-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Anpassung der rekuperierten elektrischen Leitung in einem Fahrzeug.
-
Bei Fahrzeugen, die ein 12 V-Bordnetz mit Batterien basierend auf Blei-Technologien und die kein weiteres Hochvolt- und/oder 48 V-Bordnetz umfassen, sind typischerweise nur relativ kleine Rekuperationsleistungen möglich. Durch die Verwendung von Energiespeichern mit relativ hoher Stromakzeptanz (z. B. Lithium-Batterien) und durch die Verwendung von leistungsfähigen Generatoren können jedoch auch bei Fahrzeugen mit 12 V-Bordnetzen während einer Rekuperationsphase deutlich höhere Rekuperationsleistungen bewirkt werden.
-
Die Möglichkeit von relativ hohen Rekuperationsleistungen kann es erforderlich machen, die Rekuperationsleistung zu steuern bzw. zu regeln, um ungewollt starke Fahrzeugverzögerung zu vermeiden, um die Generatorauslastung und somit die Generatorerwärmung einzuschränken und/oder um zu hohe Ladeströme (sowie eine damit verbundene Erwärmung) eines Energiespeichers bzw. eines Energieübertragungssystems des Bordnetzes zu verhindern.
-
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine komfortable, Kosten-effiziente und zuverlässige Steuerung der Rekuperationsleistung eines Generators in einem Niedervolt-Bordnetz eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
-
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung des Lastmoments bzw. der Ausgangsleistung eines Generators in einem Bordnetz eines Fahrzeugs beschrieben. Das Bordnetz kann insbesondere ein Niedervolt (NV) Bordnetz (z. B. bei 12 V bzw. 14 V) umfassen. Der Generator kann Mittel umfassen, um einen Erregerstrom zur Erzeugung eines Magnetfelds im Generator zu begrenzen. Das Verfahren kann insbesondere darauf ausgerichtet sein, das Lastmoment bzw. die Ausgangsleistung des Generators im Schubbetrieb des Fahrzeugs, d. h. bei Rekuperation, zu steuern. Mit anderen Worten, das Verfahren kann darauf ausgerichtet sein, das Lastmoment bzw. die Ausgangsleistung des Generators an Zeitpunkten zu steuern, an denen keine Einspritzung von Kraftstoff in einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs erfolgt.
-
Das Verfahren umfasst das Ermitteln der Auslenkung eines Fahrpedals des Fahrzeugs. Das Fahrpedal wird dabei typischerweise von einem Fahrer des Fahrzeugs dazu verwendet, das Fahrzeug zu beschleunigen. Mit steigender Auslenkung des Fahrpedals steigt dabei typischerweise das von einem Verbrennungsmotor der Fahrzeugs angeforderte Antriebsmoment. Andererseits kann das Fahrpedal einen Auslenkungsbereich umfassen, der durch einen minimalen Auslenkungswert, bei dem das Fahrpedal nicht betätigt wird, und durch einen maximalen Auslenkungswert, bei dem eine Einspritzung des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs beginnt, begrenzt ist. Dieser Auslenkungsbereich kann auch als Leerweg des Fahrpedals bezeichnet werden.
-
Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens kann insbesondere ein Auslenkungswert der Auslenkung in dem o. g. Auslenkungsbereich erfasst bzw. ermittelt werden.
-
Das Verfahren umfasst weiter das Anpassen der Begrenzung des Erregerstroms des Generators, in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedals, so dass durch eine stetige bzw. kontinuierliche Änderung der Auslenkung von einem ersten Auslenkungswert zu einem zweiten Auslenkungswert eine entsprechende stetige bzw. kontinuierliche Änderung der Begrenzung des Erregerstroms von einem ersten Begrenzungswert zu einem zweiten Begrenzungswert bewirkt wird. Dabei sind typischerweise der erste Begrenzungswert und/oder der zweite Begrenzungswert kleiner als ein maximal möglicher Erregerstrom des Generators. Der maximale mögliche Erregerstrom kann dabei der Erregerstrom sein, der sich an Zeitpunkten (maximal) in dem Generator einstellen kann, an denen keine Begrenzung des Erregerstroms vorgegeben wird.
