DE112020005681T5 - Front-motor-generator-system und hybridelektrofahrzeug-betriebsverfahren - Google Patents

Front-motor-generator-system und hybridelektrofahrzeug-betriebsverfahren Download PDF

Info

Publication number
DE112020005681T5
DE112020005681T5 DE112020005681.3T DE112020005681T DE112020005681T5 DE 112020005681 T5 DE112020005681 T5 DE 112020005681T5 DE 112020005681 T DE112020005681 T DE 112020005681T DE 112020005681 T5 DE112020005681 T5 DE 112020005681T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
engine
accessory
motor
clutch
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112020005681.3T
Other languages
English (en)
Inventor
David Colavincenzo
Fernando VENEGAS DIAZ
Jeffrey M. Geither
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Original Assignee
Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US16/689,343 external-priority patent/US11807112B2/en
Application filed by Bendix Commercial Vehicle Systems LLC filed Critical Bendix Commercial Vehicle Systems LLC
Publication of DE112020005681T5 publication Critical patent/DE112020005681T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/38—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the driveline clutches
    • B60K6/387—Actuated clutches, i.e. clutches engaged or disengaged by electric, hydraulic or mechanical actuating means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K6/485—Motor-assist type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/48—Parallel type
    • B60K2006/4833—Step up or reduction gearing driving generator, e.g. to operate generator in most efficient speed range
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B67/00—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for
    • F02B67/04—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus
    • F02B67/06—Engines characterised by the arrangement of auxiliary apparatus not being otherwise provided for, e.g. the apparatus having different functions; Driving auxiliary apparatus from engines, not otherwise provided for of mechanically-driven auxiliary apparatus driven by means of chains, belts, or like endless members
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zur integrierten Elektrifizierung von Fahrzeugnebenaggregaten bereitgestellt, die üblicherweise von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden, bei dem ein Elektromotor an einen gemeinsamen Nebenaggregatantrieb gekoppelt ist, der eine Vielzahl von Nebenaggregaten antreibt, wie etwa eine Servolenkungspumpe, einen Klimakompressor, einen Luftkompressor, eine thermodynamische Heizvorrichtung und/oder eine Kühlmittelpumpe. Bei der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit sind vorzugsweise der Elektromotor, der Nebenaggregatantrieb und die Nebenaggregate in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das dazu konfiguriert ist, an einem Fahrgestelllängsträger des Fahrzeugs montiert zu werden, wobei das gemeinsame Gehäuse Wanddurchführungen beinhaltet, die eine schnelle Verbindung der Nebenaggregate mit externen Leitungen des Fahrzeugs erleichtern.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridelektrofahrzeuge und insbesondere ein System zum selektiven Koppeln eines Hybridelektrogenerator- und -speichersystems mit einem Verbrennungsmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des Systems.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Hybridelektrofahrzeugen, bei denen ein Verbrennungsmotor mit einem Motor-Generator und einem System zur Speicherung von elektrischer Energie kombiniert ist, wurde auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge große Aufmerksamkeit geschenkt, insbesondere im Bereich von Personenkraftwagen. Die Entwicklung von Hybridelektrofahrzeugsystemen hat erst in letzter Zeit bei Nutzfahrzeugen und nicht für den Straßenverkehr bestimmten Fahrzeugen, z. B. LKWs und Bussen der Fahrzeugklassen 2-8, bei Erdbaumaschinen und Bahnanwendungen, und bei durch einen stationären Verbrennungsmotor angetriebenen Installationen großes Interesse auf sich gezogen.
  • Technologien für den hybridelektrischen Antrieb bieten zahlreiche Vorteile; dazu zählen Verbesserungen im Hinblick auf die Kraftstoffeffizienz, die Reduktion der Emissionen von Verbrennungsmotoren und Fahrzeuggeräuschen als Beitrag zur Erfüllung behördlicher Auflagen, eine verbesserte Fahrzeugleistung wie auch geringere Kosten für den Flottenbetrieb. Diese Vorteile werden zu einem erheblichen Anteil durch das Vermögen hybridelektrischer Systeme erlangt, Energie zurückzugewinnen, die andernfalls vergeudet werden würde (wie etwa durch das Bremsen entstehende mechanische Energie, die ansonsten als Wärmeenergie in die Umgebung abgeführt werden würde), und die aufgefangene Energie zu einer anderen Zeit, wenn sie benötigt wird, etwa beim Bestromen von Fahrzeugkomponenten anstelle der Verwendung des Verbrennungsmotors als Leistungsquelle oder beim Unterstützen des Fahrzeugantriebs, zurückzuführen.
  • Motor-Generatoren von Hybridelektrofahrzeugen wurden typischerweise entweder unabhängig vom Verbrennungsmotor angeordnet (beispielsweise mithilfe separater Elektromotoren zur Bestromung der Vorderräder und Rückgewinnung von Energie von diesen, während der Motor Antriebsleistung für die Hinterräder bereitstellt) oder aber an den Motor gekoppelt, indem sie beispielsweise in den „hinteren Teil“ des Motors (d. h. das Ende, an dem sich das Schwungrad des Motors befindet) oder zwischen dem Motor und der Kraftübertragung der Räder integriert wurden. Dank dieser Position „hinter dem Motor“ kann die Motor-Generator-Ausrüstung Drehmoment direkt an den Antriebsstrang und die Räder des Fahrzeugs abgeben und direkt vom Antriebsstrang angetrieben werden, zum Beispiel bei Nutzbremsereignissen. Beispiele für Letzteres beinhalten Motor-Generatoren vom Schwungradtyp, bei denen das Schwungrad eines herkömmlichen Motors modifiziert ist, um als Rotor des Motor-Generators zu dienen, und ein konzentrisch montierter Stator sich um das Schwungrad befindet, sowie separate Elektromotoren, die zwischen dem Motor und den Antriebsrädern angeordnet sind, wie etwa das sogenannte „Two-Mode-Hybrid“-Getriebe, das von General Motors in dem leichten Pickup 2009 GMC Silverado angeboten wird, bei dem das Getriebe mit zwei Elektromotoren für den Fahrzeugantrieb und die Erzeugung elektrischer Energie ausgestattet ist.
  • Eine andere Form des Hinzufügens eines Motor-Generators zu einem Verbrennungsmotor besteht in der Verwendung sogenannter Startergeneratoren. Bei diesem Ansatz wird ein Elektromotor direkt an einen Motor gekoppelt, um sowohl als elektrischer Generator (eine Funktion, die traditionell von einer herkömmlichen riemengetriebenen Lichtmaschine übernommen wird) als auch als Motoranlasser zu dienen, was Gewicht und Kosten von Elektromotoren mit beiden, Lichtmaschine und Anlasser, reduziert. Derartige Installationen mit Startergenerator sind besonders in sogenannten Motor-Start-Stopp-Systemen nützlich, bei denen der Motor in Phasen, in denen das Fahrzeug steht, abgeschaltet wird, um Kraftstoff einzusparen und die Leerlaufemissionen zu verringern. Startergeneratoren befanden sich hinter dem Motor (ein in geeigneter Weise konstruierter Schwungrad-Motor-Generator kann, als Beispiel, auch als Anlasser verwendet werden) und waren auch an der eines Motors montiert, wo der Startergenerator einen Riemen antreiben kann, der direkt an die Motorkurbelwelle gekoppelt ist. Ein Beispiel für das letztgenannte System ist das System „Belt Alternator Starter“, das von General Motors im SUV 2007 Saturn Vue als Option angeboten wurde. Diese Systeme lassen sich nur sehr schwer an große Motoren wie etwa Dieselmotoren für Nutzfahrzeuge anpassen, da der Elektromotor größer sein muss, damit der viel höhere Drehmomentbedarf dieser Hochleistungsmotoren erfüllt werden kann, etwa für das Anlassen und Betreiben verschiedener Komponenten (beispielsweise kann ein Motorkühllüfter mehr als 50 KW an Leistung benötigen, eine Last, die eine hohe Drehmomentmenge zum Antreiben des Lüfterriemens erfordert). Außerdem müsste der Riemenantrieb in solch einem vergrößerten System die Kapazität besitzen, die hohen Beträge an Drehmoment zu übertragen, was eventuell nicht möglich oder jedenfalls praktisch ist, da die dickeren und breiteren Antriebsriemen und Riemenscheiben, die zum Erfüllen dieses Drehmomentbedarfs ausreichend sind, unter Umständen so viel größer und schwerer als ihre Pendants in Automobilen sind, dass sie in puncto Gewicht, Größe und/oder Kosten ausscheiden.
  • Ein weiterer Ansatz zur Elektrifizierung ist die Verwendung mehrerer einzelner Elektromotoren zum individuellen Antrieb von energieverbrauchenden Motor- und Fahrzeugnebenaggregaten, wie etwa Klimakompressoren, Servolenkungspumpen, Luftkompressoren, Motorkühllüftern und Kühlmittelpumpen, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, indem die Nebenaggregatverbraucher vom Motor entfernt werden. Dieser Ansatz erhöht das Gewicht des Fahrzeugs, die Kosten und die Länge und Komplexität der Kabelbäume und Steuersysteme erheblich, was die Einsparungen beim Kraftstoffverbrauch und bei den Emissionen, die durch die Entfernung von Motornebenaggregatverbrauchern von dem Motor bereitgestellt werden, möglicherweise wieder zunichte macht.
  • Die Hybridelektrofahrzeugsysteme nach dem Stand der Technik weisen eine Reihe von Nachteilen auf, die ihre Einführung in Anwendungen, wie etwa Nutzfahrzeugen, behindert haben. Dazu gehören: technische Schwierigkeiten, die mit dem Versuch verbunden sind, die Komponenten des Hybridelektro-Antriebsstrangs so zu dimensionieren, dass sie die sehr hohe Drehmomentabgabe großer Motoren (typischerweise Dieselmotoren mit hoher Drehmomentabgabe) bewältigen können; die gegenseitige Abhängigkeit des Motor- und des Motor-Generator-Betriebs, die sich daraus ergibt, dass diese Komponenten entweder in das Heck des Motors integriert sind oder direkt im Antriebsstrang liegen(d. h. sowohl der Motor als auch der Motor-Generator müssen sich gemeinsam drehen, selbst wenn die Drehung des einen oder des anderen nicht erforderlich oder sogar schädlich für die Gesamteffizienz des Fahrzeugs ist); und die Unfähigkeit, „Hotel“-Verbrauchern (z. B. Klimatisierung über Nacht und 120-Volt-Leistungsbedarf in einem Schlafraum eines Nutzfahrzeugs) unabhängig zu entsprechen, ohne entweder den Fahrzeugmotor zu betreiben oder eine separate, am Fahrzeug montierte Zusatzleistungseinheit (auxiliary power unit -APU) zu betreiben, wie etwa ein spezielles unabhängiges Verbrennungsmotorpaket oder ein spezielles Batteriepaket mit mehreren herkömmlichen Batterien und zugehöriger Hilfsausrüstung. Diese Zusatzleistungseinheiten sind sehr kostspielig (typischerweise mehrere Tausend Dollar), schwer und beanspruchen viel Platz in einem ohnehin beengten Fahrzeug. Ein weiterer Nachteil ist, dass im Falle einer kraftstoffverbrennenden APU die potenzielle Gefahr offener Flammen und der Bildung von Kohlenmonoxid besteht, das während der Ruhezeiten des Fahrers in den Schlafraum gelangen könnte, und im Falle einer vollelektrischen APU möglicherweise nicht genügend Energie zurückgeführt kann, um den gesamten Nebenaggregatbedarf des Fahrzeugs über längere Zeiträume bei abgeschaltetem Fahrzeugmotor zu decken.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Überblick über die primären Komponenten des Front-Motor-Generator-Systems.
  • Die vorliegende Erfindung löst diese und andere Probleme durch Bereitstellen eines Hybridelektrofahrzeugsystems, das sich an einem vorderen Ende eines Motors befindet, mit einem Motor-Generator, der in einer Weise angeordnet ist, die wenig oder keine Verlängerung der Länge der Front des Fahrzeugs erfordert. Im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung ist das „vordere Ende“ des Motors das Ende, das dem Ende entgegengesetzt ist, von welchem die vom Motor erzeugte Drehmomentabgabe an die primären Drehmomentverbraucher übertragen wird, wie etwa das Getriebe und die Antriebsachsen des Fahrzeugs oder den Verbraucher einer stationären Motorinstallation, wie etwa einen Pumpenantrieb. Das hintere Ende eines Motors liegt typischerweise dort, wo sich das Schwungrad des Motors befindet, und das vordere Ende dort, wo sich Komponenten, wie etwa motorgetriebene Nebenaggregate (z. B. Klima- und Druckluftkompressoren, Motorkühllüfter, Kühlmittelpumpen, Servolenkungspumpen), befinden. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sich vorrangig zwar auf Ausführungsformen für Nutzfahrzeuge, in denen die Motorkurbelwelle an der Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet ist, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf Motoranwendungen mit Frontmotor und Längsausrichtung begrenzt, sondern kann auch im Zusammenhang mit quer montierten Motoren (einschließlich quer montierter Motoren, die sich an der Front oder dem Heck eines Fahrzeugs befinden) verwendet werden, welche auch sehr beengte Umgebungen im Bereich neben dem Ende des Motors gegenüber dem Schwungradende aufweisen können.
  • Vorzugsweise befindet sich bei dem Front-Motor-Generator-System der vorliegenden Erfindung der Motor-Generator im vorderen Bereich des Motors, seitlich versetzt zur Seite der Drehachse der Motorkurbelwelle. Der Motor-Generator wird vorzugsweise auf einem Drehmomentübertragungssegment (auch als „Antriebseinheit“ bezeichnet) getragen, zum Beispiel einem einfach untersetzten Parallelwellengetriebe mit geringer Tiefe, dessen Eingangsdrehachse koaxial zur Motorkurbelwelle angeordnet ist. Der Motor-Generator ist vorzugsweise entweder hinter dem Drehmomentübertragungssegment in einem Raum zwischen dem Motor und einem benachbarten Längsträger des Fahrzeugfahrgestellrahmens oder vor dem Drehmomentübertragungssegment in einem Raum unter dem Kühlmittelkühler des Fahrzeugs angeordnet. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Stellen für den Motor-Generator begrenzt, sondern er kann sich überall im Bereich nahe dem vorderen Teil des Motors befinden, solange das Drehmomentübertragungssegment, auf dem er montiert ist, an der Drehachse der Motorkurbelwelle ausgerichtet werden kann.
  • Vorzugsweise stellt das Drehmomentübertragungssegment auch ein geeignetes Drehzahlverhältnis zwischen seiner Eingabe und seinen Ausgaben (z. B. ein Verhältnis von 2:1) bereit, um die Drehzahlen von Motor und Motor-Generator besser aufeinander abzustimmen, d. h. eine Drehzahlerhöhung vom Motor zum Motor-Generator und eine Drehzahlreduzierung an der Ausgabe des Motor-Generators bereitzustellen. Bei dem Drehmomentübertragungssegment kann es sich um ein Getriebe mit Zahnrädern oder eine andere Antriebsanordnung, wie etwa einen Kettenriemen, auf einer Motor-Generator-Seite einer ausrückbaren Kupplung (wie weiter unten näher erläutert wird) zwischen der Motorkurbelwelle und dem Drehmomentübertragungssegment handeln, die das Drehmoment zwischen dem Motor-Generator-Ende und dem Motorende des Drehmomentübertragungssegments überträgt. Das Drehmomentübertragungssegment weist ein axial schmales Profil auf, sodass es zwischen dem vorderen Teil 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 Motor-Generator über eine schaltbare (d. h. ausrückbare) Kupplung zwischen dem Drehmomentübertragungssegment und dem vorderen Ende der Kurbelwelle ein Drehmoment mit der Motorkurbelwelle austauscht. Die schaltbare Kupplung beinhaltet einen motorseitigen Abschnitt, der direkt an die Motorkurbelwelle gekoppelt ist, einen Antriebsabschnitt, der mit dem motorseitigen Abschnitt in Eingriff gebracht werden kann, um ein Drehmoment dazwischen zu übertragen, und eine Einrückvorrichtung, vorzugsweise eine axial betätigte Kupplung zwischen dem Antriebsabschnitt und dem motorseitigen Abschnitt. Der motorseitige Abschnitt der Kupplung beinhaltet einen Kurbelwellenschwingungsdämpfer (im Folgenden „Dämpfer“ genannt), im Gegensatz zu einem herkömmlichen Kurbelwellendämpfer, der traditionell als separate Kurbelwellenschwingungsunterdrückungsvorrichtung an der Kurbelwelle befestigt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine flexible Übertragung des Drehmoments zwischen dem Nebenaggregatantrieb, dem Motor-Generator und dem Motor, wobei der Nebenaggregatantrieb zum Beispiel von verschiedenen Drehmomentquellen (z. B. dem Motor und/oder dem Motor-Generator) angetrieben wird, der Motor die Drehmomentquelle für den Antrieb des Motor-Generators als elektrischer Generator ist und/oder der Motor-Generator an den Motor gekoppelt ist und als Elektromotor betrieben wird, um als zusätzliche Drehmomentquelle für den Fahrzeugantrieb zu dienen.
