DE102018114738A1

DE102018114738A1 - HEV-Energieverwaltung für Hochleistungsbetrieb

Info

Publication number: DE102018114738A1
Application number: DE102018114738.4A
Authority: DE
Inventors: Patrick Gordon COLLINS; Anthony Boyko; Lars Niklas PETTERSSON; Matthew L. WEST
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-12-27
Also published as: US20180370522A1; CN109094551A; US10486684B2

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet eine Brennkraftmaschine (CE) und eine elektrische Maschine (EM), die an ein Energiespeichersystem (ESS) gekoppelt sind, sowie eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Laderückgewinnung des ESS/der Batterie während des Hochleistungsbetriebs zu maximieren. Die Steuerung befiehlt der CE, eine Leistung zu erzeugen, die einen Gesamtfahrwiderstand und einen Leistungsbedarf (PD) überschreitet, um das ESS mit einer maximalen Rate für eine schnelle Laderückgewinnung des ESS wiederaufzuladen. Als Reaktion auf den PD erzeugt die CE eine maximale Leistung, um die EM dazu anzutreiben, das ESS mit einer maximalen Rate während der Beschleunigung, Verzögerung, und wenn eine Geschwindigkeit des Fahrzeug beibehalten wird, wiederaufzuladen und ein positives Drehmoment zu erzeugen und, wenn der PD und der Gesamtfahrwiderstand die maximale Leistung der CE übersteigen, das ESS gemäß dem PD, dem Gesamtfahrwiderstand und der maximalen Laderate des ESS zu entladen. Die Leistungsregeneration während der Verzögerung kann zudem für die elektrische Maschine und/oder die Nutzbremsen ermöglicht werden, was die ESS-SoC-Rückgewinnung während des Hochleistungsbetriebs weiter maximiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Offenbarung betrifft Hybridelektrofahrzeuge mit Brennkraftmaschinen und elektrischen Maschinen, die dazu konfiguriert sind, Leistung für den Antrieb und eine Energiespeicherrückgewinnung zu erzeugen und zu speichern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles - HEVs), die einen Verbrennungsmotor (internal combustion engine - ICE) und mit Energiespeichersystemen gekoppelte elektrische Maschinen oder Traktionsmotoren/Generatoren (M/Gs) aufweisen, sind typischerweise dazu konfiguriert, einen optimalen Kraftstoffverbrauch und ein optimales Energiespeichersystem (ESS) und eine Batterielebensdauer zu optimieren. Bei bestimmten Anwendungen können HEVs zudem dazu konfiguriert sein, Konfigurationen zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und des/der ESS/Batterielebensdauer sowie Hochleistungsvorgänge, die eine kombinierte, maximale Leistungsausgabe von dem ICE und dem M/G als auch eine maximale Energierückgewinnung für das ESS/die Batterie befehlen, aufzuheben und/oder zwischen diesen zu wechseln. Bisher führte ein derartiger Hochleistungsbetrieb zur Entladung des ESS oder der Batterien, was die Leistung des HEV beeinträchtigte, bis Energie durch das ESS/die Batterien rückgewonnen werden konnte.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Offenbarung ermöglicht neue Fähigkeiten für eine verbesserte Steuerung und Verwaltung von HEV-Hochleistungsbetriebsmodi, die von einem Fahrer zusätzlich zu einem Nominalbetriebsmodus, der Kraftstoff und ESS-/Batterieleistung spart, auswählbar sein können. Die Neuerung ermöglicht eine schnelle ESS-Laderückgewinnung während des Hochleistungsbetriebs des HEV, was die Wahrscheinlichkeit einer ESS-Entladung verhindert und/oder reduziert. Das HEV beinhaltet eine Brennkraftmaschine (combustion engine - CE) und eine elektrische Maschine (EM), die an ein Energiespeichersystem (ESS), wie etwa eine oder mehrere Batterien, gekoppelt ist, sowie eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine maximierte oder hochpriorisierte ESS-Laderückgewinnung während des Betriebs zu ermöglichen. Wenn ein Ladezustand (state of charge - SoC) des ESS oder der Batterie(n) unter einer SoC-Ladekapazitätsgrenze liegt, kann die Steuerung der CE befehlen, eine Leistung zu erzeugen, die einen Gesamtfahrwiderstand (road load power - RLP) und einen Leistungsbedarf (power demand - PD) bis zu einer maximalen CE-Leistung überschreitet, was eine schnelle Laderückgewinnung des ESS zum Verhindern oder Minimieren einer Entladung mit einer Rate gemäß der überschüssigen oder zusätzlichen Leistung, die nach dem Erfüllen des PD und RLP verfügbar ist, und bis zu einer maximalen Wiederaufladerate des ESS/der Batterie ermöglicht.
Wenn eine PD-Leistung während eines derartigen Hochleistungsbetriebsmodus angefordert wird, erzeugt die CE eine maximale Leistung, die teilweise dazu genutzt wird, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu beschleunigen, zu verzögern und/oder beizubehalten sowie die EM dazu anzutreiben, ein negatives Drehmoment zum Wiederaufladen des ESS/der Batterie(n) bis zu der maximalen Wiederaufladerate gemäß der Leistung zu erzeugen, die für die ESS-/Batterie-Laderückgewinnung verfügbar ist, nachdem der Leistungsbedarf des PD und des RLP gedeckt wurden. Das HEV ermöglicht zudem eine Leistungsregeneration und/oder -rückgewinnung während der Verzögerung, welche die elektrische Maschine und/oder die Nutzbremsen nutzen, und welche dazu eingesetzt werden kann, die schnelle ESS-/Batterie-SoC-Rückgewinnung weiter zu maximieren.
Das verbesserte System und das Betriebsverfahren beinhalten ein Fahrzeug oder HEV, das einen Verbrennungsmotor oder eine Brennkraftmaschine (ICE oder CE) als auch eine elektrische Maschine und/oder einen Elektromotor/Generator (EM oder M/G), die an ein Energiespeichersystem (ESS), wie etwa eine Batterie, gekoppelt sind, das eine momentane und maximale Ladezustands(SoC)-Grenze aufweist, sowie eine maximale Wiederaufladerate, mit welcher der SoC rückgewonnen werden kann, aufweist oder damit bereitgestellt ist. Beinhaltet ist zudem eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, auf einen Leistungsbedarf und/oder ein Leistungsbedarfssignal (PD oder PDS) zu reagieren und dem ICE und M/G zu befehlen, eine kombinierte Leistung zu erzeugen, die eine Kombination des RLP und des PDS überschreitet, um eine überschüssige Leistungsmenge einzurichten. Die Leistung beschleunigt die Geschwindigkeit des HEV und/oder behält diese bei und die überschüssige Leistung, welche diese überschreitet, wird dazu genutzt, das ESS mit einer Laderate, die bis zu einer maximalen Laderate variieren kann, wiederaufzuladen, bis der ESS-SoC vollständig wiederhergestellt und die SoC-Grenze erreicht ist und/oder während der SoC unter der Grenze liegt.
Die Steuerung des HEV oder des Fahrzeugs ist zudem dazu konfiguriert, auf das PDS zu reagieren, das eine Leistung fordert, die geringer als eine maximale ICE-Leistung ist, und dem ICE zu befehlen, die maximale ICE-Leistung zu erzeugen, die teilweise das Fahrzeug beschleunigt und die zudem dem M/G ermöglicht oder diesen dazu antreibt, ein negatives Drehmoment zu erzeugen, um das ESS und/oder die Batterie wiederaufzuladen, bis die SoC-Grenze erreicht ist und/oder während der SoC unter der Grenze liegt. Die Steuerung ist zudem in Variationen dazu konfiguriert, auf das PDS zu reagieren, das eine Leistung anfordert, die gleich einer maximalen ICE-Leistung oder größer als diese ist, und dem ICE und dem M/G zu befehlen, eine maximale kombinierte Leistung zum Beschleunigen des Fahrzeugs zu erzeugen, sodass sich das ESS entlädt und Leistung an den M/G mit einer Rate gemäß dem PDS abgibt, die eine maximale HEV-Leistung ermöglicht, indem eine positive Drehmomentausgabe sowohl von dem ICE als auch von dem M/G in Kombination genutzt wird.
