DE112019004073T5 - Frontmotorgeneratorsystem und betriebsverfahren eines hybridelektrofahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Es werden ein System und Verfahren für Hybrid-Elektro-Verbrennungsmotoranwendungen bereitgestellt, wobei ein Motorgenerator, eine schmale schaltbare Kopplung und eine Drehmomentübertragungseinheit dazwischen angeordnet und in der beschränkten Umgebung an der Vorderseite eines Motors in Anwendungen, wie etwa Nutzfahrzeugen, Geländefahrzeugen und stationären Motorinstallationen, positioniert sind. Der Motorgenerator ist vorzugsweise seitlich versetzt von der schaltbaren Kopplung positioniert, die koaxial mit dem vorderen Ende der Motorkurbelwelle angeordnet ist. Die schaltbare Kopplung ist eine integrierte Einheit, in der sich ein Kurbelwellenschwingungsdämpfer, eine Antriebsriemenscheibe eines Motornebenaggregats und eine ausrückbare Kupplung überlappen, sodass die axiale Tiefe der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer nahezu derjenigen bei einer bzw. einem herkömmlichen Riemenantriebsscheibe und Motordämpfer entspricht. Das Frontmotorgeneratorsystem am vorderen Ende schließt einen elektrischen Energiespeicher ein, der elektrische Energie aufnimmt, die von dem Motorgenerator erzeugt wird, wenn die Kopplung eingerückt ist. Wenn die Kopplung ausgerückt ist, kann der Motorgenerator den Riemenscheibenteil von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer antreiben, um die Motornebenaggregate unter Verwendung von Energie, die von dem Energiespeicher zurückgegeben wird, unabhängig von der Motorkurbelwelle anzutreiben.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridelektrofahrzeuge und insbesondere ein System für die selektive Kopplung eines Hybridelektrogenerator- und -speichersystems mit einem Verbrennungsmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des Systems, einschließend das Betreiben des Systems auf eine Weise, wobei Motornebenaggregatdrehzahlen priorisiert sind.
  • Hybridelektrofahrzeugen, bei denen ein Verbrennungsmotor mit einem Motorgenerator und einem elektrischen Energiespeichersystem kombiniert ist, wurde im Automobilbereich große Aufmerksamkeit geschenkt, besonders im Bereich von Personenkraftwagen. Die Entwicklung von Hybridelektrofahrzeugsystemen hat erst kürzlich bei Nutz- und Geländefahrzeugen, z. B. LKWs und Bussen in den Fahrzeugklassen 2-8, bei Erdbaumaschinen und Bahnanwendungen, und bei durch einen stationären Verbrennungsmotor angetriebenen Installationen großes Interesse auf sich gezogen.
  • Hybridelektrotechnologien bieten zahlreiche Vorteile, einschließend Verbesserungen hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz, Verringerung von Emissionen des Verbrennungsmotors und Fahrzeuggeräuschen, um dazu beizutragen, gesetzlichen Vorschriften zu entsprechen, verbesserte Fahrzeugleistung und geringere Flottenbetriebskosten. Diese Vorteile werden größtenteils durch die Fähigkeit von Hybridelektrosystemen zur Rückgewinnung von Energie, die andernfalls verschwendet werden würde (wie etwa mechanische Energie vom Bremsen, die andernfalls als Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben werden würde) und zum Zurückgeben der zurückgewonnenen Energie zu einem anderen Zeitpunkt bei Bedarf erhalten, wie etwa Antreiben von Fahrzeugkomponenten anstelle der Verwendung des Verbrennungsmotors als die Energiequelle oder Unterstützen des Fahrzeugantriebs.
  • Üblicherweise waren Motorgeneratoren von Hybridelektrofahrzeugen entweder unabhängig von dem Verbrennungsmotor angeordnet (zum Beispiel unter Verwendung von separaten Elektromotoren zum Antreiben und Zurückgewinnen von Energie von Vorderrädern, während der Motor eine Antriebsleistung für die Hinterräder bereitstellt) oder sie waren an den Motor gekoppelt, zum Beispiel integriert in die „Rückseite“ des Motors (d. h. das Ende, an dem sich das Schwungrad des Motors befindet) oder zwischen dem Motor und dem Antriebsstrang zu den Rädern. Diese Position „hinter dem Motor“ ermöglicht der Motorgeneratorausrüstung, ein Drehmoment direkt an den Antriebsstrang und die Räder des Fahrzeugs abzugeben und direkt von dem Antriebsstrang angetrieben zu werden, zum Beispiel während Nutzbremsereignissen. Beispiele des Letzteren schließen Motorgeneratoren vom Schwungradtyp, wobei das Schwungrad eines herkömmlichen Motors modifiziert ist, um als ein Motorgeneratorrotor zu dienen und ein konzentrisch montierter Stator um das Schwungrad angeordnet ist, und separate Elektromotoren ein, die zwischen dem Motor und den Antriebsrädern angeordnet sind, wie etwa bei dem sogenannten „Two-Mode-Hybrid“-Getriebe, das von General Motors in dem leichten Pickup 2009 GMC Silverado angeboten wird, bei dem im Getriebe zwei Elektromotoren für den Fahrzeugantrieb und die Erzeugung von elektrischer Energie untergebracht sind.
  • Eine andere Form des Hinzufügens eines Motorgenerators zu einem Verbrennungsmotor ist die Verwendung von sogenannten Startergeneratoren. Bei diesem Ansatz wird ein Elektromotor direkt an einen Motor gekoppelt, um sowohl als ein elektrischer Generator (eine Funktion, die herkömmlicherweise von einem herkömmlichen riemengetriebenen Alternator ausgeführt wird) als auch als ein Motoranlasser zu dienen, wodurch das Gewicht und die Kosten von Elektromotoren mit doppeltem Alternator und Anlasser verringert werden. Derartige Startergeneratorinstallationen sind besonders bei sogenannten Motor-Start-Stopp-Systemen nützlich, die den Motor während Zeiträumen abschalten, in denen das Fahrzeug steht, um Kraftstoff zu sparen und Emissionen im Leerlauf zu verringern. Startergeneratoren befanden sich hinter dem Motor (zum Beispiel kann ein auf geeignete Weise entwickelter Schwungrad-Motorgenerator auch als ein Anlasser verwendet werden) und waren auch an dem vorderen Ende eines Motors montiert, wo der Startergenerator einen Riemen antreiben kann, der direkt an die Motorkurbelwelle gekoppelt ist. Ein Beispiel des letztgenannten Systems ist das System aus „Riemen-Alternator-Anlasser“, das von General Motors in dem SUV 2007 Saturn Vue als eine Option angeboten wurde. Es ist sehr schwierig, diese Systeme an große Motoren, wie etwa Dieselmotoren in Nutzfahrzeugen, anzupassen, da der Elektromotor größer sein muss, um mit dem viel höheren Drehmomentbedarf dieser Hochleistungsmotoren zurechtzukommen, wie etwa Starten und Betreiben verschiedener Komponenten (zum Beispiel kann ein Motorkühllüfter mehr als 50 KW Leistung benötigen, eine Last, die eine große Menge an Drehmoment zum Antreiben des Keilriemens erfordert). Ferner muss der Riemenantrieb in einem solchen vergrößerten System die Fähigkeit besitzen, die großen Mengen an Drehmoment zu übertragen, etwas, das unmöglich oder zumindest nicht umsetzbar sein kann, da dickere und breitere Antriebsriemen und Riemenscheiben, die ausreichen, um mit dem Drehmomentbedarf umzugehen, so viel größer und schwerer sein können als ihre Gegenstücke im Automobilbereich, dass sie im Hinblick auf Gewicht, Größe und/oder Kosten untragbar sind.
  • Ein anderer Ansatz für die Elektrifizierung ist die Verwendung von mehreren einzelnen Elektromotoren, um den Motor und Fahrzeugnebenaggregate, die Energie verbrauchen, wie etwa Klimaanlagenkompressoren, Servolenkungspumpen, Luftkompressoren, Motorkühllüfter und Kühlmittelpumpen, einzeln anzutreiben, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, indem die Zusatzbelastung von dem Motor entfernt wird. Mit diesem Ansatz werden das Fahrzeuggewicht, die Kosten, und die Länge von Leitungen des Kabelbaums und des Steuersystems und die Komplexität deutlich erhöht, wodurch möglicherweise Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffersparnis oder Verringerung von Emissionen aufgehoben werden, die durch das Entfernen einer Zusatzbelastung des Motors von dem Motor bereitgestellt werden.
  • Die Hybridelektrofahrzeugsysteme des Standes der Technik weisen eine Anzahl von Nachteilen auf, die ihre Einführung bei Anwendungen, wie etwa Nutzfahrzeugen, verhindert haben. Dazu gehören: technische Schwierigkeiten, die mit dem Versuch in Zusammenhang stehen, Hybridelektroantriebsstrangkomponenten zu vergrößern, um mit der sehr hohen Drehmomentausgabe von großen Motoren (üblicherweise Dieselmotoren mit einer hohen Drehmomentausgabe) umzugehen; die Wechselbeziehung des Betriebs von Motor und Motorgenerator dadurch, dass diese Komponenten entweder in die Rückseite des Motors oder direkt in den Antriebsstrang integriert sind (d. h. sowohl der Motor als auch der Motorgenerator müssen sich zusammen drehen, auch wenn eine Drehung des einen oder des anderen nicht notwendig oder sogar nachteilig für die gesamte Betriebseffizienz des Fahrzeugs ist); und die Unfähigkeit, unabhängig „Hotel“-Lasten (z. B. Klimatisierung über Nacht und Strombedarf von 120 Volt in einer Nutzfahrzeug-Zugmaschinen-Schlafkabine) zu entsprechen, ohne entweder den Motor des Fahrzeugs zu betreiben oder ein separates fahrzeugseitiges Hilfsaggregat (Auxiliary Power Unit - „APU“) zu betreiben, wie etwa ein dediziertes eigenständiges Verbrennungsmotorpaket oder ein dediziertes Batteriepaket, das mehrere herkömmliche Batterien und zugehörige Hilfsausrüstung einschließt. Diese Hilfsaggregate sind sehr teuer (üblicherweise mehrere tausend Dollar) und schwer und benötigen viel Platz in einem Fahrzeug mit einem bereits beschränkten Platzangebot. Sie weisen außerdem weitere Nachteile auf: im Falle einer APU mit Kraftstoffverbrennung, die möglichen Risiken, die mit offenen Flammen und der Erzeugung von Kohlenstoffmonoxid in Zusammenhang stehen, das während der Ruhezeiten des Fahrers in die Schlafkabine eindringen kann, und im Falle einer vollelektrischen APU, dass möglicherweise nicht genug Energie zurückgegeben werden kann, um jeden Bedarf der Nebenaggregate des Fahrzeugs für längere Zeit bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor zu decken.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Übersicht über primäre Frontmotorgeneratorsystemkomponenten.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden diese und andere Probleme gelöst, indem ein Hybridelektrofahrzeugsystem bereitgestellt wird, das sich an einem vorderen Ende eines Motors befindet, wobei ein Motorgenerator auf eine Weise angeordnet ist, die eine geringe oder gar keine Erweiterung der Länge der Fahrzeugfront erforderlich macht. Wie in dieser Beschreibung verwendet, ist das „vordere Ende“ des Motors das Ende, das dem Ende gegenüberliegt, von dem aus eine vom Motor erzeugte Drehmomentausgabe zu den primären Drehmomentabnehmern, wie etwa dem Getriebe eines Fahrzeugs und Antriebsachsen oder einem Verbraucher einer stationären Motorinstallation, wie etwa einem Pumpenantrieb, übertragen wird. Üblicherweise ist das hintere Ende eines Motors dort, wo sich das Schwungrad des Motors befindet und das vordere Ende ist dort, wo sich Komponenten, wie etwa motorgetriebene Nebenaggregate befinden (z. B. Klimaanlage und Druckluftkompressoren, Motorkühllüfter, Kühlmittelpumpen, Servolenkungspumpen). Obwohl die folgenden Erörterungen vorrangig auf Nutzfahrzeugausführungsformen fokussiert sind, bei denen die Motorkurbelwelle mit der Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf Motoranwendungen mit einem Frontmotor und einer Längsausrichtung beschränkt, sondern kann auch mit quer montierten Motoren (einschließend quer montierte Motoren, die sich an der Front oder dem Heck eines Fahrzeugs befinden) verwendet werden, die auch Umgebungen mit sehr wenig Platz in dem Bereich neben dem Ende des Motors gegenüber dem Schwungradende aufweisen können.
  • Vorzugsweise weist das Frontmotorgeneratorsystem der vorliegenden Erfindung den Motorgenerator auf, der sich in dem vorderen Bereich des Motors befindet, seitlich versetzt zu der Seite der Drehachse der Motorkurbelwelle. Der Motorgenerator wird vorzugsweise an einem Drehmomentübertragungssegment (auch als eine „Antriebseinheit“ bezeichnet) unterstützt, zum Beispiel ein Flachgetriebe mit geringer Tiefe und Einfachübersetzung, das mit seiner Eingangsdrehachse koaxial mit der Motorkurbelwelle angeordnet ist. Der Motorgenerator ist vorzugsweise entweder hinter dem Drehmomentübertragungssegment in einem Raum zwischen dem Motor und einem benachbarten längslaufenden Fahrgestellrahmenelement oder vor dem Drehmomentübertragungssegment in einem Raum unter dem Kühlmittelkühler des Fahrzeugs positioniert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Positionen für den Motorgenerator beschränkt, er kann sich jedoch stattdessen überall in dem Bereich in der Nähe der Vorderseite des Motors befinden, solange sich das Drehmomentübertragungssegment, an dem er montiert ist, mit der Drehachse der Motorkurbelwelle ausrichten kann.
  • Vorzugsweise liefert das Drehmomentübertragungssegment auch ein geeignetes Übersetzungsverhältnis zwischen seinen Ein- und Ausgängen (z. B. ein Verhältnis von 2:1), um die Drehzahlen des Motors und Motorgenerators besser aneinander anzupassen, d. h. Bereitstellen eines Drehzahlanstiegs von dem Motor zu dem Motorgenerator und einer Drehzahlreduktion von dem Motorgeneratorausgang. Bei dem Drehmomentübertragungssegment kann es sich um ein Getriebe mit Zahnrädern oder eine andere Antriebsanordnung, wie etwa einen Kettenriemen, auf einer Motorgeneratorseite einer ausrückbaren Kopplung (weiter unten erörtert) zwischen der Motorkurbelwelle und dem Drehmomentübertragungssegment handeln, wodurch ein Drehmoment zwischen dem Motorgeneratorende und dem Motorende des Drehmomentübertragungssegments übertragen wird. Das Drehmomentübertragungssegment weist ein axial schmales Profil auf, um zu ermöglichen, dass es zwischen der Vorderseite der Motorkurbelwelle und beliebigen Komponenten vor dem Motor, wie etwa dem Kühlmittelkühler des Motors, untergebracht werden kann.
  • Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass der Motorgenerator ein Drehmoment mit der Motorkurbelwelle über eine schaltbare Kopplung (d. h. ausrückbar) zwischen dem Drehmomentübertragungssegment und dem vorderen Ende der Kurbelwelle austauscht. Die schaltbare Kopplung schließt einen motorseitigen Teil, der direkt an die Motorkurbelwelle gekoppelt ist, einen Antriebsteil, der in den motorseitigen Teil eingreifen kann, um ein Drehmoment dazwischen zu übertragen, und eine Eingriffsvorrichtung, vorzugsweise eine axial betätigte Kupplung zwischen dem Antriebsteil und dem motorseitigen Teil, ein. Der motorseitige Teil der Kopplung schließt einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer (nachfolgend ein „Dämpfer“) ein, im Unterschied zu einem herkömmlichen Kurbelwellendämpfer, bei dem es sich herkömmlicherweise um ein separates Element handelt, das an der Kurbelwelle als eine dedizierte Kurbelwellenschwingungsunterdrückungsvorrichtung fixiert ist. Diese Anordnung ermöglicht eine Übertragung von Drehmoment zwischen dem Nebenaggregatetrieb, dem Motorgenerator und dem Motor auf eine flexible Weise, zum Beispiel wobei der Nebenaggregatetrieb von unterschiedlichen Drehmomentquellen (z. B. dem Motor und/oder dem Motorgenerator) angetrieben wird, wobei der Motor die Quelle von Drehmoment zum Antreiben des Motorgenerators als ein elektrischer Generator ist und/oder wobei der Motorgenerator an den Motor gekoppelt ist und als ein Elektromotor betrieben wird, um als eine zusätzliche Drehmomentquelle des Fahrzeugantriebs zu wirken.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei der schaltbaren Kopplung um eine integrierte Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer, welche die Kupplung zwischen dem motorseitigen Dämpferteil und dem Antriebsteil aufweist. Der antriebsseitige Teil schließt einen Antriebsflansch ein, der konfiguriert ist, um an das Motorende des Drehmomentübertragungssegments gekoppelt zu sein, wobei der Antriebsflansch auch einen oder mehrere Antriebsriemenscheibenabschnitte an seinem Außenumfang einschließt. Bei dieser bevorzugten Konfiguration sind außerdem alle drei der Riemenscheibe, der Kupplung und des Dämpfers konzentrisch angeordnet, wobei mindestens zwei dieser Elemente einander entlang ihrer Drehachse teilweise überlappen. Aus dieser Anordnung ergibt sich eine ausrückbare Kopplung mit einer stark minimierten axialen Tiefe, um die Montage eines FEMG in der Umgebung mit beschränktem Platzangebot vor einem Motor zu vereinfachen. Die axiale Tiefe der Kopplung kann ferner minimiert werden, indem die axiale Tiefe der Kupplung, der Riemenscheibe und des Dämpfers zu einem Punkt verringert wird, an dem sich die Antriebsriemenscheibe konzentrisch vollständig oder zumindest im Wesentlichen vollständig um die Kupplung und den motorseitigen Dämpferteil der Kopplung erstreckt.
  • Alternativ können einer oder mehrere der drei Teile Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer nach Bedarf koaxial, jedoch nicht axial überlappend mit den anderen Teilen angeordnet sein, um zu den bestimmten Frontanordnungen von Motoren von unterschiedlichen Motorenlieferanten zu passen. Zum Beispiel muss bei einer Motoranwendung, bei der ein Riemenantrieb nicht mit dem Dämpfer ausgerichtet ist (d. h. der Dämpfer weist keine Riemenantriebsnuten um seinen Außenumfang auf, wie etwa bei einigen Motoranordnungen von Cummins®), die Riemenantriebsfläche des Riemenscheibenteils der Kopplung den Dämpfer nicht axial zu überlappen. Bei anderen Anwendungen mit Riemenantriebsflächen an dem Außenumfang des Dämpfers und einer weiteren Riemenantriebsfläche an einer Riemenscheibe, die vor dem Dämpfer montiert ist, wie etwa bei einigen Motoren von Detroit Diesel®, kann die Kopplung, die anstelle des ursprünglichen Dämpfers und der ursprünglichen Riemenscheibe verwendet wird, mit beiden Riemenantriebsflächen an einer Riemenscheibe angeordnet sein, die sich axial über den Dämpfer erstreckt (d. h. der Dämpfer überlappt im Wesentlichen sowohl den Dämpfer als auch die Kupplung vollständig axial), oder die Riemenantriebsfläche an dem Außenumfang des Dämpfers kann beibehalten werden (zum Beispiel um Motornebenaggregate anzutreiben, die niemals von der Kurbelwelle getrennt sind, wie etwa eine Motorkühlmittelpumpe), während sich die andere Riemenantriebsfläche an dem Riemenscheibenelement befindet, das sich axial über die Kupplung erstreckt.
  • Obwohl in der nachfolgenden Beschreibung auf das Verbinden des Dämpferteils der schaltbaren Kopplung mit der Motorkurbelwelle Bezug genommen wird, ist die Motorverbindung mit einer schaltbaren Kopplung nicht darauf beschränkt, mit der Kurbelwelle verbunden zu sein, sondern sie kann mit einer beliebigen drehbaren Welle des Motors verbunden werden, die von der Vorderseite des Motors zugänglich und dazu in der Lage ist, ein Drehmoment zwischen dem Motor und dem Motorgenerator zu übertragen, wie etwa eine von einer Kurbelwelle angetriebene Zwischenwelle oder eine auf geeignete Weise entwickelte Nockenwelle, die ein von vorn zugängliches Wellenende aufweist. Ferner ist, obwohl in der nachfolgenden Beschreibung auf das Verbinden eines Teils der schaltbaren Kopplung, der den Dämpfer aufweist, mit der Motorkurbelwelle Bezug genommen wird, die motorseitige Verbindung der schaltbaren Kopplung nicht auf einen Teil beschränkt, der einen Dämpfer aufweist, sondern schließt Teile ohne Dämpfer (wie etwa ein Scheibenelement) ein, die dazu in der Lage sind, mit einer drehbaren Motorwelle verbunden zu werden, während ein motorseitiges Teil der ausrückbaren Kopplung gestützt wird (wie etwa Halten einer motorseitigen Kupplungsscheibe der schaltbaren Kopplung gegenüber einer Kupplungsscheibe auf der Seite der Riemenscheibe).
  • Der FEMG-Motorgenerator ist vorzugsweise elektrisch an eine Speichereinheit für elektrische Energie (hier auch als ein „Energiespeicher“ bezeichnet) gekoppelt. Dieser Energiespeicher schließt vorzugsweise sowohl Batterien, die für eine langfristige Energiespeicherung mit hoher Kapazität geeignet sind, wie etwa auf Lithiumchemie basierende Batterien, die dazu in der Lage sind, große Mengen an Energie bei mäßigen Lade-/Entladeraten zu speichern und zurückzugeben, als auch Superkondensatoren ein, die dazu in der Lage sind, elektrische Energie bei sehr hohen Lade-/Entladeraten aufzunehmen und freizusetzten, die über die Fähigkeit der Lithiumbatterien zur sicheren Handhabung hinausgehen können. Diese Kombination liefert einen Energiespeicher, der mit dem Motorgenerator zusammenarbeiten kann, um elektrischen Strom für kurze Zeiträume auf einem Niveau zu absorbieren und/oder zu entladen, das höher ist als normal (d. h. über eine breitere Spanne von Motorgeneratoreingangs- oder -ausgangslasten als mit Batteriezellen handhabbar), während auch eine batteriebasierte langfristige Energiespeicherung und eine Rückführung bei niedrigeren Lade- und Entladeraten bereitgestellt werden.
  • Obwohl die vorliegende Offenbarung hauptsächlich auf die Verwendung des FEMG-Systems in Fahrzeuganwendungen (insbesondere auf Nutzfahrzeuganwendungen) gerichtet ist, ist das FEMG-System auch für die Verwendung mit stationären Motorinstallationen (zum Beispiel Reservedieselgeneratoren), Geländemotoranwendungen, wie etwa selbstfahrende Baumaschinen und andere Motoranwendungen gut geeignet, bei denen der verfügbare Platz zum Bereitstellen einer Hybridelektrofunktion an der Vorderseite des Motors begrenzt ist.
  • Übersicht über einen FEMG-Antrieb von Motornebenaggregaten: Motornebenaggregate wurden herkömmlicherweise von einem Riemen angetrieben, wobei sie direkt von der Motorkurbelwelle über eine Antriebsriemenscheibe angetrieben werden, die an der Kurbelwelle verschraubt ist. In dem FEMG-System werden die Motornebenaggregate auch von einer Riemenscheibe angetrieben, die Riemenscheibe befindet sich jedoch auf der Motorgeneratorseite von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer (der zuvor identifizierte „Antriebsteil“). Die Riemenscheibe der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer wird entweder von dem Motor angetrieben, wenn die Kopplung eingerückt ist, oder von dem Motorgenerator, wenn die Kopplung ausgerückt ist. Wenn Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer gelöst sind, sind alle der Motornebenaggregate, die von der Riemenscheibe angetrieben werden, von dem Motor getrennt, wobei ihr entsprechender Energiebedarf vom Motor entfernt wird. Durch diese Isolierung der Nebenaggregate von dem Motor wird der Kraftstoffverbrauch verringert, wenn der Motor läuft. Zusätzlich kann, da die Nebenaggregate unabhängig von dem FEMG-Motorgenerator über das Drehmomentübertragungssegment angetrieben werden können, während die Kopplung ausgerückt ist, der Motor mit wenigen oder gar keinen parasitären Lasten abgeschaltet oder im Leerlauf betrieben werden, während das Fahrzeug stillsteht, um Kraftstoff zu sparen und Emissionen zu verringern.
  • Ferner können Vorteile hinsichtlich der Systemeffizienz erhalten werden, wenn Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer gelöst sind, da die Betriebsdrehzahl des Motorgenerators nach Belieben variiert werden kann, um eines oder mehrere der Motornebenaggregate mit einer Drehzahl zu betreiben, die eine erhöhte Betriebseffizienz bereitstellt, während andere Motornebenaggregate mit Drehzahlen mit einer suboptimalen Effizienz betrieben werden, wenn dadurch der Gesamtenergieverbrauch verringert wird.
  • Vorzugsweise können, um die Systemeffizienz zu erhöhen, einige oder alle der Motornebenaggregate mit individuellen Antriebskupplungen (entweder ein-/abgeschaltet oder Eingriff mit variablem Schlupf) versehen sein, um einen selektiven Betrieb von Motornebenaggregaten zu ermöglichen, während andere Motornebenaggregate abgeschaltet sind oder mit verringerter Drehzahl betrieben werden. Die Kombination der Fähigkeit zum Betreiben des Motorgenerators mit variablen Drehzahlen und der Fähigkeit zum selektiven Einrücken, teilweisen Einrücken und Ausrücken einzelner Nebenaggregatkupplungen bietet die Möglichkeit zum Abstimmen des Energieverbrauchs von Nebenaggregaten lediglich auf das, was für die aktuellen Betriebsbedingungen benötigt wird, wobei ferner die gesamte Systemeffizienz erhöht wird.
  • Alternativ kann, wenn ein Motornebenaggregat einen hohen Leistungsaufnahmebedarf aufweist, der in dem aktuellen Fahrzeugbetriebszustand erfüllt werden muss, der Motorgenerator mit einer Drehzahl angetrieben werden, die sicherstellt, dass das Motornebenaggregat mit dem höchsten Bedarf je nach Bedarf funktionieren kann, während andere Nebenaggregate mit einer Effizienz unterhalb des Optimums betrieben oder durch ihre jeweiligen Kupplungen (wenn sie damit ausgestattet sind) von dem Motorgeneratorantrieb getrennt werden.
