DE102022208606A1

DE102022208606A1 - System und verfahren zur rückführung von leistung

Info

Publication number: DE102022208606A1
Application number: DE102022208606.6A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey M. DAVID
Original assignee: Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
Current assignee: Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2022-08-18
Publication date: 2023-02-23
Also published as: US20230054823A1; CN115891665A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Betrieb eines Antriebsstrangs beschrieben, der zwei elektrische Maschinen enthält. In einem Beispiel wird eine elektrische Maschine in einem Generatormodus und die andere elektrische Maschine in einem Motormodus betrieben, so dass die elektrische Energie, die von der elektrischen Maschine, welche im Generatormodus betrieben wird, erzeugt wird, von der elektrischen Maschine, die im Motormodus betrieben wird, verbraucht wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum regenerativen Bremsen eines Fahrzeugs unter Bedingungen, bei denen es nicht wünschenswert ist, Ladung in einer Energiespeichervorrichtung zu speichern.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG
Ein Fahrzeug kann eine elektrische Maschine enthalten, die eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellen kann. Die elektrische Maschine kann auch als Generator arbeiten, um die kinetische Energie eines Fahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln und das Fahrzeug abzubremsen (regeneratives Bremsen). Die elektrische Maschine kann als Generator arbeiten, wenn das vom Fahrer geforderte Drehmoment gering ist, oder wenn das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist und die elektrische Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs geladen werden soll. Wenn jedoch der Ladezustand der elektrischen Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs hoch ist oder eine andere Bedingung vorliegt, die das Aufladen der elektrischen Energiespeichervorrichtung einschränkt, kann das Fahrzeug die elektrische Maschine nicht als Generator betreiben, um die Möglichkeit zu verringern, dass der elektrischen Energiespeichervorrichtung mehr Energie zugeführt wird als erwünscht. Wenn die elektrische Maschine nicht als Generator betrieben wird, kann das Fahrzeug auf Reibungsbremsen zurückgreifen, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Dennoch kann es nicht wünschenswert sein, das Fahrzeug mit seinen Reibungsbremsen zu betreiben, während das Fahrzeug auf einer Straße mit einer längeren signifikanten negativen Steigung fährt, weil die Reibungsbremsen weniger wirksam sein können, wenn die Reibungsbremsen für eine längere Dauer kräftig betätigt werden. Daher kann es wünschenswert sein, eine Betriebsweise für das Fahrzeug bereitzustellen, bei der der Einsatz von Reibungsbremsen und der Kraftaufwand reduziert werden.
Der Erfinder hat die oben genannten Probleme erkannt und ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs entwickelt, das Folgendes umfasst: Betreiben einer ersten elektrischen Maschine in einem Motormodus; Betreiben einer zweiten elektrischen Maschine in einem Generatormodus, während die erste elektrische Maschine in dem Motormodus betrieben wird und während eine zwischen einer elektrischen Energiespeichervorrichtung und der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine ausgetauschte Nettoleistungsmenge im Wesentlichen null ist.
Durch den Betrieb einer elektrischen Maschine im Generatormodus und einer zweiten elektrischen Maschine im Motormodus kann das technische Ergebnis einer Fahrzeugbremsung ohne Ladung einer elektrischen Energiespeichervorrichtung erreicht werden. Insbesondere kann elektrische Energie, die von einer elektrischen Maschine erzeugt wird, von einer zweiten elektrischen Maschine verbraucht werden. Außerdem kann die elektrische Maschine, die als Generator betrieben wird, weniger effizient betrieben werden als die elektrische Maschine, die als Motor betrieben wird, so dass die elektrische Maschine, die als Generator betrieben wird, das Fahrzeug abbremst.
Das System und das Verfahren können mehrere Vorteile bieten. Insbesondere können das hier beschriebene System und die Verfahren eine Fahrzeugbremsung zu Zeiten ermöglichen, in denen es nicht wünschenswert ist, dass eine elektrische Energiespeichervorrichtung zusätzliche Leistung aufnimmt. Darüber hinaus können das vorliegende System und die Verfahren die Bremsleistung eines Fahrzeugs über die Einstellung der mit den elektrischen Maschinen verbundenen Übersetzungsstufen anpassen. Darüber hinaus können das System und die Verfahren den Verschleiß der Reibungsbremsen verringern.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung dazu dient, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher erläutert werden. Sie ist nicht dazu gedacht, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang eindeutig durch die Ansprüche definiert wird, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die die oben oder in anderen Teilen dieser Offenbarung genannten Nachteile beheben.
Figurenliste

1A-1C zeigen schematische Darstellungen von Fahrzeugen und Antriebssträngen, die wie hier beschrieben betätigt werden können.
2 ist ein Beispiel für eine Fahrzeugbetriebssequenz gemäß dem Verfahren aus 3.
3 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit zwei elektrischen Maschinen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ein Fahrzeug kann mit zwei elektrischen Maschinen ausgestattet sein, die für den Vortrieb sorgen. Jede der beiden elektrischen Maschinen kann in einem Motormodus und einem Generatormodus betrieben werden. Der Motormodus kann zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden, während der Generatormodus zum Aufladen einer elektrischen Energievorrichtung und/oder zum Abbremsen des Fahrzeugs verwendet werden kann. Die elektrischen Maschinen können in einem Fahrzeug wie in 1A-1C oder in anderen bekannten Konfigurationen konfiguriert sein. Die elektrischen Maschinen können wie in 2 dargestellt betrieben werden. Die elektrischen Maschinen können nach dem Verfahren aus 3 betrieben werden.
1 veranschaulicht ein Beispiel für ein Fahrzeugantriebssystem 100 für das Fahrzeug 121. Ein vorderer Teil des Fahrzeugs 121 ist mit 110 und ein hinterer Teil des Fahrzeugs 121 mit 111 bezeichnet. Das Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet zwei Antriebsquellen, darunter die vordere elektrische Maschine 125 und die hintere elektrische Maschine 126. Die elektrischen Maschinen 125 und 126 können je nach ihrem Betriebsmodus elektrische Energie verbrauchen oder erzeugen. In der gesamten Beschreibung von 1 sind die mechanischen Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten als durchgezogene Linien dargestellt, während die elektrischen Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten als gestrichelte Linien dargestellt sind.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 hat eine Vorderachse 133 und eine Hinterachse 122. In einigen Beispielen kann die Hinterachse zwei Halbwellen umfassen, z. B. die erste Halbwelle 122a und die zweite Halbwelle 122b. Entsprechend kann die Vorderachse 133 eine erste Halbwelle 133a und einer zweite Halbwelle 133b umfassen. Das Fahrzeugantriebssystem 100 hat außerdem Vorderräder 130 und Hinterräder 131. In diesem Beispiel können die Vorderräder 130 selektiv über die elektrische Maschine 125 angetrieben werden. Die Hinterräder 131 können über die elektrische Maschine 126 angetrieben werden.
Die Hinterachse 122 ist mit der elektrischen Maschine 126 verbunden. Die hintere Antriebseinheit 136 kann die Energie von der elektrischen Maschine 126 auf die Achse 122 übertragen, was zur Drehung der Antriebsräder 131 führt. Die hintere Antriebseinheit 136 kann einen niedrigen Zahnradsatz 175 und einen hohen Zahnradsatz 177 beinhalten, die über die Ausgangswelle 126a der hinteren elektrischen Maschine 126 mit dieser gekoppelt sind. Der niedrige Gang 175 kann durch vollständiges Schließen der Kupplung für den niedrigen Gang 176 eingelegt werden. Der hohe Gang 177 kann durch vollständiges Schließen der Kupplung für den hohen Gang 178 eingelegt werden. Die Kupplung für den hohen Gang 177 und die Kupplung für den niedrigen Gang 178 können über Befehle geöffnet und geschlossen werden, die von der hinteren Antriebseinheit 136 über CAN 299 empfangen werden. Alternativ können die Kupplung für den hohen Gang 177 und die Kupplung für den niedrigen Gang 178 über digitale Ausgänge oder Pulsbreiten, die über die Steuerung 144 bereitgestellt werden, geöffnet und geschlossen werden. Die hintere Antriebseinheit 136 kann ein Differential oder einen Achsantrieb 128 enthalten, so dass das Drehmoment auf die Achse 122a und die Achse 122b übertragen werden kann. In einigen Beispielen kann eine elektrisch gesteuerte Differentialkupplung (nicht dargestellt) in der hinteren Antriebseinheit 136 enthalten sein. In einigen Beispielen kann die hintere Antriebseinheit 136 mehr als zwei Übersetzungsstufen beinhalten, um die Energie von der elektrischen Maschine 126 auf die Hinterräder 131 zu übertragen.
