Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches Hybrid-Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit Antriebsrädern, die Reibungsbremsen zum Ausüben eines Rei- bungsbremsmoments auf die Antriebsräder aufweisen, und ein stufenlos verstellbares Hydraulikgetriebe, das eine motorseitige Hydraulikmaschine und eine mit dieser in direkter Fluidverbindung stehenden radseitigen Hydraulikmaschine aufweist, wobei die Hydraulikmaschinen antriebstechnisch in Reihe und mit den Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden sind, so dass die Hydraulikmaschinen sowohl als Hydraulikpumpen als auch als Hydraulikmotoren betreibbar sind, und mindestens eine Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung, die mit dem Hydraulikgetriebe fluidtechnisch verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Hybrid-Antriebssystems. Das Einsatzgebiet der vorliegenden Erfindung erstreckt sich auf ein Hybridfahrzeug mit seriellem hydraulischen Antriebsstrang und einer Hydraulikfluidenergie- speichervorrichtung zum Betrieb auf öffentlichen Straßen.

Hintergrund der Erfindung

Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb zum Betrieb auf öffentlichen Straßen weisen aufgrund umweltschonender Aspekte eine starke Nachfrage auf. Bei den sich derzeitig auf dem Markt befindlichen Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb handelt es sich um elektrische Hybridantriebe, die einen Verbrennungsmotor und mindestens eine elektrische Maschine, welche sowohl als elektrischer Motor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist, sowie eine elektrische Speichervorrichtung umfas- sen. An Stelle einer elektrischen Speichervorrichtung weisen hydraulische Hybrid- Ant ebssysteme eine Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung auf in der unter Druck stehende Flüssigkeit gespeichert ist und eine Hydraulikmaschine, die sowohl als Hydraulikpumpe als auch als Hydraulikmotor betreibbar ist. Im Betrieb als Hydraulikpumpe übernimmt die Hydraulikmaschine die Aufgabe eines elektrischen Generators und speist Energie in die Speichervorrichtung ein. Im Betrieb als Hydraulikmotor entspricht die Hydraulikmaschine einem Elektromotor, der die Antriebsräder antreibt. Eine Betriebsstrategie für ein Hybridfahrzeug mit seriellem elektrischen Antriebsstrang ist allgemein bekannter Stand der Technik. Die Motorsteuerung eines elektrischen Hybridfahrzeugs beinhaltet eine Drehmomentsteuerung und Drehmomentverteilung sowie eine Betriebsstrategie, welche auf die elektrische Speichervorrichtung und der elektrischen Maschine ausgerichtet ist. Sowohl in den Übergän- gen zwischen verschiedenen Betriebszuständen, als auch bei der Koordination der Momente werden die Besonderheiten eines elektrischen Antriebsstrangs berücksichtigt. Im Wechsel vom Laden zum Entladen der elektrischen Speichervorrichtung limitieren Induktivitäten und Kapazitäten die erreichbaren Schaltzeiten. Jedoch kann eine elektrische Speichervorrichtung unabhängig von seinem Lade- zustand und dem Betrag des momentanen Stromflusses in das Bordnetz geschaltet oder von diesem getrennt werden.

Parallele hydraulische Hybrid-Systeme, welche über eine Hydraulikfluidenergie- speichervorrichtung verfügen, jedoch nicht über einen hydraulischen Antriebsstrang sind ebenfalls Stand der Technik und werden insbesondere in HRB (Hydro- statisch Regeneratives Bremssystem)-Müllfahrzeugen betrieben.

Aus der WO 2006/055978 A1 geht ein elektrohydraulisches Hybrid- Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug hervor, bei welchem eine elektrische Maschine, die sowohl als Elektromotor als auch als elektrischer Generator betreibbar ist, von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die elektrische Maschine ist über eine direkte Kupplung mit einer ersten von zwei Hydraulikmaschinen, welche zusammen ein Hydraulikgetriebe bilden, betriebstechnisch verbunden, wobei die elektrische Maschine und die motorseitige Hydraulikmaschine mit dem Verbrennungsmotor parallel gekoppelt sind. Zur Energiespeicherung dienen eine fluid- technisch mit dem Hydraulikgetriebe verbundene Hydraulikfluidenergiespeicher- Vorrichtung, sowie eine elektrische Batterie und eine Superkondensatorbank, welche betriebstechnisch mit der elektrischen Maschine verbunden sind.