In weiteren alternativen Anordnungen ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, als Reaktion auf das PDS, das eine Leistung anfordert, die gleich dem RLP ist, dem ICE zu befehlen, eine maximale Leistung zu erzeugen, die teilweise eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs beibehält und die zudem den M/G dazu antreibt, ein negatives Drehmoment zu erzeugen, um das ESS wiederaufzuladen, während der SoC unter der Grenze liegt. In einer anderen in Betracht gezogenen Variation ist die Steuerung zudem dazu konfiguriert, auf das PDS zu reagieren, das eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und über der maximalen Wiederaufladerate des ESS/der Batterie liegt. Die Steuerung in dieser Konfiguration: (a) befiehlt dem M/G das Fahrzeug durch die Erzeugung eines negativen Drehmoments regenerativ zu verzögern und Leistung an das ESS/die Batterie mit einer Regenerationsrate abzugeben, und (b) befiehlt dem ICE, Leistung zu erzeugen, um den M/G dazu anzutreiben, ein zusätzliches negatives Drehmoment zu erzeugen, um Leistung an den ESS mit einer zusätzlichen Rate abzugeben, sodass die Regenerationsrate und die zusätzliche Rate gleich der maximalen Wiederaufladerate des ESS sind.
In einer alternativen Konfiguration zu den vorhergehenden Anordnungen beinhaltet das Fahrzeug mindestens eine Nutzbremse, die an eine Kraftübertragung des Fahrzeugs gekoppelt ist, bei der es sich um eine unabhängige Komponente handeln kann und/oder die an einen Teil des M/G gekoppelt oder in diesen integriert sein kann. Dabei ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, auf das PDS zu reagieren, das eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und über der maximalen Wiederaufladerate des ESS liegt. In dieser Variation befiehlt die Steuerung: (a) einem oder mehreren des M/G und der mindestens einen Nutzbremse, das Fahrzeug durch die Erzeugung eines negativen Drehmoments regenerativ zu verzögern und Leistung von dort an das ESS mit einer Regenerationsrate abzugeben, und (b) dem ICE, eine Leistung zu erzeugen, um den M/G dazu anzutreiben, ein zusätzliches negatives Drehmoment zu erzeugen, um Leistung an das ESS mit einer zusätzlichen Rate abzugeben, sodass die Regenerationsrate und die zusätzliche Rate gleich der maximalen Wiederaufladerate des ESS sind.
In weiteren Anpassungen beinhaltet das Fahrzeug die mindestens eine von einer Nutzbremse und einer Reibungsbremse, die an die Kraftübertragung des Fahrzeugs gekoppelt sind. Die Steuerung dieser Variation ist ferner dazu konfiguriert, als Reaktion auf das PDS, das eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und unter der maximalen Wiederaufladerate des ESS/der Batterie liegt oder gleich dieser ist, (a) einem oder mehreren des M/G und der mindestens einen Nutzbremse zu befehlen, das Fahrzeug durch die Erzeugung eines negativen Drehmoments regenerativ zu verzögern und Leistung an das ESS mit einer Regenerationsrate abzugeben, die gleich der maximalen Wiederaufladerate des ESS ist, und (b) der mindestens einen Reibungsbremse zu befehlen, das Fahrzeug gemäß dem PDS und der Wiederaufladerate weiter zu verzögern.
Diese Kurzdarstellung der Umsetzungen und Konfigurationen der HEVs und beschriebenen Komponenten und Systeme stellt eine Auswahl von beispielhaften Umsetzungen, Konfigurationen und Anordnung in einer vereinfachten und weniger technisch detaillierten Anordnung vor, und solche sind ferner nachstehend in der detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Veranschaulichungen und Zeichnungen sowie den darauffolgenden Patentansprüchen ausführlicher beschrieben.
Es ist weder beabsichtigt, dass diese Kurzdarstellung zentrale oder wesentliche Merkmale der beanspruchten Technik identifiziert, noch ist beabsichtigt, dass sie als Hilfsmittel bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands herangezogen wird. Die hier erörterten Merkmale, Funktionen, Fähigkeiten und Vorteile können unabhängig voneinander in verschiedenen beispielhaften Umsetzungen erreicht werden oder in noch anderen beispielhaften Umsetzungen kombiniert werden, wie es hier an anderer Stelle genauer beschrieben ist und was zudem für den einschlägigen Fachmann unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die folgenden Zeichnungen nachvollzogen werden kann.
Figurenliste
Ein umfassenderes Verständnis der beispielhaften Umsetzungen der vorliegenden Offenbarung kann durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und die Patentansprüche abgeleitet werden, wenn diese gemeinsam mit den folgenden Figuren betrachtet werden, in denen sich gleiche Bezugszeichen in allen Figuren auf ähnliche oder identische Elemente beziehen. Die Figuren und Anmerkungen darin werden zur Erleichterung des Verständnisses der Offenbarung bereitgestellt, ohne die Breite, den Umfang, den Geltungsbereich oder die Anwendbarkeit der Offenbarung einzuschränken. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu.

1 ist eine Veranschaulichung gemäß der Offenbarung eines Hybridelektrofahrzeugs und seiner Systeme, Komponenten, Sensoren, Aktoren und Betriebsfunktionen; und
2 veranschaulicht bestimmte Aspekte der in 1 abgebildeten Offenbarung und beschreibt Beispiele, Komponenten und Verfahrensschritte, die andere Betriebsfähigkeiten der Offenbarung darstellen;
3, 4, 5 und 6 stellen andere Aspekte der Fahrzeugsysteme und Verfahren aus 1 und 2 zur Veranschaulichung dar;
7 und 8 veranschaulichen beispielhafte Darstellungen eines Fahrzeugs während des Betriebs gemäß den Systemen und Verfahren der vorhergehenden Figuren; und
9 und 10 stellen zusätzliche Beispiele für ein Fahrzeug während des Betriebs mit den Verfahren und Systemen der vorherigen Figuren dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in zahlreichen und alternativen Formen ausgeführt sein kann. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Der Durchschnittsfachmann sollte verstehen, dass verschiedene Merkmale, Komponenten und Prozesse, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen, Komponenten und Prozessen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen herzustellen, die dem Fachmann ersichtlich sein sollten, aber unter Umständen nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Bei den Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen handelt es sich um repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein und sollten ohne Weiteres im Bereich des Fachwissens, der Fertigkeiten und Fähigkeiten derer liegen, die auf den relevanten Fachgebieten tätig sind.
Unter Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren und Veranschaulichungen, welche 1 und 2 beinhalten, und insbesondere auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 100 gezeigt und veranschaulicht repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten des HEV 100. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs 100 kann variieren. Das Fahrzeug 100 beinhaltet eine Kraftübertragung 105, die einen Antriebsstrang 110 aufweist, der eine Brennkraftmaschine (CE), bei der es sich um einen Verbrennungsmotor (ICE) 115 handeln kann, und eine elektrische Maschine (EM) und/oder einen Elektromotor-Startergenerator (M/G) 120 beinhaltet, die jeweils eine Leistung und ein Drehmoment erzeugen, um eine Traktion zu erzeugen und das Fahrzeug 100 anzutreiben. Die Ausdrücke „Leistung“ und „Drehmoment“ werden hier mitunter austauschbar verwendet, um Beispiele für das Erzeugen, Steuern und Kommunizieren von Energie zwischen Komponenten des HEV 100 zu beschreiben. Der einschlägige Fachmann sollte verstehen, dass derartige austauschbare Verwendungen im Kontext zu verstehen sind, wobei Drehmoment und Leistung ihre herkömmliche Bedeutung haben sollen, und dass im hier verwendeten Sinne „Drehmoment“ in einem Kontext genannt werden kann, der ein Zeitelement beinhaltet oder impliziert, und „Leistung“ in einem Kontext verwendet werden kann, der eine momentane Größe ohne Rücksicht auf ein Zeitelement beinhaltet oder impliziert.