  • Besonders bevorzugt ist die schaltbare Kupplung eine integrierte Kupplung-Riemenscheiben-Dämpfer-Einheit, bei der sich die Kupplung zwischen dem motorseitigen Dämpferabschnitt und dem Antriebsabschnitt befindet. Der antriebsseitige Abschnitt beinhaltet einen Antriebsflansch, der dazu konfiguriert ist, an das Motorende des Drehmomentübertragungssegments gekoppelt zu werden, wobei der Antriebsflansch auch einen oder mehrere Antriebsscheibenteile an seinem Außenumfang beinhaltet. Bei dieser bevorzugten Konfiguration sind auch alle drei Elemente von der Riemenscheibe, der Kupplung und dem Dämpfer konzentrisch angeordnet, wobei sich mindestens zwei dieser Elemente entlang ihrer Drehachse teilweise überlappen. Diese Anordnung führt zu einer ausrückbaren Kupplung mit einer stark minimierten axialen Tiefe, um die Montage des FEMG in der beengten Umgebung vor einem Motor zu erleichtern. Die axiale Tiefe der Kupplung kann weiter minimiert werden, indem die axiale Tiefe der Kupplung, der Riemenscheibe und des Dämpfers auf einen Punkt reduziert wird, an dem sich die Antriebsriemenscheibe konzentrisch um die gesamte oder zumindest im Wesentlichen gesamte Kupplung und den motorseitigen Dämpferabschnitt der Kupplung erstreckt.
  • Alternativ können einer oder mehrere der drei Abschnitte von Kupplung, Riemenscheibe und Dämpfer koaxial mit den anderen Abschnitten angeordnet werden, die jedoch nicht die anderen Abschnitte axial überlappen, um den bestimmten Anordnungen am vorderen Ende von Motoren verschiedener Motorhersteller gerecht zu werden. Bei einer Motoranwendung, bei der ein Riemenantrieb nicht an dem Dämpfer ausgerichtet ist (d. h. der Dämpfer weist keine Riemenantriebsrillen an seinem Außenumfang auf, wie etwa bei einigen Cummins®-Motoranordnungen), muss die Riemenantriebsfläche des Riemenscheibenabschnitts der Kupplung den Dämpfer nicht axial überlappen. Bei anderen Anwendungen mit Riemenantriebsflächen am Außenumfang des Dämpfers und einer weiteren Riemenantriebsfläche auf einer vor dem Dämpfer montierten Riemenscheibe, wie etwa bei einigen Detroit-Diesel®-Motoren, kann die Kupplung, die anstelle des ursprünglichen Dämpfers und der Riemenscheibe verwendet würde, so angeordnet werden, dass beide Riemenantriebsflächen auf einer Riemenscheibe liegen, die sich axial über den Dämpfer erstreckt (d. h., der Dämpfer überlappt axial im Wesentlichen den gesamten Dämpfer und die Kupplung), oder die Riemenantriebsfläche am Außenumfang des Dämpfers kann beibehalten werden (z. B. zum Antrieb von Motornebenaggregaten, die nie von der Kurbelwelle getrennt werden, wie etwa eine Motorkühlmittelpumpe), während sich die andere Riemenantriebsfläche auf dem Riemenscheibenelement befindet, das sich axial über die Kupplung erstreckt.
  • In der nachstehenden Beschreibung wird zwar auf die Verbindung des Dämpferabschnitts der schaltbaren Kupplung mit der Motorkurbelwelle Bezug genommen, doch ist die Verbindung der schaltbaren Kupplung mit dem Motor nicht auf die Verbindung mit der Kurbelwelle begrenzt, sondern kann mit jeder drehbaren Welle des Motors verbunden werden, die von dem vorderen Teil des Motors aus zugänglich ist und ein Drehmoment zwischen dem Motor und dem Motor-Generator übertragen kann, wie etwa eine kurbelwellengetriebene Hubwelle oder eine entsprechend konstruierte Nockenwelle mit einem von vorne zugänglichen Wellenende. Während in der nachstehenden Beschreibung auf die Verbindung eines Abschnitts der schaltbaren Kupplung, die den Dämpfer aufweist, mit der Motorkurbelwelle Bezug genommen wird, ist die motorseitige Verbindung der schaltbaren Kupplung nicht auf einen Abschnitt, der einen Dämpfer aufweist, begrenzt, sondern beinhaltet auch Abschnitte ohne Dämpfer (wie etwa ein Scheibenelement), die mit einer drehbare Motorwelle verbunden werden können, während sie einen motorseitigen Teil der ausrückbaren Kupplung tragen (wie etwa eine motorseitige Kupplungsscheibe der schaltbaren Kupplung gegenüber einer riemenscheibenseitigen Kupplungsscheibe halten).
  • Der FEMG-Motor-Generator ist vorzugsweise elektrisch an eine Speichereinheit für elektrische Energie (in dieser Schrift auch als „Energiespeicher“ bezeichnet) gekoppelt. Dieser Energiespeicher beinhaltet vorzugsweise sowohl Batterien, die für die langfristige Speicherung von Energie mit hoher Kapazität geeignet sind, wie etwa Batterien auf Lithiumchemie-Basis, die große Energiemengen bei mäßigen Lade-/Entladeraten speichern und zurückführen können, als auch Superkondensatoren, die elektrische Energie bei sehr hohen Lade-/Entladeraten aufnehmen und wieder abgeben können, die von den Lithiumbatterien nicht sicher bewältigt werden können. Diese Kombination stellt einen Energiespeicher bereit, der mit dem Motor-Generator zusammenarbeiten kann, um elektrischen Strom für kurze Zeiträume mit höheren als den normalen Werten zu absorbieren und/oder abzugeben (d. h. über einen größeren Bereich von Eingabe- oder Ausgabelasten des Motor-Generators, als dies von Batteriezellen bewältigt werden könnte), während er gleichzeitig eine batteriebasierte langfristige Energiespeicherung und - rückgabe bei niedrigeren Lade- und Entladeraten bereitstellt.
  • Die vorliegende Offenbarung richtet sich primär zwar auf die Verwendung des FEMG-Systems in Fahrzeuganwendungen (insbesondere in Anwendungen von Nutzfahrzeugen), doch ist das FEMG-System auch gut für die Verwendung im Zusammenhang mit stationären Motorinstallationen (beispielsweise Notstromdieselgeneratoren), nicht für den Straßenverkehr bestimmten Motoranwendungen, wie etwa Baumaschinen mit Eigenantrieb, und anderen Motoranwendungen geeignet, bei denen der verfügbare Raum zum Bereitstellen einer hybridelektrischen Fähigkeit am vorderen Teil des Motors begrenzt ist.
  • Übersicht über den FEMG-Antrieb von Motornebenaggregaten
  • Motornebenaggregate sind traditionell riemengetrieben und werden über eine an die Kurbelwelle geschraubte Antriebsriemenscheibe direkt von der Motorwelle angetrieben. Beim FEMG-System werden die Motornebenaggregate ebenfalls über eine Riemenscheibe angetrieben, wobei sich die Riemenscheibe jedoch auf der Motor-Generator-Seite des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers befindet (der vorstehend genannte „Antriebsabschnitt“). Die Riemenscheibe der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit wird entweder vom Motor angetrieben, wenn die Kupplung eingerückt ist, oder vom Motor-Generator, wenn die Kupplung ausgerückt ist. Wenn die Riemenscheibe-Kupplung-Dämpfer-Einheit ausgerückt wird, werden alle von der Riemenscheibe angetriebenen Motornebenaggregate vom Motor getrennt, sodass ihre jeweiligen Leistungsanforderungen vom Motor entfernt werden. Diese Isolierung der Nebenaggregate vom Motor reduziert den Kraftstoffverbrauch bei laufendem Motor. Da die Nebenaggregate unabhängig vom FEMG-Motor-Generator über das Drehmomentübertragungssegment angetrieben werden können, während die Kupplung ausgerückt ist, kann der Motor bei Stillstand des Fahrzeugs abgeschaltet oder im Leerlauf mit wenigen oder gar keinen parasitären Verbrauchern betrieben werden, um Kraftstoff zu sparen und die Emissionen zu reduzieren.
  • Weitere Effizienzgewinne des Systems können erzielt werden, wenn der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer ausgerückt ist, da die Betriebsdrehzahl des Motor-Generators 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 suboptimaler Effizienz betrieben werden, was den Gesamtenergieverbrauch verringert.
  • Um die Effizienz des Systems zu erhöhen, können vorzugsweise einige oder alle der Motornebenaggregate mit einzelnen Antriebskupplungen versehen werden (entweder ein/aus oder mit variablem Schlupf), um einen selektiven Betrieb der Motornebenaggregate zu ermöglichen, während andere Motornebenaggregate abgeschaltet oder mit reduzierter Drehzahl betrieben werden. Die Kombination aus der Möglichkeit, den Motor-Generator mit variablen Drehzahlen zu betreiben, und der Möglichkeit, einzelne Nebenaggregatkupplungen selektiv einzurücken, teilweise einzurücken und auszurücken, stellt die Möglichkeit bereit, den Energieverbrauch des Nebenaggregats auf den für die aktuellen Betriebsbedingungen erforderlichen Wert zu beschränken und so die Gesamteffizienz des Systems weiter zu erhöhen.
  • Alternativ kann der Motor-Generator mit einer Drehzahl betrieben werden, die sicherstellt, dass das am stärksten beanspruchte Motornebenaggregat die erforderliche Leistung erbringen kann, während andere Nebenaggregate mit einer geringeren als der optimalen Effizienz betrieben oder durch ihre jeweiligen Kupplungen (falls vorhanden) vom Motor-Generator-Antrieb getrennt werden, wenn ein Motornebenaggregat einen hohen Leistungseingangsbedarf aufweist.
  • Vorzugsweise führt eine FEMG-Steuerung, auf die weiter unten eingegangen wird, einen Algorithmus aus, der Faktoren, wie etwa Daten über die Betriebseffizienz von Motornebenaggregaten und Informationen über den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs (z. B. Ladezustand (state of charge - SOC) des Energiespeichers, Motordrehmomentabgabebedarf, Kühlmitteltemperatur), auswertet, um eine Kombination von Fahrzeugbetriebsparametern auszuwählen (z. B. einzelne Kupplungseinrückungen des Motornebenaggregats, Betriebsdrehzahlen des Nebenaggregats, Drehzahl und Einrückzustand des Kupplung-Riemenscheiben-Dämpfers, Motor-Generator-Drehzahl und Drehmomentabgabe), um eine Ausgleichskonfiguration von Kopplungs- und Kupplungseinrückzuständen und Betriebsdrehzahlen der Komponenten zu bestimmen, die den Betriebsanforderungen des Fahrzeugs entspricht und gleichzeitig den Kraftstoff- und Energieverbrauch reduziert. Während beispielsweise eine hohe Gesamtsystemeffizienz dadurch erreicht werden kann, dass der Motor-Generator mit einer Drehzahl und einer Drehmomentabgabe betrieben wird, bei denen möglichst viele Motornebenaggregate bei oder nahe ihren maximalen Betriebseffizienzzuständen betrieben werden, kann eine bestimmte Fahrzeuganforderung (wie etwa die Notwendigkeit, den Motorkühllüfter mit hohem Drehmomentbedarf zu betreiben, um die Motorkühlmitteltemperatur zu steuern) dazu führen, dass der FEMG die Drehzahl und/oder die Drehmomentabgabe des Motor-Generators steuert, um sicherzustellen, dass der bestimmte Bedarf erfüllt wird, und dann die anderen einzelnen Motornebenaggregate, die von dem Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer angetrieben werden, so effizient wie unter den gegebenen Fahrzeugbetriebsbedingungen möglich zu betreiben.
  • Gleichermaßen kann die FEMG-Steuerung, wenn der aktuelle Bedarf an Fahrzeugantriebsdrehmoment des Motors hoch ist (und der Ladezustand des Energiespeichers dies zulässt), den Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer in einen eingerückten Zustand schalten und den Motor-Generator anweisen, ein zusätzliches Drehmoment an die Motorkurbelwelle zu liefern, um die Gesamtabgabe des Antriebsdrehmoments zu erhöhen, auch wenn dies dazu führt, dass die Motornebenaggregate mit einer nicht optimalen Effizienz angetrieben werden, da ihre Drehzahlen an die Kurbelwellendrehzahl gebunden sind.
  • Überblick über Verwendungen des Motor-Generators
  • Wenn die Betriebsbedingungen es zulassen, kann der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer so eingerückt werden, dass der Motor-Generator mechanische Energie von der Motorkurbelwelle zurückgewinnen kann (d. h. Rückgewinnung mechanischer Energie von den Rädern, die über den Antriebsstrang zur Motorkurbelwelle auf den Motor-Generator übertragen wird). Beispielsweise kann die Kupplung bei Verzögerungsvorgängen eingerückt werden, damit der Motor-Generator in einem Nutzbremsmodus als Generator dienen kann, ein Modus, der auch Kosteneinsparungen durch reduzierten Bremsbelag- oder Bremsbackenverschleiß und Kraftstoffverbrauchseinsparungen durch Minimieren der Bremsluftverwendung und des damit verbundenen Druckluftverbrauchs mit sich bringt, was wiederum die Luftkompressorverwendung und den Energieverbrauch reduziert. Die Kupplung kann auch eingerückt werden, wenn ein anderes „negatives Drehmoment“ erforderlich ist, wie etwa, wenn eine Verzögerungskraft bereitgestellt werden muss, um die unerwünschte Fahrzeugbeschleunigung aufgrund der Schwerkraft zu minimieren, wenn das Fahrzeug einen Hügel hinunterfährt.
  • Wenn die ausrückbare Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit eingerückt ist und die Betriebsbedingungen es zulassen, kann der Motor-Generator als drehmomenterzeugender Elektromotor betrieben werden, um der Motorkurbelwelle ein zusätzliches Drehmoment zuzuführen, wodurch die dem Antriebsstrang des Fahrzeugs zugeführte Gesamtdrehmomentabgabe erhöht und die Fahrzeugbeschleunigung verbessert wird.
  • Ein weiterer Verwendungszweck des Motor-Generators ist der primäre Motoranlasser, wodurch ein schwerer, spezieller Anlassmotor überflüssig wird. In diesem Betriebsmodus ist der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer eingerückt, sodass das Drehmoment des Motor-Generators direkt auf die Motorkurbelwelle übertragen werden kann. Diese Verwendung des Motor-Generators passt sehr gut zu den Betriebseigenschaften des Motor-Generators, da er in der Lage ist, ein sehr hohes Drehmoment zu erzeugen, das bereits bei null Umdrehungen pro Minute anläuft, und zwar fast augenblicklich. Die sehr schnelle Reaktionszeit des Motor-Generators und die Fähigkeit, dies mehrfach zu tun, ohne zu überhitzen, macht ein FEMG-System zu einer ausgezeichneten Wahl für die Verwendung als primärer Anlassmotor des Motors in einem kraftstoffsparenden „Stopp/Start“-System, bei dem der Motor mehrmals am Tag gestartet und gestoppt wird. Die kurze Reaktionszeit für den Neustart ist bei Stopp/Start-Systemanwendungen sehr erwünscht, da die Fahrer bekanntlich unzufrieden sind mit einer erheblichen Verzögerung beim automatischen Wiederanlassen des Motors als Reaktion auf die Aufforderung des Fahrers, sich wieder in Bewegung zu setzen (typischerweise eine Aufforderung, die durch das Loslassen des Bremspedals des Fahrzeugs nach dem Umschalten einer Ampel auf Grün entsteht). So empfinden Autofahrer typischerweise eine Verzögerung von einer Sekunde oder mehr, bevor der Motor anspringt und das Fahrzeug sich in Bewegung setzt, mindestens als lästig, wenn nicht gar als inakzeptabel.
  • Alternativ kann der Motor-Generator des FEMG-Systems als Motoranlasser in Zusammenarbeit mit einem pneumatischen Anlassmotor betrieben werden, der den gespeicherten Druckluftdruck in eine mechanische Drehmomentabgabe umwandelt (ein pneumatischer Anlasser ist typischerweise leichter und kostengünstiger als ein herkömmlicher elektrischer Anlassmotor). Das Gewicht und die Kosten des FEMG-Systems können mit einer kombinierten Anordnung aus FEMG und pneumatischem Anlasser verbessert werden, da die zusätzliche Drehmomentabgabe des pneumatischen Anlassers es ermöglicht, die Größe des FEMG-Motor-Generators in dem Fall zu reduzieren, in dem der höchste zu erwartende Drehmomentbedarf am FEMG-Motor-Generator mit dem Anlassen des Motors verbunden ist (insbesondere beim Anlassen eines kalten Motors). In einem solchen Fall kann der FEMG-Motor-Generator so dimensioniert werden, dass er den Drehmomentbedarf des nächstniedrigeren Bedarfs deckt (z. B. den höchsten erwarteten Drehmomentbedarf der am stärksten beanspruchten Kombination von Motornebenaggregaten), wobei der pneumatische Anlasser zur Verfügung steht, um das zusätzlich benötigte Motoranlassdrehmoment über das des kleineren FEMG-Motor-Generators hinaus bereitzustellen.
  • Der Motor-Generator kann auch vom Motor über die Kupplung des eingerückten Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers angetrieben werden, so dass der Motor nicht mit einer schweren, speziellen Lichtmaschine ausgestattet werden muss, um die Betriebsspannung für die elektrischen Schaltungen mit 12 V Gleichstrom eines typischen Fahrzeugs zu liefern, wie etwa für die Fahrzeugbeleuchtung, die Stromversorgung von Elektronikmodulen und 12-V-gespeiste Fahrerkomfortmerkmale (beheizte Sitze, Elektrik im Schlafraum usw.). In einem FEMG-System kann die benötigte 12-V-Stromversorgung leicht durch einen Spannungswandler bereitgestellt werden, der die Betriebsspannung des Energiespeichers (in der Größenordnung von 300-
    400 Volt) auf die von den elektrischen Schaltungen im Fahrzeug benötigten 12 Volt reduziert. Die Erzeugung von elektrischer Energie durch den Motor-Generator zum Aufladen des Energiespeichers stellt somit eine 12-V-Energiequelle dar, die den Verzicht auf eine herkömmliche motorbetriebene Lichtmaschine ermöglicht. Die Speicherung großer Energiemengen im Energiespeicher bietet auch die Möglichkeit, zusätzliches Gewicht und Kosten aus dem Fahrzeug zu entfernen, indem die Anzahl der 12-V-Batterien reduziert wird, die für die verschiedenen Anforderungen des Fahrzeugs benötigt werden. Ein Fahrzeug, das normalerweise vier separate 12-V-Batterien aufweist, benötigt beispielsweise nur eine einzige 12-V-Batterie zusammen mit dem Energiespeicher.
