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Diese Offenbarung betrifft Hybridelektrokraftfahrzeuge und das Ausgleichen von Höhenbedingungen beim Einstellen einer Zielmotordrehzahl.
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Hybridelektrokraftfahrzeuge können einen Generator umfassen, der zum Steuern der Drehzahl eines Motors verwendet wird. In Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf können Drehzahl und Drehmoment des Motors aufgrund einer kalibrierbaren Karte ausgewählt werden, die als Energieverwaltungssystem-(„energy management system“, EMS)Karte bezeichnet werden kann. Die EMS-Karte ist so kalibriert, dass die die gewünschte Kraftstoffökonomie und diverse andere Erwägungen, wie z.B. Leistung, Emissionen und Fahrzeuggeräusch, Erschütterung und Härte, erfüllt. Die EMS-Karte ist im Allgemeinen anhand der Motorleistung auf Meeresniveau kalibriert.
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Bei manchen Umweltbedingungen, wie z.B. bei größeren Höhen oder hohen Umgebungstemperaturen kann das erreichbare Drehmoment des Motors bei manchen oder allen Motordrehzahlen reduziert sein. Bei manchen Bedingungen kann der Motor nicht imstande sein, das von der EMS-Karte bei der Zieldrehzahl angegebene Drehmoment bereitzustellen, daher führt der Motor bei der EMS-Zieldrehzahl nicht die angeforderte Leistung zu. Die Motordrehzahl sollte dann bis zu einem Punkt erhöht werden, an dem der Motor ausreichend Drehmoment erreichen kann, um den Leistungsbedarf zu erfüllen.
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Ein Verfahren zur Steuerung des Motors unter solchen Bedingungen nach dem Stand der Technik beinhaltet das Erhöhen der Motorleistungsanforderung, bis die gewünschte Motorleistung bereitgestellt ist, wie in 1 veranschaulicht. Darin ist die Darstellung einer EMS-Kurve zu sehen, die eine Zielmotordrehzahl und ein Motordrehmoment für eine bestimmte Leistungsanforderung bereitstellt. Hier entspricht die gewünschte Leistung einer EMS-Drehzahl und einem EMS-Drehmoment, wie an Punkt A angegeben. Eine Steuerung befiehlt dem Motor, auf die dem Punkt A zugeordnete EMS-Drehzahl zu kommen. Aufgrund einer Umweltbedingung, wie z.B. größerer Höhe, ist jedoch das maximale Motordrehmoment bei der EMS-Drehzahl reduziert, wie durch Punkt A' angezeigt wird. Folglich ist die gebotene Leistung geringer als die gewünschte Leistung. Infolge dieses Leistungsdefizits erhöht die Steuerung die Leistungsanforderung. Mit zunehmender Leistungsanforderung nimmt die befohlene Motordrehzahl entlang der EMS-Kurve zu, bis Punkt B erreicht ist. Am Punkt B entsprechen die EMS-Drehzahl und das reduzierte maximale Drehmoment dem Punkt B'. Die Motorleistung an Punkt B' ist gleich der EMS-Leistung an Punkt A, somit ist die gewünschte Leistung erreicht. Da die gewünschte Leistung erreicht ist, hält die Steuerung die befohlene Motordrehzahl B, bis die gewünschte Motorleistung sich ändert.
