspeicher geladen oder entladen werden.
In aller Regel hat der Antriebsstrang in verschiedenen Betriebsmodi einen unterschiedlichen Gesamtwirkungsgrad, auch wenn er die gleiche Nutzleistung an dem oder den angetriebenen Rädern des Fahrzeugs bereitstellt.
Offenbarung der Erfindung Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird durch ein Verfahren nach
Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung ermöglicht einen energieeffizienten Betrieb von Hybridfahrzeugen, insbesonders von seriellen hydraulischen Hybridfahrzeugen.
Durch die Kenntnis der Wirkungsgrad-Kennfelder zumindest der wichtigsten Komponenten des Hybrid-Antriebssystems und damit auch der Verluste, die bei der Energieumwandlung in den beteiligten Komponenten auftreten, können Wrkungsgrad-Kennfelder des gesamten Hybrid-Antriebssystems generiert werden. Mit Hilfe dieser erfindungsgemäßen Wirkungsgrad-Kennfelder kann das
Gesamtsystem für jede Lastanforderung mit optimaler Energieeffizienz betrieben werden. Diese Kennfelder werden in einem Steuergerät hinterlegt, das abhängig von der Lastanforderung den energieeffizientesten Betriebsmodus aktiviert und bei Bedarf einzelne Komponenten des Antriebsstrangs ansteuert. Dieser Vorgang wird im Zusammenhang mit der Erfindung auch als Vorsteuerung bezeichnet.
Für das Gesamtsystem ergibt sich der Gesamtwirkungsgrad als Produkt der Wirkungsgrade aller am Gesamtsystem beteiligten Komponenten: k
n=\
Bei den meisten Komponenten ist der Wirkungsgrad vom Betriebspunkt der Komponente abhängig. So ist beispielsweise der Wrkungsgrad einer hydraulischen Pumpe oder eines hydraulischen Motors im Wesentlichen eine Funktion der Systemgrößen wie Druck, Drehzahl oder Schluckvolumen und der Stoffgrößen wie Dichte und Viskosität des Hydraulikfluids. Bei Pumpen oder Motoren mit verstellbarer Fördermenge, ist die Fördermenge eine wählbare (System-)Größe.
Die Stoffgrößen sind in der Regel eine Funktion der Systemtemperatur und/oder verändern sich aufgrund von Alterungsprozessen.
Einige der System- und/oder Stoffgrößen, haben einen größeren Einfluss auf das Wrkungsgradverhalten der Komponente als andere. Je mehr System- und /oder
Stoffgrößen in die Kennfelder aufgenommen werden, desto präziser bilden die Kennfelder das tatsächliche Betriebsverhalten einer Komponente ab. Allerdings steigt dadurch auch die Komplexität der Kennfelder stark an. Deshalb werden für die Berechnung oder empirische Ermittlung der Kennfelder bevorzugt diejenigen Systemgrößen und/oder Stoffgrößen verwendet, die einen großen Einfluss auf das Wirkungsgradverhalten haben und die zudem gut messbar sind. Durch die Reduktion der Systemgrößen und/oder Stoffgrößen auf quantifizierbare und einflussreiche Größen werden der Aufwand für die Erstellung der Kennfelder und deren Komplexität reduziert. Die Zahl der System- und Stoffgrößen bestimmt die Dimensionalität des Kennfelds einer Komponente. Als Dimensionalität eines Kennfelds wird im Zusammenhang mit der Erfindung die Zahl der Dimensionen eines Kennfelds bezeichnet.
Der Wirkungsgrad einer Komponente lässt sich folglich als Vektor in einem mehrdimensionalen Raum darstellen. Dabei wird dieser mehrdimensionale Raum durch die System- und Stoffgrößen aufgespannt. Sind auf diese Weise alle Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten bestimmt, ist gemäß der oben angegebenen Gl. 2 der Wirkungsgrad des Gesamtsystems das Produkt der Wirkungsgrade der zu dem Gesamtsystem gehörenden aktiven Komponenten. Aus der Gl. 2 wird deutlich, dass sich für komplexe Systeme, wie ein
Hybridantriebsystem, vieldimensionale Wrkungsgrad-Kennfelder ergeben.