Offenbarung der Erfindung Ausgehend von dem vorgehend genannten Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hydraulisches Hybrid-Antriebssystems dahingehend zu verbessern, dass die motorseitige Hydraulikmaschine über eine Hochdruckhydraulikleitung und eine Niederdruckhydraulikleitung fluidtechnisch an die radseitige Hydraulikmaschine verbunden ist.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem hydraulischen Hybrid-Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den nachfolgenden abhängigen Ansprüchen hervor. Verfahrenstechnisch die Aufgabe durch Anspruch 4 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung fluidtechnisch mit der Hochdruckhydraulikleitung verbunden. Dies ermöglicht eine Entleerung der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung, die zu einer Entlastung des Verbren- nungsmotors und einer damit verbundenen Kraftstoffeinsparung führt. Durch die Entleerung der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung wird die radseitige Hydraulikmaschine angetrieben, die wiederum das Antriebsdrehmoment über eine Welle auf die Antriebsräder überträgt. Vorzugsweise ist ein Verbrennungsmotor über eine Kupplung an die motorseitige Hydraulikmaschine gekoppelt. Dadurch überträgt der Verbrennungsmotor das er- zeugte Drehmoment auf die motorseitige Hydraulikmaschine, die wiederum über die Hochdruckhydraulikleitung und die radseitige Hydraulikmaschine das Drehmoment an die Antriebsräder leitet. Ein vom gegenwärtigen Raddrehmoment unabhängiger Betrieb des Verbrennungsmotors wird durch diese Anordnung und ei- ner Betriebsstrategie möglich, wobei der Verbrennungsmotor bei einer optimalen Drehzahl arbeitet und somit einen hohen Wirkungsgrad aufweist. Sofern das Drehmoment des Verbrennungsmotors nicht benötigt wird, kann sein Betrieb eingestellt werden. Zum Betreiben des zuvor beschriebenen hydraulischen Hybrid-Antriebssystems wird ferner ein Verfahren angegeben mit welchem Betriebszustände zur Druck- und Flussanpassung vor und nach einem Schubbetrieb durchlaufen werden, um Druckschläge und Schockwellen im hydraulischen Hybrid-Antriebssystem zu vermeiden, wobei der Schubbetrieb durch eine Entladung der Hydraulikfluidenergie- Speichervorrichtung realisiert wird. Dies ist insbesondere zur Ankopplung des Speichers am hydraulischen Hybrid-Antriebssystem nötig. Durch den hohen Druck, welcher in der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung bei einem hohen Ladezustand gespeichert ist, würde ein Öffnen der Hydraulikfluidenergiespeicher- vorrichtung zwecks Entlastung des Verbrennungsmotors, mit einem Druckschlag in der Hochdruckhydraulikleitung einhergehen, da die Hochdruckhydraulikleitung gegenwärtig einen geringeren Druck als die Hydraulikfluidenergiespeichervorrich- tung aufweist. Dieser Druckschlag wäre für die Insassen des Kraftfahrzeuges deutlich spürbar und würde als unangenehm empfunden werden. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt insbesondere darin, dass das Kraftfahrzeug mit mindestens einem Schubbetrieb, mindestens einem Pre- Schubbetrieb, mindestens einem Post-Schubbetrieb und/oder mindestens einem regenerativem Bremsbetrieb betrieben wird. Diese Betriebsmodi dienen zum Beschleunigen und Abbremsen des Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus ist ein Schleich- Vorgang vorgesehen, welcher eingeleitet wird wenn das Bremspedal gelöst und der Ganghebel auf die Position D (Vorwärts) oder R (Rückwärts) gesetzt ist. Dabei wird über die radseitige Hydraulikmaschine ein kalibrierbares minimales Drehmoment auf die Räder geleitet, wodurch eine sehr geringe Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht wird. In einem Grundbetrieb treibt der Verbrennungsmotor die motorseiti- ge Hydraulikmaschine an, wobei die motorseitige Hydraulikmaschine den Bedarf an Druck in der Hochdruckhydraulikleitung der radseitigen Hydraulikmaschine deckt, welche für das Drehmoment der Antriebsräder sorgt.

