DE102018221398A1 - Vorrichtung und verfahren zum starten eines verbrennungsmotors eines mild-hybrid-elektrofahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum starten eines verbrennungsmotors eines mild-hybrid-elektrofahrzeugs Download PDF

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Starten des Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes beinhalten: einen Zündschalter mit mehreren Kontaktpunkten; einen Gefälledetektor, der zum Erkennen eines Straßengefälles einer Straße, auf der sich das Fahrzeug befindet, eingerichtet ist; einen Ladezustands- (engl. State of Charge, SOC) -sensor, der zum Erkennen eines Ladezustands (SOC) einer Hochspannungsbatterie eingerichtet ist; einen Mild-Hybrid-Startergenerator (MHSG), der einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor hat und den Verbrennungsmotor startet oder durch eine Leistung des Verbrennungsmotors Elektrizität erzeugt; einen Starter, der zum Starten des Verbrennungsmotors unabhängig vom MHSG eingerichtet ist; ein MHSG-Rad, das sich mit dem Rotor als Einheit dreht; einen MHSG-Positionsdetektor, der zum Erkennen einer Stellung des MHSG eingerichtet ist; und ein Steuergerät, das zum Bestimmen eines oberen Totpunkts (OT) eines vorbestimmten Zylinders auf Basis eines Signals des MHSG-Positionsdetektor eingerichtet ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0174562 , angemeldet am 18. Dezember 2017 beim koreanischen Amt für Geistiges Eigentum, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wie in der Technik allgemein bekannt ist, nutzt ein Hybrid-Elektrofahrzeug einen Verbrennungsmotor zusammen mit einer Batteriestromquelle. Das Hybrid-Elektrofahrzeug kombiniert ein Drehmoment des Verbrennungsmotors effizient mit einem Drehmoment eines Elektromotors.
  • Hybrid-Elektrofahrzeuge können gemäß einem Verhältnis der Leistungsaufteilung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor in einen Voll-Hybrid-Typ und einen Mild-Hybrid-Typ unterteilt werden. Im Fall des Mild-Hybrid-Typs des Hybrid-Elektrofahrzeugs (im Folgenden als Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug bezeichnet) wird anstelle einer Lichtmaschine ein Mild-Hybrid-Startergenerator (MHSG) verwendet, der zum Starten des Verbrennungsmotors oder zum Erzeugen von Elektrizität gemäß einer Leistung des Verbrennungsmotors eingerichtet ist. Im Fall des Voll-Hybrid-Typs des Hybrid-Elektrofahrzeugs wird zusätzlich zu einem integrierten Startergenerator (ISG), der zum Starten des Verbrennungsmotors oder zur Erzeugung von Elektrizität eingerichtet ist, ein zur Erzeugung von Antriebsdrehmoment eingerichteter Antriebsmotor verwendet.
  • Der MHSG kann das Drehmoment des Verbrennungsmotors gemäß den Betriebszuständen des Fahrzeugs unterstützen und kann eine Batterie (z.B. 48-V-Batterie) durch rekuperatives Bremsen aufladen. Dementsprechend kann der effiziente Kraftstoffverbrauch des Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs verbessert werden.
  • Das Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug enthält einen Starter und den MHSG, die als Motoren zum Starten des Verbrennungsmotors verwendet werden. Wenn der Verbrennungsmotor auf einer Straße mit sehr großem Gefälle mit dem Starter gestartet wird, hat es schon das Problem gegeben, dass die Zeit, die zum Starten des Verbrennungsmotors erforderlich ist, länger wird.
  • Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten obigen Informationen dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannten Stand der Technik bilden.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Verschiedene Aspekte der vorliegenden Offenbarung richten sich auf das Bereitstellen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Starten des Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs, die die Vorteile der Verbesserung der Startfähigkeit des Verbrennungsmotors in einer Situation, in der das Straßengefälle groß ist, aufweisen.
  • Eine Vorrichtung zum Starten des Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann aufweisen: einen Zündschalter mit mehreren Kontaktpunkten; einen Gefälledetektor, der zum Erkennen eines Straßengefälles einer Straße, auf der sich das Fahrzeug befindet, eingerichtet ist; einen Ladezustands- (engl. State of Charge, SOC) -sensor, der zum Erkennen eines Ladezustands (SOC) einer Hochspannungsbatterie eingerichtet ist; einen Mild-Hybrid-Startergenerator (MHSG), der einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor hat und den Verbrennungsmotor startet oder durch eine Leistung des Verbrennungsmotors Elektrizität erzeugt; einen Starter, der zum Starten des Verbrennungsmotors unabhängig vom MHSG eingerichtet ist; ein MHSG-Rad, das sich mit dem Rotor als Einheit dreht; einen MHSG-Positionsdetektor, der zum Erkennen einer Stellung des MHSG eingerichtet ist; und ein Steuergerät, das zum Bestimmen eines oberen Totpunkts (OT) eines vorbestimmten Zylinders auf Basis eines Signals des MHSG-Positionsdetektors eingerichtet ist, wobei das Steuergerät zum Betätigen des MHSG und des Starters zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Straßengefälle größer als ein vorbestimmtes Gefälle ist und der SOC der Hochspannungsbatterie größer als ein vorbestimmter SOC ist, eingerichtet ist.
