WO2012019661A1 - Fahrzeug, insbesondere hybridfahrzeug und verfahren zur steuerung einer automatisierten getriebeeinheit eines fahrzeugs - Google Patents

Fahrzeug, insbesondere hybridfahrzeug und verfahren zur steuerung einer automatisierten getriebeeinheit eines fahrzeugs Download PDF

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internal combustion
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Christian Brenneke
Stefan Brinkmann
Konrad Feyerabend
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Jörg Lauerwald Wabco Gmbh
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    • Y10S903/93—Conjoint control of different elements

Definitions

  • Vehicle in particular hybrid vehicle and method for controlling an automated transmission unit of a vehicle
  • the invention relates to a vehicle, in particular a hybrid vehicle, and a method for controlling an automated transmission unit of a vehicle.
  • Compressed air systems in vehicles are used, among other things, for pneumatic brakes as well as level regulation (via air bellows), possibly also for other consumers.
  • the compressed air is conveyed via a compressor, which is arranged in particular in commercial vehicles directly on the motor shaft of the engine and possibly also via a compressor clutch can be decoupled.
  • the compressed air requirement is generally determined by a compressed air control device of the compressed air system, said compressed air control device adjusts in particular the compressed air supply from the compressor furch control of a compressor clutch or an idle circuit of the compressor and also valves of the compressed air system for setting different operating modes of the compressed air system.
  • the compressor By the compressor directly on the motor shaft and not z. B. is arranged on an arranged behind the transmission output shaft, the compressor can thus z. B. also be operated at idle the engine with disengaged transmission.
  • the capacity of the compressor is dependent on the direct coupling but also on the engine speed, which may possibly be too low at idle with increased air demand. It is known from DE 10 2007 032 963 A1, for example, in overrun phases in which the output torque or engine torque output by the engine is less than the drive torque provided by the kinetic energy of the vehicle when the transmission is engaged, this kinetic energy of the vehicle to operate the compressor.
  • the kinetic energy of the vehicle can be used to thereby promote compressed air and to lower accordingly the fuel consumption of the vehicle.
  • a re-delivery of used air may be too slow in critical phases, so a larger amount of air in the air tanks of the compressed air system must be maintained, resulting in correspondingly larger configurations.
  • Hybrid vehicles have a hybrid unit in which one or more electric motors are provided in addition to the internal combustion engine.
  • the drive can be done either via the internal combustion engine or the electric motor or a combination of both, wherein in coasting recuperation with an energy recovery by the electric motor or an additionally provided generator is made possible.
  • To set the Rekuperationsbe- drive and a purely electric drive can z. B. the engine are decoupled so that it does not run under unnecessary load.
  • a arranged on the motor shaft compre ⁇ sor can no longer be driven with.
  • the invention is based on the object to enable effective operation of the air treatment plant, especially in different driving conditions of the vehicle.
  • one or more demand signals are output by the control device of the air treatment plant or the compressed air system, indicating an increased demand for compressed air.
  • demand signals can be continuously output, indicating, if necessary, that there is no need; Furthermore, it is also possible that only when compressed air required a corresponding demand signal is output.
  • the demand signal can, for. B. only display signal or serve for the further training of display signals for the driver so that he receives the request, if necessary, to change the gear selection and z.
  • This training is possible in particular with a manual transmission.
  • a preferred embodiment is possible in an automated transmission or automatic transmission actuator, since the compressed air control device can output the demand signals to the transmission actuator or the control device for the transmission unit from the transmission and optionally the clutch.
  • the transmission plate z. B. set at a higher compressed air demand a possible lower gear or lower ratio, so that the engine control device in turn will increase the engine speed and thus the capacity of the compressor.
  • the gear selection can be set more complex;
  • a gear selection can be requested, which allows a higher Kompressorization oriental with the same or approximately the same energy utilization;
  • the translation can be downshifted, if there are no additional costs.
  • map areas of energy utilization possible in which there are no or no significant differences in energy utilization between different gears and corresponding engine speeds; In these cases, z.
  • this possibility can also be extended to the effect that even with a poorer energy utilization a higher compressor delivery rate is deliberately made possible; thus z. B. the gear or the reduction are controlled down, even if this additional costs occur.
  • the evaluations or evaluations can be made directly in the transmission actuator or the control device of the transmission unit; However, the logic required for this purpose can also be distributed to the control device of the transmission and the control device of the air treatment plant. According to the invention, combined or integrated designs of the compressed-air control device and the control device of the transmission are also possible in particular, if appropriate also incorporating functionalities of the engine control which take account of these more complex evaluations.
  • the input signal can thus be used, in particular, to change the on or off state of the internal combustion engine.
  • the coupling can be requested in the overrun phase when air is to be pumped again.
  • the invention allows several advantages.
  • a fuel saving by conveying compressed air while driving is possible.
  • the engine speed can be changed not only at idle, but by changing the gear selection even while driving.
  • This exploitation of map areas of energy production and engine utilization are possible to promote compressed air with little or no additional consumption.
  • Another benefit is a faster response to air demand while driving. If a higher air requirement occurs during the journey and thus when the internal combustion engine is engaged, the engine speed can also be influenced in a desired manner by changing the transmission setting in order to change, in particular increase, the air delivery rate.
  • a further advantage of using in a hybrid vehicle is the increased production of electrical energy by disengaging the combustion engine in overrun phases when the air treatment requires additional compressed air.
  • FIG. 1 shows a commercial vehicle with its essential components according to a first embodiment with hybrid drive and automatic transmission actuator
  • Fig. 2 shows a commercial vehicle according to a second embodiment
  • Fig. 3 shows a commercial vehicle according to a third embodiment
  • FIG. 1 shows a hybrid commercial vehicle 1 which has a hybrid unit 2 and an output shaft 3 leading to driven wheels 4. Furthermore, a compressed air system 5 is provided, which is provided in particular for supplying pneumatic brakes, preferably also for level control and possibly for other compressed air consumers.
