DE112017006259T5

DE112017006259T5 - Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren

Info

Publication number: DE112017006259T5
Application number: DE112017006259.4T
Authority: DE
Inventors: David Colavincenzo; Fernando VENEGAS DIAZ
Original assignee: Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Current assignee: Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-11-13
Publication date: 2019-10-02
Also published as: WO2018111476A1; MX2019006795A; US20180162213A1; CA3046777A1; CN110290960A; US10479180B2

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren für Hybridelektro-Brennkraftmaschinen-Anwendungen bereitgestellt, bei denen ein Motor/Generator, eine schmale schaltbare Kupplungsvorrichtung und eine Drehmomentübertragungseinheit dazwischen in der beschränkten Umgebung am vorderen Ende einer Kraftmaschine bei Anwendungen wie beispielsweise Nutzfahrzeugen, Geländefahrzeugen und stationären Kraftmaschinenanlagen angeordnet und positioniert sind. Der Motor/Generator ist vorzugsweise von der schaltbaren Kupplungsvorrichtung, die koaxial mit dem Vorderende der Kraftmaschinenkurbelwelle angeordnet ist, lateral versetzt positioniert. Die schaltbare Kupplungsvorrichtung ist eine integrierte Einheit, bei der sich ein Kurbelwellenschwingungsdämpfer, eine Kraftmaschinennebenaggregatantriebsriemenscheibe und eine ausrückbare Kupplung so überlappen, dass die axiale Tiefe der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit nahezu einer/einem herkömmlichen Riemenantriebsscheibe und Kraftmaschinendämpfer entspricht. Das vorderendseitige Motor/Generator-System enthält einen elektrischen Energiespeicher, der durch den Motor/Generator erzeugte elektrische Energie empfängt, wenn die Kupplungsvorrichtung eingerückt ist. Wenn die Kupplungsvorrichtung ausgerückt ist, kann der Motor/Generator den Riemenscheibenteil des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers unabhängig von der Kraftmaschinenkurbelwelle dahingehend antreiben, die Kraftmaschinennebenaggregate unter Verwendung von vom Energiespeicher zurückgeführter Energie anzutreiben.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 14. Dezember 2016 eingereichten US-Anmeldung Nr. 15/378,853 , auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridelektrofahrzeuge und insbesondere ein System zur selektiven Kopplung eines Hybrid-Energieerzeugungs- und -speicherungssystems mit einer Brennkraftmaschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des Systems.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hybridelektrofahrzeugen, die eine mit einem Motor/Generator kombinierte Brennkraftmaschine und ein System zur Speicherung von elektrischer Energie aufweisen, wird im Automobilbereich, insbesondere im Pkw-Bereich, besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die Entwicklung von Hybridelektrofahrzeugsystemen hat erst vor kurzer Zeit damit begonnen, bei Nutz- und Geländefahrzeugen, zum Beispiel Lastkraftwagen und Bussen in den Fahrzeugklassen 2-8, bei Erdbewegungsmaschinen und Anwendungen im Schienenverkehr und bei stationären mit Brennkraftmaschinen angetriebenen Anlagen erhebliche Beachtung zu finden.
Hybridelektrotechnologien bieten zahlreiche Vorteile, einschließlich Verbesserungen der Kraftstoffeffizienz, Reduzierung der Emissionen von Brennkraftmaschinen und von Fahrzeuglärm, um dabei zu helfen, gesetzlichen Vorschriften, verbesserter Fahrzeugleistung und geringeren Fuhrparkbetriebskosten zu entsprechen. Diese Vorteile werden größtenteils durch das Vermögen von Hybridelektrosystemen, Energie wiederzugewinnen, die ansonsten verschwendet werden würde (wie zum Beispiel mechanische Energie vom Bremsen, die ansonsten als Wärmeenergie an die Umgebung abgeleitet werden würde) und die aufgenommene Energie zu einem anderen Zeitpunkt, wenn sie benötigt wird, wieder zurückzugeben, wie zum Beispiel beim Antrieb von Fahrzeugkomponenten statt der Verwendung der Brennkraftmaschine als Energiequelle, oder Unterstützung des Fahrzeugvortriebs, erhalten.
In der Regel sind Motoren/Generatoren von Hybridelektrofahrzeugen entweder unabhängig von der Brennkraftmaschine (zum Beispiel unter Verwendung von getrennten Elektromotoren zum Antreiben und Rückgewinnen von Energie von Vorderrädern, während die Kraftmaschine Vortriebsleistung für die Hinterräder bereitstellt) angeordnet worden oder sind mit der Kraftmaschine gekoppelt worden, zum Beispiel im „hinteren Teil“ der Kraftmaschine (das heißt, dem Ende, an dem sich das Schwungrad der Kraftmaschine befindet) oder zwischen der Kraftmaschine und dem Triebstrang zu den Rädern integriert worden. Diese Position „hinter der Kraftmaschine“ gestattet der Motor/Generator-Einrichtung Drehmoment direkt zu dem Triebstrang und den Rädern des Fahrzeugs zu liefern und durch den Triebstrang, zum Beispiel während Rekuperationsbremsereignissen, direkt angetrieben zu werden. Beispiele für letzteres enthalten Schwungrad-Motor/Generatoren, bei denen ein herkömmliches Kraftmaschinenschwungrad dahingehend modifiziert ist, als Motor/Generator-Rotor zu dienen, und ein konzentrisch angebrachter Stator um das Schwungrad herum positioniert ist, und getrennte Elektromotoren, die zwischen der Kraftmaschine und den Antriebsrädern angeordnet sind, wie zum Beispiel eine so genannte „Two-Mode-Hybrid“-Getriebevorrichtung, die von General Motors im 2009 GMC Silverado Leicht-Pickup angeboten wird, bei dem in der Getriebevorrichtung zwei Elektromotoren für Fahrzeugvortrieb und Erzeugung von elektrischer Energie untergebracht wurden.
Eine andere Form des Hinzufügens eines Motor/Generators zu einer Brennkraftmaschine ist die Verwendung so genannter Starter-Generatoren. Bei diesem Ansatz wird ein Elektromotor direkt mit einer Kraftmaschine gekoppelt, um sowohl als ein elektrischer Generator (eine Funktion, die herkömmlicherweise durch eine herkömmliche riemengetriebene Lichtmaschine erfüllt wurde) als auch ein Kraftmaschinenstarter zu dienen, wodurch das Gewicht sowie die Kosten von doppelten Lichtmaschine- und Starter-Elektromotoren reduziert werden. Solche Starter-Generator-Anlagen sind bei so genannten Kraftmaschinen-Stopp-Start-Systemen besonders nützlich, die die Kraftmaschine während Zeitperioden, während denen das Fahrzeug angehalten ist, abschalten, um Kraftstoff zu sparen und Leerlaufemissionen zu reduzieren. Starter-Generatoren werden sowohl hinter der Kraftmaschine positioniert (zum Beispiel kann ein ordnungsgemäß konstruierter Schwungrad-Motor/Generator auch als Starter verwendet werden) als auch am Vorderende der Kraftmaschine angebracht, wo der Starter-Generator einen direkt mit der Kraftmaschinenkurbelwelle gekoppelten Riemen antreiben kann. Ein Beispiel für das letztere System ist das „Riemenlichtmaschinenstarter“-System, das von General Motors als eine Option im Saturn-Vue-Sport-Utility-Fahrzeug von 2007 angeboten wurde. Diese Systeme lassen sich sehr schwer an große Kraftmaschinen, wie zum Beispiel an Nutzfahrzeugdieselmotoren, anpassen, da der Elektromotor größer sein muss, um mit den viel höheren Drehmomentanforderungen dieser Kraftmaschinen für schwere Betriebsbedingungen fertig zu werden, wie zum Beispiel Starten und Betreiben verschiedener Komponenten (zum Beispiel kann ein Kraftmaschinenlüfter über 50 KW Leistung anfordern, eine Last, die ein hohes Drehmoment zum Antrieb des Lüfterriemens erfordert). Ferner müsste der Riementrieb in solch einem vergrößerten System die Fähigkeit haben, die großen Drehmomenthöhen zu übertragen; dies ist etwas, was eventuell nicht möglich oder zumindest nicht praktisch ist, da dickere und breitere Antriebsriemen und Riemenscheiben, die zur Bewältigung der Drehmomentanforderungen ausreichend sind, so viel größer und schwerer als ihre Automobilgegenstücke sein können, dass sie zu schwer, zu groß und/oder zu teuer sind.
Ein anderer Ansatz für Elektrifizierung besteht in der Verwendung mehrerer einzelner Elektromotoren, um Energie verbrauchende Kraftmaschinen- und Fahrzeugnebenaggregate, wie zum Beispiel Klimakompressoren, Servolenkungspumpen, Luftkompressoren, Kraftmaschinenlüfter und Kühlmittelpumpen, einzeln anzutreiben, um durch Entfernen von Nebenaggregatlasten von der Kraftmaschine den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren. Dieser Ansatz erhöht signifikant das Fahrzeuggewicht, die Kosten und Kabelbündel- und Steuersystemleitungslängen und -komplexität, wodurch durch Entfernen von Kraftmaschinennebenaggregatlasten von der Kraftmaschine gewährleistete Kraftstoffökonomie- oder Emissionsreduzierungsverbesserungen potentiell aufgehoben werden.
Die Hybridelektrofahrzeugsysteme des Stands der Technik sind mit mehreren Nachteilen behaftet, die ihre Verwendung in Anwendungen, wie zum Beispiel bei Nutzfahrzeugen, behindert haben. Dazu gehören: mit dem Versuch des Vergrößerns von Hybridelektrotriebstrangkomponenten zur Bewältigung der sehr hohen Drehmomentabgabe großer Kraftmaschinen (in der Regel Dieselmotoren mit hoher Drehmomentabgabe) verbundene Konstruktionsschwierigkeiten; die gegenseitige Abhängigkeit des Kraftmaschinen- und Motor/Generator-Betriebs infolgedessen, dass diese Komponenten entweder integral mit dem hinteren Teil der Kraftmaschine sind oder sich direkt im Triebstrang befinden (das heißt, sowohl die Kraftmaschine als auch der Motor/Generator müssen sich zusammen drehen, selbst wenn eine Drehung der einen oder des anderen nicht erforderlich ist oder der Betriebsgesamtleistungsstärke des Fahrzeugs sogar abträglich ist); und die Unfähigkeit, „Hotellasten“ (zum Beispiel Klimaregelung über Nacht und 120-Volt-Leistungsanforderungen in einer Nutzfahrzeugtraktorschlafkabine) unabhängig zu erfüllen, ohne entweder die Kraftmaschinen des Fahrzeugs zu betreiben oder Betrieb eines getrennten am Fahrzeug angebrachten Hilfsaggregats („APU“ - auxiliary power unit), wie zum Beispiel eines eigens vorgesehenen, eigenständigen Brennkraftmaschinen-Packages oder eines eigens vorgesehenen Batterie-Packages, das mehrere herkömmliche Batterien und zugehörige Supporteinrichtungen enthält. Diese Hilfsaggregate sind sehr teuer (in der Regel mehrere Tausend Dollar), schwer und erfordern sehr viel Platz an dem bereits platzbeschränkten Fahrzeug. Sie haben auch, im Falle eines Kraftstoff verbrennenden APUs, weitere Nachteile in Form von mit offenen Flammen und der Erzeugung von Kohlenmonoxid, das während der Ruhezeit des Fahrers in die Schlafkabine eindringen könnte, verbundene potentielle Gefahren, und im Falle eines vollelektrischen APUs ist es eventuell nicht möglich, bei abgeschalteter Fahrzeugkraftmaschine ausreichend Energie zur Versorgung aller Nebenaggregatanforderungen des Fahrzeugs über längere Zeiträume zurückzuführen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Übersicht über primäre vorderendseitige Motor/Generator-Systemkomponenten.
Die vorliegende Erfindung löst diese und andere Probleme durch Bereitstellung eines an einem Vorderende einer Kraftmaschine positionierten Hybridelektrofahrzeugsystems, wobei ein Motor/Generator auf eine Art und Weise angeordnet ist, die eine geringe oder keine Vergrößerung der Länge der Frontpartie des Fahrzeugs erfordert. Wie in dieser Beschreibung verwendet, ist das „Vorderende“ der Kraftmaschine das Ende, das dem Ende gegenüberliegt, von dem durch die Kraftmaschine erzeugte Drehmomentabgabe zu den Primärdrehmomentverbrauchern, wie zum Beispiel einer Getriebevorrichtung und Antriebsachsen des Fahrzeugs oder einer stationären Last des Kraftmaschinensystems, wie beispielsweise einem Pumpenantrieb, übertragen wird. In der Regel ist das Hinterende einer Kraftmaschine dort, wo das Schwungrad der Kraftmaschine positioniert ist, und das Vorderende ist, wo Komponenten, wie zum Beispiel von der Kraftmaschine angetriebene Nebenaggregate, positioniert sind (zum Beispiel Klima- und Druckluftkompressoren, Kraftmaschinenlüfter, Kühlmittelpumpen, Servolenkungspumpen). Obgleich sich die folgenden Erörterungen in erster Linie auf Nutzfahrzeugausführungsformen konzentrieren, bei denen die Kraftmaschinenkurbelwelle auf die Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Frontkraftmaschinenanwendungen mit in Längsrichtung ausgerichteter Kraftmaschine beschränkt, sondern kann auch mit quereingebauten Kraftmaschinen (einschließlich in der Front- oder Heckpartie eines Fahrzeugs positionierten quereingebauten Kraftmaschinen) verwendet werden, die auch stark platzbeschränkte Umgebungen in dem Bereich neben dem dem Schwungradende gegenüberliegenden Ende der Kraftmaschine haben.
Vorzugsweise ist der Motor/Generator bei dem vorderendseitigen Motor/Generator-System der vorliegenden Erfindung im vorderen Bereich der Kraftmaschine positioniert und lateral zu der Seite der Drehachse der Kraftmaschinenkurbelwelle versetzt. Der Motor/Generator wird vorzugsweise an einem Drehmomentübertragungssegment (auch als „Antriebseinheit“ bezeichnet), beispielsweise einem Parallelwellengetriebe geringer Tiefe mit Einfachuntersetzung, dessen Eingangsdrehachse mit der Kraftmaschinenkurbelwelle koaxial ist, gestützt. Der Motor/Generator ist vorzugsweise entweder hinter dem Drehmomentübertragungssegment in einem Raum zwischen der Kraftmaschine und einem benachbarten Fahrzeugchassislängsrahmenglied oder vor dem Drehmomentübertragungssegment in einem Raum unter dem Kühlmittel-Kühler des Fahrzeugs positioniert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Positionen für den Motor/Generator beschränkt, sondern er kann stattdessen an beliebiger Stelle in dem Bereich nahe dem vorderen Ende der Kraftmaschine positioniert sein, solange das Drehmomentübertragungssegment, an dem er angebracht ist, auf die Kraftmaschinenkurbelwellendrehachse ausgerichtet werden kann.
Vorzugsweise stellt das Drehmomentübertragungssegment auch ein geeignetes Übersetzungsverhältnis zwischen seinem Eingang und seinen Ausgängen (zum Beispiel ein Verhältnis von 2:1) bereit, um die Kraftmaschinen- und Motor/Generator-Drehzahlen besser aneinander anzupassen, das heißt, eine Drehzahlerhöhung von der Kraftmaschine zum Motor/Generator und eine Drehzahlreduzierung vom Motor/Generator-Ausgang bereitzustellen. Das Drehmomentübertragungssegment kann ein Getriebe mit Zahnrädern oder einer anderen Antriebsanordnung, wie zum Beispiel einem Kettenband, auf einer Motor/Generator-Seite einer ausrückbaren Kupplungsvorrichtung (unten weiter besprochen) zwischen der Kraftmaschinenkurbelwelle und dem Drehmomentübertragungssegment, die Drehmoment zwischen dem Motor/Generator-Ende und dem Kraftmaschinenende des Drehmomentübertragungssegments überträgt, sein. Das Drehmomentübertragungssegment weist ein axial schmales Profil auf, damit es zwischen dem Vorderende der Kraftmaschinenkurbelwelle und jeglichen Komponenten vor der Kraftmaschine, wie zum Beispiel dem Kühlmittel-Kühler der Kraftmaschine, untergebracht werden kann.
Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Motor/Generator über eine schaltbare Kupplungsvorrichtung (das heißt, die ausrückbar ist,) zwischen dem Drehmomentübertragungssegment und dem Vorderende der Kurbelwelle Drehmoment mit der Kraftmaschinenkurbelwelle austauscht. Die schaltbare Kupplungsvorrichtung enthält einen kraftmaschinenseitigen Teil, der direkt mit der Kraftmaschinenkurbelwelle gekoppelt ist, einen Antriebsteil, der mit dem kraftmaschinenseitigen Teil in Eingriff gebracht werden kann, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, und eine Eingriffsvorrichtung, vorzugsweise eine axial betätigte Kupplung, zwischen dem Antriebsteil und dem kraftmaschinenseitigen Teil. Der kraftmaschinenseitige Teil der Kupplungsvorrichtung enthält einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer (im Folgenden als „Dämpfer“ bezeichnet), im Gegensatz zu einem herkömmlichen Kurbelwellendämpfer, der herkömmlicherweise ein getrenntes Element gewesen ist, das als eine eigens vorgesehene Kurbelwellenschwingungsunterdrückungsvorrichtung an der Kurbelwelle fixiert ist. Diese Anordnung ermöglicht die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Nebenaggregatantrieb, dem Motor/Generator und der Kraftmaschine auf flexible Weise, wobei zum Beispiel der Nebenaggregatantrieb durch verschiedene Drehmomentquellen (zum Beispiel die Kraftmaschine und/oder den Motor/Generator) angetrieben wird, die Kraftmaschine die Drehmomentquelle zum Antrieb des Motor/Generators als elektrischer Generator ist und/oder der Motor/Generator mit der Kraftmaschine gekoppelt ist und als Motor betrieben wird, um als zusätzliche Fahrzeugvortriebsdrehmomentquelle zu wirken.
Besonders bevorzugt ist die schaltbare Kupplungsvorrichtung eine integrierte Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit, bei der sich die Kupplung zwischen dem kraftmaschinenseitigen Dämpferteil und dem Antriebsteil befindet. Der antriebsseitige Teil enthält einen Antriebsflansch der zur Kopplung mit dem Kraftmaschinenende des Drehmomentübertragungssegment ausgebildet ist, wobei der Antriebsflansch auf seinem Außenumfang auch einen oder mehrere Antriebsriemenscheibenabschnitte enthält. Diese bevorzugte Konfiguration weist auch alle drei, die Riemenscheibe, die Kupplung und den Dämpfer, auf, die konzentrisch angeordnet sind, wobei mindestens zwei dieser Elemente einander entlang ihrer Drehachse teilweise überlappen. Diese Anordnung führt zu einer ausrückbaren Kupplungsvorrichtung mit einer stark minimierten axialen Tiefe zur Erleichterung der FEMG-Montage (FEMG - front-end motor-generator / vorderendseitige Motor/Generator) in der platzbeschränkten Umgebung vor einer Kraftmaschine. Die axiale Tiefe der Kupplungsvorrichtung kann durch Reduzieren der axialen Tiefe der Kupplung, der Riemenscheibe und des Dämpfers bis zu einem Punkt, an dem sich die Antriebsriemenscheibe konzentrisch um alle oder zumindest im Wesentlichen alle der Kupplung und des kraftmaschinenseitigen Dämpferteils der Kupplungsvorrichtung erstreckt, weiter minimiert werden.
Als Alternative dazu können einer oder mehr der drei Kupplungs-, Riemenscheiben- und Dämpferteile koaxial mit den anderen Teilen, aber diese nicht axial überlappend, angeordnet werden, wie zum Entsprechen der besonderen Vorderendanordnungen von Kraftmaschinen von verschiedenen Kraftmaschinenzulieferern erforderlich. Zum Beispiel muss bei einer Kraftmaschinenanwendung, bei der ein Riementrieb nicht auf den Dämpfer ausgerichtet ist (das heißt, der Dämpfer hat keine Riemenantriebsnuten um seinen Außenumfang, wie zum Beispiel bei einigen Cummins®-Kraftmaschinenanordnungen), die Riemenantriebsfläche des Riemenscheibenteils der Kupplungsvorrichtung den Dämpfer nicht axial überlappen. Bei anderen Anwendungen mit Riemenantriebsflächen auf dem Außenumfang des Dämpfers und einer weiteren Riemenantriebsfläche auf einer vor dem Dämpfer angebrachten Riemenscheibe, wie zum Beispiel bei einigen Detroit-Diesel®-Kraftmaschinen, können die Kupplungsvorrichtung, die anstelle des ursprünglichen Dämpfers verwendet wird, und die Riemenscheibe mit beiden Riemenantriebsflächen auf einer Riemenscheibe angeordnet sein, die sich axial über den Dämpfer erstreckt (das heißt, der Dämpfer überlappt im Wesentlichen sowohl den Dämpfer als auch die Kupplung), oder die Riemenantriebsfläche auf dem Außenumfang des Dämpfers kann beibehalten werden (zum Beispiel, um Kraftmaschinennebenaggregate anzutreiben, die niemals von der Kurbelwelle getrennt werden, wie zum Beispiel eine Kraftmaschinenkühlmittelpumpe), während die andere Riemenantriebsfläche auf dem Riemenscheibenglied positioniert ist, das sich axial über die Kupplung erstreckt.
Obgleich in der nachfolgenden Beschreibung auf Verbindung des Dämpferteils der schaltbaren Kupplungsvorrichtung mit der Kraftmaschinenkurbelwelle Bezug genommen wird, ist die Verbindung zwischen der schaltbaren Kupplungsvorrichtung und der Kraftmaschine nicht auf eine Verbindung mit der Kurbelwelle beschränkt, sondern kann mit jeglicher drehbaren Welle der Kraftmaschine verbunden sein, die vom Vorderende der Kraftmaschine zugänglich ist und die Drehmoment zwischen der Kraftmaschine und dem Motor/Generator übertragen kann, wie zum Beispiel eine kurbelwellengetriebene Hilfswelle oder eine geeignet konstruierte Nockenwelle mit einem von vorne zugänglichen Wellenende. Obgleich in der nachfolgenden Beschreibung auf Verbindung eines Teils der schaltbaren Kupplungsvorrichtung, der den Dämpfer aufweist, mit der Kraftmaschinenkurbelwelle Bezug genommen wird, ist die kraftmaschinenseitige Verbindung der schaltbaren Kupplungsvorrichtung nicht auf einen einen Dämpfer aufweisenden Teil beschränkt, sondern enthält Teile ohne einen Dämpfer (wie zum Beispiel ein Plattenglied), die mit einer drehbaren Kraftmaschinenwelle verbunden werden können, während sie einen kraftmaschinenseitigen Teil der ausrückbaren Kupplungsvorrichtung stützen (wie zum Beispiel Halten einer kraftmaschinenseitigen Kupplungsplatte der schaltbaren Kupplungsvorrichtung gegenüber einer riemenscheibenseitigen Kupplungsplatte).
Der FEMG-Motor/Generator ist vorzugsweise mit einer Einheit zur Speicherung von elektrischer Energie (auch als „Energiespeicher“ bezeichnet) elektrisch gekoppelt. Dieser Energiespeicher enthält vorzugsweise sowohl Batterien, die für eine leistungsfähige Langzeit-Energiespeicherung geeignet sind, wie zum Beispiel auf Lithiumchemie basierende Batterien, die große Energiemengen bei mittleren Ladungs-/Entladungsraten speichern und zurückgeben können, als auch Superkondensatoren, die elektrische Energie bei sehr hohen Ladungs-/Entladungsraten, die über das Vermögen, die Lithiumbatterien sicher bewältigen können, hinausgehen, empfangen und abgeben können. Diese Kombination stellt einen Energiespeicher bereit, der dahingehend mit dem Motor/Generator zusammenwirken kann, elektrischen Strom für kurze Zeitdauern auf höher als normalen Niveaus (das heißt, über einen größeren Bereich von Motor/Generatoreingangs- und -ausgangslasten als von Batteriezellen bewältigt werden könnten) aufzunehmen und/oder abzugeben, während auch eine batteriebasierte Langzeitenergiespeicherung und -rückgabe bei geringeren Ladungs- und Entladungsraten bereitgestellt wird.