Die Vorderachse 133 ist mit der elektrischen Maschine 125 verbunden. Die vordere Antriebseinheit 137 kann die Energie von der elektrischen Maschine 125 auf die Achse 133 übertragen, was zur Drehung der Antriebsräder 130 führt. Die vordere Antriebseinheit 137 kann einen niedrigen Zahnradsatz 170 und einen hohen Zahnradsatz 173 beinhalten, die über die Ausgangswelle 125a der vorderen elektrischen Maschine 125 mit dieser gekoppelt sind. Der niedrige Gang 170 kann durch vollständiges Schließen der Kupplung für den niedrigen Gang 171 eingelegt werden. Der hohe Gang 173 kann durch vollständiges Schließen der Kupplung für den hohen Gang 174 eingelegt werden. Die Kupplung für hohen den Gang 174 und die Kupplung für den niedrigen Gang 171 können über Befehle geöffnet und geschlossen werden, die von der vorderen Antriebseinheit 137 über CAN 299 empfangen werden. Alternativ können die Kupplung für den hohen Gang 174 und die Kupplung für den niedrigen Gang 171 über digitale Ausgänge oder Pulsbreiten, die über des Steuersystem 14 bereitgestellt werden, geöffnet und geschlossen werden. Die vordere Antriebseinheit 137 kann ein Differential oder einen Achsantrieb 127 enthalten, so dass das Drehmoment auf die Achse 133a und die Achse 133b übertragen werden kann. In einigen Beispielen kann eine elektrisch gesteuerte Differentialkupplung (nicht dargestellt) in der vorderen Antriebseinheit 137 enthalten sein. In einigen Beispielen kann die vordere Antriebseinheit 137 mehr als zwei Übersetzungsstufen beinhalten, um die Energie von der elektrischen Maschine 125 auf die Vorderräder 130 zu übertragen.
Die elektrischen Maschinen 125 und 126 sind elektrisch mit der bordeigenen elektrischen Energiespeichervorrichtung 132 verbunden und können von dieser mit elektrischer Energie versorgt werden. Darüber hinaus können die elektrischen Maschinen 125 und 126 eine Generatorfunktion haben, um die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie in der elektrischen Energiespeichervorrichtung 132 zur späteren Verwendung durch die elektrische Maschine 125 und/oder die elektrische Maschine 126 gespeichert werden kann. Eine erste Wechselrichter-Systemsteuerung (ISC1) 134 kann den von der hinteren elektrischen Maschine 126 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, um ihn in der elektrischen Energiespeichervorrichtung 132 zu speichern und umgekehrt. Eine zweite Wechselrichter-Systemsteuerung (ISC2) 147 kann den von der vorderen elektrischen Maschine 125 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln, um ihn in der elektrischen Energiespeichervorrichtung 132 zu speichern und umgekehrt. Die elektrische Energiespeichervorrichtung 132 kann eine Batterie, ein Kondensator, ein Induktor oder eine andere elektrische Energiespeichervorrichtung sein.
In einigen Beispielen kann die elektrische Energiespeichervorrichtung 132 so konfiguriert sein, dass sie elektrische Energie speichert, die anderen elektrischen Verbrauchern an Bord des Fahrzeugs (außer dem Motor) zugeführt werden kann, wie z. B. der Heizung und der Klimaanlage des Fahrzeugs, dem Motorstart, den Scheinwerfern, den Audio- und Videosystemen im Fahrzeug usw.
Die Steuerung 144 kann mit einer oder mehreren elektrischen Maschinen 125, einer elektrischen Maschine 126, einer Energiespeichervorrichtung 132 usw. kommunizieren. Die Steuerung 144 kann sensorische Rückkopplungsinformationen von einer oder mehreren elektrischen Maschinen 125, einer elektrischen Maschine 126, einer Energiespeichervorrichtung 132 usw. empfangen. Darüber hinaus kann die Steuerung 144 als Reaktion auf diese sensorischen Rückkopplungsinformationen Steuersignale an eine oder mehrere der elektrischen Maschine 125, der elektrischen Maschine 126, der Energiespeichervorrichtung 132 usw. senden. Die Steuerung 144 kann von einem menschlichen Bediener 102 oder einer autonomen Steuerung eine Angabe über eine vom Bediener angeforderte Leistung des Fahrzeugantriebssystems erhalten. Zum Beispiel kann die Steuerung 144 eine sensorische Rückkopplung vom Pedalstellungssensor 134 erhalten, der mit dem Pedal 130 kommuniziert. Das Pedal 130 kann sich schematisch auf ein Fahreranforderungspedal beziehen. Entsprechend kann die Steuerung 144 von einem menschlichen Bediener 102 oder einer autonomen Steuerung eine Angabe über eine vom Bediener angeforderte Fahrzeugbremsung erhalten. Zum Beispiel kann das Steuersystem 14 eine sensorische Rückkopplung vom Pedalstellungssensor 157 erhalten, der mit dem Bremspedal 156 kommuniziert. Die Steuerung 144 kann das Fahrzeug ausschließlich über die elektrischen Maschinen 125/126, ausschließlich über die Reibungsbremsen 181 (z. B. Bremsbeläge und Bremsscheiben) oder über eine Kombination aus elektrischen Maschinen 125/126 und Reibungsbremsen 181 abbremsen. Das Fahrzeugbremsmoment, das von den elektrischen Maschinen 125/126 und den Reibungsbremsen aufgebracht werden kann, kann auf einem Bremsmoment basieren, das über das Bremspedal 156 angefordert wird.
Die Energiespeichervorrichtung 132 kann periodisch elektrische Energie von einer Stromquelle wie einem stationären Stromnetz (nicht dargestellt) erhalten, das sich außerhalb des Fahrzeugs befindet (z. B. nicht Teil des Fahrzeugs). Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als Plug-in-Elektrofahrzeug (EV) konfiguriert werden, wobei elektrische Energie über das Stromnetz (nicht dargestellt) an die Energiespeichervorrichtung 132 geliefert werden kann.
Die elektrische Energiespeichervorrichtung 132 beinhaltet eine Steuerung für die elektrische Energiespeichervorrichtung 139 und ein Leistungsverteilungsmodul 138. Die Steuerung 139 für die elektrische Energiespeichervorrichtung kann den Ladungsausgleich zwischen den Energiespeicherelementen (z. B. den Batteriezellen) und die Kommunikation mit anderen Fahrzeugsteuerungen (z. B. der Steuerung 12) übernehmen. Das Leistungsverteilungsmodul 138 steuert den Stromfluss in und aus der elektrischen Energiespeichervorrichtung 132. Die elektrische Energiespeichervorrichtung 132 kann elektrische Energie von den elektrischen Maschinen 125 und 126 empfangen und an diese liefern.