  • Vor Betätigen des MHSG und des Starters zum Starten des Verbrennungsmotors kann das Steuergerät den MHSG zum Drehen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in eine vorbestimmte Stellung betätigen.
  • Wenn das Straßengefälle so groß wie das vorbestimmte Gefälle oder kleiner ist, kann das Steuergerät den Starter zum Starten des Verbrennungsmotors betätigen.
  • Wenn das Straßengefälle größer als das vorbestimmte Gefälle ist und der SOC der Hochspannungsbatterie so hoch wie der vorbestimmte SOC oder geringer ist, kann das Steuergerät den Starter zum Starten des Verbrennungsmotors betätigen.
  • Das MHSG-Rad kann an seinem Umfang zumindest drei Zähne haben und die Größe der zumindest drei Zähne und die Zwischenräume zwischen jeweils zwei der zumindest drei Zähne sind voneinander verschieden.
  • Die zumindest drei Zähne können einen ersten Zahn, einen zweiten Zahn und einen dritten Zahn beinhalten, ein Abstand zwischen einer positiven Flanke und einer negativen Flanke des ersten Zahns, ein Abstand zwischen einer positiven Flanke und einer negativen Flanke des zweiten Zahns und ein Abstand zwischen einer positiven Flanke und einer negativen Flanke des dritten Zahns können voneinander verschieden sein und ein Abstand zwischen der negativen Flanke des ersten Zahns und der positiven Flanke des zweiten Zahns, ein Abstand zwischen der negativen Flanke des zweiten Zahns und der positiven Flanke des dritten Zahns und ein Abstand zwischen der negativen Flanke des dritten Zahns und der positiven Flanke des ersten Zahns können voneinander verschieden sein.
  • An einer Mitte des MHSG-Rads kann ein Loch angeordnet sein und eine Drehwelle des Rotors dringt in das Loch ein.
  • Der MHSG kann mit einer elektrischen Energie der Hochspannungsbatterie betrieben werden und der Starter wird mit einer elektrischen Leistung einer Niederspannungsbatterie betrieben.
  • Die Vorrichtung kann ferner einen Wandler aufweisen, der die elektrische Energie der Hochspannungsbatterie in eine Niederspannung wandelt und die Niederspannung an die Niederspannungsbatterie oder den Starter zuführt.
  • Wenn eine zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit größer als eine erste vorbestimmte Zeit ist, kann das Steuergerät den MHSG zur Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotors betätigen.
  • Ein Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann die folgenden Schritte beinhalten: Vergleichen eines mit einem Gefälledetektor erkannten Straßengefälles einer Straße, auf der sich das Fahrzeug befindet, mit einem vorbestimmten Gefälle; Vergleichen eines von einem SOC-Sensor erkannten Ladezustands (SOC) einer Hochspannungsbatterie mit einem vorbestimmten SOC, wenn die Straßenneigung größer ist als das vorbestimmte Gefälle; und Betätigen, durch ein Steuergerät, eines Mild-Hybrid-Startergenerators (MHSG), der zum Starten des Verbrennungsmotors oder zum Erzeugen von Elektrizität durch eine Leistung des Verbrennungsmotors fähig ist, und eines Starters, der zum Starten eines Verbrennungsmotors fähig ist, zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn der SOC der Hochspannungsbatterie größer ist als der vorbestimmte SOC.
  • Das Verfahren kann ferner vor dem Schritt des Betätigens des Starters zum Starten des Verbrennungsmotors das Betätigen, durch das Steuergerät, des Mild-Hybrid-Startergenerators (MHSG) umfassen, so dass eine Stellung der Nockenwelle des Verbrennungsmotors eine vorbestimmte Stellung wird.
  • Das Verfahren kann ferner das Betätigen des Starters durch das Steuergerät zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Straßengefälle so groß wie das vorbestimmte Gefälle oder kleiner ist, umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner das Betätigen des Starters durch das Steuergerät zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Straßengefälle kleiner als das vorbestimmte Gefälle ist und der SOC der Hochspannungsbatterie geringer als der vorbestimmte SOC ist, umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner das Bestimmen, ob eine zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit länger ist als eine erste vorbestimmte Zeit; und das Betätigen, durch das Steuergerät, des MHSG zur Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotors, wenn die zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit länger als die erste vorbestimmte Zeit ist, umfassen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung werden ein MHSG und ein Starter in einer Situation, in der das Straßengefälle sehr groß ist, gleichzeitig betrieben, wodurch die Startfähigkeit eines Verbrennungsmotors verbessert wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht in aufgelösten Einzelteilen eines MHSG gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
    • 3 ist eine Querschnittansicht eines MHSG-Rads gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist eine Ansicht, die eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Es versteht sich, dass die angehängten Zeichnungen nicht unbedingt maßstabgerecht sind, wobei sie eine etwas vereinfachte Darstellung diverser Merkmale präsentieren, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Entwurfsmerkmale der vorliegenden Offenbarung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich unter anderem spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Lagen und Formen, werden zum Teil durch die jeweilige vorgesehene Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
  • In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen in den mehreren Figuren der Zeichnung durchgehend auf die gleichen oder gleichwertige Teile der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Im Folgenden wird nun ausführlich Bezug genommen auf verschiedene Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung(en), wobei Beispiele dieser in den Begleitzeichnungen veranschaulicht und unten beschrieben werden. Die Erfindung(en) wird bzw. werden zwar in Verbindung mit beispielhaften Ausgestaltungen beschrieben, es versteht sich aber, dass es nicht vorgesehen ist, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausgestaltungen beschränkt. Im Gegenteil ist es vorgesehen, dass die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausgestaltungen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausgestaltungen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie durch die angehängten Ansprüche definiert, eingeschlossen sein können.