Obgleich sich die vorliegende Offenbarung in erster Linie auf die Verwendung des FEMG-Systems in Fahrzeuganwendungen (insbesondere auf Nutzfahrzeuganwendungen) bezieht, eignet sich das FEMG-System auch gut zur Verwendung bei stationären Kraftmaschinenanlagen (zum Beispiel Bereitschaftsdieselgeneratoren), Geländefahrzeugkraftmaschinenanwendungen, wie zum Beispiel selbstangetriebenen Baugeräten, und anderen Kraftmaschinenanwendungen, bei denen der zur Verfügung stehende Raum zur Bereitstellung einer Hybridelektrofähigkeit am Vorderende der Kraftmaschine begrenzt ist.
Übersicht über FEMG-Antrieb von Kraftmaschinennebenaggregaten
Kraftmaschinennebenaggregate sind herkömmlicherweise riemengetrieben, wobei sie durch die Kraftmaschinenkurbelwelle über eine mit der Kurbelwelle verschraubte Antriebsriemenscheibe direkt angetrieben werden. Bei dem FEMG-System werden die Kraftmaschinennebenaggregate auch über eine Riemenscheibe angetrieben, aber die Riemenscheibe ist auf der Motor/Generator-Seite des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers (dem oben bestimmten „Antriebsteil“) positioniert. Die Riemenscheibe der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit wird entweder durch die Kraftmaschine angetrieben, wenn die Kupplungsvorrichtung eingerückt ist, oder durch den Motor/Generator, wenn die Kupplungsvorrichtung ausgerückt ist. Wenn der Riemenscheiben-Kupplungs-Dämpfer ausgerückt ist, werden alle der durch die Riemenscheibe angetriebenen Kraftmaschinenhilfsaggregate von der Kraftmaschine getrennt, wodurch ihre jeweiligen Leistungsanforderungen von der Kraftmaschine entfernt werden. Die Isolierung der Nebenaggregate von der Kraftmaschine reduziert den Kraftstoffverbrauch, wenn die Kraftmaschine läuft. Da die Nebenaggregate durch den FEMG-Motor/Generator über das Drehmomentübertragungssegment unabhängig angetrieben werden können, während die Kupplungsvorrichtung ausgerückt ist, kann die Kraftmaschine darüber hinaus abgeschaltet oder mit wenig oder keinen parasitären Lasten im Leerlauf betrieben werden, während sich das Fahrzeug noch im Stillstand befindet, um Kraftstoff zu sparen und Emissionen zu reduzieren.
Ferner können Verbesserungen der Systemleistungsstärke erhalten werden, wenn die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit ausgerückt ist, da die Betriebsdrehzahl des Motor/Generators nach Wunsch variiert werden kann, um eines oder mehrere der Kraftmaschinennebenaggregate mit einer eine erhöhte Betriebsleistungsstärke bereitstellenden Drehzahl zu betreiben, während andere Kraftmaschinennebenaggregate mit Drehzahlen mit suboptimaler Leistungsstärke betrieben werden, wenn sich dadurch der Gesamtenergieverbrauch vermindert.
Zur Erhöhung der Systemleistungsstärke können einige oder alle der Kraftmaschinennebenaggregate mit einzelnen Antriebskupplungen (entweder ein/aus oder Eingriff mit variablem Schlupf) versehen sein, um einen selektiven Kraftmaschinennebenaggregatbetrieb zu ermöglichen, während andere Kraftmaschinennebenaggregate abgeschaltet oder mit reduzierter Drehzahl betrieben werden. Die Kombination aus dem Vermögen des Betreibens des Motor/Generators mit variablen Drehzahlen und dem Vermögen einzelne Nebenaggregatkupplungen selektiv einzurücken, teilweise einzurücken und auszurücken, bietet die Möglichkeit, den Nebenaggregatenergieverbrauch nur auf den für die aktuellen Betriebsbedingungen erforderlichen maßzuschneidern, wodurch die Gesamtsystemleistungsstärke weiter erhöht wird.
Wenn ein Kraftmaschinennebenaggregat eine hohe Leistungseingangsanforderung hat, der in dem aktuellen Fahrzeugbetriebszustand entsprochen werden muss, kann als Alternative der Motor/Generator mit einer Drehzahl angetrieben werden, die gewährleistet, dass das Kraftmaschinennebenaggregat mit der höchsten Bedarfsanforderung funktionieren kann, während andere Nebenaggregate mit einer Leistungsstärke, die unter dem Optimum liegt, betrieben werden oder durch ihre jeweiligen Kupplungen (wenn so ausgestattet) von dem Motor/Generator-Antrieb getrennt werden.
Vorzugsweise führt eine unten weiter besprochene FEMG-Steuerung einen Algorithmus aus, der Faktoren, wie zum Beispiel Daten über die betriebliche Kraftmaschinennebenaggregatleistungsstärke und Informationen über den aktuellen Fahrzeugbetriebszustand (zum Beispiel Energiespeicherladungszustand („SOC“ - state of charge), Kraftmaschinendrehmomentabgabeanforderung, Kühlmitteltemperatur) bewertet, um eine Kombination von Fahrzeugbetriebsparametern (zum Beispiel einzelne Kraftmaschinennebenaggregatkupplungseingriffe, Nebenaggregatbetriebsdrehzahlen, Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Riemenscheiben-Drehzahl und -eingriffszustand, Motor/Generator-Drehzahl und Drehmomentabgabe) auszuwählen und so eine Kompromisskonfiguration von Kupplungsvorrichtungs- und Kupplungseingriffszuständen und Komponentenbetriebsdrehzahlen, die den Betriebsbedürfnissen des Fahrzeugs entsprechen, während Kraftstoff- und Energieverbrauch reduziert werden, zu bestimmen. Obgleich die Bereitstellung einer überragenden Gesamtsystemleistungsstärke durch Betreiben des Motor/Generators mit einer Drehzahl und einer Drehmomentabgabe, mit der so viele Kraftmaschinennebenaggregate wie möglich in oder nahe ihre(n) betrieblichen Spitzenleistungsstärkezustände(n) versetzt werden, erzielt werden kann, kann zum Beispiel ein bestimmtes Fahrzeugbedürfnis (wie zum Beispiel das Bedürfnis des Betriebs des Kraftmaschinenlüfters mit hoher Drehmomentanforderung zur Steuerung der Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur) dazu führen, dass der FEMG die Motor/Generator-Drehzahl und/oder -Drehmomentabgabe dahingehend steuert, zu gewährleisten, dass das bestimmte Bedürfnis erfüllt wird, und dann die anderen durch den Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer betriebenen einzelnen Kraftmaschinennebenaggregate so effizient wie unter den vorliegenden Fahrzeugbetriebsumständen möglich betreibt.
Wenn die aktuelle Anforderung nach Fahrzeugvortriebsdrehmoment von der Kraftmaschine hoch ist (und der Ladungszustand des Energiespeichers dies gestattet) kann analog dazu die FEMG-Steuerung den Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer dahingehend steuern, in einen Eingriffszustand geschaltet zu werden, und den Motor/Generator dahingehend ansteuern, der Kraftmaschinenkurbelwelle zusätzliches Drehmoment zuzuführen, um die Gesamtabgabe von Vortriebsdrehmoment zu erhöhen, selbst wenn dies dazu führt, dass die Kraftmaschinennebenaggregate mit einer Leistungsstärke betrieben werden, die unter dem Optimum liegt, da ihre Drehzahlen mit der Kurbelwellendrehzahl verknüpft sind.
Übersicht über Motor/Generator-Verwendungen
Wenn Betriebsbedingungen dies gestatten, kann der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer eingerückt werden, so dass durch den Motor/Generator mechanische Energie von der Kraftmaschinenkurbelwelle zurückgewonnen werden kann (das heißt, Rückgewinnung von mechanischer Energie von den Rädern, die durch den Triebstrang zu der Kraftmaschinenkurbelwelle zu dem Motor/Generator übertragen wird). Die Kupplung kann zum Beispiel bei Verzögerungsereignissen eingerückt werden, um zu gestatten, dass der Motor/Generator als Generator in einem Rekuperationsbremsmodus dient, einem Modus, der hinsichtlich reduziertem Bremsbelag- oder Bremsschuhverschleiß und Kraftstoffverbrauchseinsparungen durch Minimierung von Bremsluftgebrauch und dem damit verbundenen Druckluftverbrauch, wodurch wiederum den Gebrauch eines Luftkompressors und den Energieverbrauch reduziert werden, auch Kosteneinsparungen erzeugt. Die Kupplung kann auch eingerückt werden, wenn keine andere Anforderung nach „negativem Drehmoment“ besteht, wie zum Beispiel, wenn das Bedürfnis besteht, eine Verzögerungskraft bereitzustellen, um eine unerwünschte Fahrzeugbeschleunigung aufgrund von Schwerkraft auf ein Minimum zu reduzieren, wenn das Fahrzeug bergab fährt.
Wenn der ausrückbare Riemenscheiben-Kupplungs-Dämpfer eingerückt ist und die Betriebsbedingungen dies gestatten, kann der Motor/Generator als Drehmomenterzeugungsmotor betrieben werden, um der Kraftmaschinenkurbelwelle zusätzliches Drehmoment zuzuführen, wodurch die Gesamtdrehmomentabgabe, die dem Fahrzeugtriebstrang zur Verbesserung der Fahrzeugbeschleunigung zugeführt wird, erhöht wird.
Eine andere Verwendung des Motor/Generators ist als Primärkraftmaschinenstarter, wodurch auf einen schweren, eigens vorgesehenen Startermotor verzichtet werden kann. In diesem Betriebsmodus ist der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer eingerückt, um die direkte Übertragung von Motor/Generator-Drehmoment zu der Kraftmaschinenkurbelwelle zu gestatten. Die Verwendung des Motor/Generators eignet sich gut für die Betriebseigenschaften des Motor/Generators, da er in der Lage ist, eine sehr hohe Drehmomentabgabe, startend bei null U/min, zu erzeugen, und dies fast sofort. Durch die sehr schnelle Reaktionszeit des Motor/Generators und die Fähigkeit dazu, dies mehrmals ohne Überhitzung zu tun, wird ein FEMG-System zu einer exzellenten Wahl für die Verwendung als Primärkraftmaschinenstartermotor in einem kraftstoffsparenden Kraftmaschinen„-Stopp-Start‟-System, bei dem die Kraftmaschine mehrmals am Tag gestartet und gestoppt wird. Das Vermögen zu einer kurzen Neustartreaktionszeit ist bei Stopp-Start-System-Anwendungen, bei denen wohlbekannt ist, dass Fahrer bei jeglicher wesentlichen Verzögerung eines automatischen Kraftmaschinenneustarts als Reaktion auf die Fahreranforderung, damit zu beginnen, sich wieder zu bewegen (in der Regel eine Anforderung, die durch Freigabe des Fahrzeugbremspedals im Anschluss daran, dass eine Verkehrsampel auf Grün schaltet), Unzufriedenheit bekunden, höchst wünschenswert. Zum Beispiel finden Fahrer in der Regel eine Verzögerung von einer oder mehreren Sekunden, bevor die Kraftmaschine startet und das Fahrzeug damit beginnt, sich zu bewegen, zumindest ärgerlich, wenn nicht gänzlich inakzeptabel.
Als Alternative dazu kann der Motor/Generator des FEMG-Systems als ein Kraftmaschinenstarter unter Zusammenwirkung mit einem Druckluftstartermotor, der gespeicherten Druckluftdruck in eine mechanische Drehmomentabgabe umwandelt, betrieben werden (wobei ein Druckluftstarter in der Regel leichter und kostengünstiger als ein herkömmlicher elektrischer Startermotor ist). Das Gewicht und die Kosten des FEMG-Systems können mit einer kombinierten FEMG/Druckluftstartanordnung verbessert werden, da die zusätzliche Drehmomentabgabe des Druckluftstarters gestatten kann, dass die FEMG-Motor/Generator-Größe in dem Fall reduziert wird, in dem die höchste erwartete Drehmomentanforderung am FEMG-Motor/Generator mit dem Kraftmaschinenstart (insbesondere Kraftmaschinenkaltstart) in Verbindung steht. In solch einem Fall kann der FEMG-Motor/Generator so bemessen sein, dass er die Drehmomentanforderung der nächstgeringeren Anforderung (zum Beispiel die höchste erwartete Drehmomentanforderung von der Kombination von Kraftmaschinennebenaggregaten mit den höchsten Anforderungen) erfüllt, wobei der Druckluftstarter dazu zur Verfügung steht, das zusätzliche notwendige Kraftmaschinenstartdrehmoment, das über dem durch den kleineren FEMG-Motor/Generator bereitgestellten liegt, bereitzustellen.
Der Motor/Generator kann ferner von der Kraftmaschine durch die eingerückte Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Kupplung auf eine Weise angetrieben werden, dank der darauf verzichtet werden kann, die Kraftmaschine mit einer schweren, eigens vorgesehenen Lichtmaschine zur Zuführung von Betriebsspannung für typische elektrische 12-Volt-Gleichstromkreise des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Fahrzeuglichtstromkreise, Stromversorgungen für elektronische Module und 12-V-betriebene Fahrerkomfortmerkmale (beheizbare Sitze, Schlafkabinenelektrik usw.), auszustatten. Bei einem FEMG-System kann die erforderliche 12-V-Stromversorgung durch einen Spannungswandler, der die Betriebsspannung des Energiespeichers (in einer Größenordnung von 300-400 Volt) auf die durch die elektrischen Fahrzeugkreise erforderlichen 12 Volt reduziert, leicht bereitgestellt werden. Somit stellt die Erzeugung von elektrischer Energie zum Laden des Energiespeichers durch den Motor/Generator eine Quelle von elektrischer Energie von 12 V bereit, dank der auf eine herkömmliche kraftmaschinenbetriebene Lichtmaschine verzichtet werden kann. Die Speicherung von großen Energiemengen im Energiespeicher schafft auch die Möglichkeit, durch Reduzieren der Anzahl von 12-V-Batterien, die dazu getragen werden, die verschiedenen Bedürfnisse des Fahrzeugs zu erfüllen, bei dem Fahrzeug zusätzliches Gewicht und zusätzliche Kosten einzusparen. Zum Beispiel benötigt ein Fahrzeug, das herkömmlicherweise vier getrennte 12-V-Batterien haben kann, zusammen mit dem Energiespeicher möglicherweise nur eine einzige 12-V-Batterie.
Auf ähnliche Weise kann ein Spannungswandler dazu verwendet werden, dem Fahrzeug, zum Beispiel der Schlafkabine, für die Verwendung von Geräten oder einer Klimaanlage, oder einem angehängten Anhänger für den Betrieb von Anhängervorrichtungen, wie zum Beispiel Kühlaggregaten, 120 Volt Wechselstrom direkt zuzuführen, (letzteres vorzugsweise mit einer Anhängerverbindung zu dem CAN-System des Fahrzeugs für eine traktororientierte Überwachung und Steuerung der Anhängernebenaggregate). Wenn der Energiespeicher zur Bereitstellung einer ausreichenden Speicherkapazität konzipiert ist, kann dank des FEMG-Systems auch darauf verzichtet werden, ein Fahrzeug mit einem teuren und schweren brennkraftmaschinenbetriebenen Hilfsaggregat zur Unterstützung des Fahrzeugbetriebs, wenn die Kraftmaschine über längere Zeiträume abgeschaltet ist, auszustatten. Zum Beispiel wäre ein APU nicht mehr dazu erforderlich, während nächtlicher Ruhezeiten des Fahrers Leistung für eine Schlafkabinenklimaanlage bereitzustellen.
Der FEMG kann potentiell auch als aktiver Dämpfer verwendet werden, um schnellen Drehmomentumkehrimpulsen („Drehmoment-Ripple“), die manchmal unter verschiedenen Last-, Drehzahl- und Umgebungsbedingungen angetroffen werden, entgegenzuwirken. Bei dieser Anwendung würde das FEMG-Steuermodul Signale von Fahrzeugsensoren, die das Vorhandensein von Drehmoment-Ripple anzeigen, empfangen und Befehle an den Motor/Generator zur Erzeugung von Gegendrehmomentimpulsen ausgeben, die dahingehend getaktet sind, die Triebstrangdrehmomentumkehrimpulse aufzuheben. Diese aktive Dämpfung auf FEMG-Motor/Generator-Basis würde dabei helfen, den Triebstrang vor einer mechanischen Beschädigung durch die durch die schnelle Änderung von Drehmomentlasten erzeugten hohen Spannungen zu schützen sowie den Fahrkomfort zu erhöhen, indem die durch das Fahrzeugchassis zur Fahrzeugkabine übertragenen schnellen Beschleunigungen/Verzögerungen beseitigt werden.
Die schaltbare Kupplungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch, entweder bei einem FEMG-System oder bei einer Installation ohne Motor/Generator, mit einem dynamischen Wärmegenerator zur Durchführung einer Reihe von zusätzlichen Funktionen und zur Bereitstellung zusätzlicher Vorteile, darunter potentielle Reduzierungen von Emissionen und Betriebskosteneinsparungen, verwendet werden.
Übersicht über FEMG-Steuerungsprogrammierung und Betriebsverfahren
Bei einer bevorzugten Ausführungsform überwacht eine FEMG-Steuerung, vorzugsweise in Form eines elektronischen Steuermoduls, mehrere Fahrzeugsignale, einschließlich Signale, die am CAN- und/oder SAE-J1939-Busnetz des Fahrzeugs zur Verfügung stehen, wenn das Fahrzeug so ausgestattet ist. Eines der Signale kann eine Ladungszustandsanzeige (SOC - state of charge) von einem Batterieüberwachungssystem sein, das unter anderen Parametern einen Ladungszustand des Energiespeichers überwacht. Das Steuermodul kann zum Beispiel dahingehend programmiert sein, drei Ladungszustandsniveaus, ein Mindestladungsniveau (zum Beispiel einen Ladungszustand von 20%), ein Zwischenladungsniveau (zum Beispiel einen Ladungszustand von 40%) und ein Höchstladungsniveau (zum Beispiel einen Ladungszustand von 80%), zu erkennen. Das Steuermodul kann ferner dahingehend programmiert sein, den Ladungszustand als einen Faktor bei der Bestimmung aufzunehmen, wann die Kupplung des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers eingerückt und ausgerückt werden soll, bei welcher Drehzahl der Motor/Generator betrieben werden sollte, der Betriebsdrehzahlen einiger oder aller der Kraftmaschinennebenaggregate, die von der Riemenscheibe des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers angetrieben werden, und welche Kombination des Fahrzeugkomponentenbetriebs und der Betriebsparameter die Gesamtbetriebsleistungsstärke des Fahrzeugs erhöht, während die aktuellen Betriebsbedürfnisse des Fahrzeugs erfüllt werden und Anforderungen eines sicheren Fahrzeugbetriebs (zum Beispiel Aufrechterhalten mindestens einer erforderlichen Mindestluftdruckmenge in den Druckluftspeichertanks des Druckluftsystems des Fahrzeugs durch Betrieb des Luftkompressors, selbst wenn dabei die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeugs vermindert wird,) erfüllt werden.
Wenn sich der Ladungszustand des Energiespeichers unter dem Mindestladungsniveau befindet, kann bei einer Ausführungsform die Kupplung des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers eingerückt werden und der Motor/Generator durch das Steuermodul dahingehend gesteuert werden, zu bewirken, dass der Motor/Generator elektrische Energie zur Speicherung erzeugt. In diesem Betriebsmodus wird der Motor/Generator durch die Kraftmaschine oder durch die Räder über den Triebstrang durch die Kraftmaschine angetrieben. Sobald sich der Ladungszustand über dem Mindestladungsniveau befindet, kann die Kupplung des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers so lange eingerückt bleiben, bis das Zwischenladungsniveau erreicht ist, und der Motor/Generator dahingehend gesteuert werden, elektrische Energie nur während eines Brems-, Verzögerungs- oder negativen Drehmomentereignisses zu erzeugen. Dieser Modus gestattet die Verwendung von nicht durch die Kraftmaschine bereitgestellter mechanischer Energie durch den Motor/Generator auf einer nach-Verfügbarkeits-Basis, um den Energiespeicher weiter zu laden, während die Energiemenge, die die Kraftmaschine für den Motor/Generator bereitstellen muss, weiter minimiert wird und dadurch Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
Nach Erreichen des Zwischenladungsniveaus kann in einem anderen Betriebsmodus das Steuermodul bestimmen, dass die Kupplung des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers ausgerückt werden kann und der Motor/Generator als Motor verwendet werden kann, um Drehmoment zum Antrieb der Kraftmaschinennebenaggregate ohne Unterstützung von der Kraftmaschine zu erzeugen, das heißt, der Motor/Generator wird die alleinige Antriebsenergiequelle für die Kraftmaschinennebenaggregate. In diesem Modus zieht der Motor/Generator gespeicherte elektrische Energie aus dem Energiespeicher ab, um Drehmoment zur Zufuhr über das Antriebseinheitsgetriebe zu der Riemenscheibe des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers zum Antrieb von Kraftmaschinennebenaggregaten, wie zum Beispiel des Kraftmaschinenlüfters und des Luftkompressors des Druckluftversorgungssystems, zu erzeugen. Durch Abkoppeln der Kraftmaschine von den Drehmomentanforderungen der Kraftmaschinennebenaggregate kann die Kraftmaschine mit einer geringeren parasitären Drehmomentlast betrieben werden, um den Kraftstoffverbrauch der Kraftmaschine zu reduzieren oder um mehr Kraftmaschinendrehmomentabgabe für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Wenn der Motor/Generator im Motormodus zum Antrieb der Kraftmaschinennebenaggregate betrieben werden kann, kann die Kraftmaschine als Alternative vollständig abgeschaltet werden, wie zum Beispiel in zähflüssigem Verkehr in einem mit einem Start-Stopp-System ausgestatteten Fahrzeug.
Zwischen dem Zwischenladungsniveau und dem Höchstladungsniveau überwacht das vorderendseitige Motor/Generator-Steuermodul weiter den Fahrzeugbetriebszustand und kann während eines Brems-, Verzögerungs- oder negativen Drehmomentereignisses die Gelegenheit nutzen, den Energiespeicher ohne Verwendung von Kraftmaschinenkraftstoff weiter zu laden, indem es die Kupplung des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers einrückt und den Motor/Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie ansteuert. Während Aufladen während eines Brems-, Verzögerungs- oder negativen Drehmomentereignisses zu jeder Zeit, zu der der Energiespeicher unter dem Höchstladungsniveau liegt, erfolgen kann, wird bei dieser Ausführungsform durch Vermeidung der Verwendung von Kraftmaschinenkraftstoff zum Laden über das Zwischenladungsniveau der Kraftstoffverbrauch reduziert und die Gesamtleistungsstärke verbessert.