Ein oder mehrere Raddrehzahlsensoren (Wheel Speed Sensors, WSS) 195 können mit einem oder mehreren Rädern des Fahrzeugantriebssystems 100 verbunden sein. Die Raddrehzahlsensoren können die Drehgeschwindigkeit der einzelnen Räder erfassen. Ein solches Beispiel für einen WSS kann ein Sensor mit Permanentmagnet sein.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann außerdem eine Motorelektronik-Kühlmittelpumpe (Motor Electronics Coolant Pump, MECP) 146 enthalten. Die MECP 146 kann zur Zirkulation von Kühlmittel verwendet werden, um die von mindestens der elektrischen Maschine 120 des Fahrzeugantriebssystems 100 und dem Elektroniksystem erzeugte Wärme zu verteilen. Die MECP kann beispielsweise von der bordseitigen Energiespeichervorrichtung 132 mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die Steuerung 144 empfängt Informationen von einer Vielzahl von Sensoren 16 (verschiedene Beispiele sind hier beschrieben) und sendet Steuersignale an eine Vielzahl von Aktuatoren 81 (verschiedene Beispiele sind hier beschrieben). Zu den Sensoren 16 können beispielsweise Reifendrucksensoren (nicht dargestellt), Raddrehzahlsensoren 195 usw. gehören. In einigen Beispielen können Sensoren, die mit der elektrischen Maschine 125, der elektrischen Maschine 126, dem Raddrehzahlsensor 195 usw. verbunden sind, der Steuerung 12 Informationen über verschiedene Betriebszustände der elektrischen Maschine übermitteln. Die Steuerung 144 beinhaltet einen nicht flüchtigen Speicher (z. B. einen Nur-Lese-Speicher) 117, einen Arbeitsspeicher 119, digitale Eingänge/Ausgänge 118 und einen Mikrocontroller 116.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann auch ein bordeigenes Navigationssystem 39 (z. B. ein Global Positioning System) auf dem Armaturenbrett 30 enthalten, mit dem der Fahrer des Fahrzeugs interagieren kann. Das Navigationssystem 39 kann einen oder mehrere Standortsensoren enthalten, die bei der Schätzung des Standorts (z. B. geografische Koordinaten) des Fahrzeugs helfen. Das bordeigene Navigationssystem 30 kann beispielsweise Signale von GPS-Satelliten (nicht abgebildet) empfangen und anhand des Signals den geografischen Standort des Fahrzeugs ermitteln. In einigen Beispielen können die geografischen Standortkoordinaten an die Steuerung 144 übermittelt werden.
Das Armaturenbrett 30 kann außerdem ein Anzeigesystem 32 enthalten, das so konfiguriert ist, dass es dem Fahrzeugführer Informationen anzeigt. Das Anzeigesystem 32 kann, als nicht einschränkendes Beispiel, einen Touchscreen oder eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) umfassen, die es dem Fahrzeugführer ermöglicht, grafische Informationen anzuzeigen und Befehle einzugeben. In einigen Beispielen kann das Anzeigesystem 32 über eine Steuerung (z. B. 144) drahtlos mit dem Internet (nicht dargestellt) verbunden sein. So kann der Fahrzeugführer in einigen Beispielen über das Anzeigesystem 32 mit einer Internetseite oder einer Softwareanwendung (App) kommunizieren.
Das Armaturenbrett 30 kann außerdem eine Bedienerschnittstelle 34 enthalten, über die der Fahrzeugbetreiber den Betriebszustand des Fahrzeugs einstellen kann. Insbesondere kann die Bedienerschnittstelle 34 so konfiguriert sein, dass sie den Betrieb des Fahrzeugantriebsstrangs (z. B. elektrische Maschine 125 und elektrische Maschine 126) auf der Grundlage einer Bedienereingabe einleitet und/oder beendet. Verschiedene Beispiele für die Bediener-Zündschnittstelle 34 können Schnittstellen einschließen, die ein physisches Gerät erfordern, wie z. B. einen aktiven Schlüssel, der in die Bedienerschnittstelle 34 eingesteckt werden kann, um die elektrischen Maschinen 125 und 126 zu starten und das Fahrzeug einzuschalten, oder der entfernt werden kann, um die elektrischen Maschinen 125 und 126 abzuschalten und das Fahrzeug auszuschalten. Andere Beispiele können einen passiven Schlüssel beinhalten, der mit der Bedienerschnittstelle 34 kommunikativ verbunden ist. Der passive Schlüssel kann als elektronischer Schlüsselanhänger oder als intelligenter Schlüssel konfiguriert sein, der nicht in die Schnittstelle 34 eingesteckt oder herausgenommen werden muss, um die elektrischen Fahrzeugmaschinen 125 und 126 zu bedienen. Vielmehr muss sich der passive Schlüssel im oder in der Nähe des Fahrzeugs befinden (z. B. innerhalb einer bestimmten Entfernung zum Fahrzeug). In anderen Beispielen kann zusätzlich oder optional ein Start-/Stopp-Knopf verwendet werden, der vom Bediener manuell gedrückt wird, um die elektrischen Maschinen 125 und 126 zu starten oder abzuschalten und das Fahrzeug ein- oder auszuschalten. In anderen Beispielen kann ein Fernstart einer elektrischen Maschine durch eine entfernte Computervorrichtung (nicht abgebildet) ausgelöst werden, z. B. ein Mobiltelefon oder ein Smartphone-basiertes System, bei dem das Mobiltelefon des Benutzers Daten an einen Server sendet und der Server mit der Fahrzeugsteuerung 144 kommuniziert, um den Motor zu starten.
In 1B ist ein zweites Beispiel für ein Fahrzeugantriebssystem 100 für das Fahrzeug 121 dargestellt. Das Fahrzeug 121 in 1B enthält viele der Komponenten des Fahrzeugs 121 aus 1A. Der Kürze halber wurde daher auf die Beschreibung gleichwertiger Komponenten verzichtet. Komponenten, die nur für das Fahrzeug 121 gelten und in 1B dargestellt sind, werden im Folgenden beschrieben.
In diesem Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 121 keine Vorder- und Hinterachse. Vielmehr enthält das Fahrzeug 121 elektrische Vorderradmaschinen 125 und/oder elektrische Hinterradmaschinen 126. Die elektrischen Vorderradmaschinen 125 sind an den Vorderrädern 130 und die elektrischen Hinterradmaschinen 126 sind an den Hinterrädern 131 dargestellt. Das Fahrzeug 121 kann in einigen Beispielen nur vordere elektrische Maschinen 125 oder nur hintere elektrische Maschinen 126 enthalten. Die elektrischen Vorderradmaschinen 125 können über die Wechselrichter 147A (rechter Radwechselrichter) und 147B (linker Radwechselrichter) mit elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ können die elektrischen Vorderradmaschinen 125 über die Wechselrichter 147A und 147B elektrische Energie an die elektrische Energiespeichervorrichtung 132 liefern. Die rechten und linken elektrische Radmaschinen 125 können unabhängig voneinander und unabhängig von den elektrischen Hinterradmaschinen 126 gesteuert werden.
Die elektrischen Hinterradmaschinen 126 können über die Wechselrichter 134A (rechter Radwechselrichter) und 134B (linker Radwechselrichter) mit elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ können die elektrischen Hinterradmaschinen 126 über die Wechselrichter 134A und 134B elektrische Energie an die elektrische Energiespeichervorrichtung 132 liefern. Die rechten und linken elektrische Radmaschinen 126 können unabhängig voneinander und unabhängig von den elektrischen Vorderradmaschinen 125 gesteuert werden.
In 1C ist ein drittes Beispiel für ein Fahrzeugantriebssystem 100 für das Fahrzeug 121 dargestellt. Das Fahrzeug 121 in 1C enthält viele der Komponenten des Fahrzeugs 121 aus 1C. Der Kürze halber wurde daher auf die Beschreibung gleichwertiger Komponenten verzichtet. Komponenten, die nur für das Fahrzeug 121 gelten und in 1C dargestellt sind, werden im Folgenden beschrieben.
Das Fahrzeug 121 beinhaltet eine Vorderseite 110 und eine Rückseite 111. Das Fahrzeug 10 enthält Vorderräder 130 und Hinterräder 131 und 135. In diesem Beispiel ist das Fahrzeug 121 mit einer Tandemachse 160 ausgestattet. Das Fahrzeug 121 enthält eine erste elektrische Maschine (z. B. eine Antriebsquelle) 125, die selektiv die Tandemachse 160 mit Antriebskraft versorgen kann. Insbesondere ist die erste elektrische Maschine 125 mechanisch mit dem Getriebe 150 gekoppelt, das eine Vielzahl von Zahnrädern 151 enthält, und das Getriebe 150 ist mechanisch mit einer Vorderachse 175 der Tandemachse 160 verbunden. Die erste elektrische Maschine 125 kann das Getriebe 150 mit mechanischer Leistung versorgen. Die Vorderachse 175 kann vom Getriebe 150 über die Antriebswelle 165 mit mechanischer Leistung versorgt werden, so dass die mechanische Leistung auf die Hinterräder 131 übertragen werden kann. Die Vorderachse 175 umfasst ebenfalls zwei Halbwellen, darunter eine erste oder rechte Halbwelle 175a und eine zweite oder linke Halbwelle 175b. Bei der Vorderachse 175 kann es sich um eine integrierte Achse handeln, die ein Vorderachs-Differentialgetriebe oder einen Achsantrieb 170 enthält.
