WO2015062773A1

WO2015062773A1 - Verfahren zum betreiben eines antriebsstrangs

Info

Publication number: WO2015062773A1
Application number: PCT/EP2014/069413
Authority: WO
Inventors: Jens Fraenznick; Timo Steinbach; Enrique Naupari; Andreas Bartsch
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-05-07
Also published as: DE102013221998A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1), der mindestens eine hydraulische Antriebseinrichtung (10) umfasst. Um den Energieverbrauch beim Betreiben eines Antriebsstrangs bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort zu reduzieren, wird die hydraulische Antriebseinrichtung (10) verwendet, um in einem speziellen Betriebszustand, wie einem Berganfahrvorgang, ein solches Abtriebsmoment bereitzustellen, dass ein Wegbewegen eines mit dem Antriebsstrang (1) ausgestatteten Kraftfahrzeugs verhindert wird.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der mindestens eine hydraulische Antriebseinrichtung umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer hydraulischen Antriebseinrichtung, der gemäß einem derartigen Verfahren betrieben wird.

Stand der Technik

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 201 1 002 967 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein hydraulisch betriebener Energiewandler und ein mit brennbarem Gas betriebener Energiewandler zusammenwirken.

Offenbarung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch beim Betreiben eines Antriebsstrangs, der mindestens eine hydraulische Antriebseinrichtung umfasst, bei gleichzeitig hohem Fahrkomfort zu reduzieren.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der mindestens eine hydraulische Antriebseinrichtung umfasst, dadurch gelöst, dass die hydraulische Antriebseinrichtung verwendet wird, um in einem speziellen Betriebszustand, wie einem Berganfahrvorgang, ein solches Abtriebsmoment bereitzustellen, dass ein Wegbewegen eines mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs verhindert wird. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird die hydraulische Antriebseinrichtung im Stillstand des Kraftfahrzeugs verwendet, um eine angetriebene Achse zu blockieren. Dadurch wird ein Brems- System, das in herkömmlichen Systemen zum gleichen Zweck verwendet wird, entlastet. Zum Blockieren der angetriebenen Achse wird vorteilhaft in dem Antriebsstrang gespeicherte Energie verwendet. Das liefert den Vorteil, dass keine zusätzliche Bremsenergie benötigt wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem speziellen Betriebszustand erkannt wird, dass eine Bremseinrichtung deaktiviert wird und eine Fahrstufe oder ein Gang eingelegt ist. Das Deaktivieren der Bremseinrichtung kann zum Beispiel über ein gelöstes Brems- pedal erkannt werden. Bei der Fahrstufe handelt es sich vorzugsweise um die

Fahrstufe eines Automatikgetriebes. Bei dem Gang handelt es sich vorzugsweise um eine Gangstufe eines manuellen Schaltgetriebes.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Raddrehzahl als Führungsgröße verwendet wird, um das durch die hydraulische Antriebseinrichtung bereitgestellte Abtriebsmoment zu regeln. Bei dem Regelvorgang wird die Raddrehzahl vorzugsweise auf null geregelt. Als Eingangssignal für die Regelung kann alternativ oder zusätzlich eine Neigung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die benötigten Informationen sind zum Beispiel über ein herkömmliches ESP-System verfügbar.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung zwischen einem Ausgang einer Hydraulikmaschine und einem Druckspeicher geschlossen wird, um das Wegbewe- gen des mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern.

