DE102022004765A1

DE102022004765A1 - System zum Anlassen des Motors in einem Hybridfahrzeug und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE102022004765A1
Application number: DE102022004765.9A
Authority: DE
Inventors: Sanjay Gupta; Devpriyo Ghosh; Tobias Bischoff; Friedrich Nonnenmacher
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2023-06-22

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt eine Steuerstrategie für das Anlassen des Motors in einem Hybridfahrzeug bereit, wobei das Hybridfahrzeug in vier verschiedenen Phasen durch Schließen der K0- und K1/K2-Kupplungen arbeiten kann, um das Anlassen des Motors zu erreichen. Phase A stellt ein Schließprofil für die K0-Kupplung dar, wobei die K0-Kupplung in der kürzest möglichen Zeit basierend auf der hydraulischen Füllzeit geschlossen wird. Weiterhin stellt Phase B das Schließen der K1/K2-Kupplung dar, in der die kinetische Energie der Vorderräder allmählich auf den Motor übertragen wird. Am Ende der Phase B erreicht der Motor eine Anlassdrehzahl, bei der der Motor seinen Betrieb aus eigener Kraft aufrechterhalten kann. Außerdem sind Phase C und Phase D von der Kalibrierung abhängig. Die Kupplungen K1/K2 werden allmählich geöffnet oder geschlossen, woraufhin die Kupplungen K1/K2 konstant auf einem Kupplungswegwert gehalten werden könnten, wodurch der Motor die erzeugte Energie verbrauchen kann, um sich selbst zu beschleunigen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance System, ADAS). Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug und ein entsprechendes Verfahren bereit.
Hybridfahrzeuge umfassen typischerweise einen kraftstoffbetriebenen Motor und eine elektrische Batterie zum Antrieb des Fahrzeugs. Hybridfahrzeuge werden immer komplexer, da sie so konstruiert werden, dass sie zwei oder mehr verschiedene Antriebsstränge pro Fahrzeug verwenden, z.B. einen rein elektrischen Antrieb an einer Achse (P4) und einen Plug-in-Hybrid P2 oder P3 mit Elektromotor und Verbrennungsmotor (Internal Combustion Engine, ICE) an der anderen Achse, wie in 1 dargestellt. Im Allgemeinen können diese Hybrid-Architekturen als P2P4 bzw. P3P4 bezeichnet werden.
In einem Szenario kann der Fahrer im Falle eines rein elektrischen Antriebs mit einem Ladezustand (State Of Charge, SOC) der Batterie, der sich dem unteren Schwellenwert nähert, bei plötzlichem Beschleunigungsdrang das Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigen und eine Beschleunigung des Fahrzeugs erwarten. Da jedoch der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs ausgeschaltet ist, verbraucht P2 zunächst Energie aus der gleichen Batterie, um den Motor anzulassen, obwohl der SOC-Wert der Batterie niedrig sein kann; und erst dann kann er beginnen, die Batterie mit der Energie des Verbrennungsmotors zu laden, was in diesem Szenario schwierig erscheint.
Im Gegensatz dazu gibt es nur eine Bordbatterie, die die beiden Elektromotoren mit Strom versorgt, die über zwei verschiedene Antriebsstränge verteilt sind. Außerdem ist die Gesamtkapazität der Batterie geringer als die Leistung, die von den Elektromotoren P2 und P4 zusammen benötigt wird.
Um den realen Fahranforderungen gerecht zu werden, kann dem P4-Elektromotor die erste Priorität eingeräumt werden, um die sofort verfügbare Batterieleistung zu nutzen. Die Rolle von P2 besteht jedoch darin, entweder die verbleibende Batterieleistung zu nutzen und den Fahrbetrieb zu unterstützen (wenn die Fahrbedingungen dies erfordern) oder die Batterie aufzuladen (unter Verwendung der ICE-Leistung), wenn der SOC-Wert der Batterie niedrig ist. Darüber hinaus hat der P2-Motor auch die Aufgabe, den Motor bei Bedarf anzulassen. Das Anlassen des Verbrennungsmotors wird ebenfalls mit der gleichen Batterieleistung durchgeführt. Damit wird das Batterieleistungsmanagement zu einem sehr wichtigen Aspekt für das Anlassen des Motors.
Das Patentdokument US9080542B2 offenbart ein Verfahren zum Neustarten eines Fahrzeugmotors, der bei einem bekannten Kurbelwinkel gestoppt wurde, bei dem eine Kupplung, die in einem Drehmomentpfad zwischen einem Anlassermotor und dem Motor angeordnet ist, mit einem gewünschten Druck in Bezug auf den bekannten Kurbelwinkel während des Neustarts betätigt wird, und zur Verwendung des Startermotors zum Antreiben des Motors während des Neustarts.
Die Patentschrift US9068546B2 offenbart Systeme und Verfahren zur Verbesserung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs, wobei ein Motor in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen auf eine von zwei Arten gestartet wird. Insbesondere wird der Motor über eine elektrische Maschine mit geringerer Leistung oder eine elektrische Maschine mit höherer Leistung gestartet. Der Motor kann durch zwei elektrische Maschinen bei unterschiedlichen Bedingungen gestartet werden, so dass eine elektrische Maschine dazu beiträgt, ein Drehmoment für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs über einen breiteren Bereich von Bedingungen bereitzustellen, während die andere elektrische Maschine eine spezifische Funktion zum Starten des Motors hat. Beispielsweise kann ein in den Antriebsstrang integrierter Starter/Generator den Motor starten und ein Drehmoment für den Antriebsstrang bereitstellen, wenn der Fahrer ein geringes Drehmoment benötigt. Ferner kann der in den Antriebsstrang integrierte Starter/Generator den Antriebsstrang bei einem höheren Drehmomentbedarf des Fahrers mit Drehmoment versorgen, während eine elektrische Maschine mit geringerer Leistung den Motor startet. Die elektrische Maschine mit geringerer Leistung ermöglicht es dem in den Antriebsstrang integrierten Starter/Generator, das Drehmoment des Antriebsstrangs über einen breiteren Bereich des vom Fahrer geforderten Drehmoments bereitzustellen.