Das Fahrzeug 121 enthält außerdem eine zweite elektrische Maschine (z. B. eine Antriebsquelle) 126, die selektiv die Tandemachse 160 mit Antriebskraft versorgen kann. Insbesondere ist die zweite elektrische Maschine 126 mechanisch mit dem Getriebe 152 gekoppelt, das eine Vielzahl von Zahnrädern 153 enthält, und das Getriebe 152 ist mechanisch mit einer Hinterachse 190 der Tandemachse 160 verbunden. Die zweite elektrische Maschine 126 kann das Getriebe 152 mit mechanischer Leistung versorgen. Die Hinterachse 190 kann vom Getriebe 152 über die Antriebswelle 166 mit mechanischer Leistung versorgt werden, so dass die mechanische Leistung auf die Hinterräder 135 übertragen werden kann. Die Hinterachse 190 umfasst ebenfalls zwei Halbwellen, darunter eine erste oder rechte Halbwelle 190a und eine zweite oder linke Halbwelle 190b. Bei der Hinterachse 190 kann es sich um eine integrierte Achse handeln, die ein Hinterachs-Differentialgetriebe oder einen Achsantrieb 191 enthält.
Somit sieht das System aus 1A-1C ein Fahrzeugsystem vor, das Folgendes umfasst: eine erste elektrische Maschine; eine zweite elektrische Maschine; eine elektrische Energiespeichervorrichtung; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen enthält, welche in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind und die Steuerung dazu veranlassen, die erste elektrische Maschine in einem Motormodus und die zweite elektrische Maschine in einem Generatormodus zu betreiben, wobei die erste elektrische Maschine eine Gesamtmenge elektrischer Energie verbraucht, die über die zweite elektrische Maschine erzeugt wird. Das Fahrzeugsystem umfasst außerdem ein erstes Getriebe, das mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, und ein zweites Getriebe, das mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist. Das Fahrzeugsystem umfasst außerdem zusätzliche Anweisungen zum Schalten des ersten und des zweiten Getriebes, um ein erwünschtes Fahrzeugbremsniveau zu erreichen. Das Verfahren umfasst außerdem zusätzliche Anweisungen zum Schalten des zweiten Getriebes in einen numerisch höheren Gang als das erste Getriebe, um das Fahrzeugbremsmoment zu erhöhen. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass die erste elektrische Maschine mit einer ersten Achse gekoppelt ist, die einen ersten Achsantrieb-Getriebesatz enthält, und dass die zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Achse gekoppelt ist. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass der erste Achsantrieb-Getriebesatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der zweite Achsantrieb-Getriebesatz aufweist. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass die erste Achse eine Hinterachse und die zweite Achse eine Vorderachse ist. Das Fahrzeugsystem beinhaltet, dass eine erste elektrische Maschine im Motormodus betrieben wird, und eine zweite elektrische Maschine im Generatormodus betrieben wird, und zwar in Abhängigkeit von der Temperatur der elektrischen Energiespeichervorrichtung.
In 2 ist eine beispielhafte Fahrzeugbetriebssequenz dargestellt. Die Sequenz aus 2 kann über die Systeme aus 1A-1C in Zusammenarbeit mit dem Verfahren aus 3 bereitgestellt werden. Die Kurven aus 2 sind zeitlich aufeinander abgestimmt und treten zur gleichen Zeit auf. Die vertikalen Linien zu den Zeitpunkten t0-t5 stellen relevante Zeitpunkte in der Sequenz dar.
Die erste Kurve von oben in 2 ist eine Kurve, die den Zustand einer Fahrzeugbremsanforderung in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Die vertikale Achse stellt den Fahrzeugbremszustand dar, und die Fahrzeugbremsung wird angefordert, wenn sich die Kurve 202 auf einem Niveau befindet, das nahe dem Pfeil der vertikalen Achse liegt. Die Fahrzeugbremsung wird nicht angefordert, wenn sich die Linie 202 auf einem Niveau nahe der horizontalen Achse befindet. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 202 stellt den Bremszustand des Fahrzeugs dar. Eine Fahrzeugbremsanforderung kann durch Betätigung eines Bremspedals oder durch einen autonomen Fahrer ausgelöst werden.
Die zweite Kurve von oben in 2 ist eine Kurve, die den Ladezustand einer Batterie in Abhängigkeit von der Zeit darstellt. Die vertikale Achse stellt den Ladezustand der Batterie (SOC) dar, und der Ladezustand der Batterie nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Der Ladezustand der Batterie ist auf der Höhe der horizontalen Achse gleich null. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 204 zeigt den Ladezustand der Batterie an. Die horizontale Linie 250 stellt einen Schwellenwert dar, den der Ladezustand der Batterie überschreiten darf.
Die dritte Kurve von oben in 2 ist eine Kurve, die einen Betriebsmodus einer ersten elektrischen Maschine eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Die erste elektrische Maschine kann in einem Generatormodus betrieben werden, in dem die erste elektrische Maschine elektrische Energie erzeugt und die elektrische Energie an einen Energiebus liefert. Die erste elektrische Maschine kann auch in einem Motormodus betrieben werden, in dem die erste elektrische Maschine mechanische Energie zum Antrieb eines Fahrzeugs erzeugt. Die erste elektrische Maschine kann im Generatormodus betrieben werden, wenn sich die Linie 206 auf einem höheren Niveau in der Nähe des Pfeils der vertikalen Achse befindet. Die erste elektrische Maschine kann in einem Motormodus arbeiten, wenn die Linie 206 auf einer niedrigeren Ebene in der Nähe der horizontalen Achse liegt. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 206 stellt den Betriebsmodus der ersten elektrischen Maschine dar. In diesem Beispiel kann die erste elektrische Maschine an eine Vorderachse des Fahrzeugs gekoppelt sein.
Die vierte Kurve von oben in 2 ist eine Kurve, die einen Betriebsmodus einer zweiten elektrischen Maschine eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Die zweite elektrische Maschine kann in einem Generatormodus betrieben werden, in dem die zweite elektrische Maschine elektrische Energie erzeugt und die elektrische Energie an einen Energiebus liefert. Die zweite elektrische Maschine kann auch in einem Motormodus betrieben werden, in dem die zweite elektrische Maschine mechanische Energie zum Antrieb eines Fahrzeugs erzeugt. Die zweite elektrische Maschine kann im Generatormodus betrieben werden, wenn sich die Linie 208 auf einem höheren Niveau in der Nähe des Pfeils der vertikalen Achse befindet. Die zweite elektrische Maschine kann in einem Motormodus arbeiten, wenn die Linie 208 auf einer niedrigeren Ebene in der Nähe der horizontalen Achse liegt. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 208 stellt den Betriebsmodus der zweiten elektrischen Maschine dar. In diesem Beispiel kann die zweite elektrische Maschine an eine Hinterachse des Fahrzeugs gekoppelt sein.
Die fünfte Kurve von oben in 2 ist eine Kurve, die einen betrieblichen Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Der betriebliche Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine kann durch Ändern der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine über einen Zahnradsatz eines Getriebes eingestellt werden. Darüber hinaus kann der betriebliche Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine über die Einstellung der Leistung eines Wechselrichters, der elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, eingestellt werden. Die vertikale Achse stellt den betrieblichen Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine dar, unabhängig davon, ob die erste elektrische Maschine im Motor- oder im Generatormodus arbeitet. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 210 stellt den betrieblichen Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine dar.