Der Motor 115 ist ein durch Benzin, Diesel, Biokraftstoff, Erdgas oder einen alternativen Kraftstoff angetriebener Motor oder eine Brennstoffzelle, der bzw. die zusätzlich zu anderen Formen von Elektro-, Kühl-, Heiz-, Vakuum-, Druck- und Hydraulikleistung mittels Frontend-Motornebenaggregaten und -vorrichtungen (front end engine accessories and devices - FEADs), die hier an anderer Stelle beschrieben sind, ein Ausgangsdrehmoment erzeugt. Der Motor 115 ist mit einer Ausrückkupplung 125 an die elektrische Maschine oder den M/G 120 gekoppelt. Der Motor 115 erzeugt eine Leistung und ein zugehöriges Motorausgangsdrehmoment zur Übertragung an den M/G 120, wenn die Ausrückkupplung 125 mindestens teilweise eingekuppelt ist.
Der M/G 120 kann ein beliebiger einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen sein und zum Beispiel ein Dauermagnet-Synchronmotor, Stromgenerator und Motorstarter 120 sein. Wenn die Ausrückkupplung 125 zum Beispiel mindestens teilweise eingekuppelt ist, können Leistung und Drehmoment zwischen dem Motor 115 und dem M/G 120 zum Ermöglichen eines Betriebs mit negativem Drehmoment als elektrischer Generator, und an andere Komponenten des Fahrzeugs 100 übertragen werden. Auf ähnliche Weise kann der M/G 120 bei Fahrzeugen, die einen unabhängigen Motorstarter 135 beinhalten oder nicht, als Starter für den Motor 115 betrieben werden, wenn die Ausrückkupplung 125 teilweise oder vollständig eingekuppelt ist, um Leistung und Drehmoment über Ausrückkupplungsantriebswellen 130 an den Motor 115 zu übertragen, um den Motor 115 zu starten.
Ferner kann der M/G oder die elektrische Maschine 120 den Motor 115 in einem „Hybridelektromodus“ oder einem „elektrisch unterstützten Modus“ durch das Übertragen von zusätzlicher Leistung und zusätzlichem Drehmoment zum Drehen der Antriebswellen 130 und 140 unterstützen. Zudem kann der M/G 120 in einem rein elektrischen Modus betrieben werden, in dem der Motor 115 durch die Ausrückkupplung 125 entkoppelt und abgeschaltet wird, was ermöglicht, dass der M/G 120 ein positives oder negatives Drehmoment an die M/G-Antriebswelle 140 zum Vorwärts- und Rückwärtsantrieb überträgt, um eine jeweilige Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des HEV 100 zu ermöglichen. Im Generatormodus kann dem M/G 120 zudem befohlen werden, ein negatives Drehmoment (das nicht zum Antrieb an die Welle 140 übertragen wird) herzustellen und dadurch Elektrizität zum Laden von Batterien und Antreiben von elektrischen Systemen des Fahrzeugs zu erzeugen, während der Motor 115 im Leerlauf ist, abgeschaltet ist und/oder Antriebsleistung für das Fahrzeug 100 erzeugt.
Obwohl die Ausdrücke und Wendungen „positiv“ und „negativ“ sowie „positives und negatives Drehmoment“ hier in verschiedenen Kontexten verwendet werden, sind derartige Vorzeichenkonventionen als mit anderen Konventionen austauschbar zu verstehen und sind nur zu Beispielzwecken eingeführt und nicht als einschränkend zu verstehen. Obwohl zum Beispiel die Wendung „negatives Drehmoment“ hier in Verbindung mit der EM, dem M/G 120 verwendet wird, um einen Betriebsmodus darzustellen, in dem die EM, der M/G 120 Elektrizität erzeugt, und um zudem eine umgekehrte Antriebsbewegung für die Bewegung des HEV 100 anzugeben, ist es beabsichtigt, dass derartige Verwendungen unter anderem nur als Beispiel, zur Erklärung und Veranschaulichung dienen. Obwohl die Ausdrücke „positiv“ und „negativ“ in bestimmten Beispielen verwendet werden können, können ferner die gleichen oder andere Beispiele und Kontexte eine Größe nennen, beinhalten und/oder implizieren, wenn derartige positive oder negative Drehmomente oder Leistungen verglichen und als relative und veranschaulichende Beispiele gegeben werden.
Der M/G 120 kann zudem Nutzbremsung durch Umwandlung von kinetischer Rotationsenergie aus der Kraftübertragung 105 und dem Antriebsstrang 110 und/oder den Rädern 154 während der Verzögerung in regenerierte und rückgewonnene elektrische Energie zur Speicherung in einem Energiespeichersystem (ESS) ermöglichen, bei dem es sich um eine oder mehrere Hochspannungs(high voltage - HV)-Batterien 175, 180 handeln kann, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Alternativ dazu kann das ESS 175 aus anderen Speichervorrichtungen bestehen oder diese beinhalten, einschließlich zum Beispiel unter anderem Kondensatoren, mechanischer Schwungräder, integrierter Niederspannungs-Startergeneratorsysteme und anderer Arten von Systemen zur Speicherung/Rückgewinnung/Übertragung von kinetischer Energie.
Die Ausrückkupplung 125 kann ausgekuppelt werden, um zu ermöglichen, dass der Motor 115 unabhängig anhält oder läuft, um Motornebenaggregate anzutreiben, während der M/G 120 Antriebsleistung und Drehmoment erzeugt, um das Fahrzeug 100 über eine M/G-Antriebswelle 140, Drehmomentwandlerantriebswelle 145 und Getriebeabtriebswelle 150 anzutreiben. In anderen Anordnungen können sowohl der Motor 115 als auch der M/G 120 betrieben werden, wenn die Ausrückkupplung 125 vollständig oder teilweise eingekuppelt ist, um das Fahrzeug 100 zusammenwirkend durch die Antriebswellen 130, 140, 150, ein Differential 152 und Räder 154 anzutreiben.
Das Fahrzeug 100 und die Kraftübertragung 105 können zudem eine oder mehrere Reibungsbremsen, Nutzbremsen und/oder Kombi-Nutz-/Reibungsbremsen 190 enthalten, die an die Räder 154 und das Bremssystemsteuermodul (brake system control module - BSCM) 195 gekoppelt sind. Eine derartige Nutzbremsung kann von einem oder einem beliebigen Rad 154 unter Verwendung einer auswählbaren und/oder steuerbaren Differenzmomentkapazität genutzt werden. Wie hier beschrieben, soll die Verwendung der Wendungen „Bremsen 190“ oder „Nutz-/Reibungsbremsen 190“ zum Beispiel eine oder mehrere oder Kombinationen aus derartigen Reibungs-, Nutz- und/oder Kombi-Nutz-/Reibungsbremsen 190 in Betracht ziehen. Die Bremsen 190 und das BSCM 195 können dazu betrieben werden, die Räder 154 mechanisch und/oder elektrisch zu verzögern und eine Nutzbremsung zu ermöglichen, die Verzögerungsenergie aus den Rädern 154 gewinnt, und in Zusammenwirkung mit dem MCM/BCM 185 und möglicherweise anderen Steuerungen kann bzw. können der M/G 120 und andere Komponenten die Energierückgewinnung des ESS 175 und das Aufladen der HV-Batterie(n) 175 und der anderen Batterien 180 sowie anderer Leistungs- und Energiespeicherkomponenten des ESS 175 ermöglichen.