Die vorgenannten Systeme und Verfahren können die oben genannten Einschränkungen jedoch nicht beseitigen. Daher besteht die Notwendigkeit, eine effiziente, optimale und kostengünstige Lösung bereitzustellen, die die oben genannten Einschränkungen beseitigt und eine effektive und zuverlässige Lösung für das Anlassen des Motors bietet.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein effizientes, zuverlässiges und schnelles System und Verfahren bereitzustellen, das die oben genannten Einschränkungen herkömmlicher Systeme und Verfahren vermeidet und eine effektive und zuverlässige Steuerstrategie für das Anlassen des Motors eines Hybridfahrzeugs bereitstellt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System und Verfahren zum Anlassen des Motors eines Hybridfahrzeugs bereitzustellen, ohne Energie aus dem Batteriepack zu verbrauchen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System und Verfahren bereitzustellen, das bei niedrigen SOC-Prozentsätzen sehr hilfreich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System und Verfahren bereitzustellen, das nicht darauf beschränkt ist, nur während der Bedingungen mit niedrigem SOC-Prozentsatz verwendet zu werden, sondern das zum Anlassen des Motors bei jedem SOC-Niveau verwendet werden kann.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf den Bereich der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug und ein entsprechendes Verfahren bereit.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Prüfen, ob der Motor angelassen werden muss; Prüfen, wenn bestimmt wird, dass der Motor angelassen werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist; und operatives Koppeln einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor des Hybridfahrzeugs, wenn bestimmt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Motor zum Anlassen des Motors zu übertragen.
In einem Aspekt umfasst das Verfahren: Feststellen, ob der Motor ausgeschaltet ist; Feststellen des SOC-Niveaus eines Batteriepacks des Fahrzeugs; und ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Motor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Motor angelassen werden muss.
In einem weiteren Aspekt umfasst das Verfahren: Einkuppeln einer ersten Kupplung, die zwischen einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und dem Motor dafür konfiguriert ist, die Achse des Hybridfahrzeugs operativ mit dem Motor zu koppeln, und Einkuppeln einer oder einer Kombination aus einer zweiten Kupplung und einer dritten Kupplung des Elektroantriebs in gesteuerter Weise.
In einem Aspekt umfasst das Verfahren das Schließen einer beliebigen oder einer Kombination aus der zweiten und der dritten Kupplung des Elektroantriebs erst, nachdem die erste Kupplung vollständig geschlossen ist.
In einem anderen Aspekt wird die erste Kupplung innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls geschlossen, wobei die hydraulische Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus berücksichtigt wird.
In einem weiteren Aspekt ist die Achse eine Vorderachse des Fahrzeugs, und der elektrische Antrieb umfasst einen einzelnen Fahrmotor, der dafür konfiguriert ist, auch den Motor anzulassen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein System zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug, wobei das System Folgendes umfasst: eine Steuereinheit mit einem oder mehreren Prozessoren, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren operativ mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren für Folgendes ausgeführt werden können: Prüfen, ob der Motor angelassen werden muss; Prüfen, wenn bestimmt wird, dass der Motor angelassen werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist; und operatives Koppeln einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor des Hybridfahrzeugs, wenn bestimmt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Motor zum Anlassen des Motors zu übertragen.
In einem Aspekt umfasst das System Folgendes: einen vorderen Antriebsstrang, der einen ersten elektrischen Antrieb und den Motor umfasst, der über eine zweite Kupplung oder eine dritte Kupplung mit einer Vorderachse operativ gekoppelt ist, wobei der Motor zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb über eine erste Kupplung mit der Vorderachse operativ gekoppelt ist; einen hinteren Antriebsstrang, der einen zweiten elektrischen Antrieb umfasst, der mit einer Hinterachse operativ gekoppelt ist; ein Batteriepack, das mit dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb operativ gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die mit dem vorderen Antriebsstrang, dem hinteren Antriebsstrang und dem Batteriepack kommuniziert, wobei die Steuereinheit einen oder mehrere Prozessoren umfasst, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren operativ mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren für Folgendes ausgeführt werden können: Feststellen, ob der Motor ausgeschaltet ist; Feststellen des SOC-Pegels des Batteriepacks des Fahrzeugs; und Bestätigen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Motor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Motor angelassen werden muss.
In einem Aspekt wird die für das Anlassen des Motors verbrauchte Energie als Summe der Energie, die zur Überwindung der Reibung zwischen einer oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs erforderlich ist, und der Energie, die zur Erhöhung der Drehzahl des Motors auf eine Anlassdrehzahl erforderlich ist, berechnet.
In einem Aspekt umfasst das System ein CAN-Modul, das dafür konfiguriert ist, die Steuereinheit kommunikativ mit dem vorderen Antriebsstrang und dem hinteren Antriebsstrang zu koppeln.
Verschiedene Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen zeigen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

