DE102021120967A1

DE102021120967A1 - Frontend-nebenaggregatantrieb mit mehreren drehzahlverhältnissen

Info

Publication number: DE102021120967A1
Application number: DE102021120967.6A
Authority: DE
Inventors: George Aristidis Papaioannou; Timothy Vaughn; Nicholas Dahlin; John Edward Brevick
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-08-17
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2022-02-17
Also published as: US20220049647A1; CN114074548A; US11566561B2

Abstract

Die Offenbarung stellt einen Frontend-Nebenaggregatantrieb mit mehreren Drehzahlverhältnissen bereit. Ein Fahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, eine elektrische Maschine mit einer Welle und einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD). Der FEAD beinhaltet eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die an einer der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, eine Riemenscheibe, die an der anderen der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, und ein Zugelement, das um die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe und die Riemenscheibe geführt ist. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe ist dazu konfiguriert, ein niedriges Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle und ein hohes Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle herzustellen. Eine Fahrzeugsteuerung ist dazu programmiert, zwischen dem hohen Drehzahlverhältnis und dem niedrigen Drehzahlverhältnis umzuschalten, um die Betriebsbedingungen des FEAD zu optimieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Frontend-Nebenaggregatantriebe für Verbrennungsmotoren und insbesondere Mehrgang-Frontend-Nebenaggregatantriebe zur Verwendung mit über einen Riemen integrierte Anlassern/Generatoren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Verbrennungsmotoren beinhalten einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (front end accessory drive - FEAD) zum Versorgen von Nebenaggregaten, wie etwa einer Wasserpumpe, einer Servolenkungspumpe, einer Lichtmaschine und einer Klimaanlage, mit Leistung. Die Verbrennungsmotorkurbelwelle und jedes der Nebenaggregate beinhalten eine Riemenscheibe. Ein oder mehrere Riemen sind um die Riemenscheiben geführt, um die Nebenaggregate antreibbar mit der Kurbelwelle zu verbinden.
Einige Hybridfahrzeuge beinhalten einen Anlasser/Generator, wie etwa einen über einen Riemen integrierten Anlasser/Generator (belt integrated starter/generator - BISG), der mit dem FEAD verbunden ist. Der BISG ist elektrisch mit einer Batterie verbunden. Der BISG kann verwendet werden, um zusätzliches Antriebsdrehmoment bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, eine elektrische Maschine mit einer Welle und einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD). Der FEAD beinhaltet ein Zugelement, das die Kurbelwelle und die Welle betriebsfähig verbindet, und eine Getriebeanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle herzustellen. Das zweite Drehzahlverhältnis ist höher als das erste Drehzahlverhältnis. Eine Fahrzeugsteuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen und der elektrischen Maschine zu befehlen, den Verbrennungsmotor zu starten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, eine elektrische Maschine mit einer Welle und einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD). Der FEAD beinhaltet eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die an einer der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, eine Riemenscheibe, die an der anderen der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, und ein Zugelement, das um die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe und die Riemenscheibe geführt ist. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe ist dazu konfiguriert, ein niedriges Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle und ein hohes Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle herzustellen. Eine Fahrzeugsteuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung für Nutzbremsen mit der elektrischen Maschine der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Gemäß noch einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, eine elektrische Maschine mit einer Welle und einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD). Der FEAD beinhaltet ein Zugelement, das die Kurbelwelle und die Welle betriebsfähig verbindet, und eine Getriebeanordnung, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle herzustellen. Das zweite Drehzahlverhältnis ist größer als das erste Drehzahlverhältnis. Eine Fahrzeugsteuerung ist dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um die Ausgabe elektrischer Leistung zu erhöhen.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung eines Hybridfahrzeugs, das einen über einen Riemen integrierten Anlasser/Generator beinhaltet.
2 veranschaulicht einen beispielhaften Verlauf, der die Ausgabe elektrischer Leistung des BISG über einen Drehzahlbereich zeigt, wenn er mit dem Verbrennungsmotor bei einem Drehzahlverhältnis von 3:1 verbunden ist.
3 veranschaulicht einen beispielhaften Verlauf, der die Ausgabe elektrischer Leistung des BISG über einen Drehzahlbereich zeigt, wenn er mit dem Verbrennungsmotor bei einem Drehzahlverhältnis von 6:1 verbunden ist.
4A ist eine Vorderansicht eines FEAD, der eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors befestigt ist, und ein Zugelement aufweist, das um einen BISG und mindestens eine andere Nebenaggregatkomponente geführt ist.
4B ist eine Vorderansicht eines anderen FEAD, der eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors befestigt ist, und ein dediziertes Zugelement für einen BISG aufweist.
5 ist eine schematische Ansicht noch eines anderen FEAD, der eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe aufweist, die an einem BISG befestigt ist.
6 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern des Startens eines stationären Fahrzeugs mit einem BISG und einem Mehrgang-Frontend-Nebenaggregatantrieb.
8 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern von Start/Stopp eines Verbrennungsmotors mit einem BISG und einem Mehrgang-Frontend-Nebenaggregatantrieb.
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern eines Drehzahlverhältnisses eines Mehrgang-Frontend-Nebenaggregatantriebs auf Grundlage der elektrischen Ausgabe des BISG.
10 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern eines Drehzahlverhältnisses eines Mehrgang-Frontend-Nebenaggregatantriebs während einer Nutzbremsung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dieser Schrift sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind in der vorliegenden Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Mildhybridelektrofahrzeugs (mild-hybrid electric vehicle - MHEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 14, der ein Getriebe 16, z. B. ein Mehrstufen-Automatikgetriebe, antreibt. Der Verbrennungsmotor 14 kann eine Brennkraftmaschine sein, die mit Benzin, Diesel oder Erdgas usw. betrieben wird. Der Ausgang des Getriebes 16 ist an eine Antriebswelle 18 gekoppelt, die Drehmoment auf ein Differential 20 überträgt. Das Differential 20 verteilt Drehmoment über die Wellen 24 an die Räder 22. Das beispielhafte Fahrzeug 10 verfügt der Darstellung nach über Hinterradantrieb, kann aber in anderen Ausführungsformen über Vorderradantrieb, Allradantrieb oder Vierradantrieb verfügen.