Der Motor/Generator kann an irgendeinem Punkt über dem Mindestladungsniveau als Motor zur Erzeugung von der Kraftmaschinenkurbelwelle zwecks Ergänzung der Kraftmaschinendrehmomentabgabe zuzuführendem Drehmoment betrieben werden, wodurch die zum Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Drehmomenthöhe vergrößert wird. Die erhöhte Drehmomentabgabe an den Triebstrang ermöglicht eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und bietet zusätzliche Vorteile, wie zum Beispiel verbesserte Kraftstoffökonomie aufgrund von weniger Getriebevorrichtungsschaltungen und eine schnellere Beschleunigung auf Reisegeschwindigkeit (zum Beispiel „Gangüberspringung“, wobei der Motor/Generator ausreichend Kraftmaschinendrehmoment hinzugibt, um zu gestatten, dass eine oder mehrere Gangstufen übergangen werden, wenn das Fahrzeug beschleunigt, wodurch die Fahrzeugzeit bis auf Geschwindigkeit und der Kraftstoffverbrauch reduziert werden). Des Weiteren kann in mit Druckluftunterstützungssystemen („PBS“ - pneumatic boost systems, Systeme, die Druckluft in den Kraftmaschineneinlass injizieren, um sehr schnell zusätzliche Kraftmaschinendrehmomentabgabe bereitzustellen) ausgestatteten Fahrzeugen durch die Verwendung der praktisch sofortigen Drehmomentunterstützung von dem Motor/Generator, wann immer möglich, anstelle der Verwendung von Druckluftinjektion von dem PBS-System zur Erzeugung zusätzlicher Kraftmaschinendrehmomentabgabe Druckluftverbrauch reduziert werden, wodurch wiederum der Kraftstoffverbrauch und Komponentenverschleiß (der mit zusätzlichem Betrieb eines Luftkompressors zum Auffüllen des Druckluftvorrats in Verbindung stehende Verbrauch und Verschleiß) reduziert werden.
Nachdem das FEMG-Steuermodul das Erreichen des Höchstladungsniveaus bestimmt hat und deshalb keine weitere Eingabe von elektrischer Energie in den Energiespeicher erwünscht ist, verhindert das Steuermodul Betrieb des Motor/Generators als Generator, um den Energiespeicher vor einer Beschädigung durch Überladen zu schützen. In diesem Modus kann der Motor/Generator nur als Elektromotor zum Antrieb der Kraftmaschinennebenaggregate und/oder zur Bereitstellung von zusätzlichem Antriebsdrehmoment für die Kraftmaschine verwendet werden, oder es kann ihm gestattet werden, sich in einem keine Leistung erzeugenden Leerlaufzustand zu drehen, wenn keine aktuelle Kraftmaschinennebenaggregatanforderung vorliegt.
Die FEMG-Steuerung kommuniziert vorzugsweise mit mehreren Fahrzeugsteuerungen, wie zum Beispiel der Bremssteuerung des Fahrzeugs (die verschiedene Arten von Bremsen, wie zum Beispiel Druckluft- oder Hydraulikbremsen, steuern kann), der Kraftmaschinen- und/oder der Getriebevorrichtungssteuerung und der einen oder den mehreren Steuerungen, die den Energiespeicher verwalten. Diese Kommunikationen gestatten das Koordinieren des Betriebs der Fahrzeugsysteme. Im Falle einer Bremsanforderung, die gering genug ist, dass sie nur die Verwendung eines Kraftmaschinen-Retarders benötigt, können die Bremssteuerung und das FEMG-Steuermodul zum Beispiel einander signalisieren, dem Motor/Generator Priorität gegenüber der Verwendung des Retarders zu geben, so dass der Motor/Generator Rekuperationsbremsung bereitstellt, wenn der Energieladungszustand Speicherung von zusätzlicher elektrischer Energie gestattet (das heißt, Energiespeicherladungszustand unterhalb des zulässigen Höchstladungszustands). Wenn die Betriebsbedingungen nicht so sind, dass eine Erzeugung von zusätzlicher elektrischer Energie durch den Motor/Generator erwünscht ist, kann das FEMG-Steuermodul umgekehrt dies der Bremssteuerung signalisieren, so dass die Bremssteuerung den Retarder dahingehend aktiviert, die gewünschte Höhe der Bremskraft bereitzustellen. Die Kommunikationen zwischen den Steuerungen erfolgen vorzugsweise laufend, wodurch das Vermögen einer schnellen Aktualisierung des Status gewährleistet wird. Die Bremssteuerung wäre zum Beispiel in der Lage, dem FEMG-Steuermodul zu signalisieren, die Höhe der Rekuperationsbremskraft zu reduzieren, wenn der Fahrer das Bremsanforderungsausmaß während des Bremsereignisses verringert.
Ein anderes Beispiel für mögliche Kommunikationen zwischen den Steuerungen ist die Koordination des Betriebs des Luftkompressors mit der Energiespeicherverwaltung. Die Luftkompressorsteuerung kann dem FEMG-Steuermodul signalisieren, den Motor/Generator mit ausgerückter Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Kupplung (Kraftmaschine läuft oder ist abgeschaltet) zu betreiben, um den Luftkompressor mit einer Soll-Drehzahl zum Auffüllen des Druckluftspeichers anzutreiben, was sich aus einer großen Luftverbrauchsanforderung ergibt (wie zum Beispiel, dass das Reifenfüllsystem versucht, einem starken Reifendruckverlust, einem starken Luftverlust in Traktor- oder Anhängerluftleitungen, der Verwendung einer Luftaufliegerstütze des Anhängers, starker Entlüftung bei ABS-System-Bremsdruckmodulation oder Anhängerstabilitätssystemaktivierung auf reibungsarmen Fahrbahnoberflächen, dem Betrieb einer druckluftbetätigten Königszapfenverriegelungs-/Entriegelungsvorrichtung oder einer Betätigung einer druckluftbetätigten Hebeachse entgegenzuwirken).
Durch das FEMG-System bereitgestellte zusätzliche betriebliche Verbesserungen
Zusätzlich zu den bereits erwähnten Merkmalen, Fähigkeiten und Vorteilen hat der vorderendseitige Motor/Generator-Ansatz der vorliegenden Erfindung den wichtigen Vorteil, dass er keine wesentlichen Modifikationen an der Frontpartie eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eine Verlängerung des Vorbaus eines Nutzfahrzeugtraktors oder die Vergrößerung der Abmessungen eines Motorraums eines dieselbetriebenen Stadtbusses, benötigt. Dies ist direkt darauf zurückzuführen, dass das FEMG-System durch die Verwendung der integrierten Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit und der zugehörigen axial schmalen Antriebseinheit zur lateralen Übertragung von Drehmoment zu/von dem Motor/Generator leicht zwischen dem Vorderende der Kraftmaschine und dem Kühlmittel-Kühler der Kraftmaschine untergebracht werden kann. Infolgedessen ist das FEMG-System besonders gut für die Aufnahme in bestehende Fahrzeugkonstruktionen, sowohl während des Verlaufs einer neuen Fahrzeugmontage als auch durch Nachrüstung bestehender Brennkraftmaschinen zur Aufrüstung älterer Fahrzeuge (insbesondere Nutzfahrzeuge) und stationärer Kraftmaschinenanlagen mit Hybridelektrotechnologie, geeignet.
Ein weiterer durch das FEMG-System bereitgestellter betrieblicher Vorteil ist die Fähigkeit des Motor/Generators, die Kraftmaschine bei der Bereitstellung eines kurzzeitigen „Übergeschwindigkeits“-Fahrzeugbetriebs zu unterstützen. Bei solch einer Anwendung koordinieren die Steuerungen des Fahrzeugs das Hinzugeben zusätzlichen Drehmoments von dem Motor/Generator bei einer vorübergehenden Übersteuerung des Drehzahlreglers des Fahrzeugs, um kurze „Geschwindigkeitsschübe“ zu gestatten, beispielsweise um eine schnelle Beendigung des Überholens eines Fahrzeugs mit einer ähnlichen Geschwindigkeit, wie zum Beispiel eines anderen großen Lastwagens, zu gestatten. Obgleich die Verwendung solch eines Betriebsmodus auf kurze, seltene Zeitdauern beschränkt werden sollte, um eine übermäßige Belastung der Kraftmaschine und Triebstrangkomponenten auf ein Minimum zu reduzieren, könnte das FEMG-System dahingehend programmiert sein, einen vom Fahrer aktivierten „Übergeschwindigkeits“-Modus, das heißt, eine vom Fahrer schaltbare Option (zum Beispiel einen „Push-to-Pass“-Knopf), bereitzustellen, um die Geschwindigkeit auf Bedarfsbasis kurz zu erhöhen. Vorzugsweise könnte solch ein Push-to-Pass-Modus über das CAN-Netz mit einer Totwinkelüberwachungssteuerung des Fahrzeugs koordiniert werden, wodurch zum Beispiel ermöglicht wird, dass der Übergeschwindigkeitsbetrieb automatisch beendet wird, sobald das Totwinkelüberwachungssystem anzeigt, dass sich das überholte Fahrzeug nicht mehr daneben befindet. Diese Koordination würde als Teil der Beendigung dieses Modus umfassen, dass das FEMG-Steuermodul die Versorgung der Kraftmaschinenkurbelwelle mit zusätzlichem Drehmoment durch den Motor/Generator beendet.
Zusätzliches Drehmoment durch den Motor/Generator hat weitere Anwendungen, wie zum Beispiel Reduzieren von Fahrermüdigkeit in einem Fahrerassistenzsystem durch automatisches Hinzugeben von Drehmoment, wenn dadurch das Erfordernis eines manuellen Schaltens der Getriebevorrichtung durch den Fahrer auf ein Minimum reduziert werden würde, insbesondere beim Bergauffahren (und wenn zugehörige Sicherheitsanforderungen erfüllt sind, wie zum Beispiel dass die Kamera der adaptiven Geschwindigkeitsregelanlage und/oder Radarsysteme des Fahrzeugs keine Hindernisse sehen).
Zusätzliches Motor/Generator-Drehmoment kann auch in einem Anhängergewichtsbestimmungssystem verwendet werden, bei dem eine bekannte zusätzliche Drehmomenthöhe hinzugegeben wird und eine Messung der sich ergebenden Fahrzeugbeschleunigung während der zusätzlichen Drehmomentapplikation bei einer Fahrzeugmassenberechnung verwendet wird.
Das Hinzufügen von zusätzlichem Antriebsdrehmoment von dem Motor/Generator sollte in Fällen eingeschränkt werden, in denen Sicherheitsbedenken vorliegen. Zum Beispiel sollte das Ansteuern einer zusätzlichen Drehmomentabgabe blockiert werden, wenn von dem Anhänger ein geringe Reibung anzeigendes Signal, das anzeigt, dass die Anhängerräder auf eine reibungsarme Oberfläche treffen, empfangen wird.
Die Anwendung des FEMG-Systems ist nicht auf Anwendungen, bei denen der Motor/Generator der alleinige elektrische Generator ist, beschränkt. Es können durch das Hinzufügen einer FEMG-Vorderendinstallation zu einer Kraftmaschine und/oder einem Triebstrang, der auch eine Motor/Generator-Einheit rückwärtig der Kurbelwellenseite der FEMG-Kupplung, zum Beispiel am hinteren Ende der Kraftmaschine (wie zum Beispiel ein Schwungrad-Motor/Generator), im stromabwärtigen Triebstrang (wie zum Beispiel ein in einer Getriebevorrichtung aufgenommener Motor/Generator) oder am Vorderende der Kurbelwelle, das heißt, auf der konstant eingerückten Seite der FEMG-Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit, enthält, Synergien realisiert werden.
Die Kombination aus einem FEMG-System und einer „Hinterend“-Hybridelektroanordnung stellt Möglichkeiten für betriebliche Gesamtfahrzeugverbesserungen dar. Zum Beispiel kann das Vorhandensein sowohl von Vorder- als auch Hinterendsystemen ermöglichen, dass Größe und Gewicht der Motor/Generatoren reduziert sind, während Fahrzeuganforderungen immer noch erfüllt werden, weil kein Motor/Generator zur Bewältigung aller der elektrischen Fahrzeuganforderungen bemessen sein muss, da kein Bedürfnis mehr besteht, sämtliche Elektrizitätserzeugungs- und Stromversorgungsanforderungen des Fahrzeugs durch nur einen Motor/Generator zu erfüllen. Ferner kann durch das Vorhandensein der beiden Motor/Generatoren betriebliche Flexibilität erhöht werden, wenn jeder in der Lage ist, bei Versagen des anderen Motor/Generators zumindest wesentliche Fahrzeuganforderungen zu erfüllen, wodurch ein weiterer Betrieb, vielleicht mit reduzierter Leistung, des Fahrzeugs gestattet wird, bis ein Zeitpunkt oder ein Ort erreicht wird, an dem Reparaturen durchgeführt werden können.
Der Betrieb eines FEMG-Systems und eines Hinterend-Motor/Generators kann auch koordiniert werden, um Lasten auf Bedarfsbasis aufzuteilen und/oder gemeinsam zu übernehmen, um Fahrzeugbetrieb zu optimieren. Zum Beispiel können Lasten zwischen den Motor/Generatoren dann aufgeteilt werden, wenn das FEMG-System Kraftmaschinennebenaggregatantriebs- und Energiespeicherladungsanforderungen übernimmt, während der Hinterend-Motor/Generator den Vortrieb des Fahrzeugs unterstützt, indem er zusätzliche Drehmomentabgabe für den Fahrzeugtriebsstrang zur Unterstützung der Kraftmaschine bereitstellt. Ein Beispiel für eine gemeinsame Synergie wäre die Verwendung des Hinterend-Motor/Generators zum Empfangen und Speichern von Energie von Rekuperationsbremsung vom Triebstrang, während der FEMG von der Kurbelwelle entkoppelt bleibt, um die Kraftmaschinennebenaggregatleistungsstärke zu verbessern (das heißt, Gestatten der Aufnahme von Rekuperationsbremsenergie durch den Hinterend-Motor/Generator, selbst wenn das FEMG-System von der Kurbelwelle entkoppelt ist und somit nicht in der Lage ist, ansonsten verschwendete Bremsenergie aufzunehmen). Die Flexibilität der Kombination aus einem FEMG-System und einem anderen Teilhybridsystem ist grenzenlos, zum Beispiel gemeinsames Betreiben beider Motor/Generatoren mit eingerückter FEMG-Kupplung, damit beide Motor/Generatoren zusätzliches Antriebsdrehmoment bereitstellen, oder die Verwendung beider zur Aufnahme von Rekuperationsbremsenergie zur Speicherung usw.
Die FEMG-Komponenten und -Steuerungen können auch zur Verwendung in Anwendungen ausgelegt sein, die von dem Vermögen des Ausrückens von Kraftmaschinennebenaggregaten aus der Kraftmaschinenkurbelwelle profitieren, aber nicht des Elektrizitätserzeugungsvermögens, das eine vollständige FEMG-Systeminstallation bereitstellen würde, bedürfen. Solche reinen Motoranwendungen können Fahrzeuge mit Betriebserfordernissen umfassen, die die zusätzlichen Kosten und Komplikationen eines Systems zur Speicherung und Verteilung von elektrischer Hochspannungsenergie nicht erfordern, aber durch Ausnutzung des Vermögens des FEMG-Systems, die Kraftmaschinenkurbelwelle von dem Nebenaggregatantrieb zu entkoppeln und einen FEMG-Motor zum Antrieb der Nebenaggregate zu verwenden, immer noch von Leistungsstärkeverbesserungen profitieren können. Solch ein reiner Motorbetrieb kann von einem kleineren, einfacheren Batteriesatz bereitgestellt werden, dessen Ladungszustand durch die Kraftmaschinenlichtmaschine des Fahrzeugs aufrechterhalten werden könnte.
Eine Kraftmaschine in einem auf einem Lade-/Entladeplatz eines Containerschiffhafens verwendeten Containertransporter müsste beispielsweise nicht die Fähigkeit haben, Leistung über längere Zeit zuzuführen, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist, wie zum Beispiel Bereitstellung von Leistung über Nacht für die Schlafkabine eines Langstrecken-Lkws. Dennoch kann die Leistungsfähigkeit des Containertransporters und/oder die Drehmomentabgabe durch Kurbelwellenentkopplung von Komponenten durch ein FEMG-System und seine zugehörige Steuerung des Nebenaggregatantriebs durch den FEMG-Motor verbessert werden. Zum Beispiel können Leistungsstärkeverbesserungen durch Entkopplung der Kurbelwelle von dem Nebenaggregatantrieb unter verschiedenen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel bei Leerlaufzeiten, um Nebenaggregatlasten von der Kraftmaschine zu entfernen, Betrieb der Transportersysteme über kurze Zeiträume zu gestatten, während die Kraftmaschine abgeschaltet ist, Kraftstoff sparenden Kraftmaschinen-Stopp-Start-Betrieb zu ermöglichen und die gesamte Kraftmaschinendrehmomentabgabe bei Bedarf für den Transporterantrieb bereitzustellen, indem die Nebenaggregatantriebsdrehmomentanforderung von der Kraftmaschine entfernt wird, realisiert werden. Ebenso kann ein reines Motor-FEMG-System mit der Kraftmaschinenkurbelwelle gekoppelt werden, wenn gewünscht wird, dass der FEMG-Motor die Vortriebsdrehmomentabgabe der Kraftmaschine ergänzt. Dieses letztere Merkmal kann weitere Verbesserungen ermöglichen, indem gestattet wird, dass die Kraftmaschine kleiner, leichter und kostengünstiger ist, indem sie dahingehend bemessen ist, eine „durchschnittliche“ Drehmomentanforderung zu erfüllen, wobei der FEMG-Motor nach Bedarf zusätzliches Drehmoment bereitstellt, um die Designgesamtvortriebsdrehmomentanforderung des Fahrzeugs zu erfüllen.
Zusammengefasst ist das vorderendseitige Motor/Generator-System der vorliegenden Erfindung in einzigartiger Weise dafür geeignet, sowohl neue als auch nachgerüstete Nutzfahrzeuge, Geländefahrzeuge und stationäre Kraftmaschinenanlagen mit einem Hybridelektrosystem zu versehen, das einen mechanisch vereinfachten, platzsparenden und kostengünstigen üblichen Elektroantrieb, der eine variable Drehzahlsteuerung der Kraftmaschinennebenaggregate gestattet, die Fähigkeit des Antriebs von Kraftmaschinennebenaggregaten unabhängig von der Kraftmaschinenkurbelwellendrehzahl und die Fähigkeit des Speicherns und Zurückführens von Energie für den Betrieb von elektrisch angetriebenen Systemen über längere Zeiträume, wenn die Kraftmaschine nicht läuft, aufweist, wodurch bedeutende Gesamtverbesserungen von Kraftstoff- und Kosteneffizienz gewährleistet werden, indem:

- der Kraftmaschinennebenaggregatenergieverbrauch auf ein Minimum reduziert wird, wodurch die Kraftstoffökonomie erhöht wird (das heißt, Beseitigen von Nebenaggregatdrehmomentanforderungen an die Brennkraftmaschine, wenn die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit aus der Kraftmaschinenkurbelwelle ausgerückt ist),
- ansonsten verschwendete Energie zurückgewonnen wird (zum Beispiel Erzeugen von elektrischer Energie zum Speichern anstelle des Betätigens von Radbremsen zum Umwandeln von kinetischer Fahrzeugenergie in Abwärme), und
- die Komponentenlebensdauer verlängert wird (zum Beispiel alleiniges Betreiben von Nebenaggregaten, wie zum Beispiel eines Kraftmaschinenlüfters, Klimakompressors und Luftkompressors nach Bedarf und mit Nebenaggregatdrehzahlen und/oder -arbeitsphasen, die tatsächlichen Fahrzeuganforderungen entsprechen, anstatt dass alle Nebenaggregate dazu gezwungen werden, mit einer durch die Kraftmaschinenkurbelwellendrehzahl vorgegebenen Drehzahl zu arbeiten; Reduzieren von Bremsverschleiß und Druckluftverbrauch auf ein Minimum, wofür ansonsten ein kraftmaschinenbetriebener Luftkompressorbetrieb erforderlich wäre).

Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
Figurenliste

Die 1A und 1B sind schematische Darstellungen einer Gesamtansicht der Anordnungen eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 2A-2C sind Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers und montierter FEMG-Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 3A-3C sind Ansichten der Komponenten der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit der 2A-2C.
4 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer Lageranordnung des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheitsendes eines FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 6A-6C sind Schrägansichten einer FEMG-Antriebseinheit in Form eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine Querschnittsansicht des FEMG-Getriebes der 6A-6C.
8 ist eine Explosionsdarstellung von FEMG-Kupplungsdruckluftaktuatormembrananordnungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Schrägansicht einer anderen Ausführungsform eines FEMG-Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine schematische Darstellung einer FEMG-Getriebebefestigungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine schematische Darstellung einer FEMG-Getriebebefestigungsanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Darstellung der Beziehungen zwischen einer Kraftmaschine und einem FEMG-Getriebebefestigungshalter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine schematische Darstellung von Beziehungen zwischen einer Kraftmaschine, einem FEMG-Getriebe und einem FEMG-Getriebebefestigungshalter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Schrägansicht eines FEMG-Getriebebefestigungshalters wie in den 12-13.
15 ist eine Schrägansicht eines Motor/Generators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Schaubild der bzw. des durch einen beispielhaften Motor/Generator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugten Leistung und Drehmoments.
17 ist eine Schrägdurchsicht einer Kühlanordnung eines Motor/Generators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
18 ist ein Blockdiagramm einer FEMG-Systemsteuerungs- und -signalaustauschanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine schematische Darstellung von AC- und DC-Teilen des elektrischen Netzes eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine schematische Darstellung einer durch ein FEMG-System gesteuerten Leistungstransistoranordnung für AC- und DC-Umwandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine schematische Darstellung einer durch ein FEMG-System gesteuerten Vorwärts-DC-Spannungswandleranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine schematische Darstellung eines bidirektionalen Hochspannungs-DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
23 ist eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverhalten über den bidirektionalen DC/DC-Wandler von 22.
24 ist eine Schrägansicht einer Leistungselektronikanordnung, die in einem Motor/Generator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ist.
25 ist ein Ladungszustandsschätzungsregelkreis eines Batteriemanagementsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
26 ist ein Flussdiagramm einer Nebenaggregatbetriebsdrehzahlwahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
27 ist ein Flussdiagramm einer Steuerstrategie für den Betrieb eines Motor/Generators und von Kraftmaschinennebenaggregaten unabhängig von einer Kraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein Ausführungsbeispiel eines vorderendseitigen Motor/Generator-Systems.
1A ist eine schematische Darstellung, die Komponenten einer Ausführungsform eines FEMG-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist eine schematische Darstellung mehrerer der FEMG-Systemkomponenten im Chassis eines Nutzfahrzeugs. Bei dieser Anordnung sind die Kraftmaschinennebenaggregate (einschließlich Luftkompressor 1, Klimakompressor 2 und Kraftmaschinenlüfter 7, dahingehend angeordnet, Kühlluft durch den Kraftmaschinenkühlmittel-Kühler 20 zu ziehen) von einer Riemenscheibe 5 riemengetrieben. Die Riemenscheibe 5 ist koaxial mit einem Dämpfer 6 positioniert, der mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 8 direkt gekoppelt ist. Die Nebenaggregate können durch den Antriebsriemen direkt angetrieben werden oder mit ihren eigenen Ein-/Aus-Kupplungen oder Kupplungen mit variabler Drehzahl (nicht dargestellt) versehen sein, die ein teilweises oder vollständiges Ausrücken eines einzelnen mit einer Kupplung ausgestatteten Nebenaggregats aus dem Riementrieb gestatten.