  • Ebenso kann ein Spannungswandler verwendet werden, um das Fahrzeug direkt mit 120-Volt-Wechselstrom zu versorgen, zum Beispiel im Schlafraum für die Verwendung von Geräten oder Klimaanlagen oder in einem angehängten Anhänger für den Betrieb von Anhängervorrichtungen, wie etwa Kühlaggregaten (letzteres vorzugsweise mit einer Anhängerverbindung mit dem CAN-System des Fahrzeugs zur traktorzentrierten Überwachung und Steuerung der Anhängernebenaggregate). Wenn der Energiespeicher so ausgelegt ist, dass er eine ausreichende Speicherkapazität bereitstellt, kann das FEMG-System auch die Notwendigkeit überflüssig machen, ein Fahrzeug mit einer kostspieligen und schweren verbrennungsmotorbetriebenen Zusatzleistungseinheit auszustatten, um den Fahrzeugbetrieb zu unterstützen, wenn der Motor für längere Zeit abgeschaltet ist. So wäre beispielsweise eine APU nicht mehr erforderlich, um eine Klimaanlageneinheit im Schlafraum während der nächtlichen Ruhezeiten des Fahrers mit Strom zu versorgen.
  • Der FEMG kann auch als aktiver Dämpfer verwendet werden, um schnellen Drehmomentumkehrimpulsen („Drehmomentschwankungen“) entgegenzuwirken, die manchmal bei verschiedenen Last-, Geschwindigkeits- und Umgebungsbedingungen auftreten. Bei dieser Anwendung würde das FEMG-Steuermodul Signale von Fahrzeugsensoren empfangen, die das Vorhandensein von Drehmomentschwankungen angeben, und Befehle an den Motor-Generator ausgeben, um Gegenmomentimpulse zu erzeugen, die so getaktet sind, dass sie die Drehmomentumkehrimpulse des Antriebsstrangs aufheben. Diese aktive Dämpfung auf der Grundlage des FEMG-Motor-Generators würde dazu beitragen, den Antriebsstrang vor mechanischen Schäden durch die hohen Belastungen zu schützen, die durch den schnellen Wechsel der Drehmomentlasten verursacht werden, und den Fahrerkomfort zu verbessern, indem die schnellen Beschleunigungen/Verzögerungen, die über das Fahrzeugfahrgestell auf den Fahrerraum übertragen werden, beseitigt werden.
  • Überblick über die Programmierung und Betriebsverfahren der FEMG-Steuerung
  • In einer bevorzugten Ausführungsform überwacht eine FEMG-Steuerung, vorzugsweise in Form eines elektronischen Steuermoduls, mehrere Fahrzeugsignale, einschließlich der Signale, die über das CAN- und/oder SAE-J1939-Busnetzwerk des Fahrzeugs verfügbar sind, sofern das Fahrzeug entsprechend ausgestattet ist. Eines der Signale kann eine Angabe des Ladezustands (SOC) von einem Batterieüberwachungssystem sein, das neben anderen Parametern den Ladezustand des Energiespeichers überwacht. Das Steuermodul kann z. B. so programmiert werden, dass es drei Ladezustandspegel erkennt, nämlich einen minimalen Ladepegel (z. B. einen Ladezustand von 20 %), einen mittleren Ladepegel (z. B. einen Ladezustand von 40 %) und einen maximalen Ladepegel (z. B. einen Ladezustand von 80 %). Das Steuermodul kann ferner so programmiert werden, dass es den Ladezustand als Faktor bei der Bestimmung beinhaltet, wann die Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit ein- und ausgerückt werden soll, mit welcher Drehzahl der Motor-Generator betrieben werden soll, welche Betriebsdrehzahlen einige oder alle der Motornebenaggregate aufweisen, die von der Riemenscheibe der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit angetrieben werden, und welche Kombination von Fahrzeugkomponentenbetrieb und -betriebsparametern die Gesamtbetriebseffizienz des Fahrzeugs erhöht, während die aktuellen Betriebsanforderungen des Fahrzeugs erfüllt werden und die Anforderungen für einen sicheren Fahrzeugbetrieb erfüllt werden (z. B. Aufrechterhalten eines erforderlichen Mindestluftdrucks in den Drucklufttanks des Pneumatiksystems des Fahrzeugs durch Betreiben des Luftkompressors, auch wenn dadurch die Gesamtenergieeffizienz des Fahrzeugs verringert wird).
  • In einer Ausführungsform kann, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unter dem minimalen Ladepegel liegt, die Kupplung des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers eingerückt und der Motor-Generator durch das Steuermodul so gesteuert werden, dass der Motor-Generator elektrische Energie zur Speicherung erzeugt. In diesem Betriebsmodus wird der Motor-Generator vom Motor oder von den Rädern über den Antriebsstrang durch den Motor angetrieben. Sobald der Ladezustand über dem minimalen Ladepegel liegt, kann die Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit eingerückt bleiben, bis der mittlere Ladepegel erreicht ist, und der Motor-Generator so gesteuert werden, dass er nur während eines Brems- oder Verzögerungsvorgangs oder bei negativem Drehmoment elektrische Energie erzeugt. In diesem Modus kann der Motor-Generator die nicht vom Motor bereitgestellte mechanische Energie nach Bedarf nutzen, um den Energiespeicher weiter aufzuladen, während die Energiemenge, die der Motor dem Motor-Generator bereitstellen muss, minimiert und damit der Kraftstoffverbrauch reduziert wird.
  • In einem anderen Betriebsmodus kann das Steuermodul nach Erreichen des mittleren Ladepegels bestimmen, dass die Kupplung des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers ausgerückt werden kann und der Motor-Generator als Elektromotor zur Erzeugung von Drehmoment verwendet wird, um die Motornebenaggregate ohne Unterstützung durch den Motor anzutreiben, d. h. der Motor-Generator wird zur alleinigen Quelle der Antriebsenergie für die Motornebenaggregate. In diesem Modus entnimmt der Motor-Generator die gespeicherte elektrische Energie aus dem Energiespeicher, um ein Drehmoment zu erzeugen, das über das Getriebe der Antriebseinheit an die Riemenscheibe des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers abgegeben wird, um Motornebenaggregate, wie etwa den Motorkühllüfter und den Luftkompressor des pneumatischen Versorgungssystems, anzutreiben. Durch das Lösen des Motors von dem Drehmomentbedarf der Motornebenaggregate kann der Motor mit einer geringeren parasitären Drehmomentlast betrieben werden, um den Kraftstoffverbrauch des Motors zu reduzieren oder mehr Motordrehmomentabgabe für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Wenn der Motor-Generator im Elektromotormodus betrieben werden kann, um die Motornebenaggregate anzutreiben, kann der Motor alternativ ganz abgeschaltet werden, wie etwa im Stop-and-Go-Verkehr in einem Fahrzeug mit Start/Stopp-System.
  • Zwischen dem mittleren Ladepegel und dem maximalen Ladepegel überwacht das Front-Motor-Generator-Steuermodul weiterhin den Betriebszustand des Fahrzeugs und kann während eines Brems- oder Verzögerungsereignisses oder eines negativen Drehmoments die Gelegenheit nutzen, den Energiespeicher weiter aufzuladen, ohne Motorkraftstoff zu verbrauchen, indem es die Kupplung des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers einrückt und den Motor-Generator zur Erzeugung elektrischer Energie steuert. Das Aufladen während eines Brems- oder Verzögerungsereignisses oder eines negativen Drehmoments kann jederzeit erfolgen, wenn der Energiespeicher unterhalb des maximalen Ladepegels liegt; in dieser Ausführungsform wird durch die Vermeidung der Verwendung von Motorkraftstoff für das Aufladen oberhalb des mittleren Ladepegels der Kraftstoffverbrauch reduziert und die Gesamteffizienz verbessert.
  • An einem beliebigen Punkt über dem minimalen Ladepegel kann der Motor-Generator als Elektromotor betrieben werden, um ein Drehmoment zu erzeugen, das an die Motorkurbelwelle angegeben werden soll, um die Drehmomentabgabe des Motors zu ergänzen und so die für den Antrieb des Fahrzeugs verfügbare Drehmomentmenge zu erhöhen. Die erhöhte Drehmomentabgabe an den Antriebsstrang ermöglicht eine verbesserte Fahrzeugbeschleunigung und stellt zusätzliche Vorteile bereit, wie etwa einen verbesserten Kraftstoffverbrauch durch weniger Getriebeschaltungen und eine schnellere Beschleunigung auf die Reisegeschwindigkeit (z. B. Gänge überspringen, wobei der Motor-Generator ein ausreichendes Motordrehmoment beisteuert, damit ein oder mehrere Gänge bei der Beschleunigung des Fahrzeugs übersprungen werden können, was die Zeit bis zum Erreichen der Geschwindigkeit und den Kraftstoffverbrauch reduziert). Darüber hinaus kann bei Fahrzeugen, die mit pneumatischen Ladedrucksystemen (pneumatic boost systems - „PBS“, Systeme, die Druckluft in den Motoreinlass einspritzen, um sehr schnell eine zusätzliche Motordrehmomentabgabe bereitzustellen) ausgestattet sind, die Verwendung der praktisch sofort einsetzenden Drehmomentunterstützung durch den Motor-Generator, wann immer dies möglich ist, anstelle der Verwendung der Drucklufteinspritzung durch das PBS-System zur Erzeugung einer zusätzlichen Motordrehmomentabgabe die Druckluftverwendung reduzieren, was wiederum zu einer weiteren Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und des Komponentenverschleißes führt (Verbrauch und Verschleiß im Zusammenhang mit dem zusätzlichen Betrieb des Luftkompressors zum Auffüllen der Druckluftversorgung).
  • Sobald das FEMG-Steuermodul bestimmt, dass der maximale Ladepegel erreicht ist und daher keine weitere Einspeisung elektrischer Energie in den Energiespeicher erwünscht ist, verhindert das Steuermodul den Betrieb des Motor-Generators als Generator, um den Energiespeicher vor Schäden durch Überladung zu schützen. In diesem Modus kann der Motor-Generator nur als Elektromotor für den Antrieb der Motornebenaggregate und/oder zur Bereitstellung eines zusätzlichen Antriebsmoments für den Motor verwendet werden, oder er kann sich in einem nicht stromerzeugenden Leerlaufzustand drehen, wenn kein aktueller Motornebenaggregatbedarf besteht.
  • Die FEMG-Steuerung kommuniziert vorzugsweise mit mehreren Fahrzeugsteuerungen, wie etwa der Bremssteuerung des Fahrzeugs (die verschiedene Arten von Bremsen, wie etwa pneumatische oder hydraulische Bremsen, steuern kann), der Motor- und/oder Getriebesteuerung und der einen oder den mehreren Steuerungen, die den Energiespeicher verwalten. Diese Kommunikation ermöglicht einen koordinierten Betrieb der Fahrzeugsysteme. Wenn beispielsweise der Bremsbedarf so gering ist, dass nur die Verwendung eines Motorverzögerers erforderlich ist, können die Bremssteuerung und das FEMG-Steuermodul einander signalisieren, dass der Motor-Generator Vorrang vor der Verwendung des Verzögerers hat, sodass der Motor-Generator eine Nutzbremsung bereitstellt, wenn der Energieladezustand die Speicherung zusätzlicher elektrischer Energie zulässt (d. h. der Ladezustand des Energiespeichers unterhalb des maximal zulässigen Ladezustands). Umgekehrt kann das FEMG-Steuermodul, wenn die Betriebsbedingungen nicht so sind, dass die Erzeugung zusätzlicher elektrischer Energie durch den Motor-Generator erwünscht ist, dies der Bremssteuerung signalisieren, sodass die Bremssteuerung den Verzögerer aktiviert, um das gewünschte Ausmaß an Bremsung zu erreichen. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen erfolgt vorzugsweise laufend, sodass eine schnelle Aktualisierung des Status möglich ist. Beispielsweise wäre die Bremssteuerung in der Lage, dem FEMG-Steuermodul zu signalisieren, das Ausmaß der Nutzbremsung zu reduzieren, wenn der Fahrer das Ausmaß an Bremsbedarf während des Bremsereignisses verringert.
  • Ein weiteres Beispiel für eine mögliche Kommunikation zwischen den Steuerungen ist die Koordinierung des Betriebs von Luftkompressoren mit der Verwaltung von Energiespeichern. Beispielsweise kann die Luftkompressorsteuerung dem FEMG-Steuermodul signalisieren, den Motor-Generator bei ausgerückter Kupplung des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers zu betreiben (Motor läuft oder ist abgeschaltet), um den Luftkompressor mit einer gewünschten Drehzahl anzutreiben, um die Druckluftspeicher aufzufüllen, was sich aus einem hohen Luftverbrauchbedarf ergibt (wie etwa ein Reifenaufblassystem, das versucht, ein großes Reifendruckleck, ein großes Luftleck in den Luftleitungen der Zugmaschine oder des Anhängers auszugleichen, eine Verwendung des Luftfahrwerks eines Anhängers, eine hohe Luftabgabe während der ABS-Bremsdruckmodulation oder der Aktivierung des Stabilitätssystems des Anhängers auf Straßenoberflächen mit geringer Reibung, ein Betätigen einer luftbetriebenen Verriegelungs-/Entriegelungsvorrichtung des Königszapfens oder eine Betätigung einer luftbetriebenen Liftachse).
  • Zusätzliche betriebliche Verbesserungen durch das FEMG-System
  • Zusätzlich zu den bereits erwähnten Merkmalen, Fähigkeiten und Vorteilen hat der Front-Motor-Generator-Ansatz der vorliegenden Erfindung den wichtigen Vorteil, dass keine wesentlichen Änderungen an der Front eines Fahrzeugs erforderlich sind, wie etwa die Verlängerung der Nase einer Nutzfahrzeugzugmaschine oder die Vergrößerung eines Motorraums eines dieselbetriebenen Stadtbusses. Dies ist unmittelbar darauf zurückzuführen, dass das FEMG-System durch die Verwendung der integrierten Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit und die damit verbundene axial schmale Antriebseinheit zur seitlichen Übertragung von Drehmoment auf den/vom Motor-Generator problemlos zwischen dem vorderen Teil des Motors und dem Kühlmittelkühler des Motors untergebracht werden kann. Daher eignet sich das FEMG-System hervorragend für die Integration in bestehende Fahrzeugdesigns, sowohl bei der Montage neuer Fahrzeuge als auch bei der Nachrüstung bestehender Verbrennungsmotoren, um ältere Fahrzeuge (insbesondere Nutzfahrzeuge) und stationäre Motorinstallationen mit Hybridelektrotechnologie aufzurüsten.
  • Ein weiterer betrieblicher Vorteil des FEMG-Systems besteht darin, dass der Motor-Generator den Motor unterstützen kann, um einen kurzzeitigen „Überdrehzahlbetrieb“ des Fahrzeugs zu ermöglichen. In einer solchen Anwendung koordinieren die Steuerungen des Fahrzeugs die Zuführung von zusätzlichem Drehmoment vom Motor-Generator mit einer vorübergehenden Übersteuerung des Geschwindigkeitsreglers des Fahrzeugs, um kurze „Geschwindigkeitsschübe“ zu ermöglichen, z. B. um ein Überholen eines Fahrzeugs mit ähnlicher Geschwindigkeit, wie z. B. eines anderen großen Lkw, schnell abzuschließen. Während die Verwendung eines solchen Betriebsmodus auf kurze, seltene Zeiträume begrenzt sein sollte, um eine übermäßige Belastung der Motor- und Antriebsstrangkomponenten zu minimieren, könnte das FEMG-System so programmiert werden, dass es einen vom Fahrer betätigten „Überdrehzahl“-Modus bereitstellt, d. h. eine vom Fahrer umschaltbare Option (z. B. eine „Push-to-pass“-Taste), um die Geschwindigkeit bei Bedarf kurzzeitig zu erhöhen. Vorzugsweise könnte ein solcher Push-to-pass-Modus über das CAN-Netzwerk mit der Steuerung für die Überwachung des toten Winkels eines Fahrzeugs koordiniert werden, sodass z. B. der Überdrehzahlbetrieb automatisch beendet wird, sobald das System für die Überwachung des toten Winkels angibt, dass das zu überholende Fahrzeug nicht mehr neben ihm fährt. Diese Koordinierung würde beinhalten, dass das FEMG-Steuermodul im Rahmen der Beendigung dieses Modus die Zufuhr von zusätzlichem Drehmoment durch den Motor-Generator an die Motorkurbelwelle beendet.
  • Das zusätzliche Drehmoment des Motor-Generators hat noch weitere Anwendungsmöglichkeiten, wie etwa die Reduktion der Ermüdung des Fahrers in einem Fahrerassistenzsystem, indem es automatisch ein Drehmoment hinzufügt, wenn dadurch die Notwendigkeit für den Fahrer, das Getriebe manuell zu schalten, minimiert wird, insbesondere bei Steigungen (und wenn die damit verbundenen Sicherheitsanforderungen erfüllt sind, wie etwa, dass sich nichts im Sichtfeld der Kamera- und/oder Radarsysteme des adaptiven Geschwindigkeitsreglers des Fahrzeugs befindet).
  • Ein zusätzliches Drehmoment des Motor-Generators kann auch in einem System zur Bestimmung des Anhängergewichts verwendet werden, bei dem ein bekanntes Ausmaß an zusätzlichem Drehmoment hinzugefügt wird und eine Messung der resultierenden Fahrzeugbeschleunigung während der Anwendung des zusätzlichen Drehmoments in einer Fahrzeugmassenberechnung verwendet wird.