  • Vorzugsweise führt eine FEMG-Steuerung, weiter unten erörtert, einen Algorithmus aus, mit dem Faktoren, wie etwa Betriebseffizienzdaten von Motornebenaggregaten und Informationen zum aktuellen Fahrzeugbetriebszustand (z. B. Ladezustand (State of Charge - „SOC“) des Energiespeichers, Bedarf hinsichtlich der Motordrehmomentausgabe, Kühlmitteltemperatur) beurteilt werden, um eine Kombination von Fahrzeugbetriebsparametern (z. B. individuelle Kupplungseingriffe von Motornebenaggregaten, Nebenaggregatbetriebsdrehzahlen, Drehzahl und Eingriffszustand von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer, Motorgeneratordrehzahl und Drehmomentausgabe) auszuwählen, um eine Kompromisskonfiguration von Kopplungs- und Kupplungseingriffszuständen und Komponentenbetriebsdrehzahlen zu bestimmen, mit der Betriebsanforderungen des Fahrzeugs erfüllt werden, während der Kraftstoff- und Energieverbrauch verringert werden. Zum Beispiel kann, obwohl das Bereitstellen einer besseren Gesamtsystemeffizienz erreicht werden kann, indem der Motorgenerator mit einer Drehzahl und einer Drehmomentausgabe betrieben wird, durch die so viele Motornebenaggregate wie möglich in ihren oder in der Nähe ihrer Höchstzustände(n) hinsichtlich der Betriebseffizienz platziert werden, eine bestimmte Fahrzeuganforderung (wie etwa die Anforderung hinsichtlich des Betriebs des Motorkühllüfters mit hohem Drehmomentbedarf zum Regeln der Motorkühlmitteltemperatur) dazu führen, dass der FEMG die Drehzahl und/oder Drehmomentausgabe steuert, um sicherzustellen, dass der bestimmte Bedarf gedeckt ist und dann die anderen einzelnen von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer angetriebenen Motornebenaggregate auf eine unter den vorliegenden Fahrzeugbetriebsbedingungen so effiziente Weise wie möglich betreibt.
  • Gleichermaßen kann die FEMG-Steuerung, wenn der Strombedarf im Hinblick auf das Fahrzeugantriebsdrehmoment von dem Motor hoch ist (und es der Ladezustand des Energiespeichers zulässt), Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer steuern, damit sie in einen Eingriffszustand wechseln und dem Motorgenerator befehlen, die Motorkurbelwelle mit zusätzlichem Drehmoment zu versorgen, um die gesamte Ausgabe von Antriebsdrehmoment zu erhöhen, auch wenn dies dazu führt, dass die Motornebenaggregate mit einer Effizienz angetrieben werden, die unter dem Optimum liegt, da ihre Drehzahlen an die Kurbelwellendrehzahl gebunden sind.
  • Übersicht über die Verwendung von Motorgeneratoren:
  • Wenn es die Betriebsbedingungen ermöglichen, können Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer so in Eingriff genommen werden, dass mechanische Energie durch den Motorgenerator von der Motorkurbelwelle zurückgewonnen werden kann (d. h. Rückgewinnung mechanischer Energie von den Rädern, die zu dem Motorgenerator durch den Antriebsstrang zu der Motorkurbelwelle übertragen wird). Zum Beispiel kann die Kupplung während Abbremsereignissen eingerückt werden, um zu ermöglichen, dass der Motorgenerator in einem Nutzbremsmodus als ein Generator dient, einem Modus, der auch zu Kosteneinsparungen durch einen verringerten Verschleiß von Bremsbacken oder Bremsschuhen und Einsparungen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs führt, indem die Verwendung von Bremsluft und der damit verknüpfte Verbrauch von Druckluft minimiert werden, wodurch wiederum die Verwendung eines Luftkompressors und der Energieverbrauch verringert werden. Die Kupplung kann auch eingerückt werden, wenn ein beliebiger anderer „negativer Drehmoment“-Bedarf vorliegt, wie etwa wenn eine Anforderung zum Bereitstellen einer Verzögerungskraft zum Minimieren einer unerwünschten Fahrzeugbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft vorliegt, wenn das Fahrzeug einen Berg herunterfährt.
  • Wenn die lösbare Einheit aus Riemenscheibe, Kupplung und Dämpfer in Eingriff genommen wird und es die Betriebsbedingungen zulassen, kann der Motorgenerator als ein Drehmoment erzeugender Motor betrieben werden, um die Motorkurbelwelle mit zusätzlichem Drehmoment zu versorgen, wodurch die gesamte Drehmomentausgabe erhöht wird, die dem Antriebsstrang des Fahrzeugs zugeführt wird, um die Fahrzeugbeschleunigung zu verbessern.
  • Eine andere Verwendungsform des Motorgenerators ist der primäre Motoranlasser, wodurch die Notwendigkeit eines schweren, dedizierten Anlassermotors entfällt. In diesem Betriebsmodus werden Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer in Eingriff genommen, um zu ermöglichen, dass ein Motorgeneratordrehmoment direkt auf die Motorkurbelwelle übertragen wird. Diese Verwendungsform des Motorgenerators ist sehr gut für die Betriebseigenschaften des Motorgenerators geeignet, da er dazu in der Lage ist, eine sehr hohe Drehmomentausgabe, beginnend bei null U/min zu erzeugen und das nahezu verzögerungsfrei. Die sehr schnelle Reaktionszeit des Motorgenerators und die Fähigkeit, dies mehrfach zu tun, ohne zu überhitzen, machen ein FEMG-System zu einer ausgezeichneten Wahl für die Verwendung als der primäre Anlassermotor des Motors in einem kraftstoffsparenden Motor-„Start-Stopp“-System, in dem der Motor mehrmals täglich gestartet und abgestellt wird. Die Fähigkeit der kurzen Reaktionszeit für ein erneutes Starten ist bei Start-Stopp-Systemanwendungen sehr erwünscht, bei denen es durchaus bekannt ist, dass Fahrer ihren Unmut über jede erhebliche Verzögerung hinsichtlich des automatischen Motorneustarts als Reaktion auf die Aufforderung des Fahrers, wieder loszufahren (üblicherweise eine Aufforderung, die erzeugt wird, indem das Bremspedal des Fahrzeugs losgelassen wird, nachdem eine Ampel auf grün geschaltet hat), ausdrücken. Zum Beispiel finden Fahrer üblicherweise eine Verzögerung von einer Sekunde oder mehr, bevor der Motor startet und das Fahrzeug losfährt, zumindest lästig, wenn nicht sogar vollkommen inakzeptabel.
  • Alternativ kann der Motorgenerator des FEMG-Systems als ein Motoranlasser betrieben werden, der mit einem pneumatischen Anlassermotor zusammenarbeitet, der gespeicherten Druckluftdruck in eine mechanische Drehmomentausgabe umwandelt (wobei ein pneumatischer Anlasser üblicherweise leichter und günstiger ist als ein herkömmlicher elektrischer Anlassermotor). Das Gewicht und die Kosten des FEMG-Systems können mit einer kombinierten FEMG-/pneumatischen Anlasseranordnung verbessert werden, da die zusätzliche Drehmomentausgabe des pneumatischen Anlassers eine Verringerung der Größe des FEMG-Motorgenerators ermöglichen kann, falls die höchste zu erwartende Drehmomentausgabe an dem FEMG-Motorgenerator mit dem Starten des Motors (insbesondere Kaltstart des Motors) verknüpft ist. In einem solchen Fall kann der FEMG-Motorgenerator bemessen sein, um den Drehmomentbedarf des nächstniedrigeren Bedarfs (zum Beispiel der höchste zu erwartende Drehmomentbedarf von der anspruchsvollsten Kombination von Motornebenaggregaten) zu erfüllen, wobei der pneumatische Anlasser verfügbar ist, um das zusätzliche benötigte Drehmoment zum Starten des Motors bereitzustellen, das über dasjenige hinausgeht, das von dem kleineren FEMG-Motorgenerator bereitgestellt wird.
  • Der Motorgenerator kann auch von dem Motor durch die eingerückte Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer auf eine Weise angetrieben werden, durch welche die Notwendigkeit entfällt, den Motor mit einem schweren, dedizierten Alternator auszustatten, um Betriebsspannung für elektrische Schaltungen eines typischen Fahrzeugs mit 12 Volt Gleichstrom, wie etwa Fahrzeugbeleuchtungsschaltungen, die Stromversorgung von elektronischen Modulen und mit 12 V betriebene Fahrerkomfortmerkmale (beheizte Sitze, die Elektrik in einer Schlafkabine usw.), bereitzustellen. In einem FEMG-System kann die benötigte Stromversorgung von 12 V ohne Weiteres von einem Spannungswandler bereitgestellt werden, der die Betriebsspannung des Energiespeichers (von etwa 300-400 Volt) auf die 12 Volt verringert, welche die elektrischen Schaltungen des Fahrzeugs benötigen. Demnach wird durch die Erzeugung von elektrischer Energie durch den Motorgenerator zum Aufladen des Energiespeichers eine Quelle von elektrischer Energie mit 12 V bereitgestellt, welche die Beseitigung eines herkömmlichen motorgetriebenen Alternators ermöglicht. Durch die Speicherung von großen Mengen an Energie in dem Energiespeicher ergibt sich auch die Möglichkeit zum Entfernen eines zusätzlichen Gewichts und zusätzlicher Kosten von dem Fahrzeug, indem die Anzahl der enthaltenen 12 V-Batterien verringert wird, die benötigt werden, um den verschiedenen Anforderungen des Fahrzeugs zu entsprechen. Zum Beispiel benötigt ein Fahrzeug, das herkömmlicherweise vier getrennte 12 V-Batterien aufweisen kann, möglicherweise nur eine einzige 12 V-Batterie zusammen mit dem Energiespeicher.
  • Gleichermaßen kann ein Spannungswandler verwendet werden, um das Fahrzeug direkt mit 120 Volt Wechselstromleistung zu versorgen, zum Beispiel in der Schlafkabine für die Nutzung von Geräten oder der Klimaanlage oder in einem angehängten Anhänger, um Anhängervorrichtungen, wie etwa Kühleinheiten, zu betreiben (Letzteres vorzugsweise mit einer Anhängerverbindung zu dem CAN-System des Fahrzeugs für eine auf die Zugmaschine zentrierte Überwachung und Steuerung der Nebenaggregate des Anhängers). Wenn der Energiespeicher konzipiert ist, um genug Speicherkapazität bereitzustellen, kann das FEMG-System auch die Notwendigkeit der Ausstattung eines Fahrzeugs mit einem teuren und schweren durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen Hilfsaggregat beseitigen, um den Fahrzeugbetrieb zu unterstützen, wenn der Motor für lange Zeit abgeschaltet ist. Zum Beispiel wird eine APU nicht mehr benötigt, um während Ruhezeiten des Fahrers über Nacht Strom für die Klimatisierungseinheit einer Schlafkabine bereitzustellen.
  • Der FEMG kann außerdem möglicherweise als ein aktiver Dämpfer verwendet werden, um schnellen Drehmomentumkehrimpulsen („Drehmomentwelligkeit“) entgegenzuwirken, die gelegentlich bei verschiedenen Lasten, Drehzahlen und Umgebungsbedingungen auftreten. Bei dieser Anwendung empfängt das FEMG-Steuermodul Signale von Fahrzeugsensoren, die das Vorhandensein von Drehmomentwelligkeit anzeigen und gibt Befehle an den Motorgenerator aus, um Gegenmomentimpulse zu erzeugen, die zeitlich abgestimmt sind, um die Drehmomentumkehrimpulse des Antriebsstrangs aufzuheben. Dieses auf einem FEMG-Motorgenerator basierende aktive Dämpfen trägt dazu bei, den Antriebsstrang vor mechanischen Beschädigungen durch die hohen Belastungen zu schützen, die durch die schnelle Veränderung der Drehmomentlast hervorgerufen werden, sowie den Fahrerkomfort zu verbessern, indem die bzw. das schnelle(n) Beschleunigungen/Abbremsen entfernt werden, die durch das Fahrgestell auf das Fahrerhaus übertragen werden.
  • Übersicht über eine Programmierung und Betriebsverfahren der FEMG-Steuerung:
  • In einer bevorzugten Ausführungsform überwacht eine FEMG-Steuerung, vorzugsweise in Form eines elektronischen Steuermoduls, mehrere Fahrzeugsignale, einschließend Signale, die an dem CAN und/oder SAE J1939-Busnetzwerk des Fahrzeugs verfügbar sind, wenn das Fahrzeug damit ausgestattet ist. Bei einem der Signale kann es sich um eine Angabe des Ladezustands (SOC) von einem Batterieüberwachungssystem handeln, das neben anderen Parametern einen Ladezustand des Energiespeichers überwacht. Das Steuermodul kann zum Beispiel programmiert sein, um drei Niveaus des Ladezustands zu erkennen: minimaler Ladezustand (zum Beispiel ein Ladezustand von 20 %), mittlerer Ladezustand (zum Beispiel ein Ladezustand von 40 %) und maximaler Ladezustand (zum Beispiel ein Ladezustand von 80 %). Das Steuermodul kann ferner programmiert sein, um den Ladezustand als einen Faktor bei der Bestimmung einzuschließen, wann die Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer eingerückt und ausgerückt werden soll, mit welcher Drehzahl der Motorgenerator betrieben werden soll, welche Betriebsdrehzahlen einige oder alle der Motornebenaggregate aufweisen, die von der Riemenscheibe von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer angetrieben werden, und durch welche Kombination des Betriebs von Fahrzeugkomponenten und Betriebsparametern die gesamte Betriebseffizienz des Fahrzeugs erhöht wird, während die aktuellen Betriebsanforderungen des Fahrzeugs erfüllt werden und Anforderungen für einen sicheren Fahrzeugbetrieb erfüllt werden (z. B. Halten von zumindest einer minimalen erforderlichen Menge an Luftdruck in den Druckluftspeichertanks des pneumatischen Systems des Fahrzeugs durch den Betrieb des Luftkompressors, auch wenn dadurch die gesamte Energieeffizienz des Fahrzeugs verringert wird).
  • In einer Ausführungsform kann, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unterhalb des minimalen Ladezustands liegt, die Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer eingerückt werden und der Motorgenerator kann von dem Steuermodul gesteuert werden, um zu veranlassen, dass der Motorgenerator elektrische Energie zur Speicherung erzeugt. In diesem Betriebsmodus wird der Motorgenerator von dem Motor oder von den Rädern über den Antriebsstrang durch den Motor angetrieben. Sobald der Ladezustand oberhalb des minimalen Ladezustands liegt, kann die Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer eingerückt bleiben, bis der mittlere Ladezustand erreicht ist, und der Motorgenerator kann gesteuert werden, um elektrische Energie nur während eines Brems-, Abbrems- oder negativen Drehmomentereignisses zu erzeugen. Dieser Modus ermöglicht, dass nicht vom Motor bereitgestellte mechanische Energie von dem Motorgenerator je nach Verfügbarkeit verwendet werden kann, um mit dem Aufladen des Energiespeichers fortzufahren, während die Menge an Energie verringert wird, die der Motor dem Motorgenerator bereitstellen muss und dadurch der Kraftstoffverbrauch verringert wird.
  • In einem anderen Betriebsmodus kann das Steuermodul, sobald der mittlere Ladezustand erreicht ist, bestimmen, dass die Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer ausgerückt und der Motorgenerator als ein Motor verwendet werden kann, um ein Drehmoment zum Antrieb der Motornebenaggregate ohne Unterstützung von dem Motor zu erzeugen, d. h., dass der Motorgenerator die einzige Quelle von Antriebsenergie für die Motornebenaggregate wird. In diesem Modus entnimmt der Motorgenerator gespeicherte elektrische Energie aus dem Energiespeicher, um ein Drehmoment für die Abgabe, über das Getriebe der Antriebseinheit, an die Riemenscheibe von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer zum Antrieb von Motornebenaggregaten, wie etwa dem Motorkühllüfter und dem Luftkompressor des pneumatischen Versorgungssystems, zu erzeugen. Durch das Entlasten des Motors im Hinblick auf den Drehmomentbedarf der Motornebenaggregate kann der Motor mit einer geringeren parasitären Drehmomentlast betrieben werden, um den Kraftstoffverbrauch des Motors zu verringern oder damit eine größere Drehmomentausgabe des Motors zum Antreiben des Fahrzeugs verfügbar ist. Alternativ kann, wenn der Motorgenerator in dem Motormodus betrieben werden kann, um die Motornebenaggregate anzutreiben, der Motor vollständig abgeschaltet werden, wie etwa im Stop-and-go-Verkehr in einem Fahrzeug, das mit einem Start-Stopp-System ausgestattet ist.
  • Zwischen dem mittleren Ladezustand und dem maximalen Ladezustand überwacht das Frontmotorgeneratorsteuermodul weiterhin den Betriebszustand des Fahrzeugs und kann während eines Brems-, Abbrems- oder negativen Drehmomentereignisses aus der Möglichkeit Nutzen ziehen, den Energiespeicher weiter aufzuladen, ohne Motorkraftstoff zu verwenden, indem die Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer eingerückt wird und der Motorgenerator gesteuert wird, um elektrische Energie zu erzeugen. Obwohl das Aufladen während eines Brems-, Abbrems- oder negativen Drehmomentereignisses jederzeit auftreten kann, wenn der Energiespeicher unterhalb des maximalen Ladezustands liegt; werden in dieser Ausführungsform durch das Vermeiden der Verwendung von Motorkraftstoff zum Aufladen oberhalb des mittleren Ladezustands der Kraftstoffverbrauch verringert und die Gesamteffizienz verbessert.
  • An einem beliebigen Punkt oberhalb des minimalen Ladezustands kann der Motorgenerator als ein Motor zum Erzeugen von Drehmoment betrieben werden, das an die Motorkurbelwelle abgegeben werden soll, um die Drehmomentausgabe des Motors zu ergänzen, wodurch die Menge an Drehmoment erhöht wird, die für den Antrieb des Fahrzeugs verfügbar ist. Die erhöhte Drehmomentausgabe zum Antriebsstrang ermöglicht eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und liefert zusätzliche Vorteile, wie etwa eine verbesserte Kraftstoffersparnis durch weniger Schaltvorgänge im Getriebe und eine schnellere Beschleunigung auf Fahrtgeschwindigkeit (z. B. „Überspringen von Gängen“, wobei der Motorgenerator genug Motordrehmoment hinzufügt, um zu ermöglichen, dass eine oder mehrere Übersetzungen ausgelassen werden, wenn das Fahrzeug beschleunigt, wodurch die Zeit, die das Fahrzeug zum Beschleunigen benötigt und der Kraftstoffverbrauch verringert werden). Zudem kann in Fahrzeugen, die mit Pneumatic-Boost-Systemen („PBS“, Systeme, die Druckluft in die Ansaugvorrichtung des Motors einspritzen, um sehr schnell eine zusätzliche Motordrehmomentausgabe bereitzustellen) ausgestattet sind, durch die Verwendung der praktisch „unmittelbar eingeschalteten“ Drehmomentunterstützung von dem Motorgenerator, wann immer dies anstelle der Verwendung einer Drucklufteinspritzung von dem PBS-System zum Erzeugen einer zusätzlichen Drehmomentausgabe des Motors möglich ist, die Verwendung von Druckluft verringert werden, wodurch wiederum der Kraftstoffverbrauch und der Verschleiß von Komponenten weiter verringert werden (wobei der Verbrauch und der Verschleiß mit einem zusätzlichen Betrieb des Luftkompressors zum Wiederauffüllen der Druckluftzufuhr verknüpft sind).
  • Sobald das FEMG-Steuermodul bestimmt, dass der maximale Ladezustand erreicht wurde und demnach keine weitere Einspeisung von elektrischer Energie in den Energiespeicher erwünscht ist, verhindert das Steuermodul einen Betrieb des Motorgenerators als Generator, um den Energiespeicher vor einer Beschädigung aufgrund einer Überladung zu schützen. In diesem Modus kann der Motorgenerator lediglich als ein Elektromotor verwendet werden, um die Motornebenaggregate anzutreiben und/oder um ein zusätzliches Antriebsdrehmoment für den Motor bereitzustellen, oder er darf sich in einem nicht Strom erzeugenden Leerlaufzustand drehen, wenn kein aktueller Bedarf von Motornebenaggregaten vorliegt.
  • Die FEMG-Steuerung kommuniziert vorzugsweise mit verschiedenen Fahrzeugsteuerungen, wie etwa der Bremssteuerung des Fahrzeugs (die unterschiedliche Arten von Bremsen, wie etwa pneumatische oder hydraulische Bremsen steuern kann), den Motor- und/oder Getriebesteuerungen und der einen oder den mehreren Steuerungen, die den Energiespeicher verwalten. Diese Kommunikationen ermöglichen einen koordinierten Betrieb der Fahrzeugsysteme. Zum Beispiel können im Falle eines Bremsbedarfs, der niedrig genug ist, um lediglich die Verwendung einer Motorbremsvorrichtung erforderlich zu machen, die Bremssteuerung und das FEMG-Steuermodul einander signalisieren, dass der Motorgenerator gegenüber der Bremsvorrichtung priorisiert werden soll, sodass der Motorgenerator eine Nutzbremsung bereitstellen, wenn der Energieladezustand die Speicherung von zusätzlicher elektrischer Energie ermöglicht (d. h. Ladezustand des Energiespeichers unterhalb des maximal zulässigen Ladezustands). Umgekehrt kann, wenn die Betriebsbedingungen nicht dergestalt sind, dass eine Erzeugung von zusätzlicher elektrischer Energie durch den Motorgenerator erwünscht ist, das FEMG-Steuermodul die der Bremssteuerung signalisieren, sodass die Bremssteuerung die Bremsvorrichtung aktiviert, um das Bremsen in gewünschtem Umfang bereitzustellen. Die Kommunikationen zwischen den Steuerungen sind vorzugsweise kontinuierlich, wodurch die Fähigkeit zur schnellen Aktualisierung des Status bereitgestellt wird. Zum Beispiel ist die Bremssteuerung dazu in der Lage, dem FEMG-Steuermodul zu signalisieren, dass es den Umfang des Nutzbremsens verringern soll, wenn der Fahrer den Umfang des Bremsbedarfs während des Bremsereignisses verringert.
  • Ein anderes Beispiel von möglichen Kommunikationen zwischen Steuerungen ist die Koordination von Operationen des Luftkompressors mit einer Verwaltung des Energiespeichers. Zum Beispiel kann die Luftkompressorsteuerung dem FEMG-Steuermodul signalisieren, dass es den Motorgenerator mit der ausgerückten Kupplung von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer betreiben soll (Motor läuft oder ist abgeschaltet), um den Luftkompressor mit einer gewünschten Drehzahl anzutreiben, um den Druckluftspeicher infolge eines großen Bedarfs an Luftverbrauch (wie etwa eine Reifendruckregelanlage, die versucht, einer großen Undichtigkeit hinsichtlich des Reifendrucks, entgegenzuwirken, eine große Luftundichtigkeit in den Luftleitungen von Zugmaschinen oder Anhängern, die Verwendung des Luftfahrwerks eines Anhängers, starker Luftablass während einer Modulation des Bremsdrucks durch das ABS-System oder Aktivierung des Anhängerstabilitätssystems auf Straßenbelägen mit geringer Reibung, Betreiben einer luftbetriebenen Königszapfenverriegelungs-/-entriegelungsvorrichtung, oder Betätigung einer luftbetriebenen Hubachse) wiederaufzufüllen.
  • Zusätzliche betriebliche Verbesserungen, die von dem FEMG-System bereitgestellt werden
  • Zusätzlich zu den bereits erwähnten Merkmalen, Fähigkeiten und Vorteilen weist der Frontmotorgeneratoransatz der vorliegenden Erfindung den wichtigen Vorteil auf, dass er keine wesentlichen Modifikationen an der Fahrzeugfront, wie etwa Verlängerung der Nase einer Nutzfahrzeugzugmaschine oder Vergrößern der Größe eines Motorraums eines dieselbetriebenen Stadtbusses, erforderlich macht. Dies ist unmittelbar darauf zurückzuführen, dass das FEMG-System unter Verwendung der integrierten Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer und der zugehörigen axial schmalen Antriebseinheit zur seitlichen Übertragung von Drehmoment zu/von dem Motorgenerator ohne Weiteres zwischen der Vorderseite des Motors und dem Kühlmittelkühler des Motors untergebracht ist. Folglich ist das FEMG-System hervorragend für die Einbindung in existierende Fahrzeugdesigns geeignet, sowohl im Verlauf des Zusammenbaus eines neuen Fahrzeugs als auch durch die Nachrüstung existierender Verbrennungsmotoren zur Aufrüstung älterer Fahrzeuge (besonders Nutzfahrzeuge) und stationärer Motorinstallationen mit einer Hybridelektrotechnologie.
  • Ein anderer betrieblicher Vorteil, der von dem FEMG-System bereitgestellt wird, ist die Fähigkeit, dass der Motorgenerator den Motor unterstützen kann, um einen kurzen „Überdrehzahl“-Fahrzeugbetrieb bereitzustellen. Bei einer solchen Anwendung koordinieren die Steuerungen des Fahrzeugs das Hinzufügen von zusätzlichem Drehmoment von dem Motorgenerator mit einer temporären Aufhebung des Drehzahlreglers des Fahrzeugs, um kurze „Drehzahlschübe“ zu ermöglichen, um zum Beispiel einen schnellen Abschluss des Überholvorgangs hinsichtlich eines Fahrzeugs mit ähnlicher Geschwindigkeit, wie etwa eines anderen großen LKWs, zu ermöglichen. Obwohl die Verwendung eines solchen Betriebsmodus auf kurze, vereinzelte Zeiträume beschränkt sein sollte, um eine übermäßige Belastung des Motors und der Antriebsstrangkomponenten zu minimieren, kann das FEMG-System programmiert sein, um einen vom Fahrer veranlassten „Überdrehzahl“-Modus, d. h. eine vom Fahrer umschaltbare Option (z. B. eine „Push-to-pass“-Taste), bereitzustellen, um die Drehzahl auf Bedarfsbasis kurz zu erhöhen. Vorzugsweise kann ein solcher Push-to-pass-Modus mit einer Spurwechselassistent-Steuerung des Fahrzeugs über das CAN-Netzwerk koordiniert werden, wodurch zum Beispiel der Überdrehzahlbetrieb automatisch beendet werden kann, sobald das Spurwechselassistenzsystem anzeigt, dass sich das überholte Fahrzeug nicht mehr daneben befindet. Diese Koordination schließt als Teil der Beendigung dieses Modus ein, dass das FEMG-Steuermodul die Zufuhr von zusätzlichem Drehmoment zu der Motorkurbelwelle durch den Motorgenerator beendet.
