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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gebiet der Fahrzeugtechnologie und insbesondere auf ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs und ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs.
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HINTERGRUND
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Ist ein Ladezustand (state of charge, SOC) einer Batterie niedriger als ein Zielwert, so arbeitet ein elektrisches parallel verzweigtes Hybridfahrzeug (parallel split hybrid electric vehicle, PSHEV) in einem Leistungsergänzungsmodus, so dass das Fahrzeug in einem seriellen Antriebszustand, einem Fahrenergieerzeugungszustand oder einem reinen Verbrennungsmotorarbeitszustand betrieben werden könnte. In einem solchen Fall ist es für das PSHEV schwierig, z.B. eine ölsparende Wirkung und einen Energieverbrauch des Verbrennungsmotors gemeinsam zu berücksichtigen, einen unter den drei Arbeitszuständen zu wählen und den Verbrennungsmotor und den entsprechenden Elektromotor bei jeder Arbeitsbedingung zu steuern, was auf die Antriebsleistung und die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs sehr wohl einen signifikanten Einfluss haben kann.
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In der verwandten Technik wird, wenn der SOC relativ niedrig ist, eine serielle Fahrenergieerzeugung verwendet; ist die Geschwindigkeit hoch, so wird ein Verfahren des Hybridantriebs durch den Verbrennungsmotor und den Elektromotor angewendet.
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In der verwandten Technik werden aber während der Bestimmung des Modus und der Verteilung des Drehmoments die ölsparende Wirkung und der Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie nicht zusammen berücksichtigt. Insbesondere im Prozess der Fahrenergieerzeugung, selbst wenn der Verbrennungsmotor in der optimalen ökonomischen Treibstoffkurve arbeitet, gibt es Energieverluste sowohl für die Batterie als auch für den Elektromotor. In manchen Fällen arbeitet z.B. der Verbrennungsmotor bei einem optimalen ökonomischen Arbeitspunkt, und dennoch ist der Energieverlust übergroß, was somit in einer schlechten Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs resultiert. Dies bedeutet, dass dem Verfahren zur Steuerung des Fahrzeugs in der verwandten Technik eine explizite Trennung zwischen dem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus fehlt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung strebt danach, zumindest eines der technischen Probleme zu lösen, die in der verwandten Technik gegeben sind.
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Aus diesem Grund besteht ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitzustellen, so dass das Fahrzeug bei einer optimalen und ökonomischen Arbeitsbedingung fahren kann.
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Ein zweites Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitzustellen.
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Um das erste Ziel zu erreichen, stellt eine Ausführungsform eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs bereit, das einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine Antriebsbatterie umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Empfangen eines Soll-Drehmoments, einer Drehzahl und eines Ladezustands (state of charge, SOC) der Antriebsbatterie; Erfassen eines effizienten Antriebsmoments des Verbrennungsmotors, das einer Grenzkurve einer Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und eines Fahrenergieerzeugungsdrehmoments des Elektromotors, das einer Fahrenergieerzeugungskurve entspricht; Vergleichen des Soll-Drehmoments mit dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und des Fahrenergieerzeugungsdrehmoments des Elektromotors; Ansteuern des Fahrzeugs, in einen Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer oder gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist; und Ansteuern des Fahrzeugs, in einen Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, wenn der SOC niedriger als ein vorbestimmter Wert ist und wenn das Soll-Drehmoment geringer als das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und größer als das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors ist.
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Mit dem Verfahren zur Steuerung des Fahrzeugs nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das der Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl erfasst, um somit das Fahrzeug anzusteuern, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus oder den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten. Die ölsparende Wirkung und der Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie werden zusammen berücksichtigt, und die Trennung zwischen dem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus wird expliziert, so dass das Fahrzeug bei einer optimalen Arbeitsbedingung betrieben werden kann, um somit die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern und die Betriebskosten des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Zusätzlich dazu kann das Verfahren zur Steuerung des Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner die zusätzlichen technischen Merkmale umfassen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotorantriebsmodus denselben Energieverbrauch mit dem Fahrenergieerzeugungsmodus auf, wenn das Soll-Drehmoment gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht.
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Des Weiteren umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Elektromotor einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor, wobei der erste Elektromotor eine geringere Leistung als der zweite Elektromotor aufweist. Nachdem das Fahrzeug angesteuert wurde, in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen, ob der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor Fahrenergieerzeugung gemäß dem Soll-Drehmoment, dem Energieerzeugungsdrehmoment des ersten Elektromotors und einem Energieerzeugungsdrehmoment des zweiten Elektromotors, jeweils entsprechend der Drehzahl, bereitstellt.
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Des Weiteren umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren ferner: Erfassen eines seriellen Energieerzeugungsdrehmoments, das einer seriellen Energieerzeugungskurve gemäß der Drehzahl entspricht; Vergleichen des Soll-Drehmoments mit einem Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und einer Effizienz des Elektromotors; Ansteuern des Fahrzeugs, in einen seriellen Energieerzeugungsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und der Effizienz des Elektromotors ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren ferner: Erfassen eines maximalen Antriebsmoments des Verbrennungsmotors, das einer externen charakteristischen Kurve des Verbrennungsmotors gemäß der Drehzahl entspricht; Vergleichen des Soll-Drehmoments mit dem maximalen Antriebsmoment des Verbrennungsmotors; Ansteuern des Fahrzeugs, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist; und Ansteuern des Fahrzeugs, in einen Hybridantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist.
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Ferner wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Soll-Leistung gemäß einer Formel berechnet, um die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors zu erfassen, wobei die Formel lautet: P1 × g1 × f1 = P × g × f1 + (P1 – P) × η1 × η2 × f2, worin P für die Soll-Leistung steht; g für eine Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors steht; f1 für einen Koeffizienten zur Umwandlung einer Einheit in Liter steht: P1 für eine Leistung steht, wenn die Treibstoffverbrauchsrate, die einer optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, g1 ist; f2 ein Koeffizient ist, der gemäß eines Temperaturplateaus des Treibstoffs und einer Treibstoffeffizienz erhalten wird; η1 und η2 für eine Batterieeffizienz bzw. eine Effizienz des Elektromotors stehen.
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Eine Ausführungsform eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung stellt ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs bereit, das einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine Antriebsbatterie umfasst. Das System umfasst: ein Empfangsmodul, das ausgelegt ist, ein Soll-Drehmoment, eine Drehzahl und einen Ladezustand (SOC) der Antriebsbatterie zu empfangen; ein Erfassungsmodul, das ausgelegt ist, ein effizientes Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das einer Grenzkurve einer Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und ein Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das einer Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl, zu erfassen; ein Vergleichsmodul, das ausgelegt ist, das Soll-Drehmoment mit dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und dem Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors zu vergleichen; und ein Steuermodul, das ausgelegt ist, das Fahrzeug anzusteuern, in einen Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer oder gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, und das Fahrzeug anzusteuern, in einen Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, wenn der SOC niedriger als ein vorbestimmter Wert ist und wenn das Soll-Drehmoment geringer als das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und größer als das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors ist.
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Mit dem System zur Steuerung des Fahrzeugs nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das der Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl erfasst, um somit das Fahrzeug anzusteuern, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus oder den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten. Die ölsparende Wirkung und der Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie werden zusammen berücksichtig, und die Trennung zwischen dem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus wird expliziert, so dass das Fahrzeug bei einer optimalen Arbeitsbedingung betrieben werden kann, um somit die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern und die Betriebskosten des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Zusätzlich dazu kann das System zur Steuerung des Fahrzeugs nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner die zusätzlichen technischen Merkmale umfassen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotorantriebsmodus denselben Energieverbrauch mit dem Fahrenergieerzeugungsmodus auf, wenn das Soll-Drehmoment gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht.