  • Die Hinzufügung eines zusätzlichen Antriebsmoments durch den Motor-Generator sollte in Fällen, in denen Sicherheitsbedenken bestehen, eingeschränkt werden. So sollte beispielsweise das Befehlen der Bereitstellung von zusätzlichem Drehmoment unterbunden werden, wenn ein Signal vom Anhänger bezüglich einer geringen Reibung empfangen wird, das angibt, dass die Räder des Anhängers auf eine Oberfläche mit geringer Reibung treffen.
  • Die Anwendung des FEMG-Systems ist nicht auf Anwendungen begrenzt, bei denen der Motor-Generator der einzige elektrische Generator ist. Synergien können erzielt werden, wenn eine Front-FEMG-Installation an einem Motor und/oder einem Antriebsstrang hinzugefügt wird, zu der auch eine Motor-Generator-Einheit hinter der Kurbelwellenseite der FEMG-Kupplung gehört, z. B. am hinteren Teil des Motors (wie etwa ein Schwungrad-Motor-Generator), im stromabwärts befindlichen Antriebsstrang (wie etwa ein Motor-Generator, der in ein Getriebe integriert ist) oder am vorderen Ende der Kurbelwelle, d. h. auf der Seite der konstant eingerückten FEMG-Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit.
  • Die Kombination aus einem FEMG-System und einer „Heck“-Hybridelektroanordnung bietet Möglichkeiten zur Verbesserung des gesamten Fahrzeugbetriebs. Beispielsweise kann das Vorhandensein von Front- und Hecksystemen es ermöglichen, die Größe und das Gewicht eines oder beider Motor-Generatoren zu reduzieren und dennoch den Fahrzeugbedarf zu erfüllen, da keiner der beiden Motor-Generatoren so dimensioniert sein muss, dass er den gesamten Strombedarf des Fahrzeugs decken kann, wenn nicht mehr die Notwendigkeit besteht, dass der gesamte Stromerzeugungs- und Leistungsversorgungsbedarf des Fahrzeugs von nur einem Motor-Generator gedeckt wird. Darüber hinaus kann die betriebliche Flexibilität durch das Vorhandensein von zwei Motor-Generatoren erhöht werden, wenn jeder in der Lage ist, im Falle eines Ausfalls des anderen Motor-Generators zumindest den wesentlichen Fahrzeugbedarf zu decken, sodass das Fahrzeug weiter betrieben werden kann, möglicherweise mit reduzierter Leistung, bis ein Zeitpunkt oder ein Ort erreicht ist, an dem eine Reparatur durchgeführt werden kann.
  • Der Betrieb eines FEMG-Systems und eines Heck-Motor-Generators kann auch koordiniert werden, um Lasten nach Bedarf aufzuteilen und/oder zu teilen und so den Fahrzeugbetrieb zu optimieren. Beispielsweise können die Lasten zwischen den Motor-Generatoren aufgeteilt werden, wenn das FEMG-System den Nebenaggregatantrieb des Motors und den Ladebedarf des Energiespeichers übernimmt, während der Heck-Motor-Generator zum Antrieb des Fahrzeugs beiträgt, indem er zur Unterstützung des Motors eine zusätzliche Drehmomentabgabe für den Fahrzeugantriebsstrang bereitstellt. Ein Beispiel für eine gemeinsame Nutzung von Synergieeffekten wäre die Verwendung des Heck-Motor-Generators zur Aufnahme und Speicherung von Energie durch Nutzbremsen von dem Antriebsstrang, während der FEMG von der Kurbelwelle entkoppelt bleibt, um die Effizienz der Motornebenaggregate zu verbessern (d. h., die Aufnahme von Energie durch Nutzbremsen durch den Heck-Motor-Generator ist auch dann möglich, wenn das FEMG-System von der Kurbelwelle entkoppelt ist und somit nicht in der Lage ist, ansonsten verschwendete Bremsenergie aufzunehmen). Die Flexibilität der Kombination eines FEMG-Systems mit einem anderen Teil-Hybridsystem ist grenzenlos, z. B. der Betrieb beider Motor-Generatoren zusammen bei eingerückter FEMG-Kupplung, damit beide Motor-Generatoren ein zusätzliches Antriebsmoment bereitstellen, oder die Verwendung beider zur Aufnahme von Energie durch Nutzbremsen zur Speicherung usw.
  • Die FEMG-Komponenten und -Steuerungen können auch zur Verwendung in Anwendungen angepasst werden, bei denen die Möglichkeit besteht, Motornebenaggregate von der Motorkurbelwelle abzukoppeln, die aber nicht die Stromerzeugungskapazität benötigen, die eine vollständige FEMG-Systeminstallation bereitstellen würde. Solche Anwendungen nur mit Elektromotor können Fahrzeuge beinhalten, deren Betriebsanforderungen nicht die zusätzlichen Kosten und Komplikationen eines elektrischen Hochspannungsenergiespeicher-
    und -verteilungssystems erfordern, die aber dennoch von Effizienzverbesserungen durch die Fähigkeit des FEMG-Systems profitieren können, die Motorkurbelwelle vom Nebenaggregatantrieb zu entkoppeln und einen FEMG-Elektromotor zum Antrieb der Nebenaggregate zu verwenden. Ein solcher Betrieb nur mit Elektromotor kann von einem kleineren, einfacheren Batteriepack gespeist werden, dessen Ladezustand von der Lichtmaschine des Fahrzeugmotors aufrechterhalten werden kann.
  • Ein Motor in einem Containertransporter, der in einem Hafen zum Be- und Entladen von Containern verwendet wird, muss beispielsweise nicht in der Lage sein, über längere Zeiträume Strom zu liefern, wenn der Motor abgeschaltet ist, wie etwa bei der Stromversorgung des Schlafraums eines Lastwagens über Nacht. Die Effizienz und/oder die Drehmomentabgabe des Containertransporters kann jedoch durch die Kurbelwellenentkopplungskomponenten eines FEMG-Systems und die damit verbundene Steuerung des Nebenaggregatantriebs durch den FEMG-Elektromotor verbessert werden. Effizienzverbesserungen lassen sich beispielsweise dadurch erzielen, dass die Kurbelwelle unter verschiedenen Betriebsbedingungen vom Nebenaggregatantrieb entkoppelt wird (wie etwa im Leerlauf, um den Motor von Nebenaggregatverbrauchern zu entlasten; um den Betrieb der Transportersysteme für kurze Zeiträume zu ermöglichen, während der Motor abgeschaltet ist, um einen kraftstoffsparenden Stopp/Start-Betrieb des Motors zu ermöglichen; und um bei Bedarf die volle Motordrehmomentabgabe auf den Transporterantrieb zu übertragen, indem der Drehmomentbedarf des Nebenaggregatantriebs vom Motor entfernt wird). Gleichermaßen kann ein FEMG-System nur mit Elektromotor an die Motorkurbelwelle gekoppelt werden, wenn gewünscht ist, dass der FEMG-Elektromotor die Antriebsmomentabgabe des Motors ergänzt. Das letztere Merkmal kann weitere Verbesserungen ermöglichen, da der Motor kleiner, leichter und kostengünstiger sein kann, wenn er für einen „durchschnittlichen“ Drehmomentbedarf dimensioniert ist, während der FEMG-Elektromotor bei Bedarf ein zusätzliches Drehmoment bereitstellt, um den Gesamtantriebsmomentbedarf des Fahrzeugs zu decken.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Nebenaggregate zu einer integrierten Nebenaggregateinheit zusammengefasst werden, die sich entfernt von dem vorderen Ende des Motors befindet, beispielsweise als integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit. In einer solchen Einheit können Nebenaggregate, die üblicherweise am vorderen Teil eines Motors angetrieben werden, zusammengefasst werden, um vorzugsweise über ein einziges Nebenaggregatantriebssystem, wie etwa einen Riemen- oder Zahnradantrieb, von einem Elektromotor angetrieben zu werden. Vorzugsweise kann sich die integrierte elektrische Nebenaggregateinheit außerhalb des Hochtemperaturbereichs eines Motorraums befinden, z. B. in einer Kastenstruktur, die an einem Fahrgestellelement (auch Längsträger genannt) des Fahrzeugs aufgehängt ist. Ein Beispiel für einen solchen Ort ist der Raum, der üblicherweise von einem der „Sattel“-Kraftstofftanks eines typischen Nutzfahrzeugs eingenommen wird. Die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit kann auch mit isolierenden Montagekomponenten montiert werden, um die Übertragung von Schwingungen und Stößen vom Fahrzeug auf die Komponenten innerhalb der Einheit zu minimieren.
  • Die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit kann eine Reihe von ehemals motorbetriebenen Nebenaggregaten beinhalten, wie etwa einen Klimakompressor, eine Servolenkungspumpe und eine thermodynamische Heizvorrichtung, sowie einzelne Kupplungseinheiten zwischen dem Nebenaggregatantrieb und einem oder mehreren von den Nebenaggregaten, die es ermöglichen, einzelne Nebenaggregate vom Nebenaggregatantrieb zu entkoppeln, um die Effizienz zu verbessern und den Verschleiß der Komponenten zu reduzieren.
  • In der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit kann auch eine elektronische Steuereinheit untergebracht sein, die den Betrieb der Nebenaggregate, der einzelnen Nebenaggregatkupplungen, des an den Nebenaggregatantrieb gekoppelten elektrischen Antriebsmotors und/oder eines Wechselrichters steuert, der Leistung vom Fahrzeug empfängt und die Leistung umwandelt (z. B. Umwandlung von DC-Leistung aus dem Fahrzeug in AC-Leistung), um den Bedarf des elektrischen Antriebsmotors zu decken. Die elektronische Steuereinheit kommuniziert vorzugsweise mit dem Rest des Fahrzeugs über ein Netzwerk, wie etwa ein CAN, um Informationen zu erhalten und auszugeben, die für die Steuerung der Nebenaggregate erforderlich sind, um den Nebenaggregatbedarf des Fahrzeugs zu decken. In der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit kann sich auch eine Batterie befinden.
  • Die Übertragung von Arbeitsfluiden (flüssig und gasförmig) zu/von dem Fahrzeug und den Nebenaggregaten innerhalb der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit kann über Verbindungen durch die Seitenwände der Einheit bereitgestellt werden. Eine solche Anordnung stellt einem Benutzer der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit standardisierte Schnittstellen bereit und erspart ihm somit das Öffnen der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit bei der Installation in einem Fahrzeug.
  • Gleichermaßen kann die Kühlung der Komponenten im Inneren der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit (sowohl der Nebenaggregate als auch der elektrischen/elektronischen Komponenten) und der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit selbst durch Wärmeübertragung mit Hilfe von Fluiden an einen externen Wärmetauscher, durch Wärmeleitung aus der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit, z. B. über passive und/oder aktive Wärmetauscher, die an den Außenwänden der Einheit angebracht sind (z. B. Wärmeableitungsrippen und/oder Fluid-Wärmetauscher, die an einer Wand für den leitenden Wärmeaustausch aus der Einheit montiert sind), und/oder durch Luftkühlung (die so angeordnet ist, dass das Eindringen unerwünschter Umweltelemente, wie etwa Regenwasser, verhindert wird) erfolgen. Bei Anwendungen, bei denen die Komponenten innerhalb des integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit flüssigkeitsgekühlt sind, teilen sich vorzugsweise zumindest der Elektromotor und der Wechselrichter ein gemeinsames Kühlfluid.
  • Andere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Berücksichtigung der zugehörigen Zeichnungen hervor.
  • Figurenliste
    • 1A und 1B sind schematische Veranschaulichungen einer Gesamtansicht der Anordnungen eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2A-2C sind Querschnittsansichten einer Ausführungsform eines Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers und zusammengebauter FEMG-Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 3A-3C sind Ansichten der Komponenten der 2A-2C der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer Lageranordnung am Ende der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit eines FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6A-6C sind schräge Ansichten einer FEMG-Antriebseinheit in der Form eines Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht des FEMG-Getriebes aus den 6A-6C.
    • 8 ist eine auseinandergezogene Ansicht von Anordnungen einer pneumatischen Aktormembran einer FEMG-Kupplung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 9 ist eine schräge Ansicht einer anderen Ausführungsform eines FEMG-Getriebes gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 10 ist eine schematische Veranschaulichung einer Montageanordnung des FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 11 ist eine schematische Veranschaulichung einer Montageanordnung des FEMG-Getriebes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 12 ist eine schematische Veranschaulichung von Beziehungen zwischen einem Motor und einem FEMG-Getriebemontagebügel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 13 ist eine schematische Veranschaulichung von Beziehungen zwischen einem Motor, einem FEMG-Getriebe und einem FEMG-Getriebemontagebügel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 14 ist eine schräge Ansicht eines FEMG-Getriebemontagebügels wie in den 12-13.
    • 15 ist eine schräge Ansicht eines Motor-Generators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 16 ist ein Diagramm von Leistung und Drehmoment, die/das von einem beispielhaften Motor-Generator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wurde.
    • 17 ist eine schräge Ansicht einer Kühlanordnung eines Motor-Generators in gestrichelten Linien gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 18 ist ein Blockdiagramm von FEMG-Systemsteuerungs- und Signalaustauschanordnungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 19 ist eine schematische Veranschaulichung von AC- und DC-Abschnitten des elektrischen Netzwerks eines FEMG-Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 20 ist eine schematische Veranschaulichung einer vom FEMG-System gesteuerten Leistungstransistoranordnung zur AC- und DC-Umwandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 21 ist eine schematische Veranschaulichung einer vom FEMG-System gesteuerten vorwärts gerichteten DC-Spannungswandleranordnung 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 am bidirektionalen DC/DC-Wandler aus 22.
    • 24 ist eine schräge Ansicht einer Leistungselektronikanordnung, die in einen Motor-Generator integriert ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 25 ist eine Steuerschleife zur Schätzung des Ladezustands des Batterieverwaltungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 26 ist ein Ablaufdiagramm einer Auswahl der Betriebsdrehzahl der Nebenaggregate gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 27 ist ein Ablaufdiagramm einer Steuerstrategie für den Betrieb eines Motor-Generators und von Motornebenaggregaten unabhängig von einem Motor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 28 ist eine schräge Veranschaulichung einer Ausführungsform einer integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 29A, 29B sind Seitenansichten der in 28 gezeigten Ausführungsform der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit.
    • 30 ist eine Aufrissansicht einer Ausführungsform der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit ohne Gehäuse gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsform eines Front-Motor-Generator-Systems
  • 1A ist eine schematische Veranschaulichung, die Komponenten einer Ausführungsform eines FEMG-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist eine schematische Veranschaulichung mehrerer der FEMG-Systemkomponenten im Fahrgestell eines Nutzfahrzeugs. Bei dieser Anordnung werden die Motornebenaggregate (einschließlich des Luftkompressors 1, des Klimakompressors 2 und des Motorkühllüfters 7, die so angeordnet sind, dass sie Kühlluft durch den Motorkühlmittelkühler 20 ziehen) von einer Riemenscheibe 5 riemengetrieben. Die Riemenscheibe 5 befindet sich koaxial mit einem Dämpfer 6, der direkt an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 8 gekoppelt ist. Die Nebenaggregate können direkt von dem Antriebsriemen angetrieben werden oder mit eigenen Ein-/Aus-Kupplungen oder Kupplungen mit variabler Drehzahl (nicht veranschaulicht) ausgestattet sein, die es ermöglichen, ein einzelnes mit einer Kupplung ausgestattetes Nebenaggregat teilweise oder vollständig vom Riemenantrieb zu trennen.
  • Zusätzlich zum Antreiben des Nebenaggregatantriebsriemens ist die Riemenscheibe 5 mit einer Antriebseinheit mit Untersetzungszahnrädern 4 gekoppelt, um Drehmoment zwischen einem Kurbelwellenende der Antriebseinheit und einem gegenüberliegenden Ende, das an einen Motor-Generator 3 gekoppelt ist, zu übertragen (das Gehäuse der Antriebseinheit ist in dieser Figur aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht veranschaulicht). Zwischen dem Kurbelwellendämpfer 6 und der Riemenscheibe 5 (und damit der Antriebseinheit und dem Motor-Generator 3) ist eine ausrückbare Kupplung in Form einer Kupplung 15 angeordnet. Obwohl in 1A aus Gründen der Übersichtlichkeit schematisch als axial getrennte Komponenten veranschaulicht, überlappen sich in dieser Ausführungsform die Kurbelwelle 6, die Kupplung 15 und die Riemenscheibe 5 zumindest teilweise axial, wodurch die axiale Tiefe der kombinierten Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit vor dem Motor minimiert wird. Die Betätigung der Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit zwischen dem eingerückten und dem ausgerückten Zustand wird von einer elektronischen Steuereinheit (electronic control unit - ECU) 13 gesteuert.
  • Auf der elektrischen Seite des Motor-Generators 3 ist der Motor-Generator elektrisch mit einem Leistungswechselrichter 14 verbunden, der den von der Motor-Generator-Ausgabe erzeugten Wechselstrom (alternativ current -AC) in Gleichstrom (direct current - DC) umwandelt, der in einem Energiespeicher- und -verteilungssystem verwendet werden kann. Der Leistungswechselrichter 14 wandelt ebenfalls in umgekehrter Richtung den Gleichstrom aus dem Energiespeicher- und -verteilungssystem in Wechselstrom um, um den Motor-Generator 3 als drehmomenterzeugenden Elektromotor mit Leistung zu versorgen. Der Wechselrichter 14 ist elektrisch mit einer Energiespeichereinheit 11 (im Folgenden „Energiespeicher“) verbunden, die sowohl Energie zur Speicherung aufnehmen als auch Energie nach Bedarf abgeben kann.