Außerdem kann ein Hybridantriebsystem in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, deren Wrkungsgrade sich unterscheiden, da nicht in allen Betriebsmodi alle Komponenten aktiv sind und daher die Zahl der aktiven Komponenten variieren kann.
So kann beispielsweise bei der Rekuperation der hydraulische Motor
abgeschaltet werden, da keine Antriebsleistung benötigt wird. In einem anderen Betriebsmodus kann der Speicher vom Antriebsstrang abgekoppelt werden, wenn die gesamte Antriebsleistung der hydraulischen Pumpe direkt in den hydraulischen Motor gelangen soll.
Für jeden Betriebsmodus wird somit ein vieldimensionales Wirkungsgrad- Kennfeld des Gesamtsystems benötigt.
Um die Komplexität und die Dimensionalität der Wrkungsgrad-Kennfelder der Komponenten zu reduzieren, werden erfindungsgemäß die (System-)Größen der Komponenten des Antriebsstrangs in drei Klassen eingeteilt:
Die den Wrkungsgrad beeinflussenden Größen sind von außen aufgeprägt (sog. aufgeprägte Größen). Beispiele hierfür sind die Drehzahl eines Hydromotors, weil der Hydromotor starr mit den angetriebenen Rad verbunden ist, oder der Drehmomentwunsch eines Fahrers.
2. Die den Wirkungsgrad beeinflussenden Größen sind innerhalb bestimmter Grenzen frei wählbar (sog. wählbare Größe).
Ein Beispiel hierfür ist die Wahl eines Gangs bei einem Schaltgetriebe in einem Antriebsstrang oder das Übersetzungsverhältnis bei einem CVT-Getriebe (CVT = Continuously Variable Transmission).
3. Die den Wrkungsgrad beeinflussenden Größen ergeben sich aus den physikalischen Zusammenhängen im Inneren der Komponente.
Ein Beispiel hierfür sind die Reibungsverluste in einer Brennkraftmaschine, die stark von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt. Diese Größen sind folglich abhängige Größen. Die abhängigen Größen bilden die physikalischen Zusammenhänge einer Komponente ab.
Dabei hängt es vom jeweiligen Betriebsmodus ab, welche Systemgröße und Stoffgröße abhängig, aufgeprägt oder frei wählbar ist.
So ist beispielsweise bei einem Fahrzeug mit einem stufenlosen CVT-Getriebe der Betriebspunkt/die Drehzahl der Brennkraftmaschine entlang der
Leistungskurve für die geforderte Leistung am Rad weitgehend frei wählbar, während bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe die Gangstufe in Grenzen frei wählbar ist. Damit sind das maximal zur Verfügung stehende Drehmoment und die Drehzahl der Brennkraftmaschine festgelegt.
Um die Dimensionalität der Wirkungsgrad-Kennfelder zu reduzieren, wird nun erfindungsgemäß für jeden Betriebsmodus separat eine Bestimmung der Maxim umwerte des Wirkungsgrades in Abhängigkeit der frei wählbaren Größen durchgeführt. Dadurch reduziert sich die Dimensionalität der Wirkungsgrad- Kennfelder der Komponenten auf die Anzahl der aufgeprägten Größen. Erfindungsgemäß wird für jeden Betriebsmodus des Antriebsstrangs die zu einem maximalen Wirkungsgrad gehörende frei wählbare Größe in ein eigenes Kennfeld mit den Dimensionen der aufgeprägten Größen aller Komponenten geschrieben.
Aus diesem Kennfeld des Antriebsstrangs kann somit der Wert einer frei wählbaren Größe ausgelesen werden bei dem der Antriebsstrang den bestmöglichen Wirkungsgrad aufweist.
Die so erhaltenen Kennfelder dienen zur Vorbestimmung der frei wählbaren Größen in Abhängigkeit der aufgeprägten Größen. Aller anderen Größen ergeben sich im System von selbst, da sie abhängige Größen sind.