Der Antriebsstrang 12 beinhaltet ferner eine zugeordnete Steuerung 50, wie etwa ein Antriebsstrangsteuermodul (powertrain control module - PCM). Sie ist zwar als einzelne Steuerung dargestellt, doch kann die Steuerung 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuerungen gesteuert werden, die über das gesamte Fahrzeug 10 verteilt sind, etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC). Dementsprechend versteht es sich, dass das PCM 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen zu steuern, wie etwa Betreiben des Verbrennungsmotors 14, Betreiben des Getriebes 16, einer elektrischen Maschine usw. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (central processing unit - CPU) beinhalten, der/die mit verschiedenen Arten computerlesbarer Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können zum Beispiel ein flüchtiges und nichtflüchtiges Speichern in einem Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM) beinhalten. Der KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern unterschiedlicher Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die CPU heruntergefahren ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung von beliebigen einer Reihe bekannter Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbaren Festwertspeichern), EPROMs (elektrischen PROMs), EEPROMs (elektrisch löschbaren PROMs), Flash-Speicher oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen Speichervorrichtungen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung beim Steuern des Motors oder Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Verbrennungsmotor-/Fahrzeugsensoren und -aktoren über eine Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schnittstelle (einschließlich eines Eingabe- und eines Ausgabekanals), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, welche verschiedene Rohdaten oder Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Die Steuerung 50 kann an den Verbrennungsmotor 14, das Getriebe 16 usw. und/oder von diesen kommunizieren. Wenngleich nicht im Einzelnen veranschaulicht, wird der Durchschnittsfachmann verschiedene Funktionen oder Komponenten erkennen, die jeweils innerhalb der vorstehend identifizierten Teilsysteme durch die Steuerung 50 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die unter Verwendung von Steuerlogik und/oder -algorithmen, die durch die Steuerung ausgeführt wird/werden, direkt oder indirekt betätigt werden können, beinhalten den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, die -einspritzmenge und die -einspritzdauer, die Position der Drosselklappe, den Zündzeitpunkt der Zündkerzen (bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren), die zeitliche Abstimmung und Dauer für Einlass-/Auslassventile, Frontend-Nebenaggregatsantriebskomponenten (FEAD-Komponenten), wie etwa eine Lichtmaschine, einen Klimakompressor, das Laden oder Entladen der Batterie (einschließlich Bestimmen der maximalen Lade- und Entladeleistungsgrenzen), das Nutzbremsen, den Betrieb der elektrischen Maschine, Kupplungen und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um zum Beispiel Folgendes anzugeben: den Turbolader-Ladedruck, die Kurbelwellenposition, die Verbrennungsmotordrehzahl (RPM), Rad, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Kühlmitteltemperatur, den Ansaugkrümmerdruck, die Fahrpedalposition, die Zündschalterposition, die Drosselklappenposition, die Lufttemperatur, den Sauerstoffgehalt im Abgas oder die Konzentration oder das Vorhandensein anderer Abgaskomponenten, den Ansaugluftstrom, den Gang, das Übersetzungsverhältnis oder den Modus des Getriebes, die Getriebeöltemperatur, die Drehzahl des Getriebeturbinenrads, den Status der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung, die Temperatur, die Spannung, den Strom oder den Ladezustand (state of charge - SOC) der Batterie.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen BISG 26 (mitunter als Po-Elektromotor/- Generator bezeichnet), der mit dem FEAD 28 verbunden ist. Der BISG 26 ersetzt im Allgemeinen die Lichtmaschine. Der BISG 26 ist eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, als ein Elektromotor oder ein Generator zu wirken. Der BISG 26 kann ein dreiphasiger Elektromotor sein. Der FEAD 28 beinhaltet ein Zugelement, z. B. einen Riemen 30, der den BISG 26 betriebsfähig mit der Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 14 koppelt. Zum Beispiel beinhaltet der Verbrennungsmotor 14 eine zugehörige Riemenscheibe 34, die auf der Kurbelwelle 32 gelagert ist, und beinhaltet der BISG 26 eine zugehörige Riemenscheibe 36, die auf einer Welle 38 des BISG 26 gelagert ist. (Wie nachstehend ausführlich beschrieben wird, ist eine der Riemenscheiben 34 und 36 Teil einer Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe.) Die Welle 38 kann an dem Rotor des BISG 26 befestigt sein und kann als eine Rotorwelle bezeichnet werden. Der Riemen 30 ist über diese Riemenscheiben geführt, sodass Drehmoment zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und der elektrischen Maschine 26 übertragen werden kann. Ein oder mehrere Nebenaggregate können Riemenscheiben beinhalten, die im Allgemeinen als Riemenscheibe 40 veranschaulicht sind, die ebenfalls mit dem Riemen 30 oder mit einem zweiten Riemen in Eingriff steht, der mit der Kurbelwelle verbunden ist. Das heißt, der FEAD kann einen einzelnen Riemen oder mehrere Riemen beinhalten. Der FEAD 28 ermöglicht, dass die Nebenaggregate durch den Verbrennungsmotor 14, den BISG 26 oder eine Kombination davon mit Leistung versorgt werden.
Der BISG 26 ist elektrisch mit einer Batterie 42 verbunden. Die Batterie 42 kann eine Hochspannungs- oder eine Niederspannungsbatterie sein. Zum Beispiel können die Batterie 42 und der BISG 26 Teil eines elektrischen Systems mit 12 V, 48 V oder 96 V oder 300 V sein. Der BISG 26 kann durch Leistungselektronik (nicht gezeigt) mit der Batterie 42 und anderen elektrischen Systemen des Fahrzeugs verbunden sein. Der BISG 26 kann dazu konfiguriert sein, als Elektromotor zu fungieren, um den Verbrennungsmotor 14 während eines Verbrennungsmotorstartereignisses zu starten, oder während des Fahrzeugbetriebs zusätzliches Drehmoment für den Antriebsstrang 12 bereitzustellen. Der BISG 26 kann zudem dazu konfiguriert sein, Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 zu erhalten und als Generator zum Aufladen der Batterie 42 und Versorgen elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs mit Leistung betrieben zu werden. Der BISG 26 kann ferner dazu konfiguriert sein, Nutzbremsen durchzuführen. Die Steuerung 50 kann dazu konfiguriert sein, Signale an den BISG 26 zu übertragen, um den BISG 26 entweder als Elektromotor oder als Generator zu betreiben. Der BISG 26 kann dazu konfiguriert sein, elektrische Energie zum Laden der Batterie 72 bereitzustellen oder elektrische Energie zum Versorgen der Fahrzeugnebenaggregate mit Leistung bereitzustellen, wenn er als Generator betrieben wird.