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Dieses Verfahren mag zwar für manche Anwendungen geeignet sein, ist jedoch relativ zeitintensiv, da die Motordrehmomenterzeugung aufgrund von Wirkungen wie Krümmerfüllung und Verbrennungsverzögerungen gegenüber einer Motordrehmomentanforderung verzögert erfolgt. Folglich muss jedweder Rückführungsmechanismus warten, bis das Drehmoment hergestellt ist, bevor bestimmt werden kann, ob ein Leistungsdefizit vorliegt, und die Leistung weiter erhöht werden kann. Außerdem wird durch dieses Verfahren die Motordrehzahl nur so lange erhöht, bis die zugeführte Motorleistung der gewünschten Motorleistung entspricht. Daher arbeitet der Motor an seiner oberen Drehmomentgrenze. Während des stationären Betriebs kann das ungünstig sein, da ein gewisses Niveau an Motordrehmomentreserve beibehalten werden sollte, für den Fall dass das Gaspedal weiter gedrückt wird („tip in“), und um ausreichend Vakuum für AGR und Kanisterreinigung bereitzustellen. Außerdem kann es, wenn das Gaspedal losgelassen wird („tip out“), eine Zeit dauern, bis die tatsächliche Motordrehzahl die neue, geringere EMS-Zielgeschwindigkeit erreicht. Während dieser Zeit kann die zusätzliche Motorleistung, die erforderlich war, um die reduzierte Motordrehmomentfähigkeit auszugleichen, erreichbar sein, was zu einer Überproduktion an Motorleistung und zum möglichen Überladen der Batterie führt. Ein weiteres Verfahren nach dem Stand der Technik beinhaltet eine Motorsteuerung, die eine Tabelle von maximalen erreichbaren Motordrehmomentwerten bei jeweils vorbestimmten Motordrehzahlen errechnet. Diese errechneten Werte werden in eine Tabelle übertragen, die maximale Motorleistung als Funktion der Motordrehzahl enthält. Anschließend erfolgt eine Interpolation an der Tabelle, um die geringste Motordrehzahl zu ermitteln, bei der eine gewünschte Motorleistung erreichbar ist. Dieser Vorgang wird während jeder Ausführungsschleife des Algorithmus wiederholt. Bei Höhenbedingungen kann die Motordrehzahl aus diesem Algorithmus dazu verwendet werden, die Drehzahl von der EMS-Karte zu übersteuern. Dieses Verfahren kann für manche Anwendungen auch unbefriedigend sein, weil es hochgradig prozessorintensiv ist und identische Berechnungen bei vielen verschiedenen Motordrehzahlen für jede Ausführungsschleife erfordert.
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Ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridelektrokraftfahrzeugs gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfassen das Befehlen, dass ein Motor mit einer Zielmotordrehzahl läuft, der die optimale Motordrehzahl für Kraftstoffeffizienz übersteigt. Dieses Befehlen erfolgt als Antwort auf reduziertes erreichbares Motordrehmoment. Bei der Zielmotordrehzahl übersteigt ein berechnetes maximales Motordrehmoment das zur Erfüllung einer Fahrerleistungsanforderung erforderliche Drehmoment.
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Manche Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens umfassen ferner das Berechnen eines bei der Zielmotordrehzahl erreichbaren Motordrehmoments, wobei das erreichbare Motordrehmoment gleich ist wie das berechnete maximale Motordrehmoment abzüglich einer Drehmomentreserve, um das Motorvakuum aufrechtzuerhalten. Dann wird die bei der Zielmotordrehzahl erreichbare Motorleistung berechnet, wobei die erreichbare Motorleistung gleich dem Produkt der Zielmotordrehzahl und des erreichbaren Motordrehmoments ist. Anschließend wird eine Leistungsdifferenz zwischen der Fahrerleistungsanforderung und der erreichbaren Motorleistung berechnet, und die Zielmotordrehzahl wird in Abhängigkeit von der Leistungsdifferenz eingestellt. In manchen solchen Ausführungsformen umfasst das Einstellen der Zielmotordrehzahl das Beschränken der eingestellten Zielmotordrehzahl, sodass diese größer oder gleich der auf Kraftstoffeffizienz hin optimierten Motordrehzahl ist. Das Einstellen der Zielmotordrehzahl kann auch das Erhöhen der Zielmotordrehzahl, bis die Leistungsdifferenz einen kalibrierbaren Grenzwert unterschreitet, umfassen.
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Das berechnete maximale Drehmoment bei der Zielmotordrehzahl kann die Fahrerleistungsanforderung bei der Zieldrehzahl erfüllen und eine Drehmomentreserve beibehalten, um das Motorvakuum aufrechtzuerhalten. Die Drehmomentreserve kann mit der Motordrehzahl variieren.
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Ein Hybridelektrokraftfahrzeug gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Motor und eine Steuerung. Die Steuerung ist so programmiert, dass sie in Abhängigkeit von einer Fahrerleistungsanforderung eine Zielmotordrehzahl einstellt und die Zielmotordrehzahl erhöht, wenn ein berechnetes erreichbares Drehmoment bei der ersten Zielmotordrehzahl nicht ausreicht, um die Fahrerleistungsanforderung zu erfüllen.