  • Das zusätzliche Drehmoment vom Motorgenerator weist weitere Anwendungen auf, wie etwa Verringern von Fahrerermüdung in einem Fahrerassistenzsystem, indem automatisch Drehmoment hinzugefügt wird, wenn dadurch die Notwendigkeit eines manuellen Schaltens des Fahrers minimiert wird, besonders beim Bergauffahren (und wenn zugehörige Sicherheitsanforderungen erfüllt sind, wie etwa wenn sich nichts im Sichtfeld der Adaptive-Cruise-Control-Kamera und/oder der Radarsysteme des Fahrzeugs befindet).
  • Ein zusätzliches Motorgeneratordrehmoment kann auch in einem Anhängelastbestimmungssystem verwendet werden, wobei eine bekannte Menge an zusätzlichem Drehmoment hinzugefügt wird und eine Messung der daraus resultierenden Fahrzeugbeschleunigung während der Anwendung des zusätzlichen Drehmoments bei einer Berechnung der Fahrzeugmasse verwendet wird.
  • Die Hinzufügung eines zusätzlichen Antriebsdrehmoments von dem Motorgenerator soll in Fällen, bei denen Sicherheitsbedenken vorliegen, beschränkt sein. Zum Beispiel soll das Befehlen einer zusätzlichen Drehmomentabgabe verhindert werden, wenn ein Signal für geringe Reibung von dem Anhänger empfangen wird, das anzeigt, dass die Räder des Anhängers auf eine Fläche mit geringer Reibung treffen.
  • Die Anwendung des FEMG-Systems ist nicht auf Anwendungen beschränkt, bei denen der Motorgenerator der einzige elektrische Generator ist. Synergien können durch das Hinzufügen einer FEMG-Frontinstallation zu einem Motor und/oder Antriebsstrang umgesetzt werden, die außerdem eine Motorgeneratoreinheit an der Rückseite der Kurbelwellenseite der FEMG-Kupplung, zum Beispiel an der Rückseite des Motors (wie etwa einen Schwungrad-Motorgenerator), in dem nachgelagerten Antriebsstrang (wie etwa einen Motorgenerator, der in ein Getriebe eingebunden ist) oder an dem vorderen Ende der Kurbelwelle, d. h. an der konstant in Eingriff genommenen Seite der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer, einschließt.
  • Die Kombination eines FEMG-Systems und einer Hybridelektroanordnung am „hinteren Ende“ bietet Möglichkeiten für eine insgesamte Verbesserung des Fahrzeugbetriebs. Zum Beispiel kann das Vorhandensein sowohl von Systemen am vorderen als auch am hinteren Ende ermöglichen, dass einer oder beide der Motorgeneratoren verkleinert und leichter gemacht werden, während sie dennoch den Bedarf des Fahrzeugs decken, da keiner der Motorgeneratoren bemessen sein muss, um den gesamten elektrischen Bedarf des Fahrzeugs zu decken, wo es nicht mehr notwendig ist, dass der gesamte Bedarf des Fahrzeugs im Hinblick auf Stromerzeugung und Stromversorgung von nur einem Motorgenerator gedeckt werden muss. Ferner kann die betriebliche Flexibilität durch das Vorhandensein von zwei Motorgeneratoren erhöht werden, wenn jeder dazu in der Lage ist, zumindest einen grundlegenden Bedarf des Fahrzeugs im Falle eines Ausfalls des anderen Motorgenerators zu decken, wodurch ermöglicht wird, dass das Fahrzeug seinen Betrieb fortsetzt, möglicherweise mit verringerter Leistung, bis ein Zeitpunkt oder Ort erreicht wird, zu bzw. an dem Reparaturen durchgeführt werden können.
  • Der Betrieb eines FEMG-Systems und eines Motorgenerators am hinteren Ende kann auch koordiniert werden, um Lasten je nach Bedarf aufzuteilen und/oder zu teilen, um den Fahrzeugbetrieb zu optimieren. Zum Beispiel können Lasten zwischen den Motorgeneratoren aufgeteilt werden, falls das FEMG-System den Antrieb von Motornebenaggregaten und den Ladebedarf des Energiespeichers übernimmt, während der Motorgenerator am hinteren Ende dazu beiträgt, das Fahrzeug anzutreiben, indem eine zusätzliche Drehmomentausgabe zu dem Antriebsstrang des Fahrzeugs bereitgestellt wird, um den Motor zu unterstützen. Ein Beispiel einer Synergie durch das Teilen wäre die Verwendung des Motorgenerators am hinteren Ende, um Energie aus dem Nutzbremsen von dem Antriebsstrang aufzunehmen und zu speichern, während der FEMG von der Kurbelwelle entkoppelt bleibt, um die Effizienz von Motornebenaggregaten zu verbessern (d. h. Ermöglichen der Gewinnung von Nutzbremsenergie durch den Motorgenerator am hinteren Ende, auch wenn das FEMG-System von der Kurbelwelle entkoppelt und demnach nicht dazu in der Lage ist, andernfalls verschwendete Bremsenergie zu gewinnen). Die Flexibilität der Kombination eines FEMG-Systems mit einem anderen partiellen Hybridsystem ist grenzenlos, z. B. Betreiben beider Motorgeneratoren zusammen mit der eingerückten FEMG-Kupplung, damit beide Motorgeneratoren ein zusätzliches Antriebsdrehmoment bereitstellen oder um beide zu verwenden, um eine Nutzbremsenergie zur Speicherung zu gewinnen usw.
  • Die FEMG-Komponenten und -Steuerungen können auch für die Verwendung in Anwendungen geeignet sein, die von der Fähigkeit zum Lösen von Motornebenaggregaten von der Motorkurbelwelle profitieren, jedoch keine Notwendigkeit für die Fähigkeit zur Stromerzeugung aufweisen, die eine vollständige FEMG-Systeminstallation bieten würde. Solche „Nur-Motor“-Anwendungen können Fahrzeuge einschließen, die Betriebsanforderungen aufweisen, welche nicht die zusätzlichen Kosten und Komplikationen eines elektrischen Hochspannungsenergiespeicherungs- und -verteilungssystems erforderlich machen, welche aber dennoch von Effizienzverbesserungen unter Verwendung der Fähigkeit des FEMG-Systems zum Entkoppeln der Motorkurbelwelle von dem Nebenaggregatetrieb und Verwenden eines FEMG-Motors zum Antreiben der Nebenaggregate profitieren können. Ein solcher Nur-Motor-Betrieb kann von einem kleineren, einfacheren Batteriepack bereitgestellt werden, dessen Ladezustand von dem Alternator des Fahrzeugmotors aufrechterhalten werden kann.
  • Zum Beispiel benötigt ein Motor in einem Containertransporter, der auf einem Lade-/Entladehof in einem Hafen für Containerschiffe verwendet wird, nicht die Fähigkeit, Strom für lange Zeit bereitzustellen, wenn der Motor abgeschaltet ist, wie etwa beim Bereitstellen von Strom für eine Schlafkabine in einem Fernfahr-LKW über Nacht. Dennoch kann bzw. können die Effizienz und/oder Drehmomentausgabe des Containertransporters mit den Kurbelwellenentkopplungskomponenten eines FEMG-Systems und der zugehörigen Steuerung des Nebenaggregatetriebs durch den FEMG-Motor verbessert werden. Zum Beispiel können Effizienzverbesserungen durch das Entkoppeln der Kurbelwelle von dem Nebenaggregatetrieb unter verschiedenen Betriebsbedingungen umgesetzt werden, wie etwa zu Leerlaufzeiten, um eine Zusatzbelastung von dem Motor zu entfernen; um einen Betrieb der Transportersysteme für kurze Zeit zu ermöglichen, während der Motor abgeschaltet ist, um kraftstoffsparende Start-Stopp-Operationen des Motors zu ermöglichen; und um die komplette Motordrehmomentausgabe dem Transporterantrieb zu widmen, wenn dies durch das Entfernen des Drehmomentbedarfs des Nebenaggregatetriebs von dem Motor erforderlich ist). Gleicherma-ßen kann ein Nur-Motor-FEMG-System an die Motorkurbelwelle gekoppelt sein, wenn es erwünscht ist, dass der FEMG-Motor die Antriebsdrehmomentausgabe des Motors ergänzt. Dieses letztgenannte Merkmal kann weitere Verbesserungen ermöglichen, indem ermöglicht wird, dass der Motor kleiner, leichter und günstiger ist, indem er bemessen ist, um einem „durchschnittlichen“ Drehmomentbedarf zu entsprechen, wobei der FEMG-Motor ein zusätzliches Drehmoment je nach Bedarf bereitstellt, um dem gesamten Antriebsdrehmomentbedarf des Fahrzeugdesigns zu entsprechen.
  • Insgesamt ist das Frontmotorgeneratorsystem der vorliegenden Erfindung hervorragend dafür geeignet, sowohl neue als auch nachgerüstete Nutzfahrzeuge, Geländefahrzeuge als auch stationäre Motorinstallationen mit einem Hybridelektrosystem zu versehen, das einen mechanisch vereinfachten, platzsparenden und kostengünstigen gemeinsamen elektrischen Antrieb aufweist, der eine variable Drehzahlregelung von Motornebenaggregaten, die Fähigkeit zum Antreiben von Motornebenaggregaten unabhängig von der Drehzahl der Motorkurbelwelle und die Fähigkeit zum Speichern und Zurückgeben von Energie zum Betreiben von elektrisch angetriebenen Systemen über längere Zeiträume ermöglicht, wenn der Motor nicht läuft, wodurch signifikante Verbesserungen der gesamten Kraftstoff- und Kosteneffizienz durch Folgendes bereitgestellt werden:
    • Minimieren des Energieverbrauchs von Motornebenaggregaten, wodurch die Kraftstoffersparnis erhöht wird (d. h. Entfernen des Drehmomentbedarfs von Nebenaggregaten an dem Verbrennungsmotor, wenn die Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer von der Motorkurbelwelle gelöst ist), Zurückgewinnen von andernfalls verschwendeter Energie (z. B. Erzeugen von elektrischer Energie zur Speicherung anstelle des Betätigens von Radbremsen zum Umwandeln von kinetischer Fahrzeugenergie in Abwärme) und Verlängern der Lebensdauer von Komponenten (z. B. lediglich Betreiben von Nebenaggregaten, wie etwa eines Motorkühllüfters, Klimaanlagenkompressors und Luftkompressors, je nach Bedarf und mit Nebenaggregatdrehzahlen und/oder Arbeitszyklen, die einem tatsächlichen Fahrzeugbedarf entsprechen, anstatt alle Nebenaggregate dazu zu zwingen, mit einer Drehzahl zu laufen, die durch die Drehzahl der Motorkurbelwelle vorgeschrieben wird; Minimieren eines Bremsverschleißes und der Verwendung von Druckluft, die andernfalls den Betrieb eines motorgetriebenen Luftkompressors erfordern würde).
  • Andere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen hervor.
  • Figurenliste
    • Die 1A und 1B sind schematische Veranschaulichungen einer Gesamtansicht der Anordnungen eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • Die 2A-2C sind Querschnittsansichten einer Ausführungsform einer Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer und von zusammengebauten FEMG-Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • Die 3A-3C sind Ansichten der Komponenten der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer aus den 2A-2C.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer Lageranordnung an dem Ende der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer 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 schematische Querschnittsansicht des FEMG-Getriebes aus den 6A-6C.
    • 8 ist eine Explosionsansicht von Membrananordnungen eines pneumatischen Aktors einer FEMG-Kupplung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine Schrägansicht einer anderen Ausführungsform eines FEMG-Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine schematische Veranschaulichung einer Montageanordnung eines FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine schematische Veranschaulichung einer Montageanordnung eines FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist eine schematische Veranschaulichung von Beziehungen zwischen einem Motor und einem Montagebügel eines FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 13 ist eine schematische Veranschaulichung von Beziehungen zwischen einem Motor, einem FEMG-Getriebe und einem Montagebügel eines FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 14 ist eine Schrägansicht eines Montagebügels eines FEMG-Getriebes wie in 12-13.
    • 15 ist eine Schrägansicht eines Motorgenerators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 16 ist ein Graph von Leistung und Drehmoment, die von einem beispielhaften Motorgenerator erzeugt werden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 17 ist eine schräge Phantomansicht einer Kühlanordnung eines Motorgenerators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 18 ist ein Blockdiagramm von Anordnungen zur Steuerung und zum Signalaustausch eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 19 ist eine schematische Veranschaulichung von AC- und DC-Teilen des elektrischen Netzwerks eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 20 ist eine schematische Veranschaulichung einer von einem FEMG-System gesteuerten Leistungstransistoranordnung für die AC- und DC-Umwandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 21 ist eine schematische Veranschaulichung einer von einem FEMG-System gesteuerten Anordnung eines DC-Vorwärtsspannungswandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 22 ist eine schematische Veranschaulichung eines bidirektionalen Hochspannungs-DC/DC-Wandlers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 23 ist eine grafische Veranschaulichung von Spannungs- und Stromantworten durch den bidirektionalen DC/DC-Wandler aus 22.
    • 24 ist eine Schrägansicht einer Leistungselektronikanordnung, die in einen Motorgenerator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung integriert ist.
    • 25 ist ein Regelkreis zum Schätzen des Ladezustands eines Batterieverwaltungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 26 ist ein Ablaufdiagramm zur Auswahl der Betriebsdrehzahl von Nebenaggregaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 27 ist ein Ablaufdiagramm einer Steuerstrategie für den Betrieb eines Motorgenerators und von Motornebenaggregaten unabhängig von einem Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 28 ist ein Ablaufdiagramm einer Steuerstrategie für den Betrieb eines Motorgenerators und von Motornebenaggregaten unabhängig von einem Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsform eines Frontmotorgeneratorsystems.
  • 1A ist eine schematische Veranschaulichung, die Komponenten einer Ausführungsform eines FEMG-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist eine schematische Veranschaulichung von verschiedenen der Komponenten des FEMG-Systems in dem Fahrgestell eines Nutzfahrzeugs. In dieser Anordnung werden die Motornebenaggregate (einschließend den Luftkompressor 1, den Klimaanlagenkompressor 2 und den Motorkühllüfter 7, der angeordnet ist, um Kühlluft durch den Motorkühlmittelkühler 20 anzusaugen) von einer Riemenscheibe 5 durch einen Riemen angetrieben. Die Riemenscheibe 5 befindet sich koaxial zu einem Dämpfer 6, der direkt an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 8 gekoppelt ist. Die Nebenaggregate können direkt von dem Antriebsriemen angetrieben werden oder mit ihren eigenen eingeschalteten/abgeschalteten Kupplungen oder Kupplungen mit variabler Drehzahl (nicht veranschaulicht) versehen sein, die ein partielles oder vollständiges Lösen eines individuell mit einer Kupplung ausgestatteten Nebenaggregats von dem Riemenantrieb ermöglichen.
  • Zusätzlich zum Antreiben des Antriebsriemens des Nebenaggregats ist die Riemenscheibe 5 an eine Antriebseinheit gekoppelt, die Untersetzungsgetriebe 4 aufweist, um ein Drehmoment zwischen einem Kurbelwellenende der Antriebseinheit und einem gegenüberliegenden Ende zu übertragen, das an einen Motorgenerator 3 gekoppelt ist (das Gehäuse der Antriebseinheit ist in dieser Figur der Übersichtlichkeit halber nicht veranschaulicht). Eine lösbare Kopplung in Form einer Kupplung 15 ist zwischen dem Kurbelwellendämpfer 6 und der Riemenscheibe 5 (und daher der Antriebseinheit und dem Motorgenerator 3) angeordnet. Obwohl in 1A der Übersichtlichkeit halber schematisch als axial getrennte Komponenten veranschaulicht, überlappen die Kurbelwelle 6, die Kupplung 15 und die Riemenscheibe 5 einander zumindest teilweise axial, wodurch eine axiale Tiefe der kombinierten Einheit aus Riemenscheibe, Kupplung und Dämpfer vor dem Motor minimiert wird. Die Betätigung der Kupplung 15 von Riemenscheibe, Kupplung und Dämpfer zwischen ihrem eingerückten und ausgerückten Zustand wird von einer elektronischen Steuereinheit (Electronic Control Unit - ECU) 13 gesteuert.
  • Auf der elektrischen Seite des Motorgenerators 3 ist der Motorgenerator mit einem Leistungswechselrichter 14 elektrisch verbunden, der Wechselstrom (Alternating Current - AC), der durch die Ausgabe des Motorgenerators erzeugt wird, in Gleichstrom (Direct Current - DC) umwandelt, der in einem Energiespeicherungs- und -verteilungssystem verwendet werden kann. Der Leistungswechselrichter 14 wandelt ebenso in der umgekehrten Richtung Gleichstrom von dem Energiespeicherungs- und -verteilungssystem in Wechselstrom um, der zum Antreiben des Motorgenerators 3 als ein Drehmoment erzeugender Elektromotor eingespeist wird. Der Wechselrichter 14 ist elektrisch mit einer Speichereinheit 11 für elektrische Energie (nachfolgend ein „Energiespeicher“) verbunden, die sowohl Energie für die Speicherung aufnehmen als auch Energie bei Bedarf ausgeben kann.
  • In dieser Ausführungsform enthält der Energiespeicher 11 Speicherzellen auf Lithiumbasis, die eine Nennladespannung von etwa 3,7 V pro Zelle (Betriebsbereich von 2,1 V bis 4,1 V) aufweisen und in Reihe geschaltet sind, um eine Nennspannung des Energiespeichers von 400 Volt (Betriebsspannungsbereich von etwa 300 V bis 400 Volt) mit einer Speicherkapazität zwischen etwa 12 und 17 Kilowattstunden von elektrischer Energie bereitzustellen. Alternativ können die Zellen je nach Bedarf in Reihe und parallel geschaltet sein, um zu der Anwendung zu passen. Zum Beispiel können 28 Module mit vier in Reihe geschalteten Zellen pro Modul in Reihe und parallel geschaltet sein, um einen Energiespeicher mit den gleichen 17 Kilowattstunden von gespeicherter Energie bereitzustellen wie in dem ersten Beispiel oben, jedoch mit einer Nennbetriebsspannung von 200 V (Volt) und dem Doppelten der Stromausgabe des ersten Beispiels.
  • Zusätzlich zu den Speicherzellen auf Lithiumbasis mit einer relativ hohen Kapazität und einer niedrigen Lade-/Entladerate schließt der Energiespeicher 11 in dieser Ausführungsform eine Anzahl von Superkondensatoren mit relativ niedriger Kapazität und einer hohen Lade-/Entladerate ein, um die Fähigkeit des Energiespeichers bereitzustellen, über kurze Zeiträume hinweg sehr große elektrische Ströme aufzunehmen und/oder zu entladen, die nicht von den Speicherzellen auf Lithiumbasis bewältigt werden können (wobei solche Zellen üblicherweise auf Lade-/Entladeraten von weniger als 1 C bis nur wenige C beschränkt sind).
  • Ausführungsform einer Hardware-Baugruppe eines FEMG-Systems. Die 2A-2C zeigen Querschnittsansichten einer Ausführungsform der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer und einer zusammengebauten Konfiguration von Hardware des FEMG-Systems mit dieser Ausführungsform von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer. In dieser Ausführungsform nimmt das Getriebe 16, das die Untersetzungsgetriebe 4 enthält, den Motorgenerator 3 an einem Motorgeneratorende des Getriebes auf. Der Motorgenerator 3 ist an dem Gehäuse des Getriebes 16 mit Befestigungselementen, wie etwa Schrauben (nicht veranschaulicht), gesichert. Eine Rotorwelle 18 des Motorgenerators 3 greift in eine entsprechende zentrale Bohrung des benachbarten koaxial angeordneten Zahnrads der Untersetzungsgetriebe 4 ein, um eine Übertragung von Drehmoment zwischen dem Motorgenerator 3 und den Untersetzungsgetrieben 4 zu ermöglichen.
  • An dem Kurbelwellenende des Getriebes 16 ist das Untersetzungsgetriebe 4, das koaxial mit der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer ausgerichtet ist, für eine gemeinsame Drehung zur Riemenscheibenseite der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer gekoppelt, in dieser Ausführungsform durch Schrauben (nicht gezeigt), die durch das koaxiale Untersetzungsgetriebe 4 hindurchgehen. Der motorseitige Teil der Kopplung (der Teil, der den Kurbelwellendämpfer 6 aufweist) ist konfiguriert, um an das vordere Ende der Motorkurbelwelle durch Befestigungselemente oder andere geeignete Verbindungen gekoppelt zu sein, die eine gemeinsame Drehung des motorseitigen Teils 6 mit der Kurbelwelle gewährleisten. Wie weiter unten beschrieben, ist das Getriebe 16 separat an einer Struktur montiert, welche die Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer mit dem vorderen Ende der Motorkurbelwelle koaxial ausgerichtet hält.
  • Die Querschnittsansicht in 2B ist eine Ansicht der FEMG-Hardware am vorderen Ende von oben, und die schräge Querschnittsansicht in 2C ist eine Ansicht an dem Kurbelwellenende des Getriebes 16. In dieser Ausführungsform ist die Baugruppe des Getriebes, des Motorgenerators und der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer so angeordnet, dass sich der Motorgenerator 3 auf der linken Seite der Motorkurbelwelle und an der Vorderseite des Getriebes 16 befindet (der Seite, die von der Vorderseite des Motors entfernt ist), wobei sich der Motorgenerator 3 entweder in einem Raum unterhalb des oder direkt hinter dem Motorkühlmittelkühler(s) 20 des Fahrzeugs befinden kann. Alternativ kann das Getriebe 16, um unterschiedliche Fahrzeuganordnungen unterzugbringen, mit dem Motorgenerator 3 an der Rückseite des Getriebes 16 montiert sein, vorzugsweise in einem Raum seitlich zur linken Seite der Motorkurbelwelle (zum Beispiel neben der Ölwanne an der Unterseite des Motors). Das Getriebe 16 kann ferner mit doppelseitigen Motorgeneratormontagemerkmalen versehen sein, sodass ein gemeinsames Getriebedesign sowohl in Fahrzeuganwendungen mit einem vorn montierten Motorgenerator als auch in Fahrzeuganwendungen verwendet werden kann, bei denen der Motorgenerator an der Rückseite des Getriebes montiert ist.
  • Ausführungsformen der FEMG-Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer.
  • Die 3A-3C sind Ansichten der Komponenten der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer aus den 2A-2C. Im zusammengebauten Zustand ist die Einheit aufgrund der erheblichen axialen Überlappung der Riemenscheibe 5, des motorseitigen Teils 6 (nachfolgend Dämpfer 6) und der Kupplung 15 in der axialen Richtung ungewöhnlich schmal. In dieser Ausführungsform weist die Riemenscheibe 5 zwei Riemenantriebsteile 21 auf, die konfiguriert sind, um Antriebsriemen des Nebenaggregats (nicht veranschaulicht) anzutreiben, zum Beispiel einen Teil, der angeordnet ist, um den Motorkühllüfter 7 anzutreiben, der die Kupplung 15 umgibt, und einen anderen Teil, der angeordnet ist, um andere Motornebenaggregate, wie etwa den Luftkompressor 1, anzutreiben. Die Antriebsriementeile 21 in diesem Beispiel umgeben den Dämpfer 6 und die Kupplung 15 konzentrisch (der Riemenantriebsteil 21, der den Dämpfer 6 umgibt, wird in den 2B und 2C der Übersichtlichkeit halber weggelassen).
  • Innerhalb der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer schließt die Kupplung 15 zwei axial eingreifende Klauenkupplungselemente 25, 26 ein. Wie in den Querschnittsansichten in den 2A-2C gezeigt, ist das zentrale Kernklauenkupplungselement 25 für eine Drehung mit dem Dämpfer 6 fixiert, in dieser Ausführungsform durch Schrauben, die sich durch axiale Schraubenlöcher 28 von der FEMG-Getriebeseite der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer erstrecken. Die Riemenscheibe 5 ist an dem zentralen Kernelement 25 durch Lager 34 drehbar gelagert.
  • Ein motorseitiger Teil des Außenumfangs des zentralen Kernklauenkupplungselements 25 schließt Außenverzahnungen 29 ein, die angeordnet sind, um in entsprechende Innenverzahnungen 30 an einem Innenumfang des axial beweglichen Klauenkupplungselements 26 einzugreifen. Die Außenverzahnungen 29 und Innenverzahnungen 30 befinden sich in konstantem Eingriff, sodass sich das bewegliche Klauenkupplungselement 26 mit dem Dämpfer 6 dreht, während es axial entlang der Drehachse des Dämpfers beweglich ist.
  • Das bewegliche Klauenkupplungselement 26 ist auch mit axial nach vorn zeigenden Klauen 31 versehen, die umlaufend um die Getriebeseite des Elements 26 (die Seite, die vom Motor wegzeigt) verteilt sind. Diese Klauen 31 sind konfiguriert, um in Räume zwischen entsprechenden Klauen 32 an einer dem Motor zugewandten Seite der Riemenscheibe 5 einzugreifen, wie in 3C gezeigt. Das bewegliche Klauenkupplungselement 26 ist in der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer in einer eingerückten Position durch eine Feder 33 vorgespannt, die sich zwischen dem Dämpfer 6 und dem beweglichen Klauenkupplungselement 26 befindet, wie in 2A gezeigt. Die 2B und 2C zeigen die ausgerückte Kupplungsposition, in der die Feder 33 zusammengedrückt ist, da das bewegliche Klauenkupplungselement 26 axial zu dem Dämpfer 6 verschoben ist.
  • In dieser Ausführungsform ist eine Kupplungsausrückstange 27 konzentrisch in dem zentralen Kernklauenkupplungselement 25 angeordnet. Das motorseitige Ende der Ausrückstange 27 ist angeordnet, um eine axiale Kupplungsausrückkraft anzuwenden, mit der die Vorspannung der Feder 33 überwunden wird, um das Klauenkupplungselement 26 axial zu dem Dämpfer 6 zu verschieben, wodurch seine nach vorn zeigenden Klauen 31 von den entsprechenden Klauen 32 an der dem Motor zugewandten Seite der Riemenscheibe 5 gelöst werden. In dieser Ausführungsform ist das Getriebeende der Kupplungsausrückstange 27 mit einer Buchse 303 und einem Lager 304 versehen, welches es der Buchse ermöglicht, stationär zu bleiben, während sich die Ausrückstange 27 dreht.