Ein Fahrpedal 44 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein angefordertes Drehmoment, eine angeforderte Leistung oder einen angeforderten Antriebsbefehl (hierin „Fahrerbedarfsdrehmoment“) bereitzustellen, um das Fahrzeug anzutreiben. Im Allgemeinen wird durch ein Herunterdrücken und Freigeben des Fahrpedals 44 ein Fahrpedalpositionssignal erzeugt, das durch die Steuerung 50 interpretiert werden kann, um das Fahrerbedarfsdrehmoment zu bestimmen Ein Bremspedal 46 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs ebenfalls verwendet, um ein angefordertes Bremsmoment zum Verlangsamen des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen wird durch das Herunterdrücken und Freigeben des Bremspedals 46 ein Bremspedalpositionssignal erzeugt, das durch die Steuerung 50 als Bedarf an einer Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit interpretiert werden kann. Basierend auf Eingaben von dem Fahrpedal 44 und dem Bremspedal 46 befiehlt die Steuerung 50 Drehmoment zu dem Verbrennungsmotor 14, dem BISG 26 und den Reibungsbremsen 48. Die Steuerung 50 ist dazu programmiert, das Fahrerbedarfsdrehmoment zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem BISG 26 zu vermitteln und das Bremsmoment zwischen dem Nutzbremsen über den BISG 26 und den Reibungsbremsen 48 zu vermitteln.
In Abhängigkeit von der Größe des Fahrzeugs und der Nennleistung des BISG 26 kann das Fahrzeug zumindest bei niedrigen Geschwindigkeiten entweder durch den Verbrennungsmotor 14 oder den BISG 26 angetrieben werden. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 10 einen elektrischen Kriechmodus beinhalten, in dem der BISG 26 das Fahrzeug antreibt, wenn der Verbrennungsmotor 14 AUS ist. (Kriechen bezieht sich auf Bewegungen des Fahrzeugs, wenn sowohl das Bremspedal als auch das Fahrpedal freigegeben sind. Typische Kriechgeschwindigkeiten betragen weniger als 10 Meilen pro Stunde.) In anderen Situationen fungieren sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der BISG 26 als Antriebsquellen, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt Verbrennungsmotorleistung an der Kurbelwelle, zu der eine Leistungsausgabe von dem BISG 26 durch den FEAD 28 addiert wird. Diese kombinierte Leistung wird dann durch das Getriebe 16 und die Kraftübertragung an die angetriebenen Räder 22 gesendet.
Während der BISG 26 als in einen herkömmlichen Antriebsstrang integriert gezeigt ist, könnte der BISG 26 auch in einen Hybridantriebsstrang integriert sein. Eine derartige Architektur ist in dem US-Patent Nr. 10,519,917 des Anmelders (erteilt am 31. Dezember 2019) offenbart, dessen Inhalt in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme in diese Schrift aufgenommen wird.
In einem herkömmlichen FEAD ist das Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Rotorwelle des BISG auf Grundlage der relativen Dimensionierung der Riemenscheiben festgelegt. Der Verbrennungsmotor ist die steuernde Komponente und stellt die Drehzahl des FEAD ein. Die optimalen Betriebsdrehzahlen des BISG und des Verbrennungsmotors können unterschiedlich sein, was zu einer reduzierten Effizienz und Funktionalität des BISG führt. Im Allgemeinen arbeitet der BISG bei einer viel höheren Drehzahl als der Verbrennungsmotor am effizientesten. Außerdem kann das feste Drehzahlverhältnis, das ausgewählt ist, um die beste Gesamt-Performance bereitzustellen, zu einer unzureichenden Drehmomentvervielfachung zwischen dem BISG und dem Verbrennungsmotor führen, um den Verbrennungsmotor zu starten oder die Nutzbremsung zu optimieren.
2 veranschaulicht einen beispielhaften Verlauf, der die Ausgabe elektrischer Leistung des BISG über einen Drehzahlbereich in Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute - RPM) zeigt. In diesem Beispiel beträgt die elektrische Spitzenleistung 60 des BISG 13,4 Kilowatt (kW) bei 8000 RPM der Rotorwelle. Unterhalb der BISG-Drehzahlen befinden sich die entsprechenden Verbrennungsmotordrehzahlen. In diesem Beispiel weist der FEAD ein Drehzahlverhältnis von 3:1 zwischen dem BISG und dem Verbrennungsmotor auf (die BISG-Welle dreht sich 3-mal für jede Drehung der Kurbelwelle). Mit diesem Drehzahlverhältnis wird die Spitzenleistungsausgabe des BISG bei einer Verbrennungsmotordrehzahl von 2667 RPM erreicht, was höher ist als eine typische Fahrtdrehzahl und viel höher als ein normaler Leerlauf, z. B. 650 RPM. Bei einem normalen Leerlauf von 650 RPM und sogar bei einem hohen Leerlauf von 1500 RPM arbeitet der BISG in einer ineffizienten Region. Dies kann dazu führen, dass der BISG nicht in der Lage ist, die notwendige elektrische Ausgabe bereitzustellen, um alle Fahrzeugverbraucher zu versorgen.
Diese Offenbarung schlägt einen Mehrgang-FEAD vor, der dazu konfiguriert ist, die Performance des BISG und des Verbrennungsmotors zu optimieren. Der Mehrgang-FEAD ermöglicht es dem Fahrzeug 10, Aufgaben durchzuführen, die ein typischer Mildhybrid nicht durchführen kann, und herkömmliche Aufgaben besser zu erfüllen. Zum Beispiel kann der BISG 26 in der Lage sein, einen kalten Verbrennungsmotor zu starten, einen rollenden Stopp-Start zu ermöglichen, die Kurbelwelle von dem FEAD abzukoppeln, Nebenaggregate, z. B. Wasserpumpe und Klimaanlage, mit Leistung zu versorgen, wenn der Verbrennungsmotor AUS ist, das Fahrzeug allein anzutreiben, die Nutzbremsung zu verbessern, den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors durch Senken der Verbrennungsmotordrehzahl zu reduzieren, die elektrischen Ausgabe zu erhöhen, die elektrische Wasserpumpe und die Klimaanlageneinheit zu beseitigen, den Anlassermotor zu beseitigen usw.