  • the hybrid unit 2 has an internal combustion engine 6, a clutch-gear unit 13 and an electric motor 10, from which the output shaft 3 goes off.
  • the clutch-transmission unit 13 has a clutch 8 and a transmission 12 and is driven by an automatic transmission actuator 11.
  • the hybrid unit 2 here represents a parallel hybrid, since the engine 6 can be decoupled via the clutch-gear unit 13 of the remaining drive train and thus with the clutch 8 open or in neutral position of the transmission 12, only the electric motor 10 to the Output shaft 3 is coupled, so that an electric driving alone on the electric motor 10 is possible and also a recuperation or Nutzggi in a coasting phase is made possible, in which the electric motor 10 acts as a generator and a converter electronics 14, a vehicle battery (accumulator) 15th charging.
  • hub electric motors 10a are shown, which may be provided alternatively or in addition to the electric motor 10. If such hub electric motors 10a are provided, the block 10 may stand for a pure generator to allow the recuperation operation or omitted altogether, if the hub E-Montoren can be used as generators.
  • a compressor 16 On a motor shaft 7 of the internal combustion engine 6, a compressor 16 is either fixed or connected via a compressor clutch 17. In an embodiment without compressor clutch 17, the compressor 16 may run in idle mode if no compressed air demand is required; In the embodiment shown, the compressor 16 can be decoupled via the compressor clutch 17.
  • the compressed air system 5 has, in addition to the compressor 16, a compressed air control device 18 and here not shown components such. As air dryer and corresponding electropneumatic valve assemblies for setting different operating modes of the compressed air system 5 on. Furthermore, the compressed air system 5 may include a humidity sensor 20, the z. B. is provided at the output of an air dryer, and has pressure sensors 21, the z. B. are provided in service brake circuits of the compressed air system 5.
  • compressed air consumers such as the air suspension or brakes can send increased compressed air demand via signals to the controller 18.
  • the control device 18 receives measurement signals S1, S2 from the sensors 20, 21 in order to determine the compressed air requirement and the initiation of the various operating phases of the compressed air system 5 on the basis of these measurement signals S1, S2 and other stored parameters.
  • the compressed air control device 8 is first a switching signal S3 to the compressor clutch 17 or a compressor idle switch and switching signals not shown here to the valve assembly of the compressed air system. 5 ,
  • the compressed air control device 18 outputs a demand signal S4 to the transmission actuator 11 (transmission control).
  • the transmission actuator 11 adjusts the various gears or gear ratios of the transmission 11.
  • the transmission actuator 12 receives bidirectional signals S5 from a motor control device 9 in a manner known per se.
  • the transmission actuator 11 can actuate the clutch 8.
  • the clutch 8 may be integrated in the transmission 12.
  • the compressed air control device 18 outputs demand signals S4 to the transmission actuator 11 in order to indicate a demand or a request for a change in the transmission setting.
  • the demand signals S4 are generally a requirement. You can according to different embodiments of the invention as a request o- which should be designed as a command. Thus, it is possible according to a first embodiment of the invention that the demand signals S4 have the highest priority and immediately lead to a corresponding change in the transmission setting, ie in particular the insertion of another gear.
  • the demand signals S4 have a lower priority, in particular with respect to the requirements or further demand signals S5 from the engine control device 9, so that initially optimal driving operation is ensured.
  • the demand signals S4 may indicate different priorities, such that they may e.g. B. indicate a lower priority than the demand signals S5 when there is no increased demand for air, however, indicate a higher priority than S5 in case of high or urgent air demand.
  • the demand signals S4 may in particular request the following actuating operations, which are then to be performed by the transmission control 11 via the actuating signals S6: a) Allow to decouple in overrun phases, in particular for a purely electric drive or a recuperation operation, so that all kinetic energy in the overrun phase at the electric Generator or acting in generator mode electric motor 10 is available. With little or no compressed air demand, the hybrid drive can thus work freely and play its advantages, in particular perform these two additional modes. b) prevention of Auskuppeins in shear phases. Thus, the engine 6 is always rotated via the motor shaft 17 and thereby supplies the compressor 16 with kinetic energy. Thus, an energy recovery of the thrust energy will not be done solely by the generator or acting in generator mode electric motor 10, but the
  • Thrust energy is also available to the internal combustion engine 6, which with over the motor shaft 7, the compressor 16 drives. Thus, part of the thrust phase available Schub energie be used for air transport.
  • a lower gear can be requested, so that consequently the engine control 9 will increase the engine speed of the combustion engine 6.
  • This also provides the compressor with more kinetic energy.
  • This can be done, for example, by requesting a certain gear, a general request to increase the speed or the request of a desired speed or a desired speed range. Since the compressor 16 is disposed directly on the engine shaft 7, it is possible to change indirectly by changing the transmission setting according to the engine speed of the engine 6. By reducing the transmission ratio (eg from the fourth gear to the third gear), the engine control device 9 will correspondingly increase the rotational speed of the internal combustion engine 6, so that via the motor shaft 7 also for the compressor 16 a higher Speed is available.
  • such a change in the gear or the gearbox adjustment can take place if there is no or at most a slight difference in the energy utilization between the different gears. is, as is the case according to the characteristic curves in some engine and transmission design.
  • the compressed air control device 18 of the compressed air system 5 in each case send the demand signals S4 with a demand display and / or a priority, wherein the further consideration by the transmission actuator 11 takes place.
  • the transmission actuator 11 can in this case coordinated this demand indicator and perform optimized consumption depending on the driving situation, in particular taking into account the further demand signals S5 of the engine control unit and other data on the vehicle status.
  • data present on the CAN bus or other bus systems, such as engine speed, etc. can be processed and, in each case, a gear or neutral can be set via the actuating signals S6.