Die sechste Kurve von oben in 2 ist eine Kurve, die einen betrieblichen Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine eines Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Der betriebliche Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine kann durch Ändern der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine über einen Zahnradsatz eines Getriebes eingestellt werden. Darüber hinaus kann der betriebliche Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine über die Einstellung der Leistung eines Wechselrichters, der elektrisch mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, eingestellt werden. Die vertikale Achse stellt den betrieblichen Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine dar, unabhängig davon, ob die zweite elektrische Maschine im Motor- oder im Generatormodus arbeitet. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 212 stellt den betrieblichen Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine dar.
Die siebte Kurve von oben in 2 ist eine Kurve des elektrischen Bremsmoments (z. B. Bremsmoment, das von elektrischen Maschinen bereitgestellt wird) in Abhängigkeit von der Zeit. Die vertikale Achse stellt eine Größe des Bremsmoments dar, und die Größe des Bremsmoments nimmt in Richtung des Pfeils der vertikalen Achse zu. Die horizontale Achse stellt die Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite der Kurve zu. Die Linie 214 stellt die Größe des elektrischen Bremsmoments dar.
Zum Zeitpunkt t0 ist keine Fahrzeugbremsung erforderlich und der SOC der Batterie liegt unter dem Schwellenwert 250. Die erste und die zweite elektrische Maschine arbeiten im Motormodus, um ein Drehmoment für den Antrieb des Fahrzeugs (nicht dargestellt) zu erzeugen. Der betriebliche Wirkungsgrad der ersten und zweiten elektrischen Maschine ist hoch und das Bremsmoment des Fahrzeugs ist gleich null.
Zum Zeitpunkt t1 wird eine Fahrzeugbremsung angefordert. Der SOC ist niedrig, so dass die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine in einem Generatormodus betrieben werden, um den SOC der Batterie zu erhöhen und ein Bremsmoment zum Abbremsen des Fahrzeugs bereitzustellen. Die erste und zweite elektrische Maschine arbeiten weiterhin mit einem hohen Wirkungsgrad und das elektrische Bremsmoment ist ein Bremsmoment auf niedrigem Niveau.
Zum Zeitpunkt t2 wird die Bremsanforderung des Fahrzeugs zurückgenommen, und der SOC der Batterie beginnt sich zu verringern. Die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine werden in einem Motormodus betrieben. Der Wirkungsgrad der ersten und zweiten elektrischen Maschine bleibt auf einem höheren Niveau. Das elektrische Bremsmoment wird auf null reduziert.
Zum Zeitpunkt t3 wird die Fahrzeugbremsung ein zweites Mal in der Sequenz aufgefordert. Der SOC-Wert der Batterie liegt unter dem Schwellenwert 250, so dass die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine beide im Generatormodus betrieben werden, um die Batterie zu laden. Der Wirkungsgrad der ersten und zweiten elektrischen Maschine ist hoch und das Bremsmoment ist auf einem mittleren Niveau.
Zum Zeitpunkt t4 bleibt die Fahrzeugbremsanforderung bestehen und der SOC der Batterie erreicht den Schwellenwert 250. Daher schaltet die erste elektrische Maschine in den Motormodus und die zweite elektrische Maschine arbeitet weiter im Generatormodus. Der Wirkungsgrad der ersten elektrischen Maschine wird beibehalten und der Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine wird reduziert. In diesem Beispiel wird das Gesamtbremsmoment verringert, aber die elektrische Bremsung bleibt erhalten. Das geforderte Bremsmoment (nicht dargestellt) kann durch eine Kombination aus elektrischer Bremse und Reibungsbremse aufgebracht werden.
Zum Zeitpunkt t5 wird die Fahrzeugbremsanforderung zurückgenommen, und die erste und die zweite elektrische Maschine arbeiten beide im Motorenmodus. Der SOC der Batterie ist hoch und der Wirkungsgrad der ersten und zweiten elektrischen Maschine ist hoch. Das Fahrzeugbremsmoment wird außerdem auf null reduziert.
Durch den Betrieb der ersten elektrischen Maschine im Motormodus und der zweiten elektrischen Maschine im Generatormodus kann die erste elektrische Maschine die gesamte von der zweiten elektrischen Maschine erzeugte und abgegebene elektrische Leistung verbrauchen, so dass der Netto-Stromfluss zur/von der Batterie gleich null ist und der SOC-Wert der Batterie nicht über einen gewünschten Wert ansteigen kann. Wenn zum Beispiel die zweite elektrische Maschine 100 Kilowatt leistet, kann die erste elektrische Maschine 100 Kilowatt verbrauchen. Es versteht sich, dass die Sequenz aus 2 nur ein Beispiel dafür ist, wie die erste und die zweite elektrische Maschine betrieben werden können. In anderen Beispielen kann die zweite elektrische Maschine als Motor und die erste elektrische Maschine als Generator betrieben werden, wenn der Batterie-SOC einen Schwellenwert erreicht.
In 3 ist ein Verfahren zum Betrieb von zwei oder mehr elektrischen Maschinen dargestellt. Das Verfahren aus 3 kann in die Systeme aus 1A-1C als ausführbare Anweisungen eingeschlossen sein, die in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind. Darüber hinaus können zumindest Teile des Verfahrens aus 3 Aktionen sein, die in der physischen Welt z. B. von einer Steuerung durchgeführt werden, die einen Aktuator bedient.
Bei 302 bestimmt das Verfahren 300 die Betriebszustände des Fahrzeugs. Zu den Betriebszuständen des Fahrzeugs gehören unter anderem die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit, die Höhe des gegenwärtig angeforderten Bremsmoments, der SOC-Wert der Batterie, der Fehlerzustand der Batterie, die Temperatur der Batterie, der aktuelle Gang der ersten Achse, der angefordert wird, und der aktuelle Gang der zweiten Achse, der angefordert wird. Das Verfahren 300 geht weiter zu 304.
Bei 304 beurteilt das Verfahren 300, ob die Bedingungen für eine Rückführung der elektrischen Leistung zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine gegeben sind. Wenn das Fahrzeug mehr als zwei elektrische Maschinen zur Abgabe und/oder Aufnahme von elektrischer Energie enthält, kann das Verfahren 300 darüber hinaus beurteilen, ob die Bedingungen für eine Rückführung der elektrischen Energie zwischen mehreren (z. B. vier) elektrischen Maschinen gegeben sind. In einem Beispiel kann das Verfahren 300 entscheiden, elektrische Energie zwischen den elektrischen Maschinen zurückzuführen (z. B. elektrische Energie von einer elektrischen Maschine zu einer anderen elektrischen Maschine liefern), wenn der SOC-Wert der Batterie größer ist als ein Schwellenwert für den SOC-Wert ODER wenn die Batterieleistungsgrenzen kleiner sind als ein unterer Schwellenwert für die Batterieleistung ODER wenn der Batteriefehlerzustand wahr ist ODER wenn die Batterietemperatur höher ist als ein Schwellenwert für die Temperatur. „ODER“ steht für ein logisches „ODER“ oder eine Bedingung. Wenn das Verfahren 300 beurteilt, dass die Bedingungen für die Rückführung von elektrischer Energie gegeben sind, lautet die Antwort ja und das Verfahren 300 fährt mit 306 fort. Andernfalls lautet die Antwort nein, und das Verfahren 300 wird mit 350 fortgesetzt. Das Verfahren 300 kann auch erfordern, dass ein Fahrzeugbremsmoment angefordert wird, um zu 306 überzugehen.
Bei 350 liefert das Verfahren 300 ein vom Fahrer angefordertes Raddrehmoment über die erste und zweite elektrische Maschine. In einem Beispiel bestimmt das Verfahren 300 ein vom Fahrer angefordertes Raddrehmoment in Abhängigkeit von der Position eines Fahreranforderungspedals und einer Position eines Bremspedals. Um das Fahrzeug anzutreiben, kann ein menschlicher Fahrer beispielsweise das Fahrpedal betätigen, um ein Raddrehmoment von +200 Newtonmetern anzufordern. Umgekehrt kann der menschliche Fahrer das Bremspedal betätigen, um -100 Newtonmeter Raddrehmoment zur Verlangsamung des Fahrzeugs anzufordern. Das vom Fahrer geforderte Drehmoment kann zwischen den beiden elektrischen Maschinen aufgeteilt werden, oder alternativ kann eine der beiden elektrischen Maschinen das vom Fahrer geforderte Raddrehmoment liefern. Das Verfahren 300 kann die erste und die zweite elektrische Maschine anweisen, das vom Fahrer angeforderte Raddrehmoment unter Berücksichtigung der aktuell eingelegten Getriebeübersetzung und der Achsübersetzung bereitzustellen. Das Verfahren 300 wird beendet.