-
Es wird somit einem Fahrer des Fahrzeugs ermöglicht, insbesondere im Rekuperations- bzw. Schubbetrieb des Fahrzeugs durch Betätigung des Fahrpedals, die Begrenzung des Erregerstroms in präziser Weise einzustellen. Durch die Begrenzung des Erregerstroms wird typischerweise die Rekuperationsleistung des Generators (und damit das Lastmoment des Generators) begrenzt. Es wird somit eine Kosten-effiziente und komfortable Möglichkeit zur Steuerung des Lastmoments des Generators bereitgestellt.
-
Die Begrenzung des Erregerstroms kann derart angepasst werden, dass der Begrenzungswert der Begrenzung des Erregerstroms mit steigendem Auslenkungswert der Auslenkung des Fahrpedals sinkt. Dies ermöglicht eine besonders intuitive Steuerung des Lastmoments des Generators. Insbesondere kann durch eine Erhöhung der Auslenkung des Fahrpedals mittelbar über eine verstärkte Begrenzung des Erregerstroms das Lastmoment des Generators reduziert werden (und umgekehrt). Es kann so auch bei herkömmlichen Fahrzeugen mit einem reinen verbrennungsmotorischen Antrieb (ohne elektrischen Antrieb) ein sogenanntes „One-pedal” Feeling bereitgestellt werden, bei dem das Fahrpedal sowohl zur stetigen Steuerung des Antriebsmoments als auch zur stetigen Steuerung des Verzögerungsmoments des Fahrzeugs verwendet werden kann.
-
Typischerweise erfolgt parallel zu der Begrenzung des Erregerstroms eine Regelung der Spannung im Bordnetz. Zu diesem Zweck wird dem Generator eine Soll-Spannung vorgegeben, mit der durch den Generator ein Strom an das Bordnetz abgegeben werden soll. Wenn die Soll-Spannung von dem Generator nicht erreicht wird, so kann von dem Generator der Erregerstrom als Stellgröße des Regelkreises erhöht werden. Dies führt typischerweise zu einer Erhöhung des Lastmoments des Generators. Durch eine Begrenzung des Erregerstroms (in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedals) kann diese Erhöhung des Lastmoments begrenzt werden.
-
Innerhalb des o. g. Auslenkungsbereichs kann die Begrenzung des Erregerstroms von einem maximal möglichen Erregerstrom des Generators, bei dem minimalen Auslenkungswert, zu einem minimalen Erregerstrom (von ggf. 0 A), bei dem maximalen Auslenkungswert, stetig bzw. kontinuierlich angepasst werden. Der Verlauf kann dabei durch eine stetige Kennlinie definiert sein, die für jeden Auslenkungswert eine entsprechende Begrenzung des Erregerstroms festlegt. Dabei führt eine Änderung des Auslenkungswertes typischerweise zu einer Änderung des Begrenzungswertes. So kann eine präzise Einstellung der Begrenzung des Erregerstroms bewirkt werden.
-
Das Verfahren kann weiter eine Detektion für eine Unterdeckungssituation des Bordnetzes umfassen. Mit anderen Worten, es kann detektiert werden, dass eine Unterdeckung des Bordnetzes vorliegt. Dabei kann eine Unterdeckung des Bordnetzes insbesondere dann vorliegen, wenn ein oder mehrere der folgenden Unterdeckungs-Bedingungen erfüllt sind: eine Spannung des Bordnetzes ist kleiner als oder gleich wie ein minimaler Spannungs-Schwellenwert; ein Strom im Bordnetz liegt über oder unter einem Strom-Schwellenwert; ein Strom an einem Energiespeicher des Bordnetzes liegt über oder unter einem Strom-Schwellenwert; und/oder ein Verhältnis der Ströme an einem Energiespeicher und an einem elektrischen Verbraucher des Bordnetzes überschreitet oder unterschreitet einen Verhältnis-Schwellenwert.