3 veranschaulicht die gleiche Ausgabe 60 elektrischer Leistung, jedoch mit einem Drehzahlverhältnis von 6:1. Bei diesem Verhältnis produziert der BISG 26 eine Spitzenleistungsausgabe bei einer Verbrennungsmotordrehzahl von 1334 RPM (hoher Leerlauf) und befindet sich der BISG 26 in einer günstigen Betriebsregion zwischen Verbrennungsmotordrehzahlen von 667 und 2000 RPM, was ein kraftstoffeffizienter Betriebsbereich für den Verbrennungsmotor ist.
Das Drehzahlverhältnis von 6:1 erhöht nicht nur die Leistungsausgabe 60 bei niedrigeren Verbrennungsmotordrehzahlen, sondern stellt auch ein erhöhtes BISG-Drehmoment an der Kurbelwelle bereit. Unter der Annahme von beispielsweise einem BISG-Spitzendrehmoment von 50 Newtonmetern (Nm) beträgt das Drehmoment an der Kurbelwelle 150 Nm bei dem Verhältnis von 3:1 und beträgt 300 Nm bei dem Verhältnis von 6:1. In Abhängigkeit von Verbrennungsmotorbedingungen (z. B. Temperatur) und Größe können 150 Nm nicht in der Lage sein, den Verbrennungsmotor zu starten, während 300 Nm in der Lage sein können, den Verbrennungsmotor unter allen Bedingungen zu starten. Somit ermöglicht das Vorhandensein eines Mehrgang-FEAD dem BISG, den Verbrennungsmotor zu starten, indem auf das höhere Drehzahlverhältnis geschaltet wird, was zu mehr Drehmoment an der Kurbelwelle führt. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet „höheres Drehzahlverhältnis“, dass sich die Komponenten relativ zueinander schneller drehen als bei einem anderen Drehzahlverhältnis, d. h., ein Drehzahlverhältnis von 6:1 ist höher als ein Drehzahlverhältnis von 3:1. Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet „niedrigeres Drehzahlverhältnis“, dass sich die Komponenten relativ zueinander schneller drehen als bei einem anderen Drehzahlverhältnis, d. h., ein Drehzahlverhältnis von 6:1 ist höher als ein Drehzahlverhältnis von 3:1. In dieser Offenbarung können Drehzahlverhältnisse auch als größer oder kleiner relativ zueinander beschrieben werden. Ein größeres Drehzahlverhältnis bedeutet, dass sich die Komponenten im Vergleich zu einem anderen Zustand schneller relativ zueinander drehen, und ein kleineres Drehzahlverhältnis bedeutet, dass sich die Komponenten im Vergleich zu einem anderen Zustand langsamer drehen.
Unter Bezugnahme auf 4A ist ein beispielhafter FEAD 100 für einen beispielhaften Verbrennungsmotor 102 gezeigt. Der Verbrennungsmotor 102 und der FEAD 100 können in dem Fahrzeug 10 oder einem anderen Fahrzeug verwendet werden. Der Verbrennungsmotor 102 beinhaltet eine Wasserpumpe 104, die Kühlmittel durch den Verbrennungsmotor und den Heizkern des Fahrzeugklimasteuersystems zirkuliert. Die Wasserpumpe 104 beinhaltet eine Riemenscheibe 106, die an einer drehbaren Welle der Wasserpumpe befestigt ist. An dem Verbrennungsmotor 102 ist ein Klimakompressor 108 befestigt, der eine Riemenscheibe 110 beinhaltet. Ebenfalls an dem Verbrennungsmotor befestigt ist ein BISG 112, der eine Riemenscheibe 114 aufweist, die auf der Rotorwelle 118 gelagert ist. Der BISG 112 kann der gleiche sein wie der vorstehend beschriebene BISG 26 oder diesem ähneln. In dieser Ausführungsform wird eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 116 durch die Kurbelwelle gelagert. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 116 beinhaltet einen Eingang, der Leistung von der Kurbelwelle erhält, und einen Ausgang, der in Form einer Riemenscheibe vorliegen kann. Der Eingang kann drehfest an der Kurbelwelle befestigt sein. Ein Zugelement, z. B. der Riemen 120, ist um die Riemenscheiben 106, 110, 114 und die Riemenscheibe der Baugruppe 116 geführt. Der Riemen 120, der mehrere Nebenaggregate antreibt, kann als Serpentinenriemen bezeichnet werden. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe ist dazu konfiguriert, unterschiedliche Drehzahlverhältnisse zwischen der Kurbelwelle und den Nebenaggregaten herzustellen. Zum Beispiel ist die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe dazu konfiguriert, in einem ersten Zustand mindestens ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Welle 118 des BISG 112 und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle 118 herzustellen. Der FEAD 100 kann einen Riemenspanner (optional) und zusätzliches Nebenaggregate, wie etwa eine Servolenkungspumpe, beinhalten.
Die Riemenscheibenbaugruppe 116 ist dazu konfiguriert, mehrere Drehzahlverhältnisse zwischen dem Eingang und dem Ausgang aufzuweisen. Zum Beispiel kann die Riemenscheibenbaugruppe zwei Drehzahlverhältnisse zwischen dem Eingang und dem Ausgang aufweisen, was wiederum zwei Drehzahlverhältnisse für den FEAD 100 erzeugt. Die Drehzahlverhältnisse können als ein niedriges Drehzahlverhältnis und ein hohes Drehzahlverhältnis bezeichnet werden. Für die Riemenscheibenbaugruppe 116 kann das niedrige Drehzahlverhältnis ein Direktantrieb (1:1) zwischen dem Eingang und dem Ausgang sein, d. h., der Ausgang ist drehfest an der Kurbelwelle befestigt. Alternativ kann das niedrige Drehzahlverhältnis ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang aufweisen. Für das hohe Drehzahlverhältnis dreht sich der Ausgang schneller als die Kurbelwelle. Das hohe Drehzahlverhältnis kann ein Verhältnis zwischen 1,1: 1 bis 3:1 zwischen dem Ausgang und dem Eingang aufweisen. Das Gesamtdrehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und dem BISG 112 (sowie den anderen Nebenaggregaten) ist das feste Drehzahlverhältnis, das durch die relative Dimensionierung der Riemenscheiben, multipliziert mit dem Drehzahlverhältnis der Riemenscheibenbaugruppe 116, festgelegt ist. Wenn zum Beispiel das feste Drehzahlverhältnis zwischen dem BISG 112 und der Ausgangsriemenscheibe der Baugruppe 116 3:1 beträgt, das niedrige Drehzahlverhältnis Direktantrieb ist und das hohe Drehzahlverhältnis 2:1 beträgt, dann beträgt das Drehzahlverhältnis zwischen dem BISG 112 und die Kurbelwelle 3:1, wenn die Baugruppe 116 das niedrigere Drehzahlverhältnis aufweist, und beträgt 6:1, wenn sie sich im hohen Drehzahlverhältnis befindet. Diese Werte sind lediglich beispielhaft und andere Verhältnisse werden in Betracht gezogen.
