DE102021103656A1 - Verfahren und system zum anlassen eines motors über eine ausgangsleistung eines dc-dc-wandlers - Google Patents

Verfahren und system zum anlassen eines motors über eine ausgangsleistung eines dc-dc-wandlers Download PDF

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John Eric Rollinger
David Hancock
William Taylor
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren und System zum Anlassen eines Motors über eine Ausgangsleistung eines DC-DC-Wandlers bereit. Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das einen DC-DC-Wandler beinhaltet, beschrieben. In einem Beispiel beinhaltet das Verfahren das Einstellen einer Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers, nachdem der DC-DC-Wandler zum Anlassen eines Motors verwendet wurde. Die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers kann als Reaktion auf einen Ladezustand eines Ultrakondensators eingestellt werden.

Description

  • Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft Verfahren und ein System zum Betreiben eines Fahrzeugs, das einen Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) aufweist. Die Verfahren und Systeme können die Motorstartzeit reduzieren und die Möglichkeit des Motorstarts während eines Anlasszeitraums des Motors verbessern.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Ein Fahrzeug kann eine Brennkraftmaschine beinhalten, die über das Drehen des Motors über eine elektrische Maschine und das Zuführen von Kraftstoff zu dem Motor gestartet werden kann. Während vieler Betriebsbedingungen kann die elektrische Maschine den Motor mit einer Drehzahl drehen, welche die Verbrennung im Motor erleichtert. Der elektrischen Maschine kann elektrische Leistung von einem Niederspannungsbus bereitgestellt werden. Der Niederspannungsbus kann zudem elektrische Leistung an andere Vorrichtungen, wie etwa Lenksysteme und Unterhaltungssysteme, verteilen. Den anderen Vorrichtungen kann über eine Speichervorrichtung für elektrische Leistung Leistung zugeführt werden, und die Speichervorrichtung für elektrische Leistung kann von dem Niederspannungsleistungsbus über eine Diode oder eine andere Strombegrenzungsvorrichtung gepuffert werden. Jedoch kann eine Ladung, die in der Speichervorrichtung für elektrische Leistung gespeichert ist, die den anderen Vorrichtungen elektrische Leistung zuführt, über die anderen Vorrichtungen reduziert werden, wenn der Motor angelassen wird. Ferner kann es nicht wünschenswert sein, die Speichervorrichtung für elektrische Leistung über elektrische Maschinen zu laden, die eine Eingangsleistung durch die Motordrehung erhalten, da das Belasten des Motors während und nach dem Hochlaufen des Motors die Wahrscheinlichkeit eines Abwürgens des Motors und von Motoremissionen erhöhen kann. Daher kann es wünschenswert sein, eine Möglichkeit zum Laden der Speichervorrichtung für elektrische Leistung ohne mechanisches Belasten des Motors unmittelbar im Anschluss an das Anlassen des Motors bereitzustellen.
  • Kurzdarstellung
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorstehend erwähnten Probleme erkannt und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs entwickelt, das Folgendes umfasst:
    • Einstellen einer Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers, der direkt elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist, und Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion auf eine Motorstartanforderung;
    • Anlassen des Motors über eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist; und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand eines Ultrakondensators, der direkt an gepufferte elektrische Fahrzeugverbraucher gekoppelt ist, als Reaktion auf den Abschluss des Anlassens des Motors.
  • Durch das Einstellen einer Ausgangsspannung eines Gleichstromwandlers (DC-DC-Wandlers) als Reaktion auf einen Ladezustand eines Ultrakondensators, der direkt an gepufferte elektrische Fahrzeugverbraucher gekoppelt ist, kann es möglich sein, das Starten des Motors und Laden von Vorrichtungen, die an den Niederspannungsbus gekoppelt sind, zu verbessern, ohne die Last auf einen Motor während des Startens und Hochlaufens des Motors zu erhöhen. Folglich kann die Möglichkeit des Abwürgens des Motors während des Hochlaufens des Motors reduziert werden. Zusätzlich können Motoremissionen während des Startens des Motors reduziert werden. In einem Beispiel kann eine Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers eingestellt werden, um dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler und den Hochspannungsbus zusätzliche Ladung bereitzustellen, wenn die Ladung eines Ultrakondensators kleiner als ein Schwellenwert ist. Auf diese Weise kann eine Ladung, die an den Ultrakondensator abgegeben wird, erhöht werden, ohne den Motor zu belasten, sodass die Möglichkeit, dass der Motor abgewürgt wird und Motoremissionen zunehmen, reduziert werden kann.
  • Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Insbesondere kann der Ansatz das Anlassen und Starten eines Motors verbessern. Ferner kann der Ansatz eine Möglichkeit des Abwürgens des Motors reduzieren. Zusätzlich kann der Ansatz die Drehmomenterzeugung der elektrischen Maschine während des Startens des Motors verbessern, um sicherzustellen, dass die elektrische Maschine eine ausreichende Drehmomentkapazität aufweist, um den Motor zu drehen.
  • Die vorstehenden Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung erschließen sich ohne Weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn diese für sich oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung genauer beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beseitigen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
    • 2 zeigt eine schematische Darstellung einer/s beispielhaften Kraftübertragung oder Antriebsstrangs eines Fahrzeugs einschließlich der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine;
    • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektrischen F ahrzeugl ei stungssystems;
    • 4 zeigt eine beispielhafte Fahrzeugbetriebssequenz gemäß dem Verfahren aus 5;
    • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines DC-DC-Wandlers und eines Fahrzeugs; und
    • 6 zeigt beispielhafte Funktionen, die eine Grundlage zum Einstellen einer Spannung bilden, die einem Niederspannungsbus über einen DC-DC-Wandler zugeführt wird.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft das Betreiben eines DC-DC-Wandlers eines Fahrzeugs. Der DC-DC-Wandler kann auf eine Weise betrieben werden, die das Starten des Motors verbessern und die Motoremissionen reduzieren kann. Insbesondere kann ein Spannungsausgang des DC-DC-Wandlers während und unmittelbar nach dem Anlassen des Motors als Reaktion auf einen Betriebszustand eines Ultrakondensators eingestellt werden, der elektrischen Leistungsverbrauchern, die sich an Bord eines Fahrzeugs befinden, elektrische Ladung zuführt. Insbesondere kann, wenn ein Ladezustand (state of charge - SOC) des Ultrakondensators niedrig ist, die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers erhöht werden, um die Spannung eines Niederspannungsbusses zu erhöhen. Durch Erhöhen der Spannung des Niederspannungsbusses kann der Ultrakondensator einen gewünschten SOC zu einem früheren Zeitpunkt erreichen. Ferner kann die Ausgangsleistung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf Fahrzeugbetriebsbedingungen während des Anlassens des Motors eingestellt werden, sodass eine elektrische Maschine eine ausreichende Drehmomentkapazität aufweist, um den Motor während des Anlassens des Motors mit einer gewünschten Drehzahl zu drehen. Indem sichergestellt wird, dass das Fahrzeug mit einer gleichmäßigen Drehzahl über eine elektrische Maschine angelassen werden kann (z. B. über eine elektrische Maschine unter Leistung der elektrischen Maschine gedreht wird, bevor die Verbrennung in dem Motor ausreicht, um den Motor mit einer vorher festgelegten Drehzahl zu drehen), kann es möglich sein, die Motorstartzeit einheitlicher zu gestalten. Zudem kann dies die Möglichkeit, dass der Motor abgewürgt wird, durch das Reduzieren der Last, die während des Hochlaufens des Motors auf den Motor aufgebracht wird, reduzieren. Bei dem Motor kann es sich um die in 1 gezeigte Art von Brennkraftmaschine handeln, oder der Motor kann alternativ dazu ein Dieselmotor sein. Der Motor kann in ein System integriert sein, das einen DC-DC-Wandler beinhaltet, wie in 2 gezeigt. Der DC-DC-Wandler kann eine Komponente eines elektrischen Fahrzeugsystems sein, wie in 3 gezeigt. Das Fahrzeugsystem kann wie in 4 gemäß dem Verfahren aus 5 betrieben werden. Beispielhafte Beziehungen zwischen Zusatzspannung und Fahrzeugbetriebsbedingungen sind in 6 gezeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird die Brennkraftmaschine 10, die eine Vielzahl von Zylindern umfasst, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt ist, durch eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 besteht aus einem Zylinderkopf 35 und einem Block 33, die eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 beinhalten. Ein Kolben 36 ist darin positioniert und bewegt sich über eine Verbindung mit einer Kurbelwelle 40 hin und her. Ein Schwungrad 97 und ein Hohlrad 99 sind an die Kurbelwelle 40 gekoppelt. Ein Anlasser 96 (z.B. eine elektrische Niederspannungsmaschine (mit weniger als 20 Volt betrieben)) beinhaltet eine Ritzelwelle 98 und ein Ritzel 95. Die Ritzelwelle 98 kann das Ritzel 95 selektiv vorantreiben, damit es das Hohlrad 99 in Eingriff nimmt. Der Anlasser 96 kann direkt an dem vorderen Teil des Motors oder dem hinteren Teil des Motors angebracht sein. In einigen Beispielen kann der Anlasser 96 der Kurbelwelle 40 über einen Riemen oder eine Kette selektiv Drehmoment zuführen. In einem Beispiel befindet sich der Anlasser 96 in einem Grundzustand, wenn er nicht in Eingriff mit der Motorkurbelwelle steht.
  • Der Darstellung nach steht die Brennkammer 30 über ein Einlassventil 52 bzw. Auslassventil 54 mit einem Ansaugkrümmer 44 bzw. Abgaskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Die Position des Einlassnockens 51 kann durch einen Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Position des Auslassnockens 53 kann durch einen Auslassnockensensor 57 bestimmt werden. Eine Phase oder Position des Einlassventils 52 kann über eine Ventilphasenänderungsvorrichtung 59 relativ zu einer Position der Kurbelwelle 40 eingestellt werden. Eine Phase oder Position des Auslassventils 54 kann über eine Ventilphasenänderungsvorrichtung 58 relativ zu einer Position der Kurbelwelle 40 eingestellt werden. Die Ventilphasenänderungsvorrichtungen 58 und 59 können elektromechanische Vorrichtungen, hydraulische Vorrichtungen oder mechanische Vorrichtungen sein.
  • Der Motor 10 beinhaltet ein Kurbelgehäuse 39, in dem die Kurbelwelle 40 untergebracht ist. Eine Ölwanne 37 kann eine untere Begrenzung des Kurbelgehäuses 39 bilden und der Motorblock 33 und der Kolben 36 können eine obere Begrenzung des Kurbelgehäuses 39 bilden. Das Kurbelgehäuse 39 kann ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil (nicht gezeigt) beinhalten, das Gase über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 entlüften kann. Eine Temperatur des Öls im Kurbelgehäuse 39 kann über den Temperatursensor 38 erfasst werden.
  • Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist derart positioniert gezeigt, dass Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 eingespritzt wird, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 führt proportional zur Impulsbreite von der Steuerung 12 flüssigen Kraftstoff zu. Der Kraftstoff wird durch ein Kraftstoffsystem (nicht gezeigt), das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler (nicht gezeigt) beinhaltet, an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 geliefert. In einem Beispiel kann ein zweistufiges Hochdruckkraftstoffsystem verwendet werden, um höhere Kraftstoffdrücke zu erzeugen.
  • Darüber hinaus steht der Ansaugkrümmer 44 der Darstellung nach mit einem Turboladerverdichter 162 und einem Verbrennungsmotorlufteinlass 42 in Verbindung. In anderen Beispielen kann der Verdichter 162 ein Kompressorverdichter sein. Eine Welle 161 koppelt eine Turboladerturbine 164 mechanisch an den Turboladerverdichter 162. Eine optionale elektronische Drossel 62 stellt eine Position einer Drosselklappe 64 ein, um einen Luftstrom von dem Verdichter 162 zu dem Ansaugkrümmer 44 zu steuern. Der Druck in einer Ladedruckkammer 45 kann als Drosseleinlassdruck bezeichnet werden, da sich der Einlass der Drossel 62 in der Ladedruckkammer 45 befindet. Der Drosselauslass befindet sich in dem Ansaugkrümmer 44. In einigen Beispielen können die Drossel 62 und die Drosselklappe 64 zwischen dem Einlassventil 52 und dem Ansaugkrümmer 44 positioniert sein, sodass die Drossel 62 eine Einzeldrossel ist. Das Verdichterrückführventil 47 kann selektiv auf eine Vielzahl von Positionen zwischen vollständig geöffnet und vollständig geschlossen eingestellt werden. Ein Wastegate 163 kann über die Steuerung 12 eingestellt werden, um zu ermöglichen, dass Abgase die Turbine 164 selektiv umgehen, um die Drehzahl des Verdichters 162 zu steuern. Ein Luftfilter 43 reinigt Luft, die in den Motorlufteinlass 42 eintritt.