-
Eine Begrenzung des Erregerstroms kann aufgehoben werden (und es kann der maximal mögliche Erregerstrom freigegeben werden), wenn detektiert wurde, dass eine Unterdeckung des Bordnetzes vorliegt. So kann das Bordnetz in Energie-effizienter und zuverlässiger Weise betrieben werden. Insbesondere kann so gewährleistet werden, dass möglichst zeitnah und möglichst Energie-effizient fehlende elektrische Energie für das Bordnetz bereitgestellt wird (ggf. zu Lasten des Komforts) und so im Regelfall eine steuerbare Rekuperation angeboten werden kann, bei gleichzeitigem Erhalt der in einem 12 V/14 V-Bordnetz erforderlichen Robustheit.
-
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln von einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder von einem Übersetzungsverhältnis eines Getriebes des Fahrzeugs. Die Begrenzung des Erregerstroms kann dann auch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit und/oder von dem Übersetzungsverhältnis angepasst werden. Insbesondere kann zu diesem Zweck ein Fahrpedal-abhängiger Begrenzungswert ermittelt werden, der sich aus der Auslenkung des Fahrpedals ergibt. Außerdem können ein Fahrgeschwindigkeits-abhängiger Begrenzungswert, der sich aus der Fahrgeschwindigkeit ergibt, und/oder ein Übersetzungs-abhängiger Begrenzungswert, der sich aus dem Übersetzungsverhältnis ergibt, ermittelt werden. Die Begrenzung des Erregerstroms kann dann in Abhängigkeit von einem Minimum des Fahrpedal-abhängigen Begrenzungswertes und des Fahrgeschwindigkeits-abhängigen Begrenzungswertes und/oder des Übersetzungs-abhängigen Begrenzungswertes angepasst werden. Durch die Berücksichtigung von weiteren Fahrzeuggrößen kann die Einstellung des Lastmoments des Generators bei Rekuperation weiter präzisiert werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit für einen Generator eines Bordnetzes eines Fahrzeugs beschrieben. Der Generator weist dabei Mittel auf, um einen Erregerstrom zur Erzeugung eines Magnetfelds im Generator zu begrenzen. Die Steuereinheit ist eingerichtet, eine Auslenkung eines Fahrpedals des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, eine Begrenzung eines Erregerstroms des Generators in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedals anzupassen, so dass durch eine stetige Änderung der Auslenkung von einem ersten Auslenkungswert zu einem zweiten Auslenkungswert (der sich von dem ersten Auslenkungswert unterscheidet) eine entsprechende stetige Änderung der Begrenzung des Erregerstroms von einem ersten Begrenzungswert zu einem zweiten Begrenzungswert (der sich von dem ersten Begrenzungswert unterscheidet) bewirkt wird.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bordnetz (insbesondere ein NV-Bordnetz) für ein Fahrzeug beschrieben. Das Bordnetz umfasst auf einer einzigen Spannungsebene (d. h. an der gleichen Bordnetzspannung ohne Trennung durch einen DC/DC-Wandler) einen Generator, der über einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird; einen elektrischen Energiespeicher (z. B. eine LiIonen-Batterie), der eingerichtet ist, in zyklischer Weise elektrische Energie aufzunehmen bzw. abzugeben; ein oder mehrere elektrische Verbraucher; und einen Starter, der eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor zu starten. Desweiteren umfasst das Bordnetz die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit bzw. das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z. B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
-
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
-
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Niedervolt-Bordnetzes eines Fahrzeugs;
-
2 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Signalverarbeitung zur Steuerung eines Generators; und
-
3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung eines Generators.
-
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegenden Dokument mit der Steuerung eines Generators in einem Niedervolt-Bordnetz eines Fahrzeugs, um in komfortabler und robuster Weise elektrische Energie zu rekuperieren und um damit den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Niedervolt(NV)-Bordnetzes 100. Das Bordnetz 100 weist typischerweise eine Nennspannung von 12 V–14 V auf, und wird daher häufig auch als 12 V oder 14 V Bordnetz bezeichnet.