  • In dieser Ausführungsform enthält der Energiespeicher 11 Speicherzellen auf Lithiumbasis mit einer Nennladespannung von etwa 3,7 V pro Zelle (Betriebsspannung von 2,1 V bis 4,1 V), die in Reihe geschaltet sind, um eine Nennenergiespeicherspannung von 400 Volt (Betriebsspannungsbereich von etwa 300 V bis 400 Volt) mit einer Speicherkapazität von etwa 12 und 17 Kilowattstunden elektrischer Energie bereitzustellen. Alternativ können die Zellen je nach Bedarf in Reihe und parallel geschaltet werden. So könnten z. B. 28 Module mit vier in Reihe geschalteten Zellen pro Modul in Reihe und parallel geschaltet werden, um einen Energiespeicher mit denselben 17 Kilowattstunden gespeicherter Energie wie im ersten Beispiel oben bereitzustellen, jedoch mit einer Nennbetriebsspannung von 200 V und einer doppelt so hohen Stromausgabe wie im ersten Beispiel.
  • Zusätzlich zu den Speicherzellen auf Lithiumbasis mit relativ hoher Kapazität und niedriger Lade-/Entladerate beinhaltet der Energiespeicher 11 in dieser Ausführungsform eine Reihe von Superkondensatoren mit relativ niedriger Kapazität und hoher Lade-/Entladerate, um dem Energiespeicher die Fähigkeit bereitzustellen, über kurze Zeiträume sehr große elektrische Ströme aufzunehmen und/oder zu entladen, die von den Speicherzellen auf Lithiumbasis nicht bewältigt werden könnten (solche Zellen sind typischerweise auf Lade-/Entladeraten von weniger als 1 C bis zu wenigen C begrenzt).
  • Ausführungsform einer FEMG-Systemhardware-Baugruppe.
  • Die 2A-2C zeigen Querschnittsansichten einer Ausführungsform der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 und einer zusammengebauten Konfiguration der FEMG-Systemhardware mit dieser Ausführungsform des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers. In dieser Ausführungsform nimmt das Getriebe 16 mit den Untersetzungszahnrädern 4 den Motor-Generator 3 an einem Motor-Generator-Ende des Getriebes auf. Der Motor-Generator 3 ist mit Befestigungselementen, wie etwa Schrauben (nicht veranschaulicht), am Gehäuse des Getriebes 16 gesichert. Eine Rotorwelle 18 des Motor-Generators 3 greift in eine entsprechende zentrale Bohrung des benachbarten, sich koaxial befindlichen Zahnrads der Untersetzungszahnräder 4 ein, um die Übertragung von Drehmoment zwischen dem Motor-Generator 3 und dem Untersetzungsgetriebe 4 zu ermöglichen.
  • Am kurbelwellenseitigen Ende des Getriebes 16 ist das Untersetzungszahnrad 4, das koaxial an der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 ausgerichtet ist, zur gemeinsamen Drehung an die Riemenscheibenseite der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 gekoppelt, in dieser Ausführungsform durch Bolzen (nicht gezeigt), die durch das koaxiale Untersetzungsgetriebe 4 hindurchgehen. Der motorseitige Abschnitt der Kupplung (der Abschnitt mit dem Kurbelwellendämpfer 6) ist dazu konfiguriert, mit dem vorderen Ende der Motorkurbelwelle durch Befestigungselemente oder andere geeignete Verbindungen gekoppelt zu werden, die eine gemeinsame Drehung des motorseitigen Abschnitts 6 mit der Kurbelwelle gewährleisten. Wie weiter unten beschrieben, ist das Getriebe 16 separat an einer Struktur montiert, die die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 koaxial an dem vorderen Ende der Motorkurbelwelle ausrichtet.
  • Die Querschnittsansicht in 2B ist eine Ansicht von oben auf die Front-FEMG-Hardware, und die schräge Querschnittsansicht in 2C ist eine Ansicht auf das kurbelwellenseitige Ende des Getriebes 16. In dieser Ausführungsform ist die Baugruppe aus Getriebe, Motor-Generator und Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer so angeordnet, dass sich der Motor-Generator 3 auf der linken Seite der Motorkurbelwelle und an der Vorderseite des Getriebes 16 (der von dem vorderen Teil des Motors abgewandten Seite) befindet, wobei sich der Motor-Generator 3 entweder in einem Raum unter oder direkt hinter dem Kühlmittelkühler 20 des Fahrzeugs befinden kann. Alternativ kann das Getriebe 16 mit dem Motor-Generator 3 an der Rückseite des Getriebes 16 montiert werden, vorzugsweise in einem Raum seitlich links von der Motorkurbelwelle (z. B. benachbart zu der Ölwanne am Boden des Motors), um verschiedene Fahrzeuganordnungen zu ermöglichen. Das Getriebe 16 kann außerdem mit doppelseitigen Motor-Generator-Montagemerkmalen ausgestattet sein, sodass ein gemeinsames Getriebedesign sowohl für Fahrzeuganwendungen mit einem vorne montierten Motor-Generator als auch für Fahrzeuganwendungen mit dem auf der Rückseite des Getriebes montierten Motor-Generator verwendet werden kann.
  • Ausführungsformen der FEMD-Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit.
  • Die 3A-3C sind Ansichten der Komponenten der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 aus den 2A-2C. Im zusammengebauten Zustand ist die Einheit in axialer Richtung ungewöhnlich schmal, da sich die Riemenscheibe 5, der motorseitige Abschnitt 6 (im Folgenden Dämpfer 6) und die Kupplung 15 axial stark überlappen. In dieser Ausführung weist die Riemenscheibe 5 zwei Riemenantriebsabschnitte 21 auf, die für den Antrieb von Nebenaggregatantriebsriemen (nicht veranschaulicht) konfiguriert sind, z. B. einen Abschnitt für den Antrieb des Motorkühllüfters 7, der die Kupplung 15 umgibt, und einen weiteren Abschnitt, der angeordnet ist, um andere Motornebenaggregate, wie etwa den Luftkompressor 1, anzutreiben. Die Antriebsriemenabschnitte 21 umgeben in diesem Beispiel konzentrisch den Dämpfer 6 und die Kupplung 15 (der Antriebsriemenabschnitt 21, der den Dämpfer 6 umgibt, ist in den 2B und 2C aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen).
  • Innerhalb der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 beinhaltet die Kupplung 15 zwei axial einrückbare Klauenkupplungselemente 25, 26. Wie in den Querschnittsansichten der 2A-2C gezeigt, ist das zentrale Kernklauenkupplungselement 25 drehfest mit dem Dämpfer 6 verbunden, und zwar in dieser Ausführungsform durch Bolzen, die sich durch axiale Bolzenlöcher 28 von der FEMG-Getriebeseite der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 erstrecken. Die Riemenscheibe 5 ist über Lager 34 drehbar auf dem zentralen Kernelement 25 gelagert.
  • Ein motorseitiger Abschnitt des Außenumfangs des zentralen Kernklauenkupplungselements 25 beinhaltet eine Außenverzahnung 29, die so angeordnet ist, dass sie in eine entsprechende Innenverzahnung 30 an einem Innenumfang des axial beweglichen Klauenkupplungselements 26 eingreift. Die Außenverzahnung 29 und die Innenverzahnung 30 stehen in ständigem 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 außerdem mit axial nach vom gerichteten Klauen 31 versehen, die in Umfangsrichtung über die Getriebeseite des Elements 26 (die dem Motor abgewandte Seite) verteilt sind. Diese Klauen 31 sind dazu konfiguriert, in die Räume zwischen den entsprechenden Klauen 32 auf der dem Motor zugewandten Seite der Riemenscheibe 5 einzugreifen, wie in 3C gezeigt. Das bewegliche Klauenkupplungselement 26 wird in der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit durch eine Feder 33, die sich zwischen dem Dämpfer 6 und dem beweglichen Klauenkupplungselement 26 befindet, in eine Einrückposition vorgespannt, wie in 2A gezeigt. Die 2B und 2C zeigen die Ausrückposition der Kupplung, in der die Feder 33 zusammengedrückt wird, wenn das bewegliche Klauenkupplungselement 26 axial in Richtung des Dämpfers 6 verschoben wird.
  • In dieser Ausführungsform befindet sich eine Kupplungsausrückstange 27 konzentrisch im zentralen Kernklauenkupplungselement 25. Das motorseitige Ende der Ausrückstange 27 ist so angeordnet, dass es eine axiale Kupplungsausrückkraft aufbringt, die die Vorspannung der Feder 33 überwindet, um das Klauenkupplungselement 26 axial in Richtung des Dämpfers 6 zu verschieben und dadurch seine nach vorne weisenden Klauen 31 von den entsprechenden Klauen 32 an der dem Motor zugewandten Seite der Riemenscheibe 5 zu lösen. In dieser Ausführung ist das Getriebeende der Kupplungsausrückstange 27 mit einer Buchse 303 und einem Lager 304 versehen, das es ermöglicht, dass die Buchse stationär bleibt, 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 Ausführung wird der Kupplungsaktor 22 pneumatisch betätigt, wobei Druckluft in den Anschluss 305 über der Kupplungsaktormembran 41 eintritt und dadurch den mittleren Abschnitt der Membran 41 in Kontakt mit der Ausrückstangenbuchse 303 drückt, um die Kupplungsausrückstange 27 axial in Richtung Motor zu verschieben, um die Kupplung 15 auszurücken. Wenn der Druckluftdruck vom Kupplungsaktor entfernt wird, zieht sich die Membran 41 vom Motor weg, sodass die Vorspannfeder 33 die Ausrückstange 27 und das Klauenkupplungselement 26 axial in Richtung der Riemenscheibe 5 verschieben kann, um die Kupplungsklauen 31, 32 wieder einzurücken, sodass sich die Riemenscheibe 5 mit dem Dämpfer 6 mitdreht.
  • 4 gezeigt eine alternative Ausführungsform der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19, bei der die Kupplung 15 eine sogenannte Mehrscheibennasskupplung ist. Die Mehrscheibennasskupplung beinhaltet Reib- und Mitnehmerscheiben 23, die abwechselnd an einem Innenumfang der Riemenscheibe 5 und einem Außenumfang eines mittleren Abschnitts des Dämpfers 6 verzahnt sind. Die Kupplungsscheiben 23 werden durch Federn 24 zwischen dem Dämpfer 6 und dem Kupplungsaktor 22 (in dieser Ausführung einem pneumatisch betätigten Kupplungsbetätigungskolben) axial auf Druck vorgespannt. Die Vorspannung des Stapels aus Reib- und Mitnehmerscheiben durch die Federn 24 rückt die Kupplung 15 ein und bewirkt, dass sich die Riemenscheibe 5 und der Dämpfer 6 gemeinsam um die Drehachse der Motorkurbelwelle drehen. Wenn der Kupplungsaktor 22 (auf der FEMG-Getriebeseite des Aktors) mit Hydraulikdruck beaufschlagt wird, werden die Federn 24 zusammengedrückt, sodass sich die abwechselnden Reib- und Mitnehmerscheiben 23 der Kupplung axial voneinander lösen und die Kupplung 15 dadurch in einen ausgerückten Zustand versetzt wird, d. h. einen Zustand, in dem sich die Riemenscheibe 5 und der Dämpfer 6 unabhängig voneinander drehen.
  • In dieser Ausführung wird der Hydraulikdruck durch Öl erzeugt, das auch zur Kühlung und Schmierung der Getriebeuntersetzungszahnräder und der zugehörigen Lager sowie zur Kühlung der Reib- und Mitnehmerscheiben der Mehrscheibennasskupplung verwendet wird. Die Aufbringung des Hydraulikdrucks wird durch ein Magnetventil (nicht veranschaulicht) als Reaktion auf Befehle von der elektronischen FEMG-Steuereinheit 13 gesteuert. Die Kupplung 15 ist so dimensioniert, dass das große Ausmaß an Drehmoment, das zwischen der Motorkurbelwelle und dem Motor-Generator übertragen werden kann, von der Kupplung ohne Schlupf aufgenommen werden kann. Zu diesem Zweck sollte aufgrund der axial überlappenden Anordnung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 die Kühlung der Einheit dazu konfiguriert sein, eine ausreichende Kühlung der Kupplungsscheiben bei allen Vorgängen sicherzustellen. Während in dieser Ausführung die Kühlung durch das im Getriebe zirkulierende Öl erfolgt, können auch andere erzwungene oder passive Kühlanordnungen bereitgestellt werden, solange die erwartete Kupplungstemperatur unter der Betriebstemperaturgrenze der Kupplung gehalten wird.
  • Ausführungsform des FEMG-Getriebes.
  • 5 ist eine detaillierte Querschnittsansicht einer Lageranordnung am Kurbelwellenende einer Ausführungsform des FEMG-Getriebes 16. Die 6A-6C und 7 zeigen schräge Ansichten dieser Getriebeausführungsform, bei der ein Paar von Getriebegreifergehäuseplatten 35 die Untersetzungszahnräder 4 umschließen, darunter ein riemenscheibenseitiges Zahnrad 36, ein Leerlaufzahnrad 37 und ein Zahnrad 38 am Motor-Generator-Ende.
  • Bei dieser Anwendung weisen die Zahnräder ein Antriebsverhältnis von 2:1 auf, obwohl jedes beliebige Übersetzungsverhältnis, das in den verfügbaren Raum einer bestimmten Motoranwendung passt und gleichzeitig ein gewünschtes Verhältnis von Kurbelwellendrehzahl zu Motor-Generator-Drehzahl bereitstellt, bereitgestellt werden kann. Bei den Zahnrädern 36-38 kann es sich um Stirnräder, Schrägzahnräder oder andere Zahnräder (z. B. Doppelhelix-Pfeilzahnräder) handeln, die den Anforderungen der jeweiligen FEMG-Systemanwendung entsprechen. Zu diesen Anforderungen gehören Begrenzungen des Getriebegeräuschs, die zur Einhaltung der behördlichen Geräuschemissionen oder des Fahrerkomforts erforderlich sind und die mit Schrägzahnrädern eingehalten werden können, Begrenzungen der mechanischen Festigkeit, wie etwa Grenzwerte für die Zahnspannung, oder Grenzwerte für den Axialschub, die mit Doppelhelix-Pfeilzahnrädern eingehalten werden können, die gleiche und entgegengesetzte Axialschubkomponenten erzeugen.
  • Das Getriebegehäuse stützt jedes der Untersetzungszahnräder 36-38 mit Lagern 39 drehbar. Das riemenscheibenseitige Getriebe 36 beinhaltet eine Vielzahl von Durchgangslöchern 40 in einem umlaufenden Ring innerhalb seiner Verzahnung, die den Löchern auf der Vorderseite der Riemenscheibe 5 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit entsprechen. Diese Löcher nehmen Befestigungselemente auf, die dazu konfiguriert sind, das riemenscheibenseitige Untersetzungszahnrad 36 auf der Riemenscheibe 5 drehfest fixieren, wenn es von der Kurbelwelle und/oder dem Motor-Generator angetrieben wird.
  • In der Mitte des riemenscheibenseitigen Untersetzungszahnrads 36 befindet sich ein zentraler Durchlass, durch den sich eine pneumatisch betätigte Klauenkupplungsbetätigungsmembran 41 an einer Vorderseite des Getriebegehäuses befindet. Die pneumatische Membran 41 fährt einen Kolben (nicht veranschaulicht) axial aus und zurück, der so angeordnet ist, dass er in die Schale 27 am Klauenkupplungselement 26 eingreift, um das Ein- und Ausrücken der Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 zu steuern. In 5 ist die Membran 41 durch den pneumatischen Kupplungsaktor 22 abgedeckt, während die 7-8 eine einfachere, schlanke Membranabdeckung 42 mit stirnseitiger Druckluftverbindung zeigen, die sich für die Verwendung in besonders beengten FEMG-Anwendungen eignet. Unabhängig von dem Design der Membranabdeckung wird die Membran 41 durch Druckluft in der Kammer oberhalb der Stirnfläche der Membran beaufschlagt, die entsteht, wenn der Kupplungsaktor 22 oder die Abdeckplatte 42 über dem Membrandurchlass an der Stirnseite des Getriebegehäuses angebracht wird. Die Zu- und Abführung der Druckluft kann durch Magnetventile (nicht veranschaulicht) als Reaktion auf Befehle von dem FEMG-Steuermodul 13 gesteuert werden. Während der Kupplungsbetätigungsmechanismus in dieser Ausführungsform eine pneumatisch betätigte Membran ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten Kupplungsaktor begrenzt. Beispielsweise kann ein elektromechanischer Aktor verwendet werden, wie etwa eine elektrisch betriebene Magnetspule, die dazu konfiguriert ist, eine Aktorstange auszufahren, um die Kupplungskomponenten auszurücken.
  • Die 5 und 8 stellen weitere Einzelheiten der Montage des pneumatischen Membranaktors dieser Ausführungsform bereit. In dieser Ausführungsform ist eine Motorseite eines Membranmontagerings 45 dazu konfiguriert, sowohl das mit dem riemenscheibenseitigen Untersetzungszahnrad 36 assoziierte stirnseitige Lager 39 zu tragen als auch an seiner Stirnseite die Membran 41 aufzunehmen. Das Lager 39 kann durch eine beliebige geeignete Vorrichtung, wie etwa einen Sprengring, oder, wie in 5 gezeigt, durch eine Mutter 46 gehalten und axial gestützt werden. Sobald der Montagering in dem veranschaulichten großen Durchlass an der Stirnseite der Greiferplatte 35 des Getriebegehäuses gesichert ist, sind das riemenscheibenseitige Untersetzungszahnrad 36 und sein Lager 39 sowie die Membrane 41 relativ zum Gehäuse des Getriebes 16 axial fixiert.