  • Ein verteilerloses Zündsystem 88 stellt der Brennkammer 30 als Reaktion auf die Steuerung 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken bereit. Der Darstellung nach ist eine Breitbandlambda(Universal Exhaust Gas Oxygen - UEGO)-Sonde 126 an den Abgaskrümmer 48 gekoppelt, der sich stromaufwärts eines Katalysators 70 befindet. Alternativ dazu kann die UEGO-Sonde 126 durch eine binäre Lambdasonde ersetzt werden.
  • In einem Beispiel kann der Katalysator 70 mehrere Katalysatorwabenkörper beinhalten. In einem weiteren Beispiel können mehrere Emissionsbegrenzungsvorrichtungen, jeweils mit mehreren Wabenkörpern, verwendet werden. Der Katalysator 70 kann in einem Beispiel ein Dreiwegekatalysator sein.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der Folgendes beinhaltet: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, einen Festwertspeicher 106 (z. B. nicht transitorischen Speicher), einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Keep-Alive-Speicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus. Der Darstellung nach empfängt die Steuerung 12 verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, die neben den vorstehend erörterten Signalen Folgendes beinhalten: eine Zylinderkopftemperatur von einem an den Zylinderkopf 35 gekoppelten Temperatursensor 112; einen Positionssensor 134, der an ein Fahrpedal 130 gekoppelt ist, um eine durch einen menschlichen Fuß 132 aufgebrachte Kraft zu erfassen; einen Positionssensor 154, der an ein Bremspedal 150 gekoppelt ist, um eine durch einen Fuß 152 aufgebrachte Kraft zu erfassen, eine Messung eines Motorkrümmerdrucks (MAP - manifold pressure) von einem Drucksensor 122, der an den Ansaugkrümmer 44 gekoppelt ist; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Sensor 118, der eine Position der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung einer Luftmasse, die in den Motor eintritt, von einem Sensor 120; einen Zylinderdruck von einem Drucksensor 79; und eine Messung einer Drosselklappenposition von einem Sensor 68. Der Luftdruck kann zudem zum Verarbeiten durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 eine vorher festgelegte Anzahl gleichmäßig beabstandeter Impulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle, anhand derer die Motordrehzahl (RPM) bestimmen werden kann.
  • Während des Betriebs durchläuft jeder Zylinder innerhalb des Motors 10 typischerweise einen Viertaktzyklus: der Zyklus beinhaltet den Ansaugtakt, den Verdichtungstakt, den Arbeitstakt und den Ausstoßtakt. Während des Ansaugtakts schließt sich im Allgemeinen das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Luft wird über den Ansaugkrümmer 44 in die Brennkammer 30 eingebracht und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen innerhalb der Brennkammer 30 zu erhöhen. Die Position, an der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Takts befindet (z. B. wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet.
  • Während des Verdichtungstakts sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich in Richtung des Zylinderkopfes, um so die Luft in der Brennkammer 30 zu verdichten. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 am Ende seines Taktes und dem Zylinderkopf am nächsten befindet (z. B., wenn die Brennkammer 30 ihr geringstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann typischerweise als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet. In einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Prozess wird Kraftstoff in die Brennkammer eingebracht. In einem nachfolgend als Zündung bezeichneten Prozess wird der eingespritzte Kraftstoff durch bekannte Zündmittel wie etwa eine Zündkerze 92 erzündet, was zur Verbrennung führt.
  • Während des Arbeitstakts drücken die sich ausdehnenden Gase den Kolben 36 zurück zum UT. Die Kurbelwelle 40 wandelt die Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Ausstoßtakts, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch an den Abgaskrümmer 48 freizugeben, und kehrt der Kolben zu dem OT zurück. Es ist zu beachten, dass Vorstehendes lediglich als Beispiel gezeigt ist und dass die Zeitpunkte für das Öffnen und/oder Schließen des Einlass- und Auslassventils variieren können, wie etwa, um eine positive oder negative Ventilüberschneidung, ein spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele bereitzustellen.
  • 2 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs 225, das einen Antriebsstrang oder eine Kraftübertragung 200 beinhaltet. Der Antriebsstrang aus 2 beinhaltet den in 1 gezeigten Motor 10. Es ist gezeigt, dass der Antriebsstrang 200 eine Fahrzeugsystemsteuerung 255, eine Motorsteuerung 12, eine Steuerung 252 einer elektrischen Maschine, eine Getriebesteuerung 254, eine Steuerung 253 einer Energiespeichervorrichtung und eine Bremssteuerung 250 beinhaltet. Die Steuerungen können über ein Controller Area Network (CAN) 299 kommunizieren. Jede der Steuerungen kann anderen Steuerungen Informationen bereitstellen, wie etwa Leistungsausgangsbeschränkungen (z. B. nicht zu überschreitender Leistungsausgang der Vorrichtung oder Komponente, die gesteuert wird), Leistungseingangsbeschränkungen (z. B. nicht zu überschreitender Leistungseingang der Vorrichtung oder Komponente, die gesteuert wird), Leistungsausgang der Vorrichtung, die gesteuert wird, Sensor- und Aktordaten, Diagnoseinformationen (z. B. Informationen in Bezug auf ein beeinträchtigtes Getriebe, Informationen in Bezug auf einen beeinträchtigten Motor, Informationen in Bezug auf eine beeinträchtigte elektrische Maschine, Informationen in Bezug auf beeinträchtigte Bremsen). Ferner kann die Fahrzeugsystemsteuerung 255 der Motorsteuerung 12, der Steuerung 252 für die elektrische Maschine, der Getriebesteuerung 254 und der Bremssteuerung 250 Befehle bereitstellen, um Fahrereingabeanforderungen und andere Anforderungen, die auf Fahrzeugbetriebsbedingungen beruhen, zu erfüllen.
  • Zum Beispiel kann die Fahrzeugsystemsteuerung 255 als Reaktion darauf, dass ein Fahrer ein Fahrpedal freigibt, und auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit eine gewünschte Radleistung oder einen gewünschten Radleistungspegel anfordern, um eine gewünschte Fahrzeugverzögerungsrate bereitzustellen. Die angeforderte gewünschte Radleistung kann dadurch bereitgestellt werden, dass die Fahrzeugsystemsteuerung 255 eine erste Bremsleistung von der Steuerung 252 der elektrischen Maschine und eine zweite Bremsleistung von der Motorsteuerung 212 anfordert, wobei die erste und die zweite Leistung eine gewünschte Kraftübertragungsbremsleistung an Fahrzeugrädern 216 bereitstellen. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 kann zudem eine Reibungsbremsleistung über die Bremssteuerung 250 anfordern. Die Bremsleistungen können als negative Leistungen bezeichnet werden, da sie die Kraftübertragung und die Raddrehung verlangsamen. Positive Leistung kann die Kraftübertragung und die Raddrehung beibehalten oder beschleunigen.
  • Die Fahrzeugsteuerung 255 und/oder Motorsteuerung 12 kann auch Eingaben von der Mensch-Maschine-Schnittstelle 256 und Verkehrsbedingungen (z B. Verkehrssignalstatus, Entfernung zu Objekten usw.) von Sensoren 257 (z.B. Kameras, LIDAR, RADAR usw.) empfangen. In einem Beispiel kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle 256 eine Berührungseingabe-Anzeigetafel sein. Alternativ kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle 256 ein Schlüsselschalter oder eine andere bekannte Art von Mensch-Maschine-Schnittstelle sein. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle 256 kann Anforderungen von einem Benutzer empfangen. Beispielsweise kann ein Benutzer über die Mensch-Maschine-Schnittstelle 256 einen Motorstopp oder -start anfordern. Ferner kann ein Benutzer das Unterbinden der Bewegung der Räder 216 außer Kraft setzen, wenn der externe Verbraucher 297 von elektrischer Leistung an das Fahrzeug 255 gekoppelt ist. Zusätzlich kann die Mensch-Maschine-Schnittstelle 256 Statusnachrichten und Motordaten anzeigen, die von der Steuerung 255 empfangen werden können.
  • In anderen Beispielen kann die Aufteilung des Steuerns von Antriebsstrangvorrichtungen anders aufgeteilt sein, als in 2 gezeigt ist. Zum Beispiel kann eine einzelne Steuerung an die Stelle der Fahrzeugsystemsteuerung 255, der Verbrennungsmotorsteuerung 12, der Steuerung 252 für die elektrische Maschine, der Getriebesteuerung 254 und der Bremssteuerung 250 treten. Alternativ können die Fahrzeugsystemsteuerung 255 und die Motorsteuerung 12 eine einzelne Einheit sein, wohingegen die Steuerung 252 der elektrischen Maschine, die Getriebesteuerung 254 und die Bremssteuerung 250 eigenständige Steuerungen sind.
  • In diesem Beispiel kann der Antriebsstrang 200 durch den Motor 10 und die elektrische Maschine 240 mit Leistung versorgt werden. In anderen Beispielen kann der Motor 10 weggelassen werden. Der Motor 10 kann mit einem Motorstartsystem, das in 1 gezeigt ist, über einen riemengetriebenen integrierten Anlasser/Generator (belt integrated starter/generator - BISG) 219 oder über einen integrierten Kraftübertragungsanlasser/-generator (integrated starter/generator - ISG) 240, der auch als integrierter Anlasser/Generator bekannt ist, gestartet werden. Eine Temperatur der BISG-Wicklungen kann über den BISG-Wicklungstemperatursensor 203 bestimmt werden. Der Kraftübertragungs-ISG 240 (z. B. elektrische Hochspannungsmaschine (mit mehr als 30 Volt betrieben)) kann auch als elektrische Maschine, Elektromotor und/oder Generator bezeichnet werden. Ferner kann die Leistung des Motors 10 über einen Drehmomentaktor 204, wie etwa eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, eine Drossel usw., eingestellt werden.
  • Der BISG 219 ist über den Riemen 231 mechanisch an den Motor 10 gekoppelt und der BISG 219 kann als elektrische Maschine, Elektromotor oder Generator bezeichnet werden. Der BISG 219 kann an die Kurbelwelle 40 oder eine Nockenwelle (z. B. 51 oder 53 aus 1) gekoppelt sein. Der BISG 219 kann als Elektromotor betrieben werden, wenn ihm über den Niederspannungsbus 273 und/oder die Niederspannungsbatterie 280 elektrische Leistung zugeführt wird. Der BISG 219 kann als Generator betrieben werden, der der Niederspannungsbatterie 280 und/oder dem Niederspannungsbus 273 elektrische Leistung zuführt. Ein bidirektionaler Gleichspannungswandler 281 kann elektrische Energie von einem Hochspannungsbus 274 an einen Niederspannungsbus 273 oder umgekehrt übertragen. Die Niederspannungsbatterie 280 ist elektrisch direkt an den Niederspannungsbus 273 gekoppelt. Der Niederspannungsbus 273 kann aus einem oder mehreren elektrischen Leitern bestehen. Die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie ist elektrisch an den Hochspannungsbus 274 gekoppelt. Die Niederspannungsbatterie 280 kann dem Startermotor 96 und/oder dem BISG 219 selektiv elektrische Energie zuführen.
  • Eine Motorausgangsleistung kann durch ein Zweimassenschwungrad 215 an eine erste Seite oder stromaufwärtige Seite einer Antriebsstrangausrückkupplung 235 übertragen werden. Die Ausrückkupplung 236 wird hydraulisch betätigt und der Hydraulikdruck in der Kraftübertragungsausrückkupplung 236 (Kraftübertragungsausrückkupplungsdruck) kann über ein elektrisch betriebenes Ventil 233 eingestellt werden. Die stromabwärtige oder zweite Seite 234 der Ausrückkupplung 236 ist der Darstellung nach mechanisch an die ISG-Eingangswelle 237 gekoppelt.