  • Die Kupplungsausrückstange 27 wird axial verschoben, um die Klauenkupplung 15 durch einen Kupplungsaktor 22 aus- und einzurücken. In dieser Ausführungsform wird der Kupplungsaktor 22 pneumatisch betätigt, wobei Druckluft in die Muffe 305 über die Kupplungsaktormembran 41 eintritt und dadurch den Mittelteil der Membran 41 in einen Kontakt mit der Buchse 303 der Ausrückstange drängt, um die Kupplungsausrückstange 27 axial zu dem Motor zu verschieben, um die Kupplung 15 auszurücken. Wenn Druckluftdruck aus dem Kupplungsaktor entfernt wird, zieht sich die Membran 41 weg von dem Motor zurück, wodurch die Vorspannfeder 33 die Ausrückstange 27 und das Klauenkupplungselement 26 axial zu der Riemenscheibe 5 verschieben kann, um die Kupplungsklauen 31, 32 wieder in Eingriff zu nehmen, sodass sich die Riemenscheibe 5 gemeinsam mit dem Dämpfer 6 dreht.
  • 4 zeigt eine alternative Ausführungsform der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer, wobei es sich bei der Kupplung 15 um eine sogenannte Nasslamellenkupplung handelt. Die Nasslamellenkupplung schließt Reib- und Mitnehmerscheiben 23 ein, die abwechselnd an einem Innenumfang der Riemenscheibe 5 und einem Außenumfang eines Mittelteils des Dämpfers 6 verzahnt sind. Die Kupplungsscheiben 23 sind durch die Federn 24 zwischen dem Dämpfer 6 und dem Kupplungsaktor 22 (in dieser Ausführungsform ein pneumatisch betätigter Kupplungsbetätigungskolben) axial unter Druck vorgespannt. Durch das gemeinsame Vorspannen des Stapels von Reib- und Mitnehmerscheiben durch die Federn 24 wird die Kupplung 15 eingerückt und es führt dazu, dass sich die Riemenscheibe 5 und der Dämpfer 6 gemeinsam miteinander um die Drehachse der Motorkurbelwelle drehen. Wenn ein Hydraulikdruck an dem Kupplungsaktor 22 (auf der Seite des FEMG-Getriebes des Aktors) angewendet wird, werden die Federn 24 zusammengedrückt, wodurch die abwechselnden Reib- und Mitnehmerscheiben 23 der Kupplung axial getrennt sein können und dadurch die Kupplung 15 in einem ausgerückten Zustand, d. h. einem Zustand, platziert wird, in dem sich die Riemenscheibe 5 und der Dämpfer 6 unabhängig drehen.
  • In dieser Ausführungsform wird der Hydraulikdruck durch Öl bereitgestellt, das auch verwendet wird, um die Untersetzungsgetriebe des Getriebes und ihre zugehörigen Lager zu kühlen und zu schmieren, und um die Reib- und Mitnehmerscheiben der Nasslamellenkupplung zu kühlen. Die Anwendung des Hydraulikdrucks wird durch ein Magnetventil (nicht veranschaulicht) als Reaktion auf Befehle von der elektronischen Steuereinheit 13 des FEMG gesteuert. Die Kupplung 15 ist bemessen, um zu gewährleisten, dass die große Menge an Drehmoment, die zwischen der Motorkurbelwelle und dem Motorgenerator übergeben werden kann, von der Kupplung ohne Schlupf aufgenommen wird. Zu diesem Zweck soll das Kühldesign der Einheit aufgrund der axial überlappenden Anordnung der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer konfiguriert sein, um während sämtlicher Operationen eine angemessene Kühlung der Kupplungsscheiben zu gewährleisten. Obwohl in dieser Ausführungsform eine Kühlung durch das Öl bereitgestellt wird, das in dem Getriebe zirkuliert, können andere Zwangs- oder passive Kühlanordnungen bereitgestellt werden, solange die erwartete Kupplungstemperatur unterhalb der Betriebstemperaturgrenze der Kupplung gehalten wird.
  • Ausführungsform eines FEMG-Getriebes.
  • 5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer Lageranordnung an dem Kurbelwellenende einer Ausführungsform des FEMG-Getriebes 16. Die 6A-6C und 7 zeigen Schrägansichten dieser Getriebeausführungsform, wobei ein Paar von Schalengehäusescheiben 35 des Getriebes Untersetzungsgetriebe 4, einschließend ein Zahnrad 36 am Riemenscheibenende, ein Zwischenzahnrad 37 und ein Zahnrad 38 am Motorgeneratorende, umschließt.
  • In dieser Anwendung weisen die Zahnräder eine Antriebsübersetzung von 2:1 auf, obwohl ein beliebiges Übersetzungsverhältnis, das in den verfügbaren Raum einer bestimmten Motoranwendung passt, bereitgestellt werden kann, während ein gewünschtes Verhältnis von Kurbelwellendrehzahl zu Motorgeneratordrehzahl bereitgestellt wird. Bei den Zahnrädern 36-38 kann es sich nach Belieben um Stirnräder oder Schraubenräder handeln oder sie können eine andere Verzahnung (wie etwa eine Pfeilverzahnung) aufweisen, um zu den Anforderungen der bestimmten Anwendung des FEMG-Systems zu passen. Solche Anforderungen schließen die Begrenzung von Getriebegeräuschen ein, die erforderlich ist, um gesetzlichen Einschränkungen im Hinblick auf Geräuschemissionen oder Fahrerkomfort, die mit Schraubenrädern erfüllt werden können, Einschränkungen hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, wie etwa Zahnbelastungsgrenzen, oder Grenzwerten des Axialdrucks zu entsprechen, die mit einer Pfeilverzahnung erfüllt werden können, durch die Komponenten mit einem gleichmäßigen und entgegengesetzten Axialdruck erzeugt werden.
  • Das Getriebegehäuse lagert drehbar jedes der Untersetzungsgetriebe 36-38 mit den Lagern 39. Das Zahnrad 36 am Riemenscheibenende schließt eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 40 in einem Umfangsring in seiner Verzahnung ein, die Bohrungen an der Stirnfläche der Riemenscheibe 5 der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer entsprechen. Diese Bohrungen nehmen Befestigungselemente auf, die konfiguriert sind, um das Untersetzungsgetriebe 36 am Riemenscheibenende für eine gemeinsame Drehung bei einem Antrieb durch die Kurbelwelle und/oder durch den Motorgenerator drehbar an der Riemenscheibe 5 zu fixieren.
  • Die Mitte des Untersetzungsgetriebes 36 am Riemenscheibenende weist eine zentrale Öffnung auf, durch die eine pneumatisch angetriebene Klauenkupplungsbetätigungsmembran 41 an einer Stirnfläche des Getriebegehäuses angeordnet ist. Die pneumatische Membran 41 erstreckt sich axial und zieht einen Kolben (nicht veranschaulicht) zurück, der angeordnet ist, um in die Ausrückstange 27 an dem Klauenkupplungselement 26 einzugreifen, um das Einrücken und Ausrücken der Kupplung 15 der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer zu steuern. Die Membran 41 ist in 5 als durch den pneumatischen Kupplungsaktor 22 abgedeckt gezeigt, während die 7-8 eine einfachere, dünne Membranabdeckung 42 mit einer Druckluftverbindung an ihrer Seite zeigen, die für die Verwendung in FEMG-Anwendungen mit besonders wenig Platz, geeignet ist. Unabhängig von dem Design der Membranabdeckung wirkt Druckluft in der Kammer oberhalb der Stirnfläche der Membran auf die Membran 41 ein, die erzeugt wird, wenn der Kupplungsaktor 22 oder die Abdeckplatte 42 über der Membranöffnung an der Stirnfläche des Getriebegehäuses installiert ist. Die Aufnahme und die Abgabe von Druckluft können durch Magnetventile (nicht gezeigt) als Reaktion auf Befehle von dem FEMG-Steuermodul 13 gesteuert werden. Obwohl es sich bei dem Kupplungsbetätigungsmechanismus in dieser Ausführungsform um eine pneumatisch betätigte Membran handelt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Kupplungsaktor beschränkt. Zum Beispiel kann ein elektromechanischer Aktor verwendet werden, wie etwa ein elektrisch angetriebener Magnet, der konfiguriert ist, um eine Betätigungsstange zu verlängern, um die Kupplungskomponenten auszurücken.
  • Die 5 und 8 liefern weitere Details der Montage des Aktors mit pneumatischer Membran dieser Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist eine Motorseite eines Membranmontagerings 45 sowohl konfiguriert, um das Lager 39 an der Vorderseite zu lagern, das mit dem Untersetzungsgetriebe 36 am Riemenscheibenende verknüpft ist, als auch um die Membran 41 an ihrer Vorderseite aufzunehmen. Das Lager 39 kann durch eine beliebige geeignete Vorrichtung, wie etwa einen Federring, oder wie in 5 gezeigt, durch eine Mutter 46 zurückgehalten und axial gelagert werden. Sobald der Montagering in der veranschaulichten großen Öffnung an der Stirnfläche der Schalenscheibe 35 des Getriebegehäuses gesichert ist, sind das Untersetzungsgetriebe 36 am Riemenscheibenende und sein Lager 39, sowie die Membran 41, in Bezug auf das Gehäuse des Getriebes 16 axial fixiert.
  • An dem Motorgeneratorende des Getriebes 16 ist eine Wellenbohrung 43, die mit der Drehachse des Untersetzungsgetriebes 38 am Motorgeneratorende ausgerichtet ist, in mindestens einer der Schalenscheiben 35 des Gehäuses, wie in den 6A-6C und 7 gezeigt, bereitgestellt. Die Wellenbohrung 43 ist bemessen, um zu ermöglichen, dass die Rotorwelle des Motorgenerators 3 (in dieser Figur nicht veranschaulicht) in das Getriebe 16 eintritt und für eine gemeinsame Drehung in das Zahnrad 38 am Motorgeneratorende eingreift.
  • Das FEMG-Getriebe kann durch Öl gekühlt und geschmiert werden. Das Öl kann in einem eigenständigen Ölsumpf oder alternativ an einer entfernten Stelle, wie etwa in einem externen Behälter oder dem Öltank des Motors, aufbewahrt werden, wenn der Motor und das Getriebe dieselbe Ölquelle teilen. Das Öl kann durch das Getriebe durch die Bewegung der Zahnräder oder durch eine Pumpe zirkulieren, die Drucköl verteilt, wie etwa eine elektrische Pumpe oder eine mechanische Pumpe, die durch die Drehung der Untersetzungsgetriebe angetrieben wird, und kann zusätzlich zum Schmieren und Kühlen der Zahnräder die Kupplungsscheiben einer Nasskupplung kühlen. Ferner kann das Getriebe mit einem Druckspeicher versehen sein, der sicherstellt, dass ein Reservevolumen von Drucköl verfügbar bleibt, um zum Beispiel die Kupplung der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer zu betätigen, wenn von der Pumpe erzeugter Druck nicht unmittelbar verfügbar ist. In einer solchen Ausführungsform kann ein Magnetventil, das von dem FEMG-Steuermodul gesteuert wird, verwendet werden, um das Drucköl abzugeben, um den Aktor der hydraulischen Kupplung zu betreiben.
  • 9 zeigt ein Beispiel eines handelsüblichen Getriebes, das eine alternative Motorgeneratormontageanordnung zeigt, bei der ein Motorgeneratormontageflansch 44 die Fähigkeit bietet, den Motorgenerator an dem Getriebe mit Befestigungselementen zu montieren, ohne dass das Eindringen von Befestigungselementen in das Getriebegehäuse erforderlich ist.
  • In den vorstehenden Ausführungsformen befinden sich die Enduntersetzungsgetriebe 36, 38 über das Zwischenzahnrad 37 in ständigem Eingriff. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art eines Flachgetriebes mit Einfachübersetzung beschränkt. Vielmehr sind andere Übertragungsanordnungen für Drehmomentleistung möglich, wie etwa Ketten- oder Riemenantriebe, oder Antriebe mit Komponenten, wie etwa Drehmomentübertragungswellen, die in einem Winkel zu der Drehachse der schaltbaren Kopplung ausgerichtet sind (zum Beispiel ein Schneckenradantrieb mit einer Übertragungswelle, die sich auf einer Achse senkrecht zu der Drehachse der schaltbaren Kopplung dreht), solange sie dem zu übertragenden Drehmoment standhalten können, ohne so groß sein zu müssen, dass die axiale Tiefe des Getriebes untragbar groß wird. Derartige alternative Getriebeanordnungen können auch in Ausführungsformen verwendet werden, bei denen der Motorgenerator 3 nicht parallel zu der Drehachse der schaltbaren Kopplung ausgerichtet ist, sondern stattdessen an dem Getriebe 16 positioniert und je nach Bedarf ausgerichtet ist, um eine Installation in Bereichen mit wenig Platz zu vereinfachen (zum Beispiel ist der Motorgenerator an dem Ende des Getriebes angebracht, wobei seine Drehachse mit einer Getriebedrehmomentübertragungswelle ausgerichtet ist, die nicht parallel zu der Drehachse der schaltbaren Kopplung verläuft).
  • Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf Anordnungen mit festem Untersetzungsverhältnis und ständigem Eingriff beschränkt, da andere Anordnungen verwendet werden können, wie etwa Riemenscheiben mit variablem Durchmesser (ähnlich wie diejenigen, die in einigen Fahrzeuggleichlaufgetrieben verwendet werden) oder intern lösbare Zahnräder, solange die axiale Tiefe des Getriebes nicht die Position der FEMG-Systemkomponenten in dem Bereich vor dem Motor ausschließt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Untersetzungsverhältnis der Untersetzungsgetriebe 36-38 des FEMG-Getriebes 2:1, ein Verhältnis, das ausgewählt wurde, um Drehzahlen der Kurbelwelle besser an einen effizienten Betriebsdrehzahlbereich des Motorgenerators 3 anzupassen.
  • Ausführungsformen einer Montage von Hardware eines FEMG-Systems. Wie zuvor angemerkt, ist die FEMG-Baugruppe vorzugsweise so positioniert, dass sich der Motorgenerator 3 in einem Bereich des Motorraums befindet, der unterhalb und zu einer lateralen Seite der Fahrgestellträger versetzt ist, die den Motor stützen. 10 veranschaulicht eine solche Anordnung, aus der Vorderansicht des Fahrzeugs zum Heck. Diese Figur zeigt die Beziehungen in dieser Ausführungsform zwischen dem Motorgenerator 3 und der Kurbelwelle 47 des Motors 8 (die sich axial hinter dem Getriebe 16 befindet), der Ölwanne 48, den längslaufenden Fahrgestellträgern 49 und dem querlaufenden Motorlager 50.
  • In den oben stehenden FEMG-Anordnungen befinden sich die Kurbelwelle 47, die Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer und das Untersetzungsgetriebe 36 am Motorende auf derselben Drehachse. Um sicherzustellen, dass diese Beziehung bewahrt wird, soll sich das FEMG-Getriebe vor dem Motor auf eine Weise befinden, wodurch sichergestellt wird, dass keine Relativbewegung zwischen dem Motor und dem Getriebe vorliegt, entweder quer zur Drehachse der Kurbelwelle oder um die Kurbelwellenachse.
  • Obwohl es möglich wäre, das FEMG-Getriebe auf eine Weise zu montieren, wodurch das Getriebe nicht direkt mit dem Motor verbunden wird (zum Beispiel durch das Aufhängen des FEMG-Getriebes von einer Halterung, die mit den Fahrgestellträgern verbunden ist, die den Motor halten), wird es bevorzugt, das Getriebe entweder direkt an ein benachbartes Fahrzeugrahmenelement oder an den Motorblock zu koppeln. Beispiele für einen Montagebügel des FEMG-Getriebes an dem Motor und eine entsprechende Anordnung von Montagebohrungen in dem Getriebe sind in den 10-14 gezeigt.
  • In 10 ist das FEMG-Getriebe 16 im Hinblick auf eine Drehung oder Querbewegung in Bezug auf den Motor 8 durch Befestigungselemente 306 direkt an dem Motor 8 gesichert. 11 zeigt einen alternativen Ansatz, bei dem eine Drehmomentstütze 307 (auch bekannt als Zugstange) an einem Ende an einem Ankerpunkt 308 des FEMG-Getriebes 16, und an dem gegenüberliegenden Ende an dem benachbarten Rahmenträger 49 angebracht ist, wodurch eine drehsichere Lagerung des Getriebes 16 bereitgestellt wird.
  • Ein weiterer alternativer FEMG-Montageansatz ist in 12 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein Montagebügel 51 mit Schraubenlöchern 52 versehen, die um den Bügel angeordnet sind, um sich mit entsprechenden Löchern in dem Motorblock 8 auszurichten, die Befestigungselemente aufnehmen, um eine auf den Motor zentrierte feste Stütze für das FEMG-Getriebe bereitzustellen. In diesem Beispiel ist die flache Unterseite des Montagebügels 51 angeordnet, um auf Elastomermotorlagern positioniert zu sein, wie sie oftmals in Motorinstallationen von Nutzfahrzeugen verwendet werden. Der motorseitige Teil des Montagebügels 51 ist ein Teil eines Bügels, der sich unterhalb der und/oder um die Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer erstrecken muss, um einen Teil eines Montagebügels des FEMG-Getriebes zu erreichen, an den das Getriebe gekoppelt sein kann, während gewährleistet wird, dass genug Spiel innerhalb des Bügels verfügbar ist, um zu ermöglichen, dass sich die Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer darin drehen kann.
  • Die 13 und 14 veranschaulichen schematisch die Position eines FEMG-Getriebes 16 an einem solchen Bügel und die entsprechende Verteilung von Befestigungslöchern um das FEMG-Untersetzungsgetriebe 36 und die FEMG-Seite des Montagebügels 51. Die 13 und 14 zeigen beide eine Umfangsanordnung der entsprechenden Befestigungslöcher 53 an dem FEMG-Getriebe 16 und auf der FEMG-Getriebeseite des FEMG-Montagebügels 51. In 14 sind der motorseitige Teil und der Teil auf der FEMG-Getriebeseite des Montagebügels 51 durch Arme 54 verknüpft, die sich parallel zu der Achse der Motorkurbelwelle in Räumen ohne die sich drehende Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer (in diesen Figuren der Übersichtlichkeit halber nicht veranschaulicht) erstrecken. Die schematisch veranschaulichten Arme 54 sollen das Anordnungskonzept des Montagebügels vermitteln, wobei es sich versteht, dass die Verbindung zwischen der Motorseite und der FEMG-Getriebeseite des Montagebügels einer beliebigen Konfiguration entsprechen kann, durch die die Vorder- und Rückseite des Bügels auf eine Weise verknüpft werden, wodurch das FEMG-Getriebe im Hinblick auf eine Bewegung in Bezug auf die Motorkurbelwelle gesichert ist. Zum Beispiel kann es sich bei den Armen 54 um Stangen handeln, die an der Vorder- und/oder Rückseite des Bügels verschweißt oder verschraubt sind, oder die Arme können Teilen eines eingegossenen Teils entsprechen, das sich um die Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer erstreckt. Vorzugsweise ist der Montagebügel 51 so konzipiert, dass sein Teil auf der FEMG-Getriebeseite ein Befestigungslochmuster aufweist, das die Drehung des FEMG-Getriebes in Bezug auf den Bügel („Gleichlauf‟) je nach Bedarf vereinfacht, um das Getriebe in verschiedenen Winkeln zu indizieren, um die FEMG-Komponenten an verschiedene Motorkonfigurationen anzupassen, zum Beispiel beim Nachrüsten eines FEMG-Systems auf eine Vielzahl von existierenden Fahrzeug- oder stationären Motoranwendungen.
  • Ausführungsformen eines Motorgenerators und elektronischer Steuerungen eines FEMG-Systems.
  • Ein Beispiel eines Motorgenerators, der für das Anbringen an dem Motorgeneratorende eines FEMG-Getriebes geeignet ist, ist in 15 gezeigt. In dieser Ausführungsform schließt eine FEMG-Getriebeseite 55 des Motorgenerators 3 eine Vielzahl von Bolzen 56 ein, die konfiguriert sind, um in entsprechende Löcher in einem Montageflansch an dem Getriebe einzugreifen, wie etwa in dem Montageflansch 44, der an dem beispielhaften Getriebe 16 in 9 gezeigt ist. Um ein Drehmoment zwischen dem Rotor des Motorgenerators 3 und dem Untersetzungsgetriebe 38 am Motorgeneratorende zu übertragen, nimmt eine Rotorbohrung 57 eine Welle (nicht veranschaulicht) auf, die sich in eine entsprechende Bohrung in dem Untersetzungsgetriebe 38 erstreckt. Bei der Welle zwischen dem Untersetzungsgetriebe 38 und dem Rotor des Motorgenerators 3 kann es sich um eine separate Komponente handeln oder sie kann entweder mit dem Rotor oder dem Untersetzungsgetriebe einstückig ausgebildet sein. Die Welle kann auch in eines oder beide des Rotors und des Untersetzungsgetriebes gedrückt werden, oder sie kann unter Verwendung einer verschiebbaren Verbindung, wie etwa Axialverzahnungen oder eine Gewindeverbindung, ohne Weiteres trennbar sein. Der Motorgenerator 3 nimmt in dieser Ausführungsform auch verschiedene der elektronischen Komponenten des FEMG-Systems auf, was weiter unten erörtert wird, sowie Niederspannungsverbindungen 58 und eine Hochspannungsverbindung 59, die als die elektrischen Schnittstellen zwischen dem Motorgenerator 3 und der Steuerung und Komponenten des Energiespeichers des FEMG-Systems dienen.
  • Vorzugsweise ist der Motorgenerator 3 bemessen, um zumindest die Fähigkeit zum Motorstart, zur Erzeugung von Hybridelektroenergie und zum Antreiben von Motornebenaggregaten bereitzustellen. In einer Ausführungsform stellt ein Motorgenerator mit einer Größe von etwa 220 mm im Durchmesser und 180 mm in der länglichen Tiefe, wie in dem Graphen in 16 gezeigt, bei null U/min ein Drehmoment von etwa 300 Nm für den Motorstart, und in der Nähe von 4000 U/min bis zu etwa 100 Nm für den Betrieb von Motornebenaggregaten bereit und/oder er stellt ein zusätzliches Drehmoment für die Motorkurbelwelle bereit, um zum Antrieb des Fahrzeugs beizutragen. Mit einem Untersetzungsverhältnis des FEMG-Getriebes von 2:1 ist dieser Drehzahlbereich des Motorgenerators gut auf den Drehzahlbereich des Motors eines typischen Nutzfahrzeugs von null bis etwa 2000 U/min abgestimmt.
  • Das Design des FEMG-Motorgenerators ist durch thermische, mechanische und elektrische Gesichtspunkte eingeschränkt. Zum Beispiel kann, obwohl der Temperaturanstieg des Motorgenerators während des Startens durch die relativ kurze Dauer des Startvorgangs relativ begrenzt ist, wenn der Motorgenerator allein ein oder mehrere fordernde Motornebenaggregate, wie etwa den Motorkühllüfter, antreibt, die erforderliche Drehmomentausgabe von dem Motor in dem Bereich von 50 Nm bis 100 Nm liegen. In Abwesenheit einer angemessenen Motorgeneratorkühlung kann der Temperaturanstieg während Bedingungen mit einer anhaltend hohen Drehmomentausgabe, erheblich sein. Zum Beispiel kann bei einer Stromdichte J in den Motorgeneratorwicklungen von 15 A/mm2 ein adiabatischer Temperaturanstieg etwa 30 °C entsprechen. Aus diesem Grund ist es bevorzugt, dass der FEMG-Motorgenerator mit einer Zwangskühlung versehen ist, wie etwa bei dem in 17 gezeigten Beispiel, wobei ein Motorkühlmittel oder Kühlöl (wie etwa Öl aus dem Getriebeölkreislauf) durch einen Kühlfluiddurchgang 60 in dem Motorgenerator zirkuliert. Es ist besonders bevorzugt, dass ein Teil 61 des Kühldurchgangs 60 auch gesteuert wird, um eine Kühlung der elektronischen Komponenten des FEMG-Systems bereitzustellen, die an dem Motorgenerator 3 montiert sind.
  • Durch die Art der ausgewählten elektrischen Maschine können sich auch Einschränkungen ergeben oder bestimmte Vorteile bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann in einem Elektromotor vom Induktionstyp das Kippmoment unter Verwendung eines Wechselrichters um 10-20 % erhöht werden (mit einem entsprechenden Anstieg des Flusses) und das Kippmoment ist üblicherweise hoch, z. B. das 2-3-Fache der Nennleistung der Maschine. Andererseits muss, wenn eine Maschine vom Dauermagnettyp ausgewählt ist, ein übermäßiger Statorerregerstrom vermieden werden, um die Möglichkeit einer Entmagnetisierung der Dauermagneten zu minimieren. Obwohl sich die physische Anordnung und die Betriebstemperatur auf den Punkt auswirken können, an dem eine Entmagnetisierung problematisch ist, müssen üblicherweise Stromwerte vorliegen, die größer als das Doppelte des Nennstroms sind, bevor eine signifikante Entmagnetisierung festzustellen ist.
  • In Anbetracht solcher Faktoren besitzt eine bevorzugte Ausführungsform des Motorgenerators 3 die Fähigkeit, bei 150 % ihres Nennbetriebsbereichs betrieben zu werden. Zum Beispiel kann der Motorgenerator eine Nenndrehzahl von 4000 U/min, mit einer maximalen Nenndrehzahl von 6000 U/min (was einer maximalen Motordrehzahl von 3000 U/min entspricht) und einer Kapazität von etwa 60 KW bei 4000 U/min aufweisen. Es wird erwartet, dass ein solcher Motorgenerator, der mit einer Nennspannung von 400 V betrieben wird, eine kontinuierliche Drehmomentausgabe von etwa 100 Nm, ein Motoranlassdrehmoment von 150 Nm für eine kurze Dauer, wie etwa 20 Sekunden, und ein Spitzenanlaufdrehmoment bei null U/min von 300 Nm bereitstellt.
  • Es ist anzumerken, dass der Begriff „Motorgenerator“ die vorliegende Erfindung nicht auf Anwendungen beschränken soll, bei denen der Motor als ein Generator wirken muss, sondern stattdessen Anwendungen einschließt, bei denen der Motorgenerator einen Nebenaggregatetrieb antreibt, aber nicht zum Erzeugen von elektrischer Energie herangezogen wird.