Die Antriebswelle 130 des Motors 115 und M/G 120 kann eine kontinuierliche, einzelne Durchgangswelle sein, die Teil der M/G-Antriebswelle 140 und mit dieser einstückig ist, oder für Antriebsstränge 110, die Konfigurationen mit mehreren in Reihe oder anderweitig gekoppelten M/G 120 beinhalten, eine separate, unabhängige Antriebswelle 130 sein, die dazu konfiguriert sein kann, sich unabhängig von der M/G-Antriebswelle 140 zu drehen. Das Schema aus 1 zieht zudem alternative Auslegungen mit mehr als einem Motor 115 und/oder M/G 120 in Betracht, die von den Antriebswellen 130, 140 versetzt sein können und bei denen einer oder mehrere der Motoren 115 und M/Gs 120 in Reihe und/oder parallel an anderer Stelle in der Kraftübertragung 105 positioniert sind, wie etwa zwischen oder als Teil von einem Drehmomentwandler und einem Getriebe, abseits der Achse der Antriebswellen und/oder an anderer Stelle und in anderen Anordnungen. Noch andere Variationen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die Kraftübertragung 105 und der Antriebsstrang 110 beinhalten zudem einen Drehmomentwandler (torque convertor - TC) 155, der den Motor 115 und M/G 120 des Antriebsstrangs 110 mit einem und/oder an ein Getriebe 160 koppelt. Das Getriebe 160 kann ein mit mehreren Übersetzungsverhältnissen und/oder mehreren oder variablen Drehmomentverstärkungsverhältnissen ausgestattetes Automatik- und/oder Handschaltgetriebe oder Schaltgetriebe 160 sein, das eine Vielzahl von auswählbaren Gängen aufweist. Der TC 155 kann ferner eine Überbrückungskupplung und ein Kupplungsschloss 157 enthalten, die zudem als Anfahrkupplung betrieben werden können, um weitere Steuerung und Konditionierung der Leistung und des Drehmoments, die von dem Antriebsstrang 110 an andere Komponenten des Fahrzeugs 100 übertragen werden, zu ermöglichen.
In anderen Variationen ist eine Getriebeölpumpe 165 beinhaltet und an den M/G 120 gekoppelt, um Hydrauliköldruck für eine beliebige Anzahl von Komponenten herzustellen, die zum Beispiel die Trenn- oder Ausrückkupplung 125, den Drehmomentwandler 155, die Überbrückungskupplung 157 und das Getriebe 160 beinhalten können, wenn der Motor 115 entkoppelt und/oder abgeschaltet wird. Eine elektrische Hilfsgetriebeölpumpe 170 kann ebenfalls zur Verwendung alleine oder in Kombination mit anderen Komponenten beinhaltet sein und um zudem Hydraulikdruck zuführen und/oder zu erzeugen, wenn sowohl der Motor 115 als auch der M/G 120 abgeschaltet sind oder anderweitig nicht dazu in der Lage sind, Hydraulikdruck herzustellen.
Der Antriebsstrang 110 und/oder die Kraftübertragung 105 beinhaltet bzw. beinhalten ferner das ESS 175, das ferner die eine oder die mehreren Batterien 175, 180 enthalten kann. Eine oder mehrere derartige Batterien kann bzw. können eine Gleichstrombatterie oder - batterien 175 mit Hochspannung (HV) sein, die in Bereichen von etwa 48 bis 600 Volt und mitunter zwischen etwa 140 und 300 Volt oder mehr oder weniger betrieben wird/werden und die dazu verwendet wird/werden, Leistung für den M/G 120 und während des Nutzbremsens sowie für andere Komponenten und Nebenaggregate des Fahrzeugs zu speichern und zuzuführen. Andere Batterien können (eine) Gleichstrombatterie(n) 180 mit Niederspannung sein, die in dem Bereich zwischen etwa 6 und 24 Volt oder mehr oder weniger betrieben wird bzw. werden und die dazu verwendet wird/werden, Leistung für den Starter 135 zum Starten des Motors 115 sowie für andere Komponenten und Nebenaggregate des Fahrzeugs zu speichern und zuzuführen.
Das ESS 175, wie etwa die Batterien 175, 180, sind durch verschiedene mechanische und elektrische Schnittstellen und Fahrzeugsteuerungen, wie sie hier an anderer Stelle beschrieben sind, jeweils an den Motor 115, den M/G 120 und das Fahrzeug 100 wie in 1 dargestellt gekoppelt. Komponenten des ESS 175, wie etwa die HV-Batterie 175, sind zudem an den M/G 120 durch eines oder mehrere von einem Elektromotorsteuermodul (MCM), einem Batteriesteuermodul (BCM) und/oder Leistungselektronik 185 gekoppelt, die dazu konfiguriert sind, einen Leistungsaustausch zwischen dem ESS 175 zu konditionieren, wie etwa eine Gleichstrom(DC)-Leistung, die durch die HV-Batterie 175 dem M/G 120 bereitgestellt wird. MCM/BCM/Leistungselektronik 185 sind zudem dazu konfiguriert, DC-Batterieleistung in Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) umzuwandeln, wie es typischerweise erforderlich ist, um die elektrische Maschine oder den M/G 120 anzutreiben. MCM/BCM/Leistungselektronik 185 sind zudem dazu ausgelegt, eine oder mehrere Batterien 175, 180 mit Energie aufzuladen, die durch den M/G 120 und/oder Komponenten des Frontend-Nebenaggregatantriebs erzeugt wird, und bei Bedarf anderen Fahrzeugkomponenten Leistung zuzuführen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Fahrzeug 100 ferner zusätzlich zu dem/der MCM/MCM/Leistungselektronik 185 eine oder mehrere Steuerungen und Rechenmodule und -systeme, die eine Vielfalt von Fahrzeugfähigkeiten ermöglichen. Zum Beispiel können in dem Fahrzeug 100 eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 200 und ein Fahrzeugrechensystem (vehicle computing system - VCS) und eine -steuerung 205 integriert sein, die mit dem MCM/BCM 185, anderen Steuerungen und einem Fahrzeugnetzwerk, wie etwa einem Controller Area Network (CAN) 210, und einem größeren Fahrzeugsteuersystem und anderen Fahrzeugnetzwerken, die andere mikroprozessorbasierte Steuerungen beinhalten, wie sie hier an anderer Stelle beschrieben sind, in Kommunikation stehen. Das CAN 210 kann zudem zusätzlich zu Kommunikationsverbindungen zwischen Steuerungen, Sensoren, Aktoren und Fahrzeugsystemen und -komponenten Netzwerksteuerungen beinhalten.
Während das MCM/BCM 185, BSCM 195, die VSC 200 und das VCS 205 hier zu Beispielzwecken als eigenständige einzelne Steuerungen veranschaulicht sind, können sie andere Steuerungen und andere Sensoren, Aktoren, Signale und Komponenten, die Teil der größeren Fahrzeug- und Steuersysteme und internen und externen Netzwerke sind, steuern, durch diese gesteuert werden, Signale zu und von diesen kommunizieren und Daten mit diesen austauschen. Die in Verbindung mit jeder beliebigen konkreten mikroprozessorbasierten Steuerung, die hier in Betracht gezogen wird, beschriebenen Fähigkeiten und Auslegungen können zudem in einer oder mehreren anderen Steuerungen ausgeführt sein und über mehr als eine Steuerung verteilt sein, sodass mehrere Steuerungen einzeln, gemeinsam, in Kombination und zusammenwirkend eine derartige Fähigkeit und Auslegung ermöglichen. Dementsprechend soll sich eine Nennung „einer Steuerung“ oder „der Steuerung(en)“ auf derartige Steuerungen in der Konnotation sowohl des Singulars als auch des Plurals sowie einzeln, gemeinsam und in verschiedenen geeigneten zusammenwirkenden und verteilten Kombinationen beziehen.
Ferner soll Kommunikation über das Netzwerk und CAN 210 das Reagieren auf, Teilen, Übertragen und Empfangen von Befehlen, Signalen, Daten, Steuerlogik und Informationen zwischen Steuerungen und Sensoren, Aktoren, Steuereinrichtungen und Fahrzeugsystemen und -komponenten beinhalten. Die Steuerungen kommunizieren mit einer oder mehreren steuerungsbasierten Eingabe-/Ausgabe-(E/A-)Schnittstellen, die als einzelne integrierte Schnittstellen umgesetzt sein können, die eine Kommunikation von Rohdaten und Signalen und/oder Konditionierung, Verarbeitung und/oder Umwandlung von Signalen, Kurzschlussschutz, Schaltkreisisolierung und ähnliche Fähigkeiten ermöglichen. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmwarevorrichtungen, Steuerungen und Ein-Chip-Systeme (systems on a chip - SoCs) verwendet werden, um bestimmte Signale während der Kommunikation und vor und nach deren Kommunikation vorzukonditionieren und vorzuverarbeiten.