Es ist auch denkbar, in der Praxis, die vieldimensionalen Kennfelder durch mehrere Kennfelder mit weniger Dimensionen und durch Kennlinien oder Näherungsgleichungen zu ersetzen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Es zeigt:
Figur 1 Das Umfeld der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang 1 dargestellt. In dem Hydraulikhybridantriebsstrang 1 ist eine erste Antriebseinrichtung 4 mit einer zweiten Antriebseinrichtung 5 in Reihe geschaltet. Die erste Antriebseinrichtung 4 umfasst eine Brennkraftmaschine 8, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Die zweite Antriebseinrichtung 5 umfasst zwei hydraulische Verdrängermaschinen 11 , 12, die als Axialkolbenmaschinen mit einer
Eingangsseite und einer Ausgangsseite ausgeführt sind. Die
Verdrängermaschine 1 1 ist eine Hydropumpe mit verstellbaren Verdrängungsvolumen je Umdrehung (Schleichvermögen), während die
Verdrängermaschine 12 ein verstellbarer hydraulischer Pumpenmotor ist.
Die Eingangsseiten der Verdrängermaschinen 11 , 12 sind an ein
Hydraulikmediumreservoir angeschlossen. Das Reservoir kann auch ein vorgespanntes System mit Niederdruckspeicher sein. Die Ausgangsseiten der Verdrängermaschinen 11 , 12 sind über eine Verbindungsleitung 15 direkt hydraulisch miteinander verbunden. In der Verbindungsleitung 15 ist eine Verzweigung 18 vorgesehen, an der eine Anschlussleitung 19 von der
Verbindungsleitung 15 zu einem Druckspeicher 20 abzweigt. Der Druckspeicher
20 ist als hydropneumatischer Druckspeicher ausgeführt.
Die Verdrängermaschine 1 1 ist über eine Kupplungs- und/oder
Getriebeeinrichtung 21 antriebsmäßig mit der Brennkraftmaschine 8 verbindbar. Daher wird die Verdrängermaschine 11 auch als primärseitige
Verdrängermaschine bezeichnet. Die Verdrängermaschine 11 kann auch aus einer Kaskade mehrerer Verdrängermaschinen bestehen. Die
Verdrängermaschine 12 ist über eine Kupplungs- und/oder Getriebeeinrichtung 22 antriebsmäßig über ein mechanisches Differential 24 mit einer Fahrzeugachse 26 verbindbar. Die Verdrängermaschine 12 kann auch aus einer Kaskade mehrerer Verdrängermaschinen bestehen. An den Enden der Fahrzeugachse 26 sind zwei angetriebene Fahrzeugräder 27, 28 angedeutet.
Das von den hydraulischen Verdrängermaschinen 1 1 , 12 darstellbare
Drehmoment hängt ab von der Druckdifferenz, die an den Verdrängermaschinen
1 1 , 12 anliegt. Die Druckdifferenz wiederum hängt vom Ladezustand des Druckspeichers 20 ab. Hydraulikhybridantriebsstränge von Kraftfahrzeugen unterliegen vor allem im Urbanen Betrieb sehr dynamischen und häufig wechselnden Momentenanforderungen.
Die Fahrbarkeit und Performance eines Hydraulikhybridfahrzeugs wird sehr stark von der Fähigkeit des Antriebsstrangs geprägt, Lastsprüngen zufolgen. Aber auch andere Anforderungen, wie zum Beispiel Randsteinklettern, Anfahren am Berg und/oder mit Anhänger, müssen von einem Hydraulikhybridantriebsstrang 1 abgedeckt werden. Für die Auslegung eines Hydraulikhybridantriebsstrangs 1 mit Druckspeicher 20, wie er in hydraulischen Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommt, ergibt sich die Problematik, dass hohe Zugkraftanforderungen, also hohe Drehmomente auf der Sekundärseite oder Radseite, ohne großen Zeitverzug darstellbar sein müssen. Das führt entweder dazu, dass in einem unteren Geschwindigkeitsbereich die Ladestrategie des Druckspeichers 20 über die Fahrzeugsteuerung auf einem relativ hohen Druck gehalten werden muss, oder die sekundärseitigen
Komponenten so groß dimensioniert werden müssen, dass auch bei geringem Druck hohe Zugkraftanforderungen dargestellt werden können.
In beiden Fällen gibt es negative Auswirkungen auf den
Antriebsstrangwirkungsgrad. Bei hohem Drucksollwert wird der nutzbare
Energieinhalt des Druckspeichers 20 extrem beschnitten, wodurch das
Rekuperationsvermögen stark eingeschränkt wird. Außerdem sorgt das
Vorhalten des hohen Drucks bei niedrigen Lastanforderungen für eine
Betriebspunktverschiebung der Verdrängermaschine in Richtung niedriger Teillast, mit niedrigem Wirkungsgrad.
