DE102014211552A1 - Steuerung einer Kupplungsvorrichtung zum Optimieren einer Rekuperation eines Elektromotors - Google Patents

Steuerung einer Kupplungsvorrichtung zum Optimieren einer Rekuperation eines Elektromotors Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (101) für ein Kraftfahrzeug (100), welcher einen Elektromotor (102) zum Antreiben des Kraftfahrzeuges aufweist, der im Antriebsstrang vor einer Kupplungsvorrichtung (103) angeordnet ist. Ferner weist der Antriebsstrang eine Steuervorrichtung (104) auf, die dazu ausgeführt ist, die Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors zu betätigen, so dass der Elektromotor eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors ansteigt. Auf diese Weise kann die Rekuperation des Elektromotors verbessert werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Rekuperation von Elektromotoren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt.
  • Technischer Hintergrund
  • Heutzutage können Fahrzeuge, welche zumindest teilweise mit einem Elektromotor angetrieben werden, beim Bremsen Bewegungsenergie mittels des Elektromotors in elektrische Energie umwandeln, was unter dem Begriff der Rekuperation bekannt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Rekuperationsleistung von Kraftfahrzeugen mit Elektromotoren zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände des Hauptanspruchs und der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Weiterbildungen und Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
  • Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, der einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und eine Kupplungsvorrichtung, welche zwischen dem Elektromotor und einem von dem Elektromotor angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, aufweist. Ferner weist der Antriebsstrang eine Steuervorrichtung zum Steuern der Kupplungsvorrichtung auf, wobei die Steuervorrichtung zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors ausgeführt ist, so dass der Elektromotor eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors ansteigt.
  • Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bei höheren Drehzahlen des Elektromotors der Elektromotor in einen Arbeitsbereich, z.B. in einen Feldschwächebereich bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten, gelangen kann, in welchem die Rekuperationsleistung sinkt.
  • Mit anderen Worten kann die Drehzahl des Elektromotors während Rekuperationsphasen zusätzlich über eine Schlupfregelung der Kupplungsvorrichtung, welche zwischen einer Radseite und einer Motorseite des Antriebsstranges angeordnet ist, eingestellt werden. Somit kann neben der Fahrzeuggeschwindigkeit und der eingestellten Übersetzung ein weiterer Parameter, der Schlupf der Kupplungsvorrichtung, die Generatorleistung des Elektromotors des Antriebsstrangs während Rekuperationsphasen zusätzlich beeinflussen. Das heißt, dass der Elektromotor in einer Rekuperationsphase über eine Steuerung bzw. Regelung der Kupplungsvorrichtung aus einem Feldschwächebetrieb bzw. einem energetisch nicht optimalen Arbeitspunkt gebracht werden kann, was wiederum bedeutet, dass der Elektromotor an einem günstigeren Arbeitspunkt elektrische Leistung generieren kann. Mit anderen Worten kann der Elektromotor während Rekuperationsphasen durch die Steuerung bzw. Regelung der Kupplungsvorrichtung in einen besseren Arbeitspunkt geschoben werden.
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind, dass der Elektromotor während Generatorphasen mehr Leistung bzw. mehr Drehmoment aufnehmen kann und somit weniger im Feldschwächebetrieb arbeitet sowie dass der Rekuperationsbereich im Maschinenkennfeld weiter in Richtung kleinere Drehzahlen verschoben wird, wo mehr Drehmoment durch den Elektromotor aufgenommen werden kann, wodurch wiederum höhere elektrische Leistungen erzeugt werden können. Ferner kann durch die Verschiebung des Rekuperationsbereichs in Richtung kleinere Drehzahlen ein Wirkungsgrad des Elektromotors erhöht werden. Außerdem kann der Elektromotor zusammen mit einem gegebenenfalls vorgesehenen Inverter effektiver arbeiten, was den Wirkungsgrad von mechanischer zu elektrischer Leistung verbessert. Zudem können thermische Verluste vermieden werden, welche durch zu hohe Umdrehungen des Elektromotors bewirkt werden können, wodurch das thermische Verhalten des Elektromotors verbessert wird. Ferner können bessere Arbeitspunkte auch für die Auslegung von grundsätzlichen Übersetzungsverhältnissen des Elektromotors zur restlichen Antriebseinheit dargestellt werden. Zudem ist es auch möglich, dass eine maximal empfohlene Drehzahl des Elektromotors eingehalten wird.