  • Am Motor-Generator-Ende des Getriebes 16 ist in mindestens einer der Gehäusegreiferplatten 35 eine Wellenbohrung 43 bereitgestellt, die an der Drehachse des Untersetzungszahnrads 38 am Motor-Generator-Ende ausgerichtet ist, wie in den 6A-6C und 7 gezeigt. Die Wellenbohrung 43 ist so dimensioniert, dass die Rotorwelle des Motor-Generators 3 (in dieser Figur nicht veranschaulicht) in das Getriebe 16 eintreten und in das Zahnrad 38 am Motor-Generator-Ende eingreifen kann, um sich mitzudrehen.
  • Das FEMG-Getriebe kann mit Öl gekühlt und geschmiert werden. Das Öl kann in einer geschlossenen Ölwanne oder alternativ an einem anderen Ort gelagert werden, wie etwa in einem externen Behälter oder im Ölreservoir des Motors, wenn Motor und Getriebe dieselbe Ölquelle nutzen. Das Öl kann durch die Bewegung der Zahnräder oder durch eine Pumpe, die unter Druck stehendes Öl verteilt, wie etwa eine elektrische Pumpe oder eine mechanische Pumpe, die durch die Drehung der Untersetzungszahnräder angetrieben wird, im gesamten Getriebe zirkulieren und zusätzlich zur Schmierung und Kühlung der Zahnräder auch die Kupplungsscheiben einer Nasskupplung kühlen. Darüber hinaus kann das Getriebe mit einem Druckspeicher ausgestattet sein, der sicherstellt, dass ein Reservevolumen an Drucköl zur Verfügung steht, um z. B. die Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit zu betätigen, wenn der von der Pumpe erzeugte Druck nicht sofort verfügbar ist. In einer solchen Ausführungsform könnte ein vom FEMG-Steuermodul gesteuertes Magnetventil verwendet werden, um das unter Druck stehende Öl zur Betätigung des Aktors der Hydraulikkupplung freizugeben.
  • 9 zeigt ein Beispiel eines handelsüblichen Getriebes mit einer alternativen Motor-Generator-Montageanordnung, bei der ein Motor-Generator-Montageflansch 44 die Möglichkeit bereitstellt, den Motor-Generator mit Befestigungselementen am Getriebe zu montieren, ohne dass die Befestigungselemente in das Getriebegehäuse eindringen müssen.
  • In den vorstehenden Ausführungen stehen die End-Untersetzungszahnräder 36, 38 über das Leerlaufzahnrad 37 in konstantem Zahneingriff. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Art von Getriebe mit einzelner Untersetzung und paralleler Welle begrenzt. Vielmehr sind auch andere Anordnungen zur Übertragung von Drehmoment möglich, wie etwa Ketten- oder Riementriebe oder Antriebe, deren Komponenten, wie etwa Drehmomentübertragungswellen, in einem Winkel zur Drehachse der schaltbaren Kupplung ausgerichtet sind (z. B. ein Schneckengetriebe mit einer Übertragungswelle, die sich auf einer Achse senkrecht zur Drehachse der schaltbaren Kupplung dreht), sofern sie das zu übertragende Drehmoment aufnehmen können, ohne so groß sein zu müssen, dass die axiale Tiefe des Getriebes unzulässig groß wird. Solche alternativen Getriebeanordnungen können auch in Ausführungen verwendet werden, bei denen der Motor-Generator 3 nicht parallel zur Drehachse der schaltbaren Kupplung ausgerichtet ist, sondern auf dem Getriebe 16 positioniert und nach Bedarf ausgerichtet ist, um die Installation in Bereichen mit begrenztem Raum zu erleichtern (z. B., wenn der Motor-Generator am Ende des Getriebes angebracht ist und seine Drehachse an einer Drehmomentübertragungswelle des Getriebes ausgerichtet ist, die nicht parallel zur Drehachse der schaltbaren Kupplung verläuft).
  • Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf Anordnungen mit festem Untersetzungsverhältnis und konstantem Eingriff begrenzt, da auch andere Anordnungen verwendet werden können, wie etwa Riemenscheiben mit variablem Durchmesser (ähnlich denen, die in einigen Fahrzeug-Gleichlaufgetrieben verwendet werden) oder intern ausrückbare Zahnräder, solange die axiale Tiefe des Getriebes die Position der FEMG-Systemkomponenten im Bereich vor dem Motor nicht ausschließt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Untersetzungsverhältnis der FEMG-Getriebeuntersetzungszahnräder 36-38 2:1, ein Verhältnis, das so gewählt wurde, dass die Kurbelwellendrehzahlen besser an einen effizienten Betriebsdrehzahlbereich des Motor-Generators 3 angepasst werden können.
  • Ausführungsform einer FEMG-Systemhardware-Montage.
  • Wie vorstehend erwähnt, ist die FEMG-Baugruppe vorzugsweise so positioniert, dass sich der Motor-Generator 3 in einem Bereich des Motorraums befindet, der unterhalb und seitlich der den Motor tragenden Träger des Fahrzeugfahrgestells versetzt ist. 10 veranschaulicht eine solche Anordnung, von der Front des Fahrzeugs zum Heck aus gesehen. Diese Figur zeigt die Beziehungen in dieser Ausführungsform zwischen dem Motor-Generator 3 und der Kurbelwelle 47 des Motors 8 (die sich axial hinter dem Getriebe 16 befindet), der Ölwanne 48, den Längsträgern des Fahrgestells 49 und dem Querträger 50 des Motors.
  • Bei den vorstehend genannten FEMG-Anordnungen befinden sich die Kurbelwelle 47, die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 und das motorseitige Untersetzungszahnrad 36 auf derselben Drehachse. Um diese Beziehung aufrechtzuerhalten, sollte sich das FEMG-Getriebe so vor dem Motor befinden, dass sichergestellt wird, dass keine Relativbewegung zwischen dem Motor und dem Getriebe stattfindet, weder quer zur Drehachse der Kurbelwelle noch um die Kurbelwellenachse.
  • Es wäre zwar möglich, das FEMG-Getriebe so zu montieren, dass das Getriebe nicht direkt mit dem Motor verbunden ist (z. B. durch Aufhängen des FEMG-Getriebes an einem Bügel, der mit den Fahrgestellträgern verbunden ist, die den Motor halten), doch ist bevorzugt, das Getriebe direkt an ein benachbartes Fahrzeugrahmenelement oder den Motorblock zu koppeln. Beispiele für Bügel zur Montage des FEMG-Getriebes an dem Motor und die entsprechende Anordnung von Montagelöchern im Getriebe sind in den 10-14 gezeigt.
  • In 10 ist das FEMG-Getriebe 16 gegen eine Drehung oder Querbewegung relativ zum Motor 8 durch Befestigungselemente 306 direkt am Motor 8 gesichert. 11 zeigt einen alternativen Ansatz, bei dem ein Drehmomentarm 307 (auch Zugstange genannt) an einem Ende an einem Verankerungspunkt 308 des FEMG-Getriebes 16 und am gegenüberliegenden Ende am benachbarten Längsträger 49 angebracht ist, wodurch das Getriebe 16 drehfest gelagert wird.
  • Ein weiterer alternativer FEMG-Montageansatz ist in 12 gezeigt. In dieser Ausführung ist ein Montagebügel 51 mit Bolzenlöchern 52 versehen, die um den Bügel herum angeordnet sind, um an den entsprechenden Löchern im Motorblock 8 ausgerichtet zu werden, die Befestigungsmittel aufnehmen, um eine motorzentrische feste Stütze für das FEMG-Getriebe bereitzustellen. In diesem Beispiel ist der flache Boden des Montagebügels 51 so angeordnet, dass er auf elastomeren Motorlagern, wie sie häufig in Nutzfahrzeugmotorinstallationen verwendet werden, positioniert ist. Der motorseitige Abschnitt des Montagebügels 51 ist ein Abschnitt eines Bügels, der sich unter und/oder um die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit herum erstrecken muss, um einen Montagebügel des FEMG-Getriebes zu erreichen, an den das Getriebe angekoppelt werden kann, wobei sichergestellt werden muss, dass innerhalb des Bügels ausreichend Spiel vorhanden ist, damit sich die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit darin drehen kann.
  • Die 13 und 14 veranschaulichen schematisch die Position eines FEMG-Getriebes 16 an einem solchen Bügel und die entsprechende Verteilung der Befestigungslöcher um das FEMG-Untersetzungszahnrad 36 und die FEMG-Seite des Montagebügels 51. Die 13 und 14 zeigen beide die Anordnung der entsprechenden Befestigungslöcher 53 am FEMG-Getriebe 16 und an der FEMG-Getriebeseite des FEMG-Montagebügels 51 in Umfangsrichtung. In 14 sind der motorseitige Abschnitt und der FEMG-getriebeseitige Abschnitt des Montagebügels 51 durch Arme 54 verbunden, die sich parallel zur Kurbelwellenachse des Motors in einem Abstand von der sich drehenden Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 erstrecken (aus Gründen der Übersichtlichkeit in diesen Figuren nicht veranschaulicht). Die schematisch veranschaulichten Arme 54 sollen das Anordnungskonzept des Montagebügels verdeutlichen, wobei es sich versteht, dass die Verbindung zwischen der Motorseite und der FEMG-Getriebeseite des Montagebügels eine beliebige Konfiguration sein kann, die die Vorder- und Rückseite des Bügels so verbindet, dass das FEMG-Getriebe gegen eine Bewegung relativ zur Motorkurbelwelle gesichert ist. Die Arme 54 können beispielsweise aus Stangen bestehen, die an die Vorder- und/oder Rückseite des Bügels geschweißt oder geschraubt sind, oder die Arme können Abschnitte eines einstückigen Gussteils sein, das sich um die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 herum erstreckt. Vorzugsweise ist der Montagebügel 51 so konstruiert, dass ihr FEMG-getriebeseitiger Abschnitt ein Befestigungslochmuster aufweist, das die Drehung des FEMG-Getriebes relativ zum Bügel („Taktung“) erleichtert, wie sie für die Indexierung des Getriebes in verschiedenen Winkeln erforderlich ist, um die FEMG-Komponenten an verschiedene Motorkonfigurationen anzupassen, z. B. bei der Nachrüstung eines FEMG-Systems für eine Vielfalt bestehender Fahrzeug- oder stationärer Motoranwendungen.
  • Ausführungsformen der Motor-Generator- und elektronischen Steuerungen des FEMG-Systems.
  • Ein Beispiel für einen Motor-Generator, der sich für die Anbringung an das Motor-Generator-Ende eines FEMG-Getriebes eignet, ist in 15 gezeigt. In dieser Ausführungsform beinhaltet eine FEMG-Getriebeseite 55 des Motor-Generators 3 eine Vielzahl von Zapfen 56, die dazu konfiguriert sind, in entsprechende Löcher in einem Montageflansch des Getriebes einzugreifen, wie etwa in den Montageflansch 44, der am beispielhaften Getriebe 16 in 9 gezeigt ist. Zur Übertragung des Drehmoments zwischen dem Rotor des Motor-Generators 3 und dem Untersetzungszahnrad 38 am Motor-Generator-Ende nimmt eine Rotorbohrung 57 eine Welle (nicht veranschaulicht) auf, die sich in eine entsprechende Bohrung des Untersetzungszahnrads 38 erstreckt. Die Welle zwischen dem Untersetzungszahnrad 38 und dem Rotor des Motor-Generators 3 kann eine separate Komponente sein oder kann einstückig mit dem Rotor oder dem Untersetzungszahnrad gebildet werden. Die Welle kann auch in eines von dem Rotor und dem Untersetzungszahnrad eingepresst werden oder kann durch eine verschiebbare Verbindung, wie etwa eine Axialverzahnung oder eine Gewindeverbindung, leicht zu trennen sein.
  • Der Motor-Generator 3 beherbergt in dieser Ausführungsform auch einige der elektronischen Komponenten des FEMG-Systems, die weiter unten erläutert werden, sowie Niederspannungsverbindungen 58 und Hochspannungsverbindungen 59, die als elektrische Schnittstellen zwischen dem Motor-Generator 3 und den Steuerungs- und Energiespeicherkomponenten des FEMG-Systems dienen.
  • Vorzugsweise ist der Motor-Generator 3 so dimensioniert, dass er zumindest den Motorstart, die Erzeugung von elektrischer Hybridleistung und Motornebenaggregatantriebsfähigkeiten bereitstellt. In einer Ausführungsform würde ein Motor-Generator mit einer Größe in der Größenordnung von 220 mm im Durchmesser und 180 mm in der Längstiefe, wie im Diagramm von 16 gezeigt, ein Drehmoment von etwa 300 Nm bei null Umdrehungen pro Minute zum Anlassen des Motors und bis zu etwa 100 Nm in der Nähe von 4000 U/min zum Betreiben von Motornebenaggregaten und/oder zum Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments an der Motorkurbelwelle zur Unterstützung des Antriebs des Fahrzeugs bereitstellen. Mit einem Untersetzungsverhältnis von 2:1 des FEMG-Getriebes ist dieser Motor-Generator-Drehzahlbereich gut auf den Drehzahlbereich eines typischen Nutzfahrzeugmotors von null bis etwa 2000 U/min abgestimmt.
  • Das Design des FEMG-Motor-Generators wird durch thermische, mechanische und elektrische Überlegungen eingeschränkt. Während beispielsweise der Temperaturanstieg des Motor-Generators während des Anlassens durch die relativ kurze Dauer des Anlassvorgangs relativ begrenzt ist, kann die erforderliche Drehmomentabgabe des Elektromotors im Bereich von 50 bis 100 Nm liegen, wenn der Motor-Generator allein ein oder mehrere beanspruchte Motornebenaggregate, wie etwa den Motorlüfter, antreibt. Wenn der Motor-Generator nicht ausreichend gekühlt wird, kann der Temperaturanstieg bei anhaltend hohen Drehmomentabgabebedingungen erheblich sein. Bei einer Stromdichte J in den Motor-Generator-Wicklungen von 15 A/mm2 könnte beispielsweise ein adiabatischer Temperaturanstieg in der Größenordnung von 30 °C erfolgen. Aus diesem Grund ist bevorzugt, dass der FEMG-Motor-Generator mit einer Zwangskühlung bereitgestellt ist, wie etwa das in 17 gezeigte Beispiel, bei dem Motorkühlmittel oder Kühlöl (wie etwa Öl aus dem Getriebeölkreislauf) durch einen Kühlfluiddurchlass 60 im Motor-Generator zirkuliert. Es ist besonders bevorzugt, dass ein Abschnitt 61 des Kühldurchlasses 60 auch zum Bereitstellen von Kühlung der elektronischen Komponenten des FEMG-Systems, die auf dem Motor-Generator 3 montiert sind, verwendet wird.
  • Auch die gewählte Art der elektrischen Maschine kann Begrenzungen mit sich bringen oder spezifische Vorteile bereitstellen. Bei einem Elektromotor vom Induktionstyp beispielsweise kann das Ausfalldrehmoment mit Hilfe eines Wechselrichters um 10-20 % erhöht werden (mit einer entsprechenden Erhöhung des Flusses), und das Ausfalldrehmoment ist typischerweise hoch, z. B. das 2- bis 3-Fache der Maschinenleistung. Wird hingegen eine Maschine mit Permanentmagneten gewählt, muss ein zu hoher Statorerregungsstrom vermieden werden, um die Gefahr der Entmagnetisierung der Permanentmagnete zu minimieren. Während die physikalische Anordnung und die Betriebstemperatur den Punkt beeinflussen können, an dem die Entmagnetisierung problematisch wird, müssen typischerweise Stromwerte von mehr als dem Zweifachen des Nennstroms erreicht werden, bevor eine signifikante Entmagnetisierung auftritt.
  • Unter Berücksichtigung dieser Faktoren hätte der Motor-Generator 3 in einer bevorzugten Ausführungsform die Fähigkeit, mit 150 % seines Nennbetriebsbereichs betrieben zu werden. Der Motor-Generator kann beispielsweise eine Nenndrehzahl von 4000 U/min, mit einer maximalen Drehzahl von 6000 U/min (entsprechend einer maximalen Motordrehzahl von 3000 U/min) und einer Kapazität in der Größenordnung von 60 KW bei 4000 U/min aufweisen. Ein solcher Motor-Generator, der mit einer Nennspannung von 400 V betrieben wird, dürfte eine Dauerdrehmomentabgabe von etwa 100 Nm, ein Motorankurbeldrehmoment von 150 Nm für eine kurze Dauer, wie etwa 20 Sekunden, und ein Spitzenanfahrdrehmoment von 300 Nm bei null U/min bereitstellen.
  • Der FEMG-Motor-Generator 3 sowie die anderen Komponenten des FEMG-Systems werden in dieser Ausführungsform durch das zentrale FEMG-Steuermodul 13, eine elektronische Steuerung („ECU“), gesteuert. In Bezug auf den Motor-Generator dient das FEMG-Steuermodul zu Folgendem: (i) Steuern des Betriebsmodus des Motor-Generators, einschließlich eines Drehmomentabgabemodus, bei dem der Motor-Generator ein Drehmoment ausgibt, das über die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit auf die Motornebenaggregate und/oder die Motorkurbelwelle zu übertragen ist, eines Erzeugungsmodus, bei dem der Motor-Generator elektrische Energie zur Speicherung erzeugt, eines Leerlaufmodus, bei dem der Motor-Generator weder Drehmoment noch elektrische Energie erzeugt, und eines Abschaltmodus, bei dem die Drehzahl des Motor-Generators auf null gesetzt wird (ein Modus, der möglich ist, wenn kein Motornebenaggregatbetriebsbedarf besteht und die Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit ausgerückt ist); und (ii) Steuern des Einrückzustands der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit (über Komponenten, wie etwa Magnetventile und/oder Relais, wie es die Art des eingesetzten Kupplungsaktors erfordert).
