CN107878207B - 机动车和用于运行机动车的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车，具有至少一个动力传动系部件(10、11)和/或至少一个车轮支承件(12)，其中，设有再生制动器(2)、直流转换器(7)和用于加热动力传动系部件(10、11)和/或车轮支承件(12)的加热装置(8)，所述直流转换器在输入侧与再生制动器(2)连接，在输出侧与加热装置(8)连接，并被设计用于降低由再生制动器提供的再生功率的电压等级。

Description

机动车和用于运行机动车的方法
技术领域
本发明涉及一种机动车，包括至少一个动力传动系部件和/或至少一个车轮支承件。
背景技术
机动车包括动力传动系，该动力传动系通过动力传动系部件将内燃机和/或电机产生的驱动功率传输到通过车轮支承件支承的车轮上并因此用于使机动车在地面上运动。在此为了减小在动力传动系部件中和/或车轮支承件中的摩擦，使用润滑剂，该润滑剂显著地改善了功率传输的效率。
然而通常所使用的润滑剂在低温时比在较高温度时具有较高的粘性。例如在机动车冷起动的情况下，在环境温度低时出现显著的效率损失，该效率损失限制了机动车的能效。
发明内容
因此本发明的目的是，通过机动车的动力传动系以能效高地且消耗更少的方式实施功率传输。
上述目的在开头所述类型的机动车中根据本发明由此实现，即设置再生制动器、直流转换器和用于加热动力传动系部件和/或车轮支承件、特别是轮毂轴承的加热装置，该直流转换器在输入侧与再生制动器连接，在输出侧与加热装置连接，并被设计用于降低由再生制动器提供的再生功率的电压等级(Spannungslage)。
本发明基于如下考虑，使用在机动车减速时借助于再生制动器被转换为电能的动能来运行加热装置，该加热装置加热动力传动系部件或车轮支承件，特别是通过减小在该处被施加的用于减小摩擦的润滑剂的粘性而实现动力传动系部件或车轮支承件的效率改善。在此本发明所利用的是：在要加热动力传动系部件和/或车轮支承件的机动车运行状态中，机动车的被连接用于储存再生功率的电池通常由于温度原因而仅具有有限的荷电能力。换言之，不能有效地储存在电池中的部分再生功率被用于加热动力传动系部件和/或车轮支承件，并因此尽管荷电能力有限也能够被用于改善机动车的总效率。优选将机动车的变速器和/或差速器设置为一个或多个动力传动系部件。
本发明的附加优点从使用直流转换器中获得，该直流转换器连接在再生制动器和加热装置之间。由于再生功率通常馈入到机动车的具有作为高电压电池设计的电池的高电压电网中，因此与由再生制动器直接供给相比，根据本发明的机动车的加热装置可以以更小的电压运行，因此可以尤其消耗少地实现加热装置。通过降低输送给加热装置的再生功率的电压等级，则可以省去在使用高电压用电器时常见的特殊措施、如成本高的触摸保护措施。由于在例如300瓦至500瓦的加热功率的情况下，现代直流转换器的损耗功率通常小到为6瓦至10瓦，所以对总能量平衡的影响可忽略。
在直流转换器的具体的布置结构方面，一方面可以实现：该直流转换器将机动车的、包括电池和再生制动器的高电压车载电网与机动车的、分配有加热装置和其他低电压用电器的低电压车载电网耦合。另选地也可以实现：加热装置布置在与机动车的低电压车载电网分开的子车载电网中，其中特别是在低电压车载电网中的用电器的总数可以高于在包括加热装置的子车载电网中的用电器的总数。
在根据本发明的机动车中，可以借助于直流转换器提供最高60伏的输出侧电压。通常在低于这种电压的情况下可以省去成本高的触摸保护措施。该电压也可以被视为在高电压车载电网和低电压车载电网之间的分界，其中低电压车载电网特别具有12伏、24伏、36伏或48伏的额定电压。