Zusätzlich zu dem Antrieb des Nebenaggregantriebsriemens ist die Riemenscheibe 5 mit einer Antriebseinheit mit Untersetzungszahnrädern 4 zur Übertragung von Drehmoment zwischen einem Kurbelwellenende der Antriebseinheit und einem gegenüberliegenden Ende, das mit einem Motor/Generator 3 gekoppelt ist (das Antriebseinheitsgehäuse ist der Übersicht halber in dieser Figur nicht dargestellt), gekoppelt. Eine ausrückbare Kupplungsvorrichtung in Form einer Kupplung 15 ist zwischen dem Kurbelwellendämpfer 6 und der Riemenscheibe 5 (und somit der Antriebseinheit und dem Motor/Generator 3) angeordnet. Obgleich in 1A der Übersicht halber schematisch als axial getrennte Komponenten dargestellt, überlappen sich bei dieser Ausführungsform die Kurbelwelle 6, die Kupplung 15 und die Riemenscheibe 5 zumindest teilweise, wodurch eine axiale Tiefe der kombinierten Riemenscheiben-Kupplungs-Dämpfer-Einheit vor der Kraftmaschine auf ein Minimum reduziert wird. Die Betätigung der Riemenscheiben-Kupplungs-Dämpfer-Kupplung 15 zwischen ihrem eingerückten und ausgerückten Zustand wird durch eine elektronische Steuereinheit (ECU - electronic control unit) 13 gesteuert.
Auf der elektrischen Seite des Motor/Generators 3 ist der Motor/Generator mit einem Umrichter 14, der durch die Motor/Generator-Ausgabe erzeugten Wechselstrom (AC - alternating current) in Gleichstrom (DC - direct current) umwandelt, welcher in einem Energiespeicherungs- und -verteilungssystem verwendbar ist, elektrisch verbunden. Der Umrichter 14 wandelt ebenfalls in Rückwärtsrichtung Gleichstrom aus dem Energiespeicherungs- und -verteilungssystem in eine Wechselstromeingabe zum Antrieb des Motor/Generators 3 als ein Drehmoment erzeugender Elektromotor um. Der Umrichter 14 ist mit einer Energiespeichereinheit 11 (im Folgenden „Energiespeicher“) elektrisch verbunden, der sowohl Energie zur Speicherung empfangen als auch Energie auf einer Bedarfsbasis abgeben kann.
Bei dieser Ausführungsform enthält der Energiespeicher 11 Speicherzellen auf Lithiumbasis mit einer geladenen Nennspannung von ca. 3,7 V pro Zelle (Betriebsbereich von 2,1 V bis 4,1 V), die in Reihe geschaltet sind, um eine Nennenergiespeicherspannung von 400 Volt (Betriebsbereich von ca. 300 V bis 400 V) bei einer Speicherkapazität von zwischen ca. 12 und 17 Kilowattstunden elektrischer Energie bereitzustellen. Als Alternative dazu können die Zellen nach Bedarf in Reihe und parallel geschaltet sein, um der Anwendung zu entsprechen. Zum Beispiel könnten 28 Module mit vier in Reihe geschalteten Zellen pro Modul in Reihe und parallel geschaltet sein, um einen Energiespeicher mit den gleichen 17 Kilowattstunden gespeicherter Energie wie bei dem obigen ersten Beispiel bereitzustellen, aber mit einer Nennbetriebsspannung von 200 Volt und der doppelten Stromabgabe des ersten Beispiels.
Zusätzlich zu den Speicherzellen auf Lithiumbasis mit relativ hoher Kapazität und geringer Ladungs-/Entladungsrate enthält der Energiespeicher 11 bei dieser Ausführungsform mehrere Superkondensatoren mit relativ geringer Kapazität und hoher Ladungs-/Entladungsrate, um dem Energiespeicher die Fähigkeit zu verleihen, über kurze Zeiträume sehr große elektrische Ströme zu empfangen und/oder abzugeben, die durch die Speicherzellen auf Lithiumbasis nicht bewältigt werden könnten (wobei solche Zellen in der Regel auf Ladungs-/Entladungsraten von weniger als 1 C bis nur wenige C beschränkt sind).
FEMG-System-Hardwaremontageausführungsform.
Die 2A-2C zeigen Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 und einer montierten Konfiguration der FEMG-System-Hardware bei dieser Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform nimmt das Untersetzungszahnräder 4 enthaltende Getriebe 16 den Motor/Generator 3 an einem Motor/Generator-Ende des Getriebes auf. Der Motor/Generator 3 ist mit Befestigungselementen, wie zum Beispiel Schrauben (nicht dargestellt), an dem Gehäuse des Getriebes 16 fixiert. Eine Rotorwelle 18 des Motor/Generators 3 nimmt eine entsprechende mittlere Bohrung des benachbarten koaxial positionierten Zahnrads der Untersetzungszahnräder 4 in Eingriff, um die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Motor/Generator 3 und den Untersetzungszahnrädern 4 zu gestatten.
Am Kurbelwellenende des Getriebes 16 ist das Untersetzungszahnrad 4, das koaxial auf die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 ausgerichtet ist, bei dieser Ausführungsform durch Schrauben (nicht gezeigt), die sich durch das koaxiale Untersetzungszahnrad 4 erstrecken, zum Mitdrehen mit der Riemenscheibenseite der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 gekoppelt. Der kraftmaschinenseitige Teil der Kupplungsvorrichtung (der Teil mit dem Kurbelwellendämpfer 6) ist dahingehend ausgeführt, durch Befestigungselemente oder andere geeignete Verbindungen, die ein Mitdrehen des kraftmaschinenseitigen Teils 6 mit der Kurbelwelle gewährleisten, mit dem Vorderende der Kraftmaschinenkurbelwelle gekoppelt zu werden. Wie weiter unten beschrieben, ist das Getriebe 16 getrennt an einer Struktur angebracht, die die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 koaxial auf das Vorderende der Kraftmaschinenkurbelwelle ausgerichtet hält.
Die Querschnittsansicht in 2B ist eine Draufsicht auf die FEMG-Vorderenden-Hardware, und die Schrägquerschnittsansicht in 2C ist eine Ansicht am Kurbelwellenende des Getriebes 16. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung aus dem Getriebe, dem Motor/Generator und der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit mit dem Motor/Generator 3 auf der linken Seite der Kraftmaschinenkurbelwelle und auf der Vorderseite des Getriebes 16 (der von dem Vorderende der Kraftmaschine weg liegenden Seite) angeordnet, wobei der Motor/Generator 3 entweder in einem Raum unter oder direkt hinter dem Kraftmaschinenkühlmittel-Kühler 20 des Fahrzeugs positioniert sein kann. Um verschiedenen Fahrzeuganordnungen gerecht zu werden, kann das Getriebe 16 als Alternative dazu mit dem Motor/Generator 3 rückwärtig des Getriebes 16, vorzugsweise in einem Raum, der sich lateral auf der linken Seite der Kraftmaschinenkurbelwelle befindet (zum Beispiel neben der Ölwanne auf der Unterseite der Kraftmaschine), angebracht sein. Das Getriebe 16 kann ferner mit doppelseitigen Motor/Generator-Befestigungsmerkmalen versehen sein, so dass eine gemeinsame Getriebeausführung sowohl in Fahrzeuganwendungen mit einem frontmontierten Motor/Generator als auch in Fahrzeuganwendungen mit rückwärtig des Getriebes montiertem Motor/Generator verwendet werden kann.
FEMG-Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheits-Ausführungsformen.
Die 3A-3C sind Ansichten der Komponenten der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 der 2A-2C. Nach der Montage ist die Einheit aufgrund der wesentlichen axialen Überlappung der Riemenscheibe 5, des kraftmaschinenseitigen Teils 6 (im Folgenden Dämpfer 6) und der Kupplung 15 in der Axialrichtung ungewöhnlich schmal. Bei dieser Ausführungsform weist die Riemenscheibe 5 zwei Riemenscheibenantriebsteile 21 auf, die dahingehend ausgeführt sind, Nebenaggregatantriebsriemen (nicht dargestellt) anzutreiben, zum Beispiel einen zum Antrieb des die Kupplung 15 umgebenden Kraftmaschinenlüfters 7 angeordneten Teil und einen weiteren zum Antrieb anderer Kraftmaschinennebenaggregate, wie zum Beispiel des Luftkompressors 1, angeordneten Teil. Die Antriebsriementeile 21 umgeben in diesem Beispiel konzentrisch den Dämpfer 6 und die Kupplung 15 (der den Dämpfer 6 umgebende Riemenantriebsteil 21 ist der Übersicht halber in den 2B und 2C weggelassen).
Innerhalb der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 enthält die Kupplung 15 zwei axial in Eingriff stehende Klauenkupplungselemente 25, 26. Wie in den Querschnittsansichten der 2A-2C gezeigt, ist das mittlere Kernklauenkupplungselement 25 zur Drehung mit dem Dämpfer 6 fixiert, bei dieser Ausführungsform durch Schrauben, die sich von der FEMG-Getriebe-Seite der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 durch axiale Schraubenlöcher 28 erstrecken. Die Riemenscheibe 5 wird durch Lager 34 an dem mittleren Kernelement 25 drehbar gestützt.
Ein kraftmaschinenseitiger Teil des Außenumfangs des mittleren Kernklauenkupplungselements 25 enthält eine Außenverzahnung 29 die dahingehend angeordnet ist, eine entsprechende Innenverzahnung 30 am Innenumfang des axial beweglichen Klauenkupplungselements 26 in Eingriff zu nehmen. Die Außenverzahnung 29 und die Innenverzahnung 30 befinden sich in einem konstanten Eingriff, so dass sich das bewegliche Klauenkupplungselement 26 mit dem Dämpfer 6 dreht, während es entlang der Dämpferdrehachse axial beweglich ist.
Das bewegliche Klauenkupplungselement 26 ist ferner mit axial nach vorne weisenden Klauen 31 versehen, die umfangsmäßig um die Getriebeseite des Elements 26 (die von der Kraftmaschine weg weisende Seite) verteilt sind. Diese Klauen 31 sind dahingehend ausgeführt, in Räume zwischen entsprechenden Klauen 32 auf einer zur Kraftmaschine weisenden Seite der Riemenscheibe 5 einzugreifen, wie in 3C gezeigt. Das bewegliche Klauenkupplungselement 26 wird durch eine zwischen dem Dämpfer 6 und dem beweglichen Klauenkupplungselement 26 positionierte Feder 33 in der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit in einer Eingriffsposition vorgespannt, wie in 2A gezeigt. Die 2B und 2C zeigen die eingerückte Kupplungsposition, in der die Feder 33 mit axial zum Dämpfer 6 verschobenem beweglichem Klauenkupplungselement 26 komprimiert ist.
Bei dieser Ausführungsform ist eine Kupplungsausrückstange 27 konzentrisch innerhalb des mittleren Kernklauenkupplungselements 25 positioniert. Das kraftmaschinenseitige Ende der Ausrückstange 27 ist dahingehend angeordnet, eine axiale Kupplungsausrückkraft anzulegen, die die Vorspannung der Feder 33 überwindet, um das Klauenkupplungselement 26 axial zu dem Dämpfer 6 zu verschieben, wodurch seine nach vorne weisenden Klauen 31 aus den entsprechenden Klauen 32 auf der zur Kraftmaschine weisenden Seite der Riemenscheibe 5 ausgerückt werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Getriebeende der Kupplungsausrückstange 27 mit einer Buchse 303 und einem Lager 304, das der Buchse ermöglicht, stationär zu bleiben, während sich die Ausrückstange 27 dreht, versehen.
Die Kupplungsausrückstange 27 wird durch einen Kupplungsaktuator 22 axial verschoben, um die Klauenkupplung 15 einzurücken und auszurücken. Bei dieser Ausführungsform ist der Kupplungsaktuator 22 mit Druckluft, die über die Kupplungsaktuatormembran 41 in die Vorrichtung 305 eintritt und dadurch den mittleren Teil der Membran 41 in Kontakt mit der Ausrückstangenbuchse 303 drückt, um die Kupplungsausrückstange 27 axial zu der Kraftmaschine zu verschieben und so die Kupplung 15 auszurücken, druckluftbetätigt. Wird der Druckluftdruck von dem Kupplungsaktuator entfernt, zieht sich die Membran 41 von der Kraftmaschine zurück, wodurch gestattet wird, dass die Vorspannfeder 33 die Ausrückstange 27 und das Klauenkupplungselement 26 axial zu der Riemenscheibe 5 verschiebt, um die Klauenkupplungen 31, 32 erneut in Eingriff zu bringen, so dass sich die Riemenscheibe 5 mit dem Dämpfer 6 mitdreht.
4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19, bei der die Kupplung 15 eine so genannte Mehrscheiben-Nasskupplung ist. Die Mehrscheiben-Nasskupplung enthält Reib- und angetriebene Platten 23, die durch Keilverzahnung abwechselnd mit einem Innenumfang der Riemenscheibe 5 und einem Außenumfang eines mittleren Teils des Dämpfers 6 verbunden sind. Die Kupplungsplatten 23 werden durch Federn 24 zwischen dem Dämpfer 6 und dem Kupplungsaktuator 22 (bei dieser Ausführungsform einem druckluftbetätigten Kupplungsbetätigungskolben) komprimiert axial vorgespannt. Durch das gemeinsame Vorspannen des Stapels von Reib- und angetriebenen Platten durch die Federn 24 wird die Kupplung 15 eingerückt und bewirkt, dass sich die Riemenscheibe 5 und der Dämpfer 6 gemeinsam miteinander um die Drehachse der Kraftmaschinenkurbelwelle drehen. Wenn an den Kupplungsaktuator 22 (auf der FEMG-Getriebe-Seite des Aktuators) Hydraulikdruck angelegt wird, werden die Federn 24 komprimiert, wodurch gestattet wird, dass sich die abwechselnden Kupplungsreib- und angetriebenen Platten 23 axial trennen und dadurch die Kupplung 15 in einen ausgerückten Zustand, das heißt, einen Zustand, in dem sich die Riemenscheibe 5 und der Dämpfer 6 unabhängig drehen, platzieren.
Bei dieser Ausführungsform wird der Hydraulikdruck durch Öl zugeführt, das auch zum Kühlen und Schmieren der Untersetzungszahnräder des Getriebes und ihrer zugehörigen Lager und zum Kühlen der Reib- und angetriebenen Platten der Mehrscheiben-Nasskupplung verwendet wird. Das Anlegen des Hydraulikdrucks wird als Reaktion auf Befehle von der elektronischen FEMG-Steuereinheit 13 durch ein Solenoidventil (nicht dargestellt) gesteuert. Die Kupplung 15 ist dahingehend bemessen, zu gewährleisten, dass die große Drehmomenthöhe, die zwischen der Kraftmaschinenkurbelwelle und dem Motor/Generator passieren kann, von der Kupplung ohne Schlupf aufgenommen werden kann. Aufgrund der sich axial überlappenden Anordnung der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 sollte dazu die Kühlausführung der Einheit dahingehend ausgeführt sein, eine adäquate Kühlung der Kupplungsplatten während jeglichen Betriebs zu gewährleisten. Obgleich bei dieser Ausführungsform Kühlung durch das im Getriebe zirkulierte Öl bereitgestellt wird, können auch andere Zwangs- und passive Kühlanordnungen bereitgestellt werden, solange die erwartete Kupplungstemperatur unter der Betriebstemperaturgrenze der Kupplung gehalten wird.
FEMG-Getriebe-Ausführungsform.
5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer Lageranordnung am Kurbelwellenende einer Ausführungsform des FEMG-Getriebes 16. Die 6A-6C und 7 zeigen Schrägansichten dieser Getriebeausführungsform, bei der ein Paar Getriebeklappschalengehäuseplatten 35 die Untersetzungszahnräder 4, einschließlich eines Zahnrads 36 am Riemenscheibenende, eines Zwischenzahnrads 37 und eines Zahnrads 38 am Motor/Generator-Ende, umschließen.
Bei dieser Anwendung weisen die Zahnräder ein Übersetzungsverhältnis von 2:1 auf, obgleich jegliches Übersetzungsverhältnis, das in den zur Verfügung stehenden Raum einer bestimmten Kraftmaschinenanwendung passt, während es gleichzeitig ein gewünschtes Verhältnis von Kurbelwellendrehzahl zu Motor/GeneratorDrehzahl bereitstellt, vorgesehen werden kann. Die Zahnräder 36-38 können Stirnräder oder Schrägräder sein oder andere Zahnradzähne (wie zum Beispiel eine Doppelhelix-Pfeilverzahnung) aufweisen, wie zum Erfüllen der Anforderungen der bestimmten FEMG-System-Anwendung gewünscht. Solche Anforderungen umfassen Begrenzungen von Zahneingriffsgeräuschen, die zum Erfüllen von gesetzlichen Lärmemissions- oder Fahrerkomfortbegrenzungen, die mit Schrägrädern erfüllt werden könnten, Begrenzungen bei der mechanischen Festigkeit, wie zum Beispiel Zahnspannungsgrenzen, oder Axialdruckgrenzen, die durch Doppelhelix-Pfeilverzahnung, die gleiche und entgegengesetzte Axialdruckkomponenten erzeugen, erfüllt werden könnten, erforderlich sind.
Das Getriebegehäuse stützt drehbar jedes der Untersetzungszahnräder 36-38 mit Lagern 39. Das Zahnrad 36 am Riemenscheibenende enthält mehrere Durchgangslöcher 40 in einem Umfangsring innerhalb seiner Zahnradzähne, die Löchern auf der Vorderseite der Riemenscheibe 5 des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers entsprechen. Diese Löcher nehmen Befestigungselemente auf, die dahingehend ausgeführt sind, das Untersetzungszahnrad 36 am Riemenscheibenende drehfest an der Riemenscheibe 5 zum Mitdrehen bei Antrieb durch die Kurbelwelle und/oder durch den Motor/Generator zu fixieren.
Die Mitte des Untersetzungszahnrads 36 am Riemenscheibenende weist eine mittlere Öffnung auf, durch die eine druckluftbetriebene Klauenkupplungsbetätigungsmembran 41 auf einer Vorderseite des Getriebegehäuses positioniert wird. Ein Kolben (nicht dargestellt), der zur Ineingriffnahme der Schale 27 am Klauenkupplungselement 26 angeordnet ist, wird zur Steuerung des Einrückens und Ausrückens der Kupplung 15 der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 durch die Druckluftmembran 41 axial ausgefahren und eingezogen. Die Membran 41 ist in 5 durch den Druckluftkupplungsaktuator 22 bedeckt, während die 7-8 eine einfachere, schlanke Membranabdeckung 42 mit einem Druckluftanschluss auf seiner Fläche zeigen, die zur Verwendung bei bestimmten platzbeschränkten FEMG-Anwendungen geeignet ist. Unabhängig von der Ausführung der Membranabdeckung wird die Membran 41 durch Druckluft in der Kammer oberhalb der Vorderseite der Membran, die erzeugt wird, wenn der Kupplungsaktuator 22 oder die Abdeckplatte 42 über die Membranöffnung auf der Vorderseite des Getriebegehäuses installiert werden, beaufschlagt. Der Eintritt und die Abgabe von Druckluft kann durch Solenoidventile (nicht dargestellt) als Reaktion auf Befehle von dem FEMG-Steuermodul 13 gesteuert werden. Während es sich bei dem Kupplungsbetätigungsmechanismus bei dieser Ausführungsform um eine druckluftbetätigte Membran handelt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Kupplungsaktuator beschränkt. Zum Beispiel kann ein elektromechanischer Aktuator, wie zum Beispiel ein elektrisch angetriebenes Solenoid, das dahingehend ausgeführt ist, eine Aktuatorstange zum Ausrücken der Kupplungskomponenten auszufahren, verwendet werden.
Die 5 und 8 liefern weitere Details der Befestigung des Druckluftmembranaktuators dieser Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform ist ein Membranbefestigungsring 45 auf der Kraftmaschinenseite dahingehend ausgeführt, sowohl das mit dem Untersetzungszahnrad 36 am Riemenscheibenende verbundene Lager 39 auf der Vorderseite zu stützen als auch auf seiner Vorderseite die Membran 41 aufzunehmen. Das Lager 39 kann durch irgendeine geeignete Vorrichtung, wie zum Beispiel einen Sprengring, oder, wie in 5 gezeigt, durch eine Mutter 46, festgehalten und axial gestützt werden. Nach Fixieren des Befestigungsrings in der dargestellten großen Öffnung auf der Vorderseite der Getriebegehäuseklappschalenplatte 35 werden das Untersetzungszahnrad 36 am Riemenscheibenende und sein Lager 39 sowie die Membran 41 bezüglich des Gehäuses des Getriebes 16 axial fixiert.
Am Motor/Generator-Ende des Getriebes 16 ist in mindestens einer der Gehäuseklappschalenplatten 35 ein Wellenloch 43 vorgesehen, das auf die Drehachse des Untersetzungszahnrads 38 am Motor/Generator-Ende ausgerichtet ist, wie in den 6A-6C und 7 gezeigt. Das Wellenloch 43 ist dahingehend bemessen, der Rotorwelle des Motor/Generators 3 (in dieser Figur nicht dargestellt) zu gestatten, in das Getriebe 16 einzutreten und das Zahnrad 38 am Motor/Generator-Ende zum Mitdrehen in Eingriff zu nehmen.
Das FEMG-Getriebe kann durch Öl gekühlt und geschmiert werden. Das Öl kann in einem in sich geschlossenen Ölsumpf oder als Alternative an einer entfernten Stelle, wie zum Beispiel in einem externen Behälter oder im Ölreservoir der Kraftmaschine, wenn sich die Kraftmaschine und das Getriebe die gleiche Ölquelle teilen, gelagert sein. Das Öl kann durch die Bewegung der Zahnräder oder durch eine Pumpe, die druckbeaufschlagtes Öl verteilt, wie zum Beispiel eine elektrische Pumpe oder eine mechanische Pumpe, die durch die Drehung der Untersetzungszahnräder angetrieben wird, durch das gesamte Getriebe zirkuliert werden und kann zusätzlich zu dem Schmieren und Kühlen der Zahnräder die Kupplungsplatten einer Nasskupplung kühlen. Ferner kann das Getriebe mit einem Speicher versehen sein, der gewährleistet, dass ein Reservevolumen des druckbeaufschlagten Öls weiter verfügbar ist, um beispielsweise die Kupplung der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit zu betätigen, wenn der pumpenerzeugte Druck nicht unmittelbar zur Verfügung steht. Bei solch einer Ausführungsform könnte ein durch das FEMG-Steuermodul gesteuertes Solenoidventil verwendet werden, um das druckbeaufschlagte Öl zum Betreiben des Aktuators der Hydraulikkupplung abzugeben.
9 zeigt ein Beispiel für ein im Handel erhältliches Getriebe, das eine alternative Motor/Generator-Befestigungsanordnung zeigt, bei der ein Motor/Generator-Befestigungsflansch 44 die Fähigkeit bereitstellt, den Motor/Generator mit Befestigungselementen am Getriebe zu befestigen, ohne dass Befestigungselemente in das Getriebegehäuse eindringen müssen.
Bei den vorhergehenden Ausführungsformen befinden sich die Enduntersetzungszahnräder 36, 38 über das Zwischenzahnrad 37 in konstant kämmendem Eingriff. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art von Parallelwelleneinfachuntersetzungsgetriebe beschränkt. Stattdessen sind andere Anordnungen von Drehmomentantriebsgetriebevorrichtungen möglich, wie zum Beispiel Ketten- oder Riementriebe, oder Antriebe mit Komponenten, wie zum Beispiel Drehmomentübertragungswellen, die in einem Winkel zur Drehachse der schaltbaren Kupplungsvorrichtung ausgerichtet sind (zum Beispiel ein Schneckengetriebeantrieb mit einer Übertragungswelle, die sich auf einer senkrecht zur Drehachse der schaltbaren Kupplungsvorrichtung verlaufenden Achse dreht), solange sie dem zu übertragenden Drehmoment standhalten können, ohne dass sie so groß sein müssen, dass die axiale Tiefe des Getriebes unzulässig groß wird. Solche alternativen Getriebeanordnungen können auch bei Ausführungsformen verwendet werden, bei denen der Motor/Generator 3 nicht parallel zur Drehachse der schaltbaren Kupplungsvorrichtung ausgerichtet ist, sondern stattdessen am Getriebe 16 positioniert und so ausgerichtet ist, wie es zur Erleichterung der Installation in Bereichen mit beschränktem Platz erforderlich ist (wobei der Motor/Generator zum Beispiel am Ende des Getriebes mit auf eine Getriebedrehmomentübertragungswelle, die nicht parallel zur Drehachse der schaltbaren Kupplungsvorrichtung verläuft, ausgerichteter Drehachse befestigt ist).