-
Das Bordnetz 100 umfasst ein oder mehrere elektrische Verbraucher 108 (z. B. ein Infotainmentsystem, eine Klimaanlage, etc.), die mit elektrischer Energie aus dem Bordnetz 100 versorgt werden. Das Bordnetz 100 kann zur Speicherung von elektrischer Energie ein oder mehrere Energiespeicher 106, 107 umfassen. In dem dargestellten Beispiel umfasst das Bordnetz 100 einen Blei-Akkumulator 106, der dazu verwendet werden kann, die Bordnetzspannung zu stützen und elektrische Energie für einen Starter 105 eines Verbrennungsmotors 103 des Fahrzeugs bereitzustellen. Der Starter 105 kann betrieben werden, um den Verbrennungsmotor 103 bei einem Startvorgang mechanisch anzutreiben (die dazu verwendete mechanische Verbindung ist in 1 nicht dargestellt). Desweiteren umfasst das Bordnetz 100 einen Rekuperations-Energiespeicher 107 (z. B. eine LiIonen-Batterie), der eingerichtet ist, in zyklischer Weise substantielle Mengen an elektrischer Energie aufzunehmen und wieder abzugeben.
-
Das Bordnetz 100 umfasst außerdem einen Generator 104, der über den Verbrennungsmotor 103 angetrieben wird, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zum Betrieb der ein oder mehreren Verbraucher 108 verwendet werden kann und/oder in den Energiespeichern 106, 107 gespeichert werden kann. In Schubphasen (z. B. bei einer Bergabfahrt), in denen der Generator 104 mittelbar über den Verbrennungsmotor 103 oder unmittelbar durch die Räder des Fahrzeugs angetrieben wird, kann durch den Generator 104 elektrische Energie rekuperiert werden, um den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren.
-
In einer solchen Schubphase wird durch den Generator 104 ein zusätzliches Schleppmoment erzeugt, welches das Fahrzeug verzögert. Ein solches zusätzliches Schleppmoment kann von einem Fahrer des Fahrzeugs als unangenehm empfunden werden, insbesondere bei relativ niedrigen Fahrgeschwindigkeiten. Das Fahrzeug kann eine Steuereinheit 101 umfassen, die eingerichtet ist, den Generator 104 zu steuern bzw. zu regeln, um ein von dem Generator 104 bewirktes Schleppmoment zu verändern bzw. einzustellen. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 Sensordaten 113 von ein oder mehreren Sensoren 102 des Fahrzeugs empfangen. Die ein oder mehreren Sensoren 102 können z. B.
- • einen Geschwindigkeitssensor umfassen, der eingerichtet ist, eine Fahrgeschwindigkeit zu erfassen und als Sensordaten 113 bereitzustellen;
- • einen Fahrpedalsensor umfassen, der eingerichtet ist, eine Auslenkung des Fahrpedals des Fahrzeugs zu erfassen und als Sensordaten 113 bereitzustellen;
- • einen Bremspedalsensor umfassen, der eingerichtet ist, eine Auslenkung des Bremspedals des Fahrzeugs zu erfassen und als Sensordaten 113 bereitzustellen. Alternativ oder ergänzend kann ein Bremsdrucksensor bzw. ein Bremsdruckmodell verwendet werden, um eine Auslenkung des Bremspedals zu ermitteln;
- • einen Gangsensor umfassen, der eingerichtet ist, einen eingelegten Gang bzw. ein Übersetzungsverhältnis eines Getriebes des Fahrzeugs zu erfassen und als Sensordaten 113 bereitzustellen. Alternativ oder ergänzend kann der eingelegte Gang mittels eines Modells ermittelt werden, das die Fahrgeschwindigkeit und damit die Abtriebsdrehzahl mit einer Antriebsdrehzahl ins Verhältnis setzt; und/oder
- • einen Spannungssensor umfassen, der eingerichtet ist, die Bordnetzspannung 112 im Bordnetz 100 (insbesondere an den ein oder mehreren Energiespeichern 106, 107) zu erfassen und als Sensordaten 113 bereitzustellen; und/oder
- • einen Sensor umfassen, der eingerichtet ist, den Ladezustand des Energiespeichers 107 zu erfassen. Dabei ist die Ladungsaufnahmefähigkeit des Energiespeichers 107 typischerweise indirekt bzw. umgekehrt proportional zum Ladezustand des Energiespeichers 107.