根据本发明的特别优选的实施形式提出一种控制装置，借助于该控制装置能够根据机动车的运行信息和/或环境信息操控加热装置和/或直流转换器。由此保证了，仅在需要时，尤其是在预期能够通过加热改善总效率时，才进行对动力传动系部件和/或车轮支承件的加热。该控制装置为此可以设置为，用于激活加热装置和/或预先规定要由加热装置产生的加热功率。控制装置类似地还可以设置为，按照需要激活或关闭直流转换器，从而尽可能地将直流转换器的损失功率对总效率的影响最小化。
控制装置还可以被设置用于执行控制算法，该控制算法评估运行信息和/或环境信息、描述动力传动系部件和/或车轮支承件的效率模型，其中根据效率模型能够确定要由加热装置提供的加热功率和/或确定加热功率向所述动力传动系部件或所述各动力传动系部件上和/或所述车轮支承件或所述各车轮支承件上的分配。控制装置可以例如设计为微控制器或特定用途的电路(ASIC)，在该微处理器或电路中执行该控制算法。在效率模型方面优选的是，为所述的动力传动系部件或一个相应的动力传动系部件和/或为所述的车轮支承件或一个相应的车轮支承件存储特性曲线，该特性曲线描述该动力传动系部件和/或该车轮支承件关于至少一部分的运行信息和/或环境信息的效率。换言之，该效率模型显示了所述的动力传动系部件或一个相应的动力传动系部件和/或所述的车轮支承件或一个相应的车轮支承件与温度相关的效率。基于该特性曲线可以借助于由控制算法描述的优化方法确定加热功率的最佳分配方式。该加热装置还可以包括多个加热元件，其中每个相应的加热元件被对应配设给一个待加热的动力传动系部件以及一个待加热的车轮支承件，其中每个相应的加热元件可以由控制装置操控。
此外尤其优选的是，运行信息描述机动车的被连接用于储存再生功率的电池的荷电状态和/或电池温度。基于荷电状态(State of Charge–SoC)和电池温度可以例如确定电池对再生功率的接收能力，并导出有多少再生功率被提供用于加热装置的运行。在此另选或附加地提出，运行信息描述至少一个在所述动力传动系部件或一个动力传动系部件上和/或在所述车轮支承件或一个车轮支承件上检测到的温度。由这种运行信息中可以导出，对动力传动系部件以及车轮支承件的加热是否会造成进一步的效率改善。对此适宜在动力传动系部件和/或车轮支承件上设置温度传感器。
另外特别有利的是，环境信息描述机动车的环境温度，在此在确定为运行加热装置所使用的再生功率份额时，替代或补充于荷电状态，还可以考虑该环境温度。可能情况下，例如在机动车的冷起动时，从环境温度中还可以推断出动力传动系部件和/或车轮支承件的温度。环境信息还可以描述预测的或由导航装置提供的路段数据。从这种路段数据中可以确定机动车的预期行驶状态，并实现对加热功率分配的提前控制。
最后控制装置被设置用于，在温度和/或荷电状态达到阈值时使加热开始。该阈值描述例如限定温度，低于该限定温度时开始运行加热装置。类似地也可以规定限定荷电状态，高于该荷电状态时开始运行加热装置。
本发明的目的还通过一种用于运行机动车的方法实现，其中借助于加热装置加热机动车的至少一个动力传动系部件和/或至少一个车轮支承件，在输入与再生制动器连接并在输出侧与加热装置连接的直流转换器降低由再生制动器提供的再生功率的电压等级。
在根据本发明的方法中可以规定，直流转换器提供最高60伏的输出侧电压。
按照根据本发明的方法的特别优选的实施形式，机动车的控制装置根据机动车的运行信息和/或环境信息操控加热装置和/或直流转换器。
控制装置还可以执行控制算法，该控制算法评估运行信息和/或环境信息、描述动力传动系部件和/或车轮支承件的效率模型，其中根据该效率模型确定要由加热装置提供的加热功率和/或加热功率向动力传动系部件上和/或车轮支承件上的分配。
特别优选的是，运行信息描述机动车的被连接用于储存再生功率的电池的荷电状态和/或电池温度，和/或描述至少一个在动力传动系部件上和/或车轮支承件上检测到的温度；并且/或者环境信息描述机动车的环境温度和/或预测的或由导航装置提供的路段数据。
合适的是，控制装置在温度和/或荷电状态达到阈值时使加热开始。
根据本发明的机动车的所有的实施方案都可以类似地转用于根据本发明的方法，从而通过根据本发明的方法也能实现之前所述的优点。