  • This judgment or the logic for the consideration and priority of the demand signals S4 may be completely in the transmission control 11, or be distributed to the compressed air control device 18 and the transmission control 11. Thus, in principle, a consideration of the engine speed can also be provided in the compressed air control device 18.
  • the compressed-air control device 18 and the transmission actuator 11 can also be combined in a common control device or ECU; However, they can also be distributed to two to four control devices, eg. B. the compressed air control device 18, the gear actuator 11, the control device of the clutch, and possibly an additional control unit direction for a coordinating logic. Also, particularly in hybrid vehicles, the engine control system for combustion and electric motors may be included in the control to ensure coordination of all systems. This can be avoided, for example, that is switched off in a pure electric driving the internal combustion engine o- is switched off when the compressed air control device has recognized demand for compressed air.
  • the demand signal S4 can in particular via an in-vehicle network protocol, eg. As the CAN bus or the LIN bus or a FlexRay bus, or even via discrete electrical lines are output.
  • an in-vehicle network protocol eg. As the CAN bus or the LIN bus or a FlexRay bus, or even via discrete electrical lines are output.
  • SAE J1939 messages or optimized proprietary message formats can be used.
  • the transmission actuator 11 may issue a feedback to the compressed air control device 18, for. B. via a bus protocol or the discrete lines.
  • FIG. 2 shows a commercial vehicle 100 with conventional drive, ie only an internal combustion engine 6, which drives the output shaft 3 via the clutch 8 and the transmission 12.
  • this embodiment basically the same functionality as in Figure 1 is possible; in the respective logic, however, it is not necessary to take into account that in a coasting phase a recuperation operation using the kinetic energy for the recovery of electrical energy is possible.
  • the demand signals S4 z. B. be weighted higher and even when indicating a low demand coupling the clutch 8 are required in overrun to exploit the kinetic energy to operate the compressor 16.
  • FIG. 3 shows an embodiment of a commercial vehicle 200 with internal combustion engine 6 and manual transmission 212 and clutch 208.
  • the compressed air control device 18 may output the demand signals S4 directly or indirectly to a display device 211 which displays advantageous changes to the transmission setting or gear selection to the driver in the cockpit, ie, for example, by displaying an arrow, the request to downshift or up turn.
  • This display device 211 may in particular be provided with a control device 209, which receives the demand signals S4 and optionally also corresponding display signals S5 from the motor control device 9, so that a weighting in the control device 209 can take place here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1), das aufweist: einen Verbrennungsmotor (6), eine Abtriebswelle (3), eine zwischen dem Verbrennungsmotor (6) und der Abtriebswelle (3) vorgesehene Getriebeeinheit (13; 8, 12) zur Einstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse und/oder Abkupplung des Verbrennungsmotors (6) von der Abtriebswelle (3), und ein Druckluftsystem (5) mit einem auf einer Motorwelle (7) des Verbrennungsmotors (6) angeordneten Kompressor (16) und einer Druckluft- Steuereinrichtung (18). Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckluft-Steuereinrichtung (18) ein Bedarfssignal (S4) für eine Getriebeeinstellung ausgibt.

Description

Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug und Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Getriebeeinheit eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, und ein Verfahren zur Steuerung einer automatisierten Getriebeeinheit eines Fahrzeugs.
Druckluftsysteme in Fahrzeugen werden unter anderem für pneumatische Bremsen sowie Niveau-Regulierungen (über Luftbälge), ggf. auch für weitere Verbraucher eingesetzt. Die Druckluft wird über einen Kompressor gefördert, der insbesondere bei Nutzfahrzeugen direkt auf der Motorwelle des Verbrennungsmotors angeordnet und ggf. über eine Kompressor- Kupplung auch abkoppelbar ist.
Der Druckluftbedarf wird im Allgemeinen über eine Druckluft- Steuereinrichtung des Druckluftsystems ermittelt, wobei diese Druckluft- Steuereinrichtung insbesondere die Druckluftzufuhr vom Kompressor furch Ansteuerung einer Kompressor-Kupplung oder einer Leerlaufschaltung des Kompressors und weiterhin auch Ventile des Druckluftsystems zur Einstellung unterschiedlicher Betriebsmodi des Druckluftsystems einstellt.
Indem der Kompressor direkt auf der Motorwelle und nicht z. B. auf einer hinter dem Getriebe angeordneten Abtriebswelle angeordnet ist, kann der Kompressor somit z. B. auch im Leerlauf des Motors bei ausgekuppeltem Getriebe betrieben werden. Die Förderleistung des Kompressors ist durch die direkte Ankoppelung jedoch auch von der Motordrehzahl abhängig, die ggf. im Leerlauf bei erhöhtem Luftbedarf zu gering sein kann. Hierbei ist es z.B. aus der DE 10 2007 032 963 A1 bekannt, in Schubphasen, bei denen das vom Motor ausgegebene Nutzmoment bzw. Motor- Drehmoment geringer als das durch die kinetische Energie des Fahrzeugs bei eingekuppeltem Getriebe zur Verfügung gestellte Antriebsdrehmoment ist, diese kinetische Energie des Fahrzeugs zum Betreiben des Kompressors zu nutzen. Somit kann die kinetische Energie des Fahrzeugs genutzt werden, um hierdurch Druckluft zu fördern und entsprechend den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs zu senken.
Schubphasen mit hoher Gangwahl und niedriger Motordrehzahl sind möglicherweise jedoch zu kurz, um alleine hierdurch die Druckluftbehälter im Druckluftsystem hinreichend zu füllen. Außerdem wird bei einigen Fahrzeugen in Schubphasen automatisch durch Betätigung der Kupplung der
Verbrennungsmotor und damit der Kompressor vom Antriebsstrang getrennt, um in einem Rollbetrieb die kinetische Energie vollständig zum Weiterrollen des Fahrzeugs ohne Motorbremse nutzen zu können.
Grundsätzlich ist weiterhin eine Anhebung der Motordrehzahl im Leerlauf möglich, um die Förderleistung des Kompressors zu erhöhen; eine derartige Maßnahme ist jedoch nicht während der Fahrt möglich.