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Ferner umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Elektromotor einen ersten Elektromotor und einen zweiten Elektromotor, wobei der erste Elektromotor eine geringere Leistung als der zweite Elektromotor aufweist. Nachdem das Fahrzeug angesteuert wurde, in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, ist das Vergleichsmodul ferner ausgelegt zu bestimmen, ob der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor Fahrenergieerzeugung gemäß dem Soll-Drehmoment, einem Energieerzeugungsdrehmoment des ersten Elektromotors und einem Energieerzeugungsdrehmoment des zweiten Elektromotors, jeweils entsprechend der Drehzahl, bereitstellt.
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Des Weiteren ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Erfassungsmodul ferner ausgelegt, ein serielles Energieerzeugungsdrehmoment zu erfassen, das einer seriellen Energieerzeugungskurve gemäß der Drehzahl entspricht; das Vergleichsmodul ist ferner ausgelegt, das Soll-Drehmoment mit einem Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und einer Effizienz des Elektromotors zu vergleichen; das Steuermodul ist ferner ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in einen seriellen Energieerzeugungsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und der Effizienz des Elektromotors ist.
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Des Weiteren ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Erfassungsmodul ferner ausgelegt, ein maximales Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das einer externen charakteristischen Kurve des Verbrennungsmotors gemäß der Drehzahl entspricht, zu erfassen; das Vergleichsmodul ist ferner ausgelegt, das Soll-Drehmoment mit dem maximalen Antriebsmoment des Verbrennungsmotors zu vergleichen; das Steuermodul ist ferner ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, und ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in einen Hybridantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist. Ferner wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Soll-Leistung nach einer Formel berechnet, um die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors zu erfassen, wobei die Formel lautet: P1 × g1 × f1 = P × g × f1 + (P1 – P) × η1 × η2 × f2, worin P für die Soll-Leistung steht; g für eine Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors steht; f1 für einen Koeffizienten zur Umwandlung einer Einheit in Liter steht: P1 für eine Leistung steht, wenn die Treibstoffverbrauchsrate, die einer optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, g1 ist; f2 ein Koeffizient ist, der gemäß eines Treibstoffheizwertes und einer Treibstoffeffizienz erhalten wird; η1 und η2 für eine Batterieeffizienz bzw. eine Effizienz des Elektromotors stehen.
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Zusätzliche Aspekte und Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind zum Teil in der folgenden Beschreibung gegeben, werden zum Teil aus der folgenden Beschreibung ersichtlich oder können aus der praktischen Umsetzung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erkannt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und/oder zusätzliche Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreiung mit Verweis auf die Zeichnungen offensichtlich und besser verständlich, worin:
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1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Fahrzeugs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit Parallelschaltung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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3 eine schematische Darstellung verschiedenen Typen von Kurven eines Verbrennungsmotors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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4 ein Ablaufdiagramm der Trennung eines Arbeitsmodus und eines Antriebsmodus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
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5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, eines Elektromotors M1 und eines Elektromotors M2 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
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6 eine schematische Darstellung eines Systems zur Steuerung eines Fahrzeugs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail beschrieben, und Beispiele für die Ausführungsformen sind in den Zeichnungen veranschaulicht, worin dieselben oder ähnliche Referenzzahlen verwendet werden, um dieselben oder ähnliche Elemente oder Elemente mit denselben oder ähnlichen Funktionen anzuzeigen. Die hierin mit Verweis auf die Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhaft, welche zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, aber sie sind nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend auszulegen.
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Zusätzlich dazu werden hierin Begriffe wie z.B. „erster/erste/erstes“ und „zweiter/zweite/zweites“ zu Zwecken der Beschreibung verwendet und sollen die relative Wichtigkeit oder Bedeutung weder anzeigen noch implizieren oder die Anzahl an angezeigten technischen Merkmalen implizieren. Somit kann das mit „erstes“ und „zweites“ definierte Merkmal eines oder mehrere dieses Merkmals umfassen. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bedeutet „eine Mehrzahl von“ zwei oder mehr als zwei, sofern dies nicht anders angegeben ist.
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In der vorliegenden Erfindung werden, sofern dies nicht anders angegeben oder eingeschränkt ist, die Begriffe „montiert“, „verbunden“, „gekoppelt“, „befestigt“ und dergleichen im breiten Sinne verwendet, und es kann sich dabei z.B. um feststehende Verbindungen, lösbare Verbindungen oder einstückige Verbindungen handeln; es können auch mechanische oder elektrische Verbindungen sein; es können direkte Verbindungen oder indirekte Verbindungen über Zwischenstrukturen sein; sie können auch innere Kommunikation von zwei Elementen sein, was von einem Fachmann gemäß den speziellen Situationen ausgelegt werden kann.
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In der vorliegenden Erfindung kann, sofern nicht anders angegeben oder eingeschränkt, eine Struktur, in welcher ein Merkmal „auf“ oder „unterhalb“ eines zweites Merkmals ist, eine Ausführungsform umfassen, in welcher das erste Merkmal in direktem Kontakt mit dem zweiten Merkmal ist, und sie kann auch eine Ausführungsform umfassen, in welcher das erste Merkmal und das zweite Merkmal nicht miteinander in direktem Kontakt sind, sondern über ein zusätzliches Merkmal miteinander in Kontakt sind, das dazwischen ausgebildet ist. Darüber hinaus kann ein erstes Merkmal „auf“, „oberhalb“ oder „auf der Oberseite von“ einem zweiten Merkmal eine Ausführungsform umfassen, in welchem das erste Merkmal direkt oder schräg „auf“, „oberhalb“ oder „auf der Oberseite von“ dem zweiten Merkmal ist, oder es bedeutet einfach, dass das erste Merkmal auf einer höheren Höhe als das zweite Merkmal ist; während ein erstes Merkmal „unterhalb von“, „unter“ oder „auf der Unterseite von“ einem zweiten Merkmal eine Ausführungsform umfassen kann, in welcher das erste Merkmal direkt oder schräg „unterhalb von“, „unter“ oder auf der Unterseite von“ dem zweiten Merkmal ist, oder es bedeutet einfach, dass das erste Merkmal auf einer geringeren Höhe als das zweite Merkmal ist.
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Im Folgenden sind ein Verfahren und ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben, in welchen das Fahrzeug in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein Hybridelektrofahrzeug ist. Das Hybridelektrofahrzeug bezieht sich auf ein Fahrzeug, dessen Antriebssystem, das zwei oder mehrere einzelne Antriebssysteme umfasst, die simultan arbeiten können, sowie eine Fahrleistung des Hybridelektrofahrzeugs, durch die jeweiligen einzelnen Antriebssysteme unabhängig oder koordiniert gemäß dem praktischen Fahrzustands des Fahrzeugs bereitgestellt wird, was Energie sparen und Emissionen reduzieren kann. Zuerst wird das Verfahren zur Steuerung des Fahrzeugs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Zeichnungen veranschaulicht. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine Antriebsbatterie. Mit Verweis auf die 1 umfasst das Verfahren die folgenden Schritte.
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Im Schritt 101 werden ein Soll-Drehmoment, eine Drehzahl und ein Ladezustand (state of charge, SOC) der Antriebsbatterie empfangen.