附图说明
从下面描述的实施例以及根据附图得到本发明的其它优点和细节。附图是示意图并示出：
图1示出根据本发明的机动车的实施例的原理图；
图2示出根据本发明的机动车的另一实施例的原理图。
具体实施方式
图1示出机动车1的原理图，该机动车具有再生制动器2，该再生制动器在机动车1减速时向包括电池3的高电压车载电网4中馈入再生功率。该高电压车载电网还通过联接直流转换器5与低电压车载电网6耦合，该低电压车载电网为机动车的多个未示出的用电器供电并具有例如12、24、36或48伏的额定电压。
机动车1还包括另一直流转换器7，该直流转换器在输入侧与再生制动器2连接并在输出侧与加热装置8连接。该加热装置8具有多个加热元件9，这些加热元件与多个动力传动系部件10、11和多个车轮支承件12热耦合，由于清晰性的原因对车轮支承件仅示出其中的一个。在此动力传动系部件10是机动车1的变速器，动力传动系部件11是机动车1的差速器。已知机动车1在传输由内燃机和/或电机产生的驱动功率方面的总效率与动力传动系部件10、11和车轮支承件12的温度相关，这是因为为了减小摩擦所使用的润滑剂在较高的温度时比在低温时具有更好的润滑效果。由再生制动器2向加热装置8提供的再生功率的电压等级在此借助于直流转换器7被降低到低于60伏的电压，但至少降低到例如12伏，从而可以省去成本高的触电保护措施。
机动车1的特征在于，机动车具有控制装置13，该控制装置获取作为输入数据的运行信息，该运行信息描述动力传动系部件10、11和车轮支承件12的温度。为此在动力传动系部件10、11和车轮支承件12上设置温度传感器14。运行信息还描述电池3的荷电状态(Stateof Charge-SoC)和温度，该运行信息由电池控制器15提供。控制装置13从机动车的导航系统16中获得环境信息形式的输入数据，该导航系统提供描述未来的行驶路段的路段数据。另选地还可以以其它方式、例如基于由机动车1的驾驶员确定的行驶特性来确定预测的路段数据。该环境信息还描述机动车1的借助于环境温度传感器17确定的环境温度。
控制装置13包括微控制器或特定用途的电路(ASIC)，通过该微控制器或电路实施描述动力传动系部件10、11和车轮支承件12的效率模型的控制算法。根据该效率模型确定要由加热装置8提供的加热功率和该加热功率向动力传动系部件10、11和车轮支承件12上的分配。为此在控制装置13中存储各个动力传动系部件10、11和车轮支承件12的效率的特性曲线，例如以查阅表的形式存储。
控制装置13根据描述动力传动系部件10、11和车轮支承件12的温度的运行信息首先确定：这些温度中的一个或多个是否低于限定温度形式的阈值，和/或电池3的荷电状态是否超过限定荷电状态。如果是肯定情况，则控制装置13根据描述电池3的荷电状态和温度的运行信息确定：在电池3中能够存储多少再生功率以及对于加热装置8的运行可使用多少再生功率。随后，根据由温度传感器14提供的运行信息和路段数据，基于模型的控制算法在参照特性曲线的情况下确定加热功率向动力传动系部件10、11和车轮支承件12上的效率最优的分配。在此控制装置13还考虑路段数据以用于预先规划对加热功率的分配。除了考虑动力传动系部件和车轮支承件的温度外，另选或补充地还可以使用借助于环境温度传感器17检测到的环境温度。控制装置13然后激活直流转换器7以用于允许从再生制动器2向加热装置8输送功率，并根据加热功率的效率最优的分配方式操控加热元件9。
因此多余的、未能被电池3接收的再生功率被用于加热动力传动系部件10、11和车轮支承件12。通过这种加热可以容易地、特别是在机动车1的冷起动后在将驱动功率传输到机动车1的车轮方面实现最佳的运行状态。
图2示出机动车1的另一实施例的原理图，其与在图1中示出的实施例的不同之处是，加热装置8是低电压车载电网6的部件，即除了机动车1的其他用电器外，加热装置也由未示出的低电压电池和具有例如12、24、36或48伏的额定电压的经转换的再生功率供电。直流转换器7在这种情况下也承担联接直流转换器5的功能。