  • Der FEMG-Motorgenerator 3 sowie die anderen Komponenten des FEMG-Systems werden in dieser Ausführungsform von dem zentralen FEMG-Steuermodul 13, einer elektronischen Steuerung („ECU“), gesteuert. In Bezug auf den Motorgenerator gilt für das FEMG-Steuermodul Folgendes: (i) es steuert den Betriebsmodus des Motorgenerators, einschließend einen Drehmomentausgabemodus, in dem der Motorgenerator Drehmoment ausgibt, das auf die Motornebenaggregate und/oder die Motorkurbelwelle über die Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer übertragen werden soll, einen Erzeugungsmodus, in dem der Motorgenerator elektrische Energie zur Speicherung erzeugt, einen Leerlaufmodus, in dem der Motorgenerator weder ein Drehmoment noch elektrische Energie erzeugt, und einen Abschaltmodus, in dem die Drehzahl des Motorgenerators auf null eingestellt ist (ein Modus, der möglich ist, wenn kein Betriebsbedarf eines Motornebenaggregats vorliegt und die Kupplung der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer ausgerückt ist); und (ii) es steuert den Eingriffszustand der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer (über Komponenten, wie etwa Magnetventile und/oder Relais, wie durch die Art des eingesetzten Kupplungsaktors erforderlich).
  • Das FEMG-Steuermodul 13 steuert den Motorgenerator 3 und die Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer auf Grundlage einer Vielzahl von Sensoreingaben und von vorgegebenen Betriebskriterien, wie weiter unten erörtert, wie etwa der Ladezustand des Energiespeichers 11, das Temperaturniveau des Hochspannungsbatteriepacks innerhalb des Energiespeichers, und der vorliegende und oder zu erwartende Drehmomentbedarf an dem Motorgenerator 3 (zum Beispiel das Drehmoment, das erforderlich ist, um gewünschte Drehzahlen von Motornebenaggregaten zu erreichen, um einen gewünschten Grad der Betriebseffizienz von Motornebenaggregaten zu erhalten). Das FEMG-Steuermodul 13 überwacht außerdem Drehzahlsignale in Bezug auf den Motorgenerator und die Motorkurbelwelle, um die Möglichkeit einer Beschädigung der Kupplungskomponenten zu minimieren, indem gewährleistet wird, dass die Teile der Kupplung auf der Kurbelwellenseite und der Riemenscheibenseite hinsichtlich der Drehzahl abgestimmt sind, bevor dem Kupplungsaktor signalisiert wird, dass er die Kupplung einrücken soll.
  • Das FEMG-Steuermodul 13 kommuniziert unter Verwendung von digitalen und/oder analogen Signalen mit anderen elektronischen Fahrzeugmodulen, sowohl um Daten, die in seinem Motorgenerator verwendet werden und Steuerungsalgorithmen für Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer zu erhalten, als auch um mit anderen Fahrzeugsteuerungen zusammenzuarbeiten, um die optimale Kombination der gesamten Systemoperationen zu bestimmen. In einer Ausführungsform ist das FEMG-Steuermodul 13 zum Beispiel konfiguriert, um von einer Bremssteuerung ein Signal zum Betreiben des Motorgenerators im Erzeugungsmodus zu empfangen, um eine Nutzbremsung bereitzustellen, anstatt die mechanischen Bremsen des Fahrzeugs als Reaktion auf einen relativ niedrigen Bremsbedarf von dem Fahrer zu betätigen. Das FEMG-Steuermodul 13 ist programmiert, um beim Empfang eines solchen Signals den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs zu beurteilen und der Bremssteuerung ein Signal zu liefern, das anzeigt, dass eine Nutzbremsung eingeleitet wird, oder alternativ, dass die Erzeugung von elektrischer Energie nicht erwünscht ist und die Bremssteuerung die Betätigung der mechanischen Bremsen oder der Bremsvorrichtung des Fahrzeugs befehlen soll.
  • 18 liefert ein Beispiel der Integration von elektronischen Steuerungen in einem FEMG-System. In dieser Ausführungsform empfängt das FEMG-Steuermodul 13 Signale und gibt diese aus, wobei es bidirektional über den CAN-Bus des Fahrzeugs mit Sensoren, Aktoren und anderen Fahrzeugsteuerungen kommuniziert. In diesem Beispiel kommuniziert das FEMG-Steuermodul 13 mit dem Batterieverwaltungssystem 12, das den Ladezustand des Energiespeichers 11 und andere zugehörige Energieverwaltungsparameter überwacht, mit einer Motorsteuereinheit 63, die Motorsensoren überwacht und den Betrieb des Verbrennungsmotors steuert, und mit den Komponenten zur Verwaltung von elektrischer Energie des FEMG-Systems, einschließend den Leistungswechselrichter 14, der die AC/DC-Umwandlung zwischen dem AC-Motorgenerator 3 und dem DC-Teil des elektrischen Busses zwischen dem DC-Energiespeicher des Fahrzeugs und elektrischen Verbrauchern (in dieser Figur nicht veranschaulicht) ausführt. Das FEMG-Steuermodul 13 kommuniziert ferner mit dem DC-DC-Wandler 10 des Fahrzeugs, welcher die Verteilung von elektrischer Energie bei Spannungen verwaltet, die für die verbrauchende Vorrichtung geeignet sind, zum Beispiel Umwandlung von 400 V Leistung von dem Energiespeicher 11 zu 12 V, welche die 12 V-Batterie 9 des Fahrzeugs und die verschiedenartige 12 V-Ausstattung des Fahrzeugs, wie etwa Beleuchtung, Radio, elektrisch verstellbare Sitze usw., benötigen.
  • 18 veranschaulicht außerdem die Kommunikation von Daten als Eingaben in die Steuerungsalgorithmen des FEMG-Systems von Sensoren 64, die mit dem Motorgenerator 3, der Kupplung der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer, den verschiedenen Motornebenaggregaten 1 und der 12 V-Batterie 9 verknüpft sind (zum Beispiel ein Motorgeneratorkupplungspositionssensor 101, ein Motorgeneratordrehzahlsensor 102, Motornebenaggregatkupplungspositionen 103, Luftkompressorzustandssensoren 104, Zustandssensoren 105 eines dynamischen Wärmeerzeugers, ein FEMG-Kühlmitteltemperatursensor 106, ein FEMG-Kühlmitteldrucksensor 107 und ein Spannungssensor 108 einer 12 V-Batterie).
  • Viele der Signale, die das FEMG-Steuermodul 13 empfängt und austauscht, werden über die mit dem SAE J1939-Standard des Fahrzeugs übereinstimmenden Kommunikationen und den Diagnosebus 65 zu/von der anderen Fahrzeugausstattung 66 (zum Beispiel Bremssteuerung 111, Bremsvorrichtungssteuerung 112, Steuerung 113 für die elektronische Luftaufbereitung (Electronic Air Control - EAC), Getriebesteuerung 114 und Armaturenbrettsteuerung 115) übertragen. Beispiele der Arten von ausgetauschten Sensor- und Betriebssignalen und Variablen und ihre entsprechenden Quellen sind in Tabelle 1 bereitgestellt. Tabelle 1
    Zu überwachende Signale/Variablen Quelle des Signals
    Hochspannungsbatterie: Ladezustand (SOC) Kommt vom Batterieverwaltungssystem (Battery Management System - BMS)
    Hochspannungsbatterie: Temperatur Kommt vom BMS
    Fahrzeuggeschwind ig keit J1939-Nachricht: Radbasierte Fahrzeuggeschwind ig keit
    Motordrehmoment J1939-Nachricht: Fahrerbedarf MotorDrehmoment in Prozent
    Motordrehzahl J1939-Nachricht: Motordrehzahl
    Status der Bremsbetätigung J1939-Nachricht: Druck bei der Bremsbetätigung im hohen Bereich. Jede
    Achse
    Kühllüfterkupplung J1939-Nachricht: Angeforderte Lüfterdrehzahl in Prozent
    A/C-Kompressorkupplung J1939-Nachricht: Auslassdruck des A/C-Kühlmittelkompressors im Fahrerhaus
    Luftkompressorkupplung J1939-Nachricht: Intelligenter Luftregler (Intelligent Air Governor - IAG)
    Leerlauf J1939-Nachricht: Aktueller Gang des Getriebes
    Getriebekupplung J1939-Nachricht: Getriebekupplungsaktor
    Tür geöffnet J1939-Nachricht: Status von Tür 1 offen/Status von Tür 2 offen
    Temperatur des Fahrerhauses J1939-Nachricht: Innentemperatur im Fahrerhaus
    Druck Luftbremssystem J1939-Nachricht: Primärer Bremsdruck
    FEMG-Kühlmitteltemperatur In dem Getriebe montierter Temperatursensor.
    Motoröltemperatur J1939-Nachricht: Motoröltemperatur 2
    Motorkühlmitteltemperatur J1939: Motorkühlmitteltemperatur
    Ansaugkrümmertemperatur J1939-Nachricht: Motoransaugkrümmer 1 Lufttemperatur (hohe Auflösung)
    MG-Drehzahl Geber, der an dem Getriebe oder dem MG montiert ist
  • Ausgaben von dem FEMG-Steuermodul 13 schließen Befehle zum Steuern der Erzeugung von elektrischer Energie oder einer Drehmomentausgabe von dem Motorgenerator 3, Befehle zum Einrücken und Ausrücken der Kupplung der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer, Befehle zum Einrücken und Ausrücken der Kupplungen 120 von einzelnen Motornebenaggregaten 1 (weiter unten erörtert) und Befehle für den Betrieb einer FEMG-Kühlmittelpumpe 121 ein.
  • FEMG-Steuermodulsystemsteuerung von FEMG-Systemkomponenten. Zusätzlich zum Steuern des Motorgenerators und seiner Kupplungsverbindung mit der Motorkurbelwelle besitzt das FEMG-Steuermodul in dieser Ausführungsform die Fähigkeit, den Eingriffszustand von beliebigen oder allen der einzelnen Kupplungen zu steuern, die Motornebenaggregate mit dem durch die Riemenscheibe 5 angetriebenen Antriebsriemen des Nebenaggregats verbinden, wodurch es dem FEMG-Steuermodul ermöglicht wird, selektiv unterschiedliche Motornebenaggregate (wie etwa den Klimaanlagenkompressor 2 oder den Druckluftkompressor 1 des Fahrzeugs) mit dem Nebenaggregatetrieb gemäß dem Betriebszustand des Fahrzeugs zu verbinden und davon zu trennen. Zum Beispiel können die Algorithmen des FEMG-Steuermoduls, wenn es die Betriebsbedingungen zulassen, die Erzeugung von elektrischer Energie priorisieren und bestimmen, dass einige der Motornebenaggregate nicht betrieben werden müssen. Alternativ ist das FEMG-Steuermodul programmiert, um ein Motornebenaggregat als Reaktion auf eine Prioritätssituation zu betreiben, die einen Betrieb des Nebenaggregats erfordert, auch wenn sich daraus keine hohe Gesamtbetriebseffizienz des Fahrzeugs ergibt. Ein Beispiel des Letztgenannten wäre der Empfang eines Signals eines niedrigen Drucks im Druckluftspeichertank, was das Einrücken der Kupplung des Luftkompressors und den Betrieb der Riemenscheibe 5 bei einer Drehzahl erforderlich macht, die hoch genug ist, um sicherzustellen, dass genug Druckluft gespeichert wird, um den Sicherheitsanforderungen des Fahrzeugs (z. B. genug Druckluft für einen pneumatischen Bremsvorgang) zu entsprechen. Ein anderes Beispiel wäre, es dem Motorgenerator und der Motorkühllüfterkupplung zu befehlen, den Motorkühllüfter mit einer Drehzahl zu betreiben, die hoch genug ist, um eine angemessene Motorkühlung zum Verhindern von Motorschäden zu gewährleisten.
  • Vorzugsweise ist das FEMG-Steuermodul mit Betriebsleistungsdaten von Motornebenaggregaten versehen, zum Beispiel in Form von gespeicherten Nachschlagetabellen. Mit Betriebseffizienzinformationen von Motornebenaggregaten, der Fähigkeit zum variablen Steuern der Betriebsdrehzahl des Motorgenerators auf praktisch jede gewünschte Drehzahl, wenn die Kupplung der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer ausgerückt ist, und dem Wissen über den Betriebszustand des Fahrzeugs, der von Sensoren und dem Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs empfangen wird, ist das FEMG-Steuermodul 13 programmiert, um eine bevorzugte Motorgeneratordrehzahl und eine Kombination von Kupplungseingriffszuständen von Motornebenaggregaten zu bestimmen und zu befehlen, woraus sich ein hohes Maß an Gesamtsystemeffizienz des Fahrzeugs für die gegebenen Betriebsbedingungen ergibt.
  • Obwohl die Gesamtsystemeffizienz durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von individuellen Motornebenaggregatkupplungen (einschließend ein-/abgeschaltete, mehrstufige Kupplungen oder Kupplungen mit variablem Schlupf) verbessert werden kann, kann das FEMG-Steuermodul 13 auch in Abwesenheit von individuellen Nebenaggregatkupplungen Leistungsinformationen von Motornebenaggregaten verwenden, um eine bevorzugte Betriebsdrehzahl des Motorgenerators zu bestimmen, die dazu führt, dass sich die Riemenscheibe 5 mit einer Drehzahl dreht, die der aktuellen Systempriorität entspricht, unabhängig davon, ob es sich bei dieser Priorität um die Verbesserung der Systemeffizienz, das Sicherstellen, dass die größte Anforderung des Motornebenaggregats erfüllt wird, oder eine andere Priorität handelt, wie etwa Beginnen mit dem Aufladen des Energiespeichers 11 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt rechtzeitig vor einem erwarteten Ereignis, um sicherzustellen, dass genug elektrische Energie gespeichert wird, bevor das Fahrzeug angehalten wird. Zum Beispiel ist das FEMG-Steuermodul in dieser Ausführungsform programmiert, um den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers 11 und die zur Verfügung stehende Zeit vor einer erwarteten Ruhezeit des Fahrers zu bestimmen, und die Aufladung des Energiespeichers 11 durch den Motorgenerator mit einer Geschwindigkeit zu veranlassen, die dazu führt, dass genug Energie beim Abschalten des Motors vorliegt, um den Betrieb des Fahrzeugsystems (wie etwa Klimaanlage in der Schlafkabine) über die zu erwartende Dauer der Ruhezeit (z. B. eine Ruhezeit von 8 Stunden über Nacht) zu unterstützen.
  • Ein ähnliches Grundprinzip gilt unabhängig von der Anzahl der vorliegenden individuellen Motornebenaggregatkupplungen, d. h., dass das FEMG-Steuermodul programmiert sein kann, um den Motorgenerator 3 und die Kupplung 15 der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer auf eine Weise zu betreiben, wodurch die in den Algorithmen festgelegten Prioritäten erfüllt sind, unabhängig davon, ob ein paar, viele oder keine individuellen Motornebenaggregatkupplungen vorliegen. Gleichermaßen kann eine Vielzahl von Priorisierungsschemata in dem FEMG-Steuermodul programmiert sein, um zu der bestimmten Fahrzeuganwendung zu passen. Zum Beispiel kann in einer bevorzugten Ausführungsform ein Energieeffizienzprioritätsalgorithmus über eine einfache Analyse dessen hinausgehen, welche Konfiguration der Riemenscheibendrehzahl und des Eingriffs der individuellen Motornebenaggregatkupplung eine optimale Betriebseffizienz für das Motornebenaggregat mit der höchsten Priorität bereitstellt, er kann jedoch auch bestimmen, ob der Betrieb einer Kombination von Motornebenaggregaten mit einer Kompromissriemenscheibendrehzahl zu einer größeren Gesamtsystemeffizienz führt, während dennoch der Bedarf des priorisierten Nebenaggregats gedeckt ist, d. h. Betreiben von jedem der einzelnen Motornebenaggregate mit Drehzahlen, die von Betriebspunkten ihrer jeweiligen maximalen Effizienz versetzt sind, wenn eine Riemenscheibendrehzahl vorliegt, welche die gesamte Fahrzeugeffizienz maximiert, während dennoch der Bedarf des Fahrzeugsystems gedeckt ist.
  • Ausführungsformen zur Erzeugung und Speicherung von elektrischer Energie und Spannungsumwandlung des FEMG.
  • Die Beziehung zwischen der Leistungselektronik und der Stromverteilung in der vorliegenden Ausführungsform ist ausführlicher in 19 gezeigt. Die drei Phasen des Wechselstrommotorgenerators 3 sind mit dem AD/DC-Leistungswechselrichter 14 über Hochspannungsverbindungen verbunden. Elektrische Energie, die von dem Motorgenerator 3 erzeugt wird, wird in Hochspannungs-DC-Strom umgewandelt, der in einem DC-Busnetzwerk 67 verteilt werden soll. Umgekehrt kann DC-Strom dem bidirektionalen Leistungswechselrichter 14 zur Umwandlung in AC-Strom zugeführt werden, um den Motorgenerator 3 als einen Drehmoment erzeugenden Elektromotor anzutreiben.
  • Eine bekannte Ausführungsform eines bidirektionalen AC/DC-Leistungswechselrichters, wie etwa des Wechselrichters 14, wie in 20 gezeigt. Diese Anordnung schließt eine Konfiguration mit sechs IGBT-Leistungstransistoren ein, wobei Schaltsignale von einer Steuerung (wie etwa von dem FEMG-Steuermodul 13) den Steuerleitungen 68A-68F auf Grundlage einer Vektorsteuerstrategie bereitgestellt werden. Vorzugsweise befindet sich das Steuermodul für den Leistungswechselrichter 14 nicht mehr als 15 cm entfernt von der IGBT-Platte des Leistungswechselrichters. Falls gewünscht, kann, um ein elektrisches Rauschen an dem DC-Bus 67 zu minimieren, ein Filter 69 zwischen dem Leistungswechselrichter und dem Rest des DC-Busses eingesetzt werden.
  • 19 zeigt auch zwei primäre DC-Busverbindungen, die Hochspannungsleitungen zwischen dem Leistungswechselrichter 14 und dem Energiespeicher 11. Die bidirektionalen Pfeile in dieser Figur zeigen an, dass DC-Strom von dem Leistungswechselrichter 14 zu dem Energiespeicher 11 fließen kann, um seinen Ladezustand zu erhöhen, oder für die Verteilung an den Leistungswechselrichter 14 zum Antreiben des Motorgenerators 3 oder an andere DC-Spannungsverbraucher, die mit dem DC-Bus verbunden sind, von dem Energiespeicher zu dem DC-Bus 67 fließen kann. In dieser Ausführungsform ist ein DC/DC-Spannungswandler 70 zwischen dem DC-Bus und dem Energiespeicher 11 bereitgestellt, um die DC-Spannung an dem DC-Bus, die von dem Motorgenerator 3 erzeugt wird, an die bevorzugte Betriebsspannung des Energiespeichers anzupassen. 19 zeigt außerdem, dass der DC-Bus 67 auch mit einem geeigneten Spannungswandler, wie etwa dem AC-DC-Spannungswandler 309, verbunden sein kann, der elektrische Energie von einer Energiequelle 310 eines abgeschalteten Fahrzeugs, wie etwa einer stationären Ladestation, zu der Spannung an dem DC-Bus 67 umwandelt, um das Aufladen des Energiespeichers unabhängig von dem Motorgenerator 3 zu ermöglichen, wenn das Fahrzeug geparkt ist.
  • Zusätzlich zu dem bidirektionalen Fluss von DC-Strom zu und von dem Energiespeicher 11 führt der DC-Bus 67 Hochspannungs-DC-Strom elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs, wie etwa Fahrzeugleuchten, Radios und anderen üblicherweise mit 12 V betriebenen Vorrichtungen, sowie Vorrichtungen mit 120 V AC-Strom, wie etwa einer Klimaanlage in der Schlafkabine des Fahrers und/oder einem Kühlschrank oder einem Kochfeld, zu. In beiden Fällen wird ein geeigneter Spannungswandler bereitgestellt, um die Hochspannung an dem DC-Bus 67 in den geeigneten DC- oder AC-Strom mit der geeigneten Spannung umzuwandeln. In der in 19 gezeigten Ausführungsform wandelt ein DC/DC-Wandler 71 DC-Strom mit einer Nennspannung von etwa 400 V in 12 V DC-Strom um, um eine oder mehrere herkömmliche 12 V-Batterien 72 aufzuladen. Den üblichen 12 V-Verbrauchern 73 des Fahrzeugs wird demnach die erforderliche Menge von 12 V Strom je nach Bedarf bereitgestellt, ohne dass der Motor mit einem separaten motorgetrieben 12 V-Alternator ausgestattet sein muss, wodurch ferner Gewicht und Kosten eingespart werden, während die gesamte Fahrzeugeffizienz erhöht wird. 21 veranschaulicht eine bekannte Ausführungsform eines DC/DC-Vorwärtswandlers, wie etwa des DC/DC-Wandlers 71, wobei das FEMG-Steuermodul 13 die Umwandlung von DC-Hochspannung von dem DC-Bus 67 zu dem 12 V-Ausgang 75 des Wandlers durch das Bereitstellen von FEMG-Steuersignalen zu einer Transistortreiberschaltung 74 steuert, um den Stromfluss durch die Primärwicklung 76 des Transformators 77 des DC/DC-Wandlers zu verwalten.
  • Der bidirektionale Hochspannungs-DC/DC-Wandler 70 entspricht einem sogenannten „Buck-Boost“-Typ eines Spannungswandlers, wie etwa der bekannten elektrischen Anordnung, wie in 22 gezeigt. 23 zeigt wie, wenn der elektronisch gesteuerte Schalter S in 22 betätigt wird, eine Eingangsspannung Vin auf gepulste Weise eine entsprechende Stromoszillation durch den Induktor L und die Kapazität C ansteuert, woraus sich eine kontinuierliche Ausgangsspannung vo ergibt, die sanft um eine Grundspannung <vo> oszilliert.
  • Der Wunsch, den Abstand zwischen dem Leistungswechselrichter 14 und den drei AC-Phasenleitungen des Motorgenerators kurz zu halten, kann erfüllt werden, indem verschiedene elektronische Komponenten in das Gehäuse eines Motorgenerators integriert werden, wie in 24 gezeigt. Auf der Seite des Motorgenerators gegenüber der Seite, die dem Getriebe 16 zugewandt ist, treten Drähte für die drei AC-Phasen 78A-78C hervor und sind mit einem Hochspannungsteil 79 einer Leiterplatte 84 verbunden (in 24 der Teil der Leiterplatte 84 links von der gestrichelten Linie). Rechts von den AC-Phasenverbindungen ist der Leistungswechselrichter in die Leiterplatte 84 integriert, wobei sich der IGBT-Pack 80 unter den IGBT-Treiberschaltungen 81 befindet.
  • Außerdem befindet sich an der Leiterplatte 84 auch ein Abschnitt 82, der einen elektrischen geräuschunterdrückenden Filter für elektromagnetische Interferenz (EMI) und DC-Leistungskondensatoren sowie eingebettete Mikrocontroller 83 der FEMG-ECU enthält. Die gestrichelte Linie stellt eine elektrische Isolierung 85 des Hochspannungsteils 79 von dem Niederspannungsteil 86 dar, der mit dem Rest des FEMG-Systems und Fahrzeugkomponenten über elektrische Verbindungselemente 58 kommuniziert. Die Hochspannung und der Hochstrom, die entweder von dem Motorgenerator 3 erzeugt oder durch den Motorgenerator 3 von dem Energiespeicher 11 empfangen werden, fließen von dem Hochspannungsteil 79 der Leiterplatte 84 zu der Hochspannungsverbindung 59 über Leiterbahnen (nicht veranschaulicht) hinter der Außenfläche der Leiterplatte.
  • Zu den Vorteilen dieses hohen Grads an Integration von Motorgenerator und Leistungselektronik gehören eine vereinfachte und günstigere Installation, das Minimieren von elektrischen Verlusten über Verbindungen mit einem längeren Abstand zwischen dem Motorgenerator und der Leistungselektronik, und die Fähigkeit, eine Kühlung der Leistungselektronik von der bereits vorhandenen Zwangskühlung des Motorgenerators bereitzustellen, ohne dass zusätzliche dedizierte Kühlanordnungen der Elektronik benötigt werden.
  • Ausführungsform eines Energiespeichers und einer Batterieverwaltungssteuerung eines FEMG-Systems.
  • Bei den in dem Energiespeicher 11 verwendeten Speicherzellen handelt es sich in dieser Ausführungsform um auf einer Lithiumchemie basierende, im Besonderen Li-Ionen-Batterien. Das Li-Ion weist verschiedene Vorteile gegenüber der Chemie von herkömmlichen Batterien, wie etwa Bleisäure, auf, einschließend ein leichteres Gewicht, eine bessere Toleranz von Laderaten des „Schnellladens“, eine hohe Leistungsdichte, eine hohe Effizienz für die Speicherung und Rückgabe von Energie und eine lange Lebensdauer.
  • Der Energiespeicher 11 ist bemessen, um dazu in der Lage zu sein, einen sehr großen Stromfluss von/zu dem Motorgenerator 3 aufzunehmen und zuzuführen, da ein von einer Kurbelwelle angetriebener Motorgenerator Kilowatt von elektrischer Leistung erzeugen kann, und ein von einem Energiespeicher angetriebener Motorgenerator 300 Ampere in der Spitze von Hochspannungsstrom benötigen kann, um einen Dieselmotor zu starten, zusätzlich dazu, dass er genug Hochspannungsstrom benötigt, um mehr als 100 Nm Drehmoment zu erzeugen, um Motornebenaggregate anzutreiben, wenn die Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer von der Motorkurbelwelle gelöst ist.
  • Obwohl die Superkondensatoren dazu in der Lage sind, mit dem Spitzenstrombedarf des FEMG-Systems umzugehen, ist der Batterieteil des Energiespeichers 11 bemessen, um dazu in der Lage zu sein, kontinuierliche Stromentladeraten und eine gesamte Energieausgabe bereitzustellen, um dem anspruchsvollsten Strombedarf zu entsprechen. Aufgrund von Erfahrungen mit dem Nutzfahrzeugbetrieb ist der Batterieteil des Energiespeichers 11 in dieser Ausführungsform bemessen, um einen zufriedenstellenden Betrieb bei der Entsprechung von 58 KW für zehn Minuten jede Stunde zu gewährleisten (ein Leistungsbedarf, der dem Betrieb des Motorkühllüfters mit seiner maximalen Drehzahl lediglich durch den Motorgenerator in regelmäßigen Abständen sowie der gleichzeitigen Verwendung der Klimaanlage und des Luftkompressors entspricht). Berechnungen haben gezeigt, dass eine Entladung von 58 KW für 10 Minuten pro Stunde, ausgehend von einer Betriebseffizienz des Leistungswechselrichters 14 von 95 %, die Entnahme von 10 KWh (Kilowattstunden) an Energie aus dem Energiespeicher 11 erfordern würde. Mit einer Systemspannung von 400 V macht es diese Entladungsmenge erforderlich, dass die Batterien des Energiespeichers eine Speicherkapazität von etwa 15 Ah (Amperestunden) aufweisen.