-
Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, den Generator 104 in Abhängigkeit von den Sensordaten 113 zu steuern. Insbesondere kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, ein von dem Generator 104 bewirktes Schleppmoment bzw. Bremsmoment in Abhängigkeit von den Sensordaten 113 zu verändern. So kann eine komfortable und zuverlässige Rekuperation von elektrischer Energie bei gleichzeitiger Einhaltung der Bordnetzstabilität bereitgestellt werden.
-
Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, die Spannung 112 am Generator 104 bzw. die Bordnetzspannung (als Führungs-/Regelgröße) auf eine bestimmte Soll-Spannung zu regeln. Dabei kann der Erregerstrom, der das magnetische Erregerfeld im Generator 104 erzeugt, als Stellgröße verändert werden. Durch eine Erhöhung des Erregerstroms kann das Magnetfeld im Generator 104 und damit der induzierte Generatorstrom 111 erhöht werden, um die Ausgangsleistung des Generators 104 zu erhöhen. Andererseits wird durch die Erhöhung des Erregerstroms typischerweise auch das Lastmoment des Generators 104 erhöht. Die Ausgangsleistung und das Lastmoment des Generators 104 sind insbesondere von dem Erregerstrom und/oder von der Drehzahl des Generators 104 abhängig. Desweiteren kann die Ausgangsleistung des Generators 104 von der Temperatur und/oder von der Bauart des Generators 104 abhängig sein. Der Generator 104 kann eingerichtet sein, den Erregerstrom über ein dediziertes Steuersignal zu begrenzen. Eine Begrenzung des Erregerstroms ermöglicht es, die Ausgangsleistung des Generators 104 und somit auch das Lastmoment des Generators 104 zu begrenzen.
-
Wie oben dargelegt, kann über eine Begrenzung des Erregerstroms des Generators 104 eine Einstellung und/oder Steuerung des (maximalen) Lastmoments des Generators 104 bewirkt werden. Die Begrenzung des Erregerstroms kann mit einer Regelung der Ausgangsspannung 112 des Generators 104 überlagert werden. Dies führt zu einer Begrenzung der, für die Regelung der Ausgangsspannung 112 zur Verfügung stehenden, Stellgröße. Die Regelung der Spannung 112 auf eine bestimmte Sollspannung kann dabei u. a. abhängig sein, von Strom- und Spannungsgrenzen der ein oder mehreren Energiespeicher 106, 107, von Spannungsanforderung der ein oder mehreren Verbraucher 108, und/oder von einer vor-definierten energetischen Betriebsstrategie für das Bordnetz 100 (z. B. Aufladung der Energiespeicher 106, 107, Entladung der Energiespeicher 106, 107, Ladezustand der Energiespeicher 106, 107 halten, Bordnetzstabilisierung, etc.).
-
Typischerweise wird in einer Rekuperationsphase (d. h. im Schubbetrieb) die Sollspannung auf einen maximal zulässigen Wert (in Bezug auf die Energiespeicher 106, 107 und/oder die Verbraucher 108) angehoben, um eine möglichst starke Ladung der Energiespeicher 106, 107 zu bewirken. Hierbei wirken eine Blei-Batterie 106 mit einer relativ beschränkten Ladungsaufnahmefähigkeit und ggf. eine beschränkte Dimensionierung des Generators 104 als limitierend. Mit leistungsfähigeren Energiespeichern 107 und/oder Generatoren 104 steigt das durch den Generator 104 verursachte Verzögerungsmoment während einer Rekuperationsphase. Aus Komfort- und/oder Sicherheitsgründen kann es vorteilhaft sein, die Rekuperationsleistung des Generators 104 zu begrenzen. Diese Begrenzung der Rekuperationsleistung könnte durch eine explizite Begrenzung des Moments des Generators 104 bewirkt werden. Kosten-effiziente Generatoren 104 verfügen jedoch typischerweise über keine Momentenansteuerung. Allerdings besteht, wie oben dargelegt, ein näherungsweise proportionaler Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom und dem Generatormoment. Dieser Zusammenhang kann dazu genutzt werden, das Verzögerungsmoment des Generators 104 über eine Begrenzung des Erregerstroms zu limitieren.