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In manchen Ausführungsformen ist das berechnete erreichbare Drehmoment bei der ersten Zielmotordrehzahl gleich einem berechneten maximalen Motordrehmoment bei der ersten Zielmotordrehzahl abzüglich einer Drehmomentreserve. In einer solchen Ausführungsform kann das Kraftfahrzeug ferner eine zweite Steuerung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie ein maximales Motordrehmoment bei einer Zielmotordrehzahl berechnet. In diversen Ausführungsformen ist die erste Zielmotordrehzahl auf Kraftstoffökonomie bei der Fahrerleistungsanforderung hin optimiert und kann ferner auf zumindest eines von Fahrzeuggeräusch, Fahrzeugleistung, Fahrzeugemissionen oder eine Kombination der oben Genannten hin optimiert sein.
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Ein weiteres Verfahren zur Steuerung eines Hybridelektrokraftfahrzeugs gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst das Steuern der Motordrehzahl in Abhängigkeit einer Differenz zwischen einer Fahrerleistungsanforderung und einer erreichbaren Motorleistung. Die erreichbare Motorleistung ist dabei gleich dem Produkt einer Zielmotordrehzahl und einem erreichbaren Motordrehmoment, das geringer ist als ein berechnetes maximales Motordrehmoment bei der Zielmotordrehzahl.
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Das Steuern der Motordrehzahl kann das Erhöhen der Zielmotordrehzahl, wenn die Fahrerleistungsanforderung die erreichbare Motorleistung übersteigt, umfassen. Das Steuern der Motordrehzahl kann auch das Befehlen einer Motordrehzahl umfassen, die die Zieldrehzahl übersteigt, wobei die erreichbare Motorleistung bei der befohlenen Motordrehzahl zumindest gleich der Fahrerleistungsanforderung ist. Das erreichbare Motordrehmoment kann ein berechneter Wert sein, der gleich einem berechneten maximalen Motordrehmoment bei der Zielmotordrehzahl abzüglich einer Drehmomentreserve ist, um ein Motorvakuum aufrechtzuerhalten. Die Drehmomentreserve kann mit der Motordrehzahl variieren. Die Zielmotordrehzahl kann auf Kraftstoffökonomie, Fahrzeuggeräusch, Fahrzeugleistung und Fahrzeugemissionen oder eine Kombination der oben Genannten hin im Sinne einer bestimmten Motorleistung optimiert sein.
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Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen eine ganze Reihe von Vorteilen bereit. Beispielsweise ermöglichen diverse Ausführungsformen, dass der Motor eine Fahrerleistungsanforderung unter Höhenbedingungen erfüllt, dabei aber auch das Krümmervakuum aufrechterhält. Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen auch eine rasche Antwortzeit bereit, indem sie vor dem Befehlen der Motordrehzahl eine Ausgleichszieldrehzahl berechnen, anstatt vor dem Auswerten der bereitgestellten Leistung darauf zu warten, dass der Motor ein Drehmoment erzeugt.
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Der oben genannte Vorteil und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
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1 zeigt ein Verfahren zum Einstellen einer Motorleistungsanforderung, sodass in Höhenlage eine gewünschte Motorleistung geboten wird, nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt ein repräsentatives Hybridkraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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3 zeigt den Betrieb eines Systems oder Verfahrens zur Steuerung der Motordrehzahl, um eine gewünschte Motorleistung zu bieten, gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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4 ist ein Flussdiagramm, das einen Algorithmus zur Steuerung der Motordrehzahl bei einem Hybridkraftfahrzeug gemäß diversen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und auch andere Ausführungsformen diverse und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabgetreu; manche Merkmale können überzeichnet oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Bestandteile zu zeigen. Daher sind bestimmte hierin offenbarte strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Unterweisung von Fachleuten im vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung.