Claims (10)

1.一种机动车，具有至少一个动力传动系部件(10、11)和/或至少一个车轮支承件(12)，其特征在于，设有再生制动器(2)、直流转换器(7)和用于加热动力传动系部件(10、11)和/或车轮支承件(12)的加热装置(8)，所述直流转换器在输入侧与再生制动器(2)连接，在输出侧与加热装置(8)连接，并被设计用于降低由再生制动器(2)提供的再生功率的电压等级，设置控制装置(13)，借助于该控制装置能根据机动车(1)的运行信息和/或环境信息操控加热装置(8)和/或直流转换器(7)，控制装置(13)被设置用于执行控制算法，该控制算法评估运行信息和/或环境信息、描述动力传动系部件(10、11)和/或车轮支承件(12)的效率模型，其中根据效率模型能够确定要由加热装置(8)提供的加热功率和/或确定加热功率向所述动力传动系部件(10、11)或所述各动力传动系部件上和/或所述车轮支承件或所述各车轮支承件(12)上的分配。
2.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，借助于直流转换器(7)能提供最高60伏的输出侧电压。
3.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，所述运行信息描述机动车(1)的被连接用于储存再生功率的电池(3)的荷电状态和/或电池温度，和/或描述至少一个在所述动力传动系部件(10、11)或一个动力传动系部件上检测到的和/或在所述车轮支承件(12)或一个车轮支承件上检测到的温度；并且/或者所述环境信息描述机动车(1)的环境温度和/或预测的或由导航装置(16)提供的路段数据。
4.根据权利要求3所述的机动车，其特征在于，控制装置(13)被设置用于，在温度和/或荷电状态达到阈值时使加热开始。
5.一种用于运行根据权利要求1-4中任一项所述的机动车(1)的方法，其中借助于加热装置(8)加热机动车(1)的至少一个动力传动系部件(10、11)和/或至少一个车轮支承件(12)，在输入侧与再生制动器(2)连接并在输出侧与加热装置(8)连接的直流转换器(7)降低由再生制动器(2)提供的再生功率的电压等级。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，直流转换器(7)提供最高60伏的输出侧电压。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，机动车(1)的控制装置(13)根据机动车(1)的运行信息和/或环境信息操控加热装置(8)和/或直流转换器(7)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制装置(13)执行控制算法，该控制算法评估运行信息和/或环境信息、描述动力传动系部件(10、11)和/或车轮支承件(12)的效率模型，其中根据该效率模型确定要由加热装置(8)提供的加热功率和/或加热功率向动力传动系部件(10、11)上和/或所述车轮支承件(12)或所述各车轮支承件上的分配。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述运行信息描述机动车(1)的被连接用于储存再生功率的电池(3)的荷电状态和/或电池温度，和/或描述至少一个在动力传动系部件(10、11)上和/或在车轮支承件(12)上检测到的温度；并且/或者所述环境信息描述机动车(1)的环境温度和/或预测的或由导航装置(16)提供的路段数据。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在温度和/或荷电状态达到阈值时，控制装置(13)使加热开始。
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