  • Der ISG 240 kann betrieben werden, um dem Antriebsstrang 200 Leistung bereitzustellen oder Antriebsstrangleistung in elektrische Energie umzuwandeln, die in einem Regenerationsmodus in der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie gespeichert wird. Der ISG 240 steht über einen Wechselrichter 279 in elektrischer Verbindung mit der Energiespeichervorrichtung 275. Der Wechselrichter 279 kann elektrischen Gleichstrom (direct current - DC) aus der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie in elektrischen Wechselstrom (alternating current - AC) umwandeln, um den ISG 240 zu betreiben. Alternativ kann der Wechselrichter 279 Wechselstrom vom ISG 240 in Gleichstrom umwandeln, um ihn in der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie zu speichern. Der Wechselrichter 279 kann über die Steuerung 252 der elektrischen Maschine gesteuert werden. Der ISG 240 weist eine höhere Ausgangsleistungskapazität als der in 1 gezeigte Anlasser 96 oder der BISG 219 auf. Ferner treibt der ISG 240 den Antriebsstrang 200 direkt an oder wird direkt vom Antriebsstrang 200 angetrieben. Es gibt keine Riemen, Zahnräder oder Ketten, um den ISG 240 an den Antriebsstrang 200 zu koppeln. Vielmehr dreht sich der ISG 240 mit derselben Rate wie der Antriebsstrang 200. Bei der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie (z. B. Hochspannungsbatterie oder -leistungsquelle) kann es sich um eine Batterie, einen Kondensator oder einen Induktor handeln. Die stromabwärtige Seite des ISG 240 ist über die Welle 241 mechanisch mit dem Pumpenrad 285 des Drehmomentwandlers 206 gekoppelt. Die stromaufwärtige Seite des ISG 240 ist mechanisch mit der Ausrückkupplung 236 gekoppelt. Der ISG 240 kann dem Antriebsstrang 200 über das Betreiben als Elektromotor oder Generator, wie durch die Steuerung 252 der elektrischen Maschine angewiesen, eine positive Leistung oder eine negative Leistung bereitstellen.
  • Der Wechselrichter 278 ist der Darstellung nach elektrisch an die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie und eine elektrische Ausgangssteckbuchse 295 gekoppelt. Der Wechselrichter 278 kann DC-Leistung in AC-Leistung zum Betreiben eines externen Verbrauchers 297 von elektrischer Leistung (z. B. Handgeräte, Unterhaltungssysteme, Beleuchtung, Pumpen usw.) umwandeln. Der Wechselrichter 278 kann elektrische Leistung von der Niederspannungsbatterie 280, elektrische Leistung von der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie oder elektrische Leistung von dem ISG 240 oder BISG 219 in elektrische Leistung umwandeln, die an die elektrische Ausgangssteckbuchse 295 abgegeben wird. Der externe Verbraucher 297 von elektrischer Leistung kann sich außerhalb des Fahrzeugs 225 befinden oder kann zu dem Fahrzeug 225 hinzugefügt werden. Der externe Verbraucher 297 von elektrischer Leistung kann über ein Netzkabel 296 elektrisch an die elektrische Ausgangssteckbuchse 295 gekoppelt sein. Der Sensor 298 des externen Verbrauchers von elektrischer Leistung kann das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines externen Verbrauchers 297 von Leistung detektieren. Der Sensor 298 des externen Verbrauchers von elektrischer Leistung kann das Vorhandensein des Kabels 296 über einen Schalteingang physisch erfassen, oder alternativ kann der Sensor 298 ein Stromsensor sein und elektrischen Stromfluss aus der elektrischen Ausgangssteckbuchse 295 detektieren, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines externen Verbrauchers 297 von Leistung zu bestimmen.
  • Der Drehmomentwandler 206 beinhaltet ein Turbinenrad 286, um Leistung an eine Eingangswelle 270 auszugeben. Die Eingangswelle 270 koppelt den Drehmomentwandler 206 mechanisch an ein Automatikgetriebe 208. Der Drehmomentwandler 206 beinhaltet zudem eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung (torque converter bypass lock-up clutch - TCC) 212. Leistung wird direkt von dem Pumpenrad 285 an das Turbinenrad 286 übertragen, wenn die TCC 212 verriegelt ist. Die TCC 212 wird durch die Steuerung 254 elektrisch betrieben. Alternativ kann die TCC hydraulisch verriegelt werden. In einem Beispiel kann der Drehmomentwandler 206 als eine Komponente des Getriebes bezeichnet werden.
  • Wenn die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 vollständig ausgekuppelt ist, überträgt der Drehmomentwandler 206 über Fluidtransfer zwischen dem Turbinenrad 286 des Drehmomentwandlers und dem Pumpenrad 285 des Drehmomentwandlers Motorleistung an das Automatikgetriebe 208, wodurch eine Leistungssteigerung ermöglicht wird. Dagegen wird, wenn die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung 212 vollständig eingekuppelt ist, die Motorausgangsleistung über die Drehmomentwandlerkupplung direkt an eine Eingangswelle 270 des Getriebes 208 übertragen. Alternativ kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 212 teilweise eingekuppelt sein, wodurch es ermöglicht wird, die Leistungsmenge, die direkt an das Getriebe abgegeben wird, einzustellen. Die Getriebesteuerung 254 kann dazu konfiguriert sein, die durch den Drehmomentwandler 212 übertragene Leistungsmenge durch ein Einstellen der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung als Reaktion auf verschiedene Motorbetriebsbedingungen oder auf Grundlage einer fahrerbasierten Motorbetriebsanforderung einzustellen.
  • Der Drehmomentwandler 206 beinhaltet zudem eine Pumpe 283, die Fluid mit Druck beaufschlagt, um die Ausrückkupplung 236, eine Vorwärtskupplung 210 und Gangkupplungen 211 zu betreiben. Die Pumpe 283 wird über das Pumpenrad 285 angetrieben, das sich mit einer gleichen Drehzahl wie der ISG 240 dreht.
  • Das Automatikgetriebe 208 beinhaltet die Gangkupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 zum selektiven Einkuppeln und Auskuppeln von Vorwärtsgängen 213 (z. B. Gänge 1-10) und dem Rückwärtsgang 214. Das Automatikgetriebe 208 ist ein Getriebe mit festen Übersetzungsverhältnissen. Alternativ kann das Getriebe 208 ein stufenloses Getriebe sein, das eine Fähigkeit aufweist, ein Getriebe mit festen Übersetzungsverhältnissen und feste Übersetzungsverhältnisse zu simulieren. Die Gangkupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 können selektiv eingekuppelt werden, um ein Übersetzungsverhältnis von einer tatsächlichen Gesamtzahl von Drehungen der Eingangswelle 270 zu einer tatsächlichen Gesamtzahl von Drehungen der Räder 216 zu ändern. Die Gangkupplungen 211 können durch ein Einstellen eines Fluids, das den Kupplungen über Schaltsteuer-Magnetspulenventile 209 zugeführt wird, eingekuppelt oder ausgekuppelt werden. Der Leistungsausgang von dem Automatikgetriebe 208 kann zudem an die Räder 216 weitergegeben werden, um das Fahrzeug über die Ausgangswelle 260 anzutreiben. Konkret kann das Automatikgetriebe 208 eine Eingangsantriebsleistung an der Eingangswelle 270 als Reaktion auf eine Fahrzeugfahrtbedingung vor dem Übertragen einer Ausgangsantriebsleistung an die Räder 216 übertragen. Die Getriebesteuerung 254 aktiviert selektiv die TCC 212, die Gangkupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 oder kuppelt diese ein. Die Getriebesteuerung deaktiviert außerdem die TCC 212, die Gangkupplungen 211 und die Vorwärtskupplung 210 selektiv oder kuppelt diese selektiv aus.
  • Ferner kann durch ein In-Eingriff-Bringen von Reibungsradbremsen 218 eine Reibungskraft auf die Räder 216 ausgeübt werden. In einem Beispiel können die Reibungsradbremsen 218 als Reaktion darauf, dass ein menschlicher Fahrer mit dem Fuß auf ein Bremspedal (nicht gezeigt) drückt, und/oder als Reaktion auf Anweisungen innerhalb der Bremssteuerung 250 betätigt werden. Ferner kann die Bremssteuerung 250 die Bremsen 218 als Reaktion auf Informationen und/oder Anforderungen, die durch die Fahrzeugsystemsteuerung 255 erfolgen, anwenden. In gleicher Weise kann eine Reibungskraft auf die Räder 216 als Reaktion darauf, dass der menschliche Fahrer ein Bremspedal mit seinem Fuß freigibt, als Reaktion auf Bremssteuerungsanweisungen und/oder Fahrzeugsystemsteuerungsanweisungen und/oder -informationen durch Lösen der Radbremsen 218 reduziert werden. Zum Beispiel können Fahrzeugbremsen als Teil eines automatisierten Motorstoppvorgangs über die Steuerung 250 eine Reibungskraft auf die Räder 216 ausüben.
  • Als Reaktion auf eine Anforderung, das Fahrzeug 225 zu beschleunigen, kann die Fahrzeugsystemsteuerung eine Fahrerbedarfsleistung oder Leistungsanforderung von einem Fahrpedal oder einer anderen Vorrichtung erhalten. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 weist dann einen Teil der angeforderten Fahrerbedarfsleistung dem Motor und den restlichen Teil dem ISG oder BISG zu. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 fordert die Motorleistung von der Motorsteuerung 12 und die ISG-Leistung von der Steuerung 252 der elektrischen Maschine an. Wenn die ISG-Leistung plus die Motorleistung kleiner ist als eine Getriebeeingangsleistungsbeschränkung (z. B. ein nicht zu überschreitender Schwellenwert), wird die Leistung an den Drehmomentwandler 206 abgegeben, der dann mindestens einen Teil der angeforderten Leistung an die Getriebeeingangswelle 270 weitergibt. Die Getriebesteuerung 254 verriegelt selektiv die Drehmomentwandlerkupplung 212 und rückt Gänge über die Gangkupplungen 211 als Reaktion auf Schaltpläne und TCC-Überbrückungspläne ein, die auf der Eingangswellenleistung und der Fahrzeuggeschwindigkeit basieren können. Unter einigen Bedingungen kann, wenn es möglicherweise gewünscht ist, die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie aufzuladen, eine Ladeleistung (z. B. eine negative ISG-Leistung) angefordert werden, während eine Fahrerbedarfsleistung ungleich null vorliegt. Die Fahrzeugsystemsteuerung 255 kann eine erhöhte Motorleistung anfordern, um die Ladeleistung zu überwinden, um die Fahrerbedarfsleistung zu erfüllen.
  • Dementsprechend kann die Leistungssteuerung der verschiedenen Antriebsstrangkomponenten durch die Fahrzeugsystemsteuerung 255 überwacht werden, wobei eine lokale Leistungssteuerung für den Motor 10, das Getriebe 208, die elektrische Maschine 240 und die Bremsen 218 über die Motorsteuerung 12, die Steuerung 252 der elektrischen Maschine, die Getriebesteuerung 254 und die Bremssteuerung 250 bereitgestellt wird.
  • Als ein Beispiel kann ein Motorleistungsausgang durch ein Einstellen einer Kombination aus einem Zündzeitpunkt, einer Kraftstoffimpulsbreite, einer Kraftstoffimpulstaktung und/oder einer Luftladung, durch ein Steuern von Drosselöffnung und/oder Ventilansteuerung, einem Ventilhub und einer Aufladung für turboaufgeladene oder per Kompressor aufgeladene Motoren gesteuert werden. Im Fall eines Dieselmotors kann die Steuerung 12 den Motorleistungsausgang durch ein Steuern einer Kombination aus einer Kraftstoffimpulsbreite, einer Kraftstoffimpulstaktung und einer Luftladung steuern. Eine Motorbremsleistung oder negative Motorleistung kann durch ein Drehen des Motors bereitgestellt werden, wobei der Motor Leistung erzeugt, die nicht ausreicht, um den Motor zu drehen. Somit kann der Motor eine Bremsleistung erzeugen, indem er mit einer geringen Leistung betrieben wird, während er Kraftstoff verbrennt, wobei ein oder mehrere Zylinder abgeschaltet sind (z. B. keinen Kraftstoff verbrennen), oder wobei alle Zylinder abgeschaltet sind und während der Motor gedreht wird. Die Menge der Motorbremsleistung kann über ein Einstellen der Motorventilansteuerung eingestellt werden. Die Motorventilansteuerung kann eingestellt werden, um die Motorverdichtungsarbeit zu erhöhen oder zu verringern. Ferner kann die Motorventilansteuerung eingestellt werden, um die Motorexpansionsarbeit zu erhöhen oder zu verringern. In allen Fällen kann die Motorsteuerung auf einer Zylinder-für-Zylinder-Basis durchgeführt werden, um den Motorleistungsausgang zu steuern.
  • Die Steuerung 252 der elektrischen Maschine kann den Leistungsausgang und die Erzeugung elektrischer Energie von dem ISG 240 steuern, indem sie den Strom einstellt, der zu und von Feld- und/oder Ankerwicklungen des ISG 240 fließt, wie in dem Fachgebiet bekannt ist.