Vorzugsweise wird vor dem Schubbetrieb der Pre-Schubbetrieb durchlaufen, wobei der Druck in einer Hochdruckhydraulikleitung an dem Druck in der Hydraulik- fluidenergiespeichervorrichtung anpasst wird. Durch diese Druckanpassung werden Druckschläge in der Hochdruckhydraulikleitung vermieden. Der Pre-Schub- Betrieb wird eingeleitet, wenn der Schubbetrieb durch Freigabebedingungen aktiviert ist, die Nachfrage des Fahrers an Drehmoment einen Grenzwert überschreitet und der Druck der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung deutlich höher als der Druck in der Hochdruckhydraulikleitung ist. Der Druck aus der Hydraulikfluid- energiespeichervorrichtung liefert einen positiven Drehmomentbeitrag.

Gemäß einer die Erfindung weiter verbessernden Maßnahme wird zur Druckanpassung in der Hochdruckhydraulikleitung ein virtuelles Leerlaufdrehmoment be- rechnet, welches durch eine Flussanpassung der radseitigen Hydraulikmaschine bereitgestellt wird. Der Druck in der Hochdruckhydraulikleitung steigt stetig an, so dass beim Erreichen eines Druckbetrages der dem Druckbetrag der Hydraulik- fluidenergiespeichervorrichtung entspricht ein Ventil der Hydraulikfluidenergiespei- chervorrichtung geöffnet wird, wodurch die Hochdruckhydraulikleitung mit dem Druck aus der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung gespeist wird. Dies führt zu einer Entlastung des Verbrennungsmotors, die sich in einer Kraftstoffeinspa- rung niederschlägt. Während des Schubbetriebs, wird der Druck in der Hochdruckhydraulikleitung entsprechend der Abnahme des Druckes in der Hydraulik- fluidenergiespeichervorrichtung abnehmen, da die motorseitige Hydraulikmaschi- ne im Schubbetrieb keinen Druck generiert. Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass nach dem Schubbetrieb ein Post- Schubbetrieb durchlaufen wird, bei dem eine Entladung der Hydraulikfluidenergie- speichervorrichtung und der damit verbundene Druckabfall in der Hochdruckhydraulikleitung durch eine Zuschaltung der motorseitigen Hydraulikmaschine kom- pensiert wird. Während des Post-Schubbetriebs wird die motorseitige Hydraulikmaschine aktiviert und beginnt wieder mit der Generierung von Druck für die Hochdruckhydraulikleitung. Die Absicht, ist die Leitungsdruckabnahme zu verlangsamen und den Speicherfluss sanft zu stoppen. Vorzugsweise wird die Zuschaltung der motorseitigen Hydraulikmaschine bei einem Ladezustand der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung von weniger als 30% vorgesehen. Ein Ladezustand von weniger als 30% geht mit einem spezifischen Grenzwert des Drucks in der Hochdruckhydraulikleitung einher und leitet den Post-Schubbetrieb ein. Durch das Abfangen des Druckabfalls wird einem Druckschlag beim Wiederantrieb einer völlig entladenen Hochdruckhydraulikleitung vorgebeugt, die von einer völlig entladenen Hydraulikfluidenergiespeichervor- richtung herrührt. Der Post-Schubbetrieb wird durch den Grundbetrieb ersetzt, sobald der Druck in der Hochdruckleitung einen Grenzwert erreicht und der Ladezustand der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung unter einem Grenzwert fällt.

Des Weiteren bevorzugt wird zum Aufladen der Hydraulikfluidenergiespeichervor- richtung der regenerative Bremsbetrieb vorgesehen, wobei die radseitige Hydraulikmaschine als Hydraulikpumpe fungiert, wodurch der Druck und somit auch die Energie in der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung erhöht wird. Der regenera- tive Bremsbetrieb ist abhängig von dem benötigten negativen Raddrehmoment, einigen Freigabebedingungen und einer minimalen Zeit. Dieser Betrieb wird verlassen, sobald der Ladezustand der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung einen Grenzwert übersteigt, eine der Freigabebedingungen nicht erfüllt wird, das benötigte negative Raddrehmoment einen Grenzwert übersteigt oder die Fahr- Zeuggeschwindigkeit unter einem Grenzwert fällt. Nach der Aktivierung des regenerativen Bremsvorgangs übermittelt ein Hybridsteuergerät das gegenwärtige re- generative Bremsdrehmonnent zu einem Brems-Motorsteuergerät. Das Brems- Motorsteuergerät verteilt das verbliebene Drehmoment an die Reibungsbremsen, so dass sich das benötigte Bremsdrehmoment aus dem gegenwärtigen regenerativen Bremsdrehmoment und dem Reibungsbremsendrehmoment zusammen- setzt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemein- sam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Es zeigen

