DE102017214228A1

DE102017214228A1 - Hybridfahrzeug-antriebssysteme und -verfahren

Info

Publication number: DE102017214228A1
Application number: DE102017214228.6A
Authority: DE
Inventors: Venkata Prasad Atluri; Norman K. Bucknor; Robert S. Conell; Suresh Gopalakrishnan; Lei Hao; Chunhao J. Lee; Derek F. Lahr; Dongxu Li; Shifang Li; Chandra S. Namuduri; Thomas W. Nehl; Avoki M. Omekanda; Bob R. Powell jun.; Rashmi Prasad; Farzad Samie; Neeraj S. Shidore; Aaron M. Sullivan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-08-17
Filing date: 2017-08-15
Publication date: 2018-02-22
Also published as: US10259448B2; US20180050686A1; CN107757604B; CN107757604A

Abstract

Ein Hybridfahrzeugantriebssystem enthält einen Motor und einen ersten Elektromotor, wobei jeder selektiv zum Bereitstellen von Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs konfiguriert ist. Das Antriebssystem enthält auch einen zweiten Elektromotor, der mit dem Motor verbunden ist, um Drehmoment zum Starten des Motors aus einem inaktiven Zustand bereitzustellen. Eine Hochspannungsenergiequelle ist so konfiguriert, dass sie sowohl den ersten Elektromotor als auch den zweiten Elektromotor über einen Hochspannungsbus versorgt. Das Antriebssystem beinhaltet ferner eine Steuerung, die so programmiert ist, dass sie den Motor deaktiviert und das Fahrzeug unter Verwendung des ersten Elektromotors antreibt, In Reaktion darauf, dass das Fahrzeug für eine vorbestimmte Zeitdauer mit einer stationären Geschwindigkeit angetrieben wird. Die Steuerung ist auch programmiert, um den Motor mit dem zweiten Elektromotor, der von der Hochspannungsenergiequelle betrieben wird, neu zu starten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Antriebssystem für ein Hybridfahrzeug.
EINLEITUNG
Ein Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor umfassen, der mit einem Getriebe und einem Endantrieb verbunden ist, um Drehmoment auf Straßenräder zu übertragen, um das Fahrzeug anzutreiben. Um den Motor eines Nicht-Hybridfahrzeugs zu starten, wird ein Anlassermotor mit Energie versorgt, was bewirkt, dass eine Kurbelwelle des Motors dreht und einen Verbrennungszyklus beginnt. Ein Hybrid-Elektrofahrzeug kann für den Antrieb sowohl einen Elektromotor und/oder einen Verbrennungsmotor verwenden, um einen reduzierten Kraftstoffverbrauch und Emissionen zu bieten.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Hybridfahrzeugantriebssystem enthält einen Motor und einen ersten Elektromotor, wobei jeder selektiv zum Bereitstellen von Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs konfiguriert ist. Das Antriebssystem enthält auch einen zweiten Elektromotor, der mit dem Motor verbunden ist, um Drehmoment zum Starten des Motors aus einem inaktiven Zustand bereitzustellen. Eine Hochspannungsenergiequelle ist so konfiguriert, dass sie sowohl den ersten Elektromotor als auch den zweiten Elektromotor über einen Hochspannungsbus versorgt. Das Antriebssystem beinhaltet ferner eine Steuerung, die so programmiert ist, dass sie den Motor deaktiviert und das Fahrzeug unter Verwendung des ersten Elektromotors antreibt, In Reaktion darauf, dass das Fahrzeug für eine vorbestimmte Zeitdauer mit einer stationären Geschwindigkeit angetrieben wird. Die Steuerung ist auch programmiert, um den Motor mit dem zweiten Elektromotor, der von der Hochspannungsenergiequelle betrieben wird, neu zu starten.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebssystems umfasst das selektive Betreiben von mindestens einem Verbrennungsmotor und einem ersten Elektromotor, um ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Der erste Elektromotor ist konfiguriert, um Strom von mindestens einer Hochspannungsenergiequelle zu empfangen. Das Verfahren umfasst auch das Deaktivieren des Verbrennungsmotors in Reaktion darauf, dass das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit betrieben wird, die einer Leistungsaufnahme entspricht, die für eine vorbestimmte Zeitspanne kleiner als eine Leistungsschwelle ist. Das Verfahren beinhaltet ferner das Neustarten des Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Drehmomentabgabe von einem zweiten von der Hochspannungsenergiequelle angetriebenen Elektromotor, als Reaktion auf eine Drehmomentanforderung, die größer als eine Drehmomentanforderungsschwelle ist.
Ein Fahrzeugantriebssystem enthält einen Motor und einen ersten Elektromotor, jeder selektiv zum Bereitstellen von Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs konfiguriert. Das Antriebssystem enthält auch einen zweiten Elektromotor, der mit dem Motor verbunden ist, um Drehmoment zum Starten des Motors aus einem inaktiven Zustand bereitzustellen. Eine Hochspannungsenergiequelle ist so konfiguriert, dass sie sowohl den ersten Elektromotor als auch den zweiten Elektromotor über einen Hochspannungsbus versorgt. Das Antriebssystem beinhaltet auch eine Steuerung die programmiert ist, um den Motor mittels einer Drehmomentabgabe von dem zweiten Elektromotor ausführt, der von der Hochspannungsenergiequelle betrieben wird. Die Steuerung ist ferner so programmiert, dass sie sowohl den ersten Elektromotor als auch den Verbrennungsmotor betätigt, um das Fahrzeug in Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung, die größer als eine Beschleunigungsschwelle ist, anzutreiben. Die Steuerung ist ferner programmiert, um den ersten Elektromotor als einen Generator zu betreiben, um die Ladung der Hochspannungsenergiequelle in Reaktion auf einen Fahrzeugverzögerungszustand wiederherzustellen. Die Steuerung ist ferner programmiert, um den Motor zu deaktivieren und den ersten Elektromotor zu betreiben, um das Fahrzeug in Reaktion darauf zu betreiben, dass das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit betrieben wird, die eine Leistungsaufnahme verursacht, die kleiner als eine vorbestimmte Leistungsgrenze ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybrid-Antriebssystems.
2 ist ein Systemdiagramm einer Antriebssystemsteuerung.
3 ist eine schematische Darstellung eines ersten alternativen Beispiel-Hybridantriebssystems.
4 ist eine Tabelle von Betriebsmodi eines Hybridantriebssystems.
5 ist eine zeitliche Darstellung verschiedener Betriebsmodi eines Hybridantriebssystems.
6 ist eine schematische Darstellung eines zweiten alternativen Beispiel-Hybridantriebssystems.
7 ist eine schematische Darstellung eines dritten alternativen Beispiel-Hybridantriebssystems.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie der Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Fahrzeug 10 ein Antriebssystem 100 mit mehreren Antriebsquellen, um die Antriebsleistung bereitzustellen. In verschiedenen Beispielen umfasst das Antriebssystem den Verbrennungsmotor 102, um ein Drehmoment an der Welle 104 zu erzeugen, die mit einer Kurbelwelle des Motors verbunden sein kann. Der Motor 102 kann ein mehrzylindriger Verbrennungsmotor sein, der Kraftstoff über ein thermodynamisches Verfahren in ein mechanisches Drehmoment umwandelt. Die Welle 104 ist mit einem Eingang eines Getriebes 112 verbunden, das konfiguriert ist, um zur Beeinflussung der Antriebseigenschaften mehrere Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, um Drehmoment und Drehzahl zu modifizieren. Die Ausgabe des Getriebes 112 wird dann an eine Endantriebs-Ausgangswelle 114 geliefert, um ein Drehmoment an ein oder mehrere Straßenräder 116 zu liefern. Das Antriebssystem kann auch einen Endantriebsmechanismus 118 umfassen, der konfiguriert ist, um aus einer einzigen Drehmomenteingabe ein Drehmoment auf mehrere Straßenräder 116 zuzuordnen. In einem Beispiel ist der endgültige Antriebsmechanismus 118 ein Differentialgetriebe, um Drehmoment an eine oder mehrere Seitenwellen zu verteilen, die mit Straßenrädern 116 verbunden sind. Das Antriebssystem kann so angeordnet sein, dass es ein Drehmoment über einen Vorderradantrieb, einen Hinterradantrieb oder eine Allradantriebskonfiguration liefert.
Der Motor 102 kann selektiv mit dem Antriebssystem gekoppelt und von ihm entkoppelt werden. Ein oder mehrere wählbare Trennelemente können sich an verschiedenen Positionen entlang des Drehmomentströmungsweges befinden. So kann beispielsweise eine erste Kupplung 106 vorgesehen sein, um die Drehmomentabgabe des Motors 102 basierend auf der gewünschten Betriebsart des Antriebssystems 100 selektiv ein- oder auszuschalten. In einem alternativen Beispiel kann eine Kupplung als ein Verriegelungsabschnitt des Fluidkopplungs-Drehmomentwandlers enthalten sein. Zusätzlich kann jede der hierin beschriebenen Kupplungen eine Einwegkupplung mit wählbarem Zustand sein, die konfiguriert ist, um passiv einzugreifen, beispielsweise während der Überlaufbedingungen, und aktiv in Eingriff zu stehen, um Drehmoment in einer einzigen Richtung zu übertragen. Andere Arten von Drehmomentübertragungsmechanismen können geeignet sein, den Motor mit dem Antriebssystem zu verbinden bzw. von ihm zu trennen. Nachstehend ausführlicher erörtert, erleichtert der ausgeschaltete Zustand des Motors 102 inaktive Motorbetriebsmodi, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen. Wie hierin verwendet, bezieht sich ein inaktiver Zustand des Motors auf einen Zustand, bei dem der Motor im wesentlichen Null-Abtriebsdrehmoment und Nullgeschwindigkeit hat. Im Gegensatz dazu bezieht sich ein aktiver Zustand auf einen Zustand, in dem sich der Motor dreht.
Das Antriebssystem 100 beinhaltet ferner eine zweite Antriebsquelle, wie einen Traktions-Elektromotor 122. In einigen Beispielen kann der Elektromotor in ein Gehäuse des Getriebes 112 integriert werden. Der Traktions-Elektromotor 122 tauscht die Leistung mit einer Hochspannungsbatterie 132 über einen Hochspannungsbus aus. Der Traktions-Elektromotor ist konfiguriert, um gespeicherte elektrische Energie von einer Batterie in mechanische Leistung umzuwandeln und, in umgekehrter Richtung, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie gespeichert werden kann. Der Traktions-Elektromotor 122 weist mehrere Betriebsarten je nach Richtung des Leistungsflusses auf. So kann beispielsweise der Traktions-Elektromotor 122 als einen Traktionsmotor zur Ausgabe von Drehmoment, als Generator zur Energierückgewinnung von Drehbewegung in das Antriebssystem und auch in einem leistungsneutralen Freilaufzustand arbeiten. Zusätzlich ist der Traktions-Elektromotor 122 als ein „außeraxialer” Motorgenerator ausgebildet, d. h. seine Drehachse ist von der Drehachse der Eingangswelle 104 des Getriebes getrennt. Es kann ein breiter Bereich von Drehmomentverhältnissen verfügbar sein, und zum Erfüllen von Antriebsanforderungen kann ein kleinerer Elektromotor ausreichend sein. Zusätzlich kann der Traktions-Elektromotor in der Lage sein, hohe Geschwindigkeiten von mindestens dem zwei- bis dreifachen der Motorausgangsgeschwindigkeit zu erreichen. In anderen Beispielen kann der Traktions-Elektromotor 122 so angeordnet sein, dass er „auf der Achse” ist, sodass die Drehachse des Elektromotors gleich der Drehachse der Getriebeeingangswelle ist.