Bei einer Überdimensionierung der Verdrängermaschine, um bei niedrigem Druck die hohen Momente abbilden zu können, ergibt sich eine ähnliche
Betriebspunktverschiebung hin zu schlechten Wirkungsgraden bei allen Drücken oberhalb Auslegungsdrucks. Erschwerend kommt hinzu, dass eine größere Komponente mehr Bauraum benötigt, also schwerer integrierbar ist, und auch eine höhere Masse aufweist, die sich ebenfalls nachteilig auf die
Gesamtenergiebilanz auswirkt.
Deshalb ist in dem Hydraulikhybridantriebsstrang 1
Entkopplungsventileinrichtung 30 in der Anschlussleitung 19 vorgesehen. Mithilfe der Entkopplungsventileinrichtung 30 kann der Druckspeicher 20 vom restlichen System abgekoppelt werden. Dadurch ist es möglich, die primärseitige
Verdrängermaschine 1 1 direkt mit der sekundärseitigen Verdrängermaschine 12 hydraulisch zu verbinden. Das hat zur Folge, dass innerhalb kürzester Zeit in der Verbindungsleitung 15 ein Systemdruck aufgebaut werden kann, der oberhalb des Speicherdrucks liegt. Die in Figur 1 dargestellte Entkopplungsventileinrichtung 30 ist als 2/2- Wegeventil 34 mit einer Schließstellung und einer Öffnungsstellung ausgeführt. Durch eine Feder ist das 2/2 -Wegeventil 34 in seine dargestellte Schließstellung vorgespannt. Durch elektromagnetische Betätigung kann das Ventil 34 in seine Öffnungsstellung umgeschaltet werden. In der Schließstellung ist die Verbindung zwischen der Verzweigung 18 und dem Druckspeicher 20 unterbrochen. In der Öffnungsstellung des Ventils 34 ist die Verbindungsleitung 15 über die
Verzweigung 18 mit dem Druckspeicher 20 verbunden.
Die in Figur 1 dargestellte Entkopplungsventileinrichtung 30 kann auch als 2/2- Wege-Proportionalventil ausgeführt werden. Ein derartiges Proportionalventil wird auch als Stetigventil bezeichnet und ermöglicht eine stetige Verstellung zwischen der Öffnungsstellung und der Schließstellung. Das Stetigventil ermöglicht es, die Abkopplung und Zuschaltung des Druckspeichers 20 zu verschleifen.
Bei diesem Antriebstrang gibt es mehrere Betriebsmodi, von denen die wichtigsten nachfolgend erläutert werden:
I. CVT-Betrieb
In einem ersten Betriebsmodus, dem sogenannten CVT-Betrieb ist das
Speicherentkopplungsventil 34 geschlossen. Der Druckspeicher 20 ist folglich vom Hybridantriebsystem 10 abgekoppelt und wird in folgedessen weder geladen noch entladen. In diesem ersten Betriebsmodus treibt die Brennkraftmaschine 8über die Kupplung 21 die primäre Verdrängermaschine 1 1 an, die Hydraulikfluid aus einem Reservoir ansaugt und dessen Druck erhöht. Die Druckenergie des Hydraulikfluids treibt direkt die sekundäre Verdrängermaschine 12 an. Die sekundäre Verdrängermaschine 12 arbeitet jetzt als Hydraulikmotor.
Das von der sekundären Verdrängermaschine 12 erzeugte Antriebsmoment wird über die Kupplung 22 auf das Differential 24 und auf die Räder 27, 28 Fahrzeugs übertragen. Weil das Schluckvermögen der ersten und/oder der zweiten Verdrängermaschine 1 1 , 12 verstellbar ist, wird in diesem Betriebsmodus ein stufenloses Getriebe realisiert. Nachfolgend sind die in diesem Betriebsmodus aktiven Komponenten aufgelistet und deren Systemgrößen klassifiziert:
II. Speicherladebetrieb und Speicherentladebetrieb In einem zweiten Betriebsmodus, dem sogenannten Speicherladebetrieb, ist im
Gegensatz zum ersten Betriebsmodus das Speicherentkopplungsventil 34 geöffnet. Somit wird die von der Brennkraftmaschine 8 erzeugte Leistung, die nicht zur Erzeugung des Antriebsmoments benötigt wird, als Druckenergie im Druckspeicher 20 eingespeichert wird.