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Wie Fachleute verstehen werden, können diverse unter Bezugnahme auf die Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen der veranschaulichten Merkmale stellen für typische Anwendungen repräsentative Ausführungsformen bereit. Jedoch können diverse Kombinationen und Modifikationen der Merkmale im Einklang mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erstrebenswert sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Parallelhybridantrieb gezeigt, der als leistungsverzweigter Antrieb oder leistungsverzweigte Konfiguration bezeichnet werden kann. Eine Fahrzeugsystemsteuerung („vehicle system controller“, VSC) 12 wird bereitgestellt und kann im Allgemeinen als Steuerung bezeichnet werden. Die VSC 12 steuert die Leistungsverteilung im Antrieb oder in der Antriebswelle des Kraftfahrzeugs 10. Eine Traktionsbatterie oder Batterie 14 wird bereitgestellt und von der VSC 12 gesteuert. Die Batterie 14 weist eine elektrische Zweiwegverbindung auf, sodass sie z.B. durch Nutzbremsung elektrische Energie aufnimmt und speichert und die Energie auch einer elektrischen Maschine zuführt, die als Motor oder Generator betrieben sein kann, aber im Allgemeinen anhand ihrer Hauptbetriebsart bezeichnet wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die elektrische Maschine durch einen elektrischen Fahrmotor 16 umgesetzt. Ein Wechselrichter 15 ist bereitgestellt, um den elektrischen Strom von der Batterie 14 zum Motor 16 wahlweise zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Der Wechselrichter 15 wandelt Gleichstrom („direct current“, DC) aus der Batterie in Wechselstrom („alternating current“, AC) zum Betrieb der elektrischen Maschine um. Alternativ dazu wandelt während der Nutzbremsung der Wechselrichter 15 AC aus der elektrischen Maschine in DC um, sodass elektrische Leistung in der Batterie 14 gespeichert ist.
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Obwohl das Steuersystem des Kraftfahrzeugs 10 in der Abbildung eine VSC 12 aufweist, kann ein solches Steuersystem nach Bedarf auch mehr als eine Steuerung umfassen. Beispielsweise kann ein eigenes Batteriesteuermodul Ladung, Entladung und Konditionierung der Batterie 14 direkt steuern. Darüber hinaus kann ein eigenes Motorsteuermodul direkt mit dem Motor 16 und den anderen Steuerungen im Kraftfahrzeug 10 verbunden sein. Es versteht sich, dass alle in Erwägung gezogenen Steuerungen des Kraftfahrzeugs 10 als „Steuerung“ bezeichnet werden können und die VSC 12 nicht zwangsläufig auf eine Steuerung beschränkt ist. Gesonderte, zusätzliche Steuerungen und ihre Hierarchie einer repräsentativen Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 2 eingehender beschrieben.
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Ein Verbrennungsmotor („internal combustion engine“, ICE) 18 ist auch eine Leistungsquelle für das Kraftfahrzeug 10. Die VSC 12 in Verbindung mit einer Motorsystemsteuerung („engine system controller“, ESC) 19 steuert den Betrieb des Motors 18. Sowohl der Motor 16 als auch der Motor 18 sind in der Lage, ein Getriebe 20, das Drehmoment letztlich den Rädern des Kraftfahrzeugs 10 zuführt, mit Energie zu versorgen.
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Der Motor 18 überträgt die Leistung an eine Drehmomentantriebswelle 22, die über eine einfache Kupplung mit einem Planetengetriebesatz 24 verbunden ist. Die Antriebswelle 22 treibt den Planetengetriebesatz 24 an, der ein Hohlrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Planetenträgeranordnung 30 umfasst. Die Antriebswelle 22 ist antreibbar mit einer Trägeranordnung 30 verbunden, die, wenn sie angetrieben wird, das Hohlrad 26 und/oder das Sonnenrad 28 drehen kann, welches antreibbar mit einer weiteren elektrischen Maschine verbunden ist, die in erster Linie als Generator 32 fungiert. Der Generator 32 kann mit dem Sonnenrad 28 in Eingriff stehen, sodass der Generator 32 sich entweder mit dem Sonnenrad 28 dreht oder sich mit diesem nicht dreht. Wie der Motor 16 kann der Generator 32 als elektrische Maschine wie zuvor genannt bezeichnet werden, die, wenn sie in anderen Antriebskonfigurationen zum Einsatz kommt, in der Lage ist, sowohl elektrische Leistung zu erzeugen als auch Antriebskraft bereitzustellen.