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Im Schritt 102 werden ein effizientes Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das einer Grenzkurve einer Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und ein Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das einer Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl erfasst.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Fahrzeug, mit Verweis auf 2, einen Verbrennungsmotor, eine Antriebsbatterie (nicht dargestellt) und einen Elektromotor wie z.B. einen Elektromotor M1 und einen Elektromotor M2 umfassen, worin der Elektromotor M1 gewöhnlich ein permanenterregter Synchronmotor und für die serielle Energieerzeugung bei einer niedrigen Drehzahl oder einem niedrigen Drehmoment ausgelegt ist; worin der Elektromotor M2 gewöhnlich ein asynchroner Elektromotor und für reinen elektrischen Antrieb und Verstärkung ausgelegt ist.
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Insbesondere werden zuerst eine effiziente Kurve des Verbrennungsmotors, eine serielle Energieerzeugungskurve, eine optimal ökonomische Kurve des Verbrennungsmotors und eine Fahrenergieerzeugungskurve bestimmt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Soll-Leistung nach einer Formel berechnet, um die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors zu erfassen, wobei die Formel lautet: P1 × g1 × f1 = P × g × f1 + (P1 – P) × η1 × η2 × f2, worin P für die Soll-Leistung steht; g für eine Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors steht; f1 für einen Koeffizienten zur Umwandlung einer Einheit in Liter steht: P1 für eine Leistung steht, wenn die Treibstoffverbrauchsrate, die einer optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, g1 ist; f2 ein Koeffizient ist, der gemäß eines Treibstoffsheizwertes und einer Treibstoffeffizienz erhalten wird; η1 und η2 für eine Batterieeffizienz bzw. eine Effizienz des Elektromotors stehen.
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Insbesondere mit Verweis auf 3 wird im Prozess der Fahrenergieerzeugung die Arbeitseffizienz des Verbrennungsmotors optimiert, aber in Hinblick auf den Leistungsausgleich ist der Fall, in welchem der Verbrennungsmotor in gewissen Zonen allein arbeitet, gegenüber dem Fall der Fahrenergieerzeugung aufgrund von der Effizienz des Elektromotors und der Batterieeffizienz überlegen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Berechnung der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors bereit. Zu einem Zeitpunkt bei einer gewissen Drehzahl ist die Treibstoffverbrauchsrate, die der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, g1, und zu diesem Zeitpunkt ist die entsprechende Leistung P1 und das entsprechende Drehmoment ist T1. Geht man davon aus, dass der reine Verbrennungsmotorantriebsmodus denselben Energieverbrauch mit dem Fahrenergieerzeugungsmodus aufweist, wenn die Soll-Leistung des Fahrzeugs P ist, so ist zu diesem Zeitpunkt die Treibstoffverbrauchrate des Verbrennungsmotors g. Man geht davon aus, dass das Fahrzeug eine Stunde mit dieser Geschwindigkeit fährt, um Vergleich und Berechnung zu vereinfachen. Der Treibstoffverbrauch für den reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus ist P × g × f1, worin f1 ein Koeffizient zur Umwandlung einer Einheit in Liter ist, wobei der Wert für Benzin 0,0014 ist. Im Fahrenergieerzeugungsmodus arbeitet der Verbrennungsmotor mit der optimal ökonomischen Kurve, und danach ist der Treibstoffverbrauch P1 × g1 × f1 und die Fahrenergieerzeugungsausgabe ist (P1 – P) kWh. Unter Berücksichtigung der Batterieeffizienz η1 und der Effizienz des Elektromotors η2, wird die Antrieberzeugungsleistungsausgabe in Treibstoffkapazität übersetzt, d.h. (P1 – P) × η1 × η2 × f2, wobei f2 ein Koeffizient ist, der gemäß eines Treibstofftemperaturplateaus und einer Treibstoffeffizienz erhalten wird, und der Wert für Benzin um 0,3 beträgt. Andere Parameter sind bekannt, mit der Ausnahme von P, wobei P nach der Formel P1 × g1 × f1 = P × g × f1 + (P1 – P) × η1 × η2 × f2 berechnet werden kann. Je nach Drehzahl zu diesem Zeitpunkt sowie je nach P kann das Drehmoment T, das der Drehzahl entspricht, berechnet werden. Ist das Soll-Drehmoment größer als T und geringer als T1, so ist der Zustand der reinen Verbrennungsmotorarbeit, d.h. der Verbrennungsmotorantriebsmodus, geeignet; ist das Soll-Drehmoment geringer als T und wird das Drehmoment des Elektromotors erfüllt, so ist der Fahrenergieerzeugungsmodus geeignet. T, das verschiedenen Drehzahlen entspricht, kann berechnet und verbunden werden, um die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors in einem Leistungsergänzungsmodus zu erhalten. In Bezug auf eine externe charakteristische Kurve des Verbrennungsmotors, die in 3 gegeben ist, weist die effiziente Zone des Verbrennungsmotors eine Drehzahl auf, die im Bereich von 1500 U/min bis 4500 U/min liegt. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors im Leistungsergänzungsmodus als bd markiert, was eine gerade Linie, eine unterbrochene Linie oder eine Kurve sein kann. Der Einfachheit der Beschreibung halber ist bd in 3 als eine gerade Linie dargestellt. Eine Zone zwischen bd und der optimal ökonomischen Treibstoffkurve ist die effiziente Zone des Verbrennungsmotors im Leistungsergänzungsmodus.
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Des Weiteren wird, wie in 3 gezeigt ist, die serielle Energieerzeugungskurve durch Auswahl einer kleineren zwischen der Erzeugungsleistung des Elektromotors M1 und der Ladeleistung der Batterie bei jeder Abtastzeit erhalten, d.h. eine wieder aufladbare Leistung des Elektromotors M1. Eine durch die wieder aufladbaren Leistungen gebildete Hyperbel ist die serielle Energieerzeugungskurve. Des Weiteren kann das Drehmoment, das der minimalen Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors bei jeder Drehzahl entspricht, erfasst werden. Es kann eine zweidimensionale Koordinate der Drehzahl und des Drehmoments bei jeder Drehzahl bestimmt werden, und es werden alle Koordinaten verbunden, um die optimale ökonomische Kurve des Verbrennungsmotors zu bilden.
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Wie in 3 gezeigt ist, kann zusätzlich dazu die aufladbare Leistung des Elektromotors M2 durch Auswahl einer kleineren zwischen der Erzeugungsleistung des Elektromotors M2 und der Ladeleistung der Batterie bei jeder Abtastzeit erhalten werden, so dass das Energieerzeugungsdrehmoment entsprechend jeder Drehzahl gemäß der wieder aufladbaren Leistung erfasst werden kann. Dies ist die Fahrenergieerzeugungskurve durch das Drehmoment, die der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors bei jeder Drehzahl entspricht, minus des Energieerzeugungsdrehmoments. Die Fahrenergieerzeugungszone sollte den Verbrennungsmotor in der effizienten Zone sicherstellen, welche sich auf eine Zone zwischen bd und der Fahrenergieerzeugungskurve bezieht, welche in einem Bereich zwischen 1500 U/min bis 4500 U/min liegt.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zuerst die effiziente Kurve des Verbrennungsmotors, die serielle Energieerzeugungskurve, die optimal ökonomische Kurve des Verbrennungsmotors und die Fahrenergieerzeugungskurve bestimmt. Die ölsparende Wirkung und der Leistungsverbrauch des Verbrennungsmotors sollten zusammen berücksichtigt werden, um ein Verfahren zum Trennen des Verbrennungsmotorantriebsmodus und des Fahrenergieerzeugungsmodus bereitzustellen, und ein Verfahren zur Berechnung der Grenzlinie zwischen Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus, um somit einen Echtzeits-Arbeitszustand und ein Verfahren zur Steuerung eines Ziel-Drehmoments jeder Komponente zu bestimmen.