  • Die Getriebesteuerung 254 empfängt die Getriebeeingangswellenposition über einen Positionssensor 271. Die Getriebesteuerung 254 kann die Getriebeeingangswellenposition durch ein Differenzieren eines Signals von dem Positionssensor 271 oder ein Zählen einer Anzahl bekannter Winkelabstandsimpulse über ein vorher festgelegtes Zeitintervall hinweg in eine Eingangswellendrehzahl umwandeln. Die Getriebesteuerung 254 kann das Drehmoment der Getriebeausgangswelle von einem Drehmomentsensor 272 empfangen. Alternativ kann es sich bei dem Sensor 272 um einen Positionssensor oder Drehmoment- und Positionssensor handeln. Falls der Sensor 272 ein Positionssensor ist, kann die Steuerung 254 Wellenpositionsimpulse über ein vorher festgelegtes Zeitintervall hinweg zählen, um die Getriebeausgangswellengeschwindigkeit zu bestimmen. Die Getriebesteuerung 254 kann außerdem die Getriebeausgangswellendrehzahl differenzieren, um die Getriebeausgangswellenbeschleunigung zu bestimmen. Die Getriebesteuerung 254, die Motorsteuerung 12 und die Fahrzeugsystemsteuerung 255 können außerdem zusätzliche Getriebeinformationen von Sensoren 277 empfangen, die unter anderem Drucksensoren der Pumpenausgangsleitung, hydraulische Drucksensoren des Getriebes (z. B. Fluiddrucksensoren der Getriebekupplung), ISG-Temperatursensoren und BISG-Temperaturen, Gangschalthebelsensoren und Umgebungstemperatursensoren beinhalten können. Die Getriebesteuerung 254 kann zudem eine angeforderte Gangeingabe von einem Gangschalthebel 290 (z. B. einer Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung) empfangen. Der Gangschalthebel 290 kann Positionen für die Gänge 1-X (wobei X eine obere Gangzahl ist), D (Fahren), Leerlauf (N) und P (Parken) beinhalten. Der Schalthebel 293 des Schaltwählhebels 290 kann über einen Magnetspulenaktor 291, der selektiv verhindert, dass sich der Schalthebel 293 aus der Park- oder Leerlaufposition in die Rückwärts- oder Vorwärtsgangposition (z. B. Fahren) bewegt, daran gehindert werden, sich zu bewegen.
  • Die Bremssteuerung 250 empfängt Raddrehzahlinformationen über einen Raddrehzahlsensor 221 und Bremsanforderungen von der Fahrzeugsystemsteuerung 255. Die Bremssteuerung 250 kann zudem Bremspedalpositionsinformationen von dem in 1 gezeigten Bremspedalsensor 154 direkt oder über ein CAN 299 empfangen. Die Bremssteuerung 250 kann als Reaktion auf einen Radleistungsbefehl von der Fahrzeugsystemsteuerung 255 ein Bremsen bereitstellen. Die Bremssteuerung 250 kann zudem ein Antiblockier- und Fahrzeugstabilitätsbremsen bereitstellen, um das Bremsen und die Stabilität des Fahrzeugs zu verbessern. Daher kann die Bremssteuerung 250 eine Radleistungsbeschränkung (z. B. einen nicht zu überschreitenden Schwellenwert für die negative Radleistung) für die Fahrzeugsystemsteuerung 255 bereitstellen, sodass eine negative ISG-Leistung nicht dazu führt, dass die Radleistungsbeschränkung überschritten wird. Zum Beispiel wird, falls die Steuerung 250 eine Beschränkung für die negative Radleistung von 50 Nm ausgibt, die ISG-Leistung so eingestellt, dass sie weniger als 50 Nm (z.B. 49 Nm) an negativer Leistung an den Rädern bereitstellt, einschließlich des Berücksichtigens der Getriebeübersetzung.
  • Nun ist unter Bezugnahme auf 3 ein beispielhaftes elektrisches Fahrzeugleistungssystem 300 gezeigt. Das elektrische Fahrzeugleistungssystem 300 ist im Fahrzeug 225 beinhaltet. Das elektrische Fahrzeugleistungssystem 300 beinhaltet einen Niederspannungsbus 273 und einen Hochspannungsbus 274 zum Verteilen von elektrischer Leistung durch das gesamte Fahrzeugleistungssystem 300. Der Niederspannungsbus 273 und der Hochspannungsbus 274 können aus getrennten elektrischen Leitern bestehen.
  • Die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie und der DC-DC-Wandler 281 sind der Darstellung nach direkt elektrisch an den Hochspannungsbus 274 gekoppelt. Der DC-DC-Wandler 281 puffert den Niederspannungsbus 273 von dem Hochspannungsbus 274. In diesem Zusammenhang bezieht sich „gepuffert“ auf das Begrenzen oder Steuern des Stromflusses zu oder von einer „gepufferten“ Vorrichtung. Zum Beispiel kann verhindert werden, dass elektrischer Strom über den DC-DC-Wandler 281 vom Niederspannungsbus zum Hochspannungsbus fließt. Alternativ kann verhindert werden, dass elektrischer Strom über den DC-DC-Wandler 281 vom Niederspannungsbus zum Hochspannungsbus fließt.
  • Der BISG 219, der Anlasser 96, der DC-DC-Wandler 281, die Diode 304 und die Niederspannungsbatterie 280 sind alle direkt an den Niederspannungsbus 273 gekoppelt. Die Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie, der DC-DC-Wandler 281 und einige Vorrichtungen, die in 2 gezeigt sind, sind direkt elektrisch an den Hochspannungsbus 274 gekoppelt.
  • In dem Leistungssystem 300 verhindert die Diode 304, dass elektrischer Strom von dem Ultrakondensator und einem gepufferten elektrischen Niederspannungsverbraucher 312 (z. B. Unterhaltungssystemen, elektrischen Lenksystemen, Klimaanlagen und Heizsystemen usw.) zu einem Niederspannungsbus 273 fließt. Die Diode 304 ermöglicht, dass elektrischer Strom von dem Niederspannungsbus 273 zu dem Ultrakondensator 310 und Niederspannungsnebenverbrauchern 312 fließt, wenn eine Spannung des Niederspannungsbusses größer als eine Spannung des Ultrakondensators 310 ist. Der Ultrakondensator oder Superkondensator 310 kann aus Kohlenstoffelektroden mit einer elektrostatischen Doppelschichtkapazität bestehen, die Ladung über eine Helmholtz-Schicht trennt. Die Diode 304 ist so vorgespannt, dass eine Anode 304a direkt mit dem Niederspannungsbus 273 gekoppelt ist und die Kathode 304b direkt mit dem Ultrakondensator 310 gekoppelt ist.
  • Der DC-DC-Wandler 281 kann elektrische Ladung von der Speichervorrichtung 275 für elektrische Energie und dem Hochspannungsbus 274 auf den Niederspannungsbus 273 übertragen, wodurch dem BISG 219, dem Anlasser 96, den elektrischen Niederspannungsleistungsverbrauchern 310 (z.B. Fahrzeugleuchten, Fensterhebemotoren usw.), dem Ultrakondensator 310, den gepufferten elektrischen Niederspannungsverbrauchern 312 und der Niederspannungsbatterie 280 elektrische Leistung bereitgestellt wird. Zusätzlich können ein oder mehrere Schalter 330 elektrische Niederspannungsleistungsverbraucher 310 von dem Niederspannungsbus entkoppeln, wenn sie über die Steuerung 12 oder die Fahrzeugsystemsteuerung 255 angewiesen werden, dies zu tun.
  • Somit stellt das System aus den 1-3 ein elektrisches Fahrzeugleistungssystem bereit, das Folgendes umfasst: eine Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie, die elektrisch an einen Hochspannungsbus gekoppelt ist; eine Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie, die elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist; einen DC-DC-Wandler, der elektrisch an den Hochspannungsbus und den Niederspannungsbus gekoppelt ist; einen Ultrakondensator, der über eine Diode von dem Niederspannungsbus gepuffert ist; und eine Steuerung, die in einem nicht transitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen beinhaltet, die die Steuerung dazu veranlassen, einen oder mehrere elektrische Verbraucher als Reaktion auf eine Stromgrenze des DC-DC-Wandlers von dem Niederspannungsbus abzukoppeln. Das elektrische Fahrzeugleistungssystem beinhaltet, dass die Stromgrenze von einem Ladezustand der Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie abhängig ist. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass die Stromgrenze von einem Temperaturzustand der Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie abhängig ist. Das Fahrzeugsystem umfasst ferner zusätzliche Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, einen oder mehrere elektrische Verbraucher als Reaktion auf eine elektrische Stromausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von dem Niederspannungsbus abzukoppeln. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass die Ausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von einem Ladezustand der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie abhängig ist. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass die Ausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von einer Temperatur der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie abhängig ist. Das Fahrzeugsystem umfasst ferner zusätzliche Anweisungen, um die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, einzustellen.
  • Es wird nun auf 4 Bezug genommen, in der eine Fahrzeugbetriebssequenz gemäß dem Verfahren aus 5 gezeigt ist. Die in 4 gezeigte Fahrzeugbetriebssequenz kann durch das System aus den 1-3 zusammen mit dem Verfahren aus 5 bereitgestellt werden. Die in 4 gezeigten Verläufe sind zeitlich ausgerichtet und erfolgen gleichzeitig. Die vertikalen Linien stellen relevante Zeitpunkte während der Sequenz dar. Die SS-Markierungen auf der horizontalen Achse stellen zeitliche Unterbrechungen dar, und die Unterbrechungen können von kurzer oder langer Dauer sein.
  • Der erste Verlauf von oben aus 4 ist ein Verlauf der Spannung eines Niederspannungsbusses (z. B. 274) im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Spannung des Niederspannungsbusses dar und die Spannung nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Kurve 402 stellt die Spannung des Niederspannungsbusses dar.
  • Der zweite Verlauf von oben in 4 ist ein Verlauf eines SOC eines Ultrakondensators im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt den SOC des Ultrakondensators dar und der SOC des Ultrakondensators nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Kurve 404 stellt den SOC des Ultrakondensators dar.
  • Der dritte Verlauf von oben in 4 ist ein Verlauf einer Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher dar und die Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher ist aktiviert oder in den aktiven Zustand gesetzt, wenn sich die Kurve 406 in der Nähe des Pfeils der vertikalen Achse befindet. Die Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher ist nicht aktiviert, wenn sich die Kurve 406 nahe der horizontalen Achse befindet. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Kurve 406 stellt die Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher dar.
  • Der vierte Verlauf von oben in 4 ist ein Verlauf einer Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von elektrischen Verbrauchern (z. B. einer aus dem Niederspannungsbus austretenden Menge von elektrischem Strom, der nicht mehr aus dem Niederspannungsbus austritt) im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von elektrischen Verbrauchern dar und die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von elektrischen Verbrauchern nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Kurve 408 stellt die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von elektrischen Verbrauchern dar.
  • Der fünfte Verlauf von oben in 4 ist ein Verlauf einer Zeitdauer im Zeitverlauf, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen. Die vertikale Achse stellt die Zeitdauer dar, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, und die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Linie 450 stellt eine Schwellenzeitdauer dar, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen. Wenn die Zeitdauer die benötigt wird, um den Motor zu drehen, größer als die Linie 450 ist oder über dieser liegt, dann dreht der BISG 219 den Motor zu langsam und der DC-DC-Spannungsausgang an den Niederspannungsbus kann erhöht werden, um den Drehmomentausgang des BISG 219 zu erhöhen. Wenn die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor zu drehen, kleiner als die Linie 450 ist oder unter dieser liegt, dann dreht der BISG 219 den Motor um einen unzureichenden Abstand innerhalb der zugewiesenen Zeit. Das Messen des innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer zurückgelegten Abstands kann informativer sein als das Bewerten der Drehzahl des Motors, da das Drehen des Motors um einen vorgegebenen Abstand innerhalb einer Zeitdauer angeben kann, dass der Motor Teile eines oder mehrerer spezifischer Takte durchlaufen hat (z. B. Verdichtungstakt, Ansaugtakt usw.), was dazu führen kann, dass die Motordrehzahl variiert und die BISG-Leistung verzerrt. Die Kurve 410 gibt die Zeitdauer an, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen.
  • Der sechste Verlauf von oben in 4 ist ein Verlauf der Motordrehzahl im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt die Motordrehzahl dar und die Motordrehzahl nimmt in der Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Kurve 412 stellt die Motordrehzahl dar. Die horizontale Linie 452 stellt eine angeforderte Motoranlassdrehzahl (z. B. 250 U/min) dar.