Bei der Ventileinrichtung handelt es sich zum Beispiel um ein Sicherheitsventil, das in einem Motorbetrieb der hydraulischen Antriebseinrichtung geöffnet ist. Im Stillstand wird das Sicherheitsventil geschlossen. Dadurch kann auf einfache Art und Weise das gewünschte Abtriebsmoment erzeugt werden.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Hydraulikmaschine ein relativ großer negativer Schwenkwinkel eingestellt wird, um das Wegbewegen des mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern. Bei der Hydraulikmaschine handelt es sich zum Beispiel um eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Derartige Axialkolbenmaschinen sind zum Beispiel mit einer Schwenkwiege ausgestattet, deren Schwenkwinkel verstellbar ist, um das Fördervolumen der Axialkolbenmaschine zu variieren. Die Hydraulikmaschine wird mit dem relativ großen negativen Schwenkwinkel als Pumpe betrieben und kann sich nur drehen, wenn ein vom Fahrzeug eingebrachtes Drehmoment größer ist als ein vom bestehenden Druck aufgebrachtes Stützmoment.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein vorhandener Hydraulikdruck der hydraulischen Antriebseinrichtung verwendet wird, um das Wegbewegen des mit dem Antriebsstrang ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern. Das liefert den Vorteil, dass keine zusätzliche Energie benötigt wird.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein an einem Getriebeausgang bereitgestelltes Drehmoment größer als ein Stützmoment ist, das durch den vorhandenen Hydraulikdruck mit der hydraulischen Antriebseinrichtung erzeugt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine unerwünschte Bewegung des Kraftfahrzeugs in dem speziellen Betriebszustand verhindert werden.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer hydraulischen Antriebseinrichtung, der gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren betrieben wird. Das Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang wird zum Beispiel auf einer nicht ebenen Straße kurzfristig angehalten, zum Beispiel im Stadtverkehr an einer Ampel. Um ein unerwünschtes Zurückrollen des Kraftfahrzeugs zu verhindern, können so genannte

Hillholder eingesetzt werden. In herkömmlichen Systemen werden zu diesem Zweck vorhandene Bremsen des Kraftfahrzeugs automatisch betätigt, um das Kraftfahrzeug am Wegrollen zu hindern, bis ein Fahrer ein Gaspedal des Kraftfahrzeugs betätigt. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine energiesparende Alternative zu herkömmlichen Hillholdern geschaffen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung mindestens eine Hydraulikmaschine umfasst. Die hydraulische Antriebseinrichtung kann alleine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Je nach Ausführung kann die hyd- raulische Antriebseinrichtung auch zwei oder mehr Hydraulikmaschinen umfassen.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Antriebsstrangs ist dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung einen sekundären Antrieb in einem Hydraulikhybndantriebsstrang darstellt, der als primären Antrieb zum Beispiel eine Brennkraftmaschine umfasst. Das Kraftfahrzeug kann alleine durch den primären Antrieb oder den sekundären Antrieb angetrieben werden. Je nach Ausführung ist es auch möglich, das Kraftfahrzeug mit beiden Antrieben anzutreiben.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Es zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Hydraulikhyb- ridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs;

Figur 2 eine vereinfachte Darstellung eines hydraulischen Antriebsstrangs in einem normalen Betriebszustand und

Figur 3 den Antriebsstrang aus Figur 2 beim Anfahren im Berg.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Hydraulikhybndantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem angetriebenen Rad 2 vereinfacht dargestellt. Das angetriebene Rad 2 ist zum Beispiel über ein Differenzial 3 antriebsmäßig an den Hydraulikhybndantriebsstrang 1 angebunden. Der Hydraulikhybndantriebsstrang 1 umfasst einen primären Antrieb 4, der zum Beispiel eine Brennkraftmaschine 6 umfasst, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Das Rad 2 kann alleine durch den primären Antrieb 4 angetrieben werden. Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst des Weiteren einen sekundären Antrieb 10. Der sekundäre Antrieb 10 umfasst eine erste Hydraulikmaschine 1 1 und eine zweite Hydraulikmaschine 12. Die beiden Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 sind eingangsseitig hydraulisch mit einer Niederdruckseite 13 verbunden. Die Niederdruckseite 13 umfasst einen Niederdruckspeicher 14 mit Hydraulikmedium, das mit Niederdruck beaufschlagt ist.