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Anmeldung in Bezug auf die Begleitzeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung gezeigt werden. Die vorliegende Offenbarung ist aber nicht auf die beispielhaften Ausgestaltungen beschränkt, die hierin beschrieben werden, und kann auf diverse verschiedene Weisen modifiziert werden.
  • Teile, die mit der Beschreibung nicht in Bezug stehen, sind weggelassen, damit die beispielhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung deutlich beschrieben wird, und in der Patentbeschreibung beziehen sich gleiche Bezugszeichen durchgehend auf gleiche oder ähnliche Elemente.
  • Da jedes Bauteil in den Zeichnungen der leichten Beschreibung halber beliebig veranschaulicht wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht speziell auf die in den Zeichnungen veranschaulichten Komponenten beschränkt.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält ein Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung einen Verbrennungsmotor 10, ein Getriebe 20, einen Mild-Hybrid-Startergenerator (MHSG) 30, einen Starter 40, eine Hochspannungsbatterie 50, eine Niederspannungsbatterie 52, einen Wandler 54, eine Differentialgetriebevorrichtung 60 und ein Rad 65.
  • Der Verbrennungsmotor 10 verbrennt Kraftstoff und Luft, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Zündzeitpunkt, eine Luftmenge, eine Kraftstoffmenge und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis können gesteuert werden, um das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10 durch Verbrennung zu erzeugen.
  • In Verbindung mit der Drehmomentübertragung des Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs wird vom Verbrennungsmotor 10 erzeugtes Drehmoment auf eine Antriebswelle des Getriebes 20 übertragen und ein von einer Abtriebswelle des Getriebes 20 abgegebenes Drehmoment wird über die Differentialgetriebevorrichtung 60 auf eine Achse übertragen. Die Achse dreht das Rad 60, so dass das Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug von dem vom Verbrennungsmotor 10 erzeugten Drehmoment angetrieben wird.
  • Das Getriebe 20 kann ein Automatikgetriebe oder ein Schaltgetriebe sein. Das Automatikgetriebe regelt Hydraulikdruck durch Betätigen mehrerer elektromagnetischer Ventile auf Basis einer Geschwindigkeit des Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs und einer Stellung eines Fahrpedals, so dass ein Gangrad einer Zielschaltstufe betätigt wird und die Umschaltung automatisch durchgeführt wird. Im Fall des Schaltgetriebes wird die Umschaltung bei Betätigung des Kupplungspedals durch einen Fahrer und Bewegen eines Schalthebels auf eine gewünschte Schaltstufe durchgeführt.
  • Der MHSG 30 wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um oder wandelt die mechanische Energie in die elektrische Energie um. Das heißt, der MHSG 30 startet den Verbrennungsmotor 10 oder erzeugt Elektrizität gemäß einer Leistung des Verbrennungsmotors 10. Außerdem kann der MHSG 30 das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10 unterstützen. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 10 kann als Hauptdrehmoment verwendet werden und ein Drehmoment des MHSG 30 kann als Hilfsdrehmoment verwendet werden. Der MHSG 30 kann durch einen Riemen 32 mit einer Kurbelwelle 12 und einer Nockenwelle 14 des Verbrennungsmotors 10 verbunden sein.
  • Der Starter 40 startet den Verbrennungsmotor 10. Der Starter 40 kann direkt mit der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 10 verbunden sein.
  • Die Hochspannungsbatterie 50 kann den MHSG 30 mit Elektrizität versorgen und kann mit durch den MHSG 30 zurückgewonnener Energie aufgeladen werden. Die Hochspannungsbatterie 50 kann eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Spannung von 48 V sein, die vorliegende Offenbarung ist aber nicht hierauf beschränkt.
  • Die Niederspannungsbatterie 52 kann elektrische Lasten (z.B. Scheinwerfer und Klimaanlage) oder den Starter 40 mit einem Niederspannungsstrom versorgen. Die Niederspannungsbatterie 52 kann eine 12-Volt-Batterie sein.