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Im Schritt 103 wird das Soll-Drehmoment mit dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und dem Fahrenergieerzeugungsmoment des Elektromotors verglichen.
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Im Schritt 104 wird das Fahrzeug angesteuert, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer oder gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotorantriebsmodus denselben Energieverbrauch mit dem Fahrenergieerzeugungsmodus auf, wenn das Soll-Drehmoment gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht.
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Im Schritt 105 wird das Fahrzeug angesteuert, in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, wenn der SOC geringer als ein vorbestimmter Wert ist und wenn das Soll-Drehmoment geringer als das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und größer als das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors ist.
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Ferner umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren des Weiteren: Erfassen eines seriellen Energieerzeugungsdrehmoments, das einer seriellen Energieerzeugungskurve gemäß der Drehzahl entspricht; Vergleichen des Soll-Drehmoments mit einem Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und einer Effizienz des Elektromotors; Ansteuern des Fahrzeugs, in einen seriellen Energieerzeugungsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und der Effizienz des Elektromotors ist.
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Ferner umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren des Weiteren: Erfassen eines maximalen Antriebsmoments des Verbrennungsmotors, das einer externen charakteristischen Kurve des Verbrennungsmotors gemäß der Drehzahl entspricht; Vergleichen des Soll-Drehmoments mit dem maximalen Antriebsmoment des Verbrennungsmotors; Ansteuern des Fahrzeugs, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist; und Ansteuern des Fahrzeugs, in einen Modus des Hybridantriebs einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist.
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Insbesondere werden zweitens in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Arbeitsmodus und der Antriebsmodus getrennt.
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Mit Verweis auf die 4, wenn das Fahrzeug in eine Leistungsergänzungsphase eintritt (d.h. der SOC ist geringer als der vorbestimmte Wert, d.h. der Zielwert), gib es verschiedene Arbeitsmodi mit verschiedenen Prioritäten. Wie in 4 gezeigt ist, wird der Verbrennungsmotorantriebsmodus bevorzugt verwendet. Insbesondere einem Hocheffizienz-Motormodus im Verbrennungsmotorantriebsmodus wird Priorität verliehen, in welchem der Verbrennungsmotor in einer effizienten Zone arbeitet, wobei die Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und erneut in mechanische Energie vermieden wird, um dadurch die Effizienz des gesamten Systems zu optimieren. Der Fahrenergieerzeugungsmodus erhält zweite Priorität, in welchem das Soll-Drehmoment relativ gering ist; es wird ein Verfahren zur Steuerung der Fahrenergieerzeugung angenommen; und der Verbrennungsmotor arbeitet mit der optimal ökonomischen Treibstoffkurve, d.h. einem Teil der Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs nach vorne und den anderen Teil für die Energieerzeugung des Elektromotors. Der serielle Energieerzeugungsmodus wird letztgereiht. Die Effizienz des gesamten Systems ist aufgrund der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und erneut zu mechanischer Energie relativ gering. Der serielle Energieerzeugungsmodus wird nur unter einer Arbeitsbedingung mit geringer Drehzahl oder kleinem Drehmoment verwendet, was der geringen Effizienz des Verbrennungsmotors entspricht, so dass der Verbrennungsmotor bei einem optimal ökonomischen Punkt arbeiten kann.
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Ferner umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Elektromotor einen ersten Elektromotor M1 und einen zweiten Elektromotor M2, wobei der erste Elektromotor eine geringere Leistung als der zweite Elektromotor aufweist. Nachdem das Fahrzeug angesteuert wurde, in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen, ob der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor Fahrenergieerzeugung gemäß dem Soll-Drehmoment, einem Energieerzeugungsdrehmoment des ersten Elektromotors und einem Energieerzeugungsdrehmoment des zweiten Elektromotor bereitstellt, jeweils entsprechend der Drehzahl.
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Insbesondere umfasst das Verfahren zur Steuerung des Drehmoments die folgenden Schritte.
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Im Schritt S1 werden ein Soll-Drehmoment Tr und eine Drehzahl n in Echtzeit eingegeben. Tr stellt ein Drehmoment dar, das von einem Soll-Drehmoment an einem Rad zu einem Soll-Drehmoment an einem Eingabeende eines Hauptvorgeleges transformiert wurde, und n steht für eine Drehzahl am Hauptvorgelege.
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Im Schritt S2 wird ein effizientes Antriebsmoment Te_d des Verbrennungsmotors entsprechend von n in der bd-Kurve mittels Interpolation bestimmt, gemäß n und einer Grenzkurve des reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus und des Fahrenergieerzeugungsmodus (d.h. die Grenzkurve (bd) der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors).
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Im Schritt S3 wird ein Elektromotorfahrenergieerzeugungsdrehmoment T_c entsprechend n in der Fahrenergieerzeugungskurve, und ein optimales ökonomisches Verbrennungsmotordrehmoment Te_o, das der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, mittels Interpolation bestimmt, gemäß n, der Fahrenergieerzeugungskurve und der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors, es wird eine kleinere der Erzeugungsleistung des Elektromotors M1 und der Ladeleistung der Batterie gewählt, es wird ein Ladedrehmoment T_c1 entsprechend dem Elektromotor M1 gemäß n berechnet.
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Im Schritt S4. Bestimmen eines seriellen Energieerzeugungsdrehmoments T_s mittels Interpolation, das n in der seriellen Energieerzeugungskurve entspricht, und einer Drehzahl n-op und eines Drehmoments T_op, das einem Schnittpunkt der seriellen Energieerzeugungskurve und der optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, gemäß n und der seriellen Energieerzeugungskurve.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stehen Te, Tm1 und Tm2 für ein Verbrennungsmotordrehmoment, ein Ziel-Drehmoment des Elektromotors M1 bzw. ein Ziel-Drehmoment des Verbrennungsmotors M2, und ne steht für eine Ziel-Drehzahl des Verbrennungsmotors. Ferner umfasst mit Verweis auf 5 das Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotors, des Elektromotors M1 und des Elektromotors M2 insbesondere die folgenden Schritte.
- 1) Es wird bestimmt, ob Tr größer als Te_d ist. Wenn ja, so arbeitet der Verbrennungsmotor in einer Hocheffizienzzone, Te = Tr, Tm1 = 0, Tm2 = 0, und das Antriebsmoment wird unabhängig vom Verbrennungsmotor bereitgestellt, was Energieverlust aufgrund von Energieumwandlung in andere Modi vermeidet.
- 2) Wird die obige Bedingung nicht erfüllt, so wird bestimmt, ob Tr größer als T_c und kleiner als Te_d ist, wenn ja, so arbeitet das Fahrzeug in einem Fahrenergieerzeugungsmodus; wenn Tr – Te_o kleiner oder gleich T_c1 ist, Te = Te_o, Tm1 = Te_o – Tr, Tm2 = 0, und die Fahrenergieerzeugung wird durch den Elektromotor M1 bewerkstelligt. Aufgrund davon, dass die Leistung des Elektromotors M2 niedrig und die Effizienz hoch ist, so dass der Elektromotor M1 bevorzugt während der Fahrenergieerzeugung verwendet wird; wenn Tr – Te_o größer als T_c1 ist, Te = Te_o, Tm1 = 0, Tm2 = Te_o – Tr, und die Fahrenergieerzeugung wird durch den Elektromotor M2 bewerkstelligt.