Eine Nachförderung verbrauchter Luft ist möglicherweise in kritischen Phasen zu langsam, daher muss eine größere Menge Luft in den Luftbehältern des Druckluftsystems vorgehalten werden, was zu entsprechend größeren Ausbildungen führt.
Hybridfahrzeuge weisen ein Hybrid-Aggregat auf, bei dem zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor ein oder mehrere Elektromotoren vorgesehen sind. Insbesondere bei Parallel-Hybrid-Fahrzeugen kann der Antrieb wahlweise über den Verbrennungsmotor oder den Elektromotor oder eine Kombination von beiden erfolgen, wobei in Schubphasen ein Rekuperationsbetrieb mit einer Energie-Rückgewinnung durch den Elektromotor bzw. einen zusätzlich vorgesehen Generator ermöglicht ist. Zur Einstellung des Rekuperationsbe- triebes sowie eines rein elektrischen Antriebs kann z. B. der Verbrennungsmotor abgekoppelt werden, damit er nicht unter unnötiger Belastung mitläuft. Nachteilhaft ist jedoch, dass ein auf der Motorwelle angeordneter Kompres¬ sor dann nicht mehr mit angetrieben werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen effektiven Betrieb der Luftaufbereitungsanlage, insbesondere auch in verschiedenen Fahrzuständen des Fahrzeugs, zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen.
Erfindungsgemäß werden somit von der Steuereinrichtung der Luftaufbereitungsanlage bzw. des Druckluftsystems ein oder mehrere Bedarfssignale ausgegeben, die einen erhöhten Bedarf an Druckluft anzeigen.
Hierbei können fortlaufend Bedarfssignale ausgegeben werden, die gegebenenfalls anzeigen, dass kein Bedarf vorliegt; weiterhin ist auch möglich, dass nur bei auftretendem Druckluftbedarf ein entsprechendes Bedarfssignal ausgegeben wird.
Das Bedarfssignal kann z. B. lediglich Anzeigesignal sein bzw. zur weiteren Ausbildung von Anzeigesignalen für den Fahrer dienen, damit dieser die Aufforderung erhält, ggf. die Gangwahl zu ändern und z. B. einen niedrigeren Gang bzw. eine niedrigere Übersetzung einzulegen, damit die Motorsteuereinrichtung entsprechend die Motordrehzahl und somit die Förderleistung des Kompressors erhöht. Diese Ausbildung ist insbesondere bei einem Handschaltgetriebe möglich. Eine bevorzugte Ausbildung ist jedoch bei einem automatisierten Getriebe bzw. automatischen Getriebesteller möglich, da hier die Druckluft- Steuereinrichtung die Bedarfssignale an den Getriebesteller bzw. die Steuereinrichtung für die Getriebeeinheit aus Getriebe und ggf. Kupplung ausgeben kann.
Somit kann der Getriebesteller z. B. bei einem höheren Druckluftbedarf einen möglichen niedrigeren Gang bzw. niedrigere Übersetzung einstellen, so dass die Motorsteuereinrichtung wiederum die Motordrehzahl und somit die Förderleistung des Kompressors erhöhen wird.
Erfindungsgemäß sind auch weitere bzw. alternative Ausbildungen möglich. Insbesondere kann die Gangwahl komplexer eingestellt werden; so kann gemäß einer erfindungsgemäßen Ausbildung lediglich eine Gangwahl angefordert werden, die eine höhere Kompressorförderleistung bei gleicher oder annähernd gleicher Energieausnutzung ermöglicht; somit kann die Ü- bersetzung heruntergeschaltet werden, wenn hierdurch keine zusätzlichen Kosten auftreten. Hierbei sind Ausnutzungen von Kennfeld-Bereichen der Energieausnutzung möglich, bei denen zwischen unterschiedlichen Gängen und entsprechenden Motordrehzahlen keine bzw. keine wesentlichen Unterschiede in der Energieausnutzung vorliegen; in diesen Fällen kann z. B. durch Einstellung eines niedrigeren Gangs und somit höherer Motordrehzahl ohne größeren Mehrverbrauch des Fahrtbetriebs eine höhere Kompressorförderleistung ermöglicht werden.
Diese Möglichkeit kann erfindungsgemäß auch dahingehend erweitert werden, dass auch bei einer schlechteren Energieausnutzung bewusst eine höhere Kompressorförderleistung ermöglicht wird; somit kann z. B. der Gang bzw. die Untersetzung herunter gesteuert werden, auch wenn hierdurch zusätzliche Kosten auftreten. Die Bewertung, ob z. B. trotz höheren Energieverbrauchs eine Gangänderung erfolgt, kann z. B. in Abhängigkeit von Prioritäts-Angaben in dem Bedarfssignal erfolgen, ggf. unter Bewertung des zusätzlichen Energieaufwandes.
Die Auswertungen oder Bewertungen können direkt in dem Getriebesteller bzw. der Steuereinrichtung der Getriebeeinheit erfolgen; die hierfür erforderliche Logik kann jedoch auch auf die Steuereinrichtung des Getriebes und die Steuereinrichtung der Luftaufbereitungsanlage verteilt werden. Erfindungsgemäß sind insbesondere auch kombinierte bzw. integrierte Ausbildungen der Druckluft-Steuereinrichtung und der Steuereinrichtung des Getriebes möglich, gegebenenfalls auch unter Einbeziehung von Funktionalitäten der Motorsteuerung, die diesen komplexeren Bewertungen Rechnung tragen.
Insbesondere bei Einsatz in einem Hybridfahrzeug sind darüber hinaus auch Berücksichtigungen der verschiedenen Betriebsmodi eines Hybridfahrzeugs, insbesondere Parallel-Hybrid-Fahrzeugs möglich, wo z. B. ein Reku- perationsbetrieb oder rein elektrischer Antrieb möglich ist. Erfindungsgemäß kann durch das Bedarfssignal somit insbesondere der Ein- oder Auskupp- lungszustand des Verbrennungsmotors geändert werden.