  • Der Wandler 54 kann ein Gleichspannungswandler sein, der eine von der Hochspannungsbatterie 50 angelegte Spannung in eine Niederspannung wandelt und sie an die Niederspannungsbatterie 52 zuführt. Die Niederspannungsbatterie 52 kann durch die von der Hochspannungsbatterie 50 zugeführte Elektrizität aufgeladen werden.
  • 2 ist eine perspektive Ansicht in aufgelösten Einzelteilen eines MHSG gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung und 3 ist eine Querschnittansicht eines MHSG-Rads gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
  • Ein MHSG 30 gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung, Bezug nehmend auf 2 und 3, kann einen Rotor 31, einen Stator 32, ein erstes Gehäuse 33a, ein zweites Gehäuse 33b, ein drittes Gehäuse 33c, ein Stromversorgungsmodul 34, ein Steuermodul 35, ein MHSG-Rad 300 und einen MHSG-Positionsdetektor 96 (z.B. einen Sensor usw.) aufweisen.
  • Eine Drehwelle 31a ist mit einer Mitte des Rotors 31 gekoppelt und der Rotor 31 ist innerhalb des Stators 32 angeordnet, so dass ein Außenumfang des Rotors 31 von einem Innenumfang des Stators 32 durch einen vorbestimmten Zwischenraum beabstandet ist. Der Rotor 31 ist innerhalb des Stators 32 drehbar angeordnet.
  • Der Stator 32 enthält einen Statorkern 32a mit einer elektrischen Stahlplatte und einer um den Statorkern 32a gewundenen Wicklung 32b. Die Wicklung 32b ist elektrisch mit dem Stromversorgungsmodul 34 verbunden, um einen Strom vom Stromversorgungsmodul 34 zu erhalten. Wenn der Strom der Wicklung 32b vom Stromversorgungsmodul 34 zugeführt wird, wird der Rotor 31 durch Kraftfluss gedreht und der MHSG 30 erzeugt Drehmoment.
  • Das erste Gehäuse 33a und das zweite Gehäuse 33b sind so gekoppelt, dass sie einen Raum bilden, in dem der Rotor 31 und der Stator 32 angeordnet werden können. Der Stator 32 kann fest im zweiten Gehäuse 33b eingebaut sein.
  • Das zweite Gehäuse 33b und das dritte Gehäuse 33c sind so gekoppelt, dass sie einen Raum bilden, in dem das Stromversorgungsmodul 34 und das Steuermodul 35 angeordnet werden können. Das Stromversorgungsmodul 34 und das Steuermodul 35 können fest im dritten Gehäuse 33c eingebaut sein.
  • Das Stromversorgungsmodul 34 führt der Wicklung 32b des Stators 32 den Strom gemäß einem Steuersignal des Steuermoduls 35 zu.
  • Das Steuermodul 35 steuert den Betrieb des Stromversorgungsmoduls 34 gemäß einem Steuersignal eines Steuergeräts 80 (siehe 4) und steuert den der Spule 32b des Stators 32 zugeführten Strom. Außerdem empfängt das Steuermodul 35 ein Signal des MHSG-Positionsdetektors 96 und überträgt ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 80.
  • Das Steuergerät 80 kann eine elektrische Schaltungsanordnung sein, die Befehle von Software ausführt, die dadurch verschiedene im Folgenden beschriebene Funktionen durchführt.
  • Das MHSG-Rad 300 dreht sich mit dem Rotor 31 als Einheit. In einer Mitte des MHSG-Rads 300 ist ein Loch 340 ausgebildet und die Drehwelle 31a des Rotors 31 kann so befestigt sein, dass sie in das Loch 340 eindringt. An einem Umfang des MHSG-Rads 300 sind zumindest drei Zähne 310, 320 und 330 ausgebildet. Die Größen der mehreren Zähne 310, 320 und 330 und die Zwischenräume zwischen ihnen können voneinander verschieden sein.
  • Jeder der zumindest drei Zähne 310, 320 und 330 enthält eine positive Flanke und eine negative Flanke. Hierin ist die positive Flanke ein Teil, an dem ein Zahn entlang einer Drehrichtung des MHSG-Rad 300 anfängt, und die negative Flanke ist ein Teil, an dem ein Zahn entlang der Drehrichtung des MHSG-Rads 300 endet.
  • Ein Abstand b' zwischen einer positiven Flanke 312 und einer negativen Flanke 314 des ersten Zahns 310, ein Abstand d' zwischen einer positiven Flanke 322 und einer negativen Flanke 324 des zweiten Zahns 320 und ein Abstand f zwischen einer positiven Flanke 332 und einer negativen Flanke 334 des dritten Zahns 330 können voneinander verschieden sind. Außerdem können ein Abstand c' zwischen der negativen Flanke 314 des ersten Zahns 310 und der positiven Flanke 322 des zweiten Zahns 320, ein Abstand e' zwischen der negativen Flanke 324 des zweiten Zahns 320 und der positiven Flanke 332 des dritten Zahns 330 und ein Abstand a' zwischen der negativen Flanke 334 des dritten Zahns 330 und der positiven Flanke 312 des ersten Zahns 310 voneinander verschieden sein.