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf konstant kämmende Anordnungen mit festem Untersetzungsverhältnis beschränkt, da auch andere Anordnungen verwendet werden können, wie zum Beispiel Riemenscheiben mit variablem Durchmesser (ähnlich den bei einigen Fahrzeuggleichlaufgetrieben verwendeten) oder innen ausrückbare Zahnräder, solange die axiale Tiefe des Getriebes die Position der FEMG-Systemkomponenten in dem Bereich vor der Kraftmaschine nicht ausschließt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Untersetzungsverhältnis der FEMG-Getriebeuntersetzungszahnräder 36-38 2:1, ein Verhältnis, das dahingehend ausgewählt ist, Kurbelwellendrehzahlen besser auf einen effizienten Betriebsdrehzahlbereich des Motor/Generators 3 abzustimmen.
Ausführungsformen von FEMG-System-Hardwarebefestigungen.
Wie oben erwähnt, ist die FEMG-Anordnung vorzugsweise so positioniert, dass der Motor/Generator 3 in einem Bereich des Motorraums positioniert ist, der unterhalb und zur Seite der Fahrzeugchassisträger, die die Kraftmaschine stützen, versetzt ist. 10 stellt solch eine Anordnung mit Blickrichtung von vorne des Fahrzeugs nach hinten dar. Die Figur zeigt die Beziehungen bei dieser Ausführungsform zwischen dem Motor/Generator 3 und der (axial hinter dem Getriebe 16 positionierten) Kurbelwelle 47 der Kraftmaschine 8, der Ölwanne 48, den Chassislängsträgern 49 und dem Kraftmaschinenquertraglager 50.
Bei den obigen FEMG-Anordnungen sind die Kurbelwelle 47, die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 und das Untersetzungszahnrad 36 am Kraftmaschinenende auf der gleichen Drehachse positioniert. Um zu gewährleisten, dass diese Beziehung aufrechterhalten wird, sollte das FEMG-Getriebe vor der Kraftmaschine positioniert sein, derart, dass keine relative Bewegung zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe, entweder quer zur Drehachse der Kurbelwelle oder um die Kurbelwellenachse herum, besteht.
Obgleich es möglich wäre, das FEMG-Getriebe auf eine Art und Weise zu befestigen, die das Getriebe nicht direkt mit der Kraftmaschine verbindet (zum Beispiel durch Aufhängen des FEMG-Getriebes an einem mit den die Kraftmaschine haltenden Chassisträgern verbundenen Halter), wird bevorzugt, das Getriebe entweder mit einem benachbarten Fahrzeugrahmenglied oder mit dem Kraftmaschinenblock direkt zu koppeln. Beispiele für einen FEMG-Getriebe-zu-Kraftmaschine-Befestigungshalter und eine entsprechende Anordnung von Befestigungslöchern im Getriebe werden in den 10-14 gezeigt.
In 10 ist das FEMG-Getriebe 16 durch Befestigungselemente 306 direkt mit der Kraftmaschine 8 gegen Drehung oder Querbewegung bezüglich der Kraftmaschine 8 gesichert. 11 zeigt einen alternativen Ansatz, bei dem ein Drehmomentarm 307 (auch als Zugstrebe bekannt) mit einem Ende an einem Ankerpunkt 308 des FEMG-Getriebes 16 und mit dem gegenüberliegenden Ende an dem benachbarten Rahmenträger 49 befestigt ist, wodurch eine verdrehgesicherte Abstützung des Getriebes 16 bereitgestellt wird.
Ein weiterer alternativer FEMG-Befestigungsansatz wird in 12 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Befestigungshalter 51 mit Schraubenlöchern 52 versehen, die dahingehend um den Halter angeordnet sind, dass sie auf entsprechende Löcher im Motorblock 8 ausgerichtet sind, die Befestigungselemente aufnehmen, um einen kraftmaschinenorientierten festgelegten Träger für das FEMG-Getriebe bereitzustellen. In diesem Beispiel ist der flache Unterteil des Befestigungshalters 51 zur Positionierung oben auf elastomere Kraftmaschinentraglager angeordnet, wie oftmals bei Nutzfahrzeugkraftmaschineninstallationen verwendet wird. Der kraftmaschinenseitige Teil des Befestigungshalters 51 ist ein Teil eines Halters, der sich unter der und/oder um die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit erstrecken muss, um einen FEMG-Getriebebefestigungshalterteil zu erreichen, mit dem das Getriebe gekoppelt sein kann, wobei gewährleistet wird, dass im Halter ausreichend Zwischenraum zur Verfügung steht, damit sich die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit darin drehen kann.
Die 13 und 14 stellen schematisch die Position eines FEMG-Getriebes 16 an solch einem Halter und die entsprechende Verteilung von Befestigungselementlöchern um das FEMG-Untersetzungszahnrad 36 und die FEMG-Seite des Befestigungshalters 51 dar. Die 13 und 14 zeigen beide eine Umfangsanordnung der entsprechenden Befestigungselementlöcher 53 am FEMG-Getriebe 16 und auf der FEMG-Getriebe-Seite des FEMG-Befestigungshalters 51. In 14 sind der kraftmaschinenseitige Teil und der FEMG-Getriebeseitige Teil des Befestigungshalters 51 durch Arme 54, die sich parallel zur Kraftmaschinenkurbelwellenachse in von der rotierenden Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 beabstandeten Räumen (übersichtshalber in diesen Figuren nicht dargestellt) erstrecken, miteinander verbunden. Die schematisch dargestellten Arme 54 sollen das Befestigungshalteranordnungskonzept vermitteln, wobei sich versteht, dass die Verbindung zwischen der Kraftmaschinenseite und der FEMG-Getriebe-Seite des Befestigungshalters eine beliebige Konfiguration aufweisen kann, die die Vorder- und Rückseite des Halters auf eine Art und Weise miteinander verbindet, die das FEMG-Getriebe gegen eine Bewegung relativ zur Kraftmaschinenkurbelwelle sichert. Zum Beispiel können die Arme 54 Stangen sein, die mit der Vorder- und/oder Rückseite des Halters verschweißt oder verschraubt sind, oder die Arme können Teile eines integral gegossenen Teils sein, das sich um die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 erstreckt. Vorzugsweise ist der Befestigungshalter 51 so ausgeführt, dass sein FEMG-Getriebe-seitiger Teil ein Befestigungslochmuster hat, das eine Drehung des FEMG-Getriebes relativ zum Halter („Takten“), wie zum Indexieren des Getriebes in verschiedenen Winkeln zur Anpassung der FEMG-Komponenten an verschiedene Kraftmaschinenkonfigurationen, beispielsweise bei der Nachrüstung verschiedenster bereits bestehender Fahrzeug- oder stationärer Kraftmaschinenanwendungen mit einem FEMG-System, erforderlich, erleichtert.
Ausführungsformen des FEMG-System-Motor/Generators und der elektronischen Steuerungen.
Ein Beispiel für einen Motor/Generator, der zur Befestigung an dem Motor/Generator-Ende eines FEMG-Getriebes geeignet ist, wird in 15 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform enthält eine FEMG-Getriebe-Seite 55 des Motor/Generators 3 mehrere Zapfen 56, die dahingehend ausgeführt sind, entsprechende Löcher in einem Befestigungsflansch am Getriebe, wie zum Beispiel dem am beispielhaften Getriebe 16 in 9 gezeigten Befestigungsflansch 44, in Eingriff zu nehmen. Zur Übertragung von Drehmoment zwischen dem Rotor des Motor/Generators 3 und dem Untersetzungszahnrad 38 am Motor/Generator-Ende nimmt eine Rotorbohrung 57 eine Welle (nicht dargestellt) auf, die sich in eine entsprechende Bohrung im Untersetzungszahnrad 38 erstreckt. Die Welle zwischen dem Untersetzungszahnrad 38 und dem Rotor des Motor/Generators 3 kann eine getrennte Komponente sein, oder sie kann entweder mit dem Rotor oder dem Untersetzungszahnrad integral gebildet sein. Die Welle kann auch in den Rotor und/oder in das Untersetzungszahnrad gepresst werden, oder sie kann durch Verwendung einer austauschbaren Verbindung, wie zum Beispiel einer Axialkeilverzahnung oder einer Gewindeverbindung, leicht trennbar sein.
Der Motor/Generator 3 nimmt bei dieser Ausführungsform auch mehrere der elektronischen Bauteile des FEMG-Systems, weiter unten besprochen, sowie Niederspannungsanschlüsse 58 und den Hochspannungsanschluss 59 auf, die als die elektrischen Schnittstellen zwischen dem Motor/Generator 3 und den Steuerung- und Energiespeicherkomponenten des FEMG-Systems dienen.
Vorzugsweise ist der Motor/Generator 3 dahingehend bemessen, zumindest Kraftmaschinenstart-, Hybridelektroleistungserzeugungs- und Kraftmaschinennebenaggregatantriebsvermögen bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform würde ein Motor/Generator mit einer Größe in einem Bereich von 220 mm im Durchmesser und 180 mm in longitudinaler Tiefe, wie im Schaubild von 16 gezeigt, ca. 300 nm Drehmoment bei null U/min für Kraftmaschinenstart und bis zu ca. 100 nm nahe 4000 U/min zum Betreiben von Kraftmaschinennebenaggregaten und/oder Bereitstellen zusätzlichen Drehmoments für die Kraftmaschinenkurbelwelle zur Unterstützung des Vortriebs des Fahrzeugs bereitstellen. Bei einem Untersetzungsverhältnis des FEMG-Getriebes von 2:1 ist dieser Motor/Generator-Drehzahlbereich gut auf einen typischen Drehzahlbereich einer Nutzfahrzeugkraftmaschine von null bis ca. 2000 U/min angepasst.
Die FEMG-Motor/Generator-Ausführung unterliegt Einschränkungen durch thermische, mechanische und elektrische Betrachtungen. Während ein Temperaturanstieg des Motor/Generators während des Startens durch die relativ kurze Dauer des Startbetriebs relativ begrenzt ist, kann die erforderliche Drehmomentabgabe vom Motor, wenn der Motor/Generator alleine ein oder mehrere Kraftmaschinennebenaggregate mit hohen Anforderungen, wie zum Beispiel den Kraftmaschinenlüfter, antreibt, in einem Bereich von 50 nm bis 100 nm liegen. Bei Fehlen einer adäquaten Motor/Generator-Kühlung könnte der Temperaturanstieg während anhaltender Bedingungen mit hoher Drehmomentabgabe signifikant sein. Bei einer Stromdichte J in den Motor/Generator-Wicklungen von 15 A/mm² könnte ein adiabatischer Temperaturanstieg in einer Größenordnung von 30°C liegen. Aus diesem Grunde wird bevorzugt, dass der FEMG-Motor/Generator mit Zwangskühlung versehen ist, wie bei dem in 17 gezeigten Beispiel, wobei Kraftmaschinenkühlmittel oder -kühlöl (wie zum Beispiel Öl aus dem Getriebeölkreislauf) durch einen Kühlfluidkanal 60 im Motor/Generator zirkuliert. Es wird besonders bevorzugt, dass ein Teil 61 des Kühlkanals 60 auch dahingehend geführt ist, eine Kühlung der am Motor/Generator 3 befestigten elektronischen Bauteile des FEMG-Systems bereitzustellen.
Die Art der ausgewählten elektrischen Maschine kann auch Beschränkungen einführen oder spezielle Vorteile bieten. Bei einem elektrischen Induktionsmotor kann das Kippmoment durch Verwendung eines Umrichters um 10-20% erhöht werden (mit entsprechender Zunahme des Flusses), und das Kippmoment ist in der Regel hoch, zum Beispiel das 2- bis 3-fache des Maschinennennwerts. Wenn eine Permanentmagnetmaschine gewählt wird, muss andererseits übermäßiger Statorerregungsstrom vermieden werden, um das Risiko einer Entmagnetisierung der Permanentmagnete auf ein Minimum zu reduzieren. Obgleich die physische Anordnung und die Betriebstemperatur den Punkt, an dem eine Entmagnetisierung problematisch ist, beeinflussen können, müssen in der Regel Stromnennwerte, die höher als das Zweifache des Nennstroms sind, erfahren werden, bevor eine signifikante Entmagnetisierung bemerkt wird.
In Anbetracht solcher Faktoren hätte eine bevorzugte Ausführungsform des Motor/Generators 3 die Fähigkeit eines Betriebs bei 150% seines Nennbetriebsbereichs. Zum Beispiel kann der Motor/Generator eine Nenndrehzahl von 4000 U/min bei einem maximalen Drehzahlnennwert von 6000 U/min (entsprechend einer maximalen Kraftmaschinendrehzahl von 3000 U/min) und eine Kapazität in einem Bereich von 60 Kilowatt bei 4000 U/min haben. Von solch einem Motor/Generator, der mit einer Nennspannung von 400 V betrieben wird, würde die Bereitstellung einer kontinuierlichen Drehmomentabgabe von ca. 100 nm, ein Kraftmaschinenanlassmoment von 150 nm für eine kurze Dauer, wie zum Beispiel 20 Sekunden, und ein Spitzenstartdrehmoment von 300 nm bei null U/min erwartet werden.
Der FEMG-Motor/Generator 3 sowie die anderen Komponenten des FEMG-Systems werden bei dieser Ausführungsform durch das zentrale FEMG-Steuermodul 13, eine elektronische Steuerung („ECU“), gesteuert. Bezüglich des Motor/Generators erfolgt durch das FEMG-Steuermodul: (i) die Steuerung des Betriebsmodus des Motor/Generators, einschließlich eines Drehmomentabgabemodus, in dem der Motor/Generator zu den Kraftmaschinennebenaggregaten und/oder der Kraftmaschinenkurbelwelle über die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit zu übertragendes Drehmoment abgibt, eines Erzeugungsmodus, in dem der Motor/Generator elektrische Energie zur Speicherung erzeugt, eines Leerlaufmodus, in dem der Motor/Generator weder Drehmoment noch elektrische Energie erzeugt, und eines Abschaltmodus, in dem die Drehzahl des Motor/Generators auf null eingestellt ist (ein Modus, der möglich wird, wenn keine Betriebsanforderung von einem Kraftmaschinennebenaggregat besteht und die Kupplung der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit ausgerückt ist); und (ii) die Steuerung des Eingriffszustands der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit (über Komponenten, wie zum Beispiel Solenoidventile und/oder Relais, wie durch die Art des eingesetzten Kupplungsaktuators erfordert).
Das FEMG-Steuermodul 13 steuert den Motor/Generator 3 und die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 basierend auf den verschiedensten Sensoreingaben und vorbestimmten Betriebskriterien, wie weiter unten besprochen, wie zum Beispiel dem Ladungszustand des Energiespeichers 11, der Temperaturhöhe des Hochspannungsbatteriesatzes im Energiespeicher und der aktuellen oder erwarteten Drehmomentanforderung am Motor/Generator 3 (zum Beispiel dem zum Erzielen von Soll-Drehzahlen der Kraftmaschinennebenaggregate zum Erreichen gewünschter Leistungsstärkeniveaus der Kraftmaschinennebenaggregate erforderlichen Drehmoment). Das FEMG-Steuermodul 13 überwacht auch mit dem Motor/Generator und der Kraftmaschinenkurbelwelle in Beziehung stehende Drehzahlsignale zur Minimierung des Risikos einer Beschädigung der Kupplungskomponenten, in dem es gewährleistet, dass die Teile der Kupplung auf der Kurbelwellenseite und der Riemenscheibenseite drehzahlangepasst sind, bevor es dem Kupplungsaktuator signalisiert, die Kupplung einzurücken.
Das FEMG-Steuermodul 13 kommuniziert unter Verwendung von digitalen und/oder analogen Signalen mit anderen elektronischen Fahrzeugmodulen, sowohl zum Erhalt von Daten, die in seinem Motor/Generator und seinen Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Steueralgorithmen verwendet werden, als auch zum Zusammenwirken mit anderen Fahrzeugsteuerungen zur Bestimmung der optimalen Kombination aus den Gesamtsystembetrieben. Bei einer Ausführungsform ist das FEMG-Steuermodul 13 zum Beispiel dahingehend konfiguriert, als Reaktion auf eine relativ geringe Bremsanforderung vom Fahrer von einer Bremssteuerung ein Signal zu erhalten, den Motor/Generator im Erzeugungsmodus zu betreiben, um Rekuperationsbremsung bereitzustellen, anstatt die mechanischen Bremsen des Fahrzeugs zu betätigen. Das FEMG-Steuermodul 13 ist dahingehend programmiert, bei Empfang eines solchen Signals den aktuellen Fahrzeugbetriebszustand zu bewerten und der Bremssteuerung ein Signal zuzuführen, das anzeigt, dass Rekuperationsbremsung eingeleitet ist, oder als Alternative, dass Erzeugung von elektrischer Energie nicht wünschenswert ist und die Bremssteuerung eine Betätigung der mechanischen Bremsen oder des Retarders des Fahrzeugs ansteuern sollte.
18 liefert ein Beispiel für die Integration von elektronischen Steuerungen in einem FEMG-System. Bei dieser Ausführungsform werden Signale von dem FEMG-Steuermodul 13 empfangen und ausgegeben, indem es über Sensoren, Aktuatoren und andere Fahrzeugsteuerungen bidirektional über den CAN-Bus des Fahrzeugs kommuniziert. In diesem Beispiel kommuniziert das FEMG-Steuermodul 13 mit dem Batteriemanagementsystem 12, das den Ladungszustand des Energiespeichers 11 und andere verwandte Energiemanagementparameter überwacht, mit einer Kraftmaschinensteuereinheit 63, die Kraftmaschinensensoren überwacht und den Betrieb der Brennkraftmaschine steuert, und mit den elektrischen Energiemanagementkomponenten des FEMG-Systems, einschließlich des Umrichters 14, der AC/DC-Umwandlung zwischen dem AC-Motor/Generator 3 und dem DC-Teil des elektrischen Busses zwischen dem DC-Energiespeicher des Fahrzeugs und elektrischen Verbrauchern (in dieser Figur nicht dargestellt) handhabt. Das FEMG-Steuermodul 13 kommuniziert ferner mit dem DC/DC-Wandler 10 des Fahrzeugs, der die Verteilung von elektrischer Energie bei Spannungen, die für die Verbrauchsvorrichtung geeignet sind, verwaltet, zum Beispiel Umwandlung einer Spannung von 400 V aus dem Energiespeicher 11 in 12 V, die von der 12-V-Batterie 9 des Fahrzeugs und den verschiedenen 12-V-Einrichtungen des Fahrzeugs, wie zum Beispiel Beleuchtung, Radio, elektrisch verstellbare Sitze usw., benötigt werden.
Ferner stellt 18 die Kommunikation von Daten als Eingaben in die Steueralgorithmen des FEMG-Systems von den Sensoren 64 dar, die dem Motor/Generator 3, der Kupplung der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19, den verschiedenen Kraftmaschinennebenaggregaten 1 und der 12-V-Batterie 9 zugeordnet sind (zum Beispiel einem Positionssensor 101 der Motor/Generator-Kupplung, einem Drehzahlsensor 102 des Motor/Generators, Kraftmaschinennebenaggregatkupplungspositionen 103, Luftkompressorzustandssensoren 104, Sensoren 105 für den Zustand des dynamischen Wärmegenerators, einem Temperatursensor 106 für das FEMG-Kühlmittel, einem Drucksensor 107 für das FEMG-Kühlmittel und einem 12-V-Batterie-Spannungssensor 108).
Viele der Signale, die das FEMG-Steuermodul 13 empfängt und austauscht, werden über die SAE-J1939-Standard-konformen Kommunikationen und den Diagnosebus 65 des Fahrzeugs zu/von anderen Fahrzeugeinrichtungen 66 (zum Beispiel der Bremssteuerung 111, der Retarder-Steuerung 112, der EAC-Steuerung (EAC - electronic air control / elektronische Luftaufbereitung) 113, der Getriebevorrichtungssteuerung 114 und der Instrumententafelsteuerung 115) übertragen. Beispiele für die Arten der ausgetauschten Sensor- und Betriebssignale und Variablen und ihre jeweiligen Quellen sind in Tabelle 1 zu finden.

Tabelle 1

Zu	überwachende	Signalquelle
Signale/Variablen
Hochspannungsbatterie: Ladungszustand (SOC)		Kommt vom Batteriemanagementsyst em BMS
Hochspannungsbatterie: Temperatur		Kommt vom BMS
Fahrzeuggeschwindigkeit		J1939-Nachricht: radbasierte Fahrzeuggeschwindigkei
		t
Kraftmaschinendrehmoment		J1939-Nachricht: Fahreranforderung-Kraftmaschine - Prozent Drehmoment
Kraftmaschinendrehzahl		J1939-Nachricht: Kraftmaschinendrehzahl
Bremsbetätigungsstatus		J1939-Nachricht: Bremsbetätigungsdruck oberer Bereich. Jede Achse
Lüfterkupplung		J1939-Nachricht: angefordertes Prozent Lüfterdrehzahl
Klimakompressorkupplung		J1939-Nachricht: Kabinen-A/C-Kältemittelkompressorauslassdruck
Luftkompressorkupplung		J1939-Nachricht: intelligenter Luftregler (IAG)
Leerlaufgang		J1939-Nachricht: aktueller Getriebevorrichtungsgang
Getriebevorrichtungskupplung		J1939-Nachricht: Getriebevorrichtungskupplungsaktuator
Tür geöffnet		J1939-Nachricht: geöffneter Status von Tür 1 / geöffneter Status von Tür 2
Innenraumtemperatur		J1939-Nachricht: Führerhaustemperatur
Luftbremssystemdruck		J1939-Nachricht: Primärbremsdruck
FEMG-Kühlmitteltemperatur		innerhalb des Getriebes befestigter Temperatursensor
Kraftmaschinenöltemperatur		J1939-Nachricht: Kraftmaschinenöltemperatur 2
Kraftmaschinenkühlmitteltempera tur		J1939: Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur
Einlasskrümmertemperatur		J1939-Nachricht: Kraftmaschineneinlasskrümmer 1 Lufttemperatur (hohe Auflösung)
M/G-Drehzahl		am Getriebe oder M/G befestigter Codierer

Ausgaben vom FEMG-Steuermodul 13 enthalten Befehle zur Steuerung der Erzeugung von elektrischer Energie oder Drehmomentabgabe vom Motor/Generator 3, Befehle zum Einrücken und Ausrücken der Kupplung der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19, Befehle zum Einrücken und Ausrücken der Kupplungen 120 einzelner Kraftmaschinennebenaggregate 1 (unten weiter besprochen) und Befehle zum Betrieb einer FEMG-Kühlmittelpumpe 121.
FEMG-Steuermodulsystemsteuerung von FEMG-Systemkomponenten.