1 zeigt eine schematische beispielhafte Darstellung eines herkömmlichen Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug.
2A und 2B zeigen beispielhafte Blockdiagramme des vorgeschlagenen Systems zum Anlassen des Motors in einem Hybridfahrzeug, um seine allgemeine Funktionsweise gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen.
3 zeigt ein beispielhaftes schematisches Diagramm, das die Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
4 zeigt ein Flussdiagramm, das den schrittweisen Betrieb des vorgeschlagenen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
5 zeigt eine grafische Darstellung, die mit dem Öffnen und Schließen von Kupplungen zum Anlassen des Motors verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
6A, 6B und 6C zeigen eine grafische Darstellung, die sich auf den reinen Elektroantrieb ohne Anlassen des Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht.
7A, 7B und 7C zeigen eine grafische Darstellung, die sich auf den reinen Elektroantrieb mit Anlassen des Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht.
8A bis 8D zeigen eine grafische Darstellung, die sich auf das Anlassen des Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht.
9 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm, das das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung des Anlassens des Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass die Offenbarung klar vermittelt wird. Jedoch soll die angebotene Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen nicht einschränken; im Gegensatz dazu wird beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
Die hierin erläuterten Ausführungsformen beziehen sich auf das Gebiet der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug und ein entsprechendes Verfahren bereit.
Unter Bezugnahme auf 2A und 2B können beispielhafte Blockdiagramme des vorgeschlagenen Systems 200 (hierin austauschbar als System 200 bezeichnet) zum Anlassen eines Motors 218 in einem Hybridfahrzeug einen vorderen Antriebsstrang 202 und einen hinteren Antriebsstrang 206 umfassen. Ferner kann das System 200 eine Batterie 208 (hierin austauschbar als Batteriepack 208 bezeichnet) umfassen, um das System 200 mit elektrischer Energie zu versorgen.
In einer Ausführungsform umfasst das System 200 auch eine Steuereinheit 204, die operativ mit der Batterie 208 gekoppelt und dafür konfiguriert ist, den Stromfluss von der Batterie 208 zu verschiedenen Komponenten des Hybridfahrzeugs zu steuern, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, auf elektrische Antriebe, Motor, Motoren und Zubehör.
In einer Ausführungsform kann der vordere Antriebsstrang 202 einen ersten elektrischen Antrieb umfassen, der über eine zweite Kupplung (K1) oder eine dritte Kupplung (K2) mit einer Vorderachse 302 operativ gekoppelt ist, und der Motor 218 kann zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb über eine erste Kupplung 226 (K0) mit der Vorderachse 302 operativ gekoppelt sein, wie in 3 dargestellt. In einer anderen Ausführungsform kann der hintere Antriebsstrang 206 einen zweiten elektrischen Antrieb umfassen, der operativ mit einer Hinterachse 306 gekoppelt ist, wobei das Batteriepack 208 operativ mit dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb gekoppelt sein kann. In einer Implementierung kann der erste elektrische Antrieb mit einem P2-Motor 222 ausgestattet sein, während der zweite elektrische Antrieb mit einem P4-Motor 312 ausgestattet sein kann, der je nach Bedarf über eine Kupplung 314 mit dem hinteren Differential 308 verbunden oder getrennt werden kann.
In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 in Kommunikation mit dem vorderen Antriebsstrang 202, dem hinteren Antriebsstrang 206 und dem Batteriepack 208 konfiguriert sein. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 dafür konfiguriert sein, zu prüfen, ob der Motor 218 des Hybridfahrzeugs angelassen werden muss, und zu prüfen, wenn bestimmt wird, dass der Motor 218 angelassen werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist. In einer Ausführungsform kann das System 200 ein Steuerungsbereichsnetzwerk- (Controller Area Network, CAN) Modul 220 (hier auch als CAN-Bus 220 bezeichnet), das zur kommunikativen Kopplung der Steuereinheit 204 mit dem vorderen Antriebsstrang 202 und dem hinteren Antriebsstrang 206 konfiguriert sein kann, umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 mit der Vorderachse 302 über ein vorderes Differential 304 gekoppelt sein, das dazu beitragen kann, die Drehzahlen der beiden Vorderräder 216 zu variieren. In einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 mit der Hinterachse 306 über ein hinteres Differential 308 gekoppelt sein, das dazu beitragen kann, die Drehzahlen der beiden Hinterräder 310-1 und 310-2 zu variieren. (hier zusammenfassend als Hinterräder 310 bezeichnet und einzeln als Hinterrad 310 bezeichnet).