  • Der MHSG-Positionsdetektor 96 erkennt die Positionen der zumindest drei Zähne 310, 320 und 330 (d.h. eine Stellung des MHSG-Rads 300) und überträgt ein diesen entsprechendes Signal an das Steuermodul 35. Der MHSG-Positionsdetektor 96 kann fest am Stromversorgungsmodul 34 angeordnet sein.
  • 4 ist eine Ansicht, die eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Wie in 4 gezeigt, kann eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung einen Zündschalter 72, einen Gefälledetektor 74 (z.B. einen Sensor usw.), einen SOC-Sensor 76 (z.B. einen Sensor usw.), das MHSG-Rad 300, den MHSG-Positionsdetektor 96, das Steuergerät 80, den MHSG 30 und einen Starter 40 aufweisen.
  • Der Zündschalter 72 kann mehrere Kontaktpunkte aufweisen. Die mehreren Kontaktpunkte können einen OFF-Kontaktpunkt, einen ACC-Kontaktpunkt, einen ON-Kontaktpunkt und einen START-Kontaktpunkt aufweisen. Wenn der OFF-Kontaktpunkt gewählt wird, wird der Verbrennungsmotor ausgeschaltet. Wenn der ACC-Kontaktpunkt gewählt wird, kann Zubehör wie etwa ein Radio benutzt werden. Wenn der ON-Kontaktpunkt gewählt wird, können elektronische Vorrichtungen benutzt werden, die eine Spannung der Batterie 50 verwenden. Wenn der START-Kontaktpunkt gewählt wird, wird der Verbrennungsmotor 10 gestartet. Kontaktpunkte des Zündschalters 72 können durch einen Startschalter oder eine Starttaste gewählt werden.
  • Der Gefälledetektor 74 erkennt ein Straßengefälle einer Straße, auf der sich das Fahrzeug befindet, und überträgt ein entsprechendes Signal an das Steuergerät 80.
  • Wenn der Gefälledetektor 74 während des Starts des Verbrennungsmotors ein Straßengefälle erkennt und bestimmt wird, dass das Fahrzeug auf einer Straße mit einem Straßengefälle ist, das so groß wie ein vorgegebener oder Neigungswinkel oder größer ist, kann das Steuergerät 80 Schritte zur Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotordrehmoments durch Drehmoment vom MHSG durchführen.
  • Der SOC-Sensor 76 erkennt einen Ladezustand (SOC) der Batterie 50 und überträgt ein diesem entsprechendes Signal an das Steuergerät 80.
  • An der Kurbelwelle 12 des Verbrennungsmotors 10 ist ein Kurbelwellenrad 100 montiert, so dass es sich mit der Kurbelwelle 12 als Einheit dreht, und an einem Umfang des Kurbelwellenrads 100 sind mehrere Zähne 110 gebildet. Die Größe der und Zwischenräume zwischen den mehreren Zähne(n) 110 sind gleich und an einem Teil des Kurbelwellenrads 100 ist eine Führungsnut 115 zum Erkennen einer Bezugsposition der Kurbelwelle 12 gebildet.
  • Ein Kurbelwellenpositionsdetektor 92 (z.B. ein Sensor usw.) erkennt Positionen der mehreren Zähne 110 (d.h. eine Stellung der Kurbelwelle 12) und überträgt ein ihnen entsprechendes Signal an das Steuergerät 80. Das Steuergerät 80 kann eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 auf Basis des Signals des Kurbelwellenpositionsdetektors 92 bestimmen.
  • An der Nockenwelle 14 des Verbrennungsmotors 10 ist ein Nockenwellenrad 200 montiert, so dass es sich mit der Nockenwelle 14 als Einheit dreht, und an einem Umfang des Nockenwellenrads 200 sind mehrere Zähne 210, 220 und 230 mit nicht gleichmäßigem Zwischenraum gebildet. Die Größe der mehreren Zähne 210, 220 und 230 und die Zwischenräume zwischen ihnen können voneinander verschieden sein.
  • Der Nockenwellenpositionsdetektor 94 erkennt Positionen der Zähne 210, 220 und 230 (d.h. eine Stellung der Nockenwelle 14) und überträgt ein diesen entsprechendes Signal an das Steuergerät 80. Das Steuergerät 80 kann einen oberen Totpunkt (OT) eines vorbestimmten Zylinders 16 auf Basis des Signals des Nockenwellenpositionsdetektors 94 erkennen. Im Fall eines Vierzylindermotors kann der vorbestimmte Zylinder 16 ein erster Zylinder sein und die Nockenwelle 14 kann sich jeweils einmal drehen, wenn sich die Kurbelwelle 12 zweimal dreht.