Wenn eine Batterie nicht bereit ist, zusätzliche Ladung aufzunehmen, z. B. wenn die Batterietemperatur hoch ist und der SOC-Wert der Batterie hoch ist, kann es dennoch erwünscht sein, ein elektrisches Fahrzeug abzubremsen (z. B. eine Fahrzeugbremsung, die durch elektrische Maschinen erfolgt). Um bremsen zu können, müssen die elektrischen Maschinen jedoch in der Lage sein, elektrische Energie an eine andere Vorrichtung zu liefern. Unter diesem Gesichtspunkt sieht die vorliegende Beschreibung die Rückführung von elektrischer Leistung von einer elektrischen Maschine zu einer anderen elektrischen Maschine vor. Es kann gezeigt werden, dass durch die Ausnutzung der Ineffizienzen elektrischer Maschinen ein negatives Nettodrehmoment an den Achsen oder ein Bremsmoment bei einer Nettoladung der Batterie von null erreicht werden kann. Insbesondere kann eine elektrische Maschine ineffizient als Generator betrieben werden, um ein großes negatives Drehmoment auf den Antriebsstrang auszuüben, während eine andere elektrische Maschine als Motor betrieben wird und ein kleines positives Drehmoment auf den Antriebsstrang ausübt. Die elektrische Energie, die von der als Generator arbeitenden elektrischen Maschine erzeugt wird, kann von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine verbraucht werden, wie unten dargestellt.
Der absolute Wert der Batterieleistung wird wie folgt für den motorischen und den generatorischen Fall gemäß den folgenden Gleichungen definiert: $P_{B a t t e r i e, G e n} = T_{G e n} \cdot ω_{G e n} \cdot η_{G e n}$
$P_{B a t t e r i e, M o t o r} = \frac{T_{M o t o r} \cdot ω_{M o t o r}}{η_{M o t o r}}$
wobei P_Batterie,Gen der Betrag der elektrischen Leistung ist, die durch den Betrieb der elektrischen Maschine als Generator erzeugt wird, T_Gen das mechanische Drehmoment ist, das der elektrischen Maschine zugeführt wird, ω_Gen die Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine ist, η_Gen der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine ist, die als Generator arbeitet, P_{Batterie,Motor} die elektrische Leistung ist, die von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine verbraucht wird, T_Motor das mechanische Drehmoment ist, das von der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine erzeugt wird, ω_Motor die Winkelgeschwindigkeit der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine ist, und η_Motor der Wirkungsgrad der als Motor arbeitenden elektrischen Maschine ist.
Es wird angenommen, dass die Drehzahlen von Generator und Motor gleich sind und dass die Drehmomentbefehle identisch sind. Als nächstes berechnet sich das Verhältnis zwischen der Batterie-Generatorleistung und der Batterie-Motorleistung wie folgt: $\frac{P_{B a t t e r i e, G e n}}{P_{B a t t e r i e, M o t o r}} = \frac{\frac{T_{G e n} \cdot ω_{G e n} \cdot η_{G e n}}{T_{M o t o r} \cdot ω_{M o t o r}}}{η_{M o t o r}} = η_{G e n} \cdot η_{M o t o r} < 1$
Bei gleichem Drehmoment und gleicher Drehzahl wird die Batterie also allein aufgrund der Wirkungsgrade der Komponenten in diesem Beispiel entladen. Auf diese Weise kann ein Bremsmoment erzeugt werden, wenn eine elektrische Maschine als Motor und eine andere elektrische Maschine als Generator betrieben wird.
Eine zusätzliche Beschränkung kann angewendet werden, um zu verhindern, dass sich die Batterie entlädt oder auflädt. Insbesondere kann eine Beschränkung angewandt werden, um einen angestrebten Netto-Null-Verbrauch der Batterie wie folgt zu erreichen: $P_{B a t t e r i e, G e n} = P_{B a t t e r i e, M o t o r}$
$T_{G e n} \cdot ω_{G e n} \cdot η_{G e n} = \frac{T_{M o t o r} \cdot ω_{M o t o r}}{η_{M o t o r}}$
$\frac{T_{G e n}}{T_{M o t o r}} = \frac{1}{η_{G e n} + η_{M o t o r}} > 1$
Für die Netto-Null-Batterieleistungsbeschränkung ist also der Nachweis erbracht, dass das Generatormoment größer ist als das Motordrehmoment. Daher kann das kombinierte System ein negatives Nettobremsmoment erzeugen. So kann gezeigt werden, dass durch die Ausnutzung des Wirkungsgrads der Komponenten und die Vorgabe einer angestrebten Netto-Null-Batterieleistung die daraus resultierenden ungleichen Drehmomente der elektrischen Maschinen ein negatives Nettobremsmoment erzeugen können, während die Netto-Null-Batterielade-/Entladeleistung beibehalten wird.
Darüber hinaus können die Getriebeübersetzungen ungleiche Drehzahlen der elektrischen Maschinen und unterschiedliche Achsdrehmomente zulassen. Nehmen wir zum Beispiel an, dass Achse 1 die Antriebsachse mit der Übersetzung FD1 (Achsübersetzung 1) *G1 (Getriebeübersetzung 1) und Achse 2 die Generatorachse mit der Übersetzung FD2 (Achsübersetzung 2) *G2 (Getriebeübersetzung 2) ist. $N e t t o - B r e m s m o m e n t = F D 1 \cdot G 1 \cdot T_{M o t o r} + F D 2 \cdot G 2 \cdot T_{G e n}$
Aus Gleichung (5): $T_{G e n} = \frac{T_{M o t o r} \cdot ω_{M o t o r}}{η_{M o t o r} \cdot ω_{G e n} \cdot η_{G e n}}$
Das Verhältnis der Maschinendrehzahlen ist FD1*G1/FD2*2G2, also $T_{G e n} = \frac{T_{M o t o r} \cdot G 1 \cdot F D 1}{η_{M o t o r} \cdot G 2 \cdot F D 2 \cdot η_{G e n}}$
Entsprechend, $T_{M o t o r} = \frac{T_{G e n} \cdot G 2 \cdot F D 2 \cdot η_{M o t o r} \cdot η_{G e n}}{G 1 \cdot F D 1}$
$\begin{matrix} N e t t o - B r e m s m o m e n t = F D 1 \cdot G 1 \cdot \frac{T_{G e n} \cdot G 2 \cdot F D 2 \cdot η_{M o t o r} \cdot η_{G e n}}{G 1 \cdot F D 1} + F D 2 \cdot G 2 \cdot \\ \frac{T_{M o t o r} \cdot G 1 \cdot F D 1}{η_{M o t o r} \cdot G 2 \cdot F D 2 \cdot η_{G e n}} \end{matrix}$
$\begin{matrix} N e t t o - B r e m s m o m e n t = F D 2 \cdot G 2 \cdot T_{G e n} \cdot η_{M o t o r} \cdot η_{G e n} + F D 1 \cdot G 1 \cdot \\ \frac{T_{M o t o r}}{η_{M o t o r} \cdot η_{G e n}} \end{matrix}$
Die Motor-/Generatorwirkungsgrade können das negative Drehmoment im ersten Term der Gleichung verringern und das positive Drehmoment im zweiten Term der Gleichung 12 erhöhen. In einem mehrstufigen Getriebesystem erhöht sich das negative Nettobremsmoment, wenn G2 auf der Generatorachse im Verhältnis zu G1 auf der Motorachse numerisch höher gehalten wird, ebenso wie wenn FD2 numerisch höher als FD1 ist. Durch die Verwendung unterschiedlicher Getriebeübersetzungen wird die Überschneidung zwischen den Motoren im Leistungsbereich begrenzt, wodurch Teile des Motorkennfelds für die Berücksichtigung der Netto-Null-Batterieleistungsbeschränkung wegfallen. Daher kann sich das Spitzenbremsmoment des Fahrzeugs mit Rückführung aus der Wahl ähnlicher Getriebeübersetzungen in Verbindung mit mäßig asymmetrischen Achsübersetzungen ergeben.