  • Dabei können unter dem Kraftfahrzeug jegliche Fahrzeuge verstanden werden, die einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor und gegebenenfalls einer Getriebeübersetzung aufweisen, zum Beispiel ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug bzw. ein Mild-Hybridfahrzeug, welche über eine Rekuperationsfähigkeit verfügen. Der Elektromotor kann beispielsweise als 48V-Riemen-Starter-Generator ausgeführt sein. Andere Möglichkeiten sind Inline-Elektromotoren, die direkt über die Antriebswelle mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sind. Es sind auch andere direkt gekoppelte Lösungen des Elektromotors mit dem Verbrennungsmotor möglich und geeignet, beispielsweise über eine Koppelung mittels Zahnrädern. Auch kann der Elektromotor sein Antriebsmoment für die Hinter- und Vorderachse stellen. Dabei kann der Antriebsstrangteil, der den Elektromotor und gegebenenfalls den Verbrennungsmotor umfasst, über eine Kupplungsvorrichtung vom restlichen Antriebsstrang getrennt werden.
  • Die Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise als automatisch bzw. elektrisch betätigbare Kupplung ausgeführt sein. Mit anderen Worten kann die Kupplungsvorrichtung einen elektrischen Kupplungsaktuator aufweisen. Ferner kann die Kupplungsvorrichtung auch Teil eines automatischen Getriebes sein, zum Beispiel eines Doppelkupplungsgetriebes oder eines CVT-Getriebes. Jedoch kann die Kupplungsvorrichtung auch eine automatisch ansteuerbare Kupplung eines Handschaltgetriebes sein.
  • Die Steuervorrichtung kann beispielsweise einen Regelkreis zum Regeln der Kupplungsvorrichtung aufweisen. Das heißt, dass im Kontext der vorliegenden Erfindung unter dem Steuern der Kupplungsvorrichtung auch ein Regeln der Kupplungsvorrichtung verstanden werden kann.
  • Unter dem Merkmal, dass die Steuervorrichtung zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors ausgeführt ist, kann verstanden werden, dass die Steuervorrichtung ausgeführt ist, eine momentane Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen und basierend auf der momentanen Drehzahl des Elektromotors zu ermitteln, mit welcher optimierten, reduzierten Drehzahl der Elektromotor rekuperieren soll. Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann die Drehzahl auch eine Rotationsgeschwindigkeit bezeichnen. Die momentane Drehzahl des Elektromotors kann die Steuervorrichtung beispielsweise direkt vom Elektromotor abfragen bzw. erhalten. Ferner kann die Steuervorrichtung die Drehzahl des Elektromotors auch über die Fahrzeuggeschwindigkeit sowie die gewählte Übersetzung des Getriebes berechnen.
  • Unter dem Rekuperationsmodus des Elektromotors kann die Verwendung des Elektromotors als elektrischer Generator verstanden werden, bei welcher der Elektromotor Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt. Mit anderen Worten kann der Rekuperationsmodus einen Energierückgewinnungsmodus des Elektromotors bezeichnen. Beispielsweise kann dieser Rekuperationsmodus aktiviert werden, wenn ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs gelöst wird und/oder wenn eine Bremse bzw. ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt wird. Unter der optimierten, reduzierten Drehzahl des Elektromotors kann eine Drehzahl des Elektromotors verstanden werden, bei welcher der Elektromotor mehr elektrische Leistung generiert. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Elektromotor bei der optimierten, reduzierten Drehzahl nicht mehr in einem Feldschwächebetrieb arbeitet. Die Rekuperationsleistung des Elektromotors kann mit anderen Worten die vom Elektromotor generierte elektrische Leistung bezeichnen. Dabei kann unter dem Feldschwächebereich ein Betrieb des Elektromotors bei Frequenzen oberhalb der Nennfrequenz des Elektromotors verstanden werden, da in diesem Bereich der magnetische Fluss abnehmen kann.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgeführt, die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen. Ferner ist die Steuervorrichtung dazu ausgeführt, die Kupplungsvorrichtung derart zu steuern bzw. zu regeln, dass der Elektromotor mit der für den Rekuperationsmodus optimierten, reduzierten Drehzahl rekuperiert.