- 3) Wird die obige Bedingung, dass Tr größer als T_c und kleiner als Te_d ist, nicht erfüllt, so wird ferner bestimmt, ob Tr kleiner als T_s × Effizienz des Elektromotors ist. Wenn ja, so befindet sich das Fahrzeug im seriellen Energieerzeugungsmodus, ne = n_op, Tm1 = Te_op, Tm2 = Tr, und der Elektromotor nimmt ein Drehmomentsteuerungsverfahren an, und der Verbrennungsmotor nimmt ein Drehzahlsteuerungsverfahren an, so dass der Elektromotor M1 an einem Schnittpunkt der optimalen ökonomischen Verbrennungsmotorkurve und der seriellen Energieerzeugungskurve arbeitet, um somit die Arbeitseffizienz des Verbrennungsmotors zu verbessern.
- 4) Wird die obige Bedingung, dass Tr kleiner als T_s × Effizienz des Elektromotors ist, nicht erfüllt, so wird bestimmt, ob Tr kleiner als ein maximales Antriebsmoment Tm des Verbrennungsmotors ist. Wenn ja, so wird es vom Verbrennungsmotor unabhängig angetrieben. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug in den Verbrennungsmotorantriebsmodus eintritt, Te = Tr, Tm1 = 0, Tm2 = 0.
- 5) Wird die obige Bedingung, dass Tr kleiner als ein maximales Antriebsmoment Tm des Verbrennungsmotors ist, nicht erfüllt, so tritt das Fahrzeug in den Modus des Hybridantriebs ein, Te = Tr, Tm1 = 0, Tm2 = 0.
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Das Verfahren nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die ölsparende Wirkung und den Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie zusammen, es stellt ein Verfahren zur Berechnung der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors bereit, es identifiziert die reine Verbrennungsmotorzone und die Fahrenergieerzeugungszone, es bestimmt die Prioritätsgrade der verschiedenen Arbeitsmodi im Leistungsergänzungszustand, d.h. den reinen Verbrennungsmotormodus, den Fahrenergieerzeugungsmodus und den seriellen Energieerzeugungsmodus in sequenzieller Weise. Ist der Treibstoff nicht ausreichend, um den Verbrauch an elektrischer Energie zu kompensieren, so wird der reine Verbrennungsmotorantriebsmodus bevorzugt. Nur wenn die Treibstoffverbrauchsrate des Arbeitspunkts weit unter der optimal ökonomischen Treibstoffkurve liegt, überwiegt die ölsparende Wirkung des Verbrennungsmotors bei weitem den Energieverbrauch und somit wird der Fahrenergieerzeugungsmodus angenommen. Der serielle Modus wird bei einer niedrigen Drehzahl oder einer Zone des geringen Drehmoments verwendet, um somit zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor in einer Zone des hohen Treibstoffverbrauchs und der schlechten Emission arbeitet.
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Mit dem Verfahren zur Steuerung des Fahrzeugs nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das der Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl erfasst, um somit das Fahrzeug anzusteuern, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus oder in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten. Die ölsparende Wirkung und der Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie werden zusammen berücksichtigt, und die Trennung zwischen dem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus wird expliziert, so dass das Fahrzeug bei einer optimalen Arbeitsbedingung arbeiten kann, um somit die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern und die Betriebskosten des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Im Folgenden wird ein System zur Steuerung eines Fahrzeugs nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine Antriebsbatterie. Mit Verweis auf 6 umfasst das System 10 ein Empfangsmodul 100, ein Erfassungsmodul 200, ein Vergleichsmodul 300 und ein Steuermodul 400.
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Das Empfangsmodul 100 ist ausgelegt, ein Soll-Drehmoment, eine Drehzahl und einen Ladezustand (state of charge, SOC) der Antriebsbatterie zu empfangen. Das Erfassungsmodul 200 ist ausgelegt, ein effizientes Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das einer Grenzkurve einer Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und ein Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das einer Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl zu erfassen. Das Vergleichsmodul 300 ist ausgelegt, das Soll-Drehmoment mit dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und dem Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors zu vergleichen. Wenn das Soll-Drehmoment größer oder gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, so ist das Steuermodul 400 ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in einen Modus des Verbrennungsmotorantriebs einzutreten, und wenn der SOC niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und wenn das Soll-Drehmoment geringer als das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors und größer als das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors ist, so ist das Steuermodul 400 ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in einen Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten.
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Insbesondere kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf 2 das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine Antriebsbatterie (nicht gezeigt) und einen Elektromotor wie z.B. einen Elektromotor M1 und einen Elektromotor M2 umfassen, in welchem der Elektromotor M1 für gewöhnlich ein permanenterregter Synchronmotor und für die serielle Energieerzeugung bei geringer Drehzahl oder geringem Drehmoment ausgelegt ist; der Elektromotor M2 ist gewöhnlicher Weise ein asynchroner Elektromotor und für reinen elektrischen Antrieb und die Verstärkung ausgelegt.
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Ferner werden eine effiziente Kurve des Verbrennungsmotors, eine serielle Energieerzeugungskurve, eine optimale ökonomische Kurve des Verbrennungsmotors und eine Fahrenergieerzeugungskurve zuerst bestimmt.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Soll-Leistung nach einer Formel berechnet, um die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors zu erfassen, wobei die Formel lautet P1 × g1 × f1 = P × g × f1 + (P1 – P) × η1 × η2 × f2, worin P für die Soll-Leistung steht; g für eine Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors steht; f1 für einen Koeffizienten zur Umwandlung einer Einheit in Liter steht: P1 für eine Leistung steht, wenn die Treibstoffverbrauchsrate, die einer optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, g1 ist; f2 ein Koeffizient ist, der gemäß eines des Treibstoffheizwertes und einer Treibstoffeffizienz erhalten wird; η1 und η2 für eine Batterieeffizienz bzw. eine Effizienz des Elektromotors stehen.