Zusätzlich zu der Steuerung des Motor/Generators und seiner gekuppelten Verbindung mit der Kraftmaschinenkurbelwelle hat das FEMG-Steuermodul bei dieser Ausführungsform die Fähigkeit, den Eingriffszustand jeglicher oder aller der einzelnen Kupplungen, die Kraftmaschinennebenaggregate mit dem von der Riemenscheibe 5 angetriebenen Nebenaggregatantriebsriemen verbinden, zu steuern, wodurch dem FEMG-Steuermodul gestattet wird, gemäß dem Betriebszustand des Fahrzeugs verschiedene Kraftmaschinennebenaggregate (wie zum Beispiel den Klimakompressor 2 oder den Druckluftkompressor 1 des Fahrzeugs) mit dem Nebenaggregatantrieb selektiv zu verbinden und davon zu trennen. Wenn dies durch die Betriebsbedingungen gestattet wird, können die Algorithmen des FEMG-Steuermoduls zum Beispiel die Erzeugung von elektrischer Energie priorisieren und bestimmen, dass einige der Kraftmaschinennebenaggregate nicht betrieben zu werden brauchen. Als Alternative dazu ist das FEMG-Steuermodul dahingehend programmiert, ein Kraftmaschinennebenaggregat als Reaktion auf eine Prioritätssituation, die Betrieb des Nebenaggregats erfordert, zu betreiben, selbst wenn dies nicht zu einer hohen Gesamtleistungsstärke des Fahrzeugs führen würde. Ein Beispiel für letzteres wäre der Empfang eines Druckluftspeichertankniedrigdrucksignals, das das Einrücken der Kupplung des Luftkompressors und den Betrieb der Riemenscheibe 5 mit einer ausreichend hohen Drehzahl zur Gewährleistung, dass ausreichend Druckluft gespeichert wird, um die Sicherheitsbedürfnisse des Fahrzeugs (zum Beispiel ausreichende Druckluft für Druckluftbremsbetätigung) zu erfüllen, erfordern würde. Ein anderes Beispiel wäre das Ansteuern des Motor/Generators und der Kraftmaschinenlüfterkupplung zum Betrieb des Kraftmaschinenlüfters mit einer Drehzahl, die hoch genug ist, eine adäquate Kraftmaschinenkühlung zu gewährleisten, um eine Beschädigung der Kraftmaschine zu verhindern.
Vorzugsweise ist das FEMG-Steuermodul mit Kraftmaschinennebenaggregatbetriebsleistungsdaten, zum Beispiel in Form von gespeicherten Nachschlagetabellen, versehen. Mit Kraftmaschinennebenaggregatbetriebsleistungsinformationen, der Fähigkeit der variablen Steuerung der Betriebsdrehzahl des Motor/Generators auf praktisch jede gewünschte Drehzahl, wenn die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit-Kupplung ausgerückt ist, und von den Sensoren und dem Kommunikationsnetz des Fahrzeugs empfangener Kenntnis des Betriebszustands des Fahrzeugs ist das FEMG-Steuermodul 13 dahingehend programmiert, eine bevorzugte Motor/Generator-Drehzahl und eine Kombination von Kraftmaschinennebenaggregatkupplungseingriffszuständen, die zu einem hohen Grad an Gesamtsystemleistungsstärke des Fahrzeugs für die gegebenen Betriebsbedingungen führt, zu bestimmen und anzusteuern.
Obgleich die Gesamtsystemleistungsstärke durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von einzelnen Kraftmaschinennebenaggregatkupplungen (einschließlich Ein-Aus-, Mehrstufen- oder stufenlosen Schlupfkupplungen) verbessert werden kann, kann das FEMG-Steuermodul 13 selbst bei Fehlen einzelner Nebenaggregatkupplungen Kraftmaschinennebenaggregatleistungsinformationen verwenden, um eine bevorzugte Motor/Generator-Betriebsdrehzahl zu bestimmen, die bewirkt, dass sich die Riemenscheibe 5 mit einer Drehzahl dreht, die die aktuelle Systempriorität erfüllt, zu bestimmen, ob die Priorität die Systemleistungsstärke verbessert, wodurch gewährleistet wird, dass die höchste Kraftmaschinennebenaggregatanforderung erfüllt wird, oder eine andere Priorität zu bestimmen, wie zum Beispiel Beginnen mit dem Laden des Energiespeichers 11 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in einem ausreichenden Abstand vor einem antizipierten Ereignis, um zu gewährleisten, dass ausreichend elektrische Energie gespeichert wird, bevor das Fahrzeug angehalten wird. Das FEMG-Steuermodul ist bei dieser Ausführungsform zum Beispiel dahingehend programmiert, den aktuellen Ladungszustand des Energiespeichers 11 und die Zeitdauer, die vor einer antizipierten Fahrerruhezeit zur Verfügung steht, zu bestimmen und einzuleiten, dass der Motor/Generator den Energiespeicher 11 mit einer Rate lädt, die dazu führt, dass bei Kraftmaschinenabschaltung genug Energie dazu vorhanden ist, den Fahrzeugsystembetrieb (wie zum Beispiel Schlafkabinenklimatisierung) über die antizipierte Dauer der Ruhezeit (zum Beispiel eine 8-stündige Ruhezeit über Nacht) zu unterstützen.
Eine ähnliche Begründung gilt unabhängig von der Anzahl der vorhandenen einzelnen Kraftmaschinennebenaggregatkupplungen, das heißt, das FEMG-Steuermodul kann dahingehend programmiert sein, den Motor/Generator 3 und die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheits-Kupplung 15 auf eine Art und Weise zu betreiben, die die in den Algorithmen erstellten Prioritäten erfüllt, unabhängig davon, ob wenige, viele oder keine einzelnen Kraftmaschinennebenaggregatkupplungen vorhanden sind. Auf ähnliche Weise können verschiedenste Priorisierungsschemata in das FEMG-Steuermodul programmiert sein, um der bestimmten Fahrzeuganwendung gerecht zu werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann zum Beispiel ein Energieeffizienzprioritätsalgorithmus über eine einfache Analyse dessen, welche Konfiguration von Riemenscheibendrehzahl und einzelnem Kraftmaschinennebenaggregatkupplungseingriff eine optimale Betriebsleistungsstärke für das Kraftmaschinennebenaggregat mit der höchsten Priorität bereitstellt, hinausgehen, kann aber auch bestimmen, ob der Betrieb einer Kombination von Kraftmaschinennebenaggregaten bei einer Riemenscheibenkompromissdrehzahl zu einer größeren Gesamtsystemleistungsstärke führt, während die Prioritätsnebenaggregatsanforderung immer noch erfüllt wird, das heißt, Betreiben jedes der einzelnen Kraftmaschinennebenaggregate mit Drehzahlen, die von ihren jeweiligen Betriebspunkten mit maximaler Leistungsstärke versetzt sind, wenn eine Riemenscheibendrehzahl vorliegt, die die Gesamtfahrzeugleistungsstärke maximiert, während die Fahrzeugsystemanforderungen immer noch erfüllt werden.
Ausführungsformen für elektrische Energieerzeugung, Speicherung und Spannungsumwandlung durch den FEMG.
Die Beziehung zwischen der Leistungselektronik und der Stromverteilung wird bei der vorliegenden Ausführungsform in 19 näher gezeigt. Die drei Wechselstromphasen des Motor/Generators 3 sind über Hochspannungsanschlüsse mit dem AC/DC-Umrichter 14 verbunden. Durch den Motor/Generator 3 erzeugte elektrische Energie wird in Hochspannungs-DC-Strom umgewandelt, um auf einem DC-Busnetz 67 verteilt zu werden. Umgekehrt kann dem bidirektionalen Umrichter 14 DC-Strom zur Umwandlung in AC-Strom zum Antrieb des Motor/Generators 3 als Drehmoment erzeugender Elektromotor zugeführt werden.
Eine bekannte Ausführungsform eines bidirektionalen AC/DC-Umrichters, wie zum Beispiel des Umrichters 14, wird in 20 gezeigt. Diese Anordnung enthält eine Leistungstransistorkonfiguration mit sechs IBGTs, wobei Steuerleitungen 68A-68F basierend auf einer Vektorsteuerstrategie von einer Steuerung (wie zum Beispiel dem FEMG-Steuermodul 13) Schaltsignale bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist das Steuermodul für den Umrichter 14 nicht weiter als 15 cm von der IGBT-Platte des Umrichters entfernt positioniert. Wenn elektrisches Rauschen auf dem DC-Bus 67 auf ein Minimum reduziert werden soll, kann ein Filter 69 zwischen dem Umrichter und dem Rest des DC-Busses eingesetzt werden.
19 zeigt ferner zwei primäre DC-Bus-Verbindungen, die Hochspannungsleitungen zwischen dem Umrichter 14 und dem Energiespeicher 11. Die bidirektionalen Pfeile zeigen in dieser Figur, dass DC-Strom vom Umrichter 14 zum Energiespeicher 11 passieren kann, um seinen Ladungszustand zu erhöhen, oder von dem Energiespeicher zu dem DC-Bus 67 zur Verteilung zum Umrichter 14 zum Antrieb des Motor/Generators 3 oder zu anderen mit dem DC-Bus verbundenen DC-Spannungs-Verbrauchern fließen kann. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen dem DC-Bus und dem Energiespeicher 11 ein DC/DC-Spannungswandler 70 vorgesehen, um die durch die Motor/Generator 3 erzeugte DC-Spannung auf dem DC-Bus an die bevorzugte Betriebsspannung des Energiespeichers anzupassen. 19 zeigt weiterhin, dass der DC-Bus 67 auch mit einem geeigneten Spannungswandler, wie zum Beispiel dem AC/DC-Spannungswandler 309, der elektrische Energie von einer sich außerhalb des Fahrzeugs befindenden Energiequelle 310, wie zum Beispiel einer stationären Ladestation, in die Spannung auf dem DC-Bus 67 umwandelt, um das Laden des Energiespeichers unabhängig von dem Motor/Generator 3 zu gestatten, wenn das Fahrzeug geparkt ist, verbunden sein kann.
Zusätzlich zu dem bidirektionalen Fluss des DC-Stroms zu und von dem Energiespeicher 11 führt der DC-Bus 67 den elektrischen Fahrzeugverbrauchern, wie zum Beispiel Fahrzeugbeleuchtung, Radios und anderen typischen mit 12 Volt angetriebenen Vorrichtungen sowie 120-V-AC-Strom-Vorrichtungen, wie zum Beispiel einer Klimaanlage und/oder einem Kühlschrank oder einer Kochfläche der Fahrerschlafkabine, Hochspannungs-DC-Strom zu. In beiden Fällen ist ein geeigneter Spannungswandler vorgesehen, um die Hochspannung auf dem DC-Bus 67 in geeigneten DC- oder AC-Strom mit der geeigneten Spannung umzuwandeln. Bei der in 19 gezeigten Ausführungsform wandelt ein DC/DC-Wandler 71 DC-Strom mit einer Nennspannung in einem Bereich von 400 V in 12-V-DC-Strom um, um eine oder mehrere herkömmliche 12-V-Batterien 72 zu laden. Für die gewöhnlichen 12-V-Lasten 73 des Fahrzeugs wird also, wie erforderlich, die benötigte Energie von 12 V bereitgestellt ohne dass die Kraftmaschine mit einer getrennten kraftmaschinenbetriebenen 12-Volt-Lichtmaschine ausgestattet werden muss, wodurch bei Erhöhung der Gesamtfahrzeugleistungsstärke Gewicht und Kosten weiter eingespart werden. 21 stellt eine bekannte Ausführungsform eines Vorwärts-DC/DC-Wandlers, wie zum Beispiel des DC/DC-Wandlers 71, dar, bei der das FEMG-Steuermodul 13 die Umwandlung von Hoch-DC-Spannung vom DC-Bus 67 in 12-Volt-Ausgabe 75 des Umwandlers durch Bereitstellung von FEMG-Steuersignalen für eine Transistortreiberschaltung 74 zur Bewältigung des Stromflusses durch die Primärwicklung 76 des Transformators 77 des DC/DC-Wandlers steuert.
Der bidirektionale Hochspannungs-DC/DC-Wandler 70 ist ein so genannter „Tiefsetz- und Hochsetzsteller“-Spannungswandler, wie zum Beispiel die bekannte elektrische Anordnung gemäß der Darstellung in 22. 23 zeigt wie eine Eingangsspannung V_in, wenn der elektronisch gesteuerte Schalter S in 22 betätigt ist, eine entsprechende Stromschwingung über die Induktionsspule L und die Kapazität C gepulst treibt, was zu einer kontinuierlichen Ausgangsspannung v₀ führt, die sanft um eine Basisspannung <v₀> schwingt.
Der Wunsch, den Abstand zwischen dem Umrichter 14 und den drei AC-Phasen-Leitungen des Motor/Generators kurz zu halten, kann dadurch erfüllt werden, dass mehrere elektronische Bauteile in das Gehäuse eines Motor/Generators integriert werden, wie in 24 gezeigt. Auf der Seite des Motor/Generators, die der Seite gegenüberliegt, die zu dem Getriebe 16 weisen würde, treten Drähte für die drei AC-Phasen 78A-78C hervor und sind mit einem Hochspannungsteil 79 einer Leiterplatte 84 (in 24 dem Teil der Leiterplatte 84 links von der gestrichelten Linie) verbunden. Rechts von den AC-Phasen-Anschlüssen ist der Umrichter in die Leiterplatte 84 integriert, wobei das IGBT-Pack 80 unter den IGBT-Treiberschaltungen 81 positioniert ist.
Weiterhin ist auch ein Abschnitt 82 auf der Leiterplatte 84 positioniert, der einen elektrisches Rauschen unterdrückenden EMI-Filter (EMI - electromagnetic interference / elektromagnetische Interferenz) und DC-Leistungskondensatoren sowie eingebettete Mikrosteuerungen 83 der FEMG-ECU enthält. Die gestrichelte Linie stellt eine elektrische Isolierung 85 des Hochspannungsteils 79 gegen den Niederspannungsteil 86 dar, der über elektrische Verbinder 58 mit dem Rest des FEMG-Systems und Fahrzeugkomponenten kommuniziert. Die hohe Spannung und der hohe Strom, die entweder von dem Motor/Generator 3 erzeugt werden oder von dem Motor/Generator 3 aus dem Energiespeicher 11 empfangen werden, passiert von dem Hochspannungsteil 79 der Leiterplatte 84 über Leiterbahnen (nicht dargestellt) hinter der Außenfläche der Leiterplatte zu dem Hochspannungsanschluss 59.
Zu den Vorteilen dieses hohen Grads der Integration von Motor/Generator und Leistungselektronik zählen vereinfachte und kostengünstigere Installation, Minimierung von elektrischen Verlusten über Verbindungen zwischen dem Motor/Generator und der Leistungselektronik über längere Strecken und die Fähigkeit der Bereitstellung von Kühlung für die Leistungselektronik von der bereits vorhandenen Zwangskühlung des Motor/Generators ohne das Erfordernis zusätzlicher eigens vorgesehener Elektronikkühlanordnungen.
FEMG-Systemenergiespeicher- und Batteriemanagementsteuerungs-Ausführungsbeipiel.
Die bei dieser Ausführungsform im Energiespeicher 11 verwendeten Speicherzellen sind auf Lithiumchemie basierende, insbesondere Li-Ionen-Batterien. Li-Ionen haben gegenüber herkömmlichen Batteriechemien, wie zum Beispiel Bleisäure, mehrere Vorteile, darunter geringeres Gewicht, höhere Toleranz gegenüber „Schnellladungs“-Laderaten, hohe Leistungsdichte, hohe Energiespeicherungs- und -abgabeleistungsstärke und lange Zyklenlebensdauer.
Der Energiespeicher 11 ist dahingehend bemessen, sehr großen Stromfluss von/zu dem Motor/Generator 3 empfangen und zuführen zu können, da ein kurbelwellengetriebener Motor/Generator Kilowatt von elektrischer Leistung erzeugen kann und ein energiespeicherangetriebener Motor/Generator zusätzlich zu dem Erfordernis eines ausreichenden Hochspannungsstroms zur Erzeugung von über 100 nm Drehmoment zum Antrieb der Kraftmaschinennebenaggregate, wenn die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit aus der Kraftmaschinenkurbelwelle ausgerückt ist, 300 Spitzenampere von Hochspannungsstrom zum Starten eines Dieselmotors erfordern kann.
Obgleich die Superkondensatoren in der Lage sind, Spitzenstromanforderungen des FEMG-Systems zu bewältigen, ist der Batterieteil des Energiespeichers 11 so bemessen, dass er in der Lage ist, anhaltende Stromabgaberaten und eine Gesamtenergieabgabe bereitzustellen, die die höchste Stromanforderung erfüllt. Basierend auf Erfahrungen mit Nutzfahrzeugbetrieb ist der Batterieteil des Energiespeichers 11 bei dieser Ausführungsform so bemessen, dass er einen zufriedenstellenden Betrieb mit einer Höhe von 58 kW für 10 Minuten jede Stunde gewährleistet (eine Leistungsanforderung, die Betrieb des Kraftmaschinenlüfters auf seiner Maximaldrehzahl nur durch den Motor/Generator in regelmäßigen Abständen sowie gleichzeitige Verwendung der Klimaanlage und des Luftkompressors entspricht). Berechnungen haben gezeigt, dass eine Abgabe von 58 kW für 10 Minuten pro Stunde, bei angenommener Betriebsleistungsfähigkeit des Umrichters 14 von 95%, ein Abziehen von 10 kWh (Kilowattstunden) von Energie aus dem Energiespeicher 11 erfordern würde. Bei einer Systemspannung von 400 V erfordert dieses Abgabeausmaß, dass die Energiespeicherbatterien eine Speicherkapazität von ca. 15 Ah (Amperestunden) haben.
Zusätzlich zu der Berechnung der Mindestspeicherkapazität zum Erfüllen der erwarteten höchsten Fahrzeuganforderung berücksichtigt die Ausführung des Batterieteils des Energiespeichers 11 Grundbetriebsbedürfnisse. Zum Beispiel besteht ein betrieblicher Wunsch, die Energiespeicherbatterien nicht vollständig zu entladen, sowohl um zu vermeiden, auf eine Situation zu treffen, in der der Energiespeicher ein sofortiges Fahrzeugbedürfnis nicht erfüllen kann (beispielsweise nicht in der Lage ist, die Kraftmaschine zu starten, wenn der Motor/Generator als eine Kraftmaschinenstartvorrichtung betrieben wird), als auch um eine potentielle Batteriezellenbeschädigung aufgrund einer Entladung auf Höhen, die weit unter der vom Batteriezellenhersteller empfohlenen Mindestzellenbetriebsspannung liegen (bei einer 3,8-V- - 4,2-V-Batteriezelle auf Lithiumbasis in der Regel nicht unter 1,5 - 2 V/Zelle), zu vermeiden. Die Ausführung des Energiespeichers der vorliegenden Ausführungsform umfasst somit das Erfordernis, dass die höchste Entladungsanforderung den Batterieteil des Energiespeichers nicht unter einer Kapazität von 50% entlädt. Das Erfordernis führt dazu, dass der Energiespeicher 11 eine Batteriekapazität von 30 Ah hat.
Bei einem Konstruktionsziel von 30 Ah und Verwendung von Lithium-Ionen-Batteriezellen, die jeweils eine individuelle Nennspannung von 3,8 V und bei einer Entladungsrate von 0,3 C eine Entladeleistung von 33 Ah haben (wie zum Beispiel eine Batteriezelle mit einem Gewicht von 0,8 kg (Kilogramm) und rechtwinkligen Abmessungen von 290 mm x 216 mm x 7,1 mm), wurde bestimmt, dass die erforderliche Energiespeicherkapazität (30 Ah bei 400 V) durch Anordnen von 4 einzelnen Batteriezellen in Reihe zur Erzeugung eines 33-Ah-Batteriemoduls mit einer Nennspannung von 15,2 V und einer Reihenverschaltung von 28 dieser Batteriemodule zur Bereitstellung eines Batteriesatzes mit einer Kapazität von 33 Ah bei einer Nennspannung von 15,2 V/Modul x 28 Module = 425 V (Ist-Betriebsspannung in der Regel bei oder unter 400 V) bereitgestellt werden könnte. Dieser Batteriesatz weist (ohne Gehäuse) ein Gewicht von ca. 90 kg und ein Volumen von ca. 50 Liter auf, ein Gewicht und eine Größe, denen neben einem Chassisträger eines Nutzfahrzeugs leicht Rechnung getragen werden kann.
Der Energiespeicher 11 ist mit einem Batteriemanagementsystem (BMS - battery management system) 12 versehen. Das BMS-Steuermodul überwacht den Ladungszustand des Batteriesatzes und die Temperaturen, handhabt Batteriewartungsaufgaben, wie zum Beispiel Zellausgleich (die Überwachung und Einstellung von Ladungszustand der einzelnen Zellen oder Gruppen von Zellen), und kommuniziert dem FEMG-Steuermodul 13 Batteriesatzstatusinformationen. Das Batteriemanagementsystem 12 kann zusammen mit dem FEMG-Steuermodul 13 oder an einer anderen Stelle, die von dem Batteriesatz im Energiespeicher 11 entfernt ist, positioniert sein; die Installation des Batteriemanagementsystems 12 mit dem Energiespeicher 11 gestattet jedoch den Einsatz und Austausch eines modularen Energiespeichersystems.
Eine andere Designüberlegung bei dem große Mengen von Hochspannungsstrom empfangenden und abgebenden Energiespeicher 11 ist das Erfordernis von Kühlung. Bei der vorliegenden Ausführungsform hat von den FEMG-Komponenten, die Kühlung benötigen, dem Energiespeicher 11, dem Motor/Generator 3, dem Umrichter 14, dem Getriebe 16 und der Kupplung 15 der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19, der Batteriespeicher 11 das größte Bedürfnis nach Kühlung, um eine Beschädigung aufgrund von Übertemperaturbedingungen zu vermeiden. Der bevorzugte Temperaturbetriebsbereich von Li-Ionen-Batterien ist -20°C bis 55°C. Diese Temperaturen stehen im Vergleich zu Betriebstemperaturgrenzen in einem Bereich von 150°C für den Motor/Generator 3, 125°C für den Umrichter 14 und 130°C für das Getriebe 16 (sowie die Kupplung 15, wenn es sich bei der Kupplung um eine Ölbad-Nasskupplung handelt). Bei dieser Ausführungsform werden dadurch erhebliche Einsparungen hinsichtlich Komplexität und Kosten realisiert, indem sämtliche der Primär-FEMG-Komponenten durch das Öl gekühlt werden, das für Schmierung und Kühlung im Getriebe zirkuliert wird. Dies ist dann möglich, wenn der Batteriesatz des Energiespeichers 11 das Kühlöl als die erste Komponente stromabwärts des Luft-/Ölkühlers, der Wärme von dem Öl abführt, empfängt, das heißt, bevor das gekühlte Öl rezirkuliert wird und Wärme von anderen FEMG-Komponenten im Ölkühlkreislauf aufnimmt. Diese Anordnung gewährleistet, dass der Batteriesatz den Kühlölfluss bei einer Temperatur empfängt, die es dem Batteriesatz gestattet, unter 55°C zu bleiben, bevor das Öl auf höhere Temperaturen im Motor/Generator, Umrichter und Getriebe trifft.
Ausführungsformen des Algorithmus zur Bestimmung des FEMG-Systemenergiespeicherladungszustands.
Der Ladungszustand der Energiespeicherbatterie kann auf verschiedene Weise bestimmt werden. 25 ist ein Beispiel für einen bei der vorliegenden Erfindung verwendbaren bekannten Steueralgorithmus zur Schätzung des Ladungszustands des Batteriemanagementsystems. In einem ersten Schritt S101 initialisiert das Batteriemanagementsystem 12 einen Start (ein „Einschalten“). Schritt S102 symbolisiert die Schätzung des Ladungszustands der Batteriezellen durch das BMS durch das sogenannte „Coulomb-Zählungs“-Verfahren, hier durch Abtasten von Zellen- und Gruppenspannungen (V, T) und Temperaturen zur Erstellung eines geschätzten Basisladungsniveaus und dadurch Ausgangspunktverfolgung der Höhe des in den Batteriesatz eingespeisten und aus dem Batteriesatz abgezogenen Stroms (I).