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Wenn der Motor 18 antreibbar an den Platengetriebesatz 24 gekoppelt ist, erzeugt der Generator 32 Energie als reaktionäres Element auf den Betrieb des Planetengetriebesatzes 24. Von dem Generator 32 erzeugte elektrische Energie wird durch elektrische Verbindungen 36 auf die Batterie 14 übertragen. Die Traktionsbatterie 14 empfängt und speichert auch elektrische Energie durch Nutzbremsung in bekannter Manier. Die Batterie 14 beliefert den Motor 16 zum Betrieb mit der gespeicherten elektrischen Energie. Der vom Motor 18 zum Generator 32 gelieferte Teil kann auch direkt an den Motor 16 übertragen werden. Die Batterie 14, der Motor 16 und der Generator 32 sind durch die elektrischen Verbindungen 36 in einem elektrischen Zweiwegstrompfad in beide Richtungen jeweils miteinander verbunden. Die VSC 12 steuert die Bestandteile im Antrieb, um den die richtige Drehmomentverteilung an die Räder bereitzustellen.
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Es versteht sich, dass der Motor 16 und der Generator 32 beide als elektrische Maschine wie zuvor beschrieben bezeichnet werden können. Jede elektrische Maschine kann als Generator fungieren, indem sie Drehmoment vom Motor 18 aufnimmt und den Umrichter 15 mit AC-Spannung versorgt, der wiederum die Spannung in DC-Spannung umwandelt, um die Batterie 14 zu laden. Die elektrische Maschine kann auch als Generator wirken, indem sie Nutzbremsung nutzt, um die Bremsenergie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie zur Speicherung in der Traktionsbatterie 14 umzuwandeln. Alternativ dazu kann die elektrische Maschine als Motor arbeiten, der Leistung vom Umrichter 15 und von der Batterie 14 empfängt und schließlich durch das Getriebe 20 die Räder mit Drehmoment versieht.
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Der Wechsel 15 versorgt wahlweise den Motor 16 und den Generator 32 mit Energie. Der Wechsel 15 kann einen Motorwechselrichter zum wahlweisen Deaktivieren des Motors 16 und einen Generatorwechselrichter zum wahlweisen Deaktivieren des Generators 32 umfassen. Der Umrichter 15 kann auch einen Aufwärtswandler oder eine variable Spannungssteuerung („variable voltage controller“, VVC) zum Ändern der Spannung zwischen der Traktionsbatterie 14 und dem Motor 16 sowie dem Generator 32 umfassen.
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Das Kraftfahrzeug kann vom Motor 18 alleine, von der Traktionsbatterie 14 und dem Motor 16 alleine oder von einer Kombination des Motors 18 mit der Batterie 14 und dem Motor 16 mit Energie versorgt werden. In einem mechanischen Fahrmodus oder einem ersten Betriebsmodus wird der Motor 18 aktiviert, um Drehmoment durch den Planetengetriebesatz 24 zuzuführen. Das Hohlrad 26 verteilt das Drehmoment an Stufenübersetzungen 38, die kämmende Zahnradelemente 40, 42, 44 und 46 umfassen. Die Zahnräder 42, 44 und 46 sind auf einer Vorgelegewelle angebracht, und das Zahnrad 46 leitet das Drehmoment an das Zahnrad 48 weiter. Das Zahnrad 48 leitet das Drehmoment dann an eine Drehmomentabtriebswelle 50 weiter. Im mechanischen Fahrmodus kann der Motor 16 auch aktiviert werden, um den Motor 18 beim Antrieb des Getriebes 20 zu unterstützen. Ist der Motor 16 unterstützend tätig, leitet ein Zahnrad 52 das Drehmoment an das Zahnrad 44 und an die Vorgelegewelle weiter.
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In einem elektrischen Fahrmodus (EV-Modus) oder einem zweiten Betriebsmodus ist der Motor 18 deaktiviert oder auf sonstige Weise daran gehindert, Drehmoment an die Drehmomentabtriebswelle 50 weiterzuleiten. Im EV-Modus treibt die Batterie 14 den Motor 16 an, um Drehmoment durch die Stufenübersetzungen 38 und an die Drehmomentabtriebswelle 50 zu verteilen. Die Drehmomentabtriebswelle 50 ist mit einem Differential- und Achsmechanismus 56 verbunden, der Drehmoment an die Antriebsräder 58 leitet. Die VSC 12 steuert die Batterie 14, den Motor 16, den Motor 18 und den Generator 32, um Drehmoment auf die Räder 58 entweder im mechanischen Fahrmodus oder im EV-Modus je nach Drehmomentbedarf des Fahrers zu verteilen.