Somit bestehen insbesondere für ein Hybridfahrzeug zusätzlich zu der Anforderung oder Änderung einer Gangwahl folgende weitere Möglichkeiten für Eingriffe in Abhängigkeit vom Bedarfssignal:
- ein Auskuppeln des Verbrennungsmotors vom Abtriebsstrang in Schubphasen kann erlaubt werden, wenn kein größerer Druckluftbedarf besteht. Somit kann die in der Schubphase vorliegende kinetische Energie vollständig am elektrischen Generator genutzt werden oder vollständig für einen Rollbetreib des Fahrzeugs ohne Motorbremse des Verbrennungsmotors genutzt werden.
- ein Auskuppeln in Schubphasen kann unterbunden oder als unerwünscht signalisiert werden, d. h. es wird eine feste Einkupplung des Verbrennungsmotors in den Abtriebsstrang vorgegeben. Somit wird der Kompressor über die Motorwelle mitbetätigt, so dass in der Schubphase eine Rückgewinnung der kinetischen Energie auch durch Förderung von Druckluft ermöglicht wird und ggf. die Energiegewinnung durch den Elektromotor bzw. den Generator im Rekuperationsbetrieb zumindest begrenzt wird.
- Weiterhin kann die Einkupplung in der Schubphase angefordert werden, wenn wieder Luft zu fördern ist.
Die Erfindung ermöglicht mehrere Vorteile. So ist eine Kraftstoffersparnis durch Förderung komprimierter Luft während der Fahrt möglich. Insbesondere kann erfindungsgemäß die Motordrehzahl nicht nur im Leerlauf verändert werden, sondern durch Änderung der Gangwahl auch während der Fahrt. Hierbei sind Ausnutzungen von Kennfeld-Bereichen der Energieerzeugung und Motorauslastung möglich, um ohne oder mit geringem Mehrverbrauch Druckluft zu fördern.
Ein weiterer Vorteil ist eine schnellere Reaktion auf den Luftbedarf während der Fahrt. Falls während der Fahrt und somit bei eingekuppeltem Verbrennungsmotor ein höherer Luftbedarf auftritt, kann durch die Änderung der Getriebeeinstellung auch die Motordrehzahl in gewünschter Weise beein- flusst werden, um die Luftfördermenge zu ändern, insbesondere zu erhöhen.
Ein weiterer Vorteil liegt bei Einsatz in einem Hybridfahrzeug in der erhöhten Gewinnung elektrischer Energie durch Auskuppeln des Verbren- nungsmotors in Schubphasen, wenn die Luftaufbereitung eine zusätzliche Druckluftmenge erfordert.
Somit ist im normalen Betrieb bereits eine Treibstoffersparnis und somit auch eine Verringerung der C02-Ausschussmenge möglich. Weiterhin können die im Fahrzeug einzusetzenden Luftbehälter und/oder die Kompressorförderleistung verkleinert werden, da erfindungsgemäß schneller nachgefördert werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Nutzfahrzeug mit seinen wesentlichen Baugruppen gemäß einer ersten Ausführungsform mit Hybridantrieb und automatischem Getriebesteller;
Fig. 2 ein Nutzfahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform mit
Verbrennungsmotor und automatischem Getriebesteller;
Fig. 3 ein Nutzfahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform mit
Verbrennungsmotor und Handschalt-Getriebe.
Figur 1 zeigt ein Hybrid-Nutzfahrzeug 1 , das ein Hybrid-Aggregat 2 und eine zu angetriebenen Rädern 4 führende Abtriebswelle 3 aufweist. Weiterhin ist ein Druckluftsystem 5 vorgesehen, das insbesondere zur Versorgung pneumatischer Bremsen, vorzugsweise auch zur Niveauregulierung und ggf. für weitere Druckluftverbraucher vorgesehen ist.
Das Hybrid-Aggregat 2 weist einen Verbrennungsmotor 6, eine Kupplungs-Getriebe-Einheit 13 sowie einen Elektromotor 10 auf, von dem die Abtriebswelle 3 abgeht. Die Kupplungs-Getriebe-Einheit 13 weist eine Kupplung 8 und ein Getriebe 12 auf und wird durch einen automatischen Getriebesteller 11 angesteuert. Das Hybrid-Aggregat 2 stellt hierbei einen Parallel-Hybrid dar, da der Verbrennungsmotor 6 über die Kupplungs-Getriebe-Einheit 13 von dem restlichen Antriebsstrang abgekoppelt werden kann und somit bei geöffneter Kupplung 8 oder in Leerlaufstellung des Getriebes 12 lediglich der Elektromotor 10 an die Abtriebswelle 3 angekoppelt ist, so dass ein elektrischer Fahrbetrieb alleine über den Elektromotor 10 möglich ist und weiterhin auch ein Rekuperationsbetrieb bzw. Nutzbetrieb in einer Schubphase ermöglicht ist, bei dem der Elektromotor 10 als Generator wirkt und über eine Wandlerelektronik 14 eine Fahrzeugbatterie (Akkumulator) 15 auflädt.
Weiterhin ist - wie an sich bekannt - ein rein konventioneller Antrieb über den Verbrennungsmotor 6 bei ausgeschaltetem bzw. nicht aktiviertem Elektromotor 10 und eingekuppelter Kupplung 8, sowie ein Parallelbetrieb durch sowohl den Verbrennungsmotor 6 als auch den Elektromotor 10 möglich.
In Figur 1 sind gestrichelt Naben-Elektromotoren 10a eingezeichnet, die alternativ oder auch ergänzend zu dem Elektromotor 10 vorgesehen sein können. Falls derartige Naben-Elektromotoren 10a vorgesehen sind, kann der Block 10 für einen reinen Generator stehen, um den Rekuperationsbetrieb zu ermöglichen oder ganz entfallen, wenn die Naben-E-Montoren als Generatoren genutzt werden können.