Bei 306 bestimmt das Verfahren 300 die realisierbaren Motor- und Generatorbetriebszustände für jede Gangkombination entsprechend der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit und den sich daraus ergebenden Drehzahlen der elektrischen Maschine für jeden Gang. Beträgt die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise 40 Stundenkilometer und die Fahrzeugbremsanforderung 200 Newtonmeter, so bestimmt das Verfahren 300 die Drehzahlen der elektrischen Maschinen, die den einzelnen Getriebe- und Achsübersetzungen der einzelnen elektrischen Maschinen entsprechen. Wenn also die erste elektrische Maschine mit einem Getriebe mit drei Gängen (1G1, 1G2, 1G3) und einer Achsübersetzung FD1 gekoppelt ist, können die Drehzahlen der ersten elektrischen Maschine für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden: N1 = Ws*1G1*FD1, wobei kein Schlupf zwischen der ersten elektrischen Maschine und den Rädern besteht, N1 die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine ist und Ws die Radgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Die Geschwindigkeit der ersten elektrischen Maschine, wenn das Getriebe in die anderen Gänge geschaltet ist, kann auf ähnliche Weise bestimmt werden. Darüber hinaus kann die Geschwindigkeit der zweiten elektrischen Maschine auf ähnliche Weise bestimmt werden.
Das angeforderte Radbremsmoment kann in ein angefordertes Drehmoment für die erste elektrische Maschine umgewandelt werden, wobei davon ausgegangen wird, dass die erste elektrische Maschine das angeforderte Bremsmoment und das Drehmoment zum Ausgleich des von der zweiten elektrischen Maschine erzeugten Drehmoments über die folgende Gleichung bereitstellen soll: T1=Wt+T2W/(1G1*FD1), wobei T1 das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine ist, Wt das angeforderte Raddrehmoment ist, T2W das von der zweiten elektrischen Maschine erzeugte Raddrehmoment ist, 1G1 das Übersetzungsverhältnis des eingelegten Gangs ist und FD1 die Achsübersetzung ist. Das erste Drehmoment der elektrischen Maschine kann zusätzlich für Getriebeverluste eingestellt werden. Das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine, wenn das Getriebe in die anderen Gänge geschaltet ist, kann auf ähnliche Weise bestimmt werden. Das angeforderte Drehmoment für die zweite elektrische Maschine, wenn das Getriebe in seinen verschiedenen Gängen eingelegt ist, kann über Werte in einem im Speicher der Steuerung gespeicherten Kennfeld bestimmt werden, die sich auf die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit und das vom Fahrer angeforderte Raddrehmoment beziehen. Natürlich kann in einigen Beispielen die zweite elektrische Maschine im Generatormodus arbeiten, während die erste elektrische Maschine im Motormodus arbeitet, um das angeforderte Fahrzeugbremsmoment bereitzustellen.
Das Verfahren 300 kann auf ein Motorbetriebskennfeld und ein Generatormoduskennfeld Bezug nehmen. In diesem Beispiel können die Drehzahl-, Drehmoment- und Wirkungsgradwerte für die erste elektrische Maschine in jedem Getriebegang auf das Generatorkennfeld verweisen, und die Drehzahl-, Drehmoment- und Wirkungsgradwerte für die zweite elektrische Maschine in jedem Getriebegang auf das Motorkennfeld. Drehzahlen und Drehmomente für die erste elektrische Maschine, die in referenzierten Generator- oder Motorkennfeldern enthalten sind, können als realisierbare Betriebspunkte gekennzeichnet werden. Die Motor- und Generatorkennfelder enthalten keine nicht realisierbaren Betriebspunkte. Ebenso können Drehzahlen und Drehmomente für die zweite elektrische Maschine, die in referenzierten Generator- oder Motorkennfeldern enthalten sind, als realisierbare Betriebspunkte gekennzeichnet werden. Die Motor- und Generatorkennfelder enthalten keine nicht realisierbaren Betriebspunkte. Das Verfahren 300 fährt mit 308 fort, nachdem die realisierbaren Betriebszustände für die erste und zweite elektrische Maschine bestimmt wurden.
Bei 308 bestimmt das Verfahren 300 die Leistungsabgabe für jeden realisierbaren Betriebszustand der elektrischen Maschinen. Das Verfahren 300 wendet die Netto-Null-Leistungsbeschränkung P_Batterie,Gen=P_{Batterie,Motor} an, um die Leistungsabgabe für jede elektrische Maschine zu bestimmen. Insbesondere wendet das Verfahren 300 die Gleichung 12 für jeden realisierbare Betriebszustand an, der in 306 bestimmt wurde. Auf diese Weise können die Netto-Null-Batterieleistung und die Geschwindigkeitsbeschränkungen auf die elektrischen Maschinen angewendet werden. Die Netto-Null-Batterieleistungsbeschränkung kann angewandt werden, wenn die elektrische Leistungsabgabe der elektrischen Maschine, die als Generator arbeitet, gleich oder im Wesentlichen gleich (z. B. innerhalb von ± 5 %) der elektrischen Leistung ist, die von der elektrischen Maschine verbraucht wird, welche als Motor arbeitet. Das Ergebnis kann eine Gruppe von Nettobremsmomenten für die realisierbaren Betriebszustände sein. Das Verfahren 300 geht weiter zu 310.
Bei 310 wählt das Verfahren 300 die Fahrzeugbetriebszustände aus, die dem vom Fahrer geforderten Raddrehmoment am ehesten entsprechen, und zwar aus dem Satz der realisierbaren Betriebszustände, die die Netto-Null-Batterieleistungsbeschränkung erfüllen. Wenn z. B. mögliche Betriebszustände (z. B. Drehzahl der elektrischen Maschine und Getriebeübersetzung) Werte für das Nettobremsmoment von 500 Newtonmetern, 525 Newtonmetern und 575 Newtonmetern für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit beinhalten und das angeforderte Bremsmoment 505 Newtonmeter für die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt, können die Betriebszustände (z. B. Drehzahl der elektrischen Maschine und Getriebeübersetzung) ausgewählt werden, die 500 Newtonmeter liefern, da sie den angeforderten 505 Newtonmetern am nächsten kommen. Das Verfahren 500 kann ein Reibungsbremsmoment für Bedingungen anfordern, bei denen die ausgewählten Betriebszustände ein geringeres als das vom Fahrer geforderte Radbremsmoment liefern.
Bei 312 erzeugt das Verfahren 300 die Leistung der ersten elektrischen Maschine, der zweiten elektrischen Maschine, des ersten Getriebes und des zweiten Getriebes, um das vom Fahrer geforderte Raddrehmoment und die Netto-Null-Batterieleistungsbeschränkung zu erfüllen. Insbesondere befiehlt das Verfahren 300 der ersten elektrischen Maschine, als Motor oder Generator zu arbeiten, befiehlt der zweiten elektrischen Maschine, in einem im Vergleich zur ersten elektrischen Maschine entgegengesetzten Modus zu arbeiten, befiehlt dem ersten Getriebe oder der ersten Kraftübertragung ein erstes Übersetzungsverhältnis und befiehlt dem zweiten Getriebe oder der zweiten Kraftübertragung ein zweites Übersetzungsverhältnis, um die in 310 gewählten Betriebszustände zu erfüllen. Das Verfahren 300 wird beendet.
Auf diese Weise kann das Verfahren 300 zwei oder mehr elektrische Maschinen so betreiben, dass eine oder mehrere elektrische Maschinen als ineffizienter Generator und eine oder mehrere elektrische Maschinen als Motor arbeiten. Die elektrischen Maschinen, die als Motor betrieben werden, verbrauchen elektrische Energie, die von den elektrischen Maschinen, welche als Generatoren betrieben werden, erzeugt wird, so dass eine Batterie keine Ladung annimmt, während die Fahrzeugbremsung von mindestens einer elektrischen Maschine durchgeführt wird. Dadurch kann das regenerative Bremsen (z. B. die Umwandlung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie) ohne Aufladen einer Batterie erfolgen.