Obgleich dieser Ansatz der Verfolgung des Ladungszustands den Vorteil der Bereitstellung von sehr genauer Stromflussüberwachung mit relativ kostengünstigen Technologien in Echtzeit bietet, stellt er jedoch keine zuverlässige Anzeige über die Höhe des Ladungsverlusts aus den Batteriezellen aufgrund der Batteriezellenselbstentladungsphänomene, die sich aus unerwünschten chemischen Reaktionen ergeben, bereit. Da diese Phänomene stark temperaturabhängig sind und zu einem in Schritt S102 nicht erkannten großen Ladungsverlust führen können, führt bei dieser Ausführungsform das Batteriemanagementsystem auch einen zusätzlichen Ladungszustandsschätzungsschritt S103, einen so genannten „im Regelkreis vorgeschaltet“-Ansatz durch. Bei diesem Ladungszustandsschätzungsansatz wird die Leerlaufspannung der Batteriezellen gemessen, und diese Spannung wird mit gespeicherten Spannungs-/Ladungszustandswerten verglichen, um das Batterieladungsniveau zu messen, das an sich vorherigen Selbstentladungsverlusten Rechnung trägt. Durch Vergleich mit zuvor gespeicherten Informationen kann darüber hinaus eine Selbstentladungsrate geschätzt werden, und anhand dieser Selbstentladungsrate kann ein Gesundheitszustand der Batterie geschätzt werden (das heißt, eine hohe Selbstentladungsrate zeigt an, dass die Gesundheit der Batteriezellen im Vergleich zu einem Neuzustand beeinträchtigt ist).
Ein Nachteil des „im Regelkreis vorgeschaltet“-Ansatzes besteht darin, dass er nicht leicht in Echtzeit verwendet werden kann, da der Batteriesatz des Energiespeichers 11 im Gebrauch ist, um nach Bedarf Hochspannungsstrom zu empfangen und abzugeben und so laufenden Fahrzeugbetrieb zu unterhalten. Infolgedessen werden die auf Leerlaufspannung basierenden Schätzungen des Ladungszustands und des Gesundheitszustands in Schritt S103 nur dann durchgeführt, wenn sich die Batterie des Energiespeichers in einem Zustand befindet, in dem von dem Batteriesatz kein Strom empfangen oder abgegeben wird. Wenn die Schätzungen von Schritt S103 nicht durchgeführt werden können, geht die Batteriemanagementsystemroutine zu Schritt S104 über, und es werden die letzten Schätzungen des Batterieladungszustands und -gesundheitszustands von Schritt S103 in den nachfolgenden Berechnungen verwendet.
Basierend auf den Zellen- und Gruppenspannungen, Temperaturen, Stromeingaben und -ausgaben von Schritt S102 und den letzten Korrekturfaktoren von Schritt S103 zur Berücksichtigung von Selbstentladungswirkungen berechnet das Batteriemanagementsystem in Schritt S104 geeignete Ladungs- und Entladungsleistungsgrenzen, die für den Betrieb des Energiespeichers 11 innerhalb des FEMG-Systems zur Verfügung stehen und führt einen Zellenausgleichsalgorithmus durch, um Batteriezellen zu identifizieren, die Ladungsausgleich benötigen, und geeignete selektive Zellenladung und/oder -entladung einzusetzen, um Zellenspannungen innerhalb der 4-Zellen-Module und zwischen den 28 Modulen auszugleichen. Zellenausgleich ist von besonderer Bedeutung, wenn Li-Ionen-Batteriezellen im Gebrauch sind, da solche Zellen altern und in voneinander verschiedenen Raten selbstentladen können. Infolgedessen können die einzelnen Batteriezellen im Laufe der Zeit verschiedene Fähigkeiten zur Aufnahme einer Ladung entwickeln, ein Zustand, der dazu führen kann, dass eine oder mehrere der Zellen in einem Modul (oder zwischen verschiedenen Modulen) zu stark geladen und andere ungenügend geladen werden. In beiden Fällen können zu stark oder ungenügend geladene Batteriezellen irreparabel beschädigt werden.
In Schritt S105 kommuniziert das Batteriemanagementsystem 12 dem FEMG-Steuermodul 13 Batteriesatzstatusinformationen, einschließlich Informationen über die für den aktuellen Ladungszustand und die aktuelle Temperatur der Batteriezellen erforderlichen Leistungsgrenzen. Parallel dazu werden in Schritt S106 Batteriezellendaten im Speicher zur Verwendung in zukünftigen Zellüberwachungsiterationen gespeichert. Bei Beendigung der Bestimmung des Batteriesatzstatus und der Zellenausgleichsroutinen kehrt die Steuerung zu dem Beginn des Ladungsschätzungsregelkreises zurück, wobei Selbstentladungsratendaten zu Beginn des Regelkreises zur Verwendung in den anschließenden Schritten zur Verfügung gestellt werden.
Ausführungsformen von FEMG-Systembetriebsmodi und Steueralgorithmen.
Bei dieser Ausführungsform wird das FEMG-System in mehreren Modi, einschließlich des Generatormodus, Motormodus, Leerlaufmodus, Aus-Modus und Stopp/StartModus, betrieben. Der für die aktuellen Betriebsbedingungen ausgewählte Modus basiert zumindest teilweise auf dem aktuellen Ladungszustand des Energiespeichers 11, wobei das FEMG-Steuermodul 13 dahingehend programmiert ist, basierend auf vom Batteriemanagementsystem 12 empfangenen Daten ein Mindestladungsniveau zu erkennen, bei dieser Ausführungsform 20% Ladekapazität, ein Zwischenladungsniveau von 40% und ein Höchstladungsniveau von 80% (ein Niveau, das dahingehend ausgewählt ist, zu gewährleisten, dass der Energiespeicher gegen ein Überladen von Zellen geschützt ist, insbesondere in dem Fall, dass eine einzelne Zellenselbstentladung einen Zellenungleichgewichtszustand geschaffen hat).
Im Generatormodus ist die Kupplung 15 eingerückt, und der Motor/Generator 3 wird dahingehend angetrieben, immer dann elektrische Energie zur Speicherung zu erzeugen, wenn sich der Energiespeicherladungszustand unter dem Mindestladungsniveau befindet, und die Kupplung bleibt so lange eingerückt, bis das Zwischenladungszustandsniveau erreicht ist. Nach Erreichen des Zwischenzustandsladungsniveaus schaltet das FEMG-Steuermodul 13 je nach Bedarf zwischen den Generator-, Motor-, Leerlauf- und Aus-Modi. Wenn der Motor/Generator 3 zum Beispiel mit ausgerückter Kupplung 15 zum Antrieb der Kraftmaschinennebenaggregate betrieben wird, steuert das FEMG-Steuermodul ein Umschalten auf Generatormodus und Einrücken der Kupplung 15 zum Laden des Energiespeichers 11 bei Auftreten von Brems-, Verzögerungs- oder negativen Drehmomentereignissen an (solange der Ladungszustand des Energiespeichers 11 unter dem Höchstladungszustandsniveau bleibt).
Im Motormodus mit ausgerückter Kupplung 15 moduliert das FEMG-Steuermodul 13 die Amplitude und die Frequenz des dem Motor/Generator 3 von dem Umrichter 14 zugeführten Stroms zur Bereitstellung einer stufenlosen Drehzahlregelung. Dieses Vermögen gestattet den Betrieb des Motor/Generators 3 auf eine Art und Weise, die die Riemenscheibe 5 und somit die von der Riemenscheibe 5 angetriebenen Kraftmaschinennebenaggregate mit einer Drehzahl und einer Drehmomentabgabehöhe antreibt, die die Anforderungen der aktuellen Betriebsbedingungen erfüllt, ohne Energie aufgrund von Betrieb mit unnötig hoher Drehzahl und unnötig hohen Drehmomentabgabehöhen zu verschwenden. Die variable Abgabesteuerung des FEMG-Systems über den Motor/Generator 3 weist den zusätzlichen Vorteil der Minimierung der Menge von gespeicherter elektrischer Energie, die aus dem Energiespeicher 11 zugeführt werden muss, auf, wodurch die Energiespeicherladungsbedürfnisse reduziert werden und die Zeitdauer, über die der Energiespeicher 11 Hochspannungsstrom vor Erreichen des Mindestladungszustands zuführen kann, verlängert wird.
Wenn das Ladungsniveau im Energiespeicher 11 über dem Mindestniveau liegt, keine Brems-, Verzögerungs- oder negativen Drehmomentbedingungen vorliegen und die Kraftmaschinennebenaggregate kein Drehmoment vom Motor/Generator 3 anfordern, initiiert das FEMG-Steuermodul 13 den Leerlaufmodus, in dem die Kupplung 15 des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers 19 ausgerückt ist und der Motor/Generator „ausgeschaltet“ ist, das heißt, weder zur Erzeugung von elektrischer Energie zur Speicherung noch zur Erzeugung von Drehmoment zum Antrieb der Kraftmaschinennebenaggregate betrieben wird.
Sowohl im Generator-, Motor- als auch Aus-Modus kann das FEMG-Steuermodul die Kupplung 15 zum Einrücken ansteuern, wenn die Kraftmaschine Drehmomentabgabeunterstützung vom Motor/Generator anfordert, und gleichzeitig Zuführung von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 11 zu dem Motor/Generator zur Umwandlung in zusätzliches Drehmoment zur Übertragung zu der Kraftmaschinenkurbelwelle ansteuern.
Darüber hinaus ist das FEMG-Steuermodul dahingehend programmiert, gegen eine unbeabsichtigte zu starke Entladung des Energiespeichers 11 zu schützen. Wenn die Drehmoment- und Drehzahlanforderung des Kraftmaschinenlüfters 7 zum Beispiel über 90% seiner Designhöchstanforderung liegt, wird bei dieser Ausführungsform die Kupplung 15 des Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfers 19 eingerückt, um den Kraftmaschinenlüfter 7 (und infolgedessen auch die anderen eingerückten Kraftmaschinennebenaggregate) von der Kraftmaschinenkurbelwelle mechanisch anzutreiben. Dadurch wird Betrieb des Motor/Generators 3 im Leerlauf- oder Generatormodus gestattet, um eine potenziell schädliche starke Entladung des Energiespeichers 11 zu vermeiden sowie einen Ladungszustand zu vermeiden, in dem die gespeicherte Energie nicht dazu ausreicht, Lasten bei abgeschalteter Kraftmaschine (zum Beispiel Kraftmaschinenstart oder Schlafkabinenunterstützung während Ruhezeiten bei abgeschalteter Kraftmaschine) zu unterstützen.
Ein zusätzlicher Betriebsmodus ist ein Startmodus, der zum anfänglichen Starten einer kalten Kraftmaschine und für Start-Stopp-Funktionalität (das heißt, Ausschalten der Kraftmaschine nach einem Stopp und Neustart, wenn die Fahrt wieder aufgenommen wird) verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Start-Stopp-Funktion durch das FEMG-Steuermodul 13 gesteuert. Liegen geeignete Bedingungen vor (zum Beispiel Ladungszustand des Energiespeichers 11 über einer Mindestschwelle für Kraftmaschinenstart, Fahrzeuggeschwindigkeit von null für eine ausreichende Zeitdauer, Getriebevorrichtung in Leerlaufstellung oder Getriebevorrichtungskupplung ausgerückt, Fahrzeugtüren geschlossen usw.), signalisiert das FEMG-Steuermodul dem Kraftmaschinensteuermodul, die Kraftmaschine auszuschalten, wodurch der Kraftstoffverbrauch und unerwünschter Kraftmaschinenleerlauflärm auf ein Minimum reduziert werden. Soll das Fahrzeug die Bewegung wieder aufnehmen, wie durch ein Signal, beispielsweise Freigabe des Bremspedals oder Betrieb der Getriebevorrichtungskupplung, angezeigt, steuert das FEMG-Steuermodul 13 das Einrücken der Kupplung 15 und Zufuhr von Energie aus dem Energiespeicher 11 für den Betrieb des Motor/Generators 3 zur Erzeugung einer großen Drehmomenthöhe für den Kraftmaschinenstart an. Die Zufuhr von Kraftmaschinenstartdrehmoment erfolgt von einer anfänglichen Motor/Generator-Drehzahl von null in dem Fall, in dem während des Kraftmaschinen-Aus-Zeitraums keine Kraftmaschinennebenaggregatbetriebsanforderung vorlag (in welchem Fall kein Bedarf nach Riemenscheiben-Kurbelwellendrehzahlabstimmung bestehen würde, da beide Seiten der Kupplung auf einer Drehzahl von null liegen würden). Wenn der Motor/Generator 3 die Riemenscheibe 5 zum Antrieb von Kraftmaschinennebenaggregaten während des Ausschaltzeitraums der Kraftmaschine angetrieben hat, würde der Motor/Generator 3 als Alternative dahingehend angesteuert werden, sich bis unter einer Drehzahl zu verlangsamen, unter der bei eingerückter Kupplung 15 eine Kupplungsbeschädigung auftreten würde. Bei einer Klauenkupplung kann dies bei oder nahe einer Drehzahl von null sein, während eine Mehrscheiben-Nasskupplung eine gewisse Relativbewegung zwischen der Riemenscheibenseite und der stationären Kurbelwellenseite der Kupplung besser tolerieren könnte.
Ferner kann das FEMG-System ausreichend Energie dafür speichern, einen Betrieb eines dynamischen Wärmegenerators zum Vorheizen einer kalten Kraftmaschine vor einem Kaltstart zu gestatten, wodurch der Widerstand signifikant reduziert wird, den eine kalte Kraftmaschine dem Motor/Generator während eines Kaltstarts präsentieren würde. Die Verwendung eines dynamischen Wärmegenerators schafft auch die Möglichkeit, die Größe, das Gewicht und die Kosten des Motor/Generators zu verringern, indem die Spitzenkaltstartdrehmomentanforderung, die der Motor/Generator gemäß seiner Ausführung über die erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bereitstellen muss, reduziert wird.
Die Spitzenkaltstartdrehmomentanforderung, die der Motor/Generator gemäß seiner Ausführung über die erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bereitstellen muss, kann auch durch andere Unterstützungsvorrichtungen reduziert werden. Zum Beispiel kann die Größe des Motor/Generators reduziert werden, wenn das Kraftmaschinenstartdrehmoment von einem durch den Druckluftspeicher des Fahrzeugs angetriebenen Druckluftstartermotor ergänzt wird. Die Größe eines Druckluftstartermotors kann auf ein Minimum reduziert werden, um zu gewährleisten, dass er mit den FEMG-Komponenten am vorderen Ende der Kraftmaschine positioniert werden kann, weil der Druckluftstartermotor nicht dazu bemessen sein muss, die Kraftmaschine allein zu starten. Solch eine Kaltstartunterstützung wäre von geringeren Kosten und geringerem Gewicht als die Option des Haltens eines herkömmlichen elektrischen Kraftmaschinenstartermotors zur Drehung des Kraftmaschinenschwungrads und hätte eine vernachlässigbare Auswirkung auf die durch das FEMG-System erzielbaren Verbesserungen bei der Systemenergieeffizienz.
Algorithmen zur Bestimmung der Betriebsdrehzahl von FEMG-Systemkraftmaschinennebenaggregaten und der Motor/Generator-Betriebsdrehzahl.
Eine Ausführungsform einer FEMG-System-Steuerstrategie wird unter Zuhilfenahme der Flussdiagramme der 26 und 27 im Anschluss an einer kurzen Besprechung der zugrundeliegenden Strategiegrundlagen erläutert.
Im Allgemeinen lassen sich größere Kraftstoffeinsparungen durch Maximieren der Zeitdauer, die Kraftmaschinennebenaggregate und andere Komponenten elektrisch statt durch herkömmlicherweise bereitgestellte mechanische Kraftmaschinenenergie angetrieben werden, erzielen. Eine Steuerstrategie, die den Einsatz von elektrischer Energie verbessert, ist ein wesentlicher Teil der Erzielung dieser Verbesserungen. Ein Ansatz der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Anzahl von Komponenten, die elektrisch angetrieben werden können, zu maximieren, während die Anzahl von elektrischen Maschinen, die zum Antrieb der Nebenaggregate erforderlich sind, auf ein Minimum reduziert wird. Statt die meisten oder alle der Energie anfordernden Komponenten des Fahrzeugs mit ihren eigenen Elektromotoren zu versehen, stellt bei der vorliegenden Erfindung somit ein einziger Elektromotor (wie zum Beispiel der Motor/Generator 3) sowohl mechanische Drehmomentabgabe als auch Erzeugung von elektrischer Energie bereit. Der Ansatz mit einem einzigen Motor/Generator ist mit einer Steuerstrategie gekoppelt, die gewährleistet, dass die Bedürfnisse des Kraftmaschinennebenaggregats oder einer anderen Komponente mit der höchsten Anforderung oder der höchsten Priorität erfüllt werden, während gleichzeitig ein ineffizienter Betrieb anderer Nebenaggregate oder Komponenten auf ein Minimum reduziert wird, indem ihr Betrieb in einem praktischen Ausmaß an die Bedingungen angepasst wird, die zum Erfüllen der höchsten Anforderung eingestellt worden sind. Bei der unten besprochenen Steuerstrategie werden einzelne Kraftmaschinennebenaggregate mit Kupplungen versehen, die ihnen in Abhängigkeit von dem Nebenaggregat gestatten, selektiv abgeschaltet zu werden, mit einer von dem Nebenaggregat mit der höchsten Anforderung oder höchsten Priorität vorgegebenen Drehzahl angetrieben zu werden oder unter Verwendung einer Kupplung mit variablem Eingriff mit einer reduzierten Drehzahl angetrieben zu werden.
Wenn die Kraftmaschinennebenaggregate durch die Kraftmaschinenkurbelwelle angetrieben werden, das heißt, wenn die Kupplung 15 eingerückt ist, wird jedes Kraftmaschinennebenaggregat unter einer „Basis“- oder „ursprünglichen“ Steuerstrategie (OCS - original control strategy) mechanisch angetrieben, die dem entspricht, wie diese Nebenaggregate in einer herkömmlichen Kraftmaschinenanwendung ohne ein FEMG-System angetrieben werden würden. Bei einer solchen Strategie weisen die Nebenaggregate einzelne Kupplungen auf, die gemäß ihren einzelnen Basissteuerschemata betätigt werden, wobei ihre Kupplungen auf die gleiche Weise wie bei einer Nicht-Hybrid-Brennkraftmaschinenanwendung vollständig eingerückt, teilweise eingerückt oder ausgerückt werden.
Wenn die Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheits-Kupplung 15 hingegen ausgerückt ist und die Kraftmaschinennebenaggregate damit beginnen, von dem Motor/Generator 3 unter Verwendung von Energie aus dem Energiespeicher 11 angetrieben zu werden, steuert das FEMG-Steuermodul variabel die Drehzahl der Riemenscheibe 5 und somit den Kraftmaschinennebenaggregatantriebsriemen auf eine Art und Weise, die die aktuellen Fahrzeugbedürfnisse erfüllt, ohne mehr Nebenaggregatantriebsdrehmoment bereitzustellen, als unter den aktuellen Betriebsbedingungen erforderlich ist. Unter solch einer VSC-Strategie (VSC - variable speed control / stufenlose Drehzahlregelung) verwendet das FEMG-Steuermodul 13 gespeicherte Daten über die Betriebseigenschaften der einzelnen Kraftmaschinennebenaggregate, um die verschiedenen Nebenaggregate auf eine Weise gleichzeitig zu steuern, die die Höhe der für den Antrieb des Motor/Generators 3 im Motormodus erforderlichen elektrischen Energie weiter minimiert (das FEMG-Steuermodul 13 kann die Nebenaggregate direkt steuern oder Signale an andere Module, wie zum Beispiel das Kraftmaschinensteuermodul, zum Ansteuern der Ausführung der gewünschten Nebenaggregatbetriebe ausgeben). Trotz der Tatsache, dass die effizienteste oder wünschenswerteste Betriebsdrehzahl für jedes Nebenaggregat abgebildet worden ist, können, da der Motor/Generator 3 sämtliche der Kraftmaschinennebenaggregate mit dem gleichen Riemen bei gleicher Riemendrehzahl antreibt, wenn ein Nebenaggregat mit seinem Optimum betrieben wird, darüber hinaus die anderen mit suboptimalen Betriebspunkten betrieben werden. Aus diesem Grunde vergleicht das FEMG-Steuermodul 13 die bevorzugten Betriebsdrehzahlen jedes der Nebenaggregate mit ihren Drehzahlen, wenn sie von dem Motor/Generator 3 mit einer Drehzahl angetrieben werden, die dazu ausreicht, die höchste Nebenaggregatanforderung zu erfüllen, und bestimmt, ob die einzelnen Kupplungen der Nebenaggregate betätigt werden können, um eine einzelne Nebenaggregatdrehzahl zu erzeugen, die näher an der bevorzugten Betriebsdrehzahl des einzelnen Nebenaggregats liegt. Wenn möglich, übersteuert das FEMG-Steuermodul die übliche Nebenaggregatkupplungssteuerstrategie und aktiviert die Nebenaggregatkupplungen nach Bedarf, um einzelne Nebenaggregatdrehzahlen, die eine verbesserte Leistungsstärke bereitstellen, zu liefern.
Die Auswahl geeigneter Drehzahlen für Kraftmaschinennebenaggregate beginnt mit der Bestimmung einer gewünschten idealen Betriebsdrehzahl jedes Nebenaggregats für die aktuellen Betriebsbedingungen unter Verwendung einer Steuerlogik, wie zum Beispiel der in 26 gezeigten.
Bei Start des Algorithmus zur Bestimmung der Nebenaggregatdrehzahl ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S201 Daten über die aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen, die von den Sensoren und anderen Steuerungen des Fahrzeugs erhalten werden, von denen der Großteil dem FEMG-Steuermodul 13 über den CAN-Bus gemäß dem SAE-J1939-Netwerkprotokoll zugeführt werden, aus seinem Speicher 201 ab und bestimmt die aktuellen Betriebsbedingungen. Dieser Vorgang ist ein Prädikat für die Bestimmung in Schritt S202, ob die aktuellen Betriebsbedingungen Betrieb eines bestimmten Nebenaggregats, wie zum Beispiel des Kraftmaschinenlüfters, erfordern. Ist das Nebenaggregat einzuschalten, geht die Routine zu Schritt S203 über, um zu bestimmen, ob das Nebenaggregat über eine einzelne Nebenaggregatmehrstufenkupplung mit dem Nebenaggregatantrieb gekoppelt ist.
Wenn das FEMG-Steuermodul 13 bei Schritt S203 bestimmt, dass solch eine Nebenaggregatkupplung vorhanden ist, geht die Routine zu Schritt S204 über, um zu bestimmen, was die Soll-Nebenaggregatbetriebsdrehzahl für die bestimmte Betriebsbedingung wäre. Im Verlauf der Durchführung von Schritt S204 greift das FEMG-Steuermodul 13 auf Informationen 202, beispielsweise in Form von Nachschlagetabellen, Kennlinien oder mathematischen Funktion, zu, aus denen es eine Nebenaggregatbetriebsdrehzahl ermitteln kann, bei der das Nebenaggregat unter den aktuellen Betriebsbedingungen effizient arbeitet. Bei Schritt S205 vergleicht das FEMG-Steuermodul 13 die bestimmte Nebenaggregat-Soll-Betriebsdrehzahl mit der Drehzahl des Nebenaggregats, wenn dessen Kupplung voll eingerückt ist, und moduliert die Nebenaggregatkupplung zur Einstellung eines geeigneten entsprechenden Kupplungsbetriebszustands (zum Beispiel eines Grads an Kupplungsschlupf bei einer Kupplung mit variablem Schlupf oder eines bestimmten Untersetzungsverhältnisses bei einer Kupplung mit mehreren diskreten Stufen, wie zum Beispiel einer dreistufigen Kupplung). Nach dem Modulieren der Nebenaggregatkupplung wie für die Bedingungen angemessen, überprüft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S207, ob der FEMG-System-Motormodus geendet hat (das heißt, bestimmt, ob der Motor/Generator 3 den Nebenaggregatantrieb über die Riemenscheibe 5 weiter antreiben soll). Wenn das System immer noch im Motormodus arbeitet, kehrt die Steuerung zu dem Beginn des Nebenaggregatdrehzahlbestimmungsprozesses zurück, um die Nebenaggregatdrehzahlbedürfnisse angesichts der laufenden Betriebsbedingungen weiter zu bewerten. Wenn in Schritt S207 bestimmt wurde, dass der Motormodus geendet hat, endet die Routine von 26.