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Insbesondere wird mit Verweis auf 3 im Prozess der Fahrenergieerzeugung die Arbeitseffizienz des Verbrennungsmotors optimiert, aber hinsichtlich des Leistungsausgleichs ist der Fall, in welchem der Verbrennungsmotor in gewissen Zonen allein arbeitet, gegenüber dem Fall der Fahrenergieerzeugung aufgrund der Gegebenheit von Effizienz des Elektromotors und Batterieeffizienz überlegen. Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Berechnung der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors bereit. Zu einem Zeitpunkt mit einer gewissen Drehzahl ist die Treibstoffverbrauchsrate, die der optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, g1, und zu diesem Zeitpunkt ist die entsprechende Leistung P1 und das entsprechende Drehmoment ist T1. Unter der Annahme, dass der reine Verbrennungsmotorantriebsmodus denselben Energieverbrauch mit dem Fahrenergieerzeugungsmodus aufweist, wenn die Soll-Leistung des Fahrzeugs P ist, ist zu diesem Zeitpunkt die Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors g. Das Fahrzeug soll eine Stunde mit dieser Geschwindigkeit fahren, um Vergleich und Berechnung zu vereinfachen. Der Treibstoffverbrauch für den Modus des reinen Verbrennungsmotorantriebs ist P × g × f1, wobei f1 ein Koeffizient für die Umwandlung einer Einheit in Liter ist, wobei der Wert für Benzin 0,0014 beträgt. Im Fahrenergieerzeugungsmodus arbeitet der Verbrennungsmotor mit der optimalen ökonomischen Kurve, und dann ist der Treibstoffverbrauch P1 × g1 × f1 und die Antriebserzeugungsleistungsausgabe ist (P1 – P) kWh. Unter Berücksichtigung der Batterieeffizienz η1 und der Effizienz des Elektromotors η2 wird die Antriebserzeugungsleistungsausgabe in Treibstoffkapazität übersetzt, d.h. (P1 – P) × η1 × η2 × f2, worin f2 ein Koeffizient ist, der gemäß eines Treibstoffheizwertes und einer Treibstoffeffizienz erhalten wird, und der Wert für Benzin beträgt etwa 0,3. Andere Parameter sind bekannt, mit der Ausnahme von P, wobei P gemäß P1 × g1 × f1 = P × g × f1 + (P1 – P) × η1 × η2 × f2 berechnet werden kann. Gemäß der Drehzahl zu diesem Zeitpunkt und P kann das Drehmoment T, das der Drehzahl entspricht, berechnet werden. Ist das Soll-Drehmoment größer als T und kleiner als T1, so ist die Bedingung der reinen Verbrennungsmotorarbeit, d.h. der Verbrennungsmotorantriebsmodus, geeignet; ist das Soll-Drehmoment geringer als T und das Elektromotordrehmoment wird erfüllt, so ist der Fahrenergieerzeugungsmodus geeignet. T, das verschiedenen Drehzahlen entspricht, kann berechnet und verbunden werden, um die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors in einem Leistungsergänzungsmodus zu erhalten. In Bezug auf eine externe charakteristische Kurve des Verbrennungsmotors, die in 3 gegeben ist, weist die effiziente Zone des Verbrennungsmotors eine Drehzahl auf, die von 1500 U/min bis 4500 U/min reicht. Zur Vereinfachung der Beschreibung ist die Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors im Leistungsergänzungsmodus als bd markiert, was eine gerade Linie, eine unterbrochene Linie oder eine Kurve sein kann. Der Einfachheit der Beschreibung halber ist bd als eine gerade Linie in 3 dargestellt. Eine Zone zwischen bd und der optimalen ökonomischen Treibstoffkurve ist die effiziente Zone des Verbrennungsmotors im Leistungsergänzungsmodus.
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Ferner wird, wie dies in 3 gezeigt ist, die serielle Energieerzeugungskurve erhalten, indem eine kleinere zwischen der Erzeugungsleistung des Elektromotors M1 und der Ladeleistung der Batterie bei jeder Abtastzeit gewählt wird, d.h. eine aufladbare Leistung des Elektromotors M1. Eine Hyperbel, die durch die wieder aufladbaren Leistungen gebildet wird, ist die serielle Energieerzeugungskurve. Ferner kann das Drehmoment, das der geringsten Treibstoffverbrauchsrate des Verbrennungsmotors bei jeder Drehzahl entspricht, erfasst werden. Es kann eine zweidimensionale Koordinate der Drehzahl und des Drehmoments bei jeder Drehzahl bestimmt werden, und alle Koordinaten werden verbunden, um die optimal ökonomische Kurve des Verbrennungsmotors zu bilden.
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Zusätzlich dazu, wie in 3 gezeigt, kann die aufladbare Leistung des Elektromotors M2 erhalten werden, indem eine kleiner der Erzeugungsleistung des Elektromotors M2 und der Ladeleistung der Batterie bei jeder Abtastzeit gewählt wird, so dass das Energieerzeugungsdrehmoment, das jeder Drehzahl entspricht, gemäß der aufladbaren Leistung erfasst werden kann. Dabei handelt es sich um die Fahrenergieerzeugungskurve durch das Drehmoment, das der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors bei jeder Drehzahl minus des Energieerzeugungsdrehmoments, entspricht. Die Fahrenergieerzeugungszone sollte den Verbrennungsmotor in der effizienten Zone gewährleisten, was sich auf eine Zone zwischen bd und der Fahrenergiekurve bezieht, im Bereich von 1500 U/min bis zu 4500 U/min.
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In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden zuerst die effiziente Kurve des Verbrennungsmotors, die serielle Energieerzeugungskurve, die optimale ökonomische Kurve des Verbrennungsmotors und die Fahrenergieerzeugungskurve bestimmt. Die ölsparende Wirkung und der Leistungsverbrauch des Verbrennungsmotors sollten zusammen berücksichtigt werden, um ein Verfahren zur Trennung des Verbrennungsmotorantriebsmodus und des Fahrenergieerzeugungsmodus bereitzustellen, und ein Verfahren zur Berechnung der Grenzlinie zwischen dem Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus, um somit eine Arbeitsbedingung in Echtzeit und ein Verfahren zur Steuerung eines Ziel-Drehmoments jeder Komponente zu bestimmen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Verbrennungsmotorantriebsmodus denselben Energieverbrauch mit dem Fahrenergieerzeugungsmodus auf, wenn das Soll-Drehmoment gleich dem effizienten Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht.
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Des Weiteren ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Erfassungsmodul 200 ferner ausgelegt, ein serielles Energieerzeugungsdrehmoment zu erfassen, das einer seriellen Energieerzeugungskurve gemäß der Drehzahl entspricht; das Vergleichsmodul 300 ist ferner ausgelegt, das Soll-Drehmoment mit dem Produkt des seriellen Erzeugungsdrehmoments und einer Effizienz des Elektromotors zu vergleichen; das Steuermodul 400 ist ferner ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in einen seriellen Energieerzeugungsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das Produkt des seriellen Energieerzeugungsdrehmoments und der Effizienz des Elektromotors ist.
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Des Weiteren ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Erfassungsmodul 200 ferner ausgelegt, ein maximales Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors zu erfassen, das einer externen charakteristischen Kurve des Verbrennungsmotors gemäß der Drehzahl entspricht; das Vergleichsmodul 300 ist ferner ausgelegt, das Soll-Drehmoment mit dem maximalen Antriebsmoment des Verbrennungsmotors zu vergleichen; das Steuermodul 400 ist ferner ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in den Verbrennungsmotorantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment geringer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist, und es ist ausgelegt, das Fahrzeug anzusteuern, in einen Hybridantriebsmodus einzutreten, wenn das Soll-Drehmoment größer als das maximale Antriebsmoment des Verbrennungsmotors ist.
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Insbesondere sind zweitens in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Arbeitsmodus und der Antriebsmodus getrennt.