Fig.1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Hybrid-Antriebssystems und

Fig.2 ein Flussdiagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines hydraulischen Hybrid-Antriebssystems.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Gemäß Fig.1 besteht das erfindungsgemäße hydraulische Hybridantriebssystem 1 für ein Kraftfahrzeug aus Antriebsräder 2, die Reibungsbremsen 3 zum Ausüben eines Reibungsbremsmoments auf die Antriebsräder 2, und ein stufenlos verstellbares Hydraulikgetriebe 4, das eine motorseitige Hydraulikmaschine 5 und eine mit dieser in direkter Fluidverbindung stehenden radseitigen Hydraulikmaschine 6 aufweist. Die Hydraulikmaschinen 5, 6 sind antriebstechnisch in Reihe und mit den Antriebsrädern 2 des Kraftfahrzeugs verbunden, so dass die Hydraulikmaschinen 5, 6 sowohl als Hydraulikpumpen als auch als Hydraulikmotoren betreibbar sind. Des Weiteren ist eine Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7 fluidtechnisch über eine Hochdruckhydraulikleitung 8 mit dem Hydraulikgetriebe 4 verbunden. Die motorseitige Hydraulikmaschine 5 ist über die Hochdruckhydraulikleitung 8 und eine Niederdruckhydraulikleitung 9 fluidtechnisch an die radseitige Hydraulik- maschine 6 verbunden. Ein Verbrennungsmotor 10 ist über eine Kupplung 1 1 an die motorseitige Hydraulikmaschine 5 gekoppelt und treibt diese an. Nach Figur 2 befindet sich das Kraftfahrzeug nach dem Motorstart in einem Leerlaufbetrieb 18. Durch das Einlegen eines Gangs geht das Fahrzeug in den

Schleichbetrieb 17 über, wodurch ein geringes Drehmoment auf die Antriebsräder 2 übertragen wird. Aus dem Schleichvorgang, kann das Kraftfahrzeug entweder in den Grundbetrieb 16 oder in den Pre-Schubbetrieb 13 übergehen, wobei die Wahl des Betriebszustandes von mehreren Faktoren abhängig ist.

Im Grundbetrieb 17 speist der Verbrennungsmotor 10 über die motorseitige Hydraulikmaschine 5 die Hochdruckhydraulikleitung 8 und treibt dadurch die radseitige Hydraulikmaschine 6 an, die wiederum die Antriebsräder 2 antreibt.

Während des Pre-Schubbetriebs 13 wird der Druck in der Hochdruckhydraulikleitung 8 an dem Druck in der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7 anpasst, sofern die Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7 einen ausreichen hohen Ladezustand aufweist. Zur Druckanpassung in der Hochdruckhydraulikleitung 8 wird ein virtuelles Leerlaufdrehmoment berechnet, welches durch eine Flussanpassung der radseitigen Hydraulikmaschine 6 bereitgestellt wird.

Nach dem Pre-Schubbetrieb 13 wird der Schubbetrieb 12 eingeleitet. Während des Schubbetriebs 12, wird der Druck in der Hochdruckhydraulikleitung 8 entspre- chend der Abnahme des Druckes in der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7 abnehmen, da die motorseitige Hydraulikmaschine 5 im Schubbetrieb keinen Druck generiert.

Bei einem Ladezustand der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7 von weni- ger als 30% wird der Post-Schubbetrieb 14 eingeleitet. Während des Post- Schubbetriebs 14 wird die motorseitige Hydraulikmaschine 5 aktiviert und beginnt wieder mit der Generierung von Druck für die Hochdruckhydraulikleitung 8, um die Leitungsdruckabnahme zu verlangsamen und den Speicherfluss sanft zu stoppen.

Ein Übergang in den Grundbetrieb 16 ist sowohl aus dem Schubbetrieb 12 als auch aus dem Post-Schubbetrieb 14 möglich.

Der regenerative Bremsbetrieb 15 wird aus dem Grundbetrieb 16 erreicht. Dieser dient zum Aufladen der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7, wobei die rad- seitige Hydraulikmaschine 6 als Hydraulikpumpe fungiert, wodurch der Druck und somit auch die Energie in der Hydraulikfluidenergiespeichervorrichtung 7 erhöht wird.