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 mehrere Detektoren umfassen, die an vordefinierten Positionen an dem Hybridfahrzeug konfiguriert sind, so dass ein erster Satz von Detektoren (hierin zusammenfassend als erste Detektoren bezeichnet und einzeln als erster Detektor bezeichnet), unter den mehreren Detektoren, konfiguriert werden kann, um zu überprüfen, ob der Motor des Hybridfahrzeugs angelassen werden muss. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform, wenn bestimmt wird, dass der Motor angelassen werden muss, kann die Steuereinheit 204 durch einen zweiten Satz von Detektoren (hierin zusammenfassend als zweite Detektoren bezeichnet und einzeln als zweiter Detektor bezeichnet) unter den mehreren Detektoren prüfen, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist. In einer beispielhaften Ausführungsform können die ersten Detektoren einen Beschleunigungsmesser, einen Kilometerzähler, ein Gyroskop und dergleichen umfassen und mit dem Beschleunigungspedal des Hybridfahrzeugs gekoppelt sein. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform können die zweiten Detektoren Voltmeter, Amperemeter, Wattmeter, Gasdetektor, Feuchtigkeitsanalysator und Hygrometer umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
In einer Ausführungsform, wenn bestimmt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, kann das System 200 so konfiguriert werden, dass es eine entsprechende Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor 218 des Hybridfahrzeugs (hier austauschbar als Fahrzeug bezeichnet) operativ koppelt, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Kraft auf den Motor 218 zu übertragen, um den Motor anzulassen (auch als Motoranlassen bezeichnet).
In einer Ausführungsform kann das System 200 über die Steuereinheit 204 feststellen, ob der Motor 218 ausgeschaltet ist, und kann auch den SOC-Füllstand des Batteriepacks 208 des Fahrzeugs feststellen. In einer anderen Ausführungsform kann das System 200 ferner erfassen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt hat, wobei das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Motor 218 ausgeschaltet ist, so ausgelegt werden kann, dass der Motor 218 angelassen werden muss.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann der erste elektrische Antrieb über die zweite (K1) oder dritte Kupplung (K2) der Doppelgetriebeeinheit mit einer Vorderachse gekoppelt sein. Der Motor 218 kann zusätzlich zum ersten elektrischen Antrieb auch über die erste (K0) Kupplung mit der Vorderachse gekoppelt sein. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der elektrische Antrieb einen einzelnen Fahrmotor umfassen, der dafür konfiguriert sein kann, auch den Motor anzulassen.
In einer ersten Ausführungsform kann das System 200 zum Anlassen des Motors 218 die erste Kupplung (K0) einkuppeln, die zwischen dem Motor 222 des Fahrzeugs P2 und dem Motor 218 angeordnet ist, um die Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor operativ zu koppeln. In einer zweiten Ausführungsform kann das System eine beliebige oder eine Kombination aus der zweiten Kupplung (K1) und der dritten Kupplung (K2) des elektrischen Antriebs gesteuert einkuppeln.
In einer Ausführungsform kann das System 200 die zweite (K1) Kupplung oder die dritte (K2) Kupplung des Elektroantriebs nach einem vordefinierten Zeitintervall erst dann schließen, wenn die erste Kupplung (K0) vollständig geschlossen ist. In einer weiteren Ausführungsform kann die erste Kupplung (K0) innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls unter Berücksichtigung der hydraulischen Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus geschlossen werden.
In einer Ausführungsform kann das System 200 so konfiguriert sein, dass es die Energie des bereits fahrenden Fahrzeugs zum Anlassen des Motors 218 nutzt, anstatt Energie der Batterie 208 dafür zu verwenden. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 eine Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit, TCU) 212 und eine Motorsteuereinheit (Engine Control Unit, ECU) 214 umfassen. In einer Ausführungsform kann das System 200 während der Notwendigkeit des Anlassens des Motors die Getriebesteuereinheit 212 betätigen, die die Kupplungen K0 und K1/K2 gemäß der vorgeschlagenen Steuerstrategie weiter schließen kann. Das Schließen der Kupplungen K0 und K1/K2 kann zu einer direkten Verbindung zwischen den laufenden Vorderrädern 216-1 und 216-2 (im Folgenden gemeinsam als Vorderräder 216 und einzeln als Vorderrad 216 bezeichnet) und dem Motor führen. Ferner kann die direkte Verbindung den Fluss der für das Anlassen des Motors erforderlichen Energie zum Motor ermöglichen, wobei das Anlassen des Motors durch Schließen der Kupplungen K0 und K1/K2 erreicht werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die vorgeschlagene Steuerstrategie in der Getriebesteuereinheit 212 implementiert werden, die die erforderlichen Eingaben von der Motorsteuereinheit (ECU) 214 und dem CAN-Netzwerk über das CAN-Modul 220 (hier auch als CAN-Bus bezeichnet) erhalten kann. Die vorgeschlagene Steuerstrategie kann ein rückgekoppeltes Steuersignal für die Kupplungen K0 und K1/K2 bereitstellen.
In einer Ausführungsform kann die zum Anlassen des Motors benötigte Energie (ICE-Anlassenergie) zusammengefasst werden als eine Summe aus:

a) Energie, die zur Überwindung der Reibung zwischen verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs erforderlich ist, z. B. Reibung zwischen Kolben und Zylinder des Fahrzeugs,
b) Energie, die erforderlich ist, um die Drehzahl des Motors von Null auf eine Anlassdrehzahl zu erhöhen und dadurch die damit verbundenen Trägheitsmomente zu beschleunigen. c)

Daher kann die für das Anlassen des Motors erforderliche Energie durch Gleichung (1) dargestellt werden $ICE - Anlassenergie = \int d E = \int_{t 0}^{t} T_{f r i c t i o n} * ω_{I C E} d t + \int_{0}^{ω_{I C E on}} J_{I C E} * ω_{I C E} d ω_{I C E}$
wobei,
T_friction = Reibungsmoment (vom Motor während des Anlassvorgangs verbraucht)
ω_ICE = Momentane Motordrehzahl
J_ICE = Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors
t0 = Startzeit des ICE-Anlassvorgangs
t = Endzeit des ICE-Anlassvorgangs
In einer beispielhaften Ausführungsform werden gemäß Gleichung (1) etwa 1000 Joule Energie für das Anlassen eines 4-Zylinder-Verbrennungsmotors mit 2 Litern (I) und einer Trägheit von 0,2 Kilogramm-Quadratmetern (kg-m²) benötigt.
Bezugnehmend auf 4 kann das System 200 in Block 402 prüfen, ob ein Anlassen des Motors erforderlich ist. In einer Ausführungsform kann eine Anforderung zum Anlassen des Motors eine Leistungsanforderung des Fahrers für die Beschleunigung bedeuten, d. h. ein Gasgeben durch den Fahrer des Fahrzeugs.
Weiterhin kann das System 200 in Block 404 prüfen, ob ein rein elektrischer Antrieb mit nur einem P4-Motor aktiv ist. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 in Block 406 die K0-Kupplung schließen, wenn Block 402 und Block 404 mit „Ja“ beantwortet werden, d.h. wenn das Anlassen des Motors erforderlich ist und das Fahrzeug mit reinem Elektroantrieb fährt. In dem Moment, in dem die K0-Kupplung geschlossen ist, kommen beide Seiten der K0-Kupplung, also die Eingangs- und die Ausgangsseite, zur Ruhe. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die K0-Kupplung unter Berücksichtigung der hydraulischen Füllzeit in möglichst kurzer Zeit geschlossen werden.
In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 204 bei vollständig geschlossener K0-Kupplung in Block 408 die K1/K2-Kupplungen weiter schließen, was zu einer kontrollierten mechanischen Verbindung zwischen den laufenden Rädern und dem Motorführen kann. Daher kann nach Abschluss des Prozesses in Block 406 und in Block 408 der Motor in Block 410 angelassen werden.
Unter Bezugnahme auf 5 kann das System 200 das Fahrzeug so steuern, dass das Fahrzeug in vier verschiedenen Modi (hier auch als Phasen bezeichnet) betrieben werden kann, d.h. Phase A, Phase B, Phase C und Phase D. Die vorgenannten Phasen können das Schließen von K0- und K1/K2-Kupplungen darstellen, um das Anlassen des Motors und die Synchronisierung der Trägheit zu erreichen, wie in Block 406 und 408 dargestellt.
Schließen der K0-Kupplung: Dargestellt durch Phase A