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Mit Verweis auf 4, wenn das Fahrzeug in eine Leistungsergänzungsphase eintritt (d.h. der SOC ist niedriger als der vorbestimmt Wert, d.h. der Zielwert), gibt es verschiedene Arbeitsmodi mit verschiedenen Prioritäten. Wie in 4 gezeigt ist, wird der Verbrennungsmotorantriebsmodus bevorzugt verwendet. Insbesondere wird einem Hocheffizienzverbrennungsmotormodus im Verbrennungsmotorantriebsmodus Priorität gegeben, in welchem der Verbrennungsmotor in einer effizienten Zone arbeitet, wobei die Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und erneut in mechanische Energie vermieden wird, um somit die Effizienz des gesamten Systems zu optimieren. Dem Fahrenergieerzeugungsmodus wird eine sekundäre Priorität verliehen, in welchem das Soll-Drehmoment relativ klein ist; es wird ein Verfahren zur Steuerung der Fahrenergieerzeugung angenommen; und der Verbrennungsmotor arbeitet mit der optimalen ökonomischen Treibstoffkurve, d.h. ein Teil der Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs nach vorne und der andere Teil für die Energieerzeugung des Elektromotors. Der serielle Energieerzeugungsmodus wird letztgereiht. Die Effizienz des gesamten Systems ist aufgrund der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie und wieder in mechanische Energie relativ gering. Der serielle Energieerzeugungsmodus wird nur bei einer Arbeitsbedingung der geringen Drehzahl oder eines niedrigen Drehmoments, das der geringen Effizienz des Verbrennungsmotors entspricht, verwendet, so dass der Verbrennungsmotor bei einem optimal ökonomischen Punkt arbeiten kann.
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Ferner umfasst in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Elektromotor einen ersten Elektromotor M1 und einen zweiten Elektromotor M2, wobei der erste Elektromotor über eine geringere Leistung als der zweite Elektromotor verfügt. Nachdem das Fahrzeug angesteuert wurde, in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten, umfasst das Verfahren ferner: Bestimmen, ob der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor Fahrenergieerzeugung gemäß dem Soll-Drehmoment, einem Energieerzeugungsdrehmoment des ersten Elektromotors und einem Energieerzeugungsdrehmoment des zweiten Elektromotors bereitstellt, jeweils entsprechend der Drehzahl.
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Insbesondere umfasst das Verfahren zur Steuerung des Drehmoments die folgenden Schritte.
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Im Schritt S1 werden ein Soll-Drehmoment Tr und eine Drehzahl n in Echtzeit eingegeben. Tr steht für ein Drehmoment, das von einem Soll-Drehmoment an einem Rad zu einem Soll-Drehmoment am Eingabeende eines Hauptvorgeleges transformiert wurde, und n steht für eine Drehzahl am Hauptvorgelege.
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Im Schritt S2 wird ein effizientes Antriebsmoment Te_d des Verbrennungsmotors, das n in der bd-Kurve entspricht, mittels Interpolation bestimmt, gemäß n und einer Grenzkurve des Modus des reinen Verbrennungsmotorantriebs und des Fahrenergieerzeugungsmodus (d.h. die Grenzkurve (bd) der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors).
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Im Schritt S3 wird ein Elektromotorfahrenergieerzeugungsdrehmoment T_c, entsprechend n in der Fahrenergieerzeugungskurve, und ein optimalen ökonomisches Verbrennungsmotordrehmoment Te_o, das der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors entspricht, mittels Interpolation bestimmt, gemäß n, der Fahrenergieerzeugungskurve und der optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors, es wird eine kleinere der Erzeugungsleistung des Elektromotors M1 und der Ladeleistung der Batterie gewählt, es wird ein Ladedrehmoment T_c1, das dem Elektromotor M1 entspricht, gemäß n berechnet.
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Im Schritt S4 Bestimmen eines seriellen Energieerzeugungsdrehmoments T_s mittels Interpolation, das n in der seriellen Energieerzeugungskurve entspricht, und einer Drehzahl n-op und eines Drehmoments T_op, entsprechend einem Schnittpunkt der seriellen Energieerzeugungskurve und der optimalen ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors, gemäß n und der seriellen Energieerzeugungskurve.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stehen Te, Tm1 und Tm2 für ein Verbrennungsmotordrehmoment, ein Ziel-Drehmoment des Elektromotors M1 bzw. ein Ziel-Drehmoment des Elektromotors M2, und n steht für eine Ziel-Drehzahl des Verbrennungsmotors. Ferner umfasst mit Verweis auf 5 das Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotors, des Elektromotors M1 und des Elektromotors M2 insbesondere die folgenden Schritte.
- 1) Es wird bestimmt, ob Tr größer als Te_d ist. Wenn ja, so arbeitet der Verbrennungsmotor in einer Hocheffizienzzone, Te = Tr, Tm1 = 0, Tm2 = 0, und das Antriebsmoment wird unabhängig durch den Verbrennungsmotor bereitgestellt, wodurch Energieverlust aufgrund der Umwandlung von Energie in andere Modi vermieden wird.
- 2) Wird die obige Bedingung nicht erfüllt, so wird bestimmt, ob Tr größer als T_c und kleiner als Te_d ist; wenn ja, so arbeitet das Fahrzeug in einem Fahrenergieerzeugungsmodus; wenn Tr – Te_o kleiner oder gleich T_c1 ist, Te = Te_o, Tm1 = Te_o – Tr, Tm2 = 0, und die Fahrenergieerzeugung wird durch den Elektromotor M1 bewerkstelligt. Da die Leistung des Elektromotors M1 niedrig und die Effizienz hoch ist, wird der Elektromotormotor M1 während der Fahrenergieerzeugung bevorzugt verwendet; ist Tr – Te_o größer als T_c1, Te = Te_o, Tm1 = 0, Tm2 = Te_o – Tr, und die Fahrenergieerzeugung wird durch den Elektromotor M2 bewerkstelligt.
- 3) Wird die obige Bedingung, dass Tr größer als T_c und kleiner als Te_d ist, nicht erfüllt, so wird ferner bestimmt, ob Tr kleiner als T_s × Effizienz des Elektromotors ist. Wenn ja, so befindet sich das Fahrzeug im seriellen Energieerzeugungsmodus, ne = n_op, Tm1 = Te_op, Tm2 = Tr, und der Elektromotor nimmt ein Drehmomentsteuerungsverfahren an und der Verbrennungsmotor nimmt ein Drehzahlsteuerungsverfahren an, so dass der Elektromotor M1 an einem Schnittpunkt der optimal ökonomischen Kurve des Verbrennungsmotors und der seriellen Energieerzeugungskurve arbeitet, um somit die Arbeitseffizienz des Verbrennungsmotors zu verbessern.
- 4) Wird die obige Bedingung, dass Tr kleiner als T_s × Effizienz des Elektromotors ist, nicht erfüllt, so wird bestimmt, ob Tr kleiner als ein maximales Antriebsmoment Tm des Verbrennungsmotors ist. Wenn ja, so wird es unabhängig vom Verbrennungsmotor angetrieben. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug in den Verbrennungsmotorantriebsmodus eintritt, Te = Tr, Tm1 = 0, Tm2 = 0.
- 5) Wird die obige Bedingung, dass Tr kleiner als ein maximales Antriebsmoment Tm des Verbrennungsmotors ist, nicht erfüllt, so tritt das Fahrzeug in den Hybridantriebsmodus ein, Te = Tr, Tm1 = 0, Tm2 = 0.
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Das System nach den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung berücksichtigt die ölsparende Wirkung und den Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie zusammen, stellt ein Verfahren zur Berechnung der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors bereit, identifiziert die reine Verbrennungsmotorzone und die Fahrenergieerzeugungszone, bestimmt die Prioritätsgrade der verschiedenen Arbeitsmodi im Zustand der Leistungsergänzung, d.h. den reinen Verbrennungsmotormodus, den Fahrenergieerzeugungsmodus und den seriellen Energieerzeugungsmodus in sequenzieller Weise. Ist der Treibstoff nicht ausreichend, um den Verbrauch an elektrischer Energie zu kompensieren, so wird der reine Verbrennungsmotorantriebsmodus bevorzugt. Nur wenn die Treibstoffverbrauchsrate des Arbeitspunkts weit niedriger als die optimal ökonomische Treibstoffkurve ist, überwiegt die ölsparende Wirkung des Verbrennungsmotors den Energieverbrauch bei Weitem, und somit wird der Fahrenergieerzeugungsmodus angenommen. Der serielle Modus wird bei niedriger Drehzahl oder einer niedrigen Drehmomentzone verwendet, um somit zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor in einer Zone mit hohem Treibstoffverbrauch und schlechter Emission arbeitet.