In weiteren Veranschaulichungen können das bzw. die MCM/BCM 185, BSCM 195, VSC 200, VCS 205, CAN 210 und andere Steuerungen einen oder mehrere Mikroprozessoren oder Hauptprozessoren (central processing unit - CPU) in Kommunikation mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien beinhalten. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und nichtflüchtigem Speicher oder Keep-Alive-Speicher (NVRAM oder KAM) beinhalten. NVRAM oder KAM ist ein Dauerspeicher oder nichtflüchtiger Speicher, der dazu verwendet werden kann, verschiedene Befehle, ausführbare Steuerlogik und -anweisungen sowie Code, Daten, Konstanten, Parameter und Variablen zu speichern, die zum Betreiben des Fahrzeugs und der Systeme notwendig sind, während das Fahrzeug und die Systeme und Steuerungen und CPUs abgeschaltet oder von der Stromzufuhr getrennt sind. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer Reihe von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbare Festwertspeicher), EPROMs (elektronische PROM), EEPROMs (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher oder anderen elektronischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern und Kommunizieren von Daten in der Lage sind.
Das Augenmerk wird erneut auf 1 gerichtet, in der das Fahrzeug 100 zudem beinhalten kann, dass es sich bei dem VCS 205 um das On-Board-Fahrzeugrechensystem SYNC handelt, das durch die Ford Motor Company hergestellt wird (siehe zum Beispiel US-Pat. Nr. 9.080.668 ). Das Fahrzeug 100 kann zudem eine bzw. ein Antriebsstrangsteuereinheit/-modul (powertrain control unit/module - PCU/PCM) 215 beinhalten, die bzw. das an die VSC 200 oder eine andere Steuerung gekoppelt ist sowie an das CAN 210 und den Motor 115, M/G 120 und TC 155 gekoppelt ist, um jede Antriebsstrangkomponente zu steuern. Ein Motorsteuermodul (engine control module - ECM) oder eine Motorsteuereinheit (engine control unit - ECU) oder ein Energieverwaltungssystem (energy management system - EMS) 220 kann ebenfalls so beinhaltet sein, dass es bzw. sie jeweils integrierte Steuerungen aufweist und mit dem CAN 210 in Kommunikation steht und an den Motor 115 und die VSC 200 in Zusammenwirkung mit der PCU 215 und anderen Steuerungen gekoppelt ist. In dieser Anordnung verwalten und steuern die VSC 200 und das VCS 205 zusammenwirkend die Fahrzeugkomponenten und anderen Steuerungen, Sensoren und Aktoren. Zum Beispiel können die Steuerungen Steuerbefehle, -logik und -anweisungen sowie Code, Daten, Informationen und Signale an den Motor 115, die Ausrückkupplung 125, den M/G 120, den TC 155, das Getriebe 160, das ESS 175 und die Batterien 175, 180 sowie das bzw. die MCM/BCM/Leistungselektronik 185, die Reibungs- und Nutzbremsen 190, das BSCM 195 und andere Komponenten und Systeme und/oder von diesen kommunizieren. Obwohl zur Veranschaulichung als unabhängige Komponenten dargestellt, können die Nutzbremsen 190 auch durch den M/G 120 oder eine andere Komponente des Fahrzeugs 100 ersetzt, daran gekoppelt, ein Teil davon oder in diesen/diese integriert sein. Die Steuerungen können zudem andere Fahrzeugkomponenten, die dem Fachmann bekannt sind, steuern und mit diesen kommunizieren, wenngleich diese nicht in den Figuren gezeigt sind. Die Ausführungsformen des Fahrzeugs 100 in 1 stellen zudem beispielhafte Sensoren und Aktoren in Kommunikation mit dem Fahrzeugnetzwerk und CAN 210 dar, die Signale zu der VSC 200, dem VCS 205 und anderen Steuerungen übertragen und von diesen empfangen können.
Als weiteres Beispiel können verschiedene andere Fahrzeugfunktionen, Aktoren und Komponenten durch die Steuerungen innerhalb der Fahrzeugsysteme und -komponenten gesteuert werden und Signale von anderen Steuerungen, Sensoren und Aktoren empfangen, die zur Veranschaulichung, aber nicht Einschränkung, Komponenten des Frontend-Nebenaggregatantriebs (FEAD), wie etwa die Getriebeölpumpe 165, eine FEAD-Lichtmaschine oder einen FEAD-Generator, den M/G 120, das ESS 175, die Hoch- und Niederspannungsbatterien 175, 180 und verschiedene Sensoren zum Laden oder Entladen von Batterien (einschließlich, neben anderen Parametern, Sensoren zum Bestimmen einer maximalen Lade-, Wiederauflade- und Entladerate, der Ladezustands(SoC)-Grenze des ESS 175 oder der Batterie 175), Temperaturen, Spannungen, Ströme und Batteriezyklen sowie andere Komponenten beinhalten. Sensoren, die mit den Steuerungen und dem CAN 210 kommunizieren, können als weiteres Beispiel unter anderem Motordrehzahl oder Umdrehungen pro Minute, Raddrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeitserfassung, Zündschalterposition und Betriebsmoduseinstellungen und -konfigurationen einrichten oder angeben.
Wie in den verschiedenen Figuren dargestellt, darunter 1 und 2 sowie andere, können diese Steuerlogik und ausführbaren Anweisungen und Signale und Daten zudem Fahrzeugleistungsmodussignale (performance mode signals - PMs) 225, Leistungsbedarf und -bedarfssignale (PD, PDS) 230, andere Signale (other signals - OS) 235 und Steuer- oder Befehlssignale (control/command signals - CS) 240 beinhalten, die von Fahrzeugsteuerungen, -komponenten und -systemen empfangen und an diese gesendet werden. Derartige Signale und Befehle können von beliebigen der Fahrzeugsteuerungen, Sensoren, Aktoren, Komponenten und Systemsignalen stammen. Beliebige oder alle dieser Signale können analoge oder digitale Rohsignale oder vorkonditionierte, vorverarbeitete Signale, Kombinations- und/oder Ableitungssignale sein, die als Reaktion auf andere Signale erzeugt werden und Informationen in diese einbetten.
Die PMs 225, PDs/PDSs 230, OSs 235 und/oder CSs 240 können eine Reihe von spezifischen Signalen, einschließlich zur Veranschaulichung unter anderem eines aktuellen oder momentanen SoC, (einer) SoC-Grenze(n), (einer) Lade-, Wiederauflade- und Entladerate(n), Getriebeeingangsdrehzahl, Ladedrehmoment und verschiedener Grenzsignale, sowie in solche Signale eingebetteten digitalen Daten und Informationen beinhalten, die Fahrzeugleistungssteuerungen/-parameter (vehicle performance parameters - VPPs) 245 enthalten können, und wie hierin an anderer Stelle ausführlicher beschrieben ist. Derartige VPPs können verschiedene Fahrzeugleistungsparameter und -einstellungen beinhalten, welche die Kraft- und Lade-Entlade-Effizienz des ICE 115, der EM und des M/G 120 und anderer Komponenten und Systeme steuern und optimieren können. Derartige VPPs 245 können zudem eine(n) oder mehrere Einstellungen und Parameter beinhalten, die einen Gesamtfahrwiderstand (RLP) 250 für das HEV 100 einrichten und die Leistungsaspekte des HEV 100 bei verschiedenen Drehzahlen, Einstellungen und Konfigurationen definieren, welche neben anderen Parametern unter anderem zum Beispiel Antriebs- und parasitäre Leistungsanforderungen und -verluste aufgrund von Luftwiderstand, Rollwiderstand, Kraftübertragungsverlusten, Leistungsübertragungs- und -umwandlungsverlusten sowie Leistungswirkungen aufgrund von Außenumgebungstemperatur, Druck und Luftfeuchte als auch andere Parameter definieren können. Die PMs 225 können zudem derartige VPPs 245 speichern, einstellen und/oder kommunizieren.