• Phase A kann das vorgeschlagene Schließprofil für die K0-Kupplung darstellen. Der Vorgang beginnt mit der „Ja“-Entscheidung in Block 404 und hat zum Aufgabe, die K0-Kupplung in der kürzest möglichen Zeit zu schließen, die die hydraulische Füllzeit erlaubt.
•

Schließen der K1/K2-Kupplung: Bestehend aus Phase B, Phase C, und Phase D

• Phase B kann den vorgeschlagenen Teil des K1/K2-Kupplungsschlusses darstellen, in dem die kinetische Energie der Vorderräder allmählich auf den Motor 218 übertragen werden kann. Am Ende von Phase B erreicht der Motor 218 eine Anlassdrehzahl, d.h. eine Drehzahl, bei der der Motor 218 angelassen wird, so dass der Motor 218 seinen Betrieb aus eigener Kraft aufrechterhalten kann.
• Phase C und D der Strategie sind kalibrierungsabhängig, d.h. sie werden mit dem Aufgabe kalibriert, die Motordrehzahl an die Getriebeeingangsdrehzahl anzupassen. Die K1/K2-Kupplungen können schrittweise auf einen vordefinierten Kupplungswegwert geöffnet oder geschlossen werden, woraufhin die K1/K2-Kupplungen konstant auf dem vordefinierten Kupplungswegwert gehalten werden können, wodurch der Motor einen Teil der erzeugten Energie verbrauchen kann, um sich selbst zu beschleunigen, während er weniger Energie auf die Vorderräder überträgt. Darüberhinaus kann in Phase C die Drehzahl des Motors erhöht werden, um sich der Getriebeeingangsdrehzahl anzupassen. Zum Beispiel in 5:
- 0 = Vollständig geöffnete Kupplung
- 1 = Vollständig geschlossene Kupplung
Zwischen 0 bis 1 = teilweise geschlossene Kupplung

• Phase D kann einen Punkt anzeigen, an dem die Motordrehzahl und die Getriebeeingangsdrehzahl um eine geringe Drehzahldifferenz voneinander abweichen können. An diesem Punkt kann die K1/K2-Kupplung beginnen, schneller zu schließen.
•

Bezugnehmend auf 6A, 6B und 6C sind Diagramme bezüglich der Betätigung des Beschleunigungspedals, der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Fahrzeugbeschleunigung für einen reinen Elektroantrieb (P4-Motor oder P4) ohne Anlassen des Motors dargestellt. In einem Beispiel, für die Fahrzeugspezifikation P2P4, sind die Zyklusdetails (Lastfall):

• Gasgeben ausgehend von konstanter Geschwindigkeit von 50 km/h
• Konstante Geschwindigkeit über rein elektrischen Antrieb (P4), P2 aus, ICE aus
• Nach dem Gasgeben:
- nur P4-Antrieb,
- kein Anlassen des ICE, und
- keine P2-Unterstützung.