Im Traktionsmotormodus arbeitet ein Leistungsumwandlungsabschnitt 128 als ein Inverter, um Gleichstromleistung, die von einem oder mehreren Energiespeichersystemen empfangen wird, in eine dreiphasige Wechselstromleistung umzuwandeln, um den Elektromotor zu betreiben. In einem Beispiel wird Gleichstrom von einer Hochspannungsbatterie 132 zugeführt, die es dem Traktions-Elektromotor 122 ermöglicht, das Drehmoment an die Motordrehmomentschnittstelle 124 auszugeben. Der Leistungsumwandlungsabschnitt enthält auch eine Pulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung eines oder mehrerer interner Schalter, um die Gleichstromleistung in Wechselstrom umzuwandeln, um ein elektromagnetisches Feld für den Antrieb des Elektromotors zu erzeugen. Die Motordrehmomentschnittstelle 124 ist über eine Drehmomentkupplung 126 mit einer Antriebssystem-Drehmomentschnittstelle 108 gekoppelt. Die Drehmomentkupplung 126 kann einen Riemen beinhalten, um das Drehmoment zwischen dem Traktions-Elektromotor 122 und anderen Abschnitten des Antriebssystems zu übertragen. In diesem Fall können die Motordrehmomentschnittstelle 124 und die Antriebssystem-Drehmomentschnittstelle 108 jeweils als Riemenscheiben vorgesehen sein, die so angeordnet sind, dass sie mit der Drehmomentkupplung 126 zusammenwirken. Der Riemen kann ein gerippter Riemen, ein flacher Riemen oder jede andere Konfiguration sein, die zur Übertragung von Drehmoment geeignet ist. In einigen Beispielen kann die Drehmomentkupplung 126 als Kette anstelle eines Riemens vorgesehen sein, und im Gegensatz zu Riemenscheiben, können mit der Kette Kettenräder verwendet werden. In weiteren Beispielen können die Antriebssystem-Drehmomentschnittstelle 108, die Motordrehmomentschnittstelle 124 und die Drehmomentkupplung 126 eine Vielzahl von Zahnrädern umfassen, um das Drehmoment von dem Elektromotor 122 auf das Antriebssystem für den Fahrzeugantrieb zu übertragen. Der Elektromotor kann an verschiedenen Stellen entlang des Antriebssystems relativ zu dem Drehmomentfluss des Antriebssystems gekoppelt oder verbunden sein. Der Traktions-Elektromotor 122 kann entweder stromaufwärts des Getriebes 112, stromabwärts des Getriebes 112 oder integriert in einem Gehäuse des Getriebes 112 angeordnet sein. In alternativen Beispielen ist der Traktions-Elektromotor in ein hinteres Differential einer Hinterradantriebskonfiguration integriert.
Eine zweite Kupplung 110 kann so angeordnet sein, dass sie sowohl den Motor 102 als auch den Traktions-Elektromotor 122 von dem Antriebssystem entkoppelt. Der Motor 102 kann weiter mit dem Elektromotor 122 gekoppelt sein, um Leistung zu erzeugen, selbst wenn die Antriebsquellen das Fahrzeug nicht antreiben.
Im Generatormodus wird die Drehmomentströmung durch die Drehmomentkupplung 126 umgekehrt und in dem Antriebssystem wird eine Drehbewegung verwendet, um die Motordrehmomentschnittstelle 124 zu drehen und einen Dreiphasenwechselstrom zu erzeugen. Der Leistungsumwandlungsabschnitt 128 fungiert als ein Leistungsgleichrichter, um den von dem Elektromotor 122 erzeugten Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln, der an der Hochspannungsbatterie 132 empfangen wird. Der erzeugte Strom kann verwendet werden, um die Hochspannungsbatterie 132 aufzuladen oder elektrische Lasten direkt zuzuführen.
Die Hochspannungsbatterie 132 enthält auch eine Vielzahl von Sensoren, um Signale auszugeben, die die Batteriezustände anzeigen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Batterietemperatur, die Stromübertragung an die Batterie und die Batteriespannung. Im Allgemeinen ist eine Hochspannungsquelle eine solche, die eine Betriebsspannung von mehr als 30 Volt, aber weniger als 60 Volt aufweist. In einem Beispiel ist die Batterie 132 eine Lithium-Ionen-Hochspannungsbatterie mit einer Nennspannung von etwa 48 Volt. In alternativen Beispielen kann eine 36-Volt-Leistungsquelle als Hochspannungsenergiequelle vorgesehen sein. Ferner können andere Energiespeichertypen, wie Blei-Säure-Batterien, Superkondensatoren oder anderen Speichervorrichtungen, praktikabel sein, um dem Antriebssystem sowie anderen Fahrzeuglasten Energie zuzuführen.
Die Niederspannungsbatterie 134 versorgt die Fahrzeuglasten 136 über einen Niederspannungsbus. Die Lasten 136 können Fahrzeugzubehör und andere Lasten mit relativ geringer elektrischer Nachfrage beinhalten. Beispielsweise kann die Niederspannungsbatterie eine Nennspannung von etwa 12 Volt und im Allgemeinen weniger als 18 Volt aufweisen.
Ein uni- bzw. bidirektionaler Gleichspannungswandler 138 tauscht die Leistung zwischen Hoch- und Niederspannungs-Elektrobussen aus. Der Gleichspannungswandler 138 kann Teil eines zusätzlichen Zubehör-Leistungssteuermoduls (Accessory Power Control Module, APM) sein und einen internen unidirektionalen Sperrschalter oder einen bidirektionalen Sperrschalter beinhalten. In einer Konfiguration enthält der Gleichspannungswandler 138 mindestens einen Halbleiterschalter. Der Gleichspannungswandler 138 ist so konfiguriert, dass er eine kontinuierliche oder selektive elektrische Kommunikation zwischen dem Hochspannungsbus und dem Niederspannungsbus ermöglicht. Daher kann der Gleichspannungswandler 138 verwendet werden, um sicherzustellen, dass die gewünschte Strommenge innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs an Niederspannungslasten 136 geliefert wird, um verschiedene Zubehörteile zu versorgen, was die Versorgung aller oder einiger Zubehörteile des Fahrzeugs 10 beinhalten kann. Der Gleichspannungswandler 138 kann verwendet werden, um den Niederspannungslasten 136 eine im Wesentlichen konstante Spannung zuzuführen, wenn sich ein Spannungspegel einer Leistungsquelle von einem gewünschten Sollwert unterscheidet. In einem Beispiel kann der Gleichspannungswandler 138, wenn der Spannungspegel auf weniger als etwa 10 Volt oder mehr als etwa 16 Volt relativ zu einem 12 Volt-Sollwert abweicht, die Spannung regeln, die an die Niederspannungslast 136 geliefert wird. Daher kann der Gleichspannungswandler die an Kraftfahrzeugzubehör gelieferte Spannung erhöhen oder verringern. In einem anderen Beispiel ist der Gleichspannungswandler angeordnet, um Spannung von etwa 48 Volt auf etwa 12 Volt umzuwandeln und umgekehrt. Während die vorgenannten Spannungswerte beispielhaft bereitgestellt werden, versteht sich jedoch, dass die vorliegende Offenbarung mit Leistungsübergängen zwischen einem Bereich von Spannungswerten für jeden Hochspannungsbus und einem Niederspannungsbus in Beziehung stehen kann.
Der Gleichspannungswandler 138 kann in jeder Richtung des Leistungstausches verwendet werden, sodass die Hochspannungsbatterie 132 die Niederspannungslasten 136 ohne Stromversorgung von der Niederspannungsbatterie 134 zuführen kann. Zusätzlich kann der Gleichspannungswandler 138 verwendet werden, um der Hochspannungsbatterie 132 unter Verwendung von Leistung von der Niederspannungsbatterie 134 Starthilfe zu geben.
In mindestens einem Beispiel ist jede der Leistungsquellen einschließlich der Hochspannungsbatterie 132 und der Niederspannungsbatterie 134 in einem einzigen Leistungsmodul 130 integriert. Zusätzlich kann der Gleichspannungswandler 138 in ähnlicher Weise in das Leistungsmodul 130 integriert sein. In einigen alternativen Beispielen kann jede der Leistungsquellen im Wesentlichen die gleiche Spannung aufweisen. In weiteren alternativen Beispielen kann die Leistung durch eine einzige Hochspannungsenergiequelle bereitgestellt werden. In solchen Beispielen kann die einzelne Batterie von einer externen Leistungsquelle gestartet werden. Der Gleichspannungswandler kann zum Absenken der Spannung verwendet werden, um Niederspannungs-Fahrzeuglasten zu liefern. Weiterhin können bestimmte alternative Beispiele eine dritte Leistungsquelle, beispielsweise eine redundante Niederspannungsquelle, beinhalten.
Fahrzeug 10 enthält einen Anlasser-Elektromotor 140, der selektiv an den Motor 102 gekoppelt ist. Der Anlasser-Elektromotor 140 arbeitet als Anlassermotor und führt bei Eingriff mit dem Motor zu einem Verbrennungszyklus und dreht einen Kurbelabschnitt des Motors, um einen Kaltstart oder Neustart zu erleichtern. Der Anlasser-Elektromotor 140 kann wahlweise über eine mechanische Getriebeverbindung mit dem Motor verbunden werden, um Drehmoment zum Starten des Motors auf die Kurbelwelle zu übertragen. In einem Beispiel wirkt ein Ritzelrad 142 mit einem Hohlrad 144 zusammen, um den Motor für ein Startereignis anzukurbeln. Das Hohlrad 144 kann mit einem Schwungrad des Motors 102 gekoppelt sein. In einem anderen Beispiel kann der Anlasser-Elektromotor 140 mit einer Kurbelriemenscheibe über eine mechanische Zahnriemenverbindung verbunden sein, um ein Drehmoment an die Kurbelwelle des Motors 102 zu übertragen. Gemäß einiger Beispiele ist eine Steuerung 146 zur Ausgabe eines Befehls zum Starten des Motors 102 mithilfe des Anlasser-Elektromotors 140 programmiert, in Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung nach einem Zeitraum mit verminderter Beschleunigungsanforderung.
Der Anlasser-Elektromotor 140 ist mit dem Motor 102 über ein Gleitritzelgetriebe innerhalb eines Gehäuses des Anlasser-Elektromotors selektiv in Eingriff bringbar. Ein Anlasserstellglied (nicht dargestellt) kann angeordnet sein, um das Ritzelrad 142 zwischen einer ersten ausgerückten Position und einer zweiten eingerückten Position zu bewegen, die in mechanischer Verbindung mit dem Hohlrad 144 steht, um das Drehmoment zu übertragen. Wie oben diskutiert, kann es unterschiedliche Konfigurationen von Zwischenkomponenten, Einstellungen vom Übersetzungsverhältnis und/oder geometrische Anpassungen aufgrund von Randbedingungen des Antriebsstrangs geben. Das erste Anlasserstellglied kann ein Signal empfangen, um das Ritzelrad einzurücken, sobald der Anlasser-Elektromotor eine geeignete Drehzahl für eine reibungslose Drehmomentübertragung zum Starten des Motors 102 hat.
Wenn der Motor wieder gestartet wird, kann er von im Wesentlichen einer Null-Drehzahl oder einer Drehzahl, die wesentlich geringer ist als die Drehzahl der stromabwärtigen Antriebsstrangkomponenten, wie dem ersten Traktions-Elektromotor 122, neu gestartet werden. Die Steuerung 146 kann nach dem anfänglichen Neustart des Motors 102 eine Verzögerung einfügen, um zu ermöglichen, dass die Motordrehzahl bis zu einem vorbestimmten Bereich der Systemgeschwindigkeit vor dem Eingriff mit der ersten Kupplung 106 ansteigen kann. Die Reduzierung der Differenz zwischen Motordrehzahl und Drehzahl der nachgeschalteten Bauteile verbessert die Glätte des Einkuppelns der ersten Kupplung 106 und verringert die von Insassen empfundenen Geräusche, Vibrationen und Rauheit (NVH) beim Motorneustart. Diese Verzögerung kann jedoch zu einer wahrnehmbaren Zeitdifferenz bei der Lieferung des geforderten Antriebsdrehmoments durch den Motor führen.