  • Dabei kann die Steuervorrichtung die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors durch eine Anfrage an eine Look-up Tabelle bestimmen. Ferner kann im Kontext der vorliegenden Erfindung unter dem Steuern der Kupplungsvorrichtung jeweils auch ein Regeln der Kupplungsvorrichtung verstanden werden, beispielsweise mithilfe eines Regelkreises der Steuervorrichtung. Die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl kann dabei einen für die Rekuperation optimierten Arbeitspunkt des Elektromotors definieren.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgeführt, einen Schlupf der Kupplungsvorrichtung zu bestimmen, der für die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl erforderlich ist. Ferner ist die Steuervorrichtung dazu ausgeführt, die Kupplungsvorrichtung zu instruieren, den bestimmten Schlupf einzustellen.
  • Auf diese Weise kann die Kupplung präzise für die für den Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl eingestellt werden.
  • Mit anderen Worten kann die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors und gegebenenfalls des gekoppelten Verbrennungsmotors zusätzlich über den geregelten Schlupf der Kupplungsvorrichtung derart beeinflusst werden, dass der Elektromotor bzw. der Verbrennungsmotor eine geringere Drehzahl aufweist als die Kupplungsvorrichtung auf der Radseite. Dabei kann unter dem Schlupf das Abweichen von Geschwindigkeiten von miteinander in Reibkontakt stehenden mechanischen Elementen der Kupplungsvorrichtung verstanden werden. Beispielsweise kann der Schlupf eine Größe s bezeichnen, wobei s = (n2 – n1)/n2, wobei n1 die Drehzahl auf der Motorenseite der Kupplungsvorrichtung und n2 die Drehzahl auf der Radseite der Kupplungsvorrichtung bezeichnet. Dabei kann die Kupplung derart gesteuert bzw. geregelt werden, dass die Drehzahl auf der Motorenseite der Kupplungsvorrichtung kleiner ist als die Drehzahl auf der Radseite der Kupplungsvorrichtung, d.h. n1 < n2. Die Steuervorrichtung kann beispielsweise dazu ausgeführt sein, den erforderlichen Schlupf der Kupplungsvorrichtung anhand der obigen Formel zu berechnen. Unter dem Merkmal, dass die Steuervorrichtung dazu ausgeführt ist, die Kupplungsvorrichtung zu instruieren, kann verstanden werden, dass die Steuervorrichtung ein Signal mit einem Befehl zum Einstellen des bestimmten Schlupfs an die Kupplungsvorrichtung sendet. Dabei kann der Schlupf derart gewählt werden, dass die Drehzahl n1 der für den Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierten, reduzierten Drehzahl entspricht.
  • Das heißt, dass während des Rekuperationsmodus des Elektromotors die Kupplungsvorrichtung über einen Aktuator und eine Steuervorrichtung derart angesteuert werden kann, dass die Kupplungsvorrichtung den gewünschten Schlupf s erzeugt. Dies kann dann erfolgen, wenn der Rekuperationsmodus des Elektromotors aktiv ist. Beispielsweise kann diese Ansteuerung über eine zusätzliche Schnittstelle erfolgen, über welche Signale an die Kupplungsvorrichtung gesendet werden können. Diese zusätzliche Schnittstelle kann ferner Look-Up Tabellen und Funktionsbeschreibungen verarbeiten, in welchen der jeweilig beste Arbeitspunkt des Elektromotors in Verbindung mit relevanten Eingangsinformationen hinterlegt ist. Diese relevanten Eingangsinformationen können beispielsweise der aktuell eingelegte Gang, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder Reibwerte der Kupplungsvorrichtung sein. Mit dem Signal, welches an die Kupplungsvorrichtung gesendet wird, kann bewirkt werden, dass der Elektromotor eine kleinere Drehzahl aufweist als der restliche Antriebsstrang auf der Radseite der Kupplungsvorrichtung. Dabei kann die Steuervorrichtung berechnen, welches Schlupf s erforderlich bzw. optimal ist, um genügend Kraftschluss für die Kraftübertragung in Zusammenhang mit dem besten Arbeitspunkt des Elektromotors zu erhalten.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung definiert die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors einen für den Rekuperationsmodus optimierten Arbeitspunkt des Elektromotors.