4B veranschaulicht eine alternative Ausführungsform, in der ein dediziertes Zugelement 121, z. B. ein Riemen, verwendet wird, um den BISG 112' mit der Riemenscheibenbaugruppe 116' zu verbinden. Die Wasserpumpe 104' und der AC-Kompressor 108' können durch einen anderen Riemenantrieb (nicht gezeigt) oder eine ähnliche Vorrichtung in einem festen Verhältnis mit der Kurbelwelle verbunden sein.
Unter Bezugnahme auf 5 kann in einer alternativen Ausführungsform die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe an dem BISG befestigt sein und nicht an der Kurbelwelle, wie vorstehend in anderen Ausführungsformen beschrieben. Ein weiterer FEAD 150 beinhaltet eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 152, die an einem BISG 154 befestigt ist. In dieser Ausführungsform ist eine Riemenscheibe 156 derart mit der Kurbelwelle 158 verbunden, dass die Riemenscheibe 156 und die Kurbelwelle 158 drehfest befestigt sind. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 152 kann der vorstehend beschriebenen Baugruppe 116 ähneln. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 152 ist dazu konfiguriert, ein Drehzahlverhältnis zwischen der Rotorwelle 160 des BISG 154 und einer Riemenscheibe 162 der Baugruppe 152 zu ändern. Das Ändern dieses Drehzahlverhältnisses ändert wiederum das Drehzahlverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor und dem BISG 154. Ein Vorteil des Befestigens der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 152 an dem BISG 154 besteht darin, dass das Umschalten des Drehzahlverhältnisses der Baugruppe 152 das Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und den anderen Nebenaggregaten nicht beeinflusst. Der FEAD 150 kann in einer oder mehreren anderen Ausführungsformen modifiziert werden, um einen dedizierten Riemen zwischen der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 152 und der Kurbelwelle aufzuweisen, ähnlich wie vorstehend in 4B beschrieben.
6 veranschaulicht eine beispielhafte Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 200 kann an einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors montiert sein. Die Baugruppe 200 beinhaltet eine Getriebeanordnung 202, die in Form eines Planetenradsatzes 204 vorliegen kann. Der Planetenradsatz 204 beinhaltet ein Sonnenrad 206, ein Hohlrad 208, Planetenräder 210 und einen Planetenträger 212. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Planetenträger 212 der Eingang und ist das Hohlrad 208 der Ausgang. Der Planetenträger 212 kann drehfest an einer Welle 214 befestigt sein, wie etwa einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder einer Rotorwelle einer elektrischen Maschine. Die Getriebeanordnung 202 kann relativ zu der Welle 214 konzentrisch gelagert sein. Das Sonnenrad 206 kann durch einen Bolzen oder ein anderes Befestigungselement 218 mit der Welle 214 verbunden sein. Das Sonnenrad 206 ist zur relativen Bewegung mit der Welle 214 gelagert. Zum Beispiel kann das Sonnenrad 206 auf einem Lager sitzen, welches das Befestigungselement 218 umgibt. Das Hohlrad 208 kann an einem Innendurchmesser einer Riemenscheibe 220 gebildet sein. Ein Außendurchmesser der Riemenscheibe 220 ist dazu konfiguriert, mit einem Zugelement des FEAD in Eingriff zu treten.
Eine Freilaufkupplung 222 greift zwischen der Riemenscheibe 220 und einer verlängerten Nabe 222 des Sonnenrads 206 ein. Die Freilaufkupplung 222 verhindert, dass sich das Hohlrad 208 langsamer dreht als das Sonnenrad 206, während es dem Hohlrad 208 ermöglicht wird, sich schneller zu drehen als das Sonnenrad, wenn die Kupplung freiläuft, d. h., die Riemenscheibe 220 kann sich schneller drehen als die Welle 214, aber kann sich nicht langsamer drehen.
Die Baugruppe 200 beinhaltet eine steuerbare Zweiwegekupplung 224, die selektiv eine der Komponenten des Planetenradsatzes 202 hält, um ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu erzeugen. Die Kupplung kann eine elektromechanische Kupplung sein, die einen eingerückten und ausgerückten Zustand aufweist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Kupplung 224 betriebsfähig, um das Sonnenrad 206 zu halten. Die Kupplung 224 kann eine elektronisch gesteuerte Kupplung sein, die eine Stromspule 226 beinhaltet. Das Anschalten der Spule 226 rückt die Kupplung ein, um das Sonnenrad 206 stationär zu halten, und das Abschalten der Spule 226 gibt das Sonnenrad 206 frei. Die veranschaulichte Kupplung 224 wird mitunter als Konuskupplung bezeichnet. Die Kupplung 224 ist durch die Steuerung 50 steuerbar.
Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 200 weist zwei Drehzahlen auf: ein hohes Drehzahlverhältnis zwischen der Riemenscheibe 220 und der Welle 214, wenn die Kupplung 224 eingerückt ist, und ein niedriges Drehzahlverhältnis, wenn die Kupplung ausgerückt ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das niedrige Drehzahlverhältnis ein Direktantrieb und dreht sich die Riemenscheibe 220 gemeinsam mit der Welle 214. Wenn die Kupplung 224 ausgerückt ist, bindet die Freilaufkupplung das Hohlrad 208 an das Sonnenrad 206, was zu keiner relativen Bewegung zwischen den Komponenten des Planetenradsatzes 204 führt, was zu einem Direktantrieb führt. Wenn die Kupplung 224 eingerückt ist, wird das Sonnenrad 206 gehalten, wodurch ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Träger 212 und dem Hohlrad 208 gemäß der relativen Zahnanzahl der Komponenten erzeugt wird. Der Zahnradsatz 204 ist dazu konfiguriert, das Hohlrad 208 schneller zu drehen als den Träger 212, wenn das Sonnenrad 206 gehalten wird, um das hohe Drehzahlverhältnis zu erzeugen.