Ausgangsseitig sind die Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 hydraulisch mit einer Hochdruckseite 16 verbunden. Die Hochdruckseite 16 umfasst einen Hochdruckspeicher 17 mit Hydraulikmedium, das mit Hochdruck beaufschlagt ist. Durch insgesamt vier Rechtecke 18 sind Ventileinrichtungen bezeichnet, die in bekannter Art und Weise den Betrieb des sekundären Antriebs 10 mit den beiden Hydraulikmaschinen 1 1 und 12 ermöglichen.

Ein Getriebe 20 ist zwischen den primären Antrieb 4 und den sekundären Antrieb 10 geschaltet. Das Getriebe 20 ist als Planetengetriebe mit einem Hohlrad 30, einem Sonnenrad 32 und Planetenrädern 34 ausgeführt. Die Planetenräder 34 sind an einem Planetenträger 35 drehbar angebracht.

Eine erste Welle 21 ist über eine Zahnradstufe drehfest mit dem Planetenträger 35 verbunden. Die erste Welle 21 ist an ihrem in der Figur rechten Ende über eine weitere Zahnradstufe drehfest mit dem Differenzial 3 verbunden. Eine zweite Welle 22 ist drehfest mit dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 20 verbunden. Eine dritte Welle 23 ist drehfest mit dem Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 20 verbunden.

Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst des Weiteren nicht näher bezeichnete Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtungen. Mit Hilfe der Kupplungsund/oder Synchronisiereinrichtungen können im Betrieb des Hydraulikhybridan- triebsstrangs 1 verschiedene Betriebszustände dargestellt werden, auf die hier nicht näher eingegangen wird.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird eine hydraulische Antriebseinrichtung, bei dem in Figur 1 dargestelltem Beispiel also der sekundäre Antrieb 10, verwendet, um in einem speziellen Betriebszustand, wie einem Berg- anfahrvorgang, ein Haltemoment bereitzustellen, durch welches ein mit dem Antriebsstrang ausgestattetes Kraftfahrzeug an einem Wegrollen gehindert wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl bei Hydraulikhybridantriebssträn- gen als auch bei rein hydrostatischen beziehungsweise hydraulischen Fahrantrieben eingesetzt werden. Die Verwendung des Hydraulikantriebs zum Erzeugen der Haltekraft liefert unter anderem den Vorteil, dass eine fahrzeuginterne Bremse nicht zu diesem Zweck benötigt wird.

Die erfindungsgemäße Verwendung der hydraulischen Antriebseinrichtung zum Erzeugen des Haltemoments beziehungsweise einer Haltekraft liefert darüber hinaus den Vorteil, dass durch das Aufbringen des Haltemoments schon ein Moment an einem angetriebenen Rad anliegt, das zum Anfahren entsprechend erhöht wird. Dadurch kann der Anfahrvorgang ruckfreier und damit komfortabler ablaufen.

Sobald ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal löst und zudem erkannt wird, dass das Kraftfahrzeug zur Weiterfahrt vorgesehen ist, das heißt zum Beispiel eine Handbremse nicht betätigt ist und/oder ein Zündstartschalter eingeschaltet ist, und/oder eine Fahrstufe eingelegt beziehungsweise ein Gang eingelegt ist, greift die Steuerung der hydraulischen Antriebseinrichtung ein und stellt ein entsprechendes Abtriebsmoment zur Verfügung. Dadurch kann auf einfache Art und Weise das Wegrollen des Kraftfahrzeugs verhindert werden.