Auf einer Motorwelle 7 des Verbrennungsmotors 6 ist ein Kompressor 16 entweder fest oder über eine Kompressor-Kupplung 17 angeschlossen. Bei einer Ausführung ohne Kompressor-Kupplung 17 läuft der Kompressor 16 gegebenenfalls im Leerlauf-Modus mit, wenn kein Druckluftbedarf ist; bei der gezeigten Ausführungsform kann der Kompressor 16 über die Kompressor-Kupplung 17 abgekoppelt werden. Das Druckluftsystem 5 weist zusätzlich zu dem Kompressor 16 eine Druckluft-Steuereinrichtung 18 sowie hier nicht gezeigte Komponenten wie z. B. Lufttrockner und entsprechende elekt- ropneumatische Ventilanordnungen zur Einstellung unterschiedlicher Betriebsmodi des Druckluftsystems 5 auf. Weiterhin kann das Druckluftsystem 5 einen Feuchtesensor 20 aufweisen, der z. B. am Ausgang eines Lufttrockners vorgesehen ist, und weist Drucksensoren 21 auf, die z. B. in Betriebsbremskreisen des Druckluftsystems 5 vorgesehen sind. Auch können nicht gezeigte Druckluftverbraucher wie beispielsweise die Luftfederung oder Bremsen einen erhöhten Druckluftbedarf über Signale an die Steuereinrichtung 18 senden. Die Steuereinrichtung 18 nimmt von den Sensoren 20, 21 Messsignale S1 , S2 auf, um auf Grundlage dieser Messsignale S1 , S2 und weiterer gespeicherter Parameter den Druckluftbedarf und die Einleitung der verschiedenen Betriebsphasen des Druckluftsystems 5 zu ermitteln. Zur Einleitung der verschiedenen Betriebsmodi, die insbesondere eine Förderphase, Regenerationsphase und Leerlaufphase umfassen können, gibt die Druckluft-Steuereinrichtung 8 zunächst ein Schaltsignal S3 an die Kompressor- Kupplung 17 oder einen Kompressor-Leerlaufschalter und hier nicht weiter gezeigte Schaltsignale an die Ventilanordnung des Druckluftsystems 5.
Weiterhin gibt die Druckluft-Steuereinrichtung 18 erfindungsgemäß ein Bedarfssignal S4 an den Getriebesteller 11 (Getriebesteuerung) aus. Der Getriebesteller 11 stellt die verschiedenen Gänge bzw. Übersetzungsverhältnisse des Getriebes 11 ein. Hierzu erhält der Getriebesteller 12 in an sich bekannter Weise bidirektional Signale S5 von einer Motorsteuereinrichtung 9. Weiterhin kann die der Getriebesteller 11 die Kupplung 8 betätigen. Die Kupplung 8 kann in dem Getriebe 12 integriert sein.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckluft-Steuereinrichtung 18 Bedarfssignale S4 an den Getriebesteller 11 ausgibt, um einen Bedarf bzw. eine Anforderung für eine Änderung der Getriebeeinstellung anzuzeigen. Die Bedarfssignale S4 sind allgemein eine Anforderung. Sie können gemäß unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausbildungen als Wunsch o- der als Befehl ausgelegt sein. Somit ist es gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausbildung möglich, dass die Bedarfssignale S4 höchste Priorität haben und umgehend zu einer entsprechenden Änderung der Getriebeeinstellung, d. h. insbesondere dem Einlegen eines anderen Gangs führen.
Gemäß einer hierzu alternativen Ausführungsform haben die Bedarfssignale S4 eine geringere Priorität, insbesondere gegenüber den Anforderungen bzw. weiteren Bedarfssignalen S5 von der Motorsteuereinrichtung 9, so dass zunächst ein optimaler Fahrbetrieb gewährleistet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Bedarfssignale S4 unterschiedliche Prioritäten anzeigen, so dass sie z. B. eine geringere Priorität als die Bedarfssignale S5 anzeigen, wenn kein erhöhter Luftbedarf ist, hingegen bei hohem bzw. dringendem Luftbedarf eine höhere Priorität als S5 anzeigen.
Die Bedarfssignale S4 können insbesondere folgende Stellvorgänge anfordern, die dann von der Getriebesteuerung 11 über die Stellsignale S6 durchzuführen sind: a) Zulassen, in Schubphasen auszukuppeln, insbesondere für einen rein elektrischen Antrieb oder einen Rekuperationsbetrieb, so dass sämtliche kinetische Energie in der Schubphase am elektrischen Generator bzw. dem im Generatorbetrieb wirkenden Elektromotor 10 verfügbar ist. Bei geringem oder fehlendem Druckluftbedarf kann der Hybridantrieb somit frei arbeiten und seine Vorteile ausspielen, insbesondere diese beiden zusätzlichen Betriebsarten durchführen. b) Verhinderung des Auskuppeins in Schubphasen. Somit wird der Verbrennungsmotor 6 immer über die Motorwelle 17 mit gedreht und hierdurch der Kompressor 16 mit kinetischer Energie versorgt. Somit wird eine Energierückgewinnung der Schubenergie nicht alleine durch den Generator bzw. den im Generatorbetrieb wirkenden Elektromotor 10 erfolgen, sondern die
Schubenergie steht auch dem Verbrennungsmotor 6 zur Verfügung, der so- mit über die Motorwelle 7 den Kompressor 16 antreibt. Somit kann ein Teil der in einer Schubphase zur Verfügung stehenden Schubenergie zur Luftförderung genutzt werden. c) Anforderung, in Schubphasen einzukuppeln. Ergänzend zu b) wird auch eine aktive Einkupplung durchgeführt, zur Erhöhung der Förderleistung des Kompressors 16. d) Anforderung einer Änderung des jeweiligen Gangs oder Übersetzungsverhältnisses. Somit kann aktiv eine Änderung angefordert werden. Insbesondere kann eine Gangwahl angefordert werden, die eine höhere Förderleistung des Kompressors 16 ermöglicht.