Die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe 200 ist zudem dazu konfiguriert, eine Drehung der Riemenscheibe 220 (in der Freilauf-Richtung) zu ermöglichen, wenn die Welle gestoppt ist. In Ausführungsformen, in denen die Welle 214 die Kurbelwelle ist, ermöglicht dies dem BISG, die anderen Nebenaggregate laufen zu lassen, wenn der Verbrennungsmotor AUS ist. Diese Funktionalität kann die Beseitigung von elektrischen Aktoren von Nebenaggregaten für die Wasserpumpe, die Klimaanlage usw. ermöglichen, da der BISG nun verwendet werden kann, um diese Vorrichtungen mit Leistung zu versorgen, wenn der Verbrennungsmotor AUS ist.
Während die Getriebeanordnung als ein Planetenradsatz veranschaulicht ist, werden andere drehzahlmodifizierende Anordnungen in Betracht gezogen, wie etwa ein CVT, ein Heberiemensystem, ein zentrifugalbetätigbarer und drehzahlbegrenzender Mechanismus oder dergleichen. Eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die der Baugruppe 200 ähnlich ist, kann in anderen Ausführungsformen an der Rotorwelle des BISG befestigt sein.
In einer alternativen Ausführungsform ist der Drehzahlmodifikator für den FEAD weder an dem Verbrennungsmotor noch an dem BISG befestigt. Stattdessen kann der Geschwindigkeitsmodifikator außerhalb der Achse sein. Hier kann ein erster Riemen die Kurbelwellenleistung an den Drehzahlmodifikator außerhalb der Achse ausgeben, der dann durch einen oder mehrere andere Riemen mit dem BISG (und möglicherweise anderen Nebenaggregaten) verbunden ist. In dieser Hinsicht zieht diese Offenbarung eine beliebige FEAD-Ausgestaltung in Betracht, bei der mehrere Drehzahlverhältnisse zwischen dem Verbrennungsmotor und dem BISG möglich sind.
Das niedrige Drehzahlverhältnis des FEAD kann das Standardverhältnis sein, das normalerweise verwendet wird, und das hohe Drehzahlverhältnis kann verwendet werden, wenn die Bedingungen entweder einen schnelleren Betrieb des BISG oder eine größere Drehmomentausgabe des BISG erfordern. Die Steuerung 50 kann den Betrieb des FEAD auf Grundlage von erfassten Bedingungen steuern, wie nachstehend ausführlich beschrieben wird.
Steuerlogik oder Funktionen, die durch die Steuerung 50 durchgeführt werden, können durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt sein können/kann. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden kann/können, je nach konkret eingesetzter Verarbeitungsstrategie. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die in dieser Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern ist vielmehr zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Die Steuerlogik kann primär in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Verbrennungsmotor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung 50, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung als Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, welche einen Code oder Anweisungen darstellen, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen aufzubewahren.
7 ist ein Ablaufdiagramm 250 eines Algorithmus zum Steuern eines Fahrzeugs, das einen BISG und einen FEAD mit mehreren Drehzahlverhältnissen beinhaltet. Das Ablaufdiagramm 250 veranschaulicht Steuerungen zum Starten eines stationären Fahrzeugs mit dem BISG. Die Steuerung beginnt bei Vorgang 252, wenn eine Schlüsseleinschaltbedingung erfasst wird. Bei Vorgang 254 bestimmt die Steuerung, ob eine Verbrennungsmotorstartanforderung empfangen wurde. Falls nicht, geht die Steuerung in eine Schleife, bis eine Verbrennungsmotorstartanforderung empfangen wird. Sobald die Anforderung empfangen wurde, geht die Steuerung zu Vorgang 256 über und befiehlt die Steuerung dem FEAD das hohe Drehzahlverhältnis, um das Drehmomentverhältnis zwischen dem BISG und dem Verbrennungsmotor zu erhöhen. Bei Vorgang 258 wird der BISG betrieben, um den Verbrennungsmotor zu starten. Bei Vorgang 260 wird der Verbrennungsmotor überwacht, um zu bestimmen, ob der Verbrennungsmotor läuft oder noch im Startprozess ist. Zum Beispiel kann die Steuerung die Drehzahl des Verbrennungsmotors und andere Faktoren überwachen, um zu bestimmen, dass eine stabile Verbrennung im Verbrennungsmotor erreicht wurde. Sobald der Verbrennungsmotor gestartet ist, befiehlt die Steuerung dem FEAD bei Vorgang 262 das niedrige Drehzahlverhältnis.
8 ist ein Ablaufdiagramm 270 zum Steuern von Start/Stopp des Verbrennungsmotors. Die Steuerung beginnt bei Vorgang 272 mit einer Anforderung zum automatischen Stoppen des Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor wird dann bei Vorgang 274 ausgeschaltet. Bei Vorgang 276 bestimmt die Steuerung, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich null ist. Falls ja, befindet sich das Fahrzeug in einem stationären Start/Stopp-Zustand und die Steuerung geht zu Vorgang 278 über. Bei Vorgang 278 befiehlt die Steuerung dem FEAD in Vorbereitung auf einen Verbrennungsmotorstart das hohe Drehzahlverhältnis. Bei Vorgang 280 bestimmt die Steuerung, ob eine Verbrennungsmotorstartanforderung empfangen wurde. Die Verbrennungsmotorstartanforderung kann als Reaktion darauf, dass das Bremspedal freigegeben wird, das Fahrpedal heruntergedrückt wird, und/oder auf andere erfasste Bedingungen ausgegeben werden. Falls ja, geht die Steuerung zu Vorgang 282 über und wird der BISG betrieben, um den Verbrennungsmotor zu starten.
Falls dies bei Vorgang 276 nicht der Fall ist, befindet sich das Fahrzeug in einem rollenden Stopp/Start-Zustand, in dem das Fahrzeug bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor ausrollt. Bei Vorgang 283 befiehlt die Steuerung dem FEAD das hohe Drehzahlverhältnis. Bei Vorgang 284 bestimmt die Steuerung, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert kann zum Beispiel 2 MPH betragen. Der Schwellenwert wird verwendet, um zu bestimmen, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit innerhalb eines Bereichs liegt, der für das automatische Starten des Verbrennungsmotors mit dem BISG geeignet ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bei Vorgang 284 kleiner als der Schwellenwert ist, bewegt sich das Fahrzeug zu schnell, um einen ordnungsgemäßen automatischen Start mit dem BISG sicherzustellen, und die Steuerung wird an eine andere Logik 286 weitergegeben. Falls ja bei Vorgang 284, steuert und überwacht die Steuerung bei Vorgang 288 eine Verbrennungsmotorstartanforderung. Die Verbrennungsmotorstartanforderung kann als Reaktion auf das Herunterdrücken des Fahrpedals, eine Anforderung von zusätzlichem Fahrerbedarfsdrehmoment und andere ausgegeben werden. Sobald eine Anforderung empfangen wurde, geht die Steuerung zu Vorgang 290 über und betreibt die Steuerung den BISG, um den Verbrennungsmotor zu starten.