  • Das MHSG-Rad 300 ist am MHSG 30 montiert, so dass es sich mit dem MHSG 30 als Einheit dreht, und am Umfang des MHSG 30 sind zumindest drei Zähne 310, 320 und 330 gebildet. Die Größe der mehreren Zähne 310, 320 und 330 und die Zwischenräume zwischen ihnen können voneinander verschieden sein. Außerdem können die Zwischenräume zwischen den Zähnen 310, 320 und 330 des MHSG-Rads 300 die gleichen wie die zwischen den Zähnen 210, 220 und 230 des Nockenwellenrads mit einer vorbestimmten Winkeldifferenz (x3 - x2) sein.
  • Der MHSG-Positionsdetektor 96 erkennt die Position der zumindest drei Zähne 310, 320 und 330 (d.h. eine Stellung des MHSG-Rads 300) und überträgt ein dieser entsprechendes Signal an das Steuermodul 35. Das Steuermodul 35 überträgt das Signal an das Steuergerät 80. Das Steuergerät 80 kann einen oberen Totpunkt (OT) des vorbestimmten Zylinders 16 auf Basis des Signals des MHSG-Positionsdetektors 96 erkennen.
  • Das Steuergerät 80 kann den Betrieb des MHSG 30 auf Basis der Signale des Kurbelwellenpositionsdetektors 92, des Nockenwellenpositionsdetektors 94 und des MHSG-Positionsdetektors 96 steuern. Außerdem kann das Steuergerät 80 den Betrieb des MHSG 30 und des Starters 40 auf Basis der Signale des Zündschalters 72, des Gefälledetektors 74 und des SOC-Sensors 76 steuern. Das Steuergerät 80 kann mit einem oder mehr durch ein vorbestimmtes Programm ausgeführten Prozessoren implementiert sein und das vorbestimmte Programm kann eine Reihe von Befehlen zum Durchführen jedes Schritts aufweisen, der in einem Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung enthalten ist, das unten beschrieben wird.
  • Im Folgenden wird ein Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die 2 bis 5 ausführlich beschrieben.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung zeigt.
  • Das Steuergerät 80, Bezug nehmend auf die 2 bis 5, bestimmt in Schritt S100, ob der START-Kontaktpunkt des Zündschalters 72 gewählt wird.
  • Wenn der START-Kontaktpunkt des Zündschalters 72 in Schritt S100 nicht gewählt wird, beendet das Steuergerät 80 das Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors des Mild-Hybrid-Elektrofahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung.
  • Wenn der START-Kontaktpunkt des Zündschalters 72 in Schritt S100 ausgewählt wird, vergleicht das Steuergerät 80 das durch den Gefälledetektor 74 erkannte Straßengefälle in Schritt S110 mit einem vorbestimmten Gefälle. Das vorbestimmte Gefälle kann von einem Durchschnittsfachmann bestimmt werden, um zu bestimmen, ob eine steile Steigungsbedingung des Verbrennungsmotors 10 erfüllt wird. Zum Beispiel kann das vorbestimmte Gefälle 10 Grad sein.
  • Wenn der Gefälledetektor 74 während des Verbrennungsmotorstarts ein Straßengefälle erkennt und bestimmt wird, dass das Fahrzeug sich auf einer Straße mit einem Straßengefälle befindet, das so groß wie ein vorgegebener oder Neigungswinkel oder größer ist, kann das Steuergerät 80 Schritte zur Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotordrehmoments mit Drehmoment des MHSG durchführen.
  • Wenn das Straßengefälle in Schritt S110 so groß wie das vorbestimmte Gefälle oder kleiner ist, betätigt das Steuergerät 80 in Schritt S120 den Starter 40 zum Starten des Verbrennungsmotors 10.
  • Wenn das Straßengefälle in Schritt S110 größer ist als das vorbestimmte Gefälle, vergleicht das Steuergerät 80 den SOC der Hochspannungsbatterie 50 in Schritt S130 mit einem vorbestimmten SOC. Der vorbestimmte SOC kann von einem Durchschnittsfachmann bestimmt werden, um zu bestimmen, ob die Hochspannungsbatterie 50 vollständig entladen werden kann.
  • Wenn der SOC der Hochspannungsbatterie 50 in Schritt S130 so hoch wie der vorbestimmte SOC oder geringer ist, betätigt das Steuergerät 80 den Starter 40 in Schritt 120 zum Starten des Verbrennungsmotors 10 mit der elektrischen Energie der Niederspannungsbatterie 52. Das heißt, wenn die Hochspannungsbatterie 50 in einem Zustand ist, der nicht ausreicht, um den MHSG zu betätigen, kann die Hochspannungsbatterie 50 vollständig entladen werden, wenn der MHSG 30 und der Starter 40 gleichzeitig zum Starten des Verbrennungsmotors 10 betrieben werden, so dass das Steuergerät 80 den Starter 40 nur zum Starten des Verbrennungsmotors 10 betätigen darf.