Hierzu kann ein niedrigerer Gang angefordert werden, so dass in Folge hiervon die Motorsteuerung 9 die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 6 erhöhen wird. Hierdurch wird auch der Kompressor mit mehr kinetischer E- nergie versorgt. Dies kann beispielsweise durch Anforderung eines bestimmten Gangs, eine allgemeine Aufforderung die Drehzahl zu erhöhen oder die Anforderung einer Wunschdrehzahl oder eines Wunschdrehzahlbereiches geschehen. Da der Kompressor 16 direkt auf der Motorwelle 7 angeordnet ist, kann durch Änderung der Getriebeeinstellung indirekt entsprechend der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 6 geändert werden. Indem das Ü- bersetzungsverhältnis bzw. der Gang verringert wird (z. B. vom vierten Gang in den dritten Gang), wird die Motorsteuereinrichtung 9 entsprechend die Drehzahl des Verbrennungsmotors 6 erhöhen, so dass über die Motorwelle 7 auch für den Kompressor 16 eine höhere Drehzahl zur Verfügung steht.
Vorteilhafterweise kann eine derartige Änderung des Gangs bzw. der Getriebeeinstellung erfolgen, wenn zwischen den unterschiedlichen Gängen kein oder allenfalls ein geringer Unterschied in der Energieausnutzung vor- liegt, wie es entsprechend den Kennlinienfeldern bei einigen Motor- und Getriebeauslegung der Fall ist.
Weiterhin kann aber eine Änderung der Gangwahl auch durchgeführt werden, um auch bei schlechterer Energieausnutzung eine höhere Kompressorförderleistung zu ermöglichen; somit wird z. B. heruntergeschaltet, auch wenn es zusätzlichen Verbrauch bedeutet, da ein hoher Luftbedarf vorliegt.
Erfindungsgemäß kann die Druckluft-Steuereinrichtung 18 des Druckluftsystems 5 jeweils die Bedarfssignale S4 mit einer Bedarfsanzeige und/oder einer Priorität senden, wobei die weitere Berücksichtigung durch den Getriebesteller 11 erfolgt. Der Getriebesteller 11 kann hierbei diese Bedarfsanzeige koordiniert und abhängig von der Fahrsituation verbrauchsoptimiert durchführen, insbesondere unter Berücksichtigung der weiteren Bedarfssignale S5 der Motorsteuereinrichtung und weiterer Daten über den Fahrzeugstand. Hierzu können insbesondere auf dem CAN-Bus oder anderer Bussysteme vorliegenden Daten wie Motordrehzahl usw., verarbeitet werden und in Abhängigkeit hiervon über die Stellsignale S6 jeweils ein Gang bzw. Leerlauf eingestellt werden.
Diese Beurteilung bzw. die Logik für die Berücksichtigung und Priorität der Bedarfssignale S4 kann vollständig bei der Getriebesteuerung 11 liegen, oder auf die Druckluft-Steuereinrichtung 18 und die Getriebesteuerung 11 verteilt sein. Somit kann grundsätzlich eine Berücksichtigung der Motordrehzahl auch in der Druckluft-Steuereinrichtung 18 vorgesehen sein.
Erfindungsgemäß können die Druckluft-Steuereinrichtung 18 und der Getriebesteller 11 auch in einer gemeinsamen Steuereinrichtung bzw. ECU vereint werden; sie können jedoch auch auf zwei bis vier Steuereinrichtungen verteilt werden, z. B. die Druckluft-Steuereinrichtung 18, den Getriebesteller 11 , die Steuereinrichtung der Kupplung, und ggf. eine zusätzliche Steuerein- richtung für eine Koordinierende Logik. Auch können, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, die Motorsteuereinrichtung für Verbrennungs- und Elektromotoren in die Steuerung einbezogen werden, um eine Abstimmung aller Systeme sicherzustellen. Damit kann beispielsweise vermieden werden, dass in einem reinen Elektrofahrbetrieb der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist o- der abgeschaltet wird, wenn die Druckluft-Steuereinrichtung Bedarf an Druckluft erkannt hat.
Das Bedarfssignal S4 kann insbesondere über ein fahrzeuginternes Netzwerkprotokoll, z. B. den CAN-Bus oder auch den LIN-Bus oder ein Flex- Ray-Bus, oder aber auch über diskrete elektrische Leitungen ausgegeben werden. Bei Nutzung des CAN-Busses können standardisierte SAE J1939- Botschaften oder optimierte proprietäre Botschaftsformate benutzt werden.
Der Getriebesteller 11 kann eine Rückmeldung an die Druckluft- Steuereinrichtung 18 ausgeben, z. B. über ein Bus-Protokoll oder die diskreten Leitungen.