Einige Antriebsstrangsysteme können ein Bürstenkontaktmodell des Anlassermotors in Verbindung zum Motor enthalten, um die Anlasserfunktion zu erfüllen. Der Anlassermotor wird üblicherweise von einer Niedervolt-Batterie über einen Niedervolt-Bus versorgt. Er kann beispielsweise von der Niedervolt-Batterie 134 oder einer zusätzlichen Niedervolt-Energiequelle versorgt werden.
Es kann weniger als optimal sein, einen Anlassermotor mit Bürstenkontakt dauerhaft mit der Leistungsquelle zu verbinden. Daher beinhalten Bürstenkontakt-Anlassermotorsysteme üblicherweise ein zweites Stellglied, um zur Bereitstellung von Leistung selektiv eine mechanische Verbindung zu einem elektrischen Anschluss herzustellen. Wenn ein Anlassen des Motors gewünscht wird, müssen sowohl das Anlasserstellglied als auch ein zweites Stellglied mit Energie versorgt werden. In vielen Fällen muss die Betätigung nacheinander erfolgen. So kann beispielsweise das zweite Stellglied betätigt werden, um Leistung zum Anlassermotor zum Aufbau der Drehzahl zu liefern. Dann kann das erste Anlasserstellglied erregt werden, um mechanisch den Ausgang des Anlassermotors mit dem Motor zu verbinden und so den Startvorgang zu erleichtern. Solch eine aufeinanderfolgende Betätigung mehrerer Magnetschalter zum Betrieb des Anlassermotors kann zu einer unerwünschten Zeitverzögerung für ein Motorneustartereignis beitragen.
Zusätzlich kann ein vorübergehender Spannungsabfall durch die Leistungsbelastung des Anlassermotors verursacht werden, die aus einem Motorstartereignis resultiert. Ein Insasse kann bestimmte Symptome, wie eine Helligkeitsverringerung der Beleuchtung oder vorübergehend verminderte Funktion anderen elektrisch betriebenen Zubehörs aufgrund des Spannungsabfalls wahrnehmen. Zur Vermeidung solcher unerwünschten Symptome können Ausgleichsmittel verwendet werden, die aber Nachteile aufweisen können. So kann beispielsweise ein zusätzlicher Gleichstromaufwärtswandler bereitgestellt werden, um die Spannung vorübergehend zu erhöhen und potenzielle Symptome infolge des Spannungsabfalls durch den Anlassermotor zu überdecken. Alternativ kann eine ergänzende Stromquelle vorgesehen sein, um die Niederspannungsbatterie zu ergänzen und einen Spannungsabfall zu kompensieren. Jedes obige Beispiel eines Ausgleichsmittels für einen Spannungsabfall kann Kosten, Gewicht und Komplexität des Antriebssystems erhöhen.
Ein Bürstenkontakttyp des Motors kann auch grundsätzlich beim Zeitbedarf zum Starten des Motors begrenzt sein. Bezüglich der Konstruktion des Bürstenkontaktmotors erhöhen die an einem internen Rotor angebrachten Wicklungen sowohl die Größe und die Masse des Rotors selbst. Die zusätzliche Drehträgheit des Rotors kann zu einer höheren Zeitdauer bis zum Erreichen einer gewünschten Drehgeschwindigkeit aus der Ruhe herausführen. Dies erhöht die Dauer des Motorneustarts und kann anschließend die Reaktionsfähigkeit des Antriebssystems begrenzen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Anlasser-Elektromotor 140 ein bürstenloser Dauermagnet-Gleichstrommotor in selektiver Verbindung mit dem Motor 102, um ein Startdrehmoment zum Neustart des Motors 102 bereitzustellen. Der Anlasser-Elektromotor 140 wird durch die Hochspannungs-Traktionsbatterie 132 über den Hochspannungsbus versorgt. Der Hochspannungsbetrieb des Anlasser-Elektromotors 140 ermöglicht schnellere Motorneustarts, die eine schnellere Wiederaufnahme der Motorleistungsabgabe während eines Beschleunigungsereignisses nach der Motor-Deaktivierung ermöglichen. So können beispielsweise Bedingungen, einschließlich das Betätigen des Gaspedals, die eine schnelle Drehmomentanforderung nach einer Ausfahrzeit, in der der Motor deaktiviert wurde, einen Vorteil der Aspekte der vorliegenden Offenbarung haben.
Das Betreiben des Anlasser-Elektromotors 140 über den Hochspannungsbus eliminiert die Notwendigkeit eines zusätzlichen Aufwärtswandlers, um die Spannung in der Schaltung aufgrund der Leistungsaufnahme zu stabilisieren. Der Anlasser-Elektromotor wird von der gleichen Leistungsquelle wie der Traktions-Elektromotor 122 angetrieben. Die Verwendung einer Hochspannungsquelle erübrigt auch den Bedarf einer zusätzlichen Leistungsquelle, um Spannungsabfälle durch den Starterbetrieb zu verringern. Ferner kann durch das Ansteuern des Anlasser-Elektromotors über den separaten Hochspannungsbus eine elektrische Trennung zwischen der Motorstartfunktion und anderen Fahrzeugzubehörfunktionen erreicht werden.
Die bürstenlose elektrische Maschine kann eine beliebige Anzahl an bekannten Motortypen, wie beispielsweise eine Oberflächen-Dauermagnet-Maschine, eine Maschine mit eingebettetem Dauermagnet, eine Drag-Cup-Induktionsmaschine oder geschaltete Reluktanzmaschine, sein. Bürstenlose Motoren bieten einen zusätzlichen Nutzen einer erhöhten Leistungsdauer durch den Wegfall von physikalischem Verschleiß durch den Kontakt der Bürsten am Kommutator. Ferner kann eine elektronisch kommutierte elektrische Maschine in der Lage sein, eine präzisere Steuerung der Motordrehzahl im Vergleich zu einem gebürsteten Motor aufzuweisen. In einigen Beispielen kann der Anlasser-Elektromotor unter Verwendung einer Feldschwächungssteuerungsstrategie betrieben werden, um die Steuerung der Leistungsabgabe weiter zu verbessern. Gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird die Ausgangsdrehzahl des zweiten Elektromotors mit der Drehzahl des Motors synchronisiert, um NVH zu reduzieren, die während eines Neustartereignisses aufgrund einer Meinungsänderung auftreten können.
Der bürstenlose Elektromotor 140 kann auch mindestens eine integrierte Schaltung beinhalten, welche mit einer Steuerlogik programmiert ist, um eine elektronische Kommutierung durchzuführen, im Gegensatz zu physikalischen Kontakten, die von einem Bürstenmotor verwendet werden. Die elektronische Kommutierung kann durch eine Vielzahl von Halbleiterschaltern (z. B. MOSFET, IGBT-Transistoren), die in einem Gehäuse der elektrischen Maschine beinhaltet sind, erreicht werden. Die Schalter sind unabhängig und selektiv an die Hochspannungsquelle angeschlossen. Mehrere Schritte einer Kommutierungs-Sequenz werden durch Aktivieren der Schalter in einer Abfolge erreicht, um ein rotierendes Magnetfeld innerhalb des Elektromotors zu erzeugen. Basierend auf der Auswahl bestimmter Schalter und der Betätigungsrate können die Drehzahl und das Ausgangsdrehmoment des Motors präzise gesteuert werden. Auf diese Weise ist kein separater Wechselrichter nötig, um Gleichstrom von der Hochspannungsbatterie 132 in dreiphasigen Wechselstrom zum Antrieb des Anlasser-Elektromotors 140 umzuwandeln. Der Anlasser-Elektromotor 140 kann auch interne Sensoren (z. B. Hall-Effekt-Sensoren) beinhalten, um die Position und die Drehzahl des Motors zu erfassen. Diese Positionsrückmeldung kann verwendet werden, um die Steuerlogik einzugeben, um die Betätigung der Halbleiterschalter zu beeinflussen. Die integrierte Schaltung sorgt für die elektronische Kommutierung der Halbleiterschalter in Verbindung mit den Rotorpositionssensoren, um Gleichstrom von der Hochvolt-Stromquelle in Wechselstrom zum Antrieb des bürstenlosen Permanentmagnet-Motors umzuwandeln. Die Steuerlogik kann auch Schutz vor unerwünschten Motorzuständen, wie Überstrom, Kurzschluss und thermischer Überhitzung, enthalten. Die integrierte Schaltung kann zusätzlich zur Ausführung einer Steuermaßnahme in Reaktion auf die Erkennung von einem oder mehreren Fehlerzuständen des Motors programmiert sein.
Die integrierte Schaltung, wie vorstehend erörtert, kann die Notwendigkeit eines dedizierten Stellglieds überflüssig machen, um die elektrische Verbindung zwischen dem Anlasser-Elektromotor und der Hochspannungsbatterie 132 zu aktivieren oder zu trennen. Die internen Halbleiterschalter können zur elektrischen Isolierung des Anlasser-Elektromotors von der Leistungsquelle ohne mechanische Betätigung eines Stellglieds verwendet werden. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist der Anlasser-Elektromotor mit einem einzelnen Magnetschalter-Stellglied versehen, um selektiv den Anlasser-Elektromotor mit dem Motor zu koppeln, und ist über die Halbleiterschalter mit der Hochspannungsbatterie verbunden.
Durch die Verwendung einer bürstenlosen elektrischen Maschine kann die Trägheit des Rotors deutlich reduziert werden. Die Wicklungen befinden sich auf dem Stator, wodurch die Masse des Rotors reduziert wird. So kann beispielsweise ein Mittelabschnitt des Rotors konfiguriert so sein, dass er zum Bereitstellen einer Masseverringerung hohl ist. Ferner können Dauermagnete des Rotors relativ zu einer Außenfläche des Rotors eingesetzt werden, um die Magnete näher an der Rotationsachse des Rotors zu positionieren. Vergleichsweise sind gebürstete Motorrotoren im Allgemeinen schwerer und weisen gegenüber einer bürstenlosen Konfiguration einen größeren Durchmesser auf. Bei einer ähnlichen Motorstarteranwendung unter Verwendung eines gebürsteten Motors kann die Rotorträgheit bis zu fünfmal größer sein. Die Kombination der reduzierten Trägheit der elektrischen Maschine und der hohen Leistungsabgabe über einen hohen Drehzahlbereich (z. B. 5.000–16.000 U/min) ermöglicht ein schnelleres Aufwickeln der elektrischen Maschine und somit einen schnelleren Motorneustart.
Der Anlasser-Elektromotor 140 kann auch über den Niederspannungsbus angetrieben werden. Beispielsweise kann im Falle eines Fehlers mit einem Abschnitt des Hochspannungs-Energiespeichersystems der Motor 102 noch gestartet werden, um das Fahrzeug unter Verwendung von Nur-Motor-Antrieb anzutreiben. Während die volle Leistung von mehreren Antriebsquellen nicht verfügbar ist, kann ein verringerter Betrieb von einer einzigen Antriebsquelle eine Situation vermeiden, in der ein Fahrzeug liegenbleibt. In einem anderen Beispiel können extreme Tieftemperaturstartereignisse durch die Niederspannungsbatterie (z. B. eine Blei-Säure-Batterie), die über eine bessere Niedertemperaturleistung verfügt, angetrieben werden. Insbesondere kann die Niederspannungsbatterie bei Temperaturen unterhalb von etwa –30°C verwendet werden, um den Anlasser-Elektromotor zu versorgen, bis die Hochspannungsbatterie auf eine höhere natürliche Betriebstemperatur erwärmt ist. In diesen Fällen kann der Anlasser-Elektromotor 140 unter Verwendung von Strom erregt werden, der von der Niederspannungsbatterie 134 über 138 im Boost-Modus zugeführt wird.