So stellt Verfahren 300 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bereit, das umfasst: Betreiben einer ersten elektrischen Maschine in einem Motormodus; Betreiben einer zweiten elektrischen Maschine in einem Generatormodus, während die erste elektrische Maschine in dem Motormodus betrieben wird und während eine zwischen einer elektrischen Energiespeichervorrichtung und der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine ausgetauschte Nettoleistungsmenge null oder im Wesentlichen null ist. Mit anderen Worten: Die von der zweiten elektrischen Maschine abgegebene elektrische Leistung wird von der ersten elektrischen Maschine verbraucht, während die von der zweiten elektrischen Maschine abgegebene elektrische Leistung nicht in einer Batterie gespeichert wird. Das Verfahren beinhaltet, dass die erste elektrische Maschine mit einer ersten Achse gekoppelt ist und die zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Achse gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet, dass die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine mit den Vorderrädern eines Fahrzeugs gekoppelt sind, oder dass die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine mit den Hinterrädern des Fahrzeugs gekoppelt sind. Das Verfahren beinhaltet, dass die elektrische Energiespeichervorrichtung eine Batterie oder ein Kondensator ist. Das Verfahren umfasst ferner die Reduzierung einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs über die zweite elektrische Maschine, während die erste elektrische Maschine im Motormodus betrieben wird. Das Verfahren umfasst ferner das Betreiben der ersten elektrischen Maschine, um die von der zweiten elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen. Das Verfahren umfasst ferner das Betreiben der zweiten elektrischen Maschine im Generatormodus und der ersten elektrischen Maschine im Motormodus als Reaktion auf einen Ladezustand der elektrischen Energiespeichervorrichtung.
Das Verfahren aus 3 sieht auch ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs vor, das Folgendes umfasst: Reduzieren einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs über eine zweite elektrische Maschine als Reaktion auf eine Bremsanforderung, ohne elektrische Leistung von der zweiten elektrischen Maschine an eine elektrische Energiespeichervorrichtung zu liefern. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine erste elektrische Maschine die von der zweiten elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie verbraucht, während die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über die zweite elektrische Maschine reduziert wird. Das Verfahren beinhaltet, dass die zweite elektrische Maschine in einem Generatormodus betrieben wird. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen eines Übersetzungsverhältnisses eines Getriebes, um einen Wirkungsgrad der zweiten elektrischen Maschine einzustellen, wobei das Getriebe mit der zweiten elektrischen Maschine gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst ferner das Reduzieren der Geschwindigkeit des Fahrzeugs über die zweite elektrische Maschine als Reaktion auf eine Temperatur der elektrischen Energiespeichervorrichtung.
Obwohl oben verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind diese als Beispiele und nicht als Einschränkung aufzufassen. Fachleuten wird sich erschließen, dass der offengelegte Gegenstand in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Geist des Gegenstandes abzuweichen. Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht als einschränkend zu betrachten.
Es ist zu beachten, dass die hierin enthaltenen Beispielroutinen zur Steuerung und Schätzung mit verschiedenen Antriebsstrang- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offengelegten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert und vom Steuersystem, einschließlich der Steuerung, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Getriebe- und/oder Fahrzeug-Hardware ausgeführt werden. Außerdem können Teile der Verfahren physische Aktionen sein, die in der realen Welt durchgeführt werden, um den Zustand einer Vorrichtung zu ändern. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere beliebige Verarbeitungsstrategien darstellen, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. So können die verschiedenen dargestellten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge, parallel oder in einigen Fällen auch ohne sie durchgeführt werden. Auch die Reihenfolge der Verarbeitung ist nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispiele zu erreichen, sondern dient nur der besseren Veranschaulichung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach der verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in den nicht transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Fahrzeug- und/oder Getriebesteuerungssystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Aktionen durch Ausführung der Anweisungen in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Hardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung enthält. Einer oder mehrere der hier beschriebenen Verfahrensschritte können auf Wunsch auch weggelassen werden.
Es versteht sich, dass die hier offengelegten Konfigurationen und Abläufe exemplarischen Charakter haben und dass diese spezifischen Beispiele nicht im einschränkenden Sinne zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Die oben beschriebene Technologie kann beispielsweise auf Antriebsstränge angewandt werden, die verschiedene Arten von Antriebsquellen einschließen, darunter verschiedene Arten von elektrischen Maschinen, Verbrennungsmotoren und/oder Getrieben. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere hier offengelegte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
Die folgenden Ansprüche heben insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor, die als neuartig und nicht offensichtlich zu betrachten sind. Diese Ansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon Bezug nehmen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solcher Elemente weder erforderlich noch ausgeschlossen sind. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, ob sie nun einen breiteren, engeren, gleichen oder anderen Geltungsbereich als die ursprünglichen Ansprüche aufweisen, werden ebenfalls als zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gehörig betrachtet.
Die Begriffe „annähernd“ und „im Wesentlichen“ bedeutet, sofern nicht anders angegeben, plus oder minus fünf Prozent des Bereichs.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das umfasst: Betreiben einer ersten elektrischen Maschine in einem Motormodus; Betreiben einer zweiten elektrischen Maschine in einem Generatormodus, während die erste elektrische Maschine in dem Motormodus betrieben wird und während eine zwischen einer elektrischen Energiespeichervorrichtung und der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine ausgetauschte Nettoleistungsmenge im Wesentlichen null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste elektrische Maschine mit einer ersten Achse gekoppelt ist und die zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Achse gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine mit den Vorderrädern eines Fahrzeugs gekoppelt sind, oder wobei die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine mit den Hinterrädern des Fahrzeugs gekoppelt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Energiespeichervorrichtung eine Batterie oder ein Kondensator ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Reduzieren einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs über die zweite elektrische Maschine, während die erste elektrische Maschine im Motormodus betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Betreiben der ersten elektrischen Maschine, um die von der zweiten elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie zu verbrauchen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Betreiben der zweiten elektrischen Maschine im Generatormodus und der ersten elektrischen Maschine im Motormodus als Reaktion auf einen Ladezustand der elektrischen Energiespeichervorrichtung.
Fahrzeugsystem, umfassend: eine erste elektrische Maschine; eine zweite elektrische Maschine; eine elektrische Energiespeichervorrichtung; und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen enthält, welche in einem nicht transitorischen Speicher gespeichert sind und die Steuerung dazu veranlassen, die erste elektrische Maschine in einem Motormodus und die zweite elektrische Maschine in einem Generatormodus zu betreiben, wobei die erste elektrische Maschine eine Gesamtmenge elektrischer Energie verbraucht, die über die zweite elektrische Maschine erzeugt wird.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 8, ferner umfassend ein erstes Getriebe, das mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, und ein zweites Getriebe, das mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 9, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zum Schalten des ersten und des zweiten Getriebes, um ein erwünschtes Fahrzeugbremsniveau zu gewährleisten.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 9 oder 10, ferner umfassend zusätzliche Anweisungen zum Schalten des zweiten Getriebes in einen numerisch höheren Gang als das erste Getriebe, um das Fahrzeugbremsmoment zu erhöhen.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die erste elektrische Maschine mit einer ersten Achse gekoppelt ist, die einen ersten Achsantrieb-Getriebesatz beinhaltet, und wobei die zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Achse gekoppelt ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 12, wobei der erste Achsantrieb-Getriebesatz ein anderes Übersetzungsverhältnis als der zweite Achsantrieb-Getriebesatz aufweist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 12 oder 13, wobei die erste Achse eine Hinterachse und die zweite Achse eine Vorderachse ist.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die erste elektrische Maschine im Motormodus betrieben wird und die zweite elektrische Maschine im Generatormodus betrieben wird, in Abhängigkeit von der Temperatur der elektrischen Energiespeichervorrichtung.