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Wie zuvor beschrieben gibt es zwei Energiequellen für die Antriebswelle. Die erste Energiequelle ist der Motor 18, der den Planetengetriebesatz 24 mit Drehmoment versorgt. Die andere Energiequelle beinhaltet nur das elektrische Antriebssystem, das den Motor 16, den Generator 32 und die Batterie 14 umfasst, wobei die Batterie 14 als Energiespeichermedium für den Generator 32 und die Batterie 14 fungiert. Der Generator 32 kann vom Planetengetriebesatz 24 angetrieben werden und alternativ dazu als Motor fungieren und den Planetengetriebesatz 24 mit Energie versorgen.
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Es versteht sich, dass zwar ein leistungsverzweigter Antrieb im Kraftfahrzeug 10 abgebildet ist, das Kraftfahrzeug 10 aber auch viele weitere Konfigurationen umfassen kann. An sich ist angedacht, dass einzelne Bestandteile des Antriebs abweichen können, um diversen besonderen Anwendungen zu genügen. Beispielsweise kann in einer weiteren Konfiguration, die keinen Planetengetriebesatz 24 umfasst, eine elektrische Maschine (ein Motor/Generator) bereitgestellt sein, um als Generator zu dienen, indem sie Drehmoment vom Motor oder durch Nutzbremsung aufnimmt, während die gleiche elektrische Maschine auch als Motor dienen kann, indem sie Leistung aus der Traktionsbatterie aufnimmt und Drehmoment durch das Getriebe bereitstellt. Weitere Kraftfahrzeugkonfigurationen von Kraftfahrzeugantrieben und Umsetzungen elektrischer Maschinen sind angedacht und gelten daher als in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallend.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist nun der Betrieb eines Systems oder Verfahrens zur Steuerung der Motordrehzahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Eine gewünschte Motorleistung wird anhand einer Fahrerleistungsanforderung bestimmt, wie in Block 60 dargestellt ist. Die Fahrerleistungsanforderung kann als Betätigung des Gaspedals kommuniziert werden.
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Wie in Block 62 dargestellt, wird dann eine Zielmotordrehzahl ausgewählt. Die Zielmotordrehzahl kann anhand einer EMS- oder ähnlichen Karte basierend auf diversen Betriebsparametern und Erwägungen wie Kraftstoffeffizienz, Fahrzeuggeräusch, Fahrzeugleistung, Fahrzeugemissionen oder sonstigen Belangen des Fahrers ausgewählt werden. Diese Auswahl kann durch die VSC oder gegebenenfalls durch eine sonstige Steuerung getroffen werden.
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Anschließend wird ein maximales Motordrehmoment τe,max bei der Zielmotordrehzahl berechnet, wie in Block 64 gezeigt wird. Das maximale Motordrehmoment kann basierend auf diversen Eingaben, wie z.B. atmosphärischem Druck, Luftladetemperatur, Kühlwassertemperatur und diagnostischen Informationen von Teilsystemen, unter Anwendung fachbekannter Verfahren berechnet werden. In einer Ausführungsform wird diese Berechnung von der ESC als Antwort auf eine Anfrage von der VSC vorgenommen. In weiteren Ausführungsformen wird diese Berechnung gegebenenfalls von anderen Steuerungen vorgenommen.
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Anschließend wird eine Berechnung der Drehmomentreserve erstellt, die notwendig ist, um bei der Zieldrehzahl Motorvakuum aufrechtzuerhalten, wie in Block
66 gezeigt wird. Die Drehmomentreserve kann mit der Zielmotordrehzahl variieren. Ein Verfahren zur Berechnung der erforderlichen Drehmomentreserve ist in
US 7.967.720 beschrieben, dessen Offenbarung hierin zur Gänze durch Verweis aufgenommen ist. In einer Ausführungsform wird diese Berechnung von der VSC vorgenommen. In weiteren Ausführungsformen wird die Berechnung von anderen Steuerungen vorgenommen.