In weiteren Beispielen ist der Anlasser-Elektromotor 140 mit einem Zwei-Gang-Antriebsmechanismus versehen, um verschiedene Betriebsarten zu ermöglichen. Beispielsweise kann der oben beschriebene Motorstartbetrieb einer ersten Geschwindigkeit entsprechen. Der Anlassermotor kann auch in der Lage sein, ein zusätzliches Drehmoment an den Motor zu liefern, auch wenn er mit höheren Geschwindigkeiten läuft. Dies kann im Falle eines Fehlers mit dem Traktions-Elektromotor 122 vorteilhaft sein. In solch einem Fall liefert der Anlasser-Elektromotor 140 eine redundante Leistung, indem er mit einer zweiten Geschwindigkeit arbeitet und zum Betrieb des Antriebssystems in einem reduzierten Funktionaliätsmodus (Notfahr-Modus) beiträgt.
Ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS) 120 kann eine Leistungsunterstützung für Winkeländerungen der Räder 116 als Reaktion auf die Fahrerbetätigung eines Lenkrads bereitstellen. In einem alternativen Beispiel, das nachfolgend detaillierter erörtert wird, kann das EPS-System durch eine Steuerung in einem autonomen selbstfahrenden Fahrzeugmodus gesteuert werden. Das EPS-System kann von mindestens einer der Hochspannungsbatterie 132 und der Niederspannungsbatterie 134 versorgt werden.
Das Antriebssystem 100 beinhaltet auch ein Frontend-Nebenaggregatantriebssystem (FEAD-System) 158, das von einem Ausgabeabschnitt des Motors 102 betätigt wird. Das FEAD umfasst eine FEAD-Drehmomentschnittstelle 160, die mit einer Motorabtriebsdrehmomentschnittstelle 162 gekoppelt ist. In einem Beispiel sind die Drehmomentschnittstelle 160 und die Motorabtriebsdrehmomentschnittstelle 162 jeweils Riemenscheiben, die durch einen Riemen 164 verbunden sind. Motor-Nebenaggregaten, wie z. B. eine Wasserpumpe und/oder ein HVAC-System können vom FEAD angetrieben werden.
Die verschiedenen hier erörterten Komponenten des Antriebssystems können von einer oder mehreren zugeordneten Steuerung(en) reguliert und überwacht werden. Die Steuerung 146, obwohl schematisch als einzelne Steuerung dargestellt, kann als eine Steuerung oder als ein System von zusammen wirkenden Steuerungen zur kollektiven Verwaltung des Antriebssystems umgesetzt werden. Die Kommunikation zwischen mehreren Steuerungen und die Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern bzw. Sensoren kann unter Verwendung einer direkten drahtgebundenen Verbindung, einer vernetzten Kommunikationsbusverbindung, einer drahtlosen Verbindung, eines seriellen peripheren Schnittstellenbusses oder einer beliebigen anderen geeigneten Kommunikationsverbindung erfolgen. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art. Hierzu zählen unter anderem z. B. auch elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale über die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können Signale, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, die Stellgliedbefehle repräsentieren und Kommunikationssignales zwischen den Steuerungen beinhalten. In einem speziellen Beispiel kommunizieren mehrere Steuerungen über einen seriellen Bus (z. B. Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter miteinander. Die Steuerung 146 enthält einen oder mehrere digitale Computer, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, eine Analog-Digital-(A/D) und eine Digital-Analog-Schaltung (D/A) sowie Ein-/Ausgabeschaltungen und Geräte (I/O) sowie eine entsprechende Signalaufbereitung und Puffer-Schaltung aufweisen. Die Steuerung 146 kann auch eine Anzahl von Algorithmen oder computerausführbaren Anweisungen speichern, die erforderlich sind, um Befehle zum Ausführen von Aktionen gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erteilen.
Die Steuerung 146 ist so programmiert, um den Betrieb der verschiedenen Antriebssystemkomponenten zu überwachen und zu koordinieren. Die Steuerung 146 steht mit dem Motor 102 in Verbindung und empfängt Signale, die mindestens die Motordrehzahl, die Temperatur sowie andere Motorbetriebsbedingungen anzeigen. Die Steuerung 146 steht auch mit dem Traktions-Elektromotor 122 in Verbindung und empfängt Signale, die die Motordrehzahl, das Drehmoment, die Temperatur, die Stromaufnahme und die Spannung über dem Motor anzeigen. Die Steuerung kann auch mit der Hochspannungsbatterie 132 und der Niederspannungsbatterie 134 in Verbindung stehen und Signale empfangen, die mindestens den Batteriestatus der Ladung (State of Charge, SOC), die Temperatur, die Spannung und die Stromaufnahme anzeigen. SOC stellt die verbleibende Ladung in einer Batterie dar und ist als Prozentsatz einer vollen Ladung (d. h. 100%) charakterisiert. Der Steuerung empfängt ferner Signale, die die Schaltungsspannung von dem Hochspannungsbus und dem Niederspannungsbus an verschiedenen Punkten anzeigen. Die Steuerung 146 kann weiterhin in Verbindung mit einem oder mehreren Sensoren an Fahrereingabe-Pedalen (nicht dargestellt) stehen, um Signale zur Pedalstellung zu empfangen, welche sowohl die positiven und negativen durch den Fahrer bereitgestellten Beschleunigungsanforderungen angeben. Die Fahrereingabe-Pedale können ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal umfassen. In bestimmten alternativen Ausführungsformen, wie einem selbstfahrenden autonomen Fahrzeug, kann die Beschleunigungsanforderung durch einen entweder bordeigenen oder außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Computer ohne Fahrer-Wechselwirkung bestimmt werden.
Die Steuerung 146 kann auch in der Lage sein, eine drahtlose Kommunikation unter Verwendung des Sender-Empfängers 148 zu verwenden. Der Sender-Empfänger kann konfiguriert werden, um Signale mit einer Anzahl von externen Komponenten oder Systemen austauscht. Die Steuerung 146 ist programmiert, um Informationen unter Verwendung eines drahtlosen Kommunikationsnetzes 150 auszutauschen. Daten können mit einem entfernten Server 152 ausgetauscht werden, der dazu dient, die bordeigenen Datenverarbeitungs- und die Datenspeicheranforderungen zu reduzieren. In mindestens einem Beispiel führt der Server 152 eine Verarbeitung durch, die sich auf die Diagnose und Prognose des Antriebssystems bezieht. Laufende Systemleistungsdaten werden auf den Server 152 hochgeladen und gespeichert. Der Server kann einen oder mehrere modellbasierte Berechnungsalgorithmen speichern, um eine Analyse des Gesundheitszustandes für verschiedene Antriebsuntersysteme durchzuführen, einschließlich mindestens des Traktions-Elektromotors, des Anlasser-Elektromotors und des Energiespeichersystems. Fahrzeuganalysen, die auf dem externen Server 152 durchgeführt werden, erlauben es, dass Warnmeldungen zurückgegeben werden, um einen Fahrzeugbenutzer über einen Gesundheitszustand einer Komponente zu informieren. Weiterhin können der Steuerung basierend auf der Fahrzeuganalyse überarbeitete Betriebsanweisungen zur Verfügung gestellt werden. So kann beispielsweise die Häufigkeit von Motor-Deaktivierungsereignissen in Reaktion auf einen verschlechterten Gesundheitszustand des Anlasser-Elektromotors verringert werden. In einigen Beispielen wird zumindest ein Teil der modellbasierten Algorithmen in einem Speicher der Steuerung 146 gespeichert.
Die Steuerung 146 kann ferner mit einem Mobilfunknetz 154 oder einem Satelliten in Verbindung stehen, um eine Position des globalen Positionierungssystems (GPS) zu erhalten. Zusätzlich können über das drahtlose Kommunikationsnetzwerk 150 Echtzeitinformationen, wie Verkehrsfluss und Wetter, in ähnlicher Weise an die Steuerung übertragen werden. Die bevorstehende Motordeaktivierung bzw. Wiederaktivierung kann basierend auf geographischen Ortsinformationen, wie Geschwindigkeitsbegrenzungen oder örtlichem Verkehrsfluss, vorherbestimmt werden.
Die Steuerung 146 kann auch in direkter drahtloser Kommunikation mit Objekten in der Nähe des Host-Fahrzeugs sein. So kann beispielsweise die Steuerung Signale mit einem oder mehreren Fahrzeugen 156 austauschen, um Informationen bezüglich der relativen Nähe der Fahrzeuge in Bezug aufeinander auszutauschen. Solche Informationen können verwendet werden, um eine bevorstehende Verzögerung und/oder Beschleunigung des Fahrzeugs basierend auf der Bewegung von in der Nähe befindlichen Objekten vorherzusagen. Genauer gesagt kann ein bevorstehendes Motor-Deaktivierungsereignis basierend auf einer bevorstehenden Gaspedalkippung im Zusammenhang mit dem Verkehr oder anderen benachbarten Fahrzeugen vorhergesagt werden. In ähnlicher Weise kann ein bevorstehender Motorneustart basierend auf einer anstehenden Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit (d. h. erhöhter Drehmomentbedarf) im Zusammenhang mit einem verbesserten Verkehrsfluss vorhergesagt werden. In einem weiteren Beispiel kann die Nähe und/oder Bewegung von externen Objekten autonome Fahrmerkmale, wie automatisches Selbstparken, erleichtern.
Unter besonderer Bezugnahme auf 2 zeigt ein Systemdiagramm der Steuerung 146 mehrere Ein- und Ausgabesignale, die sich auf den Betrieb des Antriebssystems beziehen. In einem Beispiel ist die Steuerung 146 so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Eingangssignalen 202 von dem Traktions-Elektromotor empfängt, wie beispielsweise mindestens eines Drehmomentsignals τ_EM1 des Traktions-Elektromotors, eines Fahrgeschwindigkeitssignals des Traktionsmotors, ω_EM1 und eines Temperatursignals des Traktions-Elektromotors Temp_EM1. Die Steuerung 146 kann auch für den Empfang von Eingangssignalen 204 des Anlasser-Elektromotors konfiguriert sein, wie dem Drehmomentsignal des Anlasser-Elektromotors τ_EM2, einem Geschwindigkeitssignal des Traktions-Elektromotors ω_EM2 und einem Temperatursignal des Traktions-Elektromotors Temp_EM1. Die Steuerung 146 ist ferner so konfiguriert, dass sie Eingangssignale 206 empfängt, die Betriebszustände der Hochspannungsbatterie bzw. der Niederspannungsbatterie anzeigen, wie beispielsweise Batteriespannung V_b1 und V_b2, Strom I_b1 und I_b2, Ladezustand SOC_b1 und SOC_b2 sowie Batterietemperatur Temp_b1 und Temp_b2. Die Steuerung ist ferner so konfiguriert, dass sie Eingangssignale 208 empfängt, die verschiedene andere Fahrzeugbetriebsbedingungen anzeigen, wie z. B. Antriebssystem-Drehmomentanforderung τ_DEMAND, Bremsanforderung Brk_DEMAND, Fahrzeuganalytik, wie Gesundheitszustände des Untersystem, externen Objektnähe Ext_Prox, die Position des globalen Positionierungssystems GPS, Getriebezustand TransGear, sowie den Betriebszustand einer Vielzahl von verschiedenen Fahrzeugvorrichtungen STATE_{DEVICE 1} bis STATE_{DEVICE i}. Die Steuerung 146 ist ferner so konfiguriert, dass er Eingangssignale ACC_DEMAND empfängt, die für die Leistungslast von Fahrzeugzubehör repräsentativ sind. Während einige beispielhafte Eingaben hier beispielhaft beschrieben werden, wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche oder unterschiedliche Kombinationen von Eingaben geeignet sein können, den Betrieb des Antriebssystems zu beeinflussen.
Basierend auf den verschiedenen von der Steuerung empfangenen Eingangssignalen, wird ein Prozessor für die Ausführung von einem oder mehreren Algorithmen programmiert, um den Betrieb des Antriebssystems zu steuern. Für die Überwachung und Regelung der Antriebssystemkomponenten wird ein Betriebssystem 210 in der Steuerung 146 gespeichert.