  • Wenn der SOC der Hochspannungsbatterie 50 in Schritt S130 größer als der vorbestimmte SOC ist, betätigt das Steuergerät 80 den MHSG 30, so dass die Stellung der Nockenwelle 14 des Verbrennungsmotors 10 in Schritt S140 eine vorbestimmte Stellung wird. Die vorbestimmte Stellung kann von einem Durchschnittsfachmann unter Berücksichtigung der Starteffizienz und der Verbrennungssicherheit bestimmt werden. Weil die Stellung der Nockenwelle 14 sich beim Starten des Verbrennungsmotors 10 an der vorbestimmten Stellung befindet, kann die Krafteinspritzung ab einem spezifischen Zylinder gestartet werden, so dass der Verbrennungsmotor 10 ohne Zeitverzögerung gestartet wird.
  • Wenn die Stellung der Nockenwelle 14 die vorbestimmte Stellung wird, betätigt das Steuergerät 80 in Schritt S150 den MHSG 30 und den Starter 40 zum Starten des Verbrennungsmotors 10. Dementsprechend kann die Startfähigkeit des Verbrennungsmotors 10 bei sehr starkem Straßengefälle verbessert werden.
  • Wenn der Verbrennungsmotorstart in Schritt S150 beendet wird, bestimmt das Steuergerät 80 in Schritt S160, ob eine zum Umschalten von Stufe N (d.h. Leerlauf) auf Stufe D (d.h. Vorwärtsfahrt) benötigte Zeit größer als eine erste vorbestimmte Zeit ist.
  • Wenn die zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit in Schritt S160 größer als die erste vorbestimmte Zeit ist, betätigt das Steuergerät 80 den MHSG 30, um in Schritt S170 ein Drehmoment des Verbrennungsmotors zu unterstützen.
  • In diesem Fall können die erste vorbestimmte Zeit und das unterstützende Drehmoment des MHSG als ein vom Durchschnittsfachmann bestimmter Wert bestimmt werden, der notwendig ist, um das Fahrzeug am Zurückrollen nach Starten des Verbrennungsmotors und vor dem Anfahren an der Steigung zu verhindern.
  • Zum Beispiel kann die erste vorbestimmte Zeit 0,3 Sekunden sein oder sie kann auf Basis des Straßengefälles verschieden eingestellt werden.
  • Zum Beispiel kann das Unterstützungsdrehmoment des MHSG 25 kgf.m oder 300 bis 400 Nm sein oder es kann auf Basis des Straßengefälles verschieden eingestellt werden.
  • Im Stand der Technik rollt das Fahrzeug rückwärts, wenn das Fahrzeug an einer Steigung gestartet wird und die zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit länger wird, bevor das Verbrennungsmotordrehmoment groß genug wird, um vorwärts zu fahren, und das kann für den Fahrer Gefahr und Unannehmlichkeiten verursachen.
  • In einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung kann der MHSG beim Starten des Fahrzeugs an einer Steigung mit steiler Neigung zum Unterstützen des Verbrennungsmotordrehmoments betrieben werden, so dass das Fahrzeug nach Starten des Verbrennungsmotors und vor dem Anfahren am Zurückrollen gehindert wird, und infolgedessen kann die Sicherheit des Fahrzeugs verbessert werden.
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung die Startfähigkeit des Verbrennungsmotors 10 verbessert werden, wenn sich das Fahrzeug auf einer Straße befindet, die eine steile Neigung hat.
  • Der einfachen Erläuterung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen halber werden die Begriffe „obere“, „untere“, „innere“, „äußere“, „auf“, „ab“, „höher“, „tiefer“, „aufwärts“, „abwärts“, „vorn“, „hinten“, „Rückseite“, „innen“, „außen“, „einwärts“, „auswärts“, „innerhalb“, „außerhalb“, „innerlich“, „äußerlich“, „vorwärts“ und „rückwärts“ zum Beschreiben von Merkmalen der beispielhaften Ausgestaltungen in Bezug auf die Positionen derartiger Merkmale, wie sie in den Figuren gezeigt werden, verwendet.