Wenn das geforderte Antriebsmoment größer ist als die von der
Brennkraftmaschine 8 zu Verfügung gestellte Leistung, wird Druckenergie aus dem Druckspeicher 20 entnommen, so dass die sekundäre Verdrängermaschine 12 das geforderte Antriebsmoment bereitstellen kann.
III. Speicherfahren
Bei einem dritten Betriebsmodus, dem sogenannten Speicherfahren, sind die Brennkraftmaschine 8 und die erste Verdrängermaschine 11 abgeschaltet. Die zur Erzeugung des Antriebsmomentes benötigte Leistung wird dem
Druckspeicher 20 entnommen. Die sekundäre Verdrängermaschine 12 arbeitet als Hydraulikmotor, der die Druckenergie des Hydraulikfluids aus dem
Druckspeicher 20 in das Antriebsmoment wandelt. IV. Rekuperation
Ein vierter Betriebsmodus schließlich wird als regeneratives Bremsen oder Rekuperation bezeichnet. In diesem Betriebsmodus arbeitet die sekundäre Verdrängermaschine 12 als Hydraulikpumpe. Dabei nutzt die sekundäre
Verdrängermaschine 12 das Bremsmoment, um den Druckspeicher 20 zu laden.
Die Brennkraftmaschine 8 kann eingeschaltet sein. Aus dem Gesagten wird deutlich, dass die Auswahl eines energetisch optimalen Betriebsmodus nicht-trivial ist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine „automatische" Auswahl des Betriebsmodus und die Ansteuerung der wählbaren Größen der aktiven Komponenten, um bei vorgegebener Lastanforderung den Antriebsstrang mit bestmöglicher Energieeffizienz betreiben zu können.
Wie bereits erwähnt, ist bei den meisten Komponenten eines Systems ist der Wrkungsgrad η von einem Betriebspunkt und von einem Zustand der
Komponente abhängig. So ist beispielsweise der Wrkungsgrad nPumpe einer Hydraulikpumpe oder eines Hydromotors im wesentlichen eine Funktion des Druckes p, der Drehzahl n, dem Schluckvolumen V und der Temperatur T, der Dichte p und der Viskosität v des Hydraulikfluids.
Es gilt:
Einige der voranstehenden Einflussgrößen haben einen größeren Einfluss auf den Wirkungsgrad η als andere Einflussgrößen. Erfindungsgemäß werden für die Berechnung des Wrkungsgrades η in verschiedenen Betriebspunkten diejenigen Einflussgrößen verwendet, die einen großen Einfluss auf den Wrkungsgrad η haben und gut messbar sind. Damit reduziert sich Gleichung 3 wie folgt: η Pumpe f(p,n,f) (Gl. 4)
Für einen Wrkungsgrad ηΒ der Brennkraftmaschine 8 sind wesentliche
Einflussgrößen ein Drehmoment M, die Drehzahl n, die Temperatur T und ein dM
Drehmomentgradient . Vereinfacht lässt sich der Wrkungsgrad auch als dt
Funktion von Drehzahl und Drehmoment darstellen: f(M,n) (Gl. 5)
In dieser oder ähnlicher Weise lässt sich für jede Komponente des
Hybridantriebssystems ein Wirkungsgrad η ermitteln. Die Einflussgrößen werden Vorteilhafterweise als Vektoren dargestellt. Der Gesamtwirkungsgrad r\S s des Hybridantriebssystems ergibt sich aus dem Produkt der Wirkungsgrade η jeder Komponente die an der Energiewandlung teilnehmen (siehe Gl. 2)
Setzt man die Wirkungsgrade nach Gl. 3, 4 oder 5 für alle Komponenten in Gleichung 2 ein, ergibt sich für jeden Betriebsmodus des Hybridantriebssystems ein vieldimensionales Wirkungsgradkennfeld.
Die Betriebspunkte der einzelnen Komponenten sind dabei nicht vollständig frei wählbar, sondern setzen sich vielmehr aus frei wählbaren Größen, aufgeprägten Größen und abhängigen Größen zusammen.