  • Unter einem Arbeitspunkt bzw. Betriebspunkt oder Betriebszustand des Elektromotors kann ein bestimmter Punkt im Kennfeld oder auf der Kennlinie des Elektromotors verstanden werden, wobei der Arbeitspunkt aufgrund der Systemeigenschaften wie die Rotationsgeschwindigkeit und/oder das Moment und die Spannung in Zusammenhang mit einwirkenden äußeren Einflüssen und Parametern eingenommen wird.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Steuervorrichtung zusätzlich eine Speichereinheit auf, wobei in der Speichereinheit erste Daten gespeichert sind, die definieren, welche elektrische Leistung der Elektromotor bei jeweils einer Drehzahl generiert. Dabei ist die Steuervorrichtung dazu ausgeführt, basierend auf den ersten Daten, die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen.
  • Beispielsweise können die ersten Daten einen funktionalen Zusammenhang zwischen der generierten elektrischen Leistung des Elektromotors und der Drehzahl des Elektromotors aufweisen. Ferner können die ersten Daten auch eine Look-up Tabelle aufweisen, in welcher die elektrische Leistung, die der Elektromotor generiert, und die Drehzahl jeweils als Wertepaare gespeichert sind. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung dazu ausgeführt sein, in der Look-up Tabelle, welche die ersten Daten beinhalten, abzufragen, welche Drehzahl des Elektromotors für den Rekuperationsmodus des Elektromotors optimal ist.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sind in der Speichereinheit zweite Daten gespeichert, die definieren, welcher Schlupf der Kupplungsvorrichtung für jeweils eine Drehzahl des Elektromotors einstellbar ist und wobei die Steuervorrichtung dazu ausgeführt ist, basierend auf den zweiten Daten die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen.
  • Beispielsweise können die zweiten Daten ebenfalls einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem einstellbaren Schlupf der Kupplungsvorrichtung und der Drehzahl des Elektromotors aufweisen. Ferner können die zweiten Daten auch eine Look-up Tabelle aufweisen, in welcher dieser funktionale Zusammenhang gespeichert ist. Mit anderen Worten kann in der Speichereinheit gespeichert sein, welcher Schlupf der Kupplungsvorrichtung für welche Drehzahlen möglich ist. Das heißt, dass der einstellbare Schlupf der Kupplungsvorrichtung jeweils von der Drehzahl des Elektromotors abhängen kann. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung genauer bestimmen, wie die Kupplungsvorrichtung zu steuern ist.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor auf, wobei der Elektromotor und der Verbrennungsmotor in dem Antriebsstrang vor der Kupplungsvorrichtung angeordnet und miteinander gekoppelt sind.
  • Der Verbrennungsmotor kann ebenfalls zum Antreiben des Kraftfahrzeuges ausgeführt sein. Ferner kann die Kupplungsvorrichtung zwischen den gekoppelten Elektro- und Verbrennungsmotoren sowie einem von den gekoppelten Elektro- und Verbrennungsmotoren angetriebenen Rad angeordnet sein. Der Verbrennungsmotor und der Elektromotor können beispielsweise über einen Keilriemen gekoppelt sein und beispielsweise eine 3:1-Übersetzung aufweisen. Das heißt, dass der Elektromotor die dreifache Drehzahl des Verbrennungsmotors aufweisen kann. Auf diese Weise kann die Rekuperation des Elektromotors auch für Hybridfahrzeuge verbessert werden. Ein weiterer Vorteil kann darin gesehen werden, dass, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors während der Rekuperationsphase verringert wird, auch die verbrennungsmotorischen Verlustleistungen verkleinert werden. Somit kann durch Steuern der Kupplungsvorrichtung ferner beeinflusst werden, welche Schleppverluste während der Rekuperation auftreten. Auf diese Weise kann mehr kinetische Energie für die Rekuperation übrig bleiben, was den Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstrangs verbessert.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuervorrichtung dazu ausgeführt, die für den Rekuperationsmodus optimierte Drehzahl des Elektromotors ferner derart zu bestimmen, dass Schleppverluste des Verbrennungsmotors reduziert werden können.