  • Die vorangehenden Beschreibungen spezifischer beispielhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung wurden zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert. Es ist nicht vorgesehen, dass sie umfassend sind oder die Erfindung auf die präzisen offenbarten Formen beschränken, und offensichtlich sind angesichts der obigen Lehren viele Modifikationen und Variationen möglich. Die beispielhaften Ausgestaltungen wurden gewählt und beschrieben, um gewisse Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um andere Fachleuten zur Herstellung und Nutzung verschiedener beispielhafter Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sowie diverser Alternativen und Modifikationen davon zu befähigen. Es ist vorgesehen, dass der Umfang der Erfindung durch die hieran angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020170174562 [0001]

Claims (15)

  1. Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs, wobei die Vorrichtung aufweist: einen Zündschalter mit mehreren Kontaktpunkten; einen Gefälledetektor, der zum Erkennen eines Straßengefälles einer Straße, auf der sich das Fahrzeug befindet, eingerichtet ist; einen Ladezustands- (State of Charge, SOC) -sensor, der zum Erkennen eines Ladezustands (SOC) einer Hochspannungsbatterie eingerichtet ist; einen Mild-Hybrid-Startergenerator (MHSG), der einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor aufweist, wobei der MHSG den Verbrennungsmotor startet oder durch eine Leistung des Verbrennungsmotors Elektrizität erzeugt; einen Starter, der zum Starten des Verbrennungsmotors unabhängig vom MHSG eingerichtet ist; ein MHSG-Rad, das sich mit dem Rotor als Einheit dreht; einen MHSG-Positionsdetektor, der zum Erkennen einer Stellung des MHSG eingerichtet ist; und ein Steuergerät, das zum Bestimmen eines oberen Totpunkts (OT) eines vorbestimmten Zylinders auf Basis eines Signals des MHSG-Positionsdetektors eingerichtet ist, wobei das Steuergerät zum Betätigen des MHSG und des Starters zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Straßengefälle größer als ein vorbestimmtes Gefälle ist und der SOC der Hochspannungsbatterie größer als ein vorbestimmter SOC ist, eingerichtet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät vor Betätigen des MHSG und des Starters zum Starten des Verbrennungsmotors den MHSG zum Drehen einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in eine vorbestimmte Stellung betätigt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuergerät, wenn das Straßengefälle so groß wie das vorbestimmte Gefälle oder kleiner ist, den Starter zum Starten des Verbrennungsmotors betätigt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät, wenn das Straßengefälle größer als das vorbestimmte Gefälle ist und der SOC der Hochspannungsbatterie so hoch wie der vorbestimmte SOC oder geringer ist, den Starter zum Starten des Verbrennungsmotors betätigt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das MHSG-Rad an seinem Umfang zumindest drei Zähne hat, und die Größen der zumindest drei Zähne und die Zwischenräume zwischen jeweils zwei der zumindest drei Zähne voneinander verschieden sind.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die zumindest drei Zähne einen ersten Zahn, einen zweiten Zahn und einen dritten Zahn aufweisen, ein Abstand zwischen einer positiven Flanke und einer negativen Flanke des ersten Zahns, ein Abstand zwischen einer positiven Flanke und einer negativen Flanke des zweiten Zahns und ein Abstand zwischen einer positiven Flanke und einer negativen Flanke des dritten Zahns voneinander verschieden sind, und ein Abstand zwischen der negativen Flanke des ersten Zahns und der positiven Flanke des zweiten Zahns, ein Abstand zwischen der negativen Flanke des zweiten Zahns und der positiven Flanke des dritten Zahns und ein Abstand zwischen der negativen Flanke des dritten Zahns und der positiven Flanke des ersten Zahns voneinander verschieden sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer Mitte des MHSG-Rads ein Loch angeordnet ist und eine Drehwelle des Rotors in das Loch eindringt.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der MHSG mit einer elektrischen Energie der Hochspannungsbatterie betrieben wird und der Starter mit einer elektrischen Leistung einer Niederspannungsbatterie betrieben wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, die ferner aufweist: einen Wandler, der die elektrische Energie der Hochspannungsbatterie in eine Niederspannung wandelt und die Niederspannung an die Niederspannungsbatterie oder den Starter zuführt.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät, wenn eine zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit größer als eine erste vorbestimmte Zeit ist, den MHSG zur Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotors betätigt.
  11. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines Mild-Hybrid-Elektrofahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vergleichen eines mit einem Gefälledetektor erkannten Straßengefälles einer Straße, auf der sich das Fahrzeug befindet, mit einem vorbestimmten Gefälle; Vergleichen eines von einem SOC-Sensor erkannten Ladezustands (SOC) einer Hochspannungsbatterie mit einem vorbestimmten SOC, wenn die Straßenneigung größer ist als das vorbestimmte Gefälle; und Betätigen, durch ein Steuergerät, eines Mild-Hybrid-Startergenerators (MHSG), der zum Starten des Verbrennungsmotors oder zum Erzeugen von Elektrizität durch eine Leistung des Verbrennungsmotors fähig ist, und eines Starters, der zum Starten eines Verbrennungsmotors fähig ist, zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn der SOC der Hochspannungsbatterie größer ist als der vorbestimmte SOC.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: vor dem Schritt des Betätigens des Starters zum Starten des Verbrennungsmotors das Betätigen, durch das Steuergerät, des MHSG, so dass eine Stellung einer Nockenwelle des Verbrennungsmotors eine vorbestimmte Stellung wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, das ferner umfasst: Betätigen des Starters durch das Steuergerät zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Straßengefälle gleich groß wie oder kleiner als das vorbestimmte Gefälle ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das ferner umfasst: Betätigen des Starters durch das Steuergerät zum Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Straßengefälle kleiner als das vorbestimmte Gefälle ist und der SOC der Hochspannungsbatterie geringer als der vorbestimmte SOC ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das ferner umfasst: Bestimmen, ob eine zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit länger ist als eine erste vorbestimmte Zeit; und Betätigen, durch das Steuergerät, des MHSG zur Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotors, wenn die zum Umschalten von Stufe N auf Stufe D benötigte Zeit länger als die erste vorbestimmte Zeit ist.
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