  • Zusätzlich zum Berechnen der minimalen Batteriekapazität, um dem erwarteten größten Fahrzeugbedarf zu entsprechen, werden bei dem Design des Batterieteils des Energiespeichers 11 grundlegende Betriebsanforderungen berücksichtigt. Zum Beispiel besteht ein betrieblicher Wunsch, die Batterien des Energiespeichers nicht vollständig zu entladen, sowohl um zu vermeiden, dass es zu einer Situation kommt, in der der Energiespeicher einer unmittelbaren Fahrzeuganforderung nicht entsprechen kann (wie etwa wenn der Motor nicht gestartet werden kann, wenn der Motorgenerator als eine Motorstartvorrichtung betrieben wird), als auch um eine mögliche Beschädigung der Batteriezelle durch die Entladung auf ein Niveau zu vermeiden, das deutlich unter der vom Hersteller der Batteriezelle angegebenen Mindestempfehlung für die Betriebsspannung der Zelle liegt (für eine Batteriezelle auf Lithiumbasis mit 3,8 V-4,2 V, üblicherweise nicht unterhalb von 1,5-2 V/Zelle). Das Design des Energiespeichers der vorliegenden Ausführungsform schließt demnach die Anforderung ein, dass durch den größten Entladebedarf der Batterieteil des Energiespeichers nicht unter eine Kapazität von 50 % entladen wird. Diese Anforderung führt dazu, dass der Energiespeicher 11 eine Batteriekapazität von 30 Ah aufweist.
  • Mit einem Designziel von 30 Ah und unter Verwendung von Li-lonen-Batteriezellen, die jeweils eine individuelle Nennspannung von 3,8 V und eine Entladekapazität von 33 Ah bei einer Entladerate von 0,3 C aufweisen (wie etwa eine Batteriezelle, die ein Gewicht von 0,8 kg (Kilogramm) und rechteckige Abmessungen von 290 mm x 216 mm x 7,1 mm aufweist), wurde bestimmt, dass die gewünschte Energiespeicherkapazität (30 Ah bei 400 V) durch eine Packung von 4 einzelnen Batteriezellen in Reihe bereitgestellt werden kann, um ein Batteriemodul mit 33 Ah herzustellen, das eine Nennspannung von 15,2 V aufweist, und dann 28 dieser Batteriemodule in Reihe geschaltet werden, um einen Batteriepack mit einer Kapazität von 33 Ah bei einer Nennspannung von 15,2 V/Modul x 28 Module = 425 V (die tatsächliche Betriebsspannung liegt üblicherweise bei oder unterhalb von 400 V) bereitzustellen. Dieser Batteriepack weist ein Gewicht (ohne Gehäuse) von etwa 90 kg und ein Volumen von etwa 50 Litern auf, ein Gewicht und eine Größe, die ohne Weiteres entlang eines Fahrgestellträgers eines Nutzfahrzeugs untergebracht werden können.
  • Der Energiespeicher 11 ist mit einem Batterieveraltungssystem (BMS) 12 versehen. Das BMS-Steuermodul überwacht den Ladezustand des Batteriepacks und die Temperaturen, führt Batteriewartungsaufgaben, wie etwa Cell Balancing (die Überwachung und Anpassung von Ladezuständen von einzelnen Zellen oder Gruppen von Zellen), aus und kommuniziert Statusinformationen des Batteriepacks zu dem FEMG-Steuermodul 13. Das Batterieveraltungssystem 12 kann gemeinsam mit dem FEMG-Steuermodul 13 oder an einer anderen Stelle entfernt von dem Batteriepack in dem Energiespeicher 11 angeordnet sein; jedoch ermöglicht die Installation des Batterieveraltungssystems 12 mit dem Energiespeicher 11 den Einsatz und den Austausch eines modularen Systems für die Energiespeicherung.
  • Eine andere Überlegung hinsichtlich des Designs bei dem Energiespeicher 11, der große Mengen an Hochspannungsstrom aufnimmt und entlädt, ist die Notwendigkeit einer Kühlung. In der vorliegenden Ausführungsform weist der Batteriespeicher 11 unter den FEMG-Komponenten, die eine Kühlung benötigen (der Energiespeicher 11, der Motorgenerator 3, der Leistungswechselrichter 14, das Getriebe 16 und die Kupplung 15 der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer), den größten Bedarf im Hinblick auf eine Kühlung auf, um eine Beschädigung durch Überhitzungsbedingungen zu vermeiden. Der bevorzugte Temperaturbetriebsbereich von Li-lonen-Batterien entspricht -20 °C bis 55 °C. Diese Temperaturen stehen im Vergleich zu Betriebstemperaturgrenzen von etwa 150 °C für den Motorgenerator 3, 125 °C für den Leistungswechselrichter 14 und 130 °C für das Getriebe 16 (sowie die Kupplung 15, wenn es sich bei der Kupplung um eine Ölbad-Nasskupplung handelt). In dieser Ausführungsform werden erhebliche Einsparungen hinsichtlich der Komplexität und der Kosten umgesetzt, indem alle der primären FEMG-Komponenten durch das Öl gekühlt werden, das in dem Getriebe zur Schmierung und Kühlung zirkuliert. Dies ist möglich, wenn der Batteriepack des Energiespeichers 11 das Kühlöl als die erste Komponente nach dem Luft-/Ölkühler aufnimmt, welcher Wärme von dem Öl abführt, d. h. bevor das gekühlte Öl wieder zirkuliert und Wärme von anderen FEMG-Komponenten in dem Ölkühlkreislauf absorbiert. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, dass der Batteriepack den Kühlölstrom bei einer Temperatur aufnimmt, die es ermöglicht, dass der Batteriepack unterhalb von 55 °C bleibt, bevor das Öl in dem Motorgenerator, dem Leistungswechselrichter und dem Getriebe auf höhere Temperaturen trifft.
  • Ausführungsformen eines Algorithmus zum Bestimmen des Ladezustands des Energiespeichers eines FEMG-Systems.
  • Der Ladezustand der Batterie des Energiespeichers kann auf verschiedene Art und Weise bestimmt werden. 25 ist ein Beispiel eines bekannten Steuerungsalgorithmus zum Schätzen des Ladezustands eines Batterieverwaltungssystems, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In einem ersten Schritt S101 wird das Batterieverwaltungssystem 12 beim Start („Schlüsselbetätigung“) initialisiert. Der Schritt S102 symbolisiert die BMS-Schätzung des Ladezustands der Batteriezellen durch das sogenannte Verfahren der „Coulomb-Zählung“, hier durch das Abtasten von Spannungen (V, T) und Temperaturen von Zellen und Gruppen, um einen geschätzten Ausgangsladezustand festzustellen und von diesem Ausgangspunkt aus die Menge an Strom zu verfolgen, die in den Batteriepack eingespeist und aus dem Batteriepack entnommen wird (I).
  • Jedoch liefert dieser Ansatz zum Verfolgen des Ladezustands, obwohl er den Vorteil aufweist, dass er eine sehr genaue Überwachung des Stromflusses in Echtzeit mit verhältnismäßig günstigen Technologien bereitstellt, keine zuverlässige Angabe hinsichtlich der Menge an Ladung, die aus den Batteriezellen aufgrund des Phänomens der Selbstentladung von Batteriezellen verloren geht, das sich aus unerwünschten chemischen Reaktionen ergibt. Da dieses Phänomen stark temperaturabhängig ist und zu einem wesentlichen Ladungsverlust führen kann, der in Schritt S102 nicht detektiert wird, führt das Batterieverwaltungssystem in dieser Ausführungsform auch einen zusätzlichen Schritt S103 zum Schätzen des Ladezustands aus, ein sogenannter Ansatz „vorher im Kreislauf. Bei diesem Ansatz zum Schätzen des Ladezustands wird die Leerlaufspannung der Batteriezellen gemessen und diese Spannung wird mit gespeicherten Spannungs-/Ladezustandswerten verglichen, um eine Schätzung des Batterieladezustands bereitzustellen, bei der grundsätzlich vorherige Verluste durch eine Selbstentladung berücksichtigt werden. Zusätzlich kann durch einen Vergleich mit zuvor gespeicherten Informationen eine Rate der Selbstentladung geschätzt werden und aus dieser Selbstentladerate kann ein Allgemeinzustand der Batterie geschätzt werden (d. h., dass eine hohe Selbstentladerate anzeigt, dass der Zustand der Batteriezellen im Vergleich zu neuwertigen verschlechtert ist).
  • Ein Nachteil des Ansatzes „vorher im Kreislauf“ ist, dass er nicht mühelos in Echtzeit verwendet werden kann, da der Batteriepack des Energiespeichers 11 verwendet wird, um Hochspannungsstrom je nach Bedarf aufzunehmen und zu entladen, um den laufenden Fahrzeugbetrieb zu unterstützen. Folglich werden die auf einer Leerlaufspannung basierenden Schätzungen des Lade- und Allgemeinzustands in Schritt S103 nur dann durchgeführt, wenn sich die Batterie des Energiespeichers in einem Zustand befindet, in dem kein Strom durch den Batteriepack aufgenommen oder von diesem entladen wird. Wenn die Schätzungen in Schritt S103 nicht vorgenommen werden können, geht diese Routine des Batterieverwaltungssystems zu Schritt S104 über und die jüngsten Schätzungen des Lade- und Allgemeinzustands der Batterie aus Schritt S103 werden in den darauffolgenden Berechnungen verwendet.
  • Auf Grundlage der Spannungen, Temperaturen, Stromeingänge und -ausgänge der Zellen und Gruppen aus Schritt S102 und den jüngsten Korrekturfaktoren aus Schritt S103, um Effekte der Selbstentladung zu berücksichtigen, berechnet das Batterieverwaltungssystem in Schritt S104 geeignete Leistungsgrenzen für die Ladung und Entladung, die für den Betrieb des Energiespeichers 11 in dem FEMG-System verfügbar sind und führt einen Cell-Balancing-Algorithmus aus, um Batteriezellen zu identifizieren, die einen Ladungsausgleich benötigen und eine geeignete selektive Ladung und/oder Entladung der Zelle anzuwenden, um die Zellspannungen innerhalb der Module mit 4 Zellen und zwischen den 28 Modulen auszugleichen. Das Cell Balancing ist von besonderer Bedeutung, wenn Li-Ionen-Batteriezellen verwendet werden, da solche Zellen voneinander unterschiedlich altern und sich selbst entladen können. Folglich können die einzelnen Batteriezellen mit der Zeit unterschiedliche Fähigkeiten zum Aufnehmen einer Ladung entwickeln, ein Zustand, der dazu führen kann, dass eine oder mehrere der Zellen in einem Modul (oder zwischen unterschiedlichen Modulen) überladen und andere unterladen sind. In beiden Fällen können deutlich über- oder unterladene Batteriezellen irreparabel beschädigt werden.
  • In Schritt S105 kommuniziert das Batterieverwaltungssystem 12 Statusinformationen des Batteriepacks zu dem FEMG-Steuermodul 13, einschließend Informationen über die Leistungsgrenzen, die für den aktuellen Ladezustand und die Temperatur der Batteriezellen erforderlich sind. Parallel dazu werden in Schritt S106 Batteriezelldaten zur Verwendung bei zukünftigen Wiederholungen der Zellüberwachung in einem Speicher gespeichert. Nach Abschluss der Routinen zur Bestimmung des Batteriepackstatus und zum Cell Balancing kehrt die Steuerung zum Beginn des Regelkreises zur Ladungsschätzung zurück, wobei Daten der Rate der Selbstentladung zu Beginn des Kreislaufs zur Verwendung in den darauffolgenden Schritten verfügbar gemacht werden.
  • Ausführungsformen von Betriebsmodi und einem Steuerungsalgorithmus eines FEMG-Systems.
  • In dieser Ausführungsform wird das FEMG-System in verschiedenen Modi betrieben, einschließend den Generatormodus, Motormodus, Leerlaufmodus, abgeschalteten Modus und Start-Stopp-Modus. Der für die aktuellen Betriebsbedingungen ausgewählte Modus basiert zumindest teilweise auf dem aktuellen Ladezustand des Energiespeichers 11, wobei das FEMG-Steuermodul 13 programmiert ist, um auf Grundlage von Daten, die von dem Batterieverwaltungssystem 12 empfangen werden, einen minimalen Ladezustand, in dieser Ausführungsform 20 % der Ladekapazität, einen mittleren Ladezustand von 40 % und einen maximalen Ladezustand von 80 % zu erkennen (ein Zustand der ausgewählt ist, um zu gewährleisten, dass der Energiespeicher vor einer Überladung von Zellen geschützt ist, besonders für den Fall, dass die Selbstentladung einer einzelnen Zelle zu einem Zustand eines Zellungleichgewichts geführt hat).
  • In dem Generatormodus wird die Kupplung 15 eingerückt und der Motorgenerator 3 wird angetrieben, um elektrische Energie zur Speicherung zu erzeugen, wann immer der Ladezustand des Energiespeichers unterhalb des minimalen Ladezustands liegt, und die Kupplung bleibt eingerückt, bis der mittlere Ladezustand erreicht ist. Sobald der mittlere Ladezustand erreicht ist, wechselt das FEMG-Steuermodul 13 je nach Bedarf zwischen dem Generator-, Motor-, Leerlauf- und abgeschalteten Modus. Zum Beispiel befiehlt das FEMG-Steuermodul, wenn der Motorgenerator 3 mit ausgerückter Kupplung 15 betrieben wird, um die Motornebenaggregate anzutreiben, einen Wechsel in den Generatormodus und das Einrücken der Kupplung 15, um den Energiespeicher 11 aufzuladen, wenn Brems-, Abbrems- oder negative Drehmomentereignisse auftreten (solange der Ladezustand des Energiespeichers 11 unterhalb des maximalen Ladezustands bleibt).
  • In dem Motormodus mit ausgerückter Kupplung 15 moduliert das FEMG-Steuermodul 13 die Amplitude und Frequenz des Stroms, der von dem Wechselrichter 14 an den Motorgenerator 3 abgegeben wird, um eine unendlich variable Drehzahlregelung bereitzustellen. Diese Fähigkeit ermöglicht, dass der Motorgenerator 3 auf eine Weise betrieben wird, wodurch die Riemenscheibe 5 und daher die von der Riemenscheibe 5 angetriebenen Motornebenaggregate mit einem Drehzahl- und Drehmomentausgabeniveau angetrieben werden, das den Bedarf der aktuellen Betriebsbedingungen deckt, ohne Energie aufgrund eines Betriebs auf einem unnötig hohen Drehzahl- und Drehmomentausgabeniveau zu verschwenden. Die Steuerung einer variablen Ausgabe des FEMG-Systems über den Motorgenerator 3 weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass die Menge an gespeicherter elektrischer Energie minimiert wird, die von dem Energiespeicher 11 abgegeben werden muss, wodurch der Ladebedarf des Energiespeichers verringert und die Zeit verlängert wird, in der der Energiespeicher 11 Hochspannungsstrom zuführen kann, bevor der minimale Ladezustand erreicht wird.
  • Wenn der Ladezustand in dem Energiespeicher 11 oberhalb des minimalen Zustands liegt, keine Brems-, Abbrems- oder negativen Drehmomentbedingungen vorliegen und die Motornebenaggregate kein Drehmoment von dem Motorgenerator 3 anfordern, aktiviert das FEMG-Steuermodul 13 den Leerlaufmodus, in dem die Kupplung 15 der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer ausgerückt und der Motorgenerator „abgeschaltet“ ist, d. h. nicht betrieben wird, um entweder elektrische Energie zur Speicherung oder ein Drehmoment zum Antreiben der Motornebenaggregate zu erzeugen.
  • In einem beliebigen des Generator-, Motor- oder abgeschalteten Modus kann das FEMG-Steuermodul der Kupplung 15 befehlen, eingerückt zu sein, wenn der Motor eine Unterstützung hinsichtlich der Drehmomentausgabe von dem Motorgenerator benötigt und es kann gleichzeitig die Zufuhr von elektrischer Energie von dem Energiespeicher 11 zu dem Motorgenerator befehlen, um sie in zusätzliches Drehmoment umzuwandeln, das zu der Motorkurbelwelle übertragen werden soll.
  • Das FEMG-Steuermodul ist zusätzlich programmiert, um vor einer unbeabsichtigten Überladung des Energiespeichers 11 zu schützen. Zum Beispiel wird in dieser Ausführungsform, wenn der Drehmoment- und Drehzahlbedarf des Motorkühllüfters 7 oberhalb von 90 % des maximalen Bedarfs seines Designs liegt, die Kupplung 15 der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer eingerückt, um den Motorkühllüfter 7 (und folglich auch die anderen in Eingriff genommenen Motornebenaggregate) von der Motorkurbelwelle mechanisch anzutreiben. Dies ermöglicht, dass der Motorgenerator 3 in dem Leerlauf- oder Generatormodus betrieben wird, um eine möglicherweise schädliche Tiefentladung des Energiespeichers 11 zu vermeiden, sowie um eine Bedingung eines Ladezustands zu vermeiden, wobei die gespeicherte Energie nicht ausreicht, um Lasten bei abgeschaltetem Motor (zum Beispiel Motorstart oder Unterstützung der Schlafkabine während Ruhezeiten bei abgeschaltetem Motor) zu unterstützen.
  • Ein zusätzlicher Betriebsmodus ist ein Startmodus, der zum anfänglichen Starten eines kalten Motors und eine Start-Stopp-Funktionalität verwendet wird (d. h. Abschalten des Motors nach einem Stopp und erneutes Starten, wenn die Fahrt fortgesetzt wird). In dieser Ausführungsform wird die Start-Stopp-Funktion von dem FEMG-Steuermodul 13 gesteuert. Wenn geeignete Bedingungen vorliegen (z. B. Ladezustand des Energiespeichers 11 oberhalb eines minimalen Schwellenwerts für den Motorstart, Fahrzeuggeschwindigkeit von null für einen ausreichenden Zeitraum, Getriebe im Leerlauf oder Getriebekupplung ausgerückt, Fahrzeugtüren geschlossen usw.), signalisiert das FEMG-Steuermodul dem Motorsteuermodul, dass der Motor abgeschaltet werden soll, wodurch der Kraftstoffverbrauch und unerwünschte Motorgeräusche im Leerlauf minimiert werden. Wenn das Fahrzeug wieder losfahren soll, wie durch ein Signal, wie etwa Loslassen des Bremspedals oder Betätigung der Getriebekupplung, angezeigt, befiehlt das FEMG-Steuermodul 13 das Einrücken der Kupplung 15 und die Zufuhr von Energie von dem Energiespeicher 11 für den Betrieb des Motorgenerators 3, um eine große Menge an Drehmoment für den Motorstart zu erzeugen. Die Abgabe eines Drehmoments für den Motorstart erfolgt von einer Ausgangsdrehzahl des Motorgenerators von null, falls während des Zeitraums mit abgeschaltetem Motor kein Betriebsbedarf von Motornebenaggregaten vorlag (wobei in diesem Fall keine Notwendigkeit einer Drehzahlanpassung zwischen Riemenscheibe und Kurbelwelle vorliegt, da beide Seiten der Kupplung eine Drehzahl von null aufweisen). Alternativ wird dem Motorgenerator 3, wenn der Motorgenerator 3 die Riemenscheibe 5 angetrieben hat, um Motornebenaggregate während des Zeitraums anzutreiben, in dem der Motor abgeschaltet war, befohlen, sich unter eine Drehzahl zu verlangsamen, bei der Kupplungsschäden auftreten würden, wenn die Kupplung 15 eingerückt ist. Im Falle einer Klauenkupplung kann dies bei einer Drehzahl von null oder in der Nähe davon geschehen, wohingegen eine Nasslamellenkupplung eine gewisse Relativbewegung zwischen der Riemenscheibenseite und der stationären Kurbelwellenseite der Kupplung besser tolerieren kann.
  • Das FEMG-System kann ferner genug Energie speichern, um einen Betrieb eines dynamischen Wärmeerzeugers zu ermöglichen, um einen kalten Motor vor einem Kaltstart vorzuheizen, wodurch der Widerstand deutlich verringert wird, den ein kalter Motor für den Motorgenerator während eines Kaltstarts darstellt. Durch die Verwendung eines dynamischen Wärmeerzeugers bietet sich auch die Möglichkeit, die Größe, das Gewicht und die Kosten des Motorgenerators zu verringern, indem der Spitzendrehmomentbedarf bei einem Kaltstart verringert wird, für dessen Bereitstellung der Motorgenerator über die erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs konzipiert sein muss.
  • Der Spitzendrehmomentbedarf bei einem Kaltstart, für dessen Bereitstellung der Motorgenerator über die erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs konzipiert sein muss, kann auch durch andere Assistenzvorrichtungen verringert werden. Zum Beispiel kann die Größe des Motorgenerators verringert werden, wenn ein Drehmoment zum Starten des Motors durch einen pneumatischen Anlassermotor ergänzt wird, der von dem Druckluftspeicher des Fahrzeugs angetrieben wird. Die Größe eines pneumatischen Anlassermotors kann minimiert werden, um zu gewährleisten, dass er sich mit den FEMG-Komponenten an der Vorderseite des Motors befinden kann, da der pneumatische Anlassermotor nicht bemessen sein muss, um dazu in der Lage zu sein, den Motor selbst zu starten. Eine solche Kaltstartunterstützung wäre kostengünstiger und würde ein geringeres Gewicht aufweisen als die Option des Bewahrens eines herkömmlichen Elektromotoranlassermotors, um das Schwungrad des Motors zu drehen und sie hätte vernachlässigbare Auswirkungen auf Verbesserungen der Systemenergieeffizienz, die durch das FEMG-System erhalten werden können.
  • Algorithmen zum Bestimmen der Betriebsdrehzahl von Motornebenaggregaten und der Betriebsdrehzahl des Motorgenerators eines FEMG-Systems.
  • Eine Ausführungsform einer Steuerstrategie eines FEMG-Systems wird mit der Unterstützung der Ablaufdiagramme aus den 26 und 27 im Anschluss an eine kurze Erörterung der Grundlagen der Strategie erläutert.
  • Allgemein gilt, dass höhere Kraftstoffeinsparungen erhalten werden können, indem die Zeit maximiert wird, in der Motornebenaggregate und andere Komponenten elektrisch angetrieben werden, anstatt durch die herkömmlicherweise bereitgestellte mechanische Motorleistung. Eine Steuerstrategie, mit der der Einsatz von elektrischer Energie verbessert wird, ist ein wesentlicher Bestandteil des Erreichens dieser Verbesserungen. Ein Ansatz der vorliegenden Erfindung ist das Maximieren der Anzahl von Komponenten, die elektrisch angetrieben werden können, während die Anzahl von elektrischen Maschinen minimiert wird, die für den Antrieb der Nebenaggregate benötigt werden. Demnach stellt in der vorliegenden Erfindung, anstatt die meisten oder alle der leistungsfordernden Komponenten des Fahrzeugs mit ihren eigenen Elektromotoren zu versehen, ein einziger Elektromotor (wie etwa der Motorgenerator 3) sowohl eine mechanische Drehmomentausgabe als auch die Erzeugung von elektrischer Energie bereit. Dieser Ansatz mit einem einzigen Motorgenerator ist an eine Steuerstrategie gekoppelt, die sicherstellt, dass die Anforderungen des anspruchsvollsten Motornebenaggregats oder des Motornebenaggregats mit der höchsten Priorität oder einer anderen Komponente erfüllt werden, während gleichzeitig ein ineffizienter Betrieb von anderen Nebenaggregaten oder Komponenten minimiert wird, indem ihr Betrieb an den Umfang angepasst wird, der für die Bedingungen praktisch ist, die eingestellt wurden, um dem größten Bedarf zu entsprechen. In der nachfolgend erörterten Steuerstrategie sind einzelne Motornebenaggregate mit Kupplungen versehen, die es ihnen in Abhängigkeit von dem Nebenaggregat ermöglichen, selektiv abgeschaltet zu werden, mit einer Drehzahl angetrieben zu werden, die von dem Nebenaggregat vorgeschrieben wird, das den größten Bedarf oder die höchste Priorität aufweist, oder mit einer verringerten Drehzahl unter Verwendung einer Kupplung mit variablem Eingriff angetrieben zu werden.
  • Wenn die Motornebenaggregate von der Motorkurbelwelle angetrieben werden, d. h., wenn die Kupplung 15 eingerückt ist, wird jedes Motornebenaggregat mechanisch gemäß einer „Ausgangs-“ oder „ursprünglichen“ Steuerstrategie („Original“ Control Strategy - OCS) angetrieben, die dem Betrieb dieser Nebenaggregate in einer herkömmlichen Motoranwendung ohne ein FEMG-System entspricht. Bei einer solchen Strategie werden die Nebenaggregate mit individuellen Kupplungen gemäß ihren individuellen Ausgangssteuerschemata betrieben, wobei ihre Kupplungen auf die gleiche Weise wie bei einer Nicht-Hybrid-Verbrennungsmotoranwendung vollständig eingerückt, teilweise eingerückt oder ausgerückt sind.