Die Kommunikation und der Betrieb der beschriebenen Signale, Steueranweisungen und -logik sowie Daten und Informationen, einschließlich unter anderem zum Beispiel PMs 225, PDs/PDSs 230, OSs 235, CSs 240 und/oder VPPs 245, durch die verschiedenen in Betracht gezogenen Steuerungen, Sensoren, Aktoren und anderen Fahrzeugkomponenten können schematisch wie in 1 gezeigt und durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Darstellungen wie beispielsweise in 2 sowie an anderer Stelle in dieser Schrift dargestellt werden. Derartige Ablaufdiagramme und Darstellungen veranschaulichen beispielhafte Befehle und Steuervorgänge, Steuerlogik und -anweisungen sowie Betriebsstrategien, die unter Verwendung von einer oder mehreren Rechen-, Kommunikations- und Verarbeitungstechniken umgesetzt werden können, zu denen Echtzeit, ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und Kombinationen daraus gehören können. Die gezeigten Schritte und Funktionen können in der dargestellten Abfolge und parallel, wiederholt, in modifizierten Abfolgen ausgeführt, kommuniziert und vorgenommen werden und in einigen Fällen mit anderen Prozessen kombiniert und ausgelassen werden. Die Befehle, Steuerlogik und Anweisungen können in einer oder mehreren der beschriebenen mikroprozessorbasierten Steuerungen ausgeführt werden und vorwiegend als Hardware, Software, virtualisierte Hardware, Firmware, virtualisierte Firmware und Kombinationen daraus ausgeführt sein.
Unter weiterer Bezugnahme auf 1 und 2 zieht die Offenbarung ein HEV 100 in Betracht, das einen ICE 115 beinhaltet, der mit einer elektrischen Maschine oder einem M/G 120 und einem ESS 175, wie der HV-Speicherbatterie 175, sowie verschiedenen Steuerungen gekoppelt ist. Wie beschrieben, kann bzw. können (eine) derartige Steuerung(en) zum Beispiel das/die MCM/BCM/Leistungselektronik 185, das BSCM 195, die/das PCU/PCM 215, die VSC 200 und das VCS 205 sowie anderes beinhalten. Derartige Steuerungen sind dazu konfiguriert, einen vorbestimmten Betriebsmodus des HEV 100 zu erkennen, der von den VPPs 245 empfangen und gespeichert werden kann und der durch das PM 225 kommuniziert werden kann. Derartige vorbestimmte Modi des Betriebs oder Betriebsmodi können einen Betriebsmodus zur Kraftstoff- und SoC-Bewahrung und -Optimierung, einen Hochleistungsmodus, der eine maximale Leistung ermöglicht, und andere Betriebsmodi einrichten, die vorbestimmt werden können und automatisch oder durch einen Fahrer aus- und abwählbar sind.
Ferner können derartige Hochleistungsmodi zudem verbesserte SoC-Rückgewinnungskapazitäten ermöglichen, die für eine schnelle und maximierte Leistungsrückgewinnung des ESS 175, wie etwa der Batterien 175, wenn diese leer und/oder unter eine SoC-Grenze entladen sind, oder für eine maximale SoC-Kapazität während des Hochleistungsbetriebsmodus konfiguriert sind. Während des Hochleistungsbetriebs kann verhindert werden, dass die CE oder der ICE 115 abgeschaltet werden und stattdessen ununterbrochen laufen, um eine ununterbrochene Wiederaufladung des ESS 175 zu ermöglichen. In einigen Konfigurationen des HEV 100, bei denen die CE oder der ICE 115 Benzinturbodirekteinspritzmotoren aufweisen, kann der ununterbrochene Betrieb der/des CE/ICE 115 zudem dazu konfiguriert sein, die Effekte eines Turbolochs während der Spitzenleistungsenergie und des Drehmomentbedarfs zu reduzieren.
Für den in Betracht gezogenen Hochleistungsbetriebsmodus wird nun zudem insbesondere auf 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9 Bezug genommen. Hier sind in der Darstellung in 1 die CE oder der ICE 115, die EM oder der M/G 120 und die ESS-Batterie(n) 175 mit einer oder mehreren der beschriebenen Steuerungen gekoppelt, die dazu konfiguriert ist/sind, ein(en) PD/PDS 230 zu erkennen. Die Steuerung(en) ist/sind zudem dazu konfiguriert, als Reaktion darauf der CE 115 zu befehlen, eine Motorleistung (EP) 255 zu erzeugen, die eine Kombination des Gesamtfahrwiderstands (RLP) 250 und des PD 230 überschreitet. Die überschüssige Leistung der CE 115, welche den RLP 250 und PD 230 überschreitet, wird dazu genutzt, die EM oder den M/G 120 anzutreiben, ein negatives Drehmoment und eine Ladeleistung (charge power - CP) 260 zum Abgeben von elektrischer Leistung zu erzeugen, um das ESS/die Batterie(n) 175 bis zu einer SoC-Grenze und bis zu einer maximalen Laderate 265 des ESS/der Batterie wiederaufzuladen (siehe auch 2, 3, 4, 5 und 6).
3 veranschaulicht teilweise einen Kraftstoffsparbetriebsmodus, der eine reduzierte EP 255 und CP 260 ermöglicht, was keine schnelle Leistungsrückgewinnung und Wiederaufladung des ESS/der Batterie(n) 175 ermöglicht. Im Gegensatz dazu gibt 4 den in Betracht gezogenen Hochleistungsbetriebsmodus wieder. Während des Betriebs, wenn der PD/das PDS 230 eine Leistung zum Antreiben des HEV 100 anfordert, die unter einer maximalen Leistung 270 der CE 115 liegt (4), kann bzw. können zum Beispiel die Steuerung(en) dazu konfiguriert sein, darauf zu reagieren und der CE/dem ICE 115 befehlen, die maximale ICE-Leistung 270 (4) zu erzeugen, um teilweise das HEV 100 zu beschleunigen, und zudem die EM/den M/G 120 dazu anzutreiben, ein negatives Drehmoment und die CP 260 zu erzeugen (4). Die maximale CP 260 wird gemäß der maximalen ICE-Leistung 270 und dem PDS 230 erzeugt, um das ESS/die Batterie(n) 175 wiederaufzuladen, während der SoC unter der Grenze liegt. Die maximale CP 260 kann zum Beispiel gleich der maximalen EP 270 oder der EP 255 minus des PDS 230 und hierin an anderer Stelle erwähnter Leistungsverluste sein.
Unter weiterer Bezugnahme auf die verschiedenen Figuren und nun insbesondere erneut auf 2 kann bzw. können während des Betriebs des HEV 100 die hierin an anderer Stelle beschriebene(n) Steuerung(en) als Steuerung(en) 300 ausgeführt sein und erkennen, ob der PD 230 gleich dem RLP 250 ist, diesen überschreitet und/oder unter diesem liegt. Die Steuerung(en) stellt bzw. stellen anschließend die Hochleistungskonfiguration des HEV 100 und dessen verschiedener Komponenten und Systeme ein. Wenn zum Beispiel bei Schritt 305 aus 2 die Steuerung(en) erkennt bzw. erkennen, dass der PD 230 über dem RLP 250 liegt, kann als nächstes bei Schritt 310 bestimmt werden, ob der PD 230 auch über der maximalen ICE-Leistung 270 liegt. In diesem Beispiel für die Schritte 305 und 310 kann davon ausgegangen werden, dass der PD 230 in diesem beispielhaften Kontext ein positiver PD 230 ist, der einen Beschleunigungsbedarf impliziert; er kann jedoch zudem in bestimmten technischen Kontexten eine Größe oder eine andere Konnotation aufweisen. Es kann auch davon ausgegangen werden, dass der RLP 250 ein Vorzeichen oder eine Größe aufweist, das bzw. die mit einer Vorzeichen- oder Größenkonvention des PD 230 übereinstimmt.
In beiden Fällen wird eine maximale Leistung und Beschleunigung durch den PD 230 angefordert und eine maximale ICE-Leistung 270 wird bei Schritt 315 befohlen. Wenn der PD 230 über der maximalen ICE-Leistung 270 liegt, die von dem ICE 115 verfügbar ist, befiehlt bzw. befehlen die Steuerung(en) bei Schritt 320 dem ESS/der bzw. den Batterie(n) 175, Leistung 260 (7) an die EM oder den M/G 120 zum Erzeugen eines maximalen positiven EM-Drehmoments abzugeben. Die Rate der Entladeleistung 260 wird durch den PD 230 und die maximale ICE-Leistung 270 bestimmt, sodass die Entladerate zum Beispiel gleich dem PD 230 minus der EP 255 und den Verlusten von der Leistungsumwandlung zwischen dem ESS 175 und der EM oder dem M/G 120 ist. Dieses maximale positive Drehmoment der EM 120 wird bei Schritt 325 mit der erzeugten maximalen ICE-Leistung 270 kombiniert, um die Kraftübertragung 105 dahingehend zu konfigurieren, das HEV 100 zu beschleunigen, wie in 7 durch den Leistungsübertragungspfeil EP 255 dargestellt ist, der die kombinierte Leistungsausgabe des EM-Drehmoments und der maximalen ICE-Leistung 270 wiedergibt.