  • Der siebte Verlauf von oben aus 4 ist ein Verlauf einer Motorstart-/- betriebsanforderung im Zeitverlauf. Die vertikale Achse stellt den Zustand der Motorstart-/- betriebsanforderung dar und die Motorstart-/-betriebsanforderung ist aktiviert, wenn sich die Kurve 414 auf einem höheren Niveau nahe dem Pfeil der vertikalen Achse befindet. Die Motorstart-/-betriebsanforderung ist nicht aktiviert, wenn die Kurve 414 auf einem niedrigeren Niveau nahe der horizontalen Achse liegt. Es kann versucht werden, den Motor zu starten, und/oder der Motor kann laufen, wenn die Motorstart-/-betriebsanforderung aktiviert ist. Der Motor ist gestoppt oder ihm wird befohlen, zu stoppen, wenn die Motorstart-/-betriebsanforderung nicht aktiviert ist. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zur rechten Seite der Figur zu. Die Kurve 414 stellt den Zustand der Motorstart-/-betriebsanforderung dar.
  • Zum Zeitpunkt t0 ist der Motor ausgeschaltet (z. B. dreht er sich nicht und verbrennt keinen Kraftstoff), und die Motorstartanforderung ist nicht aktiviert. Die Spannung des Niederspannungsbusses liegt bei einer Nennspannung der Niederspannungsbusbatterie (z. B. 12 VDC). Der SOC des Ultrakondensators liegt auf einem höheren Niveau und eine Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher ist nicht aktiviert. Die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von elektrischen Verbrauchern ist null und die Zeit zum Drehen des Motors um einen vorher festgelegten Abstand ist nicht angegeben. Die Motordrehzahl ist null.
  • Zum Zeitpunkt t1 ist eine Anforderung zum Starten des Motors angegeben. Die Motorstartanforderung kann über einen menschlichen oder autonomen Fahrer erzeugt werden. Dem DC-DC-Wandler wird befohlen, die Spannung des Niederspannungsbusses anzuheben, bevor der Motor gedreht wird, oder alternativ dazu während sich der Motor dreht, sodass der BISG ausreichend Drehmoment aufweisen kann, um den Motor mit der angeforderten Motoranlassdrehzahl (z. B. 250 U/min) zu drehen. Die Spannung, die über den DC-DC-Wandler ausgegeben wird, kann abhängig von der BISG-Wicklungstemperatur, der Motoröltemperatur und der Zylinderkopftemperatur sein und auf diesen basieren. Der Spannungsausgang von dem DC-DC-Wandler ist größer als eine Spannung der Niederspannungsbatterie, die direkt an den Niederspannungsbus gekoppelt ist, sodass der DC-DC-Wandler die Spannung des Niederspannungsbusses anheben kann. Es wird erwartet, dass die Spannungsanhebung, die über den DC-DC-Wandler bereitgestellt wird, ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass das vom BISG ausgegebene Drehmoment den Motor innerhalb einer vorher festgelegten Zeitdauer um einen vorher festgelegten Winkelabstand dreht. Die Motordrehzahl beginnt kurz nach Zeitpunkt t1 zuzunehmen, wenn der BISG (nicht gezeigt) beginnt, den Motor zu drehen. Zusätzlich wird die Abkopplung von elektrischen Verbrauchern von dem Niederspannungsbus angefordert, sodass ein größerer Teil des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers dem BISG zugeführt werden kann, sodass das BISG-Drehmoment erhöht werden kann. Das Ausmaß der Abkopplung von elektrischen Verbrauchern liegt auf einem höheren Niveau, was von der elektrischen Stromausgangskapazität der Niederspannungsbatterie 280 und anderen Parametern abhängig sein kann. Die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, ist nicht angegeben und die Motorstart-/- betriebsanforderung bleibt aktiviert.
  • Zum Zeitpunkt t2 hat sich der Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand gedreht, und es ist angegeben, dass die Zeitdauer, die benötigt wird, um über den vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, über dem Schwellenwert 450 liegt. Daher wird die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers erhöht, sodass die Spannung, die an den BISG und den Niederspannungsbus angelegt wird, zunimmt. Der Ultrakondensator-SOC bleibt unverändert und die Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher bleibt aktiviert. Die Menge an elektrischem Strom, die von dem Niederspannungsbus abgekoppelt wird, ist unverändert. Die Motordrehzahl beginnt zuzunehmen, da der Drehmomentausgang des BISG erhöht wird. Die Motorstart-/-betriebsanforderung bleibt aktiviert.
  • Zum Zeitpunkt t3 hat der Motor auf eine Schwellendrehzahl (z.B. Motorleerlaufdrehzahl) beschleunigt und die vom DC-DC-Wandler ausgegebene Spannung wird als Reaktion darauf reduziert. Zusätzlich wird der Spannungsausgang des DC-DC-Wandlers auf eine Spannung reduziert, die vom SOC des Ultrakondensators abhängig ist. Da der SOC des Ultrakondensators ziemlich hoch ist, wird die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf einen Pegel verringert, der etwas größer als der Spannungspegel der Niederspannungsbatterie 280 ist. Die Abkopplungsanforderung für Verbraucher wird zurückgenommen und die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von Verbrauchern wird auf null reduziert. Durch das Zurückziehen der Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher können elektrische Niederspannungsverbraucher über die Niederspannungsbatterie 280 und den DC-DC-Wandler 281 mit Leistung versorgt werden. Eine Unterbrechung der Sequenz ist zwischen Zeitpunkt t3 und Zeitpunkt t10 angegeben.
  • Zum Zeitpunkt t10 ist der Motor ausgeschaltet (z. B. dreht er sich nicht und verbrennt keinen Kraftstoff), und die Motorstartanforderung ist nicht aktiviert. Die Spannung des Niederspannungsbusses liegt bei einer Nennspannung der Niederspannungsbusbatterie (z. B. 12 VDC). Der SOC des Ultrakondensators ist niedrig und eine Abkopplung von elektrischen Verbrauchern wird nicht angefordert. Die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von elektrischen Verbrauchern ist null und die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, ist nicht angegeben. Die Motordrehzahl ist Null und die Motorstart-/-betriebsanforderung ist nicht aktiviert.
  • Zum Zeitpunkt t11 ist eine Anforderung zum Starten des Motors angegeben. Die Motorstartanforderung kann über einen menschlichen oder autonomen Fahrer erzeugt werden. Dem DC-DC-Wandler wird befohlen, die Spannung des Niederspannungsbusses anzuheben, bevor der Motor gedreht wird, oder alternativ dazu während sich der Motor dreht, sodass der BISG ausreichend Drehmoment aufweisen kann, um den Motor in einer vorher festgelegten Zeitdauer um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen (z. B. 500 Grad Kurbelwinkel in einer Sekunde). Die Spannung, die über den DC-DC-Wandler ausgegeben wird, kann abhängig von der BISG-Wicklungstemperatur, der Motoröltemperatur und der Zylinderkopftemperatur sein und auf diesen basieren. Der Spannungsausgang von dem DC-DC-Wandler ist größer als eine Spannung der Niederspannungsbatterie, die direkt an den Niederspannungsbus gekoppelt ist, sodass der DC-DC-Wandler die Spannung des Niederspannungsbusses und die Spannung, die an den BISG angelegt wird, anheben kann. Es wird erwartet, dass die Spannungsanhebung, die über den DC-DC-Wandler bereitgestellt wird, ausreichend ist, um zu ermöglichen, dass das vom BISG ausgegebene Drehmoment den Motor innerhalb einer vorher festgelegten Zeitdauer um einen vorher festgelegten Winkelabstand dreht. Die Motordrehzahl beginnt kurz nach Zeitpunkt t11 zuzunehmen, wenn der BISG (nicht gezeigt) beginnt, den Motor zu drehen. Zusätzlich wird die Abkopplung von elektrischen Verbrauchern von dem Niederspannungsbus angefordert, sodass ein größerer Teil des Ausgangsstroms und der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers dem BISG zugeführt werden kann, sodass das BISG-Drehmoment erhöht werden kann. Das Ausmaß der Abkopplung von elektrischen Verbrauchern liegt auf einem niedrigerem Niveau, was von der elektrischen Stromausgangskapazität der Niederspannungsbatterie 280 und anderen Parametern abhängig sein kann. Die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, ist nicht angegeben und die Motorstart-/- betriebsanforderung bleibt aktiviert.
  • Zum Zeitpunkt t12 hat sich der Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand gedreht, und es ist angegeben, dass die Zeitdauer, die benötigt wird, um über den vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, unter dem Schwellenwert 450 liegt. Daher wird die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf ihrem gegenwärtigen Pegel gehalten. Alternativ kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers reduziert werden, wenn die Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand zu drehen, kurz ist. Der SOC des Ultrakondensators erhöht sich um eine kleine Menge und die Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher bleibt aktiviert. Die Menge an elektrischem Strom, die von dem Niederspannungsbus abgekoppelt wird, ist unverändert. Die Motordrehzahl bleibt auf ihrem vorherigen Niveau und die Motorstart-/-betriebsanforderung bleibt aktiviert.
  • Zum Zeitpunkt t13 hat der Motor auf eine Schwellendrehzahl (z.B. Motorleerlaufdrehzahl) beschleunigt und die vom DC-DC-Wandler ausgegebene Spannung wird als Reaktion darauf reduziert. Zusätzlich wird der Spannungsausgang des DC-DC-Wandlers auf eine Spannung erhöht, die von dem SOC des Ultrakondensators und dem elektrischen Verbraucher abhängig ist, der dem Niederspannungsbus hinzugefügt wird, indem die Abkopplung von elektrischen Verbrauchern beseitigt wird. Da der SOC des Ultrakondensators ziemlich niedrig ist, wird die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers nicht weiter verringert. Der SOC des Ultrakondensators nimmt weiter zu. Die Abkopplungsanforderung für Verbraucher wird zurückgenommen und die Stromreduzierungsmenge bei einer Abkopplung von Verbrauchern wird auf null reduziert. Durch das Zurückziehen der Abkopplungsanforderung für elektrische Verbraucher können elektrische Niederspannungsverbraucher über die Niederspannungsbatterie 280 und den DC-DC-Wandler 281 mit Leistung versorgt werden.
  • Auf diese Weise kann eine Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers eingestellt werden, um den Drehmomentausgang einer elektrischen Maschine einzustellen, sodass der Motorstartzeitpunkt verbessert werden kann. Die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers, die an den Niederspannungsbus angelegt wird, kann auf Grundlage der Zeitdauer erhöht oder verringert werden, die der Motor benötigt, um sich um einen vorher festgelegten Abstand zu drehen. Ferner kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers gemäß einer Motorstoppposition eingestellt werden, sodass, wenn erwartet wird, dass das Drehmoment zum Drehen des Motors höher ist, die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers erhöht werden kann. Wenn erwartet wird, dass das Drehmoment zum Drehen des Motors geringer ist, kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers verringert werden, um Energie zu sparen. Zusätzlich kann die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers eingestellt werden, um das Laden der Niederspannungsbatterie und des Ultrakondensators zu verbessern.
  • Unter nunmehriger Bezugnahme auf 5 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs gezeigt. Zumindest Teile des Verfahrens 500 können als ausführbare Steueranweisungen umgesetzt sein, die in nicht transitorischem Speicher gespeichert sind. Das Verfahren 500 kann mit dem System aus den 1-3 zusammenwirken. Zusätzlich kann es sich bei Teilen des Verfahrens 500 um Handlungen handeln, die in der physischen Welt vorgenommen werden, um einen Betriebszustand eines Aktors oder einer Vorrichtung zu verändern. Das Verfahren aus 5 kann als ausführbare Anweisungen, die in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind, in das System aus den 1-3 einbezogen werden.
  • Bei 502 bestimmt das Verfahren 500 Fahrzeugbetriebsbedingungen. Fahrzeugbetriebsbedingungen können unter anderem Motordrehzahl, BISG-Wicklungstemperatur, Motoröltemperatur, Motorzylinderkopftemperatur, Motorstoppposition und die Spannung des Niederspannungsbusses beinhalten. Die Fahrzeugbetriebsbedingungen können über die Sensoren und Aktoren bestimmt werden, die in der vorliegenden Schrift beschrieben werden. Das Verfahren 500 geht zu 504 über.
  • Bei 504 beurteilt das Verfahren 500, ob der Motor gestoppt ist. Das Verfahren 500 kann beurteilen, dass der Motor gestoppt ist, wenn sich der Motor nicht dreht. Falls das Verfahren 500 beurteilt, dass der Motor gestoppt ist, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 500 geht zu 506 über. Andernfalls lautet die Antwort Nein und geht das Verfahren 500 zu 530 über.