  • Im Gegensatz dazu steuert das FEMG-Steuermodul, wenn die Kupplung 15 der Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer ausgerückt ist und die Motornebenaggregate damit beginnen, von dem Motorgenerator 3 unter Verwendung von Energie aus dem Energiespeicher 11 angetrieben zu werden, die Drehzahl der Riemenscheibe 5 auf variable Weise, und daher den Motornebenaggregatantriebsriemen auf eine Weise, die den aktuellen Fahrzeuganforderungen entspricht, ohne mehr Antriebsdrehmoment eines Nebenaggregats bereitzustellen als unter den aktuellen Betriebsbedingungen erforderlich. Bei einer solchen Strategie mit variabler Drehzahlregelung (Variable Speed Control - VSC) verwendet das FEMG-Steuermodul 13 gespeicherte Daten im Hinblick auf die Betriebseigenschaften der einzelnen Motornebenaggregate, um die verschiedenen Nebenaggregate gleichzeitig auf eine Weise zu steuern, wodurch ferner die Menge an elektrischer Energie minimiert wird, die für den Antrieb des Motorgenerators 3 im Motormodus benötigt wird (das FEMG-Steuermodul 13 kann die Nebenaggregate direkt steuern, oder Signale zu anderen Modulen, wie etwa dem Motorsteuermodul, ausgeben, um die Ausführung der gewünschten Nebenaggregatoperationen zu befehlen). Zudem können trotz der Tatsache, dass die effizienteste oder wünschenswerteste Betriebsdrehzahl für jedes Nebenaggregat zugeordnet wurde, da der Motorgenerator 3 alle der Motornebenaggregate mit demselben Riemen mit einer Riemendrehzahl antreibt, wenn ein Nebenaggregat optimal betrieben wird, die anderen bei suboptimalen Betriebspunkten betrieben werden. Aus diesem Grund vergleicht das FEMG-Steuermodul 13 die bevorzugten Betriebsdrehzahlen von jedem der Nebenaggregate mit ihren Drehzahlen, wenn sie von dem Motorgenerator 3 mit einer Drehzahl angetrieben werden, die ausreicht, um den größten Bedarf eines Nebenaggregats zu decken, und bestimmt, ob die individuellen Kupplungen der Nebenaggregate betätigt werden können, um eine individuelle Nebenaggregatdrehzahl zu erzeugen, die der bevorzugten Betriebsdrehzahl des individuellen Nebenaggregats näherkommt. Falls möglich hebt das FEMG-Steuermodul die normale Steuerstrategie der Nebenaggregatkupplung auf und aktiviert die Nebenaggregatkupplungen je nach Bedarf, um individuelle Nebenaggregatdrehzahlen abzugeben, die eine verbesserte Effizienz bereitstellen.
  • Die Auswahl von geeigneten Motornebenaggregatdrehzahlen beginnt mit der Bestimmung einer gewünschten idealen Betriebsdrehzahl von jedem Nebenaggregat für die aktuellen Betriebsbedingungen, unter Verwendung einer Steuerlogik, wie etwa der in 26 gezeigten.
  • Beim Starten des Algorithmus zum Bestimmen der Nebenaggregatdrehzahl ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S201 aus seinem Speicher 201 Daten im Hinblick auf die aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen ab, die von den Sensoren des Fahrzeugs und anderen Steuerungen erhalten werden, wobei die Mehrheit davon dem FEMG-Steuermodul 13 über einen CAN-Bus gemäß dem SAE J1939-Netzwerkprotokoll bereitgestellt wird, und bestimmt die aktuellen Betriebsbedingungen. Diese Operation ist ein Prädikat hinsichtlich der Bestimmung in Schritt S202, ob die aktuellen Betriebsbedingungen den Betrieb eines bestimmten Nebenaggregats, wie etwa des Motorkühllüfters, erforderlich machen. Wenn das Nebenaggregat eingeschaltet werden soll, geht die Routine zu Schritt S203 über, um zu bestimmen, ob das Nebenaggregat über eine individuelle Mehrgangkupplung eines Nebenaggregats an den Nebenaggregatetrieb gekoppelt ist.
  • Wenn das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S203 bestimmt, dass eine solche Nebenaggregatkupplung vorliegt, geht die Routine zu Schritt S204 über, um zu bestimmen, was die gewünschte Nebenaggregatbetriebsdrehzahl für die bestimmte Betriebsbedingung wäre. Im Verlauf der Ausführung von Schritt S204 greift das FEMG-Steuermodul 13 auf Informationen 202 zu, zum Beispiel in Form von Nachschlagetabellen, charakteristischen Kurven oder mathematischen Funktionen, woraus es eine Nebenaggregatbetriebsdrehzahl ermitteln kann, bei der das Nebenaggregat unter den aktuellen Betriebsbedingungen auf effiziente Weise funktioniert. In Schritt S205 vergleicht das FEMG-Steuermodul 13 die bestimmte gewünschte Nebenaggregatbetriebsdrehzahl mit der Drehzahl des Nebenaggregats, wenn seine Kupplung vollständig eingerückt ist, und moduliert die Nebenaggregatkupplung, um einen geeigneten entsprechenden Kupplungsbetriebszustand festzulegen (z. B. einen Grad an Kupplungsschlupf in einer Kupplung mit variablem Schlupf oder ein bestimmtes Untersetzungsverhältnis in einer Kupplung mit mehreren getrennten Gängen, wie etwa eine 3-Gang-Kupplung). Nach dem Modulieren der Nebenaggregatkupplung, sodass sie für die Bedingungen geeignet ist, prüft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S207, um zu sehen, ob der Motormodus des FEMG-Systems beendet ist (d. h. Bestimmen, ob der Motorgenerator 3 das Antreiben des Nebenaggregatetriebs über die Riemenscheibe 5 gestoppt hat). Wenn das System noch im Motormodus betrieben wird, kehrt die Steuerung zum Beginn des Bestimmungsprozesses der Nebenaggregatdrehzahl zurück, um damit fortzufahren, Drehzahlanforderungen von Nebenaggregaten angesichts der andauernden Betriebsbedingungen zu bewerten. Wenn in Schritt S207 bestimmt wird, dass der Motormodus beendet ist, endet die Routine in 26. Es ist anzumerken, dass 26 den Nebenaggregatsteuerungsalgorithmus darstellt, wenn das FEMG-System nicht in einem Modus betrieben wird, in dem der Motorgenerator die Nebenaggregate antreibt („Motormodus“), d. h., wenn das FEMG-System im Generatormodus (Motor treibt den Motorgenerator und die Nebenaggregate an) oder abgeschalteten Modus betrieben wird oder deaktiviert ist. Bei einem Betrieb, wobei der Motor die Nebenaggregate antreibt (d. h., wobei die Kupplung der schaltbaren Kopplung eingerückt ist), kann die Steuerung der Nebenaggregate und ihrer jeweiligen Kupplungen zum Beispiel von der Steuerung des Motors ausgeführt werden.
  • Wenn das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S203 bestimmt, dass keine Mehrgangnebenaggregatkupplung vorliegt (d. h., dass die Nebenaggregatdrehzahl nicht in Bezug auf die Motordrehzahl moduliert werden kann), geht die Routine direkt zu Schritt S206 über, um der Kupplung des Nebenaggregats zu befehlen, dass sie das Nebenaggregat vollständig an den Nebenaggregatetrieb koppeln soll. Die Steuerung wechselt dann zu Schritt S207, wo die zuvor beschriebene Beurteilung des Motormodus durchgeführt wird. Es ist anzumerken, dass 26 den Nebenaggregatsteuerungsalgorithmus darstellt, wenn das FEMG-System nicht in einem Modus betrieben wird, in dem der Motorgenerator die Nebenaggregate antreibt („Motormodus“), d. h., wenn das FEMG-System im Generatormodus (Motor treibt den Motorgenerator und die Nebenaggregate an) oder abgeschalteten Modus betrieben wird oder deaktiviert ist. Bei einem Betrieb, wobei der Motor die Nebenaggregate antreibt (d. h., wobei die Kupplung der schaltbaren Kopplung eingerückt ist), kann die Steuerung der Nebenaggregate und ihrer jeweiligen Kupplungen zum Beispiel von der Steuerung des Motors ausgeführt werden.
  • Der Algorithmus in 26 ist eine Komponente der gesamten Steuerstrategie von Motornebenaggregaten der vorliegenden Ausführungsform, die in 27 gezeigt ist. Zu Beginn des Algorithmus des FEMG-Systems ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S301 aus seinem Speicher 201 Daten ab, die von dem Batterieveraltungssystem 12 empfangen wurden, um den Ladezustand des Energiespeichers 11 zu bestimmen. Als Nächstes ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S302 aus dem Speicher 201 Daten im Hinblick auf die aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen ab, die von den Sensoren des Fahrzeugs und anderen Steuerungen erhalten werden, um die aktuelle Betriebsbedingung zu bestimmen, unter der der Motor betrieben wird (in dieser Ausführungsform liefert die Beurteilung in Schritt S302 die Informationen, die in Schritt S201 des Algorithmus zum Bestimmen der Nebenaggregatdrehzahl aus 26 benötigt werden und demnach in dem nachfolgenden Schritt S322 nicht wiederholt werden müssen).
  • Nach dem Bestimmen der aktuellen Betriebsbedingungen bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 den Modus, in dem das FEMG-System betrieben werden soll und befiehlt dementsprechend das Ein- oder Ausrücken der Kupplung 15 der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer (Schritt S303). Wenn sich die Kupplung 15 in einem eingerückten Zustand befinden soll, in dem die Riemenscheibe 5 an den Dämpfer 6 (und daher an die Motorkurbelwelle) gekoppelt ist, kann die Bestimmung, wie die Nebenaggregate mit der Motorantriebsriemenscheibe 5 betrieben werden sollen, von dem FEMG-Steuermodul 13 oder einem anderen Nebenaggregatsteuermodul durchgeführt werden. In 27 übergibt das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S311 die Steuerung der Motornebenaggregatkupplungen an das Motorsteuermodul (Engine Control Module - ECM) des Fahrzeugs, das Motornebenaggregatdrehzahlen auf eine Weise bestimmen kann, die mit der ursprünglichen Steuerstrategie (OCS) vergleichbar ist. Nach der Übergabe der Nebenaggregatsteuerung in Schritt S311 endet die Verarbeitung bei Schritt S312.
  • Wenn bei Schritt S303 bestimmt wird, dass der Motorgenerator 3 die Nebenaggregate elektrisch antreiben soll (d. h. der „Motormodus“, in dem sich die Kupplung 15 der Einheit 19 aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer in einem ausgerückten Zustand befindet, in dem die Riemenscheibe 5 von dem Dämpfer 6 und daher von der Kurbelwelle entkoppelt ist), wird der Motorgenerator 3 in dieser Ausführungsform unter Verwendung der Strategie mit variabler Drehzahlregelung (VSC) gesteuert.
  • Die VSC-Strategie wird hier umgesetzt, indem zunächst in Schritt S322 für jedes Nebenaggregat eine bevorzugte Nebenaggregatbetriebsdrehzahl bestimmt wird, wobei Informationen zu allen der in Schritt S321 beurteilten Eigenschaften und Variablen der Nebenaggregate berücksichtigt werden.
  • In Schritt S323 bestimmt das FEMG-Steuermodul 13, ob mindestens ein Nebenaggregat, das von dem Motorgenerator 3 angetrieben werden kann, „eingeschaltet“ ist, d. h. sich in einem Zustand befindet, in dem es über eine Riemenscheibe 5 von dem Motorgenerator 3 angetrieben werden soll. Wenn unter den aktuellen Bedingungen kein Nebenaggregatbetriebsbedarf vorliegt, 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-Steuerungsalgorithmus in Schritt S324, ob mehr als ein Nebenaggregat von dem Motorgenerator 3 angetrieben werden muss (d. h. mehr als ein Nebenaggregat ist „eingeschaltet“). Wenn nur ein einziges Nebenaggregat mit einem Drehmomentbedarf vorliegt, fährt der Steuerprozess mit einer Unterroutine fort, die lediglich auf den Betrieb dieses einen „eingeschalteten“ Nebenaggregats fokussiert ist. Demnach wird in Schritt S325 die Motorgeneratordrehzahl berechnet, die benötigt wird, um das einzelne Nebenaggregat mit seiner bevorzugten Betriebsdrehzahl anzutreiben, in Schritt S326 wird der individuellen Antriebskupplung des Nebenaggregats befohlen, vollständig eingerückt zu werden, und in Schritt S327 wird dem Motorgenerator 3 befohlen, mit der in Schritt S325 bestimmten Drehzahl betrieben zu werden. Da die Drehzahl des Motorgenerators in dieser Ausführungsform variabel gesteuert wird, kann die Riemenscheibendrehzahl 5 genau auf den Wert festgelegt werden, der erforderlich ist, um das Motornebenaggregat mit dem höchsten Bedarf anzutreiben. Die Steuerung kehrt dann zum Beginn des Steuerungsalgorithmus zurück.
  • Wenn in Schritt S324 bestimmt wird, dass mehr als ein Nebenaggregat von dem Motorgenerator 3 angetrieben muss, bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 gemäß der VSC-Strategie in Schritt S328 für jedes Nebenaggregat, welche Motorgeneratordrehzahl benötigt wird, um das Nebenaggregat mit seiner individuell bevorzugten Nebenaggregatbetriebsdrehzahl anzutreiben. Die berechneten Drehzahlen werden dann in Schritt S329 verglichen, um den höchsten Motorgeneratordrehzahlbedarf von den „eingeschalteten“ Nebenaggregaten zu identifizieren. Das FEMG-Steuermodul 13 befiehlt dann der individuellen Kupplung des Nebenaggregats, das die höchste Motorgeneratordrehzahl benötigt, in Schritt S330 vollständig eingerückt zu werden und befiehlt in Schritt S331 dem Motorgenerator 3, mit der benötigten höchsten Motorgeneratordrehzahl betrieben zu werden. Als ein Teil der VSC-Strategie steuert das FEMG-Steuermodul in Schritt S332 den Betrieb von individuellen Nebenaggregatkupplungen der restlichen „eingeschalteten“ Nebenaggregate, die mit individuellen Kupplungen ausgestattet sind, um den Betrieb dieser Nebenaggregate an die benötigte höchste Motorgeneratordrehzahl anzupassen, die in Schritt S329 festgelegt wird. Zum Beispiel kann, da die festgelegte Motorgeneratordrehzahl (die Drehzahl, die benötigt wird, um das Nebenaggregat zu versorgen, das die höchste Motorgeneratordrehzahl benötigt) höher ist als die Drehzahl, die restliche Nebenaggregate benötigen, um mit ihren bevorzugten Drehzahlen betrieben zu werden, wenn ein Nebenaggregat mit einer individuellen Kupplung ausgestattet ist, die teilweise eingerückt sein kann (z. B. „Schlupf‟), dieser Kupplung befohlen werden, genug Schlupf zu ermöglichen, damit die Drehzahl ihres Nebenaggregats näher an seine bevorzugte Betriebsdrehzahl (wie in Schritt S322 bestimmt) herankommt. Die Steuerung kehrt dann zum Beginn des Steuerungsalgorithmus zurück.
  • Im Folgenden wird ein Beispiel der Ausführung des vorstehenden Verfahrens für den Fall eines Fahrzeugs mit drei Nebenaggregaten bereitgestellt, die von der Riemenscheibe der Kurbelwelle angetrieben werden, ein Motorkühllüfter, ein Klimaanlagenkompressor und ein Luftkompressor.
  • In diesem Beispiel ist der Motorkühllüfter mit einer Lüfterkupplung mit Mehrgangfunktion ausgestattet, wie etwa eine Dreigangkupplung oder eine Kupplung mit variabler Drehzahl (z. B. eine Kühlerlüfter-Viskosekupplung). Die Klimaanlage und Luftkompressoren weisen individuelle „ein-/abgeschaltete“ Kupplungen lediglich mit ein- und ausgerückten Zuständen auf. Das FEMG-Steuermodul 13 steuert den Betriebszustand von jeder der Nebenaggregatkupplungen. Die Enddrehzahl jedes Nebenaggregats hängt von der Antriebsübersetzung der Riemenscheibe, der Motorgeneratordrehzahl und der Beschaffenheit der Kupplung des Nebenaggregats (d. h. „ein-/abgeschaltet“, variabler Schlupf oder mehrere Schritte des Untersetzungsverhältnisses) ab.
  • In diesem vereinfachten Beispiel entsprechen für einen gegebenen Satz von Fahrzeugbetriebsbedingungen der bevorzugte Betriebspunkt jedes Nebenaggregats und die entsprechende Motorgeneratordrehzahl zum Erhalt des bevorzugten Betriebspunkts Folgendem: Motorkühllüfterbetrieb bei 1050 U/min (eine Lüfterdrehzahl, die eine Motorgeneratordrehzahl von 1050 U/min/ein 1:1-Verhältnis zwischen Lüfterriemenscheibe und Riemenscheibe 5, mal ein Getriebeuntersetzungsverhältnis von 2:1 = 1909 U/min erfordert); Klimaanlagenkompressorbetrieb bei 1100 U/min (was einer Motorgeneratordrehzahl von 1294 U/min entspricht); und Luftkompressorbetrieb bei 2000 U/min (was einer Motorgeneratordrehzahl von 2667 U/min entspricht).
  • 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 Menge an Druckluft dem minimalen Sicherheitsniveau für den pneumatischen Bremsbetrieb nähert), befiehlt das FEMG-Steuermodul 13 dem Motorgenerator 3 mit 2667 U/min zu laufen, was erforderlich ist, um die Drehzahlanforderung des Luftkompressors von 2000 U/min zu unterstützen. Jedoch ist diese Motorgeneratordrehzahl wesentlich höher als die Drehzahlen, die der Motorkühllüfter oder Klimaanlagenkompressor benötigen (bei der Motorgeneratordrehzahl von 2667 U/min liegen die Drehzahl des Motorkühllüfters und die Drehzahl des Klimaanlagenkompressors bei 1467 U/min bzw. 2267 U/min). Das FEMG-Steuermodul 13, das Zugriff auf die Motornebenaggregatbetriebskurven hat und sich auf die Beschaffenheit der Kupplungen der anderen Nebenaggregate stützt, kann dann den Eingriff der Kupplungen anpassen, um die anderen Nebenaggregate näher an ihren bevorzugten Betriebsdrehzahlen zu betreiben. Zum Beispiel wenn der Lüfter mit einer Kupplung mit variablem Schlupf ausgestattet ist, kann das FEMG-Steuermodul einen Umfang des Schlupfs der Lüfterkupplung befehlen, um die bevorzugte Drehzahl des Motorkühllüfters von 1100 U/min bereitzustellen. Gleichermaßen kann das FEMG-Steuermodul, obwohl der Klimaanlagenkompressor lediglich eine „ein-/abgeschaltete“ Kupplung aufweisen kann und demnach mit 1467 U/min angetrieben wird, wenn seine Kupplung eingerückt ist (anstatt der bevorzugten Drehzahl von 1050 U/min), den Betrieb der „ein-/abgeschalteten“ Kupplung des Klimaanlagenkompressors steuern, um den Arbeitszyklus des Klimaanlagenkompressors zu einem Punkt zu verringern, an dem der aktuelle Bedarf der Klimaanlage gedeckt werden kann, indem die Klimaanlage lediglich periodisch mit 1467 U/min betrieben wird. Dieser Ansatz verleiht dem FEMG-Steuermodul die Fähigkeit, den Bedarf des derzeit anspruchsvollsten Motornebenaggregats zu decken, während eine Verschwendung von Energie durch das Antreiben anderer Nebenaggregate mit höheren Drehzahlen als nötig oder mit einem unnötig hohen Arbeitszyklus (z. B. 100 %) verringert wird.
  • In einem weiteren Beispiel kann der Motor mit Nebenaggregaten ausgestattet sein, die nicht von einem Antriebsriemen getrennt werden können, der von der Riemenscheibe 5 angetrieben wird. In einem solchen Fall kann das FEMG-Steuermodul 13 unter Berücksichtigung der Betriebskurven bestimmen, dass die größte Gesamtsystemenergieeffizienz durch einen Kompromiss erhalten werden kann. Es wird zum Beispiel davon ausgegangen, dass der Luftkompressor derzeit den größten Bedarf aufweist und es bevorzugt werden würde, den Luftkompressor mit der Drehzahl von 2000 U/min zu betreiben, bei der der Kompressor am effizientesten ist. Wenn das FEMG-Steuermodul dann bestimmt, dass eine Motorkühlmittelpumpe, die mit der Motorgeneratordrehzahl von 2667 U/min angetrieben wird, mit einer unerwünscht niedrigen Effizienz betrieben wird (d. h. Betrieb mit einer Pumpendrehzahl, durch die der Energieverbrauch der Pumpe deutlich erhöht wird) und die Fahrzeugbedingungen ermöglichen, dass der Luftkompressor mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden kann (zum Beispiel wenn der Strombedarf die Druckluftspeichertanks „auffüllt“, anstatt einen dringenden, sicherheitstechnischen Druckluftbedarf zu decken), kann das FEMG-Steuermodul eine niedrigere Motorgeneratordrehzahl befehlen, bei der die Motorkühlmittelpumpe mit einem höheren Grad an Effizienz (z. B. 2400 U/min) betrieben wird, obwohl der Luftkompressor bei dieser Drehzahl mit einer etwas verringerten Effizienz betrieben wird, mit dem Ergebnis, dass durch den gesamten kombinierten Betrieb von Motorkühlmittelpumpe und Luftkompressor die Gesamtsystemeffizienz im Vergleich zum Betrieb dieser Nebenaggregate mit einer Motorgeneratordrehzahl von 2667 U/min erhöht wird.
  • Eine weitere Betriebsstrategie für Nebenaggregate wird in 28 veranschaulicht. Bei diesem Ansatz, wobei der Motorgenerator die Nebenaggregate, wie in Schritt 303 in 27 bestimmt, antreibt (Motormodus), bestimmt das System zunächst in Schritt S601 die minimalen Drehzahlen, die jedes der Nebenaggregate benötigt, um dem aktuellen Fahrzeugbedarf zu entsprechen (einschließend eine Drehzahl von null für Nebenaggregate, die derzeit nicht „eingeschaltet“ sein müssen). Diese werden zu der „vom Nebenaggregat benötigten Drehzahl“ jedes Nebenaggregats. Das System bestimmt dann die Motorgeneratordrehzahlen, die jeder der vom Nebenaggregat benötigten Drehzahlen entsprechen, wenn die Nebenaggregate von dem Motorgenerator angetrieben werden (Schritt S602).
  • Das System bestimmt dann in Schritt S603, welches der Nebenaggregate für die Betriebssicherheit benötigt wird, d. h., welche Nebenaggregate für welchen Nebenaggregatbetrieb als „sicherheitskritisch“ für den Betrieb des Fahrzeugs angesehen werden. In Schritt S604 wird bestimmt, ob das Nebenaggregat mit dem höchsten Drehzahlbedarf ein sicherheitskritisches Nebenaggregat ist. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S605 die höchste Nebenaggregatdrehzahl als die Grundlage für weitere Betriebsberechnungen ausgewählt. Die Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate, die erhalten werden, wenn der Nebenaggregatetrieb mit der höchsten Nebenaggregatdrehzahl betrieben wird (wobei die Antriebsübersetzungen der restlichen Nebenaggregate berücksichtigt werden), werden in Schritt S606 bestimmt. Dann bestimmt das System, wie in den Schritten S406-S407, in den Schritten S607-S608, ob eines oder mehrere der restlichen Nebenaggregate mit einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden kann bzw. können, während ihr individueller Bedarf weiterhin gedeckt ist (Schritt S607), und in Schritt S608 moduliert das System die Kupplungen der jeweiligen einzelnen Nebenaggregate, um ihre Drehzahl lediglich auf diejenige zu verringern, die benötigt wird, um dem individuellen Bedarf zu entsprechen.
  • Wenn das System andererseits in Schritt S604 bestimmt, dass das Nebenaggregat mit dem höchsten Drehzahlbedarf kein sicherheitskritisches Nebenaggregat ist, wechselt die Steuerung zu Schritt S609.
  • In Schritt S609 bestimmt das System eine sekundäre Betriebspriorität nach der ersten Priorität der Sicherheit gemäß einer Vielzahl von Kriterien für die betriebliche Notwendigkeit, wie etwa das Decken eines Fahrzeugbedarfs, Anforderungen des Energiespeichers, Notwendigkeit oder Wunsch des Betriebs eines einzelnen Nebenaggregats mit einem gewünschten Leistungsniveau, Notwendigkeit oder Wunsch des Betriebs von allen der „eingeschalteten“ Nebenaggregate bei einem Betriebspunkt, der eine optimale gesamte, kombinierte Nebenaggregateffizienz bereitstellt, Wahren des Fahrerkomforts usw. Auf Grundlage der Bestimmung der zweiten Betriebspriorität bestimmt das System in Schritt S610 eine Motorgeneratordrehzahl, die der sekundären Betriebspriorität entspricht (d. h. Betrieb des verwendeten Nebenaggregats bzw. der verwendeten Nebenaggregate, um der zweiten Betriebspriorität bei (einer) ausreichenden Drehzahl(en) zu entsprechen, um der zweiten Betriebspriorität zu entsprechen). Diese Motorgeneratordrehzahl entspricht der aktuellen Motorgeneratorbetriebsdrehzahl und bildet in Schritt S611 die Grundlage für die Bestimmung der entsprechenden restlichen Nebenaggregatdrehzahlen, wobei die Antriebsübersetzungen der einzelnen Nebenaggregate berücksichtigt werden), ähnlich wie in Schritt S607. In den Schritten S612-S613 bestimmt das System, wie in den Schritten S607-S608, ob eines oder mehrere der restlichen Nebenaggregate bei einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden kann bzw. können, während ihr individueller Bedarf weiterhin gedeckt ist (Schritt S607), und in Schritt S608 moduliert das System die Kupplungen der jeweiligen einzelnen Nebenaggregate, um ihre Drehzahl lediglich auf diejenige zu verringern, die benötigt wird, um dem individuellen Bedarf zu entsprechen.