Wenn alternativ dazu unter weiterer Bezugnahme auf 2 und zudem nun auf 8 der PD 230 unter der verfügbaren maximalen ICE-Leistung 270 liegt, treibt bei Schritt 330 die den RLP 250 und PD 230 überschreitende erzeugte maximale ICE-Leistung 270 teilweise das Fahrzeug oder HEV 100 an und beschleunigt dieses, und bei Schritt 335 treibt sie mit der überschüssigen, zusätzlichen Leistung die EM oder den M/G 120 dazu an, ein negatives Drehmoment und eine maximal mögliche CP 260 (8) entsprechend der zusätzlichen, überschüssigen Leistung und bis zu einer maximalen Laderate 265 des ESS/der Batterie zu erzeugen, um eine maximierte und schnelle Leistungsrückgewinnung des ESS/der Batterie(n) 175 zu ermöglichen, wobei das Wiederaufladen andauert, während der SoC unter der Grenze liegt und bis die SoC-Grenze oder die Kapazität des ESS/der Batterie(n) 175 erreicht ist. Die maximal mögliche CP 260 wird gemäß der zusätzlichen überschüssigen Leistung eingestellt, bei der es sich um die EP 255 und/oder die erzeugte maximale ICE-Leistung 270 minus des RLP 250 und/oder PD 230 handeln kann, der bzw. die zum Antrieb des HEV 100 genutzt oder verbraucht wird bzw. werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 7 und 8 versteht es sich, dass die EP 255 die Kraftübertragung 105 dazu antreiben kann, eine Traktionskraft 275 über die Räder 154 zu erzeugen, um das HEV 100 zu beschleunigen und/oder anzutreiben. Die maximierte EP 270 nutzt die zusätzliche CE-Leistung, die den RLP 250 und PD 230 überschreitet, um zudem die EM 120 dazu anzutreiben und ihr zu ermöglichen, eine CP 260 zum Wiederaufladen des ESS/der Batterie(n) 175 zu erzeugen. Indem das Augenmerk erneut auf 2, 4 und 8 gerichtet wird, wird, wenn die Steuerung(en) 300 bei Schritt 340 erkennt bzw. erkennen, dass der PD230 gleich dem RLP 250 ist, Schritt 315 erneut ausgeführt, um eine maximale ICE-Leistung 270 zu erzeugen, die bei Schritt 345 die maximierte EP 270 teilweise dazu nutzt, die Kraftübertragung 105 dazu antreiben, eine Geschwindigkeit des HEV 100 beizubehalten. Während der PD 230 in diesem Beispiel für Schritt 340 nicht ausdrücklich als positiv oder negativ dargestellt ist, können einige technische Konventionen interpretieren oder implizieren, dass dieser PD 230 ein positiver Leistungsbedarf ist und/oder kein Vorzeichen oder keine Größe aufweist. Der RLP 250 kann in ähnlicher Weise gekennzeichnet sein, um mit einem Vorzeichen oder einer Größe des PD 230 übereinzustimmen. Zusätzlich dazu wird bei Schritt 335 befohlen, dass die erzeugte maximale ICE-Leistung 270 die EM oder den M/G 120 antreibt und eine maximal mögliche CP 260 erzeugt, um das ESS/die Batterie(n) 175 bis zu der maximalen Laderate 265 des ESS/der Batterie wiederaufzuladen (4 und 8).
5 gibt teilweise einen Kraftstoffsparbetriebsmodus wieder, der eine Verzögerung des HEV 100 ermöglicht und der zudem eine Leistungsrückgewinnung oder -regeneration während einer solcher Verzögerung und Bremsung, jedoch keine gleichzeitige maximierte Leistungsrückgewinnung durch das ESS/die Batterie(n) 175 ermöglicht. Im Gegensatz dazu gibt 6 den in Betracht gezogenen Hochleistungsbetriebsmodus wieder, in dem die CE oder der ICE 115 dazu genutzt wird, die Leistungsrückgewinnung während der regenerativen Verzögerung und Bremsung zu maximieren.
Bei 2 erkennt bzw. erkennen die Steuerung(en) 300 bei Schritt 350, ob der PD 230 unter dem RLP 250 liegt, und wenn dem so ist, wird dann bei Schritt 355 getestet, ob der PD 230 zudem die maximale Wiederaufladerate 265 des ESS/der Batterie(n) überschreitet. Dabei wird, wie bei den anderen Beispielen hier, eine übereinstimmende technische Konvention zum Nennen eines Vorzeichens und/oder einer Größe verwendet, um einen technisch korrekten und aussagekräftigen Vergleich zwischen dem PD 230 und der Rate 265 zu gewährleisten. In einem Beispiel kann der PD 230 durch eine beliebige Konvention als negativ gekennzeichnet sein, was dazu dient, anzuzeigen, dass eine Verzögerung des HEV 100 angefordert wird. In ähnlicher Weise kann davon ausgegangen werden, dass der RLP 250 positiv ist, um ein Moment und/oder eine potentielle Energie eines sich bewegenden HEV 100 zu implizieren, das als Reaktion auf den PD 230 verzögert werden soll, und das bzw. die eine Nutzbremsung und Rückgewinnung von potentieller Energie zur Umwandlung und Speicherung durch das ESS 175 ermöglicht. Ferner kann davon ausgegangen werden, dass die maximale Wiederaufladerate 265 des ESS eine Größe oder negativ ist, um eine Abgabe von Wiederaufladeleistung an das ESS/die Batterie(n) 175 zur Speicherung anzugeben.