Bezugnehmend auf 7A, 7B und 7C werden Diagramme gezeigt, die sich auf die Betätigung des Beschleunigungspedals, die Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. die Fahrzeugbeschleunigung im Falle des Anlassens des Motors beziehen. In einem Beispiel für die Fahrzeugspezifikation P2P4 sind die Zyklusdetails (Lastfall):

• Gasgeben ausgehend von konstanter Geschwindigkeit von 50 km/h
• Konstante Geschwindigkeit über rein elektrischen Antrieb (P4), P2 aus, ICE aus
• Nach dem Gasgeben:
- P4-Antrieb unterstützt weiterhin,
- Anlassen des ICE durchgeführt,
- keine P2-Unterstützung.

Im Falle des Anlassens des Motors kann die Fahrzeugbeschleunigung durch das Diagramm in 8A dargestellt werden, die Getriebeeingangsdrehzahl gegen die Motordrehzahl kann durch das Diagramm in 8B dargestellt werden, das Motordrehmoment kann durch das Diagramm in 8C dargestellt werden, und K0 v/s K1/K2 Kupplungssteckerumschaltung kann durch das Diagramm in 8D dargestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 9 kann das vorgeschlagene Verfahren 900 (hierin austauschbar als Verfahren 900 bezeichnet) zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug umfassen, dass in Block 902 geprüft wird, ob der Motor angelassen werden muss. In einer Ausführungsform kann das Verfahren 900 umfassen, dass in Block 904, wenn bestimmt wird, dass der Motor angelassen werden muss, geprüft wird, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren 900 das operative Koppeln, in Block 906, einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor des Hybridfahrzeugs umfassen, wenn bestimmt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Motor zum Anlassen des Motors zu übertragen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren 900 zunächst die Feststellung, ob der Motor ausgeschaltet ist; und dann die Feststellung des SOC-Niveaus eines Batteriepacks des Fahrzeugs umfassen. Ferner kann das Verfahren 900 das Erfassen umfassen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Motor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Motor angelassen werden muss.
In einer ersten Ausführungsform kann das Verfahren 900 das Einkuppeln einer ersten Kupplung umfassen, die zwischen einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und dem Motor dafür konfiguriert ist, die Achse des Hybridfahrzeugs operativ mit dem Motor zu koppeln. In einer zweiten Ausführungsform kann das Verfahren 900 das gesteuerte Einkuppeln einer beliebigen oder einer Kombination aus einer zweiten Kupplung und einer dritten Kupplung des Elektroantriebs umfassen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren 900 umfassen, dass eine beliebige oder eine Kombination aus der zweiten (K1) Kupplung und der dritten (K2) Kupplung des Elektroantriebs erst geschlossen wird, nachdem die erste Kupplung (K0) vollständig geschlossen ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die erste Kupplung (K0) innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls unter Berücksichtigung der hydraulischen Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus geschlossen werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann es sich bei der Achse um eine Vorderachse des Fahrzeugs handeln, und der elektrische Antrieb kann einen einzelnen Fahrmotor umfassen, der dafür konfiguriert ist, auch den Motor anzulassen.
In einer Ausführungsform kann durch das vorgeschlagene System und Verfahren das Anlassen des Motors erreicht werden, ohne dass Energie aus dem Batteriepack verbraucht wird. Außerdem kann die vorgeschlagene Steuerstrategie bei niedrigen SOC-Prozentsätzen sehr hilfreich sein.
Fachleuten ist ersichtlich, dass die vorgeschlagene Steuerstrategie nicht nur bei niedrigen SOC-Prozentsätzen verwendet werden kann, sondern dass sie zum Anlassen des Motors bei jedem SOC-Niveau verwendet werden kann.
Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und Verfahren zum Anlassen des Motors eines Hybridfahrzeugs bereit, ohne Energie aus dem Batteriepack zu verbrauchen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und Verfahren bereit, das bei niedrigen SOC-Prozentsätzen sehr hilfreich ist.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und Verfahren bereit, das nicht darauf beschränkt ist, nur während der Bedingungen mit niedrigem SOC-Prozentsatz verwendet zu werden, sondern das zum Anlassen des Motors bei jedem SOC-Niveau verwendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9080542 B2 [0006]
US 9068546 B2 [0007]