Das Betriebssystem 210 kann einen Antriebsmodus-Auswahlalgorithmus 212 beinhalten, um die am besten geeignete Kombination von Antriebsquellen basierend auf den Eingangsbedingungen zu bestimmen und zu implementieren. Genauer gesagt überwacht die Steuerung die Batterie-, den Motor und Motorsysteme, um die beste Betriebsart zu einer beliebigen gegebenen Zeit basierend auf den jeweiligen gegenwärtigen Zuständen zu bestimmen. In einem Beispiel kann das Antriebssystem mindestens einen Nur-Motor-Antriebsmodus, einen regenerativen Betriebsantriebsmodus, einen Nur-Elektro-Elektrofahrzeug-Antriebsmodus und einen Dual-Antriebsquellen-Hybrid-Elektrofahrzeug-Modus umfassen.
Das Betriebssystem 210 kann auch einen Algorithmus 214 beinhalten, um die Initiierung eines Autostartverfahrens vorzubereiten. Die Steuerung 146 ist so programmiert, dass sie den Motor in Reaktion auf bestimmte Betriebsbedingungen mit einer relativ geringen Drehmomentanforderung deaktiviert. In einem Beispiel wird der Motor deaktiviert, wenn das Fahrzeug im Ruhezustand ist und im Wesentlichen Nullgeschwindigkeit hat. Die Steuerung kann auch so programmiert werden, dass sie einen Befehl zum Deaktivieren des Motors während eines Leerlaufereignisses ausgibt, bei dem das Fahrzeug aufgrund seines eigenen Rollwiderstandes abbremst. Sobald die Drehmomentanforderung auf einen vorbestimmten Schwellenwert erhöht ist, kann der Motor automatisch neu gestartet werden, um ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Autostart wird verwendet, um den Motor nach einem Zeitraum der Deaktivierung neu zu starten. Der Algorithmus 214 kann auch einen Logikabschnitt enthalten, um vor dem Autostartereignis eine Vorbereitung des Anlasser-Elektromotors anzufordern. So kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Elektromotors zur Synchronisierung mit einer Drehzahl des Motors erhöht werden, bevor dem Anlasserstellglied befohlen wird, den Anlasser-Elektromotor in Eingriff zu bringen. Wie oben erörtert, ermöglicht der bürstenlose Motoranlasser-Elektromotor eine schnellere Reaktion während eines Motor-Autostartereignisses. Daher kann der Motor bei der Fahrt häufiger ohne eine erkennbare Verringerung der Drehmomentleistung des Antriebssystems deaktiviert werden.
Das Betriebssystem 210 kann ferner einen Algorithmus 216 beinhalten, der eine Startersystemauswahl umfasst. Basierend auf den Betriebsbedingungen des Antriebssystems kann der Motor von einer Vielzahl von Quellen neu gestartet werden. So wird beispielsweise unter den meisten normalen Betriebsbedingungen der bürstenlose Anlassermotor, der von der Hochspannungsquelle angetrieben wird, zum Starten des Motors verwendet. Unter anderen Bedingungen, wie z. B. einem niedrigen SOC der Hochspannungsenergiequelle, kann die Niederspannungsquelle verwendet werden, um den Anlassermotor zu versorgen. In weiteren Beispielen, wie bestimmten Fehlerzuständen, kann die im Antriebssystem vorhandene Drehung verwendet werden, um den Motor für einen Neustart in einem Fehlermodus zu drehen. Genauer gesagt können eine oder mehrere der Kupplungen in Eingriff gebracht werden, um den Motor unter Verwendung einer Antriebssystemdrehung neu zu starten, wenn keine anderen Anlasserquellen verfügbar sind.
Das Betriebssystem 210 kann ferner einen Algorithmus 218 zum Steuern der Betätigung von Eingriffsmechanismen des Anlasser-Elektromotors beinhalten. Wie oben diskutiert, beinhaltet ein beispielhafter Mechanismus ein Gleitritzelgetriebe innerhalb eines Gehäuses des Anlasser-Elektromotors und ein Anlasserstellglied, um das Ritzel zwischen einer ersten ausgerückten Position und einer zweiten eingerückten Position zu bewegen. Die Logik zur Steuerung des Anlasserstellglieds kann in dem Algorithmus 218 enthalten sein.
Das Betriebssystem 210 kann ferner einen Algorithmus 220 zum Steuern der Hybridfahrzeug-Betriebsstrategie umfassen. Unter Verwendung bestimmter im Voraus bekannter Informationen können bestimmte Vorhersagen des idealen Betriebs zur Maximierung des Kraftstoffverbrauchs und der Energierückgewinnung erfolgen. So kann beispielsweise basierend auf einer bevorstehenden Route, die von einem Benutzer bereitgestellt wird, eine opportunistische Aufladezeit im Voraus geplant werden, sodass die Steuerung ein bestimmtes Auftreten von Ein-/Auszuständen des Motors oder Elektromotors, Energierückgewinnungszuständen und Motorneustartereignissen prognostizieren kann.
Das Betriebssystem 210 kann ferner einen Algorithmus 222 zum Verwalten der Fehlertoleranz während des Betriebs beinhalten. Wie oben erörtert, bleibt das Antriebssystem 100 trotz der verschlechterten Funktion oder eines Funktionsverlustes bestimmter Einzelkomponenten betriebsbereit. Der Fehlertoleranzalgorithmus 222 stellt sicher, dass das Fahrzeug aufgrund von Komponentenverschlechterung nicht liegenbleibt und verhindert, dass eine Situation auftritt, in der der Kunde nach Hause laufen muss. Wenn beispielsweise ein Hochspannungsbatterie-SOC unterhalb des kritischen Niveaus liegt, um den Motor neu zu starten, versetzt dieser Algorithmus den Gleichspannungswandler in einen Boost-Modus, um genügend Ladung von der Niederspannungsbatterie bereitzustellen oder um der Hochspannungsenergiequelle eine 12 Volt Überbrückungs-Leistungsquelle bereitzustellen, um die Motorstartfunktion zu aktivieren. Wenn entweder die Niederspannungsbatterie oder die Hochspannungsbatterie aufgrund eines losen Kontaktes oder eines anderen Fehlers im Motorlaufzustand abgetrennt wird, können die Niederspannungslasten durch Betreiben des Traktions-Elektromotors 122 im Erzeugungsmodus und Versorgung der Niederspannungslasten über den im Buck-Modus betriebenen Gleichspannungswandler erhalten werden. In einem anderen Szenario kann, wenn ein Fehler in dem Anlasser 140 vorliegt, der Elektromotor 122 als ein Motor betrieben werden, um den Motor zu starten, indem die Kupplung 110 geöffnet und die Kupplung 106 eingerückt wird. Wenn die Niederspannungsbatterie, die in der Regel die meisten Fahrzeugsteuerungen versorgt, vollständig entladen ist und das Fahrzeug nicht auf Tastenstarts reagiert, kann der Fehlertoleranzalgorithmus die kritischen Steuerungen über den Gleichspannungswandler unter Verwendung der Hochspannungsenergiequelle mit Leistung versorgen, sodass das Fahrzeug gestartet werden kann.
Die Algorithmen 212, 214, 216, 218, 220, 222 sind jeweils oben als unabhängige Merkmale beschrieben. Es sollte jedoch beachtet werden, dass bestimmte Aspekte der Merkmale eine funktionale Überlappung beinhalten und daher zu umfangreicheren übergreifenden Algorithmen kombiniert werden können.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 liefert die Steuerung 146 mehrere Ausgangssignale, um den Betrieb des Antriebssystems zu beeinflussen. Von der Steuerung wird ein Satz von Kupplungssteuersignalen 224 ausgegeben, um eine beliebige der Vielzahl von Kupplungen zu öffnen bzw. zu schließen, um den Drehmomentströmungspfad durch das Antriebssystem zu steuern. Die verschiedenen beispielhaften Konfigurationen, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind, umfassen eine Anzahl von unterschiedlichen Kupplungspositionen, um die Drehmomenteingabe und Drehmomentausgabe von einer der mehreren Antriebsquellen zu beeinflussen. Die Kupplungssteuersignale C₁ bis C_i stellen Befehle dar, die ausgegeben werden, um eine der i-Anzahl von Kupplungen im Antriebssystem zu steuern. Jede der Kupplungen kann als Teil anderer Antriebssystemkomponenten, wie z. B. innerhalb eines Getriebegehäuses oder innerhalb einer Drehmomentwandler-Fluidkupplungsvorrichtung, integriert sein.
Die Steuerung 146 gibt auch einen Satz von Steuersignalen 226 aus, um eines der Vielzahl von Stellgliedern in dem Antriebssystem zu betätigen. Die Stellglied-Steuersignale A₁ bis A_i stellen Befehle dar, die ausgegeben werden, um der i-Anzahl der Stellglieder in dem Antriebssystem zu steuern. Bestimmte Stellglieder bestimmen die mechanische Kopplung zwischen den Antriebsquellen und dem Antriebsstrang. Andere Stellglieder können den Stromfluss durch den Hochspannungs- bzw. Niederspannungsbus zu Leistungskomponenten des Antriebssystems steuern. Zusätzliche elektrisch angetriebene Stellglieder des Antriebssystems, wie z. B. EPS-Systemstellglieder zum Ändern des Radwinkels, können basierend auf Befehlssignalen 226 betrieben werden, die von der Steuerung 146 ausgegeben werden.
Die Steuerung 146 gibt auch einen Satz an Elektromotorbefehlen 228 aus, um die einzelnen Elektromotoren zu betreiben. Die Elektromotoren können eine Steuerlogik enthalten, um Befehle zu empfangen, die das Drehmoment bzw. die Geschwindigkeit eines der Elektromotoren beeinflussen. Jeder der Befehle kann die Steuerung des Leistungsflusses zu einem einzelnen Elektromotor umfassen. Insbesondere können derartige Befehle mindestens einen Spannungspegel, einen Strompegel und PWM-Parameter für den Elektromotorbetrieb steuern. Gemäß einem Beispiel liefert die Steuerung 146 Befehlssignale EM_TRACTION, EM_STARTER und EM_ACCESORY zur Steuerung des Traktions-Elektromotors 122, des Anlasser-Elektromotors 122 sowie eine beliebige Anzahl von potentiellen Zubehörteil-Elektromotoren, die im Folgenden näher erläutert werden.
Die Steuerung 146 regelt auch die an Niederspannungslasten, wie Fahrzeugzubehör, gelieferte Spannung. Die Steuerung gibt ein Steuersignal APM_CTRL an den APM aus, um den von mindestens einem Hochspannungsbus und dem Niederspannungsbus an die Niederspannungslasten 136 geleiteten Spannungspegel zu regeln.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein alternatives Beispiel-Antriebssystem 300 vorgesehen. Es werden übliche Bezugszeichen verwendet, bei denen Komponenten in der gleichen Weise wie in früheren Beispielen arbeiten. Das Antriebssystem 300 umfasst ein Abwärmerückgewinnungs(WHR)-Untersystem. Eine Turbine 302 ist in einem Abgasstrom 304 stromabwärts von einem Abgaskrümmer 306 des Motors 102 angeordnet. Das von dem Motor 102 strömende Abgas strömt durch die Turbine 302, wodurch sich die Turbine dreht. Das Abgas wird dann durch ein Abgasnachbehandlungssystem 308 geführt, bevor es von einem Auspuffendrohr 310 freigegeben wird. Die Turbine 302 ist mit einem Kompressor 312 gekoppelt, sodass die Drehung der Turbine auch den Kompressor dreht. Ein Lufteinlass 314 leitet Frischluft durch den Kompressor 312, um einen Druckanstieg zu erzeugen. Die Druckluft wird dann zu einem Ansaugkrümmer 316 geführt, der mit dem Motor 102 gekoppelt ist. Ein Zubehör-Elektromotor 318 ist mit dem Kompressor 312 gekoppelt. Der Elektromotor 318 ist so angeordnet, dass er ein Drehmoment liefert, um den Kompressor 312 zu drehen. Ein Druckanstieg kann im Vergleich zu der Zeit, die erforderlich ist, um die Turbine nur aufgrund des Abgasstroms zu drehen, schneller erzeugt werden. Auf diese Weise reduziert der Elektromotor eine Verzögerung beim Leistungsaufbau des Turbolader-Systems. Die Elektromotor 318 ist auch so konfiguriert, dass er Leistung aus der Kompressordrehung erzeugt, sobald die Turbine vollständig durch den Abgasstrom angetrieben ist. Die Leistung kann an mindestens eine der Hochspannungsbatterie 132 und der Niederspannungsbatterie 134 weitergegeben werden.