  • Bei 506 beurteilt das Verfahren 500, ob eine Motorstartanforderung vorliegt. Das Verfahren 500 kann beurteilen, dass eine Motorstartanforderung vorliegt, wenn ein Mensch, eine Steuerung oder ein autonomer Fahrer anfordert, dass ein Motor gestartet wird. Die Motorstartanforderung kann in eine Mensch-Maschine-Schnittstelle eingegeben werden oder sie kann über eine Steuerung als Reaktion auf Fahrzeugbetriebsbedingungen (z. B. Fahrpedalposition und Bremspedalposition) erzeugt werden. Falls das Verfahren 500 beurteilt, dass der Motorstart angefordert wird, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 500 geht zu 508 über. Andernfalls lautet die Antwort Nein und das Verfahren 500 geht zum Ende über.
  • Bei 508 bestimmt das Verfahren 500 eine Menge an elektrischem Strom, der durch das Abkoppeln von Verbrauchern von dem Niederspannungsbus abgekoppelt werden soll. Elektrischer Strom kann durch Abkoppeln von Verbrauchern von dem Niederspannungsbus abgekoppelt werden, indem ein Schalter geöffnet wird und elektrische Niederspannungsverbraucher vom Niederspannungsbus getrennt werden. Zum Beispiel kann eine Scheibenheizung von dem Niederspannungsbus entkoppelt werden, um den elektrischen Strom zu reduzieren, der aus dem Niederspannungsbus entnommen wird. Elektrische Verbraucher, die von dem Niederspannungsbus abgekoppelt werden, können unter anderem Fahrzeugleuchten, Unterhaltungssysteme, Fensterhebermotoren, Türschlösser, DC-AC-Wechselrichter beinhalten. Die elektrischen Verbraucher können einzeln von dem Niederspannungsbus getrennt werden, sodass der von dem Niederspannungsbus entnommene elektrische Strom geringer als eine Schwellenstrommenge ist. In einem Beispiel kann das Ausmaß der Stromreduzierung durch die Abkopplung von Verbrauchern wie folgt angegeben werden: I l o a d _ c a p = f 1 ( D C D C I _ lim ) + f 2 ( L B a t _ S O C , L B a t _ t e m p , L B a t _ a g e )
    Figure DE102021103656A1_0001
     I L o a d _ s h e d = I l o a d _ c a p − I B I S G _ r o t − I r e s − I L v _ l o a d s
    Figure DE102021103656A1_0002
    wobei Iload cap die Stromkapazität des Niederspannungsbusses ist, f1 eine Funktion ist, die eine Stromausgangskapazität des DC-DC-Wandlers an den Niederspannungsbus zurückgibt, wobei DCDCI_lim eine Eingangsstromgrenze für den DC-DC-Wandler 281 ist, die von dem SOC der Hochspannungsbatterie, der Hochspannungsbatterietemperatur, dem Hochspannungsbatteriealter und elektrischen Verbrauchern, die an der Hochspannungsbatterie anliegen, abhängig ist, f2 eine Funktion ist, die eine Stromausgangskapazität der Niederspannungsbatterie 280 zurückgibt, LBat_SOC der SOC der Niederspannungsbatterie ist, LBat_temp die Niederspannungsbatterietemperatur ist und LBac_age ein Alterungsfaktor für die Niederspannungsbatterie ist. ILoad_shed ist die Menge an elektrischem Strom, die während des Anlassens des Motors durch Abkoppeln von Verbrauchern von dem Niederspannungsbus abgekoppelt oder entfernt werden soll, IBISG_rot ist eine Menge an Strom, von der erwartet wird, dass sie von dem BISG verwendet wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Winkelabstand in einer Schwellenzeitdauer zu drehen, Ires ist eine Stromreserve für den Niederspannungsbus ist und ILV_loads ist eine Menge an Strom, die gegenwärtig angeschalteten Niederspannungsverbrauchern zugeführt wird, die an den Niederspannungsbus angelegt sind. Wenn ein Wert von ILoad_shed negativ ist, wird die negative Menge an elektrischem Strom von dem Niederspannungsbus durch Entkopplung von einem oder mehreren elektrischen Niederspannungsverbrauchern von dem Niederspannungsbus abgekoppelt oder entfernt. Wenn zum Beispiel ILoad_shed = -20 Ampere, wobei ILoad cap = 200, IBISG rot= 175 Ampere, Ires = 20 Ampere und ILV_loads = 25 Ampere, dann wird eine Abkopplung von Verbrauchern von 20 Ampere (z. B. dem absoluten Wert der -20 Ampere) angefordert und 5 Ampere werden Niederspannungsverbrauchern zur Verfügung gestellt. Wenn die elektrischen Niederspannungsverbraucher, die die 25 Ampere elektrischen Strom bilden, der den elektrischen Niederspannungsverbrauchern zugeführt wird, eine Scheibenheizung, die 20 Ampere nutzt, und ein Unterhaltungssystem, das 5 Ampere nutzt, beinhalten, dann kann die Scheibenheizung vom Niederspannungsbus entkoppelt werden, wenn der Motor angelassen wird und die Abkopplung von Niederspannungsverbrauchern angefordert wird. Wenn der Wert von ILoad_shed null oder positiv ist, werden keine elektrischen Verbraucher vom Niederspannungsbus abgekoppelt. Das Verfahren 500 koppelt elektrische Verbraucher von dem Niederspannungsbus ab und geht zu 510 über.
  • Bei 510 stellt das Verfahren 500 eine Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers gemäß einer Motorstoppposition ein. In einem Beispiel stellt das Verfahren 500 eine Spannungsanhebungsmenge, die dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Position oder dem Kurbelwellenwinkel ein, bei dem der Motor zuletzt gestoppt wurde. Zum Beispiel, wie in 6 gezeigt, kann der Ausgang des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Kurbelwellenwinkel, bei dem der Motor zuletzt gestoppt wurde, eingestellt werden. Der Kurbelwellenwinkel des Motors kann relativ zum oberen Totpunkt des Verdichtungstakts von Zylinder Nummer eins gemessen werden und der Kurbelwellenwinkel kann einen Bereich von 0-719 Grad für einen Viertaktmotor aufweisen.
  • Der Wert des auf der Motorposition basierenden Zusatzspannungsaddierers (Vpos) kann in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel, bei dem der Motor stoppt, zunehmen und abnehmen. Wenn beispielsweise der Motor ein Einzylindermotor ist und der Motor nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts des Zylinders stoppt, kann das erwartete Anlassdrehmoment zum Starten der Motordrehung höher sein, da der Zylinder eine Luftladung komprimiert. Wenn jedoch der Motor nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts und während eines Arbeitstakts gestoppt wird, kann das erwartete Anlassdrehmoment geringer sein, da sich das Zylindervolumen ausdehnt, abhängig von der Zeitdauer, in der sich der Motor nicht gedreht hat. 6 zeigt ein Beispiel für eine DC-DC-Spannungsanhebung in Abhängigkeit von einer letzten Motorstoppposition oder einem letzten Kurbelwellenwinkel. Das Verfahren 500 bestimmt die Motorstoppposition basierend auf der Einstellung der Zusatzspannung durch Indexieren oder Referenzieren einer Tabelle oder Funktion und geht zu 512 über.
  • Bei 512 bestimmt das Verfahren 500 die Erhöhung der Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers auf Grundlage der BISG-Wicklungstemperatur. Höhere Wicklungstemperaturen der elektrischen Maschine können einen hohen Wicklungswiderstand angeben und ein höherer Wicklungswiderstand kann zu einem geringeren Stromfluss durch die elektrische Maschine führen. Ein geringerer Stromfluss durch die elektrische Maschine kann den Drehmomentausgang der elektrischen Maschine reduzieren, wodurch die Motoranlassdrehzahl reduziert wird. Das Verfahren 500 bestimmt die Zusatzspannung Vwin für die aktuelle Wicklungstemperatur der elektrischen Maschine durch Indexieren oder Referenzieren einer Funktion wie in 6 gezeigt und geht zu 514 über.
  • Bei 514 bestimmt das Verfahren 500 Erhöhungen der Zusatzspannung für den DC-DC-Wandler auf Grundlage der Motortemperatur. In einem Beispiel kann das Verfahren 500 eine Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers gemäß einer Motorzylinderkopftemperatur einstellen. Insbesondere stellt das Verfahren 500 eine Erhöhungsmenge, die dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Motortemperatur (z. B. Zylinderkopftemperatur) gemäß einer empirisch bestimmten Funktion ein, wie in 6 gezeigt. Die Motortemperatur kann eine Drehmomentmenge angeben, die zum Drehen eines Motors erforderlich ist. Bei einigen Motoren können höhere Motortemperaturen angeben, dass eine größere Drehmomentmenge erforderlich sein kann, um den Motor mit einer angeforderten Motoranlassdrehzahl zu drehen. Niedrigere Motortemperaturen können angeben, dass eine geringere Drehmomentmenge erforderlich sein kann, um den Motor mit der angeforderten Motoranlassdrehzahl zu drehen. 6 zeigt ein Beispiel für eine DC-DC-Spannungsanhebung in Abhängigkeit von der Motortemperatur. Das Verfahren 500 bestimmt die Zusatzspannung Veng für die aktuelle Motortemperatur durch Referenzieren einer Tabelle oder Funktion, die im Speicher gespeichert ist, und geht zu 514 über.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren 500 eine Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers gemäß einer anderen Motortemperatur (z. B. einer Motoröltemperatur) einstellen. Insbesondere stellt das Verfahren 500 in einem Beispiel eine Zusatzspannungsmenge, die dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Motoröltemperatur ein. Die Motoröltemperatur kann eine Drehmomentmenge angeben, die zum Drehen eines Motors erforderlich ist. Bei einigen Motoren können höhere Motoröltemperaturen angeben, dass eine größere Drehmomentmenge erforderlich sein kann, um den Motor mit einer angeforderten Motoranlassdrehzahl zu drehen. Niedrigere Motoröltemperaturen können angeben, dass eine geringere Drehmomentmenge erforderlich sein kann, um den Motor mit der angeforderten Motoranlassdrehzahl zu drehen.
  • Bei 516 kurbelt das Verfahren 500 den Motor über den BISG an. Der Motor kann über elektrische Energie angelassen werden, die über den DC-DC-Wandler zugeführt wird. Daher summiert das Verfahren 500 alle Zusatzspannungen und gibt die Zusatzspannung über den DC-DC-Wandler an den Niederspannungsbus aus, um die Spannung des Niederspannungsbusses zu erhöhen. In einem Beispiel besteht die Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers aus einer Basisspannung (z.B. 12 VDC) und einer Vielzahl von Addiererspannungen, die wie folgt ausgedrückt werden können: V b o o s t = V b a s e + V p o s + V e n g + V w i n
    Figure DE102021103656A1_0003
    wobei Vboost eine Variable ist, die die endgültige Zusatzspannung darstellt, die von dem DC-DC-Wandler an den Niederspannungsbus ausgegeben wird, Vbase eine Variable ist, die eine Basiszusatzspannung (z. B. 12 VDC) darstellt, Vpos eine Variable ist, die einen auf der Motorposition basierenden Zusatzspannungsaddierer darstellt, Veng eine Variable ist, die einen auf der Motortemperatur basierenden Zusatzspannungsaddierer darstellt, und Vwin eine Variable ist, die einen auf der Wicklungstemperatur der elektrischen Maschine basierenden Zusatzspannungsaddierer darstellt.
  • Wenn sich alle anderen Zusatzspannungsaddiererwerte außer Vbase zu null addieren, kann der DC-DC-Wandler keine Zusatzspannung ausgeben. Die Zusatzspannung kann an den Niederspannungsbus ausgegeben werden, bevor der Motor gedreht wird und während der Motor gestoppt ist, sodass der BISG oder Anlasser für den frühen Abschnitt der Motoranlasssequenz der Zusatzspannung ausgesetzt ist. Somit kann der Drehmomentausgang über den BISG oder den Anlasser während der Motoranlasssequenz einheitlich sein, sodass Motordrehzahlabweichungen während des Motoranlassens minimiert werden können, was die Kundenzufriedenheit verbessert. Alternativ dazu kann das Verfahren 500 die Zusatzspannung zum selben Zeitpunkt, an dem das Motoranlassen beginnt, oder kurz danach ausgeben, um die Möglichkeit des Verzögerns des Motoranlassens zu vermeiden. Einige Kunden bevorzugen möglicherweise eine schnelle Reaktion auf eine Motorstartanforderung, und das gleichzeitige Anlassen des Motors und Anheben der Spannung des Niederspannungsbusses kann ihre Produktzufriedenheit erhöhen. Das Verfahren 500 versucht, den Motor in einer vorher festgelegten Zeitdauer um einen vorher festgelegten Abstand zu drehen, indem eine Zusatzpannung an den BISG angelegt wird und der Motor über den BISG gedreht wird. Das Verfahren 500 führt dem Motor zudem einen Zündfunken und Kraftstoff zu, um den Motor zu starten. Das Verfahren 500 geht zu 518 über.