9 ist ein Ablaufdiagramm 300 zum Steuern des Drehzahlverhältnisses, um sicherzustellen, dass eine gewünschte elektrische Ausgabe des BISG beibehalten wird. Die Steuerung beginnt bei Vorgang 302, wenn das Einschalten mit dem Schlüssel erkannt wird. Bei Vorgang 304 bestimmt die Steuerung, ob die elektrische Ausgabe des BISG kleiner als ein gewünschter Wert ist. Falls nicht, befiehlt die Steuerung dem FEAD das niedrige Drehzahlverhältnis oder ergreift alternativ keine Maßnahme, wenn sich der FEAD bereits in dem niedrigen Drehzahlverhältnis befindet. Falls ja bei Vorgang 304, geht die Steuerung zu Vorgang 306 über und befiehlt die Steuerung dem FEAD das hohe Drehzahlverhältnis, um die elektrische Ausgabe des BISG zu erhöhen.
10 ist ein Ablaufdiagramm 324, welches das Drehzahlverhältnis während einer Nutzbremsung steuert. Wie vorstehend erörtert, erhöht das Erhöhen des Drehzahlverhältnisses zwischen dem BISG und der Kurbelwelle im Allgemeinen die Leistungsausgabe des BISG, insbesondere für das Verbrennungsmotordrehzahlverhältnis, das mit einer Nutzbremsung assoziiert ist. Zusätzlich erhöht das höhere Drehzahlverhältnis das negative Drehmoment an der Kurbelwelle. Bei Vorgang 322 empfängt die Steuerung eine Anforderung für eine Nutzbremsung. Als Reaktion darauf befiehlt die Steuerung bei Vorgang 324 dem FEAD das hohe Drehzahlverhältnis, um die Effektivität der Energierückgewinnung zu erhöhen.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Funktionalitäten, die durch die Mehrgang-FEAD- und BISG-Anordnung der Offenbarung bereitgestellt werden, kann die Anordnung auch ermöglichen, dass ein Mildhybrid nur unter Verwendung des BISG angetrieben wird. Typische Mildhybride können nicht ohne Verbrennungsmotorleistung angetrieben werden. Hier ermöglicht der Drehmomentvorteil, der durch das hohe Drehzahlverhältnis erzeugt wird, dass der BISG (zumindest in einigen Ausführungsformen) das Fahrzeug bei Kriechgeschwindigkeiten antreibt, z. B. unter 5 MPH.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können verschiedene interne und externe Schaltungen oder andere elektrische Vorrichtungen beinhalten. Alle Bezugnahmen auf die Schaltungen und anderen elektrischen Vorrichtungen und die durch jede davon bereitgestellte Funktionalität sollen nicht darauf beschränkt sein, dass sie lediglich das in dieser Schrift Veranschaulichte und Beschriebene einschließen. Wenngleich bestimmte Bezeichnungen den verschiedenen offenbarten Schaltungen oder anderen elektrischen Vorrichtungen zugewiesen sein können, sollen derartige Bezeichnungen den Betriebsumfang für die Schaltungen und die anderen elektrischen Vorrichtungen nicht beschränken. Derartige Schaltungen und andere elektrische Vorrichtungen können auf Grundlage der konkreten Art der elektrischen Umsetzung, die gewünscht ist, auf beliebige Weise miteinander kombiniert und/oder voneinander getrennt sein. Es liegt auf der Hand, dass hier offenbarte Schaltungen oder andere elektrische Vorrichtungen eine beliebige Anzahl von separaten passiven und aktiven Komponenten wie etwa Widerständen, Kondensatoren, Transistoren, Verstärkern, Analog-Digital-Wandlern (ADC oder A/D-Wandlern), Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, nichttransitorischen Speichervorrichtungen (z. B. FLASH, Direktzugriffsspeichern (random access memory - RAM), Festwertspeichern (read only memory - ROM), elektrisch programmierbaren Festwertspeichern (electrically programmable read only memory - EPROM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeichern (electrically erasable programmable read only memory - EEPROM) oder anderen geeigneten Varianten davon) und Software beinhalten können, die miteinander zusammenwirken, um (einen) hier offenbarte(n) Vorgang bzw. Vorgänge durchzuführen. Zusätzlich kann eine beliebige oder können mehrere beliebige der elektrischen Vorrichtungen dazu konfiguriert sein, ein Computerprogramm auszuführen, das in einem nichttransitorischen computerlesbaren Speichermedium umgesetzt ist, das Anweisungen zum Programmieren eines Computers oder einer Steuerung zum Durchführen einer beliebigen Anzahl der offenbarten Funktionen beinhaltet.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartungsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Somit liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle beinhaltet; eine elektrische Maschine, die eine Welle beinhaltet; einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD), der ein Zugelement, das die Kurbelwelle und die Welle betriebsfähig verbindet, und eine Getriebeanordnung beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle herzustellen, wobei das zweite Drehzahlverhältnis höher als das erste Drehzahlverhältnis ist; und eine Steuerung, die als Reaktion auf eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine dazu programmiert ist, (i) die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen und (ii) der elektrischen Maschine zu befehlen, den Verbrennungsmotor zu starten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um die Ausgabe elektrischer Leistung zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass (i) der Verbrennungsmotor AUS ist, (ii) eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als null und kleiner als zwei Meilen pro Stunde ist, und (iii) der Fahrer ein Fahrpedal herunterdrückt, (i) die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen und (ii) der elektrischen Maschine zu befehlen, den Verbrennungsmotor zu starten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung von Nutzbremsen mit der elektrischen Maschine die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine zu erhöhen und ein negatives Drehmoment an der Kurbelwelle zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Getriebeanordnung an der Welle der elektrischen Maschine befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Getriebeanordnung an der Kurbelwelle befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Getriebeanordnung einen Planetenradsatz.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Getriebeanordnung ferner eine elektrisch steuerbare Kupplung, die betrieben wird, um die Getriebeanordnung in dem ersten und zweiten Zustand zu platzieren.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Getriebeanordnung Folgendes: eine elektrisch steuerbare Kupplung, eine Riemenscheibe, die mit dem Zugelement in Eingriff gebracht werden kann, und einen Planetenradsatz mit einem an der Kupplung befestigten Sonnenrad, einem an der Riemenscheibe befestigten Hohlrad und einem an der Kurbelwelle oder der Welle der elektrischen Maschine befestigen Planetenträger, wobei sich die Getriebeanordnung im ersten Zustand befindet, wenn die Kupplung ausgerückt ist, und sich im zweiten Zustand befindet, wenn die Kupplung eingerückt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Getriebeanordnung ferner eine Freilaufkupplung, die zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch: eine Wasserpumpe, die eine Riemenscheibe beinhaltet, die mit dem Zugelement verbunden ist; und eine Klimaanlage, die eine Riemenscheibe beinhaltet, die mit dem Zugelement verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle beinhaltet; eine elektrische Maschine, die eine Welle beinhaltet; einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD), der eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die an einer