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Mit dem System zu Steuerung des Fahrzeugs nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden das effiziente Antriebsmoment des Verbrennungsmotors, das der Grenzkurve der Hocheffizienzzone des Verbrennungsmotors entspricht, und das Fahrenergieerzeugungsdrehmoment des Elektromotors, das der Fahrenergieerzeugungskurve entspricht, jeweils gemäß der Drehzahl erfasst, um somit das Fahrzeug anzusteuern, in den Modus des Verbrennungsmotorantriebs oder in den Fahrenergieerzeugungsmodus einzutreten. Die ölsparende Wirkung und der Verbrauch des Verbrennungsmotors an elektrischer Energie werden gemeinsam berücksichtigt, und die Trennung zwischen dem reinen Verbrennungsmotorantriebsmodus und dem Fahrenergieerzeugungsmodus wird expliziert, so dass das Fahrzeug bei einer optimalen Arbeitsbedingung arbeiten kann, um somit die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu verbessern und die Betriebskosten des Fahrzeugs zu reduzieren.
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Jeglicher Prozess oder jegliches Verfahren, die in einem Ablaufdiagramm beschrieben oder hierin auf andere Weise beschrieben sind, können so zu verstehen sein, dass sie ein oder mehrere Module, Segmente oder Abschnitte von Codes von ausführbaren Befehlen umfassen, um spezielle logische Funktionen oder Schritte im Prozess zu erzielen, und der Umfang einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst auch andere Implementierungen, in welchen Funktionen in einem im Wesentlichen simultanen Verfahren oder in einer umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden können, abgesehen von der Reihenfolge, die hierin gezeigt oder erläutert ist, was für einen Fachmann zu verstehen sein sollte. Die/der in anderer Weise hierin beschriebene oder im Ablaufdiagramm veranschaulichte Logik und/oder Schritt, z.B. eine bestimmte Abfolgetabelle von ausführbaren Instruktionen zum Durchführen einer logischen Funktion, können insbesondere in jedem beliebigen computerlesbaren Medium erreicht werden, um somit durch das die Instruktion ausführende System, Vorrichtung oder Ausrüstung (so z.B. ein auf Computern basierendes System, ein System, das Prozessoren umfasst, oder andere Systeme, die Instruktionen aus dem/der die Instruktion ausführenden System, Vorrichtung und Ausrüstung entnehmen und die Instruktion ausführen) verwendet zu werden, oder in Kombination mit dem/der die Instruktion ausführenden System, Vorrichtung oder Ausrüstung verwendet zu werden. In Bezug auf die Beschreibung kann „das computerlesbare Medium“ jede Vorrichtung sein, die zum Umfassen, Speichern, Kommunizieren, Propagieren oder Übertragen von Programmen ausgelegt sein kann, um durch die oder in Kombination mit dem die Instruktion ausführenden System, der Vorrichtung oder Ausrüstung verwendet zu werden. Speziellere Beispiele für das computerlesbares Medium umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt: eine elektronische Verbindung (elektronische Vorrichtung) mit einem oder mehrerer Kabeln, eine tragbare Computeranlage (eine magnetische Vorrichtung), ein Random-Access-Memory (RAM), ein Read-Only-Memory (ROM), ein löschbarer und programmierbarer Read-Only-Memory (EPROMM oder Flash-Memory), eine Vorrichtung mit optischen Fasern und ein tragbarer Compact-Disk-Read-Only-Memory (CDROM). Zusätzlich dazu kann das computerlesbare Medium auch Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, das in der Lage ist, darauf Programme zu drucken, weil z.B. Papier oder das andere geeignete Medium optisch gescannt und danach editiert, entschlüsselt oder mit anderen geeigneten Verfahren verarbeitet werden kann, sollte dies erforderlich sein, um die Programme in elektrischer Weise zu erhalten, und danach können die Programme in den Computerspeichern gespeichert werden.
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Es ist zu verstehen, dass jeder Teil der vorliegenden Offenbarung durch die Hardware, Software, Firmware oder die Kombination daraus implementiert werden kann. In den obigen Ausführungsformen kann eine Mehrzahl von Schritten oder Verfahren durch die Software oder die auf einem Speicher gespeicherte Firmware implementiert werden, und durch das eigentliche den Befehl ausführende System ausgeführt werden. Wenn die Umsetzung z.B. durch die Hardware erfolgt, wie in einer anderen Ausführungsform, so können die Schritte oder Verfahren mittels einer oder einer Kombination der folgenden in der Technik bekannten Verfahrensweisen umgesetzt werden: eine diskrete Logikschaltung mit einer Logik-Gate-Schaltung zum Umsetzen einer Logikfunktion eines Datensignals, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung mit einer geeigneten Kombinations-Logik-Gate-Schaltung, eine programmierbare Gate-Array (PGA), eine Feld-programmierbare Gate-Array (FPGA) etc..
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Von einem Fachmann ist zu erkennen, dass alle oder Teile der Schritte im obigen beispielhaften Verfahren der vorliegenden Offenbarung durch die Instruktion verwandter Hardware mit Programmen implementiert werden können. Die Programme können in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sein, und die Programme umfassen einen Schritt oder Kombinationen der von Schritten in den Verfahrensausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wenn das Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
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Zusätzlich dazu kann jede funktionelle Zelle der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einem Verarbeitungsmodul integriert sein, oder diese Zellen können als unabhängige physische Einheiten existieren, oder zwei oder mehr Zellen sind in einem Verarbeitungsmodul integriert. Das integrierte Modul kann in der Form von Hardware- oder in einer Form von Software-Funktionsmodulen ausgeführt sein. Ist das integrierte Modul in der Form eines Software-Funktionsmoduls ausgeführt und wird es als alleinstehendes Produkt verkauft oder verwendet, so kann das integrierte Modul in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert werden.
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Das zuvor erwähnte computerlesbare Speichermedium kann ein Read-Only-Speicher, Magnet-Disks, CDs, etc. sein.
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In dieser Beschreibung bedeutet der Verweis auf „eine Ausführungsform“, „einige Ausführungsformen“, „ein Beispiel“, „ein spezielles Beispiel“ oder „einige Beispiele“, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Charakteristik, die in Verbindung mit der Ausführungsform oder dem Beispiel beschrieben ist, in zumindest einer Ausführungsform oder zumindest einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ist. Diese Phrasen in dieser Beschreibung verweisen nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform oder dasselbe Beispiel der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus können die bestimmten Merkmale, Strukturen, Materialien oder Charakteristiken in jeder geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen oder Beispielen kombiniert werden.
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Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist von einem Fachmann zu verstehen, dass die obigen Ausführungsformen beispielhaft sind und nicht als die vorliegende Erfindung beschränkend ausgelegt werden können; und es können Änderungen, Modifikationen, Alternativen und Variationen in den Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne von den Prinzipien und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