-
2 zeigt ein Blockdiagramm von beispielhafter Signalverarbeitung 200, die für die Steuerung bzw. Regelung eines Generators 104 verwendet werden kann, um das von dem Generator 104 bewirkte Lastmoment anzupassen. Insbesondere wird es einem Fahrer eines Fahrzeugs ermöglicht, mittels der Signalverarbeitung 200 das Lastmoment bzw. das Rekuperationsmoment des Generators 104 in komfortabler und intuitiver Weise anzupassen. Die Anpassung des Lastmoments erfolgt dabei mittelbar über eine Begrenzung des Erregerstroms.
-
Wie in 2 dargelegt kann zunächst ein Minimum der Begrenzungswerte für unterschiedliche Sensordaten 113 ermittelt werden. Desweiteren kann weiter ein Maximum von Begrenzungswerten ermittelt werden. Dabei kann das ermittelte Maximum ggf. das Minimum überschreiben.
-
Es können ein oder mehrere Fahrzeuggrößen (d. h. Sensordaten 113) verwendet werden, um jeweils eine funktional bedingte Begrenzungen des Erregerstroms zu ermitteln. Insbesondere kann die Fahrgeschwindigkeit 212 ermittelt werden, und es kann mittels einer Kennlinie 222 der Fahrgeschwindigkeits-abhängige Begrenzungswert des Erregerstroms für die aktuelle Fahrgeschwindigkeit 212 ermittelt werden. Dabei sinkt der Fahrgeschwindigkeits-abhängige Begrenzungswert typischerweise mit sinkender Fahrgeschwindigkeit 212. Alternativ oder ergänzend kann ein eingelegter Gang bzw. ein Übersetzungsverhältnis 213 des Getriebes ermittelt werden, und es kann mittels einer Kennlinie 223 der Übersetzungs-abhängige Begrenzungswert für das aktuelle Übersetzungsverhältnis 213 ermittelt werden. Dabei steigt der Übersetzungs-abhängige Begrenzungswert typischerweise mit steigendem Gang. Alternativ oder ergänzend kann eine Auslenkung 214 des Fahrpedals ermittelt werden, und es kann mittels einer Kennlinie 224 der Fahrpedal-abhängige Begrenzungswert für die aktuelle Auslenkung 214 des Fahrpedals ermittelt werden. Dabei sinkt der Fahrpedal-abhängige Begrenzungswert typischerweise mit steigender Auslenkung 214 des Fahrpedals. Außerdem besteht die Möglichkeit mehrere Eingangsparameter bzw. Fahrzeuggrößen (z. B. die Fahrgeschwindigkeit 212 und die Auslenkung 214 des Fahrpedals) in einem gemeinsamen Kennfeld für eine Erregerstrombegrenzung zusammenzufassen.
-
Als Zielwert für die Begrenzung des Erregerstroms kann das Minimum der Begrenzungswerte als der limitierendste Faktor für die einzelnen Fahrzeuggrößen verwendet werden. Dabei können für jedes Fahrzeug (Art des Fahrzeugs, Masse des Fahrzeugs, Typ des Generators 104, Anzahl und/oder Art der Energiespeicher 106, 107) unterschiedliche Kennlinien 222, 223, 224 verwendet werden.
-
Das Minimum der Begrenzungen des Erregerstroms kann insbesondere dann ermittelt werden, wenn eine Rekuperationsphase vorliegt (z. B. bei Schubabschaltung des Verbrennungsmotors 103) und/oder wenn der Verbrennungsmotor 103 sich im Leerlauf-nahen Bereich befindet (zur Vermeidung von Auffälligkeiten bei der Akustik und/oder bei der Fahrbarkeit des Fahrzeugs und zur Vermeidung von Bordnetz-Unterdeckung).