  • Bei 518 beurteilt das Verfahren 500, ob der Motor gestartet ist. In einem Beispiel kann das Verfahren 500 beurteilen, dass der Motor gestartet wird, wenn eine Drehzahl des Motors die Motorleerlaufdrehzahl (z. B. 600 U/min) erreicht. Falls das Verfahren 500 beurteilt, dass der Motor gestartet wurde, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 500 geht zu 520 über. Zusätzlich kann das Verfahren 500 enden, wenn der Motor für einen Schwellenzeitdauer ohne Starten des Motors angelassen wurde. Wenn das Verfahren 500 beurteilt, dass der Motor nicht gestartet wurde, lautet die Antwort Nein und das Verfahren 500 geht zu 522 über.
  • Bei 522 beurteilt das Verfahren 500, ob die Zeitdauer, die zum Drehen des Motors um eine vorbestimmte Anzahl von Motorkurbelwellengraden benötigt wird, größer als eine Schwellenzeitdauer ist. Ist dies der Fall, lautet die Antwort Ja und geht das Verfahren 500 zu 524 über. Andernfalls lautet die Antwort Nein und das Verfahren 500 kehrt zu 516 zurück.
  • Bei 524 stellt das Verfahren 500 die Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers ein, um den Motor schneller zu drehen. In einem Beispiel wird die DC-DC-Zusatzspannung in Abhängigkeit von der Zeitdauer eingestellt, die der BISG benötigt hat, um den Motor um die vorher festgelegte Anzahl von Motorkurbelwellengraden zu drehen. Wenn zum Beispiel der BISG 0,2 Sekunden länger als erwartet benötigt hat, um den Motor um die vorher festgelegte Anzahl von Kurbelwellengraden zu drehen, kann die DC-DC-Zusatzspannung um 0,5 Volt erhöht werden. Das Verfahren 500 kehrt zu 516 zurück.
  • Bei 520 stellt das Verfahren 500 die DC-DC-Wandler-Zusatzspannung, die an den Niederspannungsbus angelegt wird, gemäß einem SOC des Ultrakondensators und dem SOC der Niederspannungsbatterie ein, die an den Niederspannungsbus gekoppelt ist. Der SOC des Ultrakondensators und der Niederspannungsbatterie kann durch Messen von Spannungen des Ultrakondensators und der Niederspannungsbatterie und Zählen von Coulomb bestimmt werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt. In einem Beispiel kann die Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers, die auf dem SOC des Ultrakondensators (Vcap) basiert, in Abhängigkeit von dem SOC des Ultrakondensators eingestellt werden, wie in 6 gezeigt. Zusätzlich kann die Zusatzspannung des DC-DC-Wandlers in Abhängigkeit von der Niederspannungsbatteriespannung eingestellt werden, wie in 6 gezeigt. Die DC-DC-Wandlerausgangsspannung kann auf Grundlage eines Werts Vlv bat aufwärts oder abwärts eingestellt werden. Das Verfahren 500 entfernt zudem die Abkopplung von elektrischen Verbrauchern und koppelt elektrische Niederspannungsverbraucher wieder an den Niederspannungsbus. Das Verfahren 500 geht zu 526 über.
  • Bei 526 beurteilt das Verfahren 500, ob der Ultrakondensator und die Niederspannungsbatterie auf gewünschte Pegel geladen sind. Ist dies der Fall, lautet die Antwort Ja und geht das Verfahren 500 zu 528 über. Anderenfalls lautet die Antwort Nein und das Verfahren 500 kehrt zu 520 zurück.
  • Bei 528 deaktiviert das Verfahren 500 die Zusatzspannung von dem DC-DC-Wandler (reduziert z. B. die Zusatzspannung auf null) und führt dem Niederspannungsbus über den BISG Ladung zu. Anders ausgedrückt wechselt der BISG vom Betrieb als Elektromotor zum Betrieb als Generator. Das Verfahren 500 endet dann.
  • Bei 530 beurteilt das Verfahren 500, ob ein Motorstopp angefordert wurde. Ein Motorstopp kann über einen Menschen, eine Steuerung oder über einen autonomen Fahrer angefordert werden. Wenn das Verfahren 500 beurteilt, dass ein Motorstopp angefordert wurde, lautet die Antwort Ja und das Verfahren 500 geht zu 532 über. Ansonsten lautet die Antwort Nein und das Verfahren 500 geht zu 540 über.
  • Bei 532 stoppt das Verfahren 500 die Motordrehung, indem es die Kraftstoff- und Zündfunkenabgabe an den Motor beendet. Das Verfahren 500 endet dann.
  • Bei 540 führt das Verfahren 500 dem Niederspannungsbus über den BISG elektrische Ladung zu, um elektrische Vorrichtungen mit Leistung zu versorgen, die elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt sind, und um Speichervorrichtungen für elektrische Energie zu laden, die elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt sind. Alternativ kann das Verfahren 500 dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler elektrische Ladung zuführen. Das Verfahren 500 endet dann.
  • Somit stellt das Verfahren aus 5 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereit, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers, der direkt elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist, und Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion auf eine Motorstartanforderung; Anlassen des Motors über eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist; und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand eines Ultrakondensators, der direkt an gepufferte elektrische Fahrzeugverbraucher gekoppelt ist, als Reaktion auf den Abschluss des Anlassens des Motors. Das Verfahren beinhaltet, dass die gepufferten elektrischen Fahrzeugverbraucher über eine Diode gepuffert werden und dass der Ultrakondensator direkt elektrisch an eine Kathode der Diode gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet, dass das Anlassen des Motors abgeschlossen ist, wenn die Motordrehzahl größer als eine Schwellendrehzahl ist. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand (SOC) einer Batterie, die direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Motortemperatur, während der Motor gestoppt ist. Das Verfahren beinhaltet, dass das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf die Motorstartanforderung das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers vor dem Anlassen des Motors beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet, dass das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf den Ladezustand das Anlegen einer ersten Spannung an den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Ultrakondensators größer als ein erster Schwellenwert ist, und das Anlegen einer zweiten Spannung an den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Ultrakondensators kleiner als der zweite Schwellenwert ist, beinhaltet, wobei die erste Spannung kleiner als die zweite Spannung ist.
  • Das Verfahren aus 5 stellt zudem ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereit, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers, der direkt elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist, und Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion auf eine Motorstartanforderung; Abkoppeln von einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern, die an den Niederspannungsbus angelegt sind, in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Hochspannungsbatterie als Reaktion auf die Motorstartanforderung, wobei die Hochspannungsbatterie elektrisch mit dem DC-DC-Wandler gekoppelt ist; und Anlassen des Motors über eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst ferner das Abkoppeln des einen oder der mehreren elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Niederspannungsbatterie, und dass die Niederspannungsbatterie elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst ferner das Abkoppeln des einen oder mehreren elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von elektrischen Verbrauchern, die an einen Hochspannungsbus gekoppelt sind. Das Verfahren umfasst ferner das Abkoppeln des einen oder mehreren elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von einer Temperatur einer Niederspannungsbatterie. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Abstand zu drehen. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Temperatur von Wicklungen einer elektrischen Maschine.
  • Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6 sind sechs Verläufe gezeigt. Die sechs Verläufe stellen beispielhafte Beziehungen oder Übertragungsfunktionen dar, die im Nurlesespeicher der Steuerung oder im Direktzugriffsspeicher der Steuerung gespeichert sein können. Die in 6 gezeigten Funktionen sind bereitgestellt, um einfach die Beziehungen zwischen Variablen zu zeigen, und sollen den Umfang dieser Offenbarung nicht einschränken. Zusätzlich können die in 6 gezeigten Beziehungen für verschiedene Motoren und BISG unterschiedlich sein.
  • Der erste Verlauf von oben in 6 ist ein Verlauf einer DC-DC-Wandler-Spannungsanhebungsaddiererfunktion, die einen Wert von Vcap zurückgibt, wenn die Funktion über den SOC des Ultrakondensators referenziert wird. Die vertikale Achse stellt die Variable Vcap dar und der Wert von Vcap nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt den SOC des Ultrakondensators dar und der SOC des Ultrakondensators nimmt in der Richtung des Pfeils der horizontalen Achse zu. Die Linie 602 stellt eine Beziehung zwischen einem DC-DC-Spannungsanhebungsaddierer Vcap und dem SOC des Ultrakondensators dar. In diesem Beispiel erhöht sich der Wert von Vcap für niedrigere SOC-Werte des Ultrakondensators und wird für höhere SOC-Werte des Ultrakondensators reduziert oder abgesenkt. Somit stellt die Beziehung 602 eine Erhöhung der Zusatzspannung für den DC-DC-Wandler bereit, die das Laden des Ultrakondensators verbessern kann, nachdem das Anlassen des Motors abgeschlossen ist. Die Beziehung 602 kann über das Anlegen unterschiedlicher Spannungen an den Ultrakondensator und das Bestimmen gewünschter Stromflussraten zwischen dem DC-DC-Wandler und dem Ultrakondensator bestimmt werden.
  • Der zweite Verlauf von oben in 6 ist ein Verlauf einer DC-DC-Wandler-Spannungsanhebungsaddiererfunktion, die einen Wert von Vlv_bat zurückgibt, wenn die Funktion über die Spannung der Niederspannungsbatterie referenziert wird. Die vertikale Achse stellt die Variable Vlv_bat dar und der Wert von Vlv_bat nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Spannung der Niederspannungsbatterie dar und die Spannung der Niederspannungsbatterie nimmt in der Richtung des Pfeils der horizontalen Achse zu. Die Linie 603 stellt eine Beziehung zwischen einem DC-DC-Spannungsanhebungssaddierer Vlv_bat und einer Spannung der Niederspannungsbatterie dar. In diesem Beispiel nimmt der Wert von Vlv_bat für niedrigere Spannungen der Niederspannungsbatterie zu und wird für höhere Spannungswerte der Niederspannungsbatterie reduziert oder abgesenkt. Somit stellt die Beziehung 603 eine Erhöhung der Zusatzspannung für den DC-DC-Wandler bereit, die das Laden der Niederspannungsbatterie verbessern kann, nachdem das Anlassen des Motors abgeschlossen ist. Die Beziehung 603 kann über das Anlegen unterschiedlicher Spannungen an die Niederspannungsbatterie und das Bestimmen gewünschter Stromflussraten zwischen dem DC-DC-Wandler und der Niederspannungsbatterie bestimmt werden.
  • Der dritte Verlauf von oben in 6 ist ein Verlauf einer DC-DC-Wandler-Spannungsanhebungsaddiererfunktion, die einen Wert von Veng zurückgibt, wenn die Funktion über eine Motortemperatur referenziert wird. Die vertikale Achse stellt die Variable Veng dar und der Wert von Veng nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Motortemperatur dar und die Motortemperatur nimmt in Richtung des Pfeils der horizontalen Achse zu. Die Linie 604 stellt eine Beziehung zwischen einem DC-DC-Spannungsanhebungsaddierer Veng und der Motortemperatur dar. In diesem Beispiel steigt der Wert von Veng, wenn die Motortemperatur zunimmt, und dann pendelt sich Veng bei höheren Motortemperaturen ein. Somit wird für dieses Beispiel der Spannungsanhebungsaddierer bei höheren Motortemperaturen erhöht, sodass der BISG-Drehmomentausgang für höhere Motortemperaturen erhöht werden kann. Das Drehmoment zum Anlassen des Motors, wenn die Motortemperatur höher ist, kann bei einigen Motoren zunehmen. Somit stellt die Beziehung 604 eine Erhöhung der Zusatzspannung bereit, die die Möglichkeit verbessern kann, dass die Motordrehung einen gewünschten Abstand erfüllt, selbst, wenn die Motortemperatur variiert. Die Beziehung 604 kann durch das Stoppen eines Motors bei unterschiedlichen Motoröltemperaturen und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers für die unterschiedlichen Motortemperaturen und das Aufzeichnen von Ausgangsspannungen des DC-DC-Wandlers, die den BISG dazu veranlassen, den Motor in einer Schwellenzeitdauer um einen gewünschten Abstand zu drehen, bestimmt werden.