Es gilt:
Rad M · η · 2π = const. (Gl. 6)
Diese Leistung muss der Antriebsstrang bereitstellen, wobei erfindungsgemäß der Betriebsmodus ausgewählt wird bei dem der Antriebsstrang den besten Gesamt-Wrkungsgrad hat.
Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll ein System umfassend eine Brennkraftmaschine 8 und eine primäre Verdrängermaschine 11 dienen. Die Verdrängermaschine 11 ist direkt an eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 8 angeflanscht und lädt den Druckspeicher 20. Zur Vereinfachung werden die Verluste in Ventilen und Leitungen vernachlässigt und ein Wirkungsgrad des Druckspeichers 20 wird mit 1 angenommen. Das heißt eine Einspeicherung und eine Entnahme von Energie aus dem Druckspeicher 20 erfolgen verlustfrei.
Es ergibt sich der Wirkungsgrad ηΒ der Brennkraftmaschine 8 zu: f{M,n)
Der Wrkungsgrad nPumpe der Verdrängermaschine 1 1 zu: Die Drehzahl n der Verdrängermaschine 11 ist gleich der Drehzahl der
Brennkraftmaschine 8, da die Verdrängermaschine 11 direkt an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 8 angeflanscht wird.
Der Druck p der Verdrängermaschine 11 ist gleich dem Druck im Druckspeicher 20. Das Schluckvolumen V der ersten Verdrängermaschine 11 ist so eingestellt, dass das Drehmoment M der Brennkraftmaschine 8 aufgenommen wird.
Der Druck p der zweiten Verdrängermaschine 12 ist ebenfalls gleich dem Druck im Druckspeicher 20. Das Schluckvolumen V der zweiten Verdrängermaschine 12 ist gleich dem Schluckvolumen der ersten Verdrängermaschine 1 1 sowie des Volumenstroms in oder aus dem Druckspeicher 20.
Nach Gl. 2 ergibt sich daraus folgendes Gesamtwirkungsgrad-Kennfeld nSys für den Antriebsstrang:
Bei diesem Wirkungsgradkennfeld n,Sys sind beispielsweise ein
Drehmomentwunsch und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 8 dem System aufgeprägte Größen. Ebenso ist der Druck p dem System aufgeprägt. Das Schluckvolumen V ist eine abhängige Größe.
Die erfindungsgemäße Anwendung auf den seriellen hydraulischen Hybridantrieb führt für die verschiedenen Betriebsmodi zu folgendem Ergebnis:
Im ersten Betriebsmodus, dem CVT-Betrieb bestimmen vier Einflussgrößen den Wirkungsgrad η, wobei zwei Einflussgrößen frei wählbar sind und zwei
Einflussgrößen dem Hybridantriebsystem 1 aufgeprägt werden.
Im zweiten Betriebsmodus, dem Speicherladebetrieb, bestimmen fünf
Einflussgrößen den Wrkungsgrad η. Von den fünf Einflussgrößen sind zwei frei wählbar und drei sind aufgeprägt. Für den dritten und vierten Betriebsmodus, also das Speicherfahren und die Rekuperation wird der Wirkungsgrad η von drei Einflussgrößen bestimmt. Wobei alle drei Einflussgrößen dem Hybridantriebsystem 1 aufgeprägt sind. Für jeden der vier Betriebsmodi wird über einen Maximalwert des
Wrkungsgrades η der optimale Betriebspunkt, charakterisiert durch die frei wählbaren Größen, bestimmt.
Dadurch reduziert sich die Dimension des Gesamtwirkungsgrad-Kennfelds auf die Anzahl der aufgeprägten Größen. Das heißt, es wird für jeden Betriebsmodus jede frei wählbare Größe sowie der dazugehörige Wrkungsgrad η in ein eigenes Kennfeld mit der Dimension der aufgeprägten Größe geschrieben. Auf diese Weise entstehen Kennfelder, aus denen die frei wählbaren Größen entnommen werden, die für den entsprechenden Betriebsmodus einen Betriebspunkt mit maximalem Wirkungsgrad η des Hybridantriebssystems 1 erzeugen.
Diese Wirkungsgrad-Kennfelder werden in einem Steuergerät des
Antriebsstrangs hinterlegt und werden dort zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf diesen Wrkungsgrad-Kennfeldern und ermöglicht die Berechnung und Auswahl des energieoptimalen
Betriebsmodus. Dazu wird zunächst für jeden der vier obengenannten
Betriebsmodi der Wirkungsgrad η bei der am Rad geforderten Leistung (Gl. 6) berechnet.