Wenn das FEMG-Steuermodul 13 bei Schritt S203 bestimmt, dass eine mehrstufige Nebenaggregatkupplung nicht vorhanden ist (das heißt, die Nebenaggregatdrehzahl bezüglich der Kraftmaschinendrehzahl nicht moduliert werden kann), geht die Routine direkt zu Schritt S206 über, um die Kupplung des Nebenaggregats dahingehend anzusteuern, das Nebenaggregat vollständig mit dem Nebenaggregatantrieb zu koppeln. Dann wechselt die Steuerung zu Schritt S207, in dem die oben beschriebene Bewertung des Motormodus durchgeführt wird.
Der Algorithmus von 26 ist eine Komponente der in 27 gezeigten Gesamtkraftmaschinennebenaggregatsteuerstrategie der vorliegenden Ausführungsform. Zu Beginn des FEMG-System-Algorithmus ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S301 von dem Batteriemanagementsystem 12 empfangene Daten aus seinem Speicher 201 ab, um den Ladungszustand des Energiespeichers 11 zu bestimmen. Als nächstes ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S302 von den Sensoren und anderen Steuerungen des Fahrzeugs erhaltene Daten über die aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen aus dem Speicher 201 ab, um die aktuelle Betriebsbedingung, unter der die Kraftmaschine arbeitet, zu bestimmen (bei dieser Ausführungsform liefert die Bewertung in Schritt S302 die in Schritt S201 des Nebenaggregatdrehzahlbestimmungsalgorithmus von 26 erforderlichen Informationen und muss somit nicht in Schritt S322 unten wiederholt werden).
Nach der Bestimmung der aktuellen Betriebsbedingungen bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 den Modus, in dem das FEMG-System betrieben werden sollte, und steuert ein Einrücken oder Ausrücken der Kupplung 15 der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 entsprechend an (Schritt S303). Soll sich die Kupplung 15 in einem eingerückten Zustand befinden, in dem die Riemenscheibe 5 mit dem Dämpfer 6 (und somit mit der Kraftmaschinenkurbelwelle) gekoppelt ist, kann die Bestimmung, wie die Nebenaggregate mit der Kraftmaschinenantriebsriemenscheibe 5 betrieben werden sollen, durch das FEMG-Steuermodul 13 oder ein anderes Nebenaggregatsteuermodul durchgeführt werden. In 27 übergibt das FEMG-Steuermodul 13 bei Schritt S311 dem Kraftmaschinensteuermodul (ECM) des Fahrzeugs die Steuerung der Kraftmaschinennebenaggregatkupplungen, das dann Kraftmaschinennebenaggregatdrehzahlen auf eine mit der ursprünglichen Steuerstrategie (OCS - original control strategy) vergleichbare Weise bestimmen kann. Nach Übergabe der Nebenaggregatsteuerung in Schritt S311 endet die Verarbeitung bei Schritt S312.
Wenn bei Schritt S303 bestimmt wird, dass der Motor/Generator 3 die Nebenaggregate elektrisch antreiben soll (das heißt, der „Motormodus“, in dem sich die Kupplung 15 der Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit 19 in einem ausgerückten Zustand befindet, in dem die Riemenscheibe 5 von dem Dämpfer 6 und somit der Kurbelwelle entkoppelt ist), wird der Motor/Generator 3 bei dieser Ausführungsform unter Verwendung der VSC-Strategie (VSC - variable speed control / stufenlose Drehzahlregelung) gesteuert.
Die VSC-Strategie wird hier dadurch implementiert, dass zunächst für jedes Nebenaggregat in Schritt S322 eine bevorzugte Nebenaggregatbetriebsdrehzahl bestimmt wird, wobei Informationen über alle der Eigenschaften und Variablen der Nebenaggregate, die in Schritt S321 bewertet werden, berücksichtigt werden.
Bei Schritt S323 bestimmt das FEMG-Steuermodul 13, ob mindestens ein Nebenaggregat, das durch den Motor/Generator 3 angetrieben werden könnte, eingeschaltet ist, das heißt, sich in einem Zustand befindet, in dem es über die Riemenscheibe 5 durch den Motor/Generator 3 angetrieben werden soll. Besteht unter den aktuellen Bedingungen keine Nebenaggregatbetriebsanforderung, kehrt die Steuerung zu Schritt S303 zurück.
Wenn in Schritt S323 bestimmt wird, dass sich mindestens ein Nebenaggregat in einem eingeschalteten Zustand befindet, bestimmt der FEMG-Steueralgorithmus in Schritt S324, ob mehr als ein Nebenaggregat durch den Motor/Generator 3 angetrieben werden müssen (das heißt, mehr als ein Nebenaggregat eingeschaltet sind). Gibt es nur ein einziges Nebenaggregat mit einer Drehmomentanforderung fährt der Steuerprozess mit einer Subroutine fort, die sich allein auf den Betrieb des einen eingeschalteten Nebenaggregats konzentriert. Somit wird bei Schritt S325 die zum Antrieb des einzelnen Nebenaggregats mit seiner bevorzugten Betriebsdrehzahl erforderliche Motor/Generator-Drehzahl berechnet, die einzelne Antriebskupplung des Nebenaggregats wird in Schritt S326 dahingehend angesteuert, vollständig einzurücken, und der Motor/Generator 3 wird in Schritt S327 dahingehend angesteuert, mit der in Schritt S325 bestimmten Drehzahl zu arbeiten. Da die Motor/Generator-Drehzahl bei dieser Ausführungsform variabel gesteuert wird, kann die Riemenscheibendrehzahl 5 auf genau die Höhe eingestellt werden, die zum Antrieb des Kraftmaschinennebenaggregats mit der höchsten Anforderung erforderlich ist. Dann kehrt die Steuerung zum Start des Steueralgorithmus zurück.
Wenn im Schritt S324 bestimmt wird, dass mehr als ein Nebenaggregat durch den Motor/Generator 3 angetrieben werden müssen, bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 gemäß der VSC-Strategie bei Schritt S328 für jedes Nebenaggregat, welche Motor/GeneratorDrehzahl erforderlich wäre, um das Nebenaggregat mit seiner einzelnen bevorzugten Nebenaggregatbetriebsdrehzahl anzutreiben. Die berechneten Drehzahlen werden dann in Schritt S329 verglichen, um die höchste Motor/Generator-Drehzahlanforderung von den eingeschalteten Nebenaggregaten zu identifizieren. Dann steuert das FEMG-Steuermodul 13 die einzelne Kupplung des Nebenaggregats, das die höchste Motor/GeneratorDrehzahl erfordert, in Schritt S330 dahingehend an, vollständig einzurücken, steuert in Schritt S331 den Motor/Generator 3 dahingehend an, mit der benötigten höchsten Motor/Generator-Drehzahl zu arbeiten. Als Teil der VSC-Strategie steuert das FEMG-Steuermodul in Schritt S332 den Betrieb einzelner Nebenaggregatkupplungen der verbleibenden eingeschalteten Nebenaggregate, die mit einzelnen Kupplungen ausgestattet sind, dahingehend an, den Betrieb dieser Nebenaggregate an die in Schritt S329 eingestellte benötigte höchste Motor/Generator-Drehzahl anzupassen. Da die eingestellte Motor/GeneratorDrehzahl (die zum Bedienen des Nebenaggregats, das die höchste Motor/Generator-Drehzahl erfordert, erforderliche Drehzahl) höher als die Drehzahl ist, die durch verbleibende Nebenaggregate zum Betrieb mit ihren bevorzugten Drehzahlen erforderlich ist, kann, wenn ein Nebenaggregat mit einer einzelnen Kupplung, die teilweise eingerückt ist (zum Beispiel „durchrutschen gelassen“ werden kann), ausgestattet ist, die Kupplung dahingehend angesteuert werden, genug Schlupf zu gestatten, um die Drehzahl ihres Nebenaggregats näher an ihrer bevorzugten Betriebsdrehzahl (wie in Schritt S322 bestimmt) zu lassen. Dann kehrt die Steuerung zum Start des Steueralgorithmus zurück.
Es folgt ein Beispiel für die Ausführung des vorhergehenden Verfahrens für den Fall eines Fahrzeugs mit drei Nebenaggregaten, die von der Kurbelwellenriemenscheibe angetrieben werden, einem Kraftmaschinenlüfter, einem Klimakompressor und einem Luftkompressor.
In diesem Beispiel ist der Kraftmaschinenlüfter mit einer Lüfterkupplung mit Mehrfachdrehzahlfähigkeit, wie zum Beispiel einer dreistufigen Kupplung oder einer Kupplung mit variabler Drehzahl (zum Beispiel einer Viskose-Lüfterkupplung), ausgestattet. Der Klima- und der Luftkompressor weisen einzelne „Ein-/Aus“-Kupplungen mit nur eingerückten und ausgerückten Zuständen auf. Das FEMG-Steuermodul 13 steuert den Betriebszustand jeder der Nebenaggregatkupplungen. Die Enddrehzahl jedes Nebenaggregats ist eine Funktion des Riemenscheibenantriebsverhältnisses, der Motor/Generator-Drehzahl und der Art der Nebenaggregatkupplung (das heißt „Ein/Aus“, variabler Schlupf oder mehrere Untersetzungsverhältnisstufen).
In diesem vereinfachten Beispiel ist für einen gegebenen Satz von Fahrzeugbetriebsbedingungen der bevorzugte Betriebspunkt jedes Nebenaggregats und die entsprechende Motor/Generator-Drehzahl zum Erhalt des bevorzugten Betriebspunkts: Betrieb des Kraftmaschinenlüfters mit 1050 U/min (einer Lüfterdrehzahl, die eine Motor/Generator-Drehzahl von 1050 U/min/1,1 Verhältnis zwischen Lüfterriemenscheibe und Riemenscheibe 5 mal 2:1 Getriebeuntersetzungsverhältnis = 1909 U/min erfordert); Betrieb des Klimakompressors mit 1100 U/min (entsprechend einer Motor/Generator-Drehzahl von 1294 U/min); und Betrieb des Luftkompressors bei 2000 U/min (entsprechend einer Motor/Generator-Drehzahl von 2667 U/min).
Wenn das FEMG-Steuermodul 13 bestimmt, dass der Betrieb des Luftkompressors unter den gegebenen Bedingungen die höchste Priorität hat (zum Beispiel, wenn sich die gespeicherte Druckluftmenge Mindestsicherheitsniveaus für Druckluftbremsbetrieb nähert), steuert das FEMG-Steuermodul 13 den Motor/Generator 3 dahingehend an, mit den 2667 U/min zu arbeiten, die zur Unterstützung der Drehzahlanforderung von 2000 U/min des Luftkompressors erforderlich sind. Diese Motor/Generator-Drehzahl ist jedoch wesentlich höher als die von dem Kraftmaschinenlüfter oder dem Klimakompressor erforderlichen Drehzahlen (bei der Motor/Generator-Drehzahl von 2667 U/min würden die Kraftmaschinenlüfterdrehzahl und die Klimakompressordrehzahl 1467 U/min bzw. 2267 U/min betragen). Das FEMG-Steuermodul 13, das auf die Betriebskennlinien der Kraftmaschinennebenaggregate Zugriff hat, und in Abhängigkeit von der Art der Kupplungen der anderen Nebenaggregate, könnte dann die Eingriffe der Kupplungen dahingehend einstellen, die anderen Nebenaggregate näher an ihren bevorzugten Betriebsdrehzahlen zu betreiben. Wenn der Lüfter zum Beispiel mit einer Kupplung mit variablem Schlupf ausgestattet wäre, könnte das FEMG-Steuermodul einen Lüfterkupplungsschlupf zur Bereitstellung der bevorzugten Kraftmaschinenlüfterdrehzahl von 1100 U/min ansteuern. Obgleich der Klimakompressor möglicherweise nur eine „Ein/Aus“-Kupplung aufweist und somit mit 1467 U/min (statt der bevorzugten Drehzahl von 1050 U/min) angetrieben werden würde, wenn seine Kupplung eingerückt ist, könnte das FEMG-Steuermodul analog dazu Betrieb der „Ein/Aus“-Kupplung des Klimakompressors zum Reduzieren der Arbeitsphase des Klimakompressors bis zu einem Punkt, an dem die aktuelle Luftklimatisierungsanforderung erfüllt werden könnte, ansteuern, indem es die Klimaanlage periodisch mit 1467 U/min betreibt. Dieser Ansatz verleiht dem FEMG-Steuermodul das Vermögen, die Bedürfnisse des Kraftmaschinennebenaggregats mit der derzeit höchsten Anforderung zu erfüllen, während Energieverschwendung durch Antrieb anderer Nebenaggregate mit höheren Drehzahlen als erforderlich oder mit einem unnötig hohen Arbeitszyklus (zum Beispiel 100%) reduziert wird.
In einem weiteren Beispiel kann die Kraftmaschine mit Nebenaggregaten ausgestattet sein, die nicht von einem durch die Riemenscheibe 5 angetriebenen Antriebsriemen getrennt werden können. In solch einem Fall kann das FEMG-Steuermodul 13 bei Betrachtung der Betriebskennlinien bestimmen, dass die größte Gesamtsystemenergieeffizienz durch einen Kompromiss erhalten werden kann. Es sei beispielsweise angenommen, dass der Luftkompressor derzeit die höchste Anforderung aufweist, und es wäre vorzuziehen, den Luftkompressor mit der Drehzahl von 2000 U/min, bei der der Kompressor am effizientesten ist, zu betreiben. Wenn das FEMG-Steuermodul dann bestimmt, dass eine Kraftmaschinenkühlmittelpumpe, die bei der Motor/Generator-Drehzahl von 2667 U/min angetrieben wird, mit einer unerwünscht geringen Leistungsstärke arbeiten würde (das heißt, mit einer Pumpendrehzahl arbeitet, die den Energieverbrauch der Pumpe bedeutend erhöht), und die Fahrzeugbedingungen gestatten, dass der Luftkompressor mit einer geringeren Drehzahl arbeitet (beispielsweise, wenn der aktuelle Bedarf „Auffüllen“ der Druckluftspeichertanks, anstatt Erfüllen einer dringenden sicherheitsrelevanten Druckluftanforderung ist), kann das FEMG-Steuermodul eine geringere Motor/Generator-Drehzahl ansteuern, bei der die Kraftmaschinenkühlmittelpumpe mit einer höheren Leistungsstärke arbeitet (zum Beispiel 2400 U/min), obgleich der Luftkompressor bei dieser Drehzahl mit einer etwas geringeren Leistungsstärke arbeitet, was dazu führt, dass der kombinierte Kraftmaschinenkühlmittelpumpen- und Luftkompressorgesamtbetrieb die Gesamtsystemleistungsstärke im Vergleich zu Betreiben dieser Nebenaggregate mit einer Motor/GeneratorDrehzahl von 2667 U/min erhöht.
Die vorhergehende Offenbarung ist lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung angeführt worden und soll nicht einschränkend sein. Da solche Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen, die den Gedanken und das Wesen der Erfindung beinhalten, für Fachleute ersichtlich sein können, sollte die Erfindung dahingehend ausgelegt werden, alles sich innerhalb des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche befindende und Äquivalente davon mit zu umfassen.
Bezugszeichenliste

1: Luftkompressor
2: Klimakompressor
3: Motor/Generator
4: Zahnräder der Antriebseinheit
5: Riemenscheibe
6: Dämpfer
7: Kraftmaschinenlüfter
8: Kraftmaschine
9: Fahrzeugbatterien
10: DC/DC-Wandler
11: Energiespeicher
12: Batteriemanagementsystem
13: elektronische FEMG-Steuereinheit
14: AC/DC-Umrichter
15: Kupplung
16: Getriebe
17: Flanschwelle
18: Rotorwelle
19: Kupplungs-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit
20: Kraftmaschinenkühlmittel-Kühler
21: Riemenantriebsteile
22: Kupplungsaktuator
23: Kupplungsplatten
24: Kupplungsfeder
25, 26: Klauenkupplungselemente
27: Kupplungsausrückstange
28: Schraubenlöcher
29: Außenverzahnung
30: Innenverzahnung
31, 32: Klauen
33: Feder
34: Lager
35: Getriebegehäuseklappschale
36: Untersetzungszahnrad am Riemenscheibenende
37: mittleres Untersetzungszahnrad
38: Untersetzungszahnrad am Motor/Generator-Ende
39: Lager
40: Löcher
41: Membran
42: Abdeckung
43: Wellenloch
44: Befestigungsflansch
45: Befestigungsring
46: Mutter
47: Kurbelwelle
48: Ölwanne
49: Chassisträger
50: Kraftmaschinentraglager
51: Festigungslager
52: Löcher
53: Löcher
54: Haltearme
55: Motor/Generator-Getriebe-Seite
56: Befestigungszapfen
57: Rotorwellenbohrung
58: Niederspannungsanschluss
59: Hochspannungsanschluss
60: Kühlmittelkanal
61: Kühlkanalteil für Elektronik
62: Kraftmaschinensteuereinheit
64: Sensoren
65: SAE-J1939-Bus
66: Fahrzeugeinrichtungen
67: DC-Bus
68A-68F: Steuerleitungen
69: Transistorsteuerleitung
70: DC/DC-Spannungswandler
71: DC/DC-Wandler
72: 12-V-Batterie
73: 12-V-Lasten
74: DC/DC-Wandler-Transistortreiberschaltung
75: DC/DC-Wandlerausgabe
76: Primärwicklung des Transformators
77: Transformator
78: AC-Phasen-Anschluss
79: Leiterplatte
80: IGBT-Pack
81: IGBT-Treiberschaltungen
82: EMI-Filter und DC-Kondensatoren
83: FEMG-Steuermodul-Mikrosteuerung
101: Motor/Generator-Kupplungspositionssensor
102: Motor/Generator-Drehzahlsensor
103: Kraftmaschinennebenaggregatkupplungspositionen
104: Luftkompressorzustandssensoren
105: Zustandssensoren des dynamischen Wärmegenerators
106: FEMG-Kühlmitteltemperatursensor
107: FEMG-Kühlmitteldrucksensor
108: 12-V-Batterie-Spannungssensor
111: Bremssteuerung
112: Retarder-Steuerung
113: EAC-Steuerung
114: Getriebevorrichtungssteuerung
115: Instrumententafelsteuerung
120: einzelne Kraftmaschinennebenaggregatkupplungen
121: FEMG-Kühlmittelpumpe
201: FEMG-Steuermodulspeicher
202: FEMG-Steuermodulbetriebsparameterspeicher
303: Kupplungsausrückstangenbuchse
304: Buchsenlager
305: Druckluftvorrichtung
306: Befestigungselement
307: Drehmomentarm
308: Ankerpunkt
309: AC-DC-Wandler
310: Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 15/378853 [0001]

Claims

Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung einer Hybridelektroanordnung für eine Brennkraftmaschine, die Folgendes umfasst: einen kraftmaschinenseitigen Teil, der dahingehend ausgeführt ist, zur koaxialen Drehung mit einer drehbaren Welle der Kraftmaschine gekoppelt zu werden, einen antriebsseitigen Teil, der dahingehend ausgeführt ist, einen Kraftmaschinennebenaggregatantrieb anzutreiben, selektiv mit dem kraftmaschinenseitigen Teil in Eingriff gebracht zu werden und von einem Elektromotor an einer Vorderseite des antriebsseitigen Teils gegenüber einer Rückseite des antriebsseitigen Teils, die zu der drehbaren Kraftmaschinen Welle weist, angetrieben zu werden, und einen Eingriffsaktuator, der dahingehend ausgeführt ist, selektiv den antriebsseitigen Teil mit dem kraftmaschinenseitigen Teil in Eingriff zu bringen, wobei der antriebsseitige Teil mindestens ein Teil der Kupplung entlang einer Kupplungsvorrichtungsdrehachse konzentrisch umgibt.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die drehbare Kraftmaschinenwelle eine Kraftmaschinenkurbelwelle ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der kraftmaschinenseitige Teil einen Kurbelwellendämpferteil enthält, der antriebsseitige Teil einen Riemenscheibenteil enthält, der an einem Außenumfang mindestens eine Nebenaggregatantriebsfläche aufweist, die zum Eingriff mit einem Nebenaggregatantrieb ausgeführt ist, und der Eingriffsaktuator eine Kupplung ist, wobei die Kupplung einen kraftmaschinenseitigen Eingriffsteil und einen antriebsseitigen Eingriffsteil enthält, von denen mindestens einer mit dem antriebsseitigen Teil der integrierten schaltbaren Kupplungsvorrichtung gekoppelt oder integral damit ausgebildet ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Nebenaggregatantriebsfläche dahingehend ausgeführt ist, einen Nebenaggregatantriebsriemen anzutreiben.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Außenumfang des kraftmaschinenseitigen Teils eine weitere Nebenaggregatantriebsfläche enthält.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kupplung eine Klauenkupplung ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kupplung eine Scheibenkupplung ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Scheibenkupplung eine Mehrscheibenkupplung ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen Kupplungsaktuator, der dahingehend ausgeführt ist, den kraftmaschinenseitigen Teil der Kupplung und/oder den antriebseitigen Teil der Kupplung axial in den und aus dem Eingriff mit dem jeweils anderen - dem kraftmaschinenseitigen oder dem antriebsseitigen - Teil der Kupplung zu verschieben.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Kupplungsaktuator ein Druckluftaktuator ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Druckluftaktuator dahingehend ausgeführt ist, koaxial zur Vorderseite des antriebsseitigen Teils zu weisen und zur dahingehenden Betätigung einer Kupplungsbetätigungswelle, den kraftmaschinenseitigen Teil der Kupplung und/oder den antriebseitigen Teil der Kupplung axial zu verschieben, ausgerichtet zu sein.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Kupplungsaktuator ein hydraulischer Aktuator ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der hydraulische Aktuator eine Hydraulikdruckversorgung, die dahingehend angeordnet ist, Hydraulikdruck an den kraftmaschinenseitigen Teil der Kupplung und/oder den antriebseitigen Teil der Kupplung anzulegen, und mindestens ein solenoidgesteuertes Ventil, das dahingehend angeordnet ist, das Anlegen und Abbauen des Hydraulikdrucks zum Einrücken oder Ausrücken der Kupplung zu steuern, enthält.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Kupplungsaktuator ein elektrischer Aktuator ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der elektrische Aktuator ein elektrischer Solenoid ist, der dahingehend ausgeführt ist, koaxial zur Vorderseite des antriebsseitigen Teils zu weisen und zur dahingehenden Betätigung einer Kupplungsbetätigungswelle, den kraftmaschinenseitigen Teil der Kupplung und/oder den antriebseitigen Teil der Kupplung axial zu verschieben, ausgerichtet zu sein.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Kupplung durch ein Vorspannelement in eine eingerückte Stellung vorgespannt ist.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich der Riemenscheibenteil des antriebsseitigen Teils der integrierten schaltbaren Kupplungsvorrichtung axial um die Kupplung herum erstreckt.
Integrierte schaltbare Kupplungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei sich der Riemenscheibenteil des antriebsseitigen Teils der integrierten schaltbaren Kupplungsvorrichtung axial um den Dämpferteil des kraftmaschinenseitigen Teils der integrierten schaltbaren Kupplung herum erstreckt.