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Ein erreichbares Drehmoment wird dann berechnet, wie in Block 68 gezeigt wird. Das erreichbare Drehmoment ist gleich dem maximalen Motordrehmoment abzüglich der Drehmomentreserve. Das erreichbare Motordrehmoment und die Zieldrehzahl werden miteinander multipliziert, um eine bei der Zieldrehzahl erreichbare Leistung zu erhalten, die dann mit der gewünschten Leistung verglichen wird, wie in Block 70 gezeigt wird. In einer Ausführungsform werden diese Berechnungen von der VSC vorgenommen. In weiteren Ausführungsformen werden die Berechnung von anderen Steuerungen vorgenommen.
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Liegt die Differenz zwischen der erreichbaren Leistung und der gewünschten Leistung nicht unter einem kalibrierbaren Grenzwert, wird die Zieldrehzahl eingestellt, wie im Block 72 dargestellt. Ist die gewünschte Leistung höher als die erreichbare Leistung, wird die Zieldrehzahl erhöht, und ist die gewünschte Leistung geringer als die erreichbare Leistung, kann die Zieldrehzahl verringert werden. Die Größe der Veränderung der Zieldrehzahl kann durch jedes beliebige fachbekannte Rückführungssystem bestimmt werden. In einer Ausführungsform handelt es sich bei der Rückführungssteuerung um eine PI-Steuerung. In einer Ausführungsform ist die Zieldrehzahl auf einen Mindestwert beschränkt, der gleich der EMS-Drehzahl ist, um ein Übersteuern der optimierten Kurve für den Betrieb auf Meeresniveau zu unterbinden. Der Algorithmus kehrt dann zu Block 64 zurück.
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Liegt die Differenz zwischen der erreichbaren Leistung und der gewünschten Leistung unter dem kalibrierbaren Grenzwert, wird die Motordrehzahl auf die Zieldrehzahl eingestellt, wie in Block 74 gezeigt wird. Eine Steuerung kann dann den Motor mit der Zieldrehzahl betreiben.
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4 veranschaulicht den Betrieb einer Ausführungsform eines Systems oder Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. In Abhängigkeit von einer Fahrerleistungsanforderung wird eine gewünschte Motorleistung 76 eingestellt. Die gewünschte Motorleistung kann durch diverse Kombinationen von Motordrehzahl und Motordrehmoment erreicht werden, wie durch die strichlierte Linie angezeigt ist. Eine EMS-Kurve 78 stellt eine Motordrehzahl bereit, die auf Kraftstoffeffizienz und andere Belange für eine beliebige gegebene Leistungsanforderung hin optimiert ist. Eine erste Zielmotordrehzahl N1 wird gemäß der EMS-Karte eingestellt, die Zieldrehzahl N1 und das dazugehörige EMS-Drehmoment sind an Punkt 80 angegeben. Unter normalen Motorbetriebsbedingungen beträgt das Motordrehmoment an Punkt 80 weniger als das maximale Motordrehmoment 82. Bei größerer Höhe oder sonstigen Bedingungen kann das maximale Motordrehmoment unter die EMS-Kurve reduziert werden, wie durch die reduzierte Kurve 84 des maximalen Drehmoments angezeigt wird.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein erreichbares Motordrehmoment bei der Zieldrehzahl N1, angezeigt durch Punkt 86, berechnet. Das erreichbare Motordrehmoment ist gleich dem berechneten maximalen erreichbaren Drehmoment [angegeben durch ein x, ohne Nummer] bei Zieldrehzahl N1 abzüglich einer ersten berechneten Drehmomentreserve 88. Die Leistung an Punkt 86, angegeben durch das Produkt der Zieldrehzahl N1 und des Drehmoments an Punkt 86, wird mit der gewünschten Motorleistung 76 verglichen. Hier übersteigt die Differenz zwischen der gewünschten Leistung 76 und der Leistung an Punkt 86 einen [nicht gezeigten] Grenzwert, daher wird die Zieldrehzahl auf N2 erhöht. Die neue Zieldrehzahl N2 wird anhand der Rückführungskorrektur in Abhängigkeit von der Größe der Differenz zwischen der Leistung an Punkt 86 und der gewünschten Leistung 76 ausgewählt. Ein bei Zielgeschwindigkeit N2 erreichbares Motordrehmoment wird dann berechnet, angezeigt durch Punkt 90. Das erreichbare Motordrehmoment ist gleich dem berechneten maximalen erreichbaren Drehmoment [angegeben durch ein x, ohne Nummer] bei Zieldrehzahl N2 abzüglich einer zweiten berechneten Drehmomentreserve 92. Die zweite Drehmomentreserve 92 kann sich von der ersten Drehmomentreserve 88 unterscheiden, da die zur Aufrechterhaltung des Motorvakuums erforderliche Drehmomentreserve mit der Motordrehzahl variiert. Die Leistung an Punkt 90, angegeben durch das Produkt der Zieldrehzahl N2 und des Drehmoments an Punkt 90, wird mit der gewünschten Motorleistung 76 verglichen. Hier liegt die Differenz zwischen der gewünschten Leistung 76 und der Leistung an Punkt 86 unter einem [nicht gezeigten] Grenzwert. Eine Steuerung bedient dann den Motor, sodass er mit der Zieldrehzahl N2 läuft.