Wenn der PD 230 die Rate 265 übersteigt, konfiguriert bzw. konfigurieren die Steuerung(en) 300 bei Schritt 360 die Kraftübertragung 105 dazu, eine Nutzbremsung (9, Pfeil 255-B) zum Verzögern des HEV 100 zu ermöglichen und mit der EM oder dem M/G 120 und/oder den Nutzbremsen 190 ein negatives Drehmoment (9, Pfeil 255-B) und eine CP 260 mit einer regenerativen oder „regen.“ Rate zu erzeugen, um Leistung rückzugewinnen und das ESS/die Batterie(n) 175 wiederaufzuladen. Bei Schritt 365 befiehlt bzw. befehlen gleichzeitig die Steuerung(en) 300 zudem der CE/dem ICE 115, bei Schritt 370 eine Leistung (9, EP 255-E) zum Antreiben der EM oder des M/G 120 zu erzeugen und ein zusätzliches negatives Drehmoment mit einer „zusätzlichen Rate“ zu erzeugen, das eine zusätzliche CP 260 erzeugt, sodass die regenerative und die zusätzliche Rate in Kombination eine kombinierte oder gesamte CP 260 einrichten, die gleich einer Rate bis zu der maximalen Wiederaufladerate 265 des ESS (6) ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren und nun insbesondere zudem auf 2, 6 und 10 versteht es sich für den einschlägigen Fachmann, dass die Steuerung(en) 300 bei Schritt 355 erkennen kann bzw. können, dass der PD 230 die maximale Laderate 265 des ESS/der Batterie derart überschreitet, dass die Reibungsbremsen 190 benötigt werden, um das HEV 100 zu verzögern und die Energie zu verteilen, die ansonsten nicht aus dem negativen Drehmoment regeneriert und in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Unter dieser Bedingung konfiguriert bzw. konfigurieren die Steuerung(en) 300 bei Schritt 375 die Kraftübertragung 105, die Verwendung der CE/des ICE 115 zu beenden. Bei Schritt 380 ermöglicht bzw. ermöglichen die Steuerung(en) 300 eine Nutzbremsung (9, Pfeil 255-B), um das HEV 100 teilweise zu verzögern. Bei Schritt 385 befiehlt bzw. befehlen die Steuerung(en) 300 der EM oder dem M/G 120 und/oder den Nutzbremsen 190, ein negatives Drehmoment (9, Pfeil 255-B) und eine CP 260 mit einer regenerativen oder „regen.“ Rate zu erzeugen, um Leistung rückzugewinnen und das ESS/die Batterie(n) 175 mit einer Rate bis zu der maximalen Wiederaufladerate 265 des ESS/der Batterie wiederaufzuladen. Gemäß dem Betrag des PD 230, der die maximale Laderate 265 des ESS/der Batterie überschreitet, befiehlt bzw. befehlen die Steuerung(en) 300 bei Schritt 390 den Reibungsbremsen 190, die verbleibende Energie zu verteilen, um die durch den PD 230 angeforderte Verzögerung zu erfüllen.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind beschreibende, beispielhafte und veranschaulichende und keine einschränkenden Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9080668 [0032]

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine Brennkraftmaschine (CE); einen Elektromotor/Generator (M/G), der an ein Energiespeichersystem (ESS) mit einer Ladezustands(SoC)-Grenze gekoppelt ist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion auf ein Leistungsbedarfssignal (PDS) die Motorleistung derart einzustellen, dass sie den Leistungsbedarf und den Gesamtfahrwiderstand (RLP) überschreitet; und sodass der M/G eine durch das ESS definierte maximale Laderate abgibt, während der SoC unter der Grenze liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das PDS und der RLP eine Leistung anfordern, die unter einer maximalen CE-Leistung liegt, der CE zu befehlen, die maximale CE-Leistung zum Beschleunigen des Fahrzeugs zu erzeugen, und dem Elektromotor/Generator (M/G) zu befehlen, ein maximales negatives Drehmoment gemäß der maximalen CE-Leistung, dem RLP und dem PDS zu erzeugen, um das ESS mit der maximalen Laderate wiederaufzuladen, während der SoC unter der Grenze liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das PDS und der RLP eine Leistung anfordern, die gleich einer maximalen CE-Leistung ist oder darüber liegt, der CE und dem M/G zu befehlen, eine maximale kombinierte Leistung zum Beschleunigen des Fahrzeugs zu erzeugen, sodass das sich das ESS in Richtung des M/G mit einer Rate gemäß des PDS, RLP und der maximalen CE-Leistung entlädt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die gleich dem RLP ist, der CE zu befehlen, eine maximale CE-Leistung zu erzeugen, um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten und den M/G dazu anzutreiben, ein maximales negatives Drehmoment gemäß der maximalen CE-Leistung, dem RLP und dem PDS zu erzeugen, um das ESS mit der maximalen Laderate wiederaufzuladen, während der SoC unter der Grenze liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und über der maximalen Wiederaufladerate liegt: dem M/G zu befehlen, durch das Erzeugen eines negativen Drehmoments das Fahrzeug regenerativ zu verzögern und Leistung mit einer regenerativen Rate an das ESS abzugeben, der CE zu befehlen, Leistung zu erzeugen, um den M/G dazu anzutreiben, ein zusätzliches negatives Drehmoment zum Abgeben von Leistung an das ESS mit einer zusätzlichen Rate zu erzeugen, und sodass die regenerative und die zusätzliche Rate im Wesentlichen gleich der maximalen Laderate sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens eine Nutzbremse, die an eine Kraftübertragung des Fahrzeugs gekoppelt ist; und die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und über der maximalen Wiederaufladerate liegt: einem oder mehreren von dem M/G und der mindestens einen Nutzbremse zu befehlen, durch das Erzeugen eines negativen Drehmoments das Fahrzeug regenerativ zu verzögern und Leistung mit einer regenerativen Rate an das ESS abzugeben, der CE zu befehlen, Leistung zu erzeugen, um den M/G dazu anzutreiben, ein zusätzliches negatives Drehmoment zum Abgeben von Leistung an das ESS mit einer zusätzlichen Rate zu erzeugen, und sodass die regenerative und die zusätzliche Rate gleich der maximalen Wiederaufladerate des ESS sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens eine von einer Nutzbremse und einer Reibungsbremse, die an eine Kraftübertragung des Fahrzeugs gekoppelt ist; und die Steuerung, die dazu konfiguriert ist, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und unter der maximalen Wiederaufladerate liegt oder gleich dieser ist: einem oder mehreren von dem M/G und der mindestens einen Nutzbremse zu befehlen, durch das Erzeugen eines negativen Drehmoments das Fahrzeug regenerativ zu verzögern und Leistung mit einer regenerativen Rate, die gleich der maximalen Laderate ist, an das ESS abzugeben und der mindestens einen Reibungsbremse zu befehlen, das Fahrzeug gemäß dem PDS, RLP und der maximalen Laderate weiter zu verzögern.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, umfassend: Bereitstellen einer Steuerung, einer Brennkraftmaschine (CE) und eines Elektromotors/Generators (M/G), der an ein Energiespeichersystem (ESS) mit einer Ladezustands(SoC)-Grenze gekoppelt ist; und als Reaktion auf ein Leistungsbedarfssignal (PDS) Befehlen der CE, eine Leistung zu erzeugen, die den Leistungsbedarf und einen Gesamtfahrwiderstand (RLP) derart überschreitet, dass der M/G eine durch das ESS definierte maximale Laderate abgibt, während der Ladezustand unter der Grenze liegt.
Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs nach Anspruch 8, ferner umfassend: Befehlen durch die Steuerung, als Reaktion darauf, dass das PDS und der RLP eine Leistung anfordern, die unter einer maximalen CE-Leistung liegt, der CE, die maximale CE-Leistung zu erzeugen, um das Fahrzeug zu beschleunigen und den M/G dazu anzutreiben, ein negatives Drehmoment zu erzeugen, um das ESS wiederaufzuladen, während der SoC unter der Grenze liegt.
Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs nach Anspruch 8, ferner umfassend: Befehlen durch die Steuerung, als Reaktion darauf, dass das PDS und der RLP eine Leistung anfordern, die über einer maximalen CE-Leistung liegt oder gleich dieser ist, der CE und dem M/G, eine maximale kombinierte Leistung zum Beschleunigen des Fahrzeugs zu erzeugen, sodass das ESS Leistung an den M/G mit einer Rate gemäß des PDS, RLP und der maximalen CE-Leistung abgibt.
Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs nach Anspruch 8, ferner umfassend: Befehlen durch die Steuerung, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die gleich dem RLP ist, der CE, eine maximale CE-Leistung zu erzeugen, um eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten und den M/G dazu anzutreiben, ein negatives Drehmoment zu erzeugen, um das ESS wiederaufzuladen, während der SoC unter der Grenze liegt.
Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs nach Anspruch 11, ferner umfassend: Befehlen durch die Steuerung, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und über der maximalen Wiederaufladerate liegt: dem M/G, durch das Erzeugen eines negativen Drehmoments das Fahrzeug regenerativ zu verzögern und Leistung mit einer regenerativen Rate an das ESS abzugeben, und der CE, Leistung zu erzeugen, um den M/G dazu anzutreiben, ein zusätzliches negatives Drehmoment zum Abgeben von Leistung an das ESS mit einer zusätzlichen Rate zu erzeugen, sodass die regenerative und die zusätzliche Rate gleich der maximalen Laderate sind.
Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs nach Anspruch 8, ferner umfassend: Bereitstellen mindestens einer Nutzbremse, die an eine Kraftübertragung des Fahrzeugs gekoppelt ist; und Befehlen durch die Steuerung, als Reaktion darauf, dass das PDS eine Leistung anfordert, die unter dem RLP und über der maximalen Wiederaufladerate liegt: einem oder mehreren von dem M/G und der mindestens einen Nutzbremse, durch das Erzeugen eines negativen Drehmoments das Fahrzeug regenerativ zu verzögern und Leistung mit einer regenerativen Rate an das ESS abzugeben, der CE, Leistung zu erzeugen, um den M/G dazu anzutreiben, ein zusätzliches negatives Drehmoment zum Abgeben von Leistung an das ESS mit einer zusätzlichen Rate zu erzeugen, und sodass die regenerative und die zusätzliche Rate gleich der maximalen Laderate sind.