  • Das FEMG-Steuermodul 13 steuert den Motor-Generator 3 und die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 auf der Grundlage einer Vielfalt von Sensoreingaben und vorbestimmten Betriebskriterien, wie weiter unten erläutert, wie etwa dem Ladezustand des Energiespeichers 11, dem Temperaturniveau des Hochspannungsbatteriepacks innerhalb des Energiespeichers und dem aktuellen oder erwarteten Drehmomentbedarf des Motor-Generators 3 (z. B. dem Drehmoment, das erforderlich ist, um die gewünschten Drehzahlen der Motornebenaggregate zu erreichen, um die gewünschten Niveaus der Betriebseffizienz der Motornebenaggregate zu erhalten). Das FEMG-Steuermodul 13 überwacht auch die Drehzahlsignale von Motor-Generator und Motorkurbelwelle, um die Gefahr einer Beschädigung der Kupplungskomponenten zu minimieren, indem sichergestellt wird, dass die Drehzahlen der kurbelwellenseitigen und die riemenscheibenseitigen Abschnitte übereinstimmen, bevor dem Kupplungsaktor signalisiert wird, die Kupplung einzurücken.
  • Das FEMG-Steuermodul 13 kommuniziert unter Verwendung digitaler und/oder analoger Signale mit anderen elektronischen Fahrzeugmodulen, sowohl um Daten zu erhalten, die in seinen Steueralgorithmen von Motor-Generator und Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer verwendet werden, als auch um mit anderen Fahrzeugsteuerungen zusammenzuarbeiten, um die optimale Kombination der Gesamtsystemvorgänge zu bestimmen. In einer Ausführungsform ist das FEMG-Steuermodul 13 beispielsweise dazu konfiguriert, von einer Bremssteuerung ein Signal zu empfangen, um den Motor-Generator im Erzeugungsmodus zu betreiben, um als Reaktion auf einen relativ geringen Bremsbedarf des Fahrers anstelle des Anwendens von mechanischen Bremsen des Fahrzeugs eine Nutzbremsung bereitzustellen. Das FEMG-Steuermodul 13 ist so programmiert, dass es bei Empfang eines solchen Signals den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs auswertet und der Bremssteuerung ein Signal bereitstellt, das angibt, dass eine Nutzbremsung eingeleitet wird, oder alternativ, dass die Erzeugung elektrischer Energie nicht erwünscht ist und die Bremssteuerung die Betätigung der mechanischen Bremsen oder des Verzögerers des Fahrzeugs befehlen sollte.
  • 18 stellt ein Beispiel für die Integration von elektronischen Steuerungen in ein FEMG-System bereit. 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 damit zusammenhängende Energieverwaltungsparameter überwacht, mit einer Motorsteuereinheit 63, die die Motorsensoren überwacht und den Betrieb des Verbrennungsmotors steuert, und mit den elektrischen Energieverwaltungskomponenten des FEMG-Systems, einschließlich des Leistungswechselrichters 14, der die AC/DC-Umwandlung zwischen dem AC-Motor-Generator 3 und dem DC-Abschnitt des elektrischen Busses zwischen dem DC-Energiespeicher des Fahrzeugs und den elektrischen Verbrauchern übernimmt (in dieser Figur nicht veranschaulicht). Das FEMG-Steuermodul 13 kommuniziert außerdem mit dem DC/DC-Wandler 10 des Fahrzeugs, der die Verteilung der elektrischen Energie auf die für die verbrauchende Vorrichtung geeigneten Spannungen steuert, z. B. die Umwandlung von 400-V-Leistung aus dem Energiespeicher 11 in 12 V, die von der 12-V-Batterie 9 des Fahrzeugs und den verschiedenen 12-V-Ausrüstungen des Fahrzeugs, wie Beleuchtung, Radio, elektrische Sitze usw., benötigt werden.
  • 18 veranschaulicht auch die Kommunikation von Daten als Eingaben in die Steueralgorithmen des FEMG-Systems von Sensoren 64, die mit dem Motor-Generator 3, der Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19, den verschiedenen Motornebenaggregaten 1 und der 12-V-Batterie 9 assoziiert sind (z. B. einem Motor-Generator-Kupplungspositionssensor 101, einem Motor-Generator-Drehzahlsensor 102, Motornebenaggregatkupplungspositionen 103, Luftkompressorzustandssensoren 104, dynamischen Wärmegeneratorzustandssensoren 105, einem FEMG-Kühlmitteltemperatursensor 106, einem FEMG-Kühlmitteldrucksensor 107 und einem 12-V-Batteriespannungssensor 108).
  • Viele der Signale, die das FEMG-Steuermodul 13 empfängt und austauscht, werden über den dem SAE J1939-Standard entsprechenden Kommunikations- und Diagnosebus 65 an andere Fahrzeugausrüstung 66 bzw. von dieser (z. B. Bremssteuerung 111, Verzögerersteuerung 112, Steuerung der elektronischen Luftsteuerung (electronic air control - EAC) 113, Getriebesteuerung 114 und Armaturenbrettsteuerung 115) übertragen. Beispiele für die Arten der ausgetauschten Sensor- und Betriebssignale und -variablen und ihre jeweiligen Quellen sind in Tabelle 1 bereitgestellt. Tabelle 1
    Zu überwachende Signale/Variablen Quelle des Signals
    Hochspannungsbatterie: Ladezustand (SOC) Von dem Batterieverwaltungssystem BMS
    Hochspannungsbatterie: Temperatur Von dem BMS
    Fahrzeuggeschwindigkeit J1939-Meldung: Radbasierte Fahrzeuggeschwindigkeit
    Motordrehmoment J1939-Meldung: Fahrerbedarf vom Motor - prozentuales Drehmoment
    Motordrehzahl J1939-Meldung: Motordrehzahl
    Bremsanwendungsstatus J1939-Meldung: Hoher Bereich des Drucks der Bremsanwendung Jede Achse
    Kühllüfterkupplung J1939-Meldung: Angeforderte prozentuale Lüfterdrehzahl
    Klimakompressorkupplung J1939-Meldung: Druck des Kältemittels am Klimakompressorauslass in der Kabine
    Luftkompressorkupplung J1939-Meldung: Intelligenter Luftregler (intelligent air governor - IAG)
    Leerlaufgang J1939-Meldung: Aktueller Getriebegang
    Getriebekupplung J1939-Meldung: Getriebekupplungsaktor
    Tür offen J1939-Meldung: Offener Status von Tür 1 / Offener Status von Tür 2
    Temperatur der Kabine J1939-Meldung: Kabineninnentemperatur
    Druck des Luftbremssystems J1939-Meldung: Primärer Bremsdruck
    FEMG-Kühlmitteltemperatur Temperatursensor innerhalb des Getriebes montiert.
    Motoröltemperatur J1939-Meldung: Motoröltemperatur 2
    Motorkühlmitteltemperatur J1939: Motorkühlmitteltemperatur
    Ansaugkrümmertemperatur J1939-Meldung: Lufttemperatur von Motoransaugkrümmer 1 (hohe Auflösung)
    MG-Drehzahl Codierer am Getriebe oder MG montiert
  • Zu den Ausgaben des FEMG-Steuermoduls 13 gehören Befehle zur Steuerung der Erzeugung von elektrischer Energie oder der Drehmomentabgabe vom Motor-Generator 3, Befehle zum Einrücken und Ausrücken der Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit19, Befehle zum Einrücken und Ausrücken der Kupplungen 120 einzelner Motornebenaggregate 1 (wie weiter unten erläutert wird) und Befehle zum Betrieb einer FEMG-Kühlmittelpumpe 121.
  • FEMG-Steuermodul-Systemsteuerung der FEMG-Systemkomponenten.
  • Zusätzlich zum Steuern des Motor-Generators und seiner Kupplungsverbindung mit der Motorkurbelwelle ist das FEMG-Steuermodul in dieser Ausführungsform in der Lage, den Einrückzustand einer beliebigen oder aller einzelnen Kupplungen zu steuern, die Motornebenaggregate mit dem von der Riemenscheibe 5 angetriebenen Nebenaggregatantriebsriemen verbinden, wodurch dem FEMG-Steuermodul ermöglicht wird, verschiedene Motornebenaggregate (wie etwa den Klimakompressor 2 oder den Druckluftkompressor 1 des Fahrzeugs) gemäß dem Betriebszustand des Fahrzeugs selektiv mit dem Nebenaggregatantrieb zu verbinden bzw. von ihm zu trennen. Wenn die Betriebsbedingungen es zulassen, können die Algorithmen des FEMG-Steuermoduls beispielsweise der Erzeugung von elektrischer Energie priorisieren und bestimmen, dass einige der Motornebenaggregate nicht betrieben werden müssen. Alternativ ist das FEMG-Steuermodul so programmiert, dass es ein Motornebenaggregat als Reaktion auf eine Prioritätssituation, die den Betrieb des Nebenaggregats erfordert, betreibt, auch wenn dies nicht zu einer hohen Gesamtbetriebseffizienz des Fahrzeugs führen würde. Ein Beispiel für letzteres wäre der Empfang eines Niederdrucksignals des Druckluftspeichertanks, das das Einrücken der Kupplung der Luftkompressorkupplung und den Betrieb der Riemenscheibe 5 mit einer ausreichend hohen Drehzahl erforderlich macht, um sicherzustellen, dass genügend Druckluft gespeichert wird, um den Sicherheitsanforderungen des Fahrzeugs gerecht zu werden (z. B. genügend Druckluft für den Betrieb der Druckluftbremse). Ein weiteres Beispiel wäre das Befehlen des Motor-Generators und der Motorkühllüfterkupplung, den Motorkühllüfter mit einer so hohen Drehzahl zu betreiben, dass eine ausreichende Motorkühlung gewährleistet ist, um Motorschäden zu vermeiden.
  • Vorzugsweise werden dem FEMG-Steuermodul Betriebsleistungsdaten der Motornebenaggregate zur Verfügung gestellt, zum Beispiel in Form von gespeicherten Lookup-Tabellen. Mit den Informationen über die Betriebseffizienz der Motornebenaggregate, der Fähigkeit, die Betriebsdrehzahl des Motor-Generators variabel auf praktisch jede gewünschte Drehzahl zu steuern, wenn die Kupplung der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit ausgerückt ist, und dem Wissen über den Betriebszustand des Fahrzeugs, das von Sensoren und dem Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs empfangen wird, ist das FEMG-Steuermodul 13 so programmiert, dass es eine bevorzugte Motor-Generator-Drehzahl und eine Kombination von Kupplungseinrückzuständen der Motornebenaggregate bestimmt und befiehlt, die zu einer hohen Gesamteffizienz des Fahrzeugsystems für die gegebenen Betriebsbedingungen führt.
  • Zwar kann die Gesamteffizienz des Systems durch das Vorhandensein einer großen Anzahl einzelner Motornebenaggregatkupplungen (einschließlich Ein/Aus-, mehrstufiger Kupplungen oder Kupplungen mit variablem Schlupf) verbessert werden, doch kann das FEMG-Steuermodul 13 auch in Abwesenheit einzelner Nebenaggregatkupplungen Informationen über die Leistung der Motornebenaggregate verwenden, um eine bevorzugte Motor-Generator-Betriebsdrehzahl zu bestimmen, die bewirkt, dass sich die Riemenscheibe 5 mit einer Drehzahl dreht, die der aktuellen Systempriorität entspricht, unabhängig davon, ob diese Priorität die Systemeffizienz verbessert, wobei sichergestellt wird, dass der größte Bedarf an Motornebenaggregaten erfüllt wird, oder einer anderen Priorität, wie etwa das Anlassen zum Aufladen des Energiespeichers 11 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, der ausreichend vor einem zu erwartenden Ereignis liegt, um sicherzustellen, dass genügend elektrische Energie gespeichert ist, bevor das Fahrzeug angehalten wird. Beispielsweise ist das FEMG-Steuermodul in dieser Ausführungsform so programmiert, dass es den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers 11 und die bis zu einer voraussichtlichen Ruhezeit des Fahrers verfügbare Zeit bestimmt und das Aufladen des Energiespeichers 11 durch den Motor-Generator mit einer Rate veranlasst, die dazu führt, dass bei abgeschaltetem Motor genügend Energie vorhanden ist, um den Betrieb des Fahrzeugsystems (z. B. der Klimaanlage im Schlafraum) über die voraussichtliche Dauer der Ruhezeit (z. B. eine 8-stündige Nachtruhe) zu unterstützen.
  • Ein ähnliches Grundprinzip gilt unabhängig von der Anzahl der einzelnen Motornebenaggregate, d. h., das FEMG-Steuermodul kann so programmiert werden, dass es den Motor-Generator 3 und die Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit so betreibt, dass die in den Algorithmen festgelegten Prioritäten erfüllt werden, unabhängig davon, ob einige, viele oder keine einzelnen Motornebenaggregatkupplungen vorhanden sind. Gleichermaßen kann das FEMG-Steuermodul mit einer Vielfalt von Prioritätsschemata programmiert werden, um der jeweiligen Fahrzeuganwendung gerecht zu werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Energieeffizienz-Prioritätsalgorithmus beispielsweise über eine einfache Analyse hinausgehen, welche Konfiguration der Riemenscheibendrehzahl und des Kupplungseingriffs einzelner Motornebenaggregate eine optimale Betriebseffizienz für den Motornebenaggregat mit der höchsten Priorität ergibt, sondern er kann auch bestimmen, ob der Betrieb einer Kombination von Motornebenaggregaten bei einer Ausgleichsriemenscheibendrehzahl zu einer höheren Gesamteffizienz des Systems führt, während der Bedarf des vorrangigen Nebenaggregats weiterhin gedeckt wird, d. h., jedes der einzelnen Motornebenaggregate wird mit Drehzahlen betrieben, die von ihren jeweiligen Betriebspunkten mit maximaler Effizienz abweichen, wenn es eine Riemenscheibendrehzahl gibt, die die Gesamteffizienz des Fahrzeugs maximiert, während der Fahrzeugsystembedarf weiterhin gedeckt wird.
  • Ausführungsformen zur elektrischen Energieerzeugung, -speicherung und Spannungsumwandlung bei FEMG.
  • Die Beziehung zwischen der Leistungselektronik und der Stromverteilung in der vorliegenden Ausführungsform ist in 19 ausführlicher gezeigt. Die drei Phasen des Wechselstrom-Motor-Generators 3 sind über Hochspannungsverbindungen mit dem AD/DC-Wechselrichter 14 verbunden. Die vom Motor-Generator 3 erzeugte elektrische Energie wird in Hochspannungs-DC-Strom umgewandelt, der über ein DC-Busnetzwerk 67 verteilt wird. Umgekehrt kann DC-Strom an den bidirektionalen Wechselrichter 14 zur Umwandlung in AC-Strom geliefert werden, um den Motor-Generator 3 als drehmomenterzeugenden Elektromotor anzutreiben.
  • Eine bekannte Ausführungsform eines bidirektionalen AC/DC-Wechselrichters der in 20 gezeigte Wechselrichter 14. Diese Anordnung beinhaltet eine Konfiguration von sechs IGBT-Leistungstransistoren, wobei Schaltsignale von einer Steuerung (wie etwa von dem FEMG-Steuermodul 13) an die Steuerleitungen 68A-68F auf der Grundlage einer Vektorsteuerstrategie geliefert werden. Vorzugsweise befindet sich das Steuermodul für den Wechselrichter 14 nicht mehr als 15 cm von der IGBT-Platine des Wechselrichters entfernt. Um das elektrische Rauschen auf dem DC-Bus 67 zu minimieren, kann ein Filter 69 zwischen dem Wechselrichter und dem Rest des DC-Busses eingefügt werden.
  • 19 zeigt auch zwei primäre DC-Busverbindungen, die Hochspannungsleitungen zwischen dem Wechselrichter 14 und dem Energiespeicher 11. Die bidirektionalen Pfeile in dieser Figur geben an, dass DC-Strom vom Wechselrichter 14 zum Energiespeicher 11 fließen kann, um dessen Ladezustand zu erhöhen, oder vom Energiespeicher zum DC-Bus 67 zur Verteilung an den Wechselrichter 14, um den Motor-Generator 3 oder andere mit dem DC-Bus verbundene DC-Spannungsverbraucher zu betreiben. In dieser Ausführungsform ist zwischen dem DC-Bus und dem Energiespeicher 11 ein DC/DC-Spannungswandler 70 bereitgestellt, um die vom Motor-Generator 3 erzeugte DC-Spannung auf dem DC-Bus an die bevorzugte Betriebsspannung des Energiespeichers anzupassen. 19 zeigt auch, dass der DC-Bus 67 auch mit einem geeigneten Spannungswandler verbunden werden kann, wie etwa mit dem AC/DC-Spannungswandler 309, der elektrische Energie von einer fahrzeugexternen Leistungsquelle 310, wie etwa einer stationären Ladestation, in die Spannung des DC-Busses 67 umwandelt, um das Laden des Energiespeichers unabhängig vom Motor-Generator 3 zu ermöglichen, wenn das Fahrzeug geparkt ist.