-
Desweiteren kann in Abhängigkeit von der Auslenkung 211 des Bremspedals des Fahrzeugs und ggf. in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit 212 ein Bremspedal-abhängiger Begrenzungswert ermittelt werden (mittels einer Kennlinie 221). Es kann dann das Maximum aus dem zuvor ermittelten Minium der Begrenzungswerte des Erregerstroms und aus dem Bremspedal-abhängigen Begrenzungswert des Erregerstroms ermittelt werden, um einen aktuellen Begrenzungswert für die Begrenzung 226 des Erregerstroms zu ermitteln. Dieses Maximum kann insbesondere dann ermittelt werden, wenn das Bremspedal betätigt wird (abhängig vom Bremspedalwinkel 211, Gang 213 und/oder Fahrzeuggeschwindigkeit 212) und/oder wenn eine Bordnetzunterdeckung vorliegt. Es wird somit einem Fahrer des Fahrzeugs ermöglicht, die aktuelle Begrenzung 226 des Erregerstroms durch Betätigung des Bremspedals anzuheben, und damit das von dem Generator 104 bewirkte Lastmoment zu erhöhen.
-
Die Signalverarbeitung 200 kann weiter eingerichtet sein, eine Unterdeckung des Bordnetzes 100 (d. h. eine unzureichende Versorgung des Bordnetzes 100 mit elektrischer Energie) zu detektieren, und die aktuelle Begrenzung 226 des Erregerstroms anzupassen. Eine Bordnetzunterdeckung kann insbesondere vorliegen, wenn die Bordnetzspannung unter einem vordefinierten minimalen Spannungs-Schwellenwert liegt und/oder wenn der Bordnetzstrom unter oder über einem vordefinierten Strom-Schwellenwert liegt und/oder wenn der Strom eines Energiespeichers 106, 107 unter oder über einem vordefinierten Strom-Schwellenwert liegt und/oder wenn die Ströme der Energiespeicher 106, 107 und die Ströme der Verbraucher 108 des Bordnetzes 100 ein vorgegebenes Verhältnis über- oder unterschreiten.
-
Im Rahmen der Signalverarbeitung 200 kann die Ist-Spannung 231 des Generators oder Bordnetzes 100 mit einem minimalen Spannungs-Schwellenwert 236 verglichen werden. Wenn die Ist-Spannung 231 kleiner ist als der minimale Spannungs-Schwellenwert 236 kann die Begrenzung des Erregerstroms aufgehoben werden. Insbesondere kann die Begrenzung 226 des Erregerstroms auf einen festen Wert, z. B. auf einen für den Generator 104 maximal möglichen Erregerstrom 225, gesetzt werden. Ggf. kann die Begrenzung 226 des Erregerstroms auch davon abhängig sein (und ggf. dann erfolgen), wenn über die Auslenkung 214 des Fahrpedals detektiert wird, dass eine Schubabschaltung des Verbrennungsmotors 103 aktiviert wurde (Signal 227).
-
Desweiteren kann die Signalverarbeitung 200 eingerichtet sein, die Sollspannung 232 für die Spannungsregelung zu ermitteln. Dazu kann durch eine Speicher-Überwachungseinheit 202 ermittelt werden, ob eine Speicher-Degradation erforderlich ist. Insbesondere kann durch die Speicher-Überwachungseinheit 202 eine maximal mögliche Ladespannung 233 für einen Energiespeicher 106, 107 ermittelt werden. Desweitern kann durch eine Energiemanagementeinheit 203 eine Default-Sollspannung 234 für das Bordnetz 100 vorgegeben werden. Desweiteren kann eine maximal mögliche Bordnetzspannung 235 bereitgestellt werden. Auf Basis dieser Daten kann dann gemäß der in 2 dargestellten MIN bzw. MAX Operationen eine minimale Spannungslimitierung 237 als Bordnetzstabilitätskriterium für die Rekuperation, eine maximal Spannungslimitierung 239 für die Rekuperation, sowie eine Spannungsanforderung 238 für Zugphasen ermittelt werden. Aus diesen Größen kann wiederum gemäß der Logik-Operationen in 2 eine Sollspannung 232 als Vorgabe für den Generator 104 ermittelt werden.