  • Mit anderen Worten kann das Reduzieren der Schleppverluste des Verbrennungsmotors eine weitere Nebenbedingung für die Steuervorrichtung für das Optimieren des Rekuperationsmodus definieren. Unter den Schleppverlusten können beispielsweise Schleppmomente des Verbrennungsmotors verstanden werden. Auf diese Weise kann der Rekuperationsmodus des Elektromotors, welcher mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Steuervorrichtung eine Speichereinheit auf, wobei in der Speichereinheit dritte Daten gespeichert sind, die definieren, welchen Schleppverlust der Verbrennungsmotor bei jeweils einer Drehzahl erzeugt.
  • Dabei können die dritten Daten einen funktionalen Zusammenhang zwischen dem Schleppverlust des Verbrennungsmotors und der Drehzahl aufweisen. Dabei kann die Drehzahl die Drehzahl des Verbrennungsmotors oder des Elektromotors bezeichnen. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung auch dazu ausgeführt sein, die Drehzahl des Elektromotors in die Drehzahl des Verbrennungsmotors umzurechnen. Ferner können die dritten Daten auch eine Look-up Tabelle aufweisen, in der die Schleppverluste und die Drehzahl als Wertepaare gespeichert sind. Das Bestimmen der für den Rekuperationsmodus optimierten, reduzierten Drehzahl des Elektromotors kann durch eine Anfrage an die Look-up Tabelle durch die Steuervorrichtung erfolgen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Kupplungsvorrichtung eines einen Elektromotor aufweisenden Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Kupplungsvorrichtung zwischen dem Elektromotor und einem von dem Elektromotor angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dabei weist das Verfahren den Schritt des Betätigens der Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors auf, so dass der Elektromotor eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors ansteigt.
  • Dabei kann das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durch die Steuervorrichtung des Antriebsstranges der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Daher können Vorteile und Merkmale, die bezüglich des Antriebsstranges beschrieben sind, auch das Verfahren charakterisieren. Ferner können Schritte des Verfahrens in unterschiedlichen Reihenfolgen oder parallel zueinander erfolgen.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt, das, wenn es von einer Recheneinheit durchgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
  • Ein weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Medium, auf dem ein Computerprogrammprodukt gespeichert ist, das, wenn es von einer Recheneinheit durchgeführt wird, die Recheneinheit anleitet, das im Kontext der vorliegenden Erfindung beschriebene Verfahren durchzuführen.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 2 zeigt einen Antriebsstrang gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 3 zeigt ein Diagramm mit einem funktionalen Zusammenhang zwischen einer Rekuperationsleistung und einer Drehzahl eines Elektromotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 4 zeigt ein Diagramm mit Arbeitspunkten eines Elektromotors.
  • 5 zeigt ein Diagramm mit einem funktionalen Zusammenhang zwischen einer Rekuperationsleistung und einer Fahrzeuggeschwindigkeit im Zusammenhang mit einer bestimmten Gangwahl gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 6 zeigt ein Diagramm mit einem funktionalen Zusammenhang zwischen einer Drehzahl und Schleppverlusten eines Verbrennungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • 7 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Dabei können die Figuren schematisch, beispielhaft und nicht maßstabsgetreu dargestellt sein. Sind in der nachfolgenden Beschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen angegeben, so bezeichnen diese einander entsprechende Elemente. Einander entsprechende Elemente können aber auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen bezeichnet sein.
  • Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • In 1 ist ein Kraftfahrzeug 100, beispielsweise ein Hybridfahrzeug, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch für reine Elektrofahrzeuge verwendet werden. Das Kraftfahrzeug 100 weist einen Antriebsstrang 101 auf, der einen Elektromotor 102, eine Kupplungsvorrichtung 103 und eine Steuervorrichtung 104 aufweist. Ferner ist der Elektromotor 102 mit einem Verbrennungsmotor 106 gekoppelt. Der Verbrennungsmotor 106 und der Elektromotor 102 sind im Antriebsstrang 101 vor der Kupplungsvorrichtung 103 angeordnet, das heißt, dass die Kupplungsvorrichtung 103 zwischen den gekoppelten Verbrennungs- und Elektromotoren 106 und 102 und dem von den gekoppelten Verbrennungs- und Elektromotoren 106 und 102 angetriebenen Rad 105 angeordnet ist. Die Steuervorrichtung 104 ist dazu ausgeführt, die Kupplungsvorrichtung 103 in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors 102 zu betätigen, so dass der Elektromotor 102 eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors 102 optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors 102 ansteigt. Ferner umfasst die Steuervorrichtung 104 eine Speichereinheit 107, auf der erste, zweite und dritte Daten gespeichert sind. Die ersten Daten definieren, welche elektrische Leistung der Elektromotor 102 bei jeweils einer Drehzahl generiert. Die zweiten Daten definieren, welcher Schlupf der Kupplungsvorrichtung 103 für jeweils eine Drehzahl des Elektromotors 102 einstellbar ist. Die dritten Daten definieren, welchen Schleppverlust der Verbrennungsmotor 106 bei jeweils einer Drehzahl erzeugt. Die Steuervorrichtung 104 ist nun dazu ausgeführt, basierend auf den ersten Daten, den zweiten Daten und den dritten Daten die für den Rekuperationsmodus des Elektromotors 102 optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors 102 zu bestimmen und ein entsprechendes Signal an die Kupplungsvorrichtung 103 zu senden.
  • In 2 ist ein Antriebsstrang 101 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Antriebsstrang weist einen Elektromotor 102 auf, der über einen Riemen 201 mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt ist und beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von 3:1 aufweisen, d.h. dass der Elektromotor 102 dreimal schneller rotiert als der Verbrennungsmotor 106. Die gekoppelten Elektro- und Verbrennungsmotoren 102 und 106 sind über eine Kupplungsvorrichtung 103 mit einem anzutreibenden Rad des Kraftfahrzeuges 105 verbunden. Das heißt, dass die Kupplungsvorrichtung 103 zwischen den gekoppelten Elektro- und Verbrennungsmotoren 102 und 106 und dem von den gekoppelten Elektro- und Verbrennungsmotoren 102 und 106 angetriebenen Rad 105 angeordnet ist. Auf der linken Seite der zwischen den Kupplungsscheiben dargestellten gestrichelten Linie befindet sich die Motorseite und auf der rechten Seite der gestrichelten Linie befindet sich die Radseite des Antriebsstranges 101. Beim Elektromotor handelt es sich um einen 48V-Riemen-Starter-Generator.
  • Mit dem Elektromotor 102 kann elektrische Energie für ein erstes Bordnetz mit einer ersten Spannung 206 des Kraftfahrzeuges generiert werden. Diese Energie für das erste Bordnetz 206 kann in einer ersten Batterie 203 gespeichert werden. Ferner kann über einen Transformator 202 elektrische Energie für das ein zweites Bordnetz 205 mit einer zweiten Spannung des Kraftfahrzeuges generiert werden, welche in einer dafür vorgesehenen zweiten Batterie 204 gespeichert wird.
  • Die Kupplung kann auf der Motorseite des Antriebsstranges 101 die Drehzahl n1 und auf der Radseite die Drehzahl n2 aufweisen und der Schlupf der Kupplungsvorrichtung 103 beträgt s = (n2 – n1)/n2.
  • In 3 ist ein Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem auf der X-Achse 301 die Drehzahl des Elektromotors in Umdrehungen/Min, auf der linken Y-Achse 302 das Drehmoment in Newtonmeter und auf der rechten Y-Achse 303 die vom Elektromotor generierte Rekuperationsleistung in Kilowatt dargestellt sind. Dabei bedeutet ein negativer Wert auf der Y-Achse 303, dass die elektrische Leistung vom Elektromotor generiert wird. Die Kurve 304 zeigt einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl 301 und der generierten Rekuperationsleistung 303 eines Elektromotors, zum Beispiel eines 48V-Riemen-Starter-Generators. Dabei ist ersichtlich, dass der Elektromotor im Bereich 307, das heißt bei ungefähr 5000 Umdrehungen/Min, die maximale Rekuperationsleistung erzeugt. Das maximale Drehmoment des Elektromotors ist in Kurve 305 dargestellt. Ihr unterliegt die Größe des Feldschwächebereichs, welcher beispielhaft ab etwa 5000 Umdrehungen/Min aufgezeigt ist. Dieser funktionale Zusammenhang bzw. die Kurve 304 können als erste Daten auf der Speichereinheit der Steuervorrichtung des Antriebsstranges gespeichert sein.