Als Führungsgröße kann dabei vorteilhaft eine Raddrehzahl dienen, die auf eine Drehzahl von null geregelt wird. Eine Quelle der Drehzahlinformation ist dabei nicht relevant, solange ein Bezug zur Raddrehzahl erzeugt werden kann. Die Raddrehzahl kann zum Beispiel direkt aus einem ESP-Steuergerät gelesen werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Drehzahl aus einem Getriebe ermittelt werden, an welchem eine antriebsmäßige Verbindung zu den angetriebenen Rädern besteht. Als Eingangssignal zur Vorsteuerung des notwendigen Haltemoments kann alternativ oder zusätzlich auch eine Neigung des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Die entsprechende Neigungsinformation ist über ein ESP-System ebenfalls verfügbar. Alternativ kann der erfindungsgemäße Antriebsstrang mit der hydraulischen Antriebseinrichtung auch rein gesteuert betrieben werden. Dabei kann das erforderliche Haltemoment zum Beispiel aus der Neigung des Kraftfahrzeugs und des Fahrzeuggewichts ermittelt werden. Die Funktion kann, sofern der hydraulische Antrieb konstruktiv dazu geeignet ist, oder ein Getriebe des Kraftfahrzeugs entsprechend mit separaten Fahrstufen für Vorwärts- und Rückwärtsfahren ausgestattet ist, sowohl gegen Rückwärtsrollen als auch gegen Vorwärtsrollen verwendet werden.

Der in Figur 1 dargestellte Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst als sekundären Antrieb 10 die beiden Hydraulikmaschinen 1 1 und 12, die den hydraulischen Antrieb darstellen. Das Planetengetriebe 20 ist zwischen den primären Antrieb 4 und den sekundären Antrieb 10 geschaltet.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird der sekundäre Antrieb 10 im Stillstand des Kraftfahrzeugs zum Blockieren der angetriebenen Achse mit dem angetriebenen Rad 2 verwendet. Zu diesem Zweck wird ein im Hydrauliksystem vorherrschender Druck verwendet. Im Gegensatz zu heutigen bremsengestützten Systemen wird vorteilhaft keine Energie zum Blockieren der Achse benötigt.

In dem hydraulischen System liegt auf der Hochdruckseite 16 ein relativ hoher Druck vor, der in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zum Betreiben des sekundären Antriebs 10 verwendet wird. Durch Schließen eines Sicherheitsventils 38 kann eine ungewollte Beschleunigung im Stillstand verhindert werden. Um im normalen Fahrbetrieb den sekundären Antrieb 10 mit der zweiten Hydraulikmaschine 12 als Motor zu betreiben, muss das Sicherheitsventil 38 geöffnet und ein positiver Schwenkwinkel eingestellt werden.

Schließt man, wie man in Figur 1 sieht, das Sicherheitsventil 38 und stellt einen relativ großen negativen Schwenkwinkel an der zweiten Hydraulikmaschine 12 ein, dann wird die zweite Hydraulikmaschine 12 als Pumpe betrieben und kann sich nur drehen, wenn das eingebrachte Drehmoment von einem Undefinierten Ausgang des Planetengetriebes 20 größer ist als das vom bestehenden Druck aufgebrachte Stützmoment. Das vom bestehenden Druck aufgebrachte Stützmoment ist in Figur 1 durch einen Pfeil 41 angedeutet. Das durch die als Pumpe betriebene zweite Hydraulikmaschine 12 aufgebrachte Drehmoment ist in Figur 1 durch Pfeile 42 und 43 angedeutet.

In den Figuren 2 und 3 ist ein hydraulischer Antriebsstrang 51 mit einem angetriebenen Rad 52 und einem Differenzial 53 vereinfacht dargestellt. Der hydraulische Antrieb 51 umfasst eine hydraulische Antriebseinrichtung 60 mit einer Hydraulikmaschine 61 , die als Pumpe oder als Motor betrieben werden kann.

An die Hydraulikmaschine 61 sind ein Niederdruckspeicher 64 und ein Hochdruckspeicher 67 angeschlossen. Ein Sicherheitsventil 68 ist zwischen die Hydraulikmaschine 61 und den Hochdruckspeicher 67 geschaltet.