Zunächst wird ein Ladewirkungsgrad HEES berechnet:
F EES G + F EES R _.
IIEES = - _ — (Gl- 7)
FT _G FT IVT
Darin steht EEES G für die Energie, die durch die primäre Verdrängermaschine 12 erzeugt und im Druckspeicher 20 gespeichert wird. EEES_R symbolisiert die durch Rekuperation von Bremsenergie erzeugte und im Druckspeicher 20 abgelegte Energie. EFT_G steht für die von der Brennkraftmaschine 4 in Form von Kraftstoff während der Erzeugung von EEES_G, verbrauchten chemischen Energie. EFTJVT steht für die Energie, die verbraucht worden wäre, wenn die
Brennkraftmaschine 4 mit geschlossenem Speicherentkopplungsventil 34 betrieben worden wäre (CVT-Modus). Voranstehende Gleichung spiegelt also das Verhältnis von im Druckspeicher 20 eingespeicherter Energie (Zähler von Gl. 7) zu dem Mehrverbrauch an Energie durch Generation (Nenner von Gl. 7) wieder. Dabei wird angenommen, dass die durch Rekuperation im Speicher abgespeichert Energie EESS_R keinen Mehraufwand in der Erzeugung verursacht.
Die Wirkungsgrade η der einzelnen Betriebsmodi sind folgendermaßen definiert:
Für den ersten Betriebsmodus, das CVT-Fahren, bei dem der Druckspeicher vom Hybridantriebsystem 1 abgekoppelt ist gilt:
Dabei ist EAbtrieb die an der Kupplung 22 vom Hybridantriebssystem 1 erzeugte Energie. EFTJVT ist die chemische Energie die eine Kraftstoffmenge beinhaltet die zur Erzeugung von EAbtrieb von der Brennkraftmaschine 8 verbraucht wird.
Für den zweiten Betriebsmodus, den Speicherladebetrieb ergibt sich der
Wrkungsgrad r\G zu:
^EES G -^Abtrieb /r^ .
E (
Die Nutzenergie im Zähler setzt sich aus der, an der Kupplung wirksamen Abtriebsenergie EAbtrieb, und der in den Druckspeicher 20 eingespeicherten Energie EEES_G zusammen. Im Nenner steht die Energie EFT_G die die
Brennkraftmaschine 8 während des Speicherladebetriebs in Form von Kraftstoff verbraucht.
Für den dritten Betriebsmodus, das Speicherfahren, berechnet sich der
Wrkungsgrad HSF wie folgt: EA Abtrieb (Gl
Hierbei wird die Nutzenergie am Abtrieb, EAbtrieb in Verhältnis zur Energie EESS SF gesetzt. Die Energie EESS SF ist die Energie, die dem Druckspeicher 20 entnommen wird. Gleichung 10 berücksichtigt zudem durch den Term HEES, dass Arbeit bzw. Energie erforderlich ist, um den Druckspeicher 20 zu füllen. Der Ladewirkungsgrad HEES wird dabei nach Gl. 7 berechnet.
Für den vierten Betriebsmodus, die Rekuperation oder das regenerative Bremsen, muss kein Wirkungsgrad berechnet werden, da die rekupierte Energie normalerweise als Wärmeenergie beim Bremsen verlorenginge. Die
„Rückgewinnung" der Bremsenergie erfordert folglich keinen energetischen Aufwand und wird deshalb als„kostenlos" betrachtet.
Alle in den Gleichungen 7 bis 10 eingesetzten Energien werden während des Betriebs online mitgerechnet. Der optimale Betriebsmodus für den aktuellen Betriebspunkt ist derjenige mit dem größten Wirkungsgrad. Durch den Vergleich der verschiedenen Gesamtwirkungsgrade gemäß der Gl. 8 bis 10 lässt sich der für den Drehmomentwunsch des Fahrers bzw. die am Rad abzugebende Leistung PRad der Betriebsmodus ermitteln, der den besten Wrkungsgrad aufweist. In diesem Betriebsmodus wird das Hybridantriebssystem 1 betrieben.