der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, eine Riemenscheibe, die an der anderen der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, und ein Zugelement beinhaltet, das um die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe und die Riemenscheibe geführt ist, wobei die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe dazu konfiguriert ist, ein niedriges Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle und ein hohes Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle herzustellen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung für Nutzbremsen mit der elektrischen Maschine der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass (i) der Verbrennungsmotor AUS ist, (ii) eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als null und kleiner als zwei Meilen pro Stunde ist, und (iii) der Fahrer ein Fahrpedal herunterdrückt, der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe an der Welle der elektrischen Maschine befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe an der Kurbelwelle befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe eine zweite Riemenscheibe und eine Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung die zweite Riemenscheibe drehbar an der Kurbelwelle befestigt, wenn sie sich in dem niedrigen Drehzahlverhältnis befindet, und sich die zweite Riemenscheibe schneller dreht als die Kurbelwelle, wenn sie sich in dem hohen Drehzahlverhältnis befindet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle beinhaltet; eine elektrische Maschine, die eine Welle beinhaltet; einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD), der ein Zugelement, das die Kurbelwelle und die Welle betriebsfähig verbindet, und eine Getriebeanordnung beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle herzustellen, wobei das zweite Drehzahlverhältnis größer als das erste Drehzahlverhältnis ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um die Ausgabe elektrischer Leistung zu erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert: als Reaktion auf eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine (i) die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen und (ii) der elektrischen Maschine zu befehlen, den Verbrennungsmotor zu starten, und als Reaktion auf eine Anforderung von Nutzbremsen mit der elektrischen Maschine die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine zu erhöhen und ein negatives Drehmoment an der Kurbelwelle zu erhöhen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 10519917 [0015]

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle beinhaltet; eine elektrische Maschine, die eine Welle beinhaltet; einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD), der ein Zugelement, das die Kurbelwelle und die Welle betriebsfähig verbindet, und eine Getriebeanordnung beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle herzustellen, wobei das zweite Drehzahlverhältnis höher als das erste Drehzahlverhältnis ist, und eine Steuerung, die als Reaktion auf eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine dazu programmiert ist, (i) die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen und (ii) der elektrischen Maschine zu befehlen, den Verbrennungsmotor zu starten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um die Ausgabe elektrischer Leistung zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass (i) der Verbrennungsmotor AUS ist, (ii) eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als null und kleiner als zwei Meilen pro Stunde ist, und (iii) der Fahrer ein Fahrpedal herunterdrückt, (i) die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen und (ii) der elektrischen Maschine zu befehlen, den Verbrennungsmotor zu starten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung von Nutzbremsen mit der elektrischen Maschine die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine zu erhöhen und ein negatives Drehmoment an der Kurbelwelle zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Getriebeanordnung an der Welle der elektrischen Maschine befestigt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Getriebeanordnung an der Kurbelwelle befestigt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Getriebeanordnung einen Planetenradsatz beinhaltet.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Getriebeanordnung ferner eine elektrisch steuerbare Kupplung beinhaltet, die betrieben wird, um die Getriebeanordnung in dem ersten und zweiten Zustand zu platzieren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Getriebeanordnung Folgendes beinhaltet: eine elektrisch steuerbare Kupplung, eine Riemenscheibe, die mit dem Zugelement in Eingriff gebracht werden kann, und einen Planetenradsatz mit einem an der Kupplung befestigten Sonnenrad, einem an der Riemenscheibe befestigten Hohlrad und einem an der Kurbelwelle oder der Welle der elektrischen Maschine befestigen Planetenträger, wobei sich die Getriebeanordnung im ersten Zustand befindet, wenn die Kupplung ausgerückt ist, und sich im zweiten Zustand befindet, wenn die Kupplung eingerückt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Getriebeanordnung ferner eine Freilaufkupplung beinhaltet, die zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Wasserpumpe, die eine Riemenscheibe beinhaltet, die mit dem Zugelement verbunden ist, und eine Klimaanlage, die eine Riemenscheibe beinhaltet, die mit dem Zugelement verbunden ist.
Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle beinhaltet; eine elektrische Maschine, die eine Welle beinhaltet; einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD), der eine Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe, die an einer der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, eine Riemenscheibe, die an der anderen der Kurbelwelle und der Welle befestigt ist, und ein Zugelement beinhaltet, das um die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe und die Riemenscheibe geführt ist, wobei die Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe dazu konfiguriert ist, ein niedriges Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle und ein hohes Drehzahlverhältnis zwischen der Welle und der Kurbelwelle herzustellen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung für Nutzbremsen mit der elektrischen Maschine der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors mit der elektrischen Maschine der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, der Mehrgang-Riemenscheibenbaugruppe zu befehlen, das hohe Drehzahlverhältnis herzustellen.
Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle beinhaltet; eine elektrische Maschine, die eine Welle beinhaltet; einen Frontend-Nebenaggregatantrieb (FEAD), der ein Zugelement, das die Kurbelwelle und die Welle betriebsfähig verbindet, und eine Getriebeanordnung beinhaltet, die dazu konfiguriert ist, in einem ersten Zustand ein erstes Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle und in einem zweiten Zustand ein zweites Drehzahlverhältnis zwischen der Kurbelwelle und der Welle herzustellen, wobei das zweite Drehzahlverhältnis größer als das erste Drehzahlverhältnis ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine kleiner als ein gewünschter Wert ist, die Getriebeanordnung in den zweiten Zustand zu befehlen, um die Ausgabe elektrischer Leistung zu erhöhen.