  • In 4 ist ein Diagramm dargestellt, bei welchem die X-Achse 401 die Drehzahl in Umdrehungen/Min und die Y-Achse 402 das Drehmoment in Newtonmeter eines Generators darstellen. Dabei befindet sich der Elektromotor im negativen Zahlenbereich im Rekuperationsmodus und im positiven Zahlenbereich der Y-Achse 402 im Antriebsmodus. Die Punkte 403 bezeichnen Arbeitspunkte des Elektromotors und die Kurven 404 und 405 stellen die maximal möglichen Arbeitspunkte bzw. die minimal möglichen Arbeitspunkte des Elektromotors dar. Das Rechteck 406 stellt den Bereich des Feldschwächebetriebs des Elektromotors dar.
  • In 5 ist ein Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem die X-Achse 501 die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in km/h und die Y-Achse 502 die Rekuperationsleistung eines Generators in Kilowatt dargestellt sind. Das heißt, in 5 ist zu erkennen, welche Rekuperationsleistung 502 der Generator aufgrund der Geschwindigkeit 501 und des aktuellen Ganges 503 generieren kann. Die Kurven 504, 505 und 506 stellen beispielhaft verschiedene Drehmomentkennlinien abhängig von der Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit, gekoppelt mit einer Gangwahl, dar. Die X-Achse 501 stellt dabei eine zeitliche Folge eines gleichmäßigen Beschleunigungsprozesses dar. Zu erkennen ist, dass die jeweilige Drehzahl bzw. Rotationsgeschwindigkeit in Zusammenhang mit einer Gangwahl dazu führt, dass bei höheren Drehzahlen bzw. Rotationsgeschwindigkeiten jeweilig maximale Drehmomente einen kleineren Wert aufweisen.
  • Es ist zu erkennen, dass bei höheren Geschwindigkeiten in jeder Gangstufe aufgrund der höheren Drehzahl die Rekuperationsleistung des Generators zunehmend kleiner wird. Dies liegt an dem Feldschwächebetrieb des Generators bei höheren Drehzahlen.
  • Der funktionale Zusammenhang der Kuren 504, 505 und/oder 506 kann als erste Daten in der Speichereinheit der Steuervorrichtung des Antriebsstrangs gespeichert sein.
  • In 6 ist ein Diagramm dargestellt, bei welchem die X-Achse 601 die Drehzahl eines Verbrennungsmotors und die Y-Achse 602 einen Schleppverlust des Verbrennungsmotors in Prozenten darstellen. Die Kurve 603 stellt einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl 601 und dem Schleppverlust 602 des Verbrennungsmotors dar. Dabei ist ersichtlich, dass sich im Bereich 604, das heißt bei ungefähr 1500 Umdrehungen/Min des Verbrennungsmotors, der Verbrennungsmotor minimale Schleppverluste aufweist, das heißt ungefähr 5% Schleppverluste.
  • Dieser funktionale Zusammenhang 603 kann beispielsweise als dritte Daten in der Speichereinheit der Steuervorrichtung des Antriebsstrangs gespeichert sein.
  • In 7 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Steuern einer Kupplungsvorrichtung eines einen Elektromotor aufweisenden Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei ist beim Antriebsstrang die Kupplungsvorrichtung zwischen dem Elektromotor und einem von dem Elektromotor angetriebenen Rad des Kraftfahrzeuges angeordnet. Das Verfahren weist den Schritt S1 des Betätigens der Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors auf, so dass der Elektromotor eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors ansteigt.
  • Ergänzend sei darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente ausschließt und „ein“ oder „einer“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele oder Ausführungsformen beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele oder Ausführungsformen verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.