  • Der vierte Verlauf von oben in 6 ist ein Verlauf einer DC-DC-Wandler-Spannungsanhebungsaddiererfunktion, die einen Wert von Vwin zurückgibt, wenn die Funktion über die BISG-Wicklungstemperatur referenziert wird. Die vertikale Achse stellt die Variable Vwin dar und der Wert von Vwin nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die BISG-Wicklungstemperatur dar und die BISG-Wicklungstemperatur nimmt in Richtung des Pfeils der horizontalen Achse zu. Die Linie 606 stellt eine Beziehung zwischen einem DC-DC-Spannungsanhebungsaddierer Vwin und der BISG-Wicklungstemperatur dar. In diesem Beispiel steigt der Wert von Vwin, wenn die BISG-Wicklungstemperatur zunimmt, und dann pendelt sich Vwin bei höheren BISG-Wicklungstemperaturen ein. Somit wird für dieses Beispiel der Spannungsanhebungsaddierer bei höheren BISG-Wicklungstemperaturen erhöht, sodass der BISG-Drehmomentausgang für höhere BISG-Wicklungstemperaturen erhöht werden kann. Das Drehmoment zum Anlassen des Motors, wenn die BISG-Wicklungstemperatur höher ist, kann zunehmen. Somit stellt die Beziehung 606 eine Erhöhung der Zusatzspannung bereit, die die Möglichkeit verbessern kann, dass der Motoranlassabstand in einer vorher festgelegten Zeitdauer größer als ein Schwellenwert ist. Die Beziehung 606 kann durch das Stoppen eines Motors mit unterschiedlichen BISG-Wicklungstemperaturen und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers für die unterschiedlichen BISG-Wicklungstemperaturen und das Aufzeichnen der Ausgangsspannungen des DC-DC-Wandlers, die den BISG dazu veranlassen, den Motor in einer vorher festgelegten Zeitdauer um den vorher festgelegten Abstand zu drehen, bestimmt werden.
  • Der fünfte Verlauf von oben in 6 ist ein Verlauf einer DC-DC-Wandler-Spannungsanhebungsaddiererfunktion, die einen Wert von Vpos zurückgibt, wenn die Funktion über eine letzte Motorstoppposition (z. B. Kurbelwellenwinkel) referenziert wird. Die vertikale Achse stellt die Variable Vpos dar und der Wert von Vpos nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die letzte Motorstoppposition dar und die Motorstoppposition ist relativ zum oberen Totpunkt des Verdichtungstakts eines Motorzylinders gezeigt; jedoch kann die Motorstoppposition bei Bedarf auf andere Motorpositionen bezogen werden. Die Linie 608 stellt eine Beziehung zwischen einem DC-DC-Spannungsanhebungsaddierer Vpos und einer letzten Motorstoppposition dar. In diesem Beispiel erhöht sich der Wert von Vpos, wenn sich die Motorstoppposition dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts des Referenzzylinders (z. B. Zylinder Nummer eins) nähert, und Vpos nimmt ab, wenn sich die Motorstoppposition nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts des Referenzzylinders befindet. Die vertikale Linie 652 stellt den oberen Totpunkt des Verdichtungstakts für den Referenzzylinder dar. Somit wird für dieses Beispiel der Spannungsanhebungsaddierer erhöht, wenn sich die Motorstoppposition dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts des Referenzzylinders nähert, sodass der BISG-Drehmomentausgang erhöht werden kann, wenn höhere Drücke in den Motorzylindern erwartet werden können. Somit stellt die Beziehung 608 eine Erhöhung der Zusatzspannung bereit, die die Möglichkeit verbessern kann, dass die Motoranlassdrehzahl mit einer angeforderten Motoranlassdrehzahl übereinstimmt, selbst wenn eine letzte Motorstoppposition variiert. Die Beziehung 608 kann durch das Stoppen eines Motors bei unterschiedlichen Motorkurbelwellenwinkeln und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers für die unterschiedlichen Motorkurbelwellenwinkel und das Aufzeichnen von Ausgangsspannungen des DC-DC-Wandlers, die den BISG dazu veranlassen, den Motor mit einer angeforderten Motoranlassdrehzahl zu drehen, bestimmt werden.
  • Der sechste Verlauf von oben in 6 ist ein Verlauf einer DC-DC-Wandler-Spannungsanhebungsaddiererfunktion, die einen Wert von Vdist zurückgibt, wenn die Funktion über einen Abstand referenziert wird, um den der Motor in einer vorher festgelegten Zeitdauer seit dem letzten Zeitpunkt, an dem begonnen wurde, den Motor über einen Anlasser oder BISG anzulassen, gedreht wurde. Die vertikale Achse stellt die Variable Vdist dar und der Wert von Vdist ist größer, wenn sich der Motor in der vorher festgelegten Zeitdauer um einen kürzeren Abstand dreht. Der Wert von Vdist ist kleiner, wenn sich der Motor in der vorher festgelegten Zeitdauer weiter dreht. Die horizontale Achse gibt den Abstand wieder, um den sich der Motor in der vorher festgelegten Zeitdauer gedreht hat und der Abstand nimmt in der Richtung des Pfeils der horizontalen Achse zu. Die Linie 610 stellt eine Beziehung zwischen einem DC-DC-Spannungsanhebungsaddierer Vdist und dem Abstand dar, um den der Motor in der vorher festgelegten Zeitdauer gedreht wurde. Somit stellt die Beziehung 610 eine Erhöhung der Zusatzspannung für den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler bereit, wenn der Abstand, über den der Motor in dem Schwellenzeitraum dreht, geringer ist.
  • Es ist zu beachten, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit unterschiedlichen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können.Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die konkreten in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen.Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden.Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt.Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können in Abhängigkeit von der konkreten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner kann mindestens ein Teil der beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Steuersystem programmiert werden soll. Die Steuerhandlungen können zudem den Betriebszustand von einem oder mehreren Sensoren oder Aktoren in der physischen Welt umwandeln, wenn die beschriebenen Handlungen ausgeführt werden, indem die Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit einer oder mehreren Steuerungen beinhaltet.
  • Damit ist die Beschreibung abgeschlossen. Würde diese von einem Fachmann gelesen, würden diesem viele Änderungen und Modifikationen ersichtlich werden, die nicht vom Wesen und Schutzumfang der Beschreibung abweichen. Zum Beispiel könnten I3-, 14-, 15-, V6-, V8-, V10- und V12-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs Folgendes: Einstellen einer Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers, der direkt elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist, und Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion auf eine Motorstartanforderung; Anlassen des Motors über eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist; und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand eines Ultrakondensators, der direkt an gepufferte elektrische Fahrzeugverbraucher gekoppelt ist, als Reaktion auf den Abschluss des Anlassens des Motors.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden die gepufferten elektrischen Fahrzeugverbraucher über eine Diode gepuffert werden und dabei ist der Ultrakondensator direkt elektrisch an eine Kathode der Diode gekoppelt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Anlassen des Motors abgeschlossen, wenn die Motordrehzahl größer als eine Schwellendrehzahl ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand (SOC) einer Batterie, die direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Motortemperatur, während der Motor gestoppt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf die Motorstartanforderung das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers vor dem Anlassen des Motors.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf den Ladezustand das Anlegen einer ersten Spannung an den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Ultrakondensators größer als ein erster Schwellenwert ist, und das Anlegen einer zweiten Spannung an den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Ultrakondensators kleiner als der zweite Schwellenwert ist, wobei die erste Spannung kleiner als die zweite Spannung ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Fahrzeugleistungssystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie, die elektrisch an einen Hochspannungsbus gekoppelt ist; eine Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie, die elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist; einen DC-DC-Wandler, der elektrisch an den Hochspannungsbus und den Niederspannungsbus gekoppelt ist; einen Ultrakondensator, der über eine Diode von dem Niederspannungsbus gepuffert ist; und eine Steuerung, die in einem nicht transitorischem Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen beinhaltet, die die Steuerung dazu veranlassen, einen oder mehrere elektrische Verbraucher als Reaktion auf eine Stromgrenze des DC-DC-Wandlers von dem Niederspannungsbus abzukoppeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Stromgrenze von einem Ladezustand der Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie abhängig.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Stromgrenze von einem Temperaturzustand der Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie abhängig.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch zusätzliche Anweisungen, die die Steuerung veranlassen, einen oder mehrere elektrische Verbraucher als Reaktion auf eine elektrische Stromausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von dem Niederspannungsbus abzukoppeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von einem Ladezustand der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie abhängig.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Ausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von einer Temperatur der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie abhängig.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch zusätzliche Anweisungen, um die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen vorher festgelegten Abstand zu drehen, einzustellen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs Folgendes: Einstellen einer Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers, der direkt elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist, und Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion auf eine Motorstartanforderung; Abkoppeln von einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern, die an den Niederspannungsbus angelegt sind, in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Hochspannungsbatterie als Reaktion auf die Motorstartanforderung, wobei die Hochspannungsbatterie elektrisch an den DC-DC-Wandler gekoppelt ist; und Anlassen des Motors über eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Verfahren ferner gekennzeichnet durch das Abkoppeln des einen oder der mehreren elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Niederspannungsbatterie, und dabei ist die Niederspannungsbatterie elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Abkoppeln des einen oder der mehreren elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von elektrischen Verbrauchern, die an einen Hochspannungsbus gekoppelt sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Abkoppeln des einen oder der mehreren elektrischen Verbraucher in Abhängigkeit von einer Temperatur einer Niederspannungsbatterie.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Zeitdauer, die benötigt wird ist, um den Motor um einen vorher festgelegten Abstand zu drehen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einer Temperatur von Wicklungen einer elektrischen Maschine.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: Einstellen einer Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers, der direkt elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist, und Zuführen von elektrischer Leistung zu dem Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion auf eine Motorstartanforderung; Anlassen des Motors über eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist; und Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand eines Ultrakondensators, der direkt an gepufferte elektrische Fahrzeugverbraucher gekoppelt ist, als Reaktion auf den Abschluss des Anlassens des Motors.
  2. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei die gepufferten elektrischen Fahrzeugverbraucher über eine Diode gepuffert werden und wobei der Ultrakondensator direkt elektrisch an eine Kathode der Diode gekoppelt ist.
  3. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei das Anlassen des Motors abgeschlossen ist, wenn die Motordrehzahl größer als eine Schwellendrehzahl ist.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 3, das ferner das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf einen Ladezustand (SOC) einer Batterie, die direkt elektrisch an den Niederspannungsbus gekoppelt ist, umfasst.
  5. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, das ferner das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Motortemperatur, während der Motor gestoppt ist, umfasst.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf die Motorstartanforderung das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers vor dem Anlassen des Motors beinhaltet.
  7. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, wobei das Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf den Ladezustand das Anlegen einer ersten Spannung an den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Ultrakondensators größer als ein erster Schwellenwert ist, und das Anlegen einer zweiten Spannung an den Niederspannungsbus über den DC-DC-Wandler als Reaktion darauf, dass der Ladezustand des Ultrakondensators kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, beinhaltet, wobei die erste Spannung kleiner als die zweite Spannung ist.
  8. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem, das Folgendes umfasst: eine Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie, die elektrisch an einen Hochspannungsbus gekoppelt ist; eine Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie, die elektrisch an einen Niederspannungsbus gekoppelt ist; einen DC-DC-Wandler, der elektrisch an den Hochspannungsbus und den Niederspannungsbus gekoppelt ist; einen Ultrakondensator, der über eine Diode von dem Niederspannungsbus gepuffert ist, und eine Steuerung, die in einem nicht transitorischen Speicher gespeicherte ausführbare Anweisungen beinhaltet, die die Steuerung dazu veranlassen, einen oder mehrere elektrische Verbraucher von dem Niederspannungsbus abzukoppeln als Reaktion auf eine Stromgrenze des DC-DC-Wandlers.
  9. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem nach Anspruch 8, wobei die Stromgrenze von einem Ladezustand der Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie abhängig ist.
  10. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem nach Anspruch 8, wobei die Stromgrenze von einem Temperaturzustand der Speichervorrichtung für elektrische Hochspannungsenergie abhängig ist.
  11. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem nach Anspruch 8, das ferner zusätzliche Anweisungen umfasst, die die Steuerung veranlassen, einen oder mehrere elektrische Verbraucher als Reaktion auf eine elektrische Stromausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von dem Niederspannungsbus abzukoppeln.
  12. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem nach Anspruch 11, wobei die Ausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von einem Ladezustand der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie abhängig ist.
  13. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem nach Anspruch 11, wobei die Ausgangskapazität der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie von einer Temperatur der Speichervorrichtung für elektrische Niederspannungsenergie abhängig ist.
  14. Elektrisches Fahrzeugleistungssystem nach Anspruch 8, das ferner zusätzliche Anweisungen umfasst, um die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers als Reaktion auf eine Zeitdauer, die benötigt wird, um den Motor um einen festgelegten Abstand zu drehen, einzustellen.
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