Claims

Verfahren (900) zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug, wobei das Verfahren (900) Folgendes umfasst: Prüfen (902), ob der Motor angelassen werden muss; Prüfen (904), wenn bestimmt wird, dass der Motor angelassen werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist; und operatives Koppeln (906) einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor des Hybridfahrzeugs, wenn bestimmt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Motor zum Anlassen des Motors zu übertragen.
Verfahren (900) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (900) Folgendes umfasst: Feststellen, ob der Motor ausgeschaltet ist; Feststellen des SOC-Pegels eines Batteriepacks des Fahrzeugs; und ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Motor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Motor angelassen werden muss.
Verfahren (900) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (900) Folgendes umfasst: Einkuppeln einer ersten Kupplung, die zwischen einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und dem Motor dafür konfiguriert ist, die Achse des Hybridfahrzeugs operativ mit dem Motor zu koppeln, und Einkuppeln einer oder einer Kombination aus einer zweiten Kupplung und einer dritten Kupplung des Elektroantriebs in gesteuerter Weise.
Verfahren (900) nach Anspruch 3, wobei das Verfahren (900) das Schließen einer beliebigen oder einer Kombination aus der zweiten (K1) Kupplung und der dritten (K2) Kupplung des Elektroantriebs erst dann umfasst, nachdem die erste Kupplung (K0) vollständig geschlossen ist.
Verfahren (900) nach Anspruch 4, wobei die erste Kupplung (K0) innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls geschlossen wird, wobei die hydraulische Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus berücksichtigt wird.
Verfahren (900) nach Anspruch 1, wobei die Achse eine Vorderachse des Fahrzeugs ist, und der elektrische Antrieb einen einzelnen Fahrmotor umfasst, der dafür konfiguriert ist, auch den Motor anzulassen.
System (200) zum Anlassen eines Motors in einem Hybridfahrzeug, wobei das System (200) Folgendes umfasst: eine Steuereinheit (204) mit einem oder mehreren Prozessoren, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren operativ mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren für Folgendes ausgeführt werden können: Prüfen, ob der Motor (218) angelassen werden muss; Prüfen, wenn bestimmt wird, dass der Motor (218) angelassen werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist; und operatives Koppeln einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor (218) des Hybridfahrzeugs, wenn bestimmt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Motor (218) zum Anlassen des Motors (218) zu übertragen.
System (200) nach Anspruch 7, wobei das System (200) Folgendes umfasst: einen vorderen Antriebsstrang (202), der Folgendes umfasst: einen ersten elektrischen Antrieb, der über eine beliebige oder eine Kombination aus einer zweiten Kupplung (K1) und einer dritten Kupplung (K2) operativ mit einer Vorderachse (302) gekoppelt ist, wobei der Motor (218) zusammen mit dem ersten elektrischen Antrieb über eine erste Kupplung (K0) operativ mit der Vorderachse (302) gekoppelt ist; ein hinteres Antriebssystem (206), das einen zweiten elektrischen Antrieb umfasst, der mit einer Hinterachse (306) operativ gekoppelt ist; ein Batteriepack (208), das mit dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb operativ gekoppelt ist; und eine Steuereinheit (204), die mit dem vorderen Antriebsstrang (202), dem hinteren Antriebsstrang (206) und dem Batteriepack (208) kommuniziert, wobei die Steuereinheit (204) einen oder mehrere Prozessoren umfasst, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren operativ mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren für Folgendes ausgeführt werden können: Feststellen, ob der Motor (218) ausgeschaltet ist; Feststellen des SOC-Pegels des Batteriepacks des Fahrzeugs (208); und Bestätigen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Beschleunigungspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Beschleunigungspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, wenn der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Motor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Motor (218) angelassen werden muss.
System (200) nach Anspruch 7, wobei die für das Anlassen des Motors (218) verbrauchte Energie als Summe der Energie, die zur Überwindung der Reibung zwischen einer oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs erforderlich ist, und der Energie, die zur Erhöhung der Drehzahl des Motors (218) auf eine Anlassdrehzahl erforderlich ist, berechnet wird.
System (200) nach Anspruch 7, wobei das System (200) ein CAN-Modul (220) umfasst, das dafür konfiguriert ist, die Steuereinheit (204) mit dem vorderen Antriebsstrang (202) und dem hinteren Antriebsstrang (206) kommunikativ zu koppeln.