Die Ausführungsform der Figur 2 zeigt ein Nutzfahrzeug 100 mit konventionellem Antrieb, d. h. lediglich einem Verbrennungsmotor 6, der über die Kupplung 8 und das Getriebe 12 die Abtriebswelle 3 antreibt. Bei dieser Ausführungsform ist grundsätzlich gleiche Funktionalität wie in Figur 1 möglich; in der jeweiligen Logik ist jedoch nicht zu berücksichtigen, dass in einer Schubphase ein Rekuperationsbetrieb unter Ausnutzung der kinetischen E- nergie zur Rückgewinnung elektrischer Energie möglich ist. Somit können die Bedarfssignale S4 z. B. höher gewichtet werden und schon bei Anzeige eines geringen Bedarfs ein Einkoppeln der Kupplung 8 im Schubbetrieb gefordert werden, um die kinetische Energie zum Betreiben des Kompressors 16 auszunutzen. Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines Nutzfahrzeugs 200 mit Verbrennungsmotor 6 und Handschaltgetriebe 212 sowie Kupplung 208. Bei dieser Ausführungsform können somit keine selbsttätigen Änderungen der Getriebeeinstellung in Abhängigkeit von Bedarfssignalen S4 erfolgen, wie es in Figur 1 und 2 möglich ist. Die Druckluft-Steuereinrichtung 18 kann die Bedarfssignale S4 jedoch direkt oder indirekt an eine Anzeigeeinrichtung 211 ausgeben, die dem Fahrer im Cockpit vorteilhafte Änderungen der Getriebeeinstellung bzw. der Gangwahl anzeigt, d. h. z. B. durch Anzeige eines Pfeils die Aufforderung, herunter zu schalten oder herauf zu schalten. Diese Anzeigeeinrichtung 211 kann insbesondere mit einer Steuereinrichtung 209 versehen sein, die die Bedarfssignale S4 und gegebenenfalls auch entsprechende Anzeigesignale S5 von der Motorsteuereinrichtung 9 erhält, so dass hier eine Gewichtung in der Steuereinrichtung 209 erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug (1 , 100, 200), das aufweist:
einen Verbrennungsmotor (6),
eine Abtriebswelle (3),
eine zwischen dem Verbrennungsmotor (6) und der Abtriebswelle (3) vorgesehene Getriebeeinheit (13, 8, 12, 212, 208) zur Einstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse und/oder Abkupplung des Verbrennungsmotors (6) von der Abtriebswelle (3), und
ein Druckluftsystem (5) mit einem auf einer Motorwelle (7) des Verbrennungsmotors (6) angeordneten Kompressor (16) und einer Druckluft-Steuereinrichtung (18),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckluft-Steuereinrichtung (18) ein Bedarfssignal (S4) für eine Getriebeeinstellung ausgibt.
2. Fahrzeug (1 , 100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es einen automatischen Getriebesteller (11 ) zur Einstellung eines automatisierten Getriebes (12) und/oder einer automatisierten Kupplung (8) zum Ein- und Auskuppeln des Verbrennungsmotors (6) aufweist und die Druckluft-Steuereinrichtung (18) das Bedarfssignal (S4) direkt oder indirekt an den automatischen Getriebesteller (11 ) ausgibt.
3. Fahrzeug (1 , 100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bedarfssignal (S4) ein Prioritätssignal aufweist, z. B. mit einer hohen Priorität als Befehlssignal oder einer niedrigeren Priorität als Aufforderungssignal oder Wunschsignal zur bevorzugten oder niederrangigen Berücksichtigung.
4. Fahrzeug (1 , 100) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebesteller (11 ) oder eine vorgeschaltete Logikeinrich- tung sowohl das Bedarfssignal (S4) der Druckluft- Steuereinrichtung (18) als auch ein zweites Bedarfssignal (S5) einer Motorsteuereinrichtung (9) des Verbrennungsmotors (6) aufnimmt und in Abhängigkeit hiervon Stellsignale (S6) zur Einstellung der Getriebeeinheit (12, 9) ausbildet.
5. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Hybrid-Fahrzeug (1 ) mit einem Hybrid-Aggregat (2) ist,
wobei das Hybrid-Aggregat (2) den Verbrennungsmotor (6) und mindestens einen Elektromotor (10, 10a) aufweist, und
wobei das Hybrid-Fahrzeug (1 ) unter anderem in einem Rekuperati- onsbetrieb unter Rückgewinnung kinetischer Energie in elektrische Energie betreibbar ist.
6. Fahrzeug (1 , 100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Bedarfssignale (S4) ein oder mehrere der folgenden Getriebeeinstellungen ausführbar sind:
a) Zulassen, in Schubphasen auszukuppeln, insbesondere für einen reinen elektrischen Antrieb oder einen Rekuperationsbetrieb;
b) Verhinderung des Auskuppeins in Schubphasen zur Erhöhung der
Förderleistung des Kompressors (16),
c) Anforderung, in Schubphasen einzukuppeln, zur Erhöhung der
Drehzahl und hierdurch der Förderleistung des Kompressors (16), d) Anforderung einer Einstellung oder Änderung des Gangs oder Ü- bersetzungsverhältnisses.
7. Fahrzeug (1 , 100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) die Druckluft-Steuereinrichtung (18) bei Feststellen eines Druckluftbedarfs in einem Bedarfssignal (S4) eine Einstellung eines niedrigeren Ganges mit niedrigerer Übersetzung anfordert, zur Erhö- hung der Motordrehzahl bei entsprechender Erhöhung der Förderleistung des Kompressors (16).
8. Fahrzeug (1 , 00) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) eine Einstellung oder Änderung des Gangs oder Ü- bersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit einer Energieausnutzung als Funktion der Getriebeeinstellung und Motorauslastung erfolgt.
9. Fahrzeug (1 , 100) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckluft-Steuereinrichtung (18) und der Getriebesteller (1 1 ) in einer gemeinsamen Steuereinrichtung integriert sind.
10. Fahrzeug (200) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Bedarfssignal (S4) ein Anzeigesignal ist, das die Druckluft- Steuereinrichtung (18) an eine Anzeigeeinrichtung (21 1 ) zur Anzeige einer Gangänderungsaufforderung an den Fahrer und/oder eine Steuereinrichtung (209) der Anzeigeeinrichtung (21 1 ) ausgibt.
11. Verfahren zum Steuern eines automatisierten Getriebes (12) eines Fahrzeugs (1 , 100), das ein Druckluftsystem (5) mit einem auf einer Motorwelle (7) eines Verbrennungsmotors (6) angeordneten Kompressor (16) aufweist, bei dem
eine Druckluft-Steuereinrichtung (18) einen Druckluft-Bedarf des Druckluftsystems (5) ermittelt und in Abhängigkeit hiervon Bedarfssignale (S4) ausgibt.
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