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Die Diagramme in den 3 und 4 stellen eine repräsentative Steuerungsstrategie für einen Verbrennungsmotor mit automatischer Ausschalt- und automatischer Neustartfunktion gemäß der vorliegenden Offenbarung bereit. Die Steuerungsstrategie und/oder -logik, die in den 3 und 4 dargestellt ist, wird im Allgemeinen als Kode gespeichert, der durch Software und/oder Hardware in VSC 12 umgesetzt ist. Der Kode kann unter Anwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Strategien verarbeitet werden, z.B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. An sich können diverse veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge, parallel zueinander ausgeführt oder in manchen Fällen übersprungen werden. Obzwar es nicht explizit dargestellt ist, werden Fachleute doch erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen je nachdem, welche konkrete Verarbeitungsstrategie zur Anwendung kommt, wiederholt ausgeführt werden. Desgleichen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist der Einfachheit der Veranschaulichung und Beschreibung wegen bereitgestellt. Die Steuerlogik oder der Kode, dargestellt durch das vereinfachte Flussdiagramm aus den 3 und 4, kann in erster Linie in Software mit Anweisungen umgesetzt werden, die von einem mikroprozessorbasierten Kraftfahrzeug, einem mikroprozessorbasierten Motor und/oder einer mikroprozessorbasierten Antriebssteuerung, wie z.B. einer VSC 12 (2) ausgeführt werden. Natürlich kann die Steuerlogik je nach konkreter Anwendung auch in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt werden. Wird sie in Software umgesetzt, ist die Steuerlogik vorzugsweise in einem oder mehreren computerlesbaren Speichermedien mit gespeicherten Daten, die von einem Rechner zur Steuerung des Motors ausgeführte(n) Kode oder Anweisungen darstellen, bereitgestellt. Das computerlesbare Speichermedium kann eine oder mehrere aus einer Anzahl bekannter physikalischer Vorrichtungen umfassen, die elektrische, magnetische, optische und/oder hybride Speicherung dazu nutzen, ausführbare Anweisungen und dazugehörige Kalibrierinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu bewahren.
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Wie von den obigen Ausführungsformen gezeigt wird, kann ein System oder Verfahren zur Steuerung eines Hybridelektrokraftfahrzeugs die Motordrehzahl so steuern, dass eine Fahrerleistungsanforderung unter Höhenbedingungen erfüllt wird, während das Krümmervakuum aufrecht bleibt. Das System oder Verfahren stellt auch eine rasche Antwortzeit bereit, indem sie vor dem Befehlen der Motordrehzahl eine Ausgleichszieldrehzahl berechnen, anstatt vor dem Auswerten der bereitgestellten Leistung darauf zu warten, dass der Motor ein Drehmoment erzeugt.
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Oben stehend sind zwar Ausführungsbeispiele beschrieben, es ist jedoch nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen sämtliche mögliche Formen, die die Ansprüche umfassen, beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind Worte der Beschreibung und nicht solche der Einschränkung, und es versteht sich, dass diverse Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale diverser Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen Erfindung zu bilden, die womöglich nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht sind. Auch wenn diverse Ausführungsformen als Vorteile bietend oder anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik gegenüber bevorzugt beschrieben worden sind, ist für Fachleute zu erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder Charakteristika beeinträchtigt werden können, um gewünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der jeweiligen Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Eigenschaften können, ohne auf diese beschränkt zu sein, Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Dimension, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage etc. umfassen. Somit liegen Ausführungsformen, die als in Bezug auf ein oder mehrere Charakteristika weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendung erstrebenswert sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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