In alternativen Konfigurationen kann der Zubehör-Elektromotor 318 mit der Turbine 302 des WHR gekoppelt sein. Auf diese Weise kann der Zubehör-Elektromotor 318 angetrieben werden, um die Turbine 302 vor dem Abgasströmungsaufbau zu drehen. Ähnlich wie bei dem vorherigen Beispiel trägt der Elektromotor 318 zur Reaktionsfähigkeit bei und hilft, eine Verzögerung der die Turboladerausgabe zu vermeiden. Sobald der Abgasstrom die volle Leistung aufweist, um die Turbine anzutreiben, kann der Zubehör-Elektromotor 318 als ein Turbogenerator betrieben werden, um Energie aus der Drehung der Turbine zurückzugewinnen.
In dem Beispiel von 3 wird der FEAD 158 an einer Stelle in dem Antriebssystem 300 angetrieben, die stromabwärts des Motors 102 ist. In einem Beispiel ist der FEAD 158 mit der Motordrehmomentschnittstelle 124 gekoppelt. Ferner ist eine dritte Kupplung 320 zwischen dem Traktions-Elektromotor 122 und der Motordrehmomentschnittstelle 124 vorgesehen. Die dritte Kupplung 320 kann auch wirksam sein, um den Widerstand von dem Traktions-Elektromotor zu eliminieren, wenn er nicht als Motor oder Generator betrieben wird. Zusätzlich kann die Entkopplung der dritten Kupplung 320 dazu beitragen, ein unerwünschtes Zurückdrehen des Traktions-Elektromotors 122 zu verhindern. Basierend auf dem Zustand der ersten Kupplung 106 und der dritten Kupplung 320 kann der FEAD 158 wahlweise durch Drehmoment ausgegeben werden, das entweder von dem Motor 102, dem Traktions-Elektromotor 122 oder von beiden ausgegeben wird. Infolgedessen können höhere elektrische Lastfahrzeugzubehörteile, wie z. B. eine Klimaanlage, durch den Traktions-Elektromotor 122 angetrieben werden, während der Motor 102 deaktiviert ist.
Unter Bezugnahme auf 4 zeigt die Tabelle 400 ein Beispiel für verschiedene Betriebsmodi 402 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung. Die Antriebssystemsteuerung gibt Befehle aus, um den Komponentenzustand 404 jeder einer Vielzahl von Systemkomponenten zu steuern, um einen bestimmten Betriebsmodus des Antriebssystems zu bewirken.
Im Modus 406 werden ein erster Motorunterstützungsmodus sowohl des Motors als auch des Traktions-Elektromotors betrieben, um ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Die erste Kupplung, die zweite Kupplung und die dritte Kupplung sind geschlossen, um das Drehmoment zu übertragen. Die Hochspannungsbatterie wird betrieben, um Leistung an den Traktions-Elektromotor zu liefern. Das Hilfsenergiemodul ist so eingestellt, dass es im Buck-Modus arbeitet, um die Spannung für Niederspannungs-Zusatzlasten zu senken. Der erste Motorunterstützungsmodus 406 wird betätigt, wenn die Hochspannungsbatterie einen mittleren bis hohen SOC-Wert aufweist. In einem Beispiel wird die Motorunterstützung implementiert, wenn der Ladezustand größer als ein erster SOC-Schwellenwert ist. In bestimmten konkreten Beispielen wird der erste SOC-Schwellenwert auf etwa 50% gesetzt. Der erste Motorunterstützungsmodus 406 betreibt beide Antriebsquellen, sodass dem Motor Kraftstoff zugeführt wird und der Traktions-Elektromotor im Motorbetrieb betrieben wird.
Modus 408 ist ein zweiter Motorunterstützungsmodus, der dem ersten Motorunterstützungsmodus 406 ähnlich ist, außer wenn der Motor in einem Zustand ohne Kraftstoff ist. Da die erste Kupplung, zweite Kupplung und dritte Kupplung geschlossen sind, um das Drehmoment zu übertragen, wird der Motor immer noch in dem Zustand ohne Kraftstoff gedreht. Modus 408 kann auch eine „Spintrol”-Funktion beinhalten, um die Laufruhe zu verbessern. Der Begriff „Spintrol” kann sich auf die Verwendung des Traktions-Elektromotors zur Beibehaltung der Geschwindigkeit des kraftstofflosen Motors bei niedrigen Geschwindigkeiten (z. B. Leerlauf), um im Antriebssystem Null-Spiel beizubehalten und bei der Gaspedaleingabe durch den Fahrer ein Schlagen zu vermeiden.
Modus 410 stellt einen opportunistischen Ladungsmodus dar, bei dem die Leistung zu mindestens einer der Hochspannungsbatterie und der Niederspannungsbatterie zurückgeführt wird. In Fällen, in denen ein SOC-Wert der Batterie unter einen zweiten SOC-Schwellenwert absinkt, wird der Motor für den Fahrzeugantrieb mit Kraftstoff versorgt und der Traktions-Elektromotor wird als Generator betrieben, um Energie zurückzugewinnen. In einem Beispiel ist der zweite SOC-Schwellenwert auf etwa 40% eingestellt. In einem genaueren Beispiel wird die Ladung sowohl der Hochspannungsbatterie als auch der Niederspannungsbatterie zugeführt. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene SOC-Schwellenwerte in geeigneter Weise abhängig von den Materialien und dem Design der Hochspannungs- und Niederspannungsbatterien oder anderer geeigneter Energiequellen verwendet werden können.
Modus 412 stellt einen Motor-Aus-Modus dar, bei dem eine geringe Energiemenge von der Hochspannungsbatterie entladen und zum Laden der Niederspannungsbatterie bereitgestellt wird. Modus 412 kann in Reaktion auf eine Bedingung implementiert werden, bei der die Hochspannungsbatterie einen mittleren bis hohen SOC-Wert aufweist und die Niederspannungsbatterie einen mittleren SOC-Wert aufweist. Der Traktions-Elektromotor darf im Freilauf fahren und eine Erhaltungsladung wird aus der Hochspannungsbatterie entladen und der Niederspannungsbatterie zur Verfügung gestellt.
Modus 414 repräsentiert den Betrieb des Antriebssystems im Elektrofahrzeug(EV)-Modus. Die erste Kupplung wird geöffnet, um das Drehmoment vom Motor zu entkoppeln. Energie wird von der Hochspannungsbatterie geliefert, um den Traktions-Elektromotor für den Fahrzeugantrieb zu versorgen. Es kann vorteilhaft sein, einen EV-Fahrmodus unter bestimmten Leerlauf- oder Niedriggeschwindigkeits-Fahrzuständen einzusetzen, wie beispielsweise die Beschleunigung von Null-Fahrzeuggeschwindigkeit. In einem Beispiel wird der EV-Modus implementiert, wenn das Fahrzeug mit einer relativ stationären Geschwindigkeit betrieben wird, die durch Motor- und Hochspannungs-Batteriegeschwindigkeit und Leistungsgrenzen bestimmt wird. In einem anderen Beispiel wird ein EV-Modus implementiert, wenn das Fahrzeug innerhalb einer bestimmten von der Steuerung 146 befohlenen Geschwindigkeits- und Beschleunigungshüllkurve betrieben wird, was bestimmt, dass der Motor und die Hochspannungsbatterie die notwendige Leistung bereitstellen können. In einem weiteren Beispiel kann der EV-Modus 414 in Eingriff gebracht werden, um das Fahrzeug von Nullgeschwindigkeit zu einer leistungsbegrenzten Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsrate vor oder nach dem Motorstart anzutreiben.
Modus 416 repräsentiert einen Verzögerungs-Kraftstoffunterbrechungs(DFCO)-Modus, bei dem die Steuerung die Kraftstoffzufuhr zum Motor abschaltet, wenn das Fahrzeug abbremst oder verlangsamt. Zusätzlich kann eine Regeneration durchgeführt werden, um Energie zu gewinnen, während sich der Motor in einen Zustand ohne Kraftstoff befindet. Während der Kraftstoffabschaltung kann der Motor mit dem Antriebsstrang verbunden bleiben und sich weiterdrehen, während er ohne Kraftstoff ist. In einem Beispiel ist die Steuerung programmiert, um eine Kraftstoffabschaltung in Reaktion auf eine Fahrzeugverzögerung zu veranlassen, die größer ist als ein erster Verzögerungsschwellenwert, der länger als eine zweite vorbestimmte Zeitdauer anhält. Der Traktions-Elektromotor wird im Generatorbetrieb betrieben, um Energie zu mindestens einer der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie zuzuführen. Die Steuerung kann veranlassen, dass die Energie zu einer oder beiden Batterien in Abhängigkeit von dem SOC-Wert der jeweiligen Batterie geleitet wird. Beispielsweise wird im DFCO-Modus 416 eine Energie in Reaktion auf einen niedrigen bis mittleren SOC-Wert an eine Batterie geliefert. In Fällen, in denen ein SOC-Wert einer Batterie während der Verzögerungsbedingungen kleiner als der zweite SOC-Schwellenwert ist, wird der Traktions-Elektromotor als Generator betrieben, um Energie zurückzugewinnen.
Modus 418 stellt einen Fahrzeugstillstandmodus dar, bei dem die Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen Null ist. Wenn der SOC-Wert mindestens einer der Niederspannungsbatterie und der Hochspannungsbatterie während des Ruhezustandes des Fahrzeugs kleiner als der zweite SOC-Schwellenwert ist, ist die Steuerung programmiert, um den Motor zu betreiben und den Traktions-Elektromotor im Generatormodus zu betreiben. Die erste Kupplung ist geschlossen, um das Drehmoment zu übertragen, und die zweite dritte Kupplung werden geöffnet, um das Drehmoment von dem Antriebssystem zu entkoppeln. Der Motor wird mit Kraftstoff versorgt, um das Drehmoment auszugeben und wiederum den Traktions-Elektromotor zu drehen, um Energie zu erzeugen. Leistung wird je nach Bedarf basierend auf dem jeweiligen SOC-Wert an eine oder beide Batterien geleitet.
Modus 420 repräsentiert einen Elektrofahrzeug-Fahrmodus, bei dem der Motor entkoppelt wird und ohne Kraftstoff ist. Wenn der SOC-Wert der Hochspannungsbatterie mittel bis hoch ist (d. h. größer als der erste SOC-Schwellenwert), wird Leistung aus der Batterie entladen, um den Traktions-Elektromotor im Motormodus zu betreiben. Die erste Kupplung wird geöffnet, um den Motor vom Antriebssystem zu entkoppeln, und die zweite dritte Kupplung sind geschlossen, um das Drehmoment vom Motor auf die Fahrzeugräder zu übertragen.
Modus 422 repräsentiert einen Regenerationsmodus, bei dem der Motor entkoppelt ist. Wenn das Fahrzeug einer Verzögerung unterliegt, kann ein Drehmoment von den Straßenrädern angewendet werden, um den Traktions-Elektromotor im Generatorbetrieb zu betreiben. Wenn der SOC-Wert der Hochspannungsbatterie niedrig bis mittel (d. h. kleiner als der zweite SOC-Schwellenwert) ist, wird der Batterie Energie zugeführt. Die erste Kupplung wird geöffnet, um den Motor vom Antriebssystem zu entkoppeln, und die zweite und dritte Kupplung sind geschlossen, um das Drehmoment von den Fahrzeugrädern auf den Generator zu übertragen. Anschließend wird Energie an die Hochspannungsbatterie geleitet, um die Ladung wiederherzustellen.