Die hydraulische Antriebseinrichtung 60 wird im Stillstand eines mit dem Antriebsstrang 51 ausgestatteten Kraftfahrzeugs zum Blockieren der angetriebenen Achse mit dem Differenzial 53 und dem angetriebenen Rad 52 verwendet. Zu diesem Zweck wird vorteilhaft der in dem Hydrauliksystem herrschende Druck verwendet.

In dem hydraulischen System liegt ein relativ hoher Druck vor, der in einem Fahrbetrieb zum Betreiben der hydraulischen Antriebseinrichtung 60 verwendet wird. Der normale Fahrbetrieb ist in Figur 2 durch Pfeile 71 und 72 angedeutet. Im normalen Fahrbetrieb ist das Sicherheitsventil 68 geöffnet. Des Weiteren ist an der Hydraulikmaschine 61 ein positiver Schwenkwinkel eingestellt, wie durch einen Pfeil durch das Hydrauliksymbol 61 angedeutet ist.

In Figur 3 ist das Sicherheitsventil 68 geschlossen. An der Hydraulikmaschine 61 ist ein negativer Schwenkwinkel eingestellt, wie durch einen Pfeil durch das Hydrauliksymbol 61 angedeutet ist.

Wenn das Sicherheitsventil 68 geschlossen ist und ein relativ starker negativer Schwenkwinkel an der Hydraulikmaschine 61 eingestellt ist, wird die Hydraulikmaschine 61 als Pumpe betrieben und kann sich nur drehen, wenn das einge- brachte Drehmoment vom Fahrzeug größer ist als das vom bestehenden Druck aufgebrachte Stützmoment.

Das vom bestehenden Druck aufgebrachte Stützmoment ist in Figur 3 durch ei- nen Pfeil 73 angedeutet. Das vom Fahrzeug eingebrachte Drehmoment ist in Figur 3 durch einen Pfeil 74 angedeutet.

Claims

Ansprüche

1 . Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1 ;51 ), der mindestens eine hydraulische Antriebseinrichtung (10;60) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung (10;60) verwendet wird, um in einem speziellen Betriebszustand, wie einem Berganfahrvorgang, ein solches Abtriebsmoment bereitzustellen, dass ein Wegbewegen eines mit dem Antriebsstrang (1 ;51 ) ausgestatteten Kraftfahrzeugs verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem speziellen Betriebszustand erkannt wird, dass eine Bremseinrichtung deaktiviert wird und eine Fahrstufe oder ein Gang eingelegt ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Raddrehzahl als Führungsgröße verwendet wird, um das durch die hydraulische Antriebseinrichtung (10;60) bereitgestellte Antriebsmoment zu regeln.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ventileinrichtung (68) zwischen einem Ausgang einer Hydraulikmaschine (61 ) und einem Druckspeicher (67) geschlossen wird, um das Wegbewegen des mit dem Antriebsstrang (51 ) ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hydraulikmaschine (61 ) ein relativ großer negativer Schwenkwinkel eingestellt wird, um das Wegbewegen des mit dem Antriebsstrang (51 ) ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorhandener Hydraulikdruck der hydraulischen Antriebs- einrichtung (10;60) verwendet wird, um das Wegbewegen des mit dem Antriebsstrang (1 ;51 ) ausgestatteten Kraftfahrzeugs zu verhindern.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein an einem Getriebeausgang bereitgestelltes Drehmoment größer als ein Stützmoment ist, das durch den vorhandenen Hydraulikdruck mit der hydraulischen Antriebseinrichtung (10;60) erzeugt wird.

8. Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einer hydraulischen Antriebseinrichtung (10;60), der gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird.

9. Antriebsstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung (10;60) mindestens eine Hydraulikmaschine (1 1 ,12;61 ) umfasst.

10. Antriebsstrang nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Antriebseinrichtung einen sekundären Antrieb (10) in einem Hydraulikhybridantriebsstrang (1 ) darstellt, der als primären Antrieb (4) zum Beispiel eine Brennkraftmaschine (6) umfasst.