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Signalverarbeitung 200 wird es einem Fahrer des Fahrzeugs ermöglicht, durch Betätigung des Fahrpedals die Begrenzung 226 des Erregerstroms und damit mittelbar das von dem Generator 104 erzeugte Lastmoment zu verändern. Das Fahrpedal kann einen Auslenkungsbereich (z. B. von 0° Auslenkung bis 10° Auslenkung) umfassen, in dem ggf. keine Einspritzung in den Verbrennungsmotor 103 erfolgt, d. h. in dem der Verbrennungsmotor 103 ggf. weiter im Schubbetrieb betrieben wird. Dieser Auslenkungsbereich kann von dem Fahrer dazu verwendet werden, in stetiger Weise den Begrenzungswert der Begrenzung 226 des Erregerstroms anzupassen. Beispielsweise kann bei einer minimalen Auslenkung (z. B. bei 0°) des Fahrpedals der maximal mögliche Erregerstrom 225 als Begrenzung 226 vorgegeben werden. Als Folge daraus kann der Generator 104 (in Abhängigkeit von der Soll-Spannung 232) ggf. ein maximales Lastmoment bewirken. Diese Begrenzung 226 kann dann stetig mit steigender Auslenkung 214 des Fahrpedals bis zu einer maximalen Auslenkung (z. B. bei 10°) des Fahrpedals reduziert werden (z. B. auf einen Wert von 0 A). Somit sinkt das von dem Generator 104 bewirkbare Lastmoment stetig mit steigender Auslenkung 214 des Fahrpedals. Der Fahrer hat damit die Möglichkeit (indirekt über die Begrenzung 226 des Erregerstroms) das Lastmoment des Generators 104 in komfortabler Weise einzustellen. Insbesondere kann der Fahrer in intuitiver Weise entgegenwirken, wenn durch den Generator 104 ein zu großes Lastmoment und damit eine zu große Verzögerung bewirkt werden. Die Reduzierung des Lastmoments erfolgt dabei in Energie-effizienter Weise, da auch bei Betätigung des Fahrpedals weiterhin eine Rekuperation erfolgt.
-
Alternativ oder ergänzend kann im Rahmen der Signalverarbeitung 200 (die z. B. innerhalb der Steuereinheit 101 erfolgt) eine Unterdeckung des Bordnetzes 100 detektiert werden. In einem solchen Fall ist es zur Sicherstellung des sicheren Betriebs des Fahrzeugs vorteilhaft, eine Begrenzung 226 des Erregerstroms auf einen Wert unterhalb des maximal möglichen Erregerstroms 225 aufzuheben, um durch eine Erhöhung der Ausgangsleistung des Generators 104 der detektierten Bordnetzunterdeckung entgegenzuwirken.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Steuerung des Lastmoments eines Generators 104 in einem Bordnetz 100 eines Fahrzeugs. Der Generator 104 umfasst Mittel, um einen Erregerstrom zur Erzeugung eines Magnetfelds im Generator 104 zu begrenzen. Das Verfahren 300 umfasst das Ermitteln 301 der Auslenkung 214 eines Fahrpedals des Fahrzeugs. Desweiteren umfasst das Verfahren 300 das Anpassen 302 einer Begrenzung 226 eines Erregerstroms des Generators 104, in Abhängigkeit von der Auslenkung 214 des Fahrpedals. Dabei erfolgt die Anpassung der Begrenzung derart, dass durch eine stetige Änderung der Auslenkung 214 von einem ersten. Auslenkungswert zu einem zweiten (unterschiedlichen) Auslenkungswert eine entsprechende stetige Änderung der Begrenzung 226 des Erregerstroms von einem ersten Begrenzungswert zu einem zweiten (unterschiedlichen) Begrenzungswert bewirkt wird. Es wird somit einem Fahrer des Fahrzeugs ermöglicht durch kontinuierliche Änderungen der Auslenkung 214 des Fahrpedals eine entsprechende kontinuierliche Änderung der Begrenzung 226 des Erregerstroms und damit eine entsprechende Änderung des Lastmoments bzw. der Rekuperationsleistung des Generators 104 zu bewirken.
-
Es wird somit in Kosten-effizienter und komfortabler Weise die Anpassung der Rekuperationsleistung in einem Niedervolt-Bordnetz 100 ermöglicht. So kann insgesamt die Nutzung von verfügbarer Rekuperationsenergie maximiert werden. Desweiteren kann so der Komfort für einen Fahrer eines Fahrzeugs erhöht werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