  • Die vorstehende Offenbarung wurde lediglich dargelegt, um die Erfindung zu veranschaulichen und soll nicht einschränkend sein. Da solche Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen, die den Geist und den Inhalt der Erfindung berücksichtigen, einem Fachmann in den Sinn kommen können, ist die Erfindung so auszulegen, dass sie alles innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und Äquivalente davon einschließt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Luftkompressor
    2
    Klimaanlagenkompressor
    3
    Motorgenerator
    4
    Zahnräder der Antriebseinheit
    5
    Riemenscheibe
    6
    Dämpfer
    7
    Motorkühllüfter
    8
    Motor
    9
    Fahrzeugbatterien
    10
    DC/DC-Wandler
    11
    Energiespeicher
    12
    Batterieverwaltungssystem
    13
    elektronische Steuereinheit des FEMG
    14
    AC/DC-Leistungswechselrichter
    15
    Kupplung
    16
    Getriebe
    17
    Flanschwelle
    18
    Rotorwelle
    19
    Einheit aus Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer
    20
    Motorkühlmittelkühler
    21
    Riemenantriebsteile
    22
    Kupplungsaktor
    23
    Kupplungsscheiben
    24
    Kupplungsfeder
    25, 26
    Klauenkupplungselemente
    27
    Kupplungsausrückstange
    28
    Schraubenlöcher
    29
    Außenverzahnungen
    30
    Innenverzahnungen
    31, 32
    Klauen
    33
    Feder
    34
    Lager
    35
    Schale des Getriebegehäuses
    36
    Untersetzungsgetriebe am Riemenscheibenende
    37
    mittleres Untersetzungsgetriebe
    38
    Untersetzungsgetriebe am Motorgeneratorende
    39
    Lager
    40
    Bohrungen
    41
    Membran
    42
    Abdeckung
    43
    Wellenbohrung
    44
    Montageflansch
    45
    Montagering
    46
    Mutter
    47
    Kurbelwelle
    48
    Ölwanne
    49
    Fahrgestellträger
    50
    Motorlager
    51
    Montagebügel
    52
    Löcher
    53
    Löcher
    54
    Halterungsarme
    55
    Motorgeneratorgetriebeseite
    56
    Montagebolzen
    57
    Rotorwellenbohrung
    58
    Niederspannungsverbindung
    59
    Hochspannungsverbindung
    60
    Kühlmitteldurchgang
    61
    Teil des Kühldurchgangs für Elektronik
    62
    Motorsteuereinheit
    64
    Sensoren
    65
    SAE J1939-Bus
    66
    Fahrzeugausstattung
    67
    DC-Bus
    68A-68F
    Steuerleitungen
    69
    Transistorsteuerleitung
    70
    DC/DC-Spannungswandler
    71
    DC/DC-Wandler
    72
    12 V-Batterie
    73
    12 V-Verbraucher
    74
    Transistortreiberschaltung des DC/DC-Wandlers
    75
    Ausgang des DC/DC-Wandlers
    76
    Primärwicklung des Transformators
    77
    Transformator
    78
    AC-Phasenverbindung
    79
    Leiterplatte
    80
    IGBT-Pack
    81
    IGBT-Treiberschaltungen
    82
    EMI-Filter und DC-Kondensatoren
    83
    Microcontroller des FEMG-Steuermoduls
    101
    Motorgeneratorkupplungspositionssensor
    102
    Motorgeneratordrehzahlsensor
    103
    Motornebenaggregatkupplungspositionen
    104
    Luftkompressorzustandssensoren
    105
    Zustandssensoren eines dynamischen Wärmeerzeugers
    106
    FEMG-Kühlmitteltemperatursensor
    107
    FEMG-Kühlmitteldrucksensor
    108
    Spannungssensor einer 12 V-Batterie
    111
    Bremssteuerung
    112
    Bremsvorrichtungssteuerung
    113
    EAC-Steuerung
    114
    Getriebesteuerung
    115
    Armaturenbrettsteuerung
    120
    Kupplungen von einzelnen Motornebenaggregaten
    121
    FEMG-Kühlmittelpumpe
    201
    Speicher des FEMG-Steuermoduls
    202
    Betriebsparameterspeicher des FEMG-Steuermoduls
    303
    Buchse der Kupplungsausrückstange
    304
    Buchsenlager
    305
    Druckluftmuffe
    306
    Befestigungselement
    307
    Drehmomentstütze
    308
    Ankerpunkt
    309
    AC/DC-Wandler
    310
    Leistung bei abgeschaltetem Fahrzeug

Claims (16)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Motorgeneratornebenaggregatetriebsystems eines Fahrzeugs, wobei das Motorgeneratornebenaggregatetriebsystem Folgendes aufweist: einen Motorgenerator, ein Drehmomentübertragungssegment, das ein Motorgeneratorende aufweist, das konfiguriert ist, um den Motorgenerator aufzunehmen und um ein Drehmoment zwischen dem Motorgeneratorende und einem Nebenaggregatetriebende des Drehmomentübertragungssegments zu übertragen, einen Nebenaggregatetrieb, der an das Nebenaggregatetriebende des Drehmomentübertragungssegments gekoppelt und angeordnet ist, um von dem Motorgenerator über die Drehmomentübertragung angetrieben zu werden und um eine Vielzahl von Nebenaggregaten anzutreiben, einen Energiespeicher, der konfiguriert ist, um gespeicherte elektrische Energie an den Motorgenerator zu liefern, um eine Drehmomentausgabe von dem Motorgenerator zu dem Drehmomentübertragungssegment zu erzeugen, und eine Motorgeneratorsystemsteuerung, die konfiguriert ist, um mindestens eines von einer Betriebsdrehzahl und einem Drehmoment zu steuern, das von der Vielzahl von Nebenaggregaten von dem Nebenaggregatetrieb aufgenommen wird, indem eine Drehmomentausgabe des Motorgenerators gesteuert wird, wobei das Verfahren die folgenden Aktionen umfasst: Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, eines Betriebszustands des Fahrzeugs auf Grundlage von Betriebszustandsinformationen, die von mindestens einem von einem Fahrzeugsensor und einer anderen Steuerung des Fahrzeugs empfangen werden; Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, einer aktuellen Betriebspriorität aus dem bestimmten Betriebszustand, wobei die aktuelle Betriebspriorität einem der Folgenden entspricht: Erfüllen einer Sicherheitsanforderung, wobei die Sicherheitsanforderung mindestens eine Anforderung zum Halten eines Fahrzeugsystems innerhalb einer Systembetriebsgrenze einschließt, Erfüllen einer Energiespeicheranforderung, wobei die Energiespeicheranforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Ladezustand eines Energiespeichers oberhalb eines ersten Ladezustandsniveaus zu halten, Erfüllen einer Anforderung für das Betreiben von mindestens einem Nebenaggregat der Vielzahl von Nebenaggregaten mit einer Nebenaggregatdrehzahl, die einer Spitzenenergieeffizienz des mindestens einen Nebenaggregats entspricht, und Erfüllen einer Fahrerkomfortanforderung, wobei die Fahrerkomfortanforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Klimatisierungszustand einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten; Bestimmen einer Betriebsdrehzahl von jedem der Vielzahl von Nebenaggregaten, die benötigt wird, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen; Auswählen der höchsten Betriebsdrehzahl der Betriebsdrehzahlen der Vielzahl von Nebenaggregaten, die benötigt wird, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen, wenn der Nebenaggregatetrieb von dem Motorgenerator betrieben wird; Bestimmen einer entsprechenden Motorgeneratordrehzahl aus der höchsten Betriebsdrehzahl, die benötigt wird, um die höchste Betriebsdrehzahl zu erzeugen; Bestimmen von Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate der Vielzahl von Nebenaggregaten aus der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl, wenn sie mit der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl betrieben werden, wobei die restlichen Nebenaggregate nicht das Nebenaggregat einschließen, das mit der höchsten Betriebsdrehzahl betrieben werden soll; Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage ist, einen jeweiligen Nebenaggregatbedarf bei einer niedrigeren Drehzahl als die Betriebsdrehzahl des jeweiligen Nebenaggregats zu erfüllen, die sich bei der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl ergibt; Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate mit einer individuellen Kupplung zwischen dem Nebenaggregatetrieb und den mit einer individuellen Kupplung ausgestatteten Nebenaggregaten ausgestattet ist; und Steuern des Betriebs des Motorgenerators und der individuellen Nebenaggregatkupplungen der restlichen Aggregate als Reaktion auf Befehle von der Motorgeneratorsystemsteuerung, um den Motorgenerator zu der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl zu steuern, und die jeweiligen individuellen Nebenaggregatkupplungen zu modulieren, um die Betriebsdrehzahlen der jeweiligen restlichen Nebenaggregate zu den niedrigeren Drehzahlen zu modulieren, bei denen die jeweiligen restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage sind, den Bedarf der jeweiligen restlichen Nebenaggregate zu erfüllen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aktion des Steuerns des Betriebs des Motorgenerators das Zuführen von elektrischer Energie von dem Energiespeicher zu dem Motorgenerator einschließt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Motorgenerator in einem Nebenaggregatetriebmodus betrieben wird, wenn ein Ladezustand des Energiespeichers oberhalb eines dritten Ladezustands zwischen einem ersten Ladezustand und einem zweiten Ladezustand liegt, der erste Ladezustand einem vorgegebenen niedrigen Ladezustand entspricht, der zweite Ladezustand einem vorgegebenen hohen Ladezustand entspricht, und der dritte Ladezustand einem vorgegebenen mittleren Ladezustand entspricht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Motorgenerator in einem Leerlaufmodus betrieben wird, wenn kein Drehmomentbedarf an dem Motorgenerator von der Vielzahl von Nebenaggregaten vorliegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der erste Ladezustand einem dynamisch bestimmten niedrigen Ladezustand entspricht, der zweite Ladezustand einem dynamisch bestimmten hohen Ladezustand entspricht, der dritte Ladezustand einem dynamisch bestimmten mittleren Ladezustand entspricht, und der dynamisch bestimmte niedrige Ladezustand, der dynamisch bestimmte hohe Ladezustand und der dynamisch bestimmte mittlere Ladezustand jeweils auf Grundlage von mindestens einem von einem Allgemeinzustand des Energiespeichers und einer Umgebungsbedingung des Energiespeichers bestimmt werden.
  6. Verfahren zum Betreiben eines Motorgeneratornebenaggregatetriebsystems eines Fahrzeugs, wobei das Motorgeneratornebenaggregatetriebsystem Folgendes aufweist: einen Motorgenerator, ein Drehmomentübertragungssegment, das ein Motorgeneratorende aufweist, das konfiguriert ist, um den Motorgenerator aufzunehmen und um ein Drehmoment zwischen dem Motorgeneratorende und einem Nebenaggregatetriebende des Drehmomentübertragungssegments zu übertragen, einen Nebenaggregatetrieb, der an das Nebenaggregatetriebende des Drehmomentübertragungssegments gekoppelt und angeordnet ist, um von dem Motorgenerator über die Drehmomentübertragung angetrieben zu werden und um eine Vielzahl von Nebenaggregaten anzutreiben, einen Energiespeicher, der konfiguriert ist, um elektrische Energie, die von dem Motorgenerator erzeugt wird, zu speichern und um gespeicherte elektrische Energie an den Motorgenerator zu liefern, um eine Drehmomentausgabe von dem Motorgenerator zu dem Drehmomentübertragungssegment zu erzeugen, und eine Motorgeneratorsystemsteuerung, die konfiguriert ist, um mindestens eines von einer Betriebsdrehzahl und einem Drehmoment zu steuern, die von der Vielzahl von Nebenaggregaten von dem Nebenaggregatetrieb aufgenommen werden, indem mindestens eine von einer Betriebsdrehzahl und einer Drehmomentausgabe des Motorgenerators gesteuert wird, wobei das Verfahren die folgenden Aktionen umfasst: Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, eines Betriebszustands des Fahrzeugs auf Grundlage von Betriebszustandsinformationen, die von mindestens einem von einem Fahrzeugsensor und einer anderen Steuerung des Fahrzeugs empfangen werden; Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, einer aktuellen Betriebspriorität aus dem bestimmten Betriebszustand, wobei die aktuelle Betriebspriorität einem der Folgenden entspricht: Erfüllen einer Sicherheitsanforderung, wobei die Sicherheitsanforderung mindestens eine Anforderung zum Halten eines Fahrzeugsystems innerhalb einer Systembetriebsgrenze einschließt, Erfüllen einer Energiespeicheranforderung, wobei die Energiespeicheranforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Ladezustand eines Energiespeichers oberhalb eines ersten Ladezustandsniveaus zu halten, Erfüllen einer Anforderung für das Betreiben von mindestens einem Nebenaggregat der Vielzahl von Nebenaggregaten mit einer Nebenaggregatdrehzahl, die einer Spitzenenergieeffizienz des mindestens einen Nebenaggregats entspricht, und Erfüllen einer Fahrerkomfortanforderung, wobei die Fahrerkomfortanforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Klimatisierungszustand einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten; Bestimmen einer höchsten Betriebsdrehzahl der Vielzahl von Nebenaggregaten, wenn der Nebenaggregatetrieb von dem Motorgenerator mit einer Motorgeneratordrehzahl betrieben wird, die ausreicht, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen; Bestimmen von Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate der Vielzahl von Nebenaggregaten, wenn sie mit der Motorgeneratordrehzahl betrieben werden, die ausreicht, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen, wobei die restlichen Nebenaggregate nicht das Nebenaggregat einschließen, das mit der höchsten Betriebsdrehzahl betrieben werden soll; Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage ist, einen jeweiligen Nebenaggregatbedarf bei einer niedrigeren Drehzahl als die Betriebsdrehzahl des jeweiligen Nebenaggregats zu erfüllen, die sich bei der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl ergibt; Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate mit einer individuellen Kupplung zwischen dem Nebenaggregatetrieb und den mit einer individuellen Kupplung ausgestatteten Nebenaggregaten ausgestattet ist; und Steuern des Betriebs des Motorgenerators und der individuellen Nebenaggregatkupplungen der restlichen Aggregate als Reaktion auf Befehle von der Motorgeneratorsystemsteuerung, um Motorgenerator zu der Motorgeneratordrehzahl zu steuern, die ausreicht, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen, und die jeweiligen individuellen Nebenaggregatkupplungen zu modulieren, um die Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate zu den niedrigeren Drehzahlen zu modulieren, bei denen die restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage sind, den Bedarf der jeweiligen restlichen Nebenaggregate zu erfüllen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Aktion des Steuerns des Betriebs des Motorgenerators das Zuführen von elektrischer Energie von dem Energiespeicher zu dem Motorgenerator einschließt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Motorgenerator in einem Nebenaggregatetriebmodus betrieben wird, wenn ein Ladezustand des Energiespeichers oberhalb eines dritten Ladezustands zwischen einem ersten Ladezustand und einem zweiten Ladezustand liegt, der erste Ladezustand einem vorgegebenen niedrigen Ladezustand entspricht, der zweite Ladezustand einem vorgegebenen hohen Ladezustand entspricht, und der dritte Ladezustand einem vorgegebenen mittleren Ladezustand entspricht.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Motorgenerator in einem Leerlaufmodus betrieben wird, wenn kein Drehmomentbedarf an dem Motorgenerator von dem mindestens einen Nebenaggregat vorliegt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Ladezustand einem dynamisch bestimmten niedrigen Ladezustand entspricht, der zweite Ladezustand einem dynamisch bestimmten hohen Ladezustand entspricht, der dritte Ladezustand einem dynamisch bestimmten mittleren Ladezustand entspricht, und der dynamisch bestimmte niedrige Ladezustand, der dynamisch bestimmte hohe Ladezustand und der dynamisch bestimmte mittlere Ladezustand jeweils auf Grundlage von mindestens einem von einem Allgemeinzustand des Energiespeichers und einer Umgebungsbedingung des Energiespeichers bestimmt werden.
  11. Verfahren zum Betreiben eines Motorgeneratornebenaggregatetriebsystems eines Fahrzeugs, wobei das Motorgeneratornebenaggregatetriebsystem Folgendes aufweist: einen Motorgenerator, ein Drehmomentübertragungssegment, das ein Motorgeneratorende aufweist, das konfiguriert ist, um den Motorgenerator aufzunehmen und um ein Drehmoment zwischen dem Motorgeneratorende und einem Nebenaggregatetriebende des Drehmomentübertragungssegments zu übertragen, einen Nebenaggregatetrieb, der an das Nebenaggregatetriebende des Drehmomentübertragungssegments gekoppelt und angeordnet ist, um von dem Motorgenerator über die Drehmomentübertragung angetrieben zu werden und um eine Vielzahl von Nebenaggregaten anzutreiben, einen Energiespeicher, der konfiguriert ist, um elektrische Energie, die von dem Motorgenerator erzeugt wird, zu speichern und um gespeicherte elektrische Energie an den Motorgenerator zu liefern, um eine Drehmomentausgabe von dem Motorgenerator zu dem Drehmomentübertragungssegment zu erzeugen, eine Motorgeneratorsystemsteuerung, die konfiguriert ist, um mindestens eines von einer Betriebsdrehzahl und einem Drehmoment zu steuern, das von der Vielzahl von Nebenaggregaten von dem Nebenaggregatetrieb aufgenommen wird, indem eine Drehmomentausgabe des Motorgenerators gesteuert wird, wobei das Verfahren die folgenden Aktionen umfasst: Bestimmen, für jedes der Vielzahl von Nebenaggregaten, einer Betriebsdrehzahl, die benötigt wird, um den Bedarf des Fahrzeugs an dem Nebenaggregat zu erfüllen; Bestimmen, für jedes der Vielzahl von Nebenaggregaten, einer Betriebsdrehzahl des Motorgenerators zum Antreiben des Nebenaggregatetriebs, um die Nebenaggregatbetriebsdrehzahl zu erzeugen, die benötigt wird, um den Bedarf des Fahrzeugs an dem Nebenaggregat zu erfüllen, wobei eine Antriebsübersetzung von jedem der Vielzahl von Nebenaggregaten berücksichtigt wird; Identifizieren von einem oder mehreren der Vielzahl von Nebenaggregaten, die betrieben werden müssen, um eine kritische Sicherheitsanforderung zu erfüllen; Bestimmen, ob das eine oder die mehreren der Vielzahl von Nebenaggregaten, die betrieben werden müssen, um die kritische Sicherheitsanforderung zu erfüllen, die höchste der bestimmten Motorgeneratorbetriebsdrehzahlen aufweist bzw. aufweisen; wenn das eine oder die mehreren der Vielzahl von Nebenaggregaten, die betrieben werden müssen, um die kritische Sicherheitsanforderung zu erfüllen, die höchste der bestimmten Motorgeneratorbetriebsdrehzahlen aufweist bzw. aufweisen, dann Auswählen der höchsten der bestimmten Motorgeneratordrehzahlen als die aktuelle Motorgeneratorbetriebsdrehzahl, Bestimmen von Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate aus der aktuellen Motorgeneratordrehzahl, wenn sie mit der aktuellen Motorgeneratordrehzahl betrieben werden, wobei die restlichen Nebenaggregate nicht das Nebenaggregat einschließen, das die höchste der bestimmten Motorgeneratorbetriebsdrehzahlen erfordert, Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage ist, einen jeweiligen Nebenaggregatbedarf bei einer niedrigeren Drehzahl als die Betriebsdrehzahl des jeweiligen Nebenaggregats bei der aktuellen Motorgeneratordrehzahl zu erfüllen, und Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate mit einer individuellen Kupplung zwischen dem Nebenaggregatetrieb und den mit einer individuellen Kupplung ausgestatteten Nebenaggregaten ausgestattet ist, wenn das eine oder die mehreren der Vielzahl von Nebenaggregaten, die betrieben werden müssen, um die kritische Sicherheitsanforderung zu erfüllen, nicht die höchste der bestimmten Motorgeneratorbetriebsdrehzahlen aufweist bzw. aufweisen, dann Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, einer zweiten Betriebspriorität aus dem bestimmten Betriebszustand, wobei die zweite Betriebspriorität einem der Folgenden entspricht: Erfüllen einer Sicherheitsanforderung, wobei die Sicherheitsanforderung mindestens eine Anforderung zum Halten eines Fahrzeugsystems innerhalb einer Systembetriebsgrenze einschließt, Erfüllen einer Energiespeicheranforderung, wobei die Energiespeicheranforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Ladezustand eines Energiespeichers oberhalb eines ersten Ladezustandsniveaus zu halten, Erfüllen einer Anforderung für das Betreiben des mindestens einen Nebenaggregats mit einer Nebenaggregatdrehzahl, die einer Spitzenenergieeffizienz des mindestens einen Nebenaggregats entspricht, und Erfüllen einer Fahrerkomfortanforderung, wobei die Fahrerkomfortanforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Klimatisierungszustand einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten, Einstellen der aktuellen Motorgeneratorbetriebsdrehzahl auf eine Drehzahl, bei der die zweite Betriebspriorität erfüllt ist, während dennoch die kritische Sicherheitsanforderung erfüllt ist, Bestimmen, welches der Vielzahl von Nebenaggregaten mit einer individuellen Kupplung zwischen dem Nebenaggregatetrieb und den mit einer individuellen Kupplung ausgestatteten Nebenaggregaten ausgestattet ist, und Bestimmen, welches der Vielzahl von Nebenaggregaten dazu in der Lage ist, einen jeweiligen Nebenaggregatbedarf bei einer niedrigeren Drehzahl als die Betriebsdrehzahl des jeweiligen Nebenaggregats bei der aktuellen Motorgeneratordrehzahl zu erfüllen, während dennoch die kritische Sicherheitsanforderung und die zweite Betriebspriorität erfüllt sind, Steuern des Betriebs des Motorgenerators und der individuellen Nebenaggregatkupplungen der restlichen Nebenaggregate, die nicht das eine der Vielzahl von Nebenaggregaten einschließen, das mit der aktuellen Motorgeneratordrehzahl betrieben wird, um der zweiten Betriebspriorität zu entsprechen, als Reaktion auf Befehle von der Motorgeneratorsystemsteuerung, um den Motorgenerator zu der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl zu steuern, und die jeweiligen individuellen Nebenaggregatkupplungen zu modulieren, um die Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate, die mit individuellen Kupplungen ausgestattet sind, zu den niedrigeren Drehzahlen zu modulieren, bei denen die Nebenaggregate dazu in der Lage sind, den Bedarf des jeweiligen Nebenaggregats zu erfüllen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Aktion des Steuerns des Betriebs des Motorgenerators das Zuführen von elektrischer Energie von dem Energiespeicher zu dem Motorgenerator einschließt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei: der Motorgenerator in einem Nebenaggregatetriebmodus betrieben wird, wenn ein Ladezustand des Energiespeichers oberhalb eines dritten Ladezustands zwischen einem ersten Ladezustand und einem zweiten Ladezustand liegt, der erste Ladezustand einem vorgegebenen niedrigen Ladezustand entspricht, der zweite Ladezustand einem vorgegebenen hohen Ladezustand entspricht, und der dritte Ladezustand einem vorgegebenen mittleren Ladezustand entspricht.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Motorgenerator in einem Leerlaufmodus betrieben wird, wenn kein Drehmomentbedarf an dem Motorgenerator von dem mindestens einen Nebenaggregat vorliegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der erste Ladezustand einem dynamisch bestimmten niedrigen Ladezustand entspricht, der zweite Ladezustand einem dynamisch bestimmten hohen Ladezustand entspricht, der dritte Ladezustand einem dynamisch bestimmten mittleren Ladezustand entspricht, und der dynamisch bestimmte niedrige Ladezustand, der dynamisch bestimmte hohe Ladezustand und der dynamisch bestimmte mittlere Ladezustand jeweils auf Grundlage von mindestens einem von einem Allgemeinzustand des Energiespeichers und einer Umgebungsbedingung des Energiespeichers bestimmt werden.
  16. Verfahren zum Betreiben eines Motorgeneratornebenaggregatetriebsystems eines Fahrzeugs, wobei das Motorgeneratornebenaggregatetriebsystem Folgendes aufweist: einen Motorgenerator, einen Nebenaggregatetrieb, der angeordnet ist, um von dem Motorgenerator angetrieben zu werden und um eine Vielzahl von Nebenaggregaten anzutreiben, einen Energiespeicher, der konfiguriert ist, um gespeicherte elektrische Energie an den Motorgenerator zu liefern, um eine Drehmomentausgabe von dem Motorgenerator zu dem Drehmomentübertragungssegment zu erzeugen, und eine Motorgeneratorsystemsteuerung, die konfiguriert ist, um mindestens eines von einer Betriebsdrehzahl und einem Drehmoment zu steuern, das von der Vielzahl von Nebenaggregaten von dem Nebenaggregatetrieb aufgenommen wird, indem eine Drehmomentausgabe des Motorgenerators gesteuert wird, wobei das Verfahren die folgenden Aktionen umfasst: Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, eines Betriebszustands des Fahrzeugs auf Grundlage von Betriebszustandsinformationen, die von mindestens einem von einem Fahrzeugsensor und einer anderen Steuerung des Fahrzeugs empfangen werden; Bestimmen, mit der Motorgeneratorsystemsteuerung, einer aktuellen Betriebspriorität aus dem bestimmten Betriebszustand, wobei die aktuelle Betriebspriorität einem der Folgenden entspricht: Erfüllen einer Sicherheitsanforderung, wobei die Sicherheitsanforderung mindestens eine Anforderung zum Halten eines Fahrzeugsystems innerhalb einer Systembetriebsgrenze einschließt, Erfüllen einer Energiespeicheranforderung, wobei die Energiespeicheranforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Ladezustand eines Energiespeichers oberhalb eines ersten Ladezustandsniveaus zu halten, Erfüllen einer Anforderung für das Betreiben von mindestens einem Nebenaggregat der Vielzahl von Nebenaggregaten mit einer Nebenaggregatdrehzahl, die einer Spitzenenergieeffizienz des mindestens einen Nebenaggregats entspricht, und Erfüllen einer Fahrerkomfortanforderung, wobei die Fahrerkomfortanforderung mindestens eine Anforderung einschließt, um einen Klimatisierungszustand einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs in einem gewünschten Temperaturbereich zu halten; Bestimmen einer Betriebsdrehzahl von jedem der Vielzahl von Nebenaggregaten, die benötigt wird, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen; Auswählen der höchsten Betriebsdrehzahl der Betriebsdrehzahlen der Vielzahl von Nebenaggregaten, die benötigt wird, um der aktuellen Betriebspriorität zu entsprechen, wenn der Nebenaggregatetrieb von dem Motorgenerator betrieben wird; Bestimmen einer entsprechenden Motorgeneratordrehzahl aus der höchsten Betriebsdrehzahl, die benötigt wird, um die höchste Betriebsdrehzahl zu erzeugen; Bestimmen von Betriebsdrehzahlen der restlichen Nebenaggregate der Vielzahl von Nebenaggregaten aus der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl, wenn sie mit der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl betrieben werden, wobei die restlichen Nebenaggregate nicht das Nebenaggregat einschließen, das mit der höchsten Betriebsdrehzahl betrieben werden soll; Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage ist, einen jeweiligen Nebenaggregatbedarf bei einer niedrigeren Drehzahl als die Betriebsdrehzahl des jeweiligen Nebenaggregats zu erfüllen, die sich bei der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl ergibt; Bestimmen, welches der restlichen Nebenaggregate mit einer individuellen Kupplung zwischen dem Nebenaggregatetrieb und den mit einer individuellen Kupplung ausgestatteten Nebenaggregaten ausgestattet ist; und Steuern des Betriebs des Motorgenerators und der individuellen Nebenaggregatkupplungen der restlichen Aggregate als Reaktion auf Befehle von der Motorgeneratorsystemsteuerung, um den Motorgenerator zu der entsprechenden Motorgeneratordrehzahl zu steuern, und die jeweiligen individuellen Nebenaggregatkupplungen zu modulieren, um die Betriebsdrehzahlen der jeweiligen restlichen Nebenaggregate zu den niedrigeren Drehzahlen zu modulieren, bei denen die jeweiligen restlichen Nebenaggregate dazu in der Lage sind, den Bedarf der jeweiligen restlichen Nebenaggregate zu erfüllen.
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