Modus 424 repräsentiert einen Ausrollmodus, bei dem der Motor entkoppelt ist und die Hochspannungsbatterie ausreichend geladen ist, um keine Wiederaufladung zu erfordern. In einem Beispiel wird der Ausrollmodus 424 beim Verzögern aufgerufen, während der SOC-Wert der Hochspannungsbatterie größer als der zweite SOC-Schwellenwert ist. Der Traktions-Elektromotor darf frei laufen. Die erste Kupplung und die zweite Kupplung werden jeweils geöffnet, um das Drehmoment von den Straßenrädern von dem Traktions-Elektromotor zu entkoppeln. Die zweite Kupplung ist geschlossen, um dem Motor beispielsweise das Drehmoment auf Anforderung für den Antrieb oder den Betrieb des FEAD ermöglichen.
Modus 426 repräsentiert einen „Anschiebemodus”-Modus, bei dem ein kupplungsunterstützter Motorneustart bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit oder hoher kinetischer Energie verwendet werden kann. Bereits im Antriebssystem vorhandene Drehung kann verwendet werden, um den Motor für ein Neustartereignis zu drehen. Der Motor wird durch Schließen einer oder mehrerer Kupplungen im Antriebssystem neu gestartet. Der Anschiebe-Start kann unter Bedingungen nützlich sein, in denen andere Startquellen nicht verfügbar sind und das Fahrzeug bereits rollt.
Modus 428 repräsentiert einen Motorstartmodus unter Verwendung der Niederspannungsbatterie als Energiequelle. Wie oben erörtert kann eine solche Bedingung vorliegen, wenn an der Hochspannungsbatterie ein Fehlerauftreten vorliegt. Die erste Kupplung wird geöffnet, um den Motor von den stromabwärtigen Abschnitten des Antriebssystems zu entkoppeln. Die Stromversorgung wird von der Niederspannungsbatterie entladen, um die Anlasser-Elektromotor zu betätigen, um den Motor anzukurbeln. Die Reaktionszeit des Anlasser-Elektromotors kann im Vergleich zu einem Hochspannungsstart verschlechtert werden, jedoch ist die Startfunktion immer noch aktiviert, wenn sie von der Niederspannungsquelle angetrieben wird.
Modus 430 stellt einen Motorstartmodus unter Verwendung der Hochspannungsbatterie als Energiequelle dar. Die erste Kupplung wird geöffnet, um den Motor von den stromabwärtigen Abschnitten des Antriebssystems zu entkoppeln. Die Energie wird von der Hochspannungsbatterie entladen, um den Anlasser-Elektromotor zu betreiben, um den Motor anzukurbeln. Dies ist der bevorzugte Modus des Startens und Neustartens des Motors, da der Anlasser-Elektromotor eine bessere Reaktion auf die Hochspannungs-Leistungsaufnahme liefert. Der Hochspannungs-Motorstart kann verwendet werden, um einen schnellen Wiederanlauf zu ermöglichen, wie beispielsweise nach einem Elektrofahrzeug-Fahrmodus. Gemäß einigen Beispielen ist die Steuerung programmiert, um eine Drehzahl des Motors mit der Eingangsdrehzahl des Getriebes nach einem Motorneustart und vor dem mechanischen Eingreifen des Motors (z. B. Eingriff mit einer oder mehreren der Trennkupplungen) zu synchronisieren.
Modus 432 ähnelt dem Regenerationsmodus 422, doch wird in diesem Fall zur Erzeugung von Leistung der Traktions-Elektromotor verwendet, die direkt geschaltet wird, um den Hochspannungs-Anlasser-Elektromotor anzutreiben. Die Stromversorgung erfolgt zur Umgehung der Hochspannungsbatterie.
Unter Bezugnahme auf 5 zeigt die grafische Darstellung 500 ein Beispielmodusauswahlprofil gemäß dem oben beschriebenen Beispielmodusauswahlschema.
Die Horizontalachse 502 stellt die Zeit dar, während das Fahrzeug eine Route fährt. Vertikalachse 504 repräsentiert eine Größe der Leistungsabgabe einer Antriebsquelle für die Batterieausgangsleistungskurve 508 und die Motorausgangsleistungskurve 510 und stellt die Fahrzeuggeschwindigkeit für die Geschwindigkeitskurve 506 dar.
Zurzeit T0 wird das Fahrzeug aus dem Stand beschleunigt. Das Fahrzeug wird zunächst mit dem Elektrofahrzeug-Modus für den Antrieb gestartet. Wenn eine ausreichende Beschleunigungsanforderung vorliegt, kann die Steuerung aufgefordert werden, den Motor zu starten, um das Antriebsdrehmoment zu ergänzen. In einem alternativen Beispiel wird die Geschwindigkeit als Kriterium für die Auslösung eines Motorstartereignisses verwendet. In einem konkreteren Fall löst das Antriebssystem ein Motorstartereignis in Reaktion auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit aus, die einen ersten Geschwindigkeitsschwellenwert S1 überschreitet. In einigen Beispielen ist S1 auf etwa 4 km pro Stunde eingestellt. Zwischen T1 und T2 wird der Motor gestartet, wie in der Kurve 510 durch eine kurze Dauer des negativen Motordrehmoments, bezogen auf die Drehmomenteingabe, um den Motor zu kurbeln, bezeichnet.
Von der Zeit T2 bis T3 wird der Motor in einem Motorunterstützungsmodus betrieben, um die Gesamtdrehmomentabgabe des Antriebssystems zu ergänzen. Sobald die Motorleistung die volle Kapazität erreicht, kann die Motordrehmomentleistung reduziert werden, während das Fahrzeug weiter beschleunigt.
In der Zeit zwischen T3 und T4 kann das Fahrzeug während des Antriebszyklus eine maximale Geschwindigkeit erreichen und die Beschleunigung einstellen. Während der Zeit der Beschleunigung kann das Antriebssystem in einen opportunistischen Ladungsmodus eintreten, um die verfügbare Energie im System zu nutzen. Wie durch die Kurve 510 dargestellt, wird die Motorleistung verringert. Wie weiter durch die Kurve 508 gezeigt wird, wird Energie (auf dem Diagramm als negative Ausgangsenergie dargestellt) zu dem Traktions-Elektromotor zurückgeführt.
Während der Zeit zwischen T4 und T5 kann das Antriebssystem als Reaktion auf eine weitere Fahrzeugverzögerung in einen DFCO-Modus eintreten. Die Motorleistung wird in Reaktion auf die Kraftstoffabschaltung weiter reduziert. Kurve 510 reflektiert die negative Energie, die sich auf den Motorwiderstand bezieht, der für die weitere Verzögerung des Fahrzeugs angewendet wird.
Während der Zeit zwischen T5 und T6 kann das Antriebssystem eine Elektrofahrzeug-Regeneration als Reaktion auf eine erhöhte Verzögerungsanforderung aufweisen, die größer als ein vorbestimmter Verzögerungsanforderungsschwellenwert ist.
Wie oben diskutiert, ermöglicht der Elektrofahrzeug-Erzeugungsmodus, dass der Traktions-Elektromotor im Generatorbetrieb betrieben wird, sodass die Hochspannungsbatterie wieder aufgeladen wird. Kurve 508 reflektiert die Energie, die an die Batterie zurückgeführt wird. In dem vorliegenden Beispiel wird die Leistung mit einer Spitzenrate von etwa 5 kW an die Batterie geleitet.
In der Zeit zwischen T6 und T7 wird das Fahrzeug für eine längere Dauer bei etwa stationärer Geschwindigkeit angetrieben. Das Antriebssystem tritt als Reaktion auf die relativ gleichbleibende Geschwindigkeit in einen Elektrofahrzeug-Fahrmodus ein. Der Motor ist deaktiviert, um Kraftstoff zu sparen, und die Leistung wird während des Motorbetriebs von dem Traktions-Elektromotor ausgegeben. Im vorliegenden Beispiel werden ca. 10 kW aus dem Elektromotor ausgegeben, was einer Fahrzeuggeschwindigkeit von ca. 40 +/– 2,5 km pro Stunde entspricht. Die Konfiguration des von der Hochspannungsbatterie angetriebenen Anlasser-Elektromotors ermöglicht einen schnellen Motorneustart beim Abschluss von Elektrofahrzeug-Fahrmodi und Elektrofahrzeug-Regenerationsmodi. Obwohl nicht im Diagramm 500 dargestellt, kann eine hohe Beschleunigungsanforderung während des Betriebs in einem Elektrofahrzeug-Modus ein Motorneustartereignis verursachen.
In der Zeit zwischen T7 und T8 wird das Fahrzeug von der Fahrgeschwindigkeit in die Ruhe gebracht. Das Antriebssystem tritt in einen zweiten Regenerationsmodus ein, um Energie aus der Verzögerung zurückzugewinnen. Der Motor bleibt deaktiviert und der Traktions-Elektromotor wird als Generator betrieben. Wie aus der grafischen Darstellung ersichtlich, wird die Regenerationsrate von etwa 5 kW für einen längeren Zeitraum im Vergleich zu der vorher beschriebenen Elektrofahrzeug-Regeneration während der Zeit zwischen T5 und T6 aufrechterhalten. Somit wird während der verlängerten Verzögerungsperiode mehr Gesamtenergie gewonnen.
Wie durch die abwechselnde Kurve 506' reflektierten, könnte eine plötzliche Beschleunigung durch eine Meinungsänderung des Fahrers während eines Antriebszyklus bewirkt werden, die durch ein plötzliches Betätigen des Gaspedals realisiert wird. Dieser Bedingung kann ein Bremsereignis vorausgehen. Die Meinungsänderung des Fahrers könnte während jeder Phase der oben beschriebenen Fahrmodi auftreten. In solchen Fällen liefert der Traktions-Elektromotor ein sofortiges Drehmoment pro Fahreranforderung. Wenn der Motor von dem Antriebsstrang getrennt ist, wird er neu gestartet und wieder mit dem Antriebssystem in Eingriff gebracht, um zusätzliches Drehmoment zu liefern. Die Drehmomentverteilung zwischen Motor und Motor wird durch die Fahrerpedalanforderungen bestimmt.
Unter Bezugnahme auf 6 ist das Fahrzeug 10 mit einem alternativen Konfigurationsantriebssystem 600 versehen. In der alternativen Konfiguration wird ein zusätzlicher Elektromotor 606 angewendet, um bestimmtes Fahrzeugzubehör zu betreiben. Der Zubehör-Elektromotor kann im Motorbetrieb oder Generatorbetrieb betrieben werden. In dem Beispielantriebssystem 600 können die Klimatisierungseinheit 602 und eine Wasserpumpe 604 wahlweise durch den Zubehör-Elektromotor 606 angetrieben werden. Der Zubehör-Elektromotor 606 kann betrieben werden, um eine Fehlertoleranz bereitzustellen und das Zubehör in Reaktion auf einen Fehlerzustand, wie einen Batterieausfall, anzutreiben. Der Zubehör-Elektromotor 606 kann entweder durch die Niederspannungsbatterie 134 oder die Hochspannungsbatterie 132 versorgt werden. Die Klimatisierungseinheit 602 enthält eine Klimaanlagen-Drehmomentschnittstelle 608. Riemen 164 koppelt die Klimaanlagen-Drehmomentschnittstelle 608 mit der Motorabtriebsdrehmomentschnittstelle 162. Unter normalen Betriebsbedingungen treibt der Motor 102 das Zubehör an. In diesem Fall kann der Zubehör-Elektromotor 606 als ein Generator betrieben werden, um Energie von der Drehleistung des Motors 102 zurückzugewinnen. In diesem Fall kann der Zubehör-Elektromotor 606 die Funktion eines Wechselstromgenerators ersetzen und Energie an die Niederspannungsbatterie 134 übertragen, um eine volle Ladung aufrechtzuerhalten. Ein Wechselstromgenerator kann durch den Zubehör-Elektromotor 606 ersetzt werden.