Claims (11)

  1. Antriebsstrang (101) für ein Kraftfahrzeug (100), der Antriebsstrang aufweisend: einen Elektromotor (102) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs; eine Kupplungsvorrichtung, (103) welche zwischen dem Elektromotor (102) und einem von dem Elektromotor angetriebenen Rad (105) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist; eine Steuervorrichtung (104) zum Steuern der Kupplungsvorrichtung; wobei die Steuervorrichtung zur Betätigung der Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors ausgeführt ist, so dass der Elektromotor eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors ansteigt.
  2. Antriebsstrang (101) nach Anspruch 1, wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors zu bestimmen; und wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, die Kupplungsvorrichtung (103) derart zu steuern, dass der Elektromotor (102) mit der für den Rekuperationsmodus optimierten, reduzierten Drehzahl rekuperiert.
  3. Antriebsstrang (101) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, einen Schlupf der Kupplungsvorrichtung (103) zu bestimmen, der für die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl erforderlich ist; wobei die Steuervorrichtung dazu ausgeführt ist, die Kupplungsvorrichtung zu instruieren, den bestimmten Schlupf einzustellen.
  4. Antriebsstrang (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors (102) einen für die Rekuperation optimierten Arbeitspunkt des Elektromotors definiert.
  5. Antriebsstrang (101) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die Steuervorrichtung aufweisend: eine Speichereinheit (107); wobei in der Speichereinheit erste Daten gespeichert sind, die definieren, welche elektrische Leistung der Elektromotor bei jeweils einer Drehzahl generiert; wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, basierend auf den ersten Daten die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors (102) zu bestimmen.
  6. Antriebsstrang (101) nach Anspruch 5, wobei in der Speichereinheit (107) zweite Daten gespeichert sind, die definieren, welcher Schlupf der Kupplungsvorrichtung (103) für jeweils eine Drehzahl des Elektromotors (102) einstellbar ist; wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, basierend auf den zweiten Daten die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors (102) zu bestimmen.
  7. Antriebsstrang (101) eines Kraftfahrzeuges, der Antriebsstrang ferner aufweisend: einen Verbrennungsmotor (106); wobei der Elektromotor (102) und der Verbrennungsmotor (106) in dem Antriebsstrang (101) vor der Kupplungsvorrichtung (103) angeordnet und miteinander gekoppelt sind.
  8. Antriebsstrang (101) nach Anspruch 7, wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, die für den Rekuperationsmodus optimierte Drehzahl des Elektromotors (102) ferner derart zu bestimmen, dass Schleppverluste des Verbrennungsmotors (106) reduziert werden.
  9. Antriebsstrang (101) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuervorrichtung (104) eine Speichereinheit (107) aufweist; wobei in der Speichereinheit (107) dritte Daten gespeichert sind, die definieren, welchen Schleppverlust der Verbrennungsmotor (106) bei jeweils einer Drehzahl erzeugt; wobei die Steuervorrichtung (104) dazu ausgeführt ist, basierend auf den dritten Daten die für den Rekuperationsmodus optimierte, reduzierte Drehzahl des Elektromotors (102) zu bestimmen.
  10. Verfahren zum Steuern einer Kupplungsvorrichtung eines einen Elektromotor aufweisenden Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Kupplungsvorrichtung zwischen dem Elektromotor und einem von dem Elektromotor angetriebenen Rad des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, das Verfahren aufweisend den Schritt: Betätigen der Kupplungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Elektromotors, so dass der Elektromotor eine für einen Rekuperationsmodus des Elektromotors optimierte, reduzierte Drehzahl aufweist und somit eine Rekuperationsleistung des Elektromotors ansteigt (S1).
  11. Computerprogrammprodukt, das, wenn es von einer Steuervorrichtung durchgeführt wird, die Steuervorrichtung anleitet, das Verfahren nach Anspruch 10 durchzuführen.
DE102014211552.3A 2014-06-17 2014-06-17 Steuerung einer Kupplungsvorrichtung zum Optimieren einer Rekuperation eines Elektromotors Ceased DE102014211552A1 (de)

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