Claims

R.337864
2013/092955 PCT/EP2012/076555
- 17 -
Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines vorzugsweise seriellen hydraulischen
Hybridantriebssystems (1), umfassend eine Brennkraftmaschine (8), eine erste Verdrängermaschine (1 1), eine zweite Verdrängermaschine (12), einen Druckspeicher (20) und einer Entkopplungsventileinrichtung (30), dadurch gekennzeichnet, dass für einen vorgegebenen Lastpunkt (PRad) der
Gesamtwirkungsgrad des Hybridantriebssystems (1) für alle möglichen
Betriebsmodi aus entsprechenden Gesamtwirkungsgrad-Kennfeldern ausgelesen wird,
die ausgelesenen Gesamtwirkungsgrade aller möglichen Betriebsmodi miteinander verglichen werden und das Hybridantriebssystem (1) in dem Betriebsmodus betrieben wird, der den besten Gesamtwirkungsgrad hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein erster
Betriebsmodus (CVT-Betriebsmodus) einen Betrieb des
Hybridantriebsystems (1) ohne Druckspeicher (20) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten Betriebsmodus (Speicherlade- und Entladebetrieb) Energie, die an einem Abtrieb (24, 27, 28) des Hybridantriebsystems (1) benötigt wird und nicht von der Brennkraftmaschine (8) erzeugt wird, aus dem Druckspeicher (20) entnommen wird oder dass Energie, die von der Brennkraftmaschine (8) erzeugt wird und nicht an einem Abtrieb (24, 27, 28) des
Hybridantriebssystems (1) benötigt wird, in den Druckspeicher (20)
eingespeichert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem dritten Betriebsmodus (Speicherfahren) Energie, die an einem Abtrieb (24, 27, 28) des Hybridantriebsystems (1) benötigt wird von dem Druckspeicher (20) bereitgestellt wird (und die Brennkraftmaschine (8) keine Energie zur
Verfügung stellt). R.337864
2013/092955 PCT/EP2012/076555
- 18 -
Verfahren nach vorangehendem Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Betriebsmodus (Rekuperation) Energie, die bei einer
Verzögerung eines Abtriebs (24, 27, 28) frei wird, in den Druckspeicher (20) eingespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Wirkungsgrad (HEES) für eine Einspeicherung von Energie in den Druckspeicher (20) nach folgender Gleichung berechnet wird:
_ -^EES G ^EES R
FT G ^FT IVT
Mit:
EEES_G: die Energie, die durch die primäre Verdrängermaschine (11) erzeugt und im Druckspeicher (20) abgelegt wird.
EFT_G: Energie, die von der Brennkraftmaschine (8) in Form von Kraftstoff, während Generation von EEES G, verbraucht wird.
EFTJVT die Energie darstellt, die verbraucht worden wäre, wenn die
Brennkraftmaschine (8) im ersten (CVT)-Betriebsmodus betrieben worden wäre.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im ersten (CVT-)Betriebsmodus der Wirkungsgrad nach folgenden Gleichung berechnet wird:
EAbtrieb: Die an einer Kupplung (22) vom Hybridantriebssystem (10) erzeugte Energie ist.
EFTJVT: Die chemische Energie, die zur Erzeugung von EAbtneb von der
Brennkraftmaschine (8) verbraucht wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wrkungsgrad (r\G) für den zweiten Betriebsmodus nach folgender Gleichung berechnet wird: R.337864
2013/092955 PCT/EP2012/076555
- 19 -
'EES G τ ^Abtrieb
EAbtrieb: Die an der Kupplung (22) wirksame Abtriebsenergie
EEES_G: Die in den Druckspeicher (20) eingespeicherte Energie
EFT_G: Die chemische Energie, die die Brennkraftmaschine (8) im zweiten
Betriebsmodus in Form von Kraftstoff verbraucht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wirkungsgrad (HSF) für den dritten Betriebsmodus, nach folgender Gleichung berechnet wird: Abtrieb
'ESS SF
Mit
EAbtrieb: Die an der Kupplung (22) wirksame Abtriebsenergie
EESS_SF: Energie, die dem Druckspeicher (20) entnommen wird.
ηΕΕ3 : Wrkungsgrad des Speichervorgangs.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Wirkungsgrad (η) des vierten Betriebsmodus gleich 1 gesetzt wird.
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