Die Klimaanlagen-Drehmomentschnittstelle 608 ist ebenfalls mit einer Wasserpumpen-Drehmomentschnittstelle 614 verbunden. Zwischen der Klimatisierungseinheit 602 und der Wasserpumpe 604 können eine oder mehrere Kupplungen angeordnet sein, um einen unabhängigen Betrieb jedes Zubehörs zu ermöglichen. Eine erste Zubehörkupplung 610 ist zwischen der Klimatisierungseinheit 602 und dem Zubehör-Elektromotor 606 angeordnet. Eine zweite Zubehörkupplung 612 ist zwischen dem Zubehör-Elektromotor 606 und der Wasserpumpe 604 angeordnet. Als Reaktion auf einen Fehlerzustand, der mit einer der Batterien verbunden ist, kann der Zubehör-Elektromotor durch die Nicht-Fehler-Batterie angetrieben werden, um das Zubehör in einem Notmodus zu betreiben.
In Variantenkonfigurationen des Antriebssystems 600 kann mindestens eines der Zubehörteile ohne mechanische Kopplung an die Motorleistung nur elektrisch angetrieben werden. In einem Beispiel kann eine elektrische Wasserpumpe direkt von der Hochspannungsbatterie 132 angetrieben werden.
Unter Bezugnahme auf 7 ist das Fahrzeug 10 mit einem weiteren alternativen Konfigurationsantriebssystem 700 versehen. Der Traktions-Elektromotor 122 kann so angeordnet sein, dass er direkt eine Zusatzeinheit 702 antreibt. In einem Beispiel ist die Zusatzeinheit 702 eine Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungseinheit (HVAC). Eine Zubehör-Drehmomentschnittstelle 704 ist mit der Motordrehmomentschnittstelle 124 gekoppelt. Eine Welle 706 überträgt das Drehmoment zwischen der Zusatzeinheit 702 und dem Traktions-Elektromotor 122. Zwischen der Zusatzeinheit 702 und dem Traktions-Elektromotor 122 ist eine Kupplung 708 angeordnet, um eine Drehmomentverbindung wahlweise zu entkoppeln. Die Zubehör-Drehmomentschnittstelle 704 ist ebenfalls mit der Motorabtriebsdrehmomentschnittstelle 162 gekoppelt. In einem Beispiel verbindet ein Riemen 164 die Drehmomentschnittstelle 704 mit der Motorabtriebsdrehmomentschnittstelle 162. Die Konfiguration ermöglicht es, dass die Zubehöreinheit 702 selektiv entweder durch den Motor 102 oder den Traktions-Elektromotor 122 angetrieben wird. Tatsächlich kann die HVAC-Einheit 702 für leichte Lastbedingungen durch die Hochspannungsbatterie 132 mit Energie versorgt werden, wenn genügend SOC vorhanden ist. In einem Beispiel kann sich „leichte Last” auf elektrische Gesamtbelastungen von weniger als etwa 2 Kilowatt beziehen. Praktisch ermöglicht die Konfiguration von 7, dass das Antriebssystem im Elektrofahrzeug-Modus verbleibt, wobei der Motor 102 trotz leichter Änderungen der elektrischen Anforderungen deaktiviert ist. Eine solche elektrische Anforderung kann andernfalls dazu führen, dass der Motor unnötigerweise neu gestartet wird, um eine Leistungsunterstützung bereitzustellen.
Die hierin beschriebenen bestromten Hybridfahrzeugkonfigurationen erlauben bestimmte Betriebsarten bei geringer Geschwindigkeit im Elektrofahrzeugmodus. Da der Traktions-Elektromotor bei entkoppeltem Motor direkt mit dem Antriebssystem verbunden werden kann, kann der Widerstand durch Drehen des Motors beseitigt werden. In einem Beispiel wird ein autonomer Selbstparkmodus bei niedriger Geschwindigkeit unter Verwendung eines Elektrofahrzeug-Antriebsmodus aktiviert. Die Steuerung kann über ein drahtloses Netzwerk kommunizieren, um Echtzeit-Mapping oder andere Anweisungen zu erhalten, um das Fahrzeug zu parken. In einigen Beispielen erhält das Fahrzeug Informationen von externen lokalen Infrastrukturgeräten, die auf vorhandene Parkplätze hinweisen. Zusätzlich können optische Kameras oder andere Sensoren am Fahrzeug die umgebenden Bereiche erfassen, um das Fahrzeug zu lenken. Von den Sensoren, die Objekte in der Nähe des Fahrzeugs anzeigen, wird zumindest ein Annäherungssignal erzeugt. In diesem Fall kann der Motor in einem deaktivierten Zustand bleiben, während das Fahrzeug automatisch geparkt wird.
Der Anlasser-Elektromotor arbeitet während des autonomen Selbstpark-Modus als ausfallsichere Funktion. Ist der SOC der Hochspannungsenergiequelle während des Selbstparkens kleiner als ein vorbestimmter Ladestandschwellenwert, wird der Anlasser-Elektromotor aktiviert, um den Neustart des Motors sicherzustellen, um zur Vervollständigung des Selbstparkmanövers das Vorhandensein einer geeigneten Antriebsquelle zu gewährleisten. So kann beispielsweise ein Selbstparkereignis auf einem großen Parkplatz oder einer Parkstruktur einen Abfall in der Batterie-SOC verursachen, sodass zum Abschluss des Manövers eine Leistungsbereitstellung von dem Motor erforderlich sein kann.
In einer bestimmten Anwendung senden intelligente Kameras, die sich auf einem Parkplatz befinden, Informationen über verfügbare Parkplätze an das Fahrzeug. Ein Benutzer kann die vorhandenen Plätze visuell über eine Benutzeroberflächenanzeige im Fahrzeug überprüfen und dann einen der verfügbaren Parkplätze als Zielparkplatz auswählen. In einem Beispiel arbeitet das Fahrzeug in einem Valet-Modus, sodass ein Benutzer in die Nähe eines gewünschten Ortes fahren und dann einen nahe gelegenen Zielparkplatz aus der Gruppe der verfügbaren Parkplätze auswählen kann. Der Benutzer kann dann das Fahrzeug verlassen und das Fahrzeug dazu veranlassen, selbst automatisch auf dem von dem Benutzer gewählten Zielparkplatz zu parken, während er im Niedergeschwindigkeits-Elektrofahrzeugmodus arbeitet. Das Fahrzeug verwendet dann drahtlos Informationen von lokalen Infrastrukturgeräten, GPS-Positionierungsdaten sowie Daten, die von Fahrzeugsensoren erfasst werden, um das Fahrzeug autonom mit dem Traktions-Elektromotor in Richtung des Zielparkplatzes anzutreiben, um ein Selbstparken in dem Parkbereich auszuführen.
In einem weiteren Beispiel kann das Fahrzeug während des Fahrens im Niedergeschwindigkeits-Elektrofahrzeug-Selbstparkmodus konfiguriert sein, um sich selbst durch einen Parkplatz oder eine Parkstruktur zu navigieren und nach freien Parkplätzen zu suchen, die geeignet sind, um das Fahrzeug abzustellen. Visuelle Sensoren am Fahrzeug können Signale ausgeben, die die Objekterkennung in einem Bereich nahe dem Fahrzeug anzeigen. Fahrzeugkommunikation mit lokaler Infrastruktur kann Informationen über verfügbare Plätze, andere Fahrzeuge, die den Parkplatz durchqueren, sowie weitere Informationen zur Erleichterung des Selbstparkens zur Verfügung stellen. Auf diese Weise kann das Fahrzeug ausgerüstet sein, um sich selbst zu parken, ohne eine Benutzerauswahl eines Zielparkplatzes zu erfordern.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können von einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, der jede vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann, bereitgestellt und/oder implementiert werden. Desgleichen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten oder ausführbare Anweisungen durch eine Steuerung oder einen Computer in vielfältiger Weise gespeichert werden, darunter ohne Einschränkung die dauerhafte Speicherung auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie einem ROM, und als änderbare Information auf beschreibbaren Speichermedien, wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM sowie anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem softwareausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise mit geeigneten Hardwarekomponenten, wie beispielsweise anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbaren Gate Arrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware, Software und Firmwarekomponenten verkörpert werden.
Während exemplarische Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen herbeigeführt werden. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit, usw. Als solches liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert im Vergleich zu anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Merkmale beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Motorbaugruppe, umfassend: eine Metallauskleidung, die einen zylindrischen Bereich zum Aufnehmen eines Kolbens definiert, worin die Metallauskleidung eine Innenfläche, eine gegenüberliegende Außenfläche, eine erste Anschlussfläche und eine gegenüberliegende zweite Anschlussfläche aufweist; ein Polymerverbundstoffgehäuse, das um mindestens einen Teil der Außenfläche der Metallauskleidung herum angeordnet ist, worin das Polymerverbundstoffgehäuse ein Polymer und eine Vielzahl von Verstärkungsfasern umfasst und mindestens eines von: (i) eine Vielzahl von Mikrokanälen zum Aufnehmen eines Wärmeübertragungsfluids zum Erwärmen und/oder Kühlen der Motorbaugruppe; und (ii) mindestens einen Draht zum Erwärmen der Motorbaugruppe; und einen Metallzylinderkopf mit einer fünften Anschlussfläche und einer gegenüberliegenden sechsten Anschlussfläche, worin mindestens ein Teil der sechsten Anschlussfläche des Metallzylinderkopfes mindestens an einen Teil der ersten Anschlussfläche der Metallauskleidung angrenzt.
Motoranbaugruppe nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen Kühlmittelkanal, der zwischen mindestens einem Teil der Außenfläche der Metallauskleidung, einer Innenfläche des Polymerverbundstoffgehäuses und der vierten Anschlussfläche des Metallzylinderkopfes definiert ist.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Polymerverbundstoffschicht, die um mindestens einen Teil einer Außenfläche des Polymerverbundstoffgehäuses herum angeordnet ist.
Motorbaugruppe nach Anspruch 3, worin sich die Polymerverbundstoffschicht um mindestens einen Teil des Metallzylinderkopfes erstreckt.
Motorbaugruppe nach Anspruch 3, worin die Polymerverbundstoffschicht diskontinuierliche Kohlenstofffasern umfasst.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, worin das Polymerverbundstoffgehäuse ein Zylindergehäuseteil mit einer siebten Anschlussfläche und einer gegenüberliegenden achten Anschlussfläche und ein Kurbelgehäuseteil mit einer neunten Anschlussfläche und einer gegenüberliegenden zehnten Anschlussfläche aufweist, worin die neunte Anschlussfläche des Kurbelgehäuseteils an die zweite Anschlussfläche der Metallauskleidung und die achte Anschlussfläche des Zylindergehäuseteils angrenzt, und worin das Zylindergehäuseteil und das Kurbelgehäuseteil integrale oder separate Komponenten sind, die miteinander verbunden sind.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, weiterhin eine Metallkappe aufweisend, die an eine dritte Anschlussfläche des Polymerverbundstoffgehäuses und die sechste Anschlussfläche des Metallzylinderkopfes angrenzt.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, worin die Außenfläche der Metallauskleidung ein oder mehrere mechanische Verriegelungsmerkmale aufweist, um mit dem Polymerverbundstoffgehäuse zu verbinden.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, worin das Polymer in dem Polymerverbundstoffgehäuse ein thermoplastisches Harz oder ein Duroplast-Harz umfasst und die Vielzahl von Verstärkungsfasern kontinuierliche Fasern sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Polymerfasern, metallischen Fasern und einer Kombination davon.
Motorbaugruppe nach Anspruch 1, worin die Vielzahl von Mikrokanälen in dem Polymerverbundstoffgehäuse axial, radial, verzweigt, schneidend, kreuzend oder spiralförmig verlaufen können.