  • Neben dem bidirektionalen Fluss von Gleichstrom zum und vom Energiespeicher 11 versorgt der DC-Bus 67 elektrische Verbraucher im Fahrzeug mit Hochspannungsgleichstrom, wie etwa Fahrzeugbeleuchtung, Radios und andere typischerweise mit 12 V betriebene Vorrichtungen, sowie 120-V-Wechselstromvorrichtungen, wie etwa eine Klimaanlage im Fahrerschlafraum und/oder einen Kühlschrank oder eine Kochstelle. In beiden Fällen wird ein geeigneter Spannungswandler bereitgestellt, der die Hochspannung auf dem DC-Bus 67 in den entsprechenden DC- oder AC-Strom mit der entsprechenden Spannung umwandelt. In der in 19 gezeigten Ausführungsform wandelt ein DC/DC-Wandler 71 DC-Strom mit einer Nennspannung in der Größenordnung von 400 V in 12-V-DC-Strom um, um eine oder mehrere herkömmliche 12-V-Batterien 72 zu laden. Die üblichen 12-V-Verbraucher 73 des Fahrzeugs werden so je nach Bedarf mit der erforderlichen Menge an 12-V-Leistung versorgt, ohne dass der Motor mit einer separaten motorgetriebenen 12-V-Lichtmaschine ausgestattet werden muss, was zu weiteren Gewichts- und Kosteneinsparungen führt und die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erhöht. 21 veranschaulicht eine bekannte Ausführungsform eines vorwärts gerichteten DC/DC-Wandlers, wie etwa des DC/DC-Wandlers 71, bei dem das FEMG-Steuermodul 13 die Umwandlung der hohen DC-Spannung vom DC-Bus 67 in die 12-V-Ausgabe 75 des Wandlers steuert, indem FEMG-Steuersignale für eine Transistorantriebsschaltung 74 bereitgestellt werden, um den Stromfluss durch die Primärwicklung 76 des Transformators 77 des DC/DC-Wandlers zu verwalten.
  • Der bidirektionale Hochspannungs-DC/DC-Wandler 70 ist ein sogenannter „Buck-Boost“-Spannungswandler, wie etwa die bekannte elektrische Anordnung, wie in 22 gezeigt. 23 zeigt, wie bei Betätigung des elektronisch gesteuerten Schalters S in 22 eine Eingangsspannung Vin eine entsprechende Stromschwingung über die Induktivität L und die Kapazität C pulsierend antreibt, was zu einer kontinuierlichen Ausgangsspannung vo führt, die gleichmäßig um eine Grundspannung <vo> schwingt.
  • Der Wunsch, den Abstand zwischen dem Leistungswechselrichter 14 und den drei AC-Phasenleitungen des Motor-Generators kurz zu halten, kann durch die Integration mehrerer elektronischer Komponenten in das Gehäuse eines Motor-Generators erfüllt werden, wie in 24 gezeigt. Auf der dem Getriebe 16 zugewandten Seite des Motor-Generators treten die Drähte für die drei AC-Phasen 78A-78C hervor und sind mit einem Hochspannungsabschnitt 79 einer Leiterplatte 84 verbunden (in 24 der Abschnitt 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.
  • Ebenfalls auf der Leiterplatte 84 befindet sich ein Segment 82, der einen Filter zur Unterdrückung elektromagnetischer Störungen (electromagnetic interference - EMI) und DC-Leistungskondensatoren sowie die eingebetteten Mikrocontroller 83 der FEMG-ECU enthält. Die gestrichelte Linie stellt eine elektrische Isolierung 85 des Hochspannungsabschnitts 79 von dem Niederspannungsabschnitt 86 dar, der mit dem Rest des FEMG-Systems und Fahrzeugkomponenten über elektrische Verbinder 58 kommuniziert. Die Hochspannung und der Hochstrom, die entweder vom Motor-Generator 3 erzeugt oder vom Motor-Generator 3 aus dem Energiespeicher 11 empfangen werden, gelangen vom Hochspannungsabschnitt 79 der Leiterplatte 84 über Leiterbahnen (nicht veranschaulicht) hinter der Außenfläche der Leiterplatte zur Hochspannungsverbindung 59.
  • Zu den Vorteilen dieses hohen Integrationsgrades von Motor-Generator und Leistungselektronik gehören eine vereinfachte und kostengünstigere Installation, die Minimierung der elektrischen Verluste über längere Verbindungen zwischen Motor-Generator und Leistungselektronik sowie die Fähigkeit, die Leistungselektronik über die bereits vorhandene Zwangskühlung des Motor-Generators zu kühlen, ohne dass zusätzliche spezielle Kühlvorrichtungen für die Elektronik erforderlich sind.
  • Ausführungsform der Energiespeicher- und Batterieverwaltungssteuerung des FEMG-Systems.
  • Bei den im Energiespeicher 11 verwendeten Speicherzellen handelt es sich in dieser Ausführungsform um Lithium-Chemie-Batterien, insbesondere Li-Ion-Batterien. Li-Ion-Batterien haben gegenüber herkömmlichen Batterien, wie etwa Blei-Säure-Batterien, eine Reihe von Vorteilen, darunter ein geringeres Gewicht, eine höhere Toleranz gegenüber Schnellladeraten, eine hohe Leistungsdichte, eine hohe Effizienz bei der Energiespeicherung und -rückgabe sowie eine lange Lebensdauer.
  • Der Energiespeicher 11 ist so dimensioniert, dass er in der Lage ist, einen sehr großen Stromfluss vom/zum Motor-Generator 3 aufzunehmen und zu liefern, da ein kurbelwellengetriebener Motor-Generator eine elektrische Leistung von mehreren Kilowatt erzeugen kann und ein vom Energiespeicher angetriebener Motor-Generator 300 Spitzenampere Hochspannungsstrom benötigen kann, um einen Dieselmotor zu starten, und darüber hinaus genügend Hochspannungsstrom benötigt, um ein Drehmoment von über 100 Nm zu erzeugen, um Motornebenaggregate anzutreiben, wenn die Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit von der Motorkurbelwelle gelöst ist.
  • Während die Superkondensatoren in der Lage sind, den Spitzenstrombedarf des FEMG-Systems zu bewältigen, ist der Batterieabschnitt des Energiespeichers 11 so dimensioniert, dass er anhaltende Stromentladeraten und eine Gesamtenergieausgabe bereitstellen kann, um den am stärksten beanspruchten Strombedarf zu decken. Ausgehend von den Erfahrungen mit dem Betrieb von Nutzfahrzeugen ist der Batterieabschnitt des Energiespeichers 11 in dieser Ausführungsform so dimensioniert, dass ein zufriedenstellender Betrieb mit dem Äquivalent von 58 KW für zehn Minuten pro Stunde gewährleistet ist (ein Leistungsbedarf, der dem Betrieb des Motorkühllüfters bei maximaler Drehzahl allein durch den Motor-Generator in regelmäßigen Abständen sowie der gleichzeitigen Verwendung von Klimaanlage und Luftkompressor entspricht). Berechnungen haben ergeben, dass eine Entladung von 58 KW für 10 Minuten pro Stunde bei einer angenommenen Betriebseffizienz des Leistungswechselrichters 14 von 95 % eine Energieentnahme von 10 KWh (Kilowattstunden) aus dem Energiespeicher 11 erfordern würde. Bei einer Systemspannung von 400 V erfordert diese Entlademenge eine Speicherkapazität der Energiespeicherbatterien von etwa 15 Ah (Amperestunden).
  • Bei dem Design des Batterieabschnitts des Energiespeichers 11 wird nicht nur die Mindestbatteriekapazität zur Deckung des erwarteten größten Fahrzeugbedarfs berechnet, sondern auch der grundlegende Betriebsbedarf berücksichtigt. So besteht beispielsweise ein betrieblicher Wunsch, die Batterien des Energiespeichers nicht vollständig zu entladen, um zu vermeiden, dass der Energiespeicher einen unmittelbaren Bedarf des Fahrzeugs nicht decken kann (wie etwa nicht in der Lage ist, den Motor zu starten, wenn der Motor-Generator als Motoranlassvorrichtung betrieben wird), und um eine mögliche Beschädigung der Batteriezellen durch eine Entladung weit unter die vom Hersteller der Batteriezelle empfohlene Mindestbetriebsspannung zu vermeiden (bei einer Lithium-Batteriezelle mit 3,8 V bis 4,2 V typischerweise nicht unter 1,5 bis 2 V/Zelle). Das Design des Energiespeichers der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet daher die Anforderung, dass der größte Entladebedarf den Batterieabschnitt des Energiespeichers nicht unter 50 % Kapazität entlädt. Diese Anforderung führt dazu, dass der Energiespeicher 11 eine Batteriekapazität von 30 Ah hat.
  • Mit einer Zielvorgabe von 30 Ah und unter Verwendung von Li-Ion-Batteriezellen mit einer individuellen Nennspannung von 3,8 V und einer Entladekapazität von 33 Ah bei einer Entladerate von 0,3 C (wie etwa einer Batteriezelle mit einem Gewicht von 0,8 kg (Kilogramm) und rechteckigen Abmessungen von 290 mm x 216 mm x 7,1 mm) wurde bestimmt, dass die gewünschte Energiespeicherkapazität (30 Ah bei 400 V) bereitgestellt werden könnte, indem vier einzelne Batteriezellen in Reihe geschaltet werden, um ein 33-Ah-Batteriemodul mit einer Nennspannung von 15,2 V zu erhalten, 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 zu erhalten (die tatsächliche Betriebsspannung liegt typischerweise bei oder unter 400 V). Dieser Batteriepack hat ein Gewicht (ohne Gehäuse) von etwa 90 kg und ein Volumen von etwa 50 Litern, ein Gewicht und eine Größe, die leicht entlang eines Fahrgestellträgers eines Nutzfahrzeugs untergebracht werden können.
  • Der Energiespeicher 11 ist mit einem Batterieverwaltungssystem (BMS) 12 versehen. Das BMS-Steuermodul überwacht den Ladezustand des Batteriepacks und die Temperaturen, übernimmt Aufgaben der Batteriewartung, wie etwa den Zellausgleich (die Überwachung und Anpassung des Ladezustands einzelner Zellen oder Zellgruppen), und kommuniziert Informationen über den Status des Batteriepacks an das FEMG-Steuermodul 13. Das Batterieverwaltungssystem 12 kann sich bei dem FEMG-Steuermodul 13 oder an einem anderen, vom Batteriepack im Energiespeicher 11 entfernten Ort befinden; die Installation des Batterieverwaltungssystems 12 zusammen mit dem Energiespeicher 11 ermöglicht jedoch den modularen Einsatz und Austausch des Energiespeichersystems.
  • Ein weiterer Gesichtspunkt bei dem Design des Energiespeichers 11, der große Mengen an Hochspannungsstrom aufnimmt und entlädt, ist die Notwendigkeit der Kühlung. Von den zu kühlenden FEMG-Komponenten, dem Energiespeicher 11, dem Motor-Generator 3, dem Leistungswechselrichter 14, dem Getriebe 16 und der Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19, muss in der vorliegenden Ausführungsform der Batteriespeicher 11 am stärksten gekühlt werden, um Schäden durch Überhitzung zu vermeiden. Der bevorzugte Temperaturbereich von Li-Ion-Batterien liegt zwischen -20 °C und 55 °C. Diesen Temperaturen stehen Betriebstemperaturgrenzen in der Größenordnung von 150 °C für den Motor-Generator 3, 125 °C für den Leistungswechselrichter 14 und 130 °C für das Getriebe 16 (sowie für die Kupplung 15, wenn es sich um eine Ölbad-Nasskupplung handelt) gegenüber. In dieser Ausführungsform werden erhebliche Komplexitäts- und Kosteneinsparungen dadurch erzielt, dass alle primären FEMG-Komponenten durch das Öl gekühlt werden, das im Getriebe zur Schmierung und Kühlung zirkuliert. Dies ist möglich, wenn der Batteriepack des Energiespeichers 11 das Kühlöl als erste Komponente stromabwärts des Luft-/Öl-Kühlers empfängt, der die Wärme aus dem Öl abführt, d. h., bevor das gekühlte Öl zurückgeführt wird und Wärme von anderen FEMG-Komponenten im Ölkühlkreislauf absorbiert. Diese Anordnung stellt sicher, dass der Batteriepack den Kühlölstrom bei einer Temperatur empfängt, die es dem Batteriepack ermöglicht, unter 55 °C zu bleiben, bevor das Öl im Motor-Generator, Leistungswechselrichter und Getriebe auf höhere Temperaturen trifft.
  • Ausführungsformen des Algorithmus zur Bestimmung des Ladezustands des Energiespeichers des FEMG-Systems.
  • Der Ladezustand der Energiespeicherbatterie kann auf vielfältige Arten und Weisen bestimmt werden. 25 ist ein Beispiel eines Steueralgorithmus zur Schätzung des Ladezustands eines bekannten Batterieverwaltungssystems, der in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist. In einem ersten Schritt S101 wird das Batterieverwaltungssystem 12 bei der Inbetriebnahme (Einschalten) initialisiert. Schritt S102 symbolisiert die Schätzung des Ladezustands der Batteriezellen des BMS nach dem sogenannten „Coulomb-Zählverfahren“, in diesem Fall durch Abtasten der Zell- und Gruppenspannungen (V, T) und der Temperaturen, um einen geschätzten Ausgangsladepegel und daraus einen Ausgangspunkt für die Verfolgung der in den Batteriepack eingeleiteten und aus dem Batteriepack entnommenen Strommenge (I) zu bestimmen.
  • Dieser Ansatz zur Verfolgung des Ladezustands hat zwar den Vorteil, dass er eine sehr genaue Echtzeit-Überwachung des Stromflusses mit relativ kostengünstigen Technologien bereitstellt, doch stellt er keine zuverlässigen Angaben über die Menge der Ladung bereit, die aufgrund der Selbstentladung der Batteriezellen durch unerwünschte chemische Reaktionen verloren geht. Da dieses Phänomen stark temperaturabhängig ist und zu einem erheblichen Ladeverlust führen kann, der in Schritt S102 nicht detektiert wird, führt das Batterieverwaltungssystem in dieser Ausführungsform auch einen zusätzlichen Schritt S 103 zur Schätzung des Ladezustands aus, einen sogenannten „Prior-in-the-Loop“-Ansatz. Bei diesem Ansatz zur Schätzung des Ladezustands wird die Leerlaufspannung der Batteriezellen gemessen und diese Spannung mit gespeicherten Spannungs-/Ladezustandswerten verglichen, um eine Schätzung des Batterieladepegels zu erhalten, die frühere Selbstentladeverluste mit einbezieht. Darüber hinaus kann durch Vergleich mit zuvor gespeicherten Informationen die Selbstentladerate geschätzt werden, und anhand dieser Selbstentladerate kann ein Gesundheitszustand der Batterie geschätzt werden (d. h. eine hohe Selbstentladerate deutet daraufhin, dass der Gesundheitszustand der Batteriezellen im Vergleich zum Neuzustand verschlechtert ist).
  • Ein Nachteil des „Prior-in-the-Loop“-Ansatzes ist, dass er nicht ohne Weiteres in Echtzeit verwendet werden kann, da der Batteriepack des Energiespeichers 11 im Einsatz ist, um Hochspannungsstrom zu empfangen und zu entladen, der für die Unterstützung des laufenden Fahrzeugbetriebs benötigt wird. Daher werden die auf der offenen Spannung basierenden Schätzungen des Ladezustands und des Gesundheitszustands in Schritt S103 nur durchgeführt, wenn sich die Batterie des Energiespeichers in einem Zustand befindet, in dem kein Strom von dem Batteriepack empfangen oder aus ihm entladen wird. Wenn die Schätzungen in Schritt S103 nicht vorgenommen werden können, geht diese Batterieverwaltungssystemroutine zu Schritt S104 über, und die letzten Schätzungen des Ladezustands und des Gesundheitszustands der Batterie aus Schritt S103 werden in den nachfolgenden Berechnungen verwendet.
  • Auf der Grundlage der Zell- und Gruppenspannungen, Temperaturen, Stromeingänge und -ausgänge aus Schritt S102 und der letzten Korrekturfaktoren aus Schritt S103 zur Berücksichtigung von Selbstentladeeffekten berechnet das Batterieverwaltungssystem in Schritt S104 geeignete Grenzwerte für die Lade- und Entladeleistung, die für den Betrieb des Energiespeichers 11 innerhalb des FEMG-Systems zur Verfügung stehen, und führt einen Zellenausgleichsalgorithmus aus, um Batteriezellen zu identifizieren, die einen Ladeausgleich benötigen, und wendet eine geeignete selektive Zellenladung und/oder -entladung an, um die Zellspannungen innerhalb der 4-Zellen-Module und zwischen den 28 Modulen auszugleichen. Der Zellausgleich ist besonders wichtig, wenn Li-Ion-Batteriezellen verwendet werden, da diese Zellen unterschiedlich schnell altern und sich selbst entladen können. Infolgedessen können die einzelnen Batteriezellen im Laufe der Zeit unterschiedliche Fähigkeiten zur Aufnahme einer Ladung entwickeln, was dazu führen kann, dass eine oder mehrere der Zellen in einem Modul (oder zwischen verschiedenen Modulen) überladen und andere unterladen werden. In beiden Fällen können deutlich über- oder unterladene Batteriezellen irreparabel beschädigt werden.
  • In Schritt S105 kommuniziert das Batterieverwaltungssystem 12 Informationen über den Status des Batteriepacks an das FEMG-Steuermodul 13, einschließlich Informationen über die für den aktuellen Ladezustand und die Temperatur der Batteriezellen erforderlichen Leistungsgrenzen. Parallel dazu werden in Schritt S106 die Daten der Batteriezellen zur Verwendung in zukünftigen Iterationen der Zellenüberwachung im Speicher gespeichert. Nach Abschluss der Routinen zur Bestimmung des Status des Batteriepacks und des Zellausgleichs kehrt die Steuerung zum Beginn der Steuerschleife für die Ladungsschätzung zurück, wobei die Daten zur Selbstentladerate zu Beginn der Schleife zur Verwendung in den nachfolgenden Schritten zur Verfügung gestellt werden.
  • Ausführungsformen der Betriebsmodi und des Steueralgorithmus des FEMG-Systems.
  • In dieser Ausführungsform arbeitet das FEMG-System in mehreren Modi, einschließlich Generatormodus, Elektromotormodus, Leerlaufmodus, ausgeschaltetem Modus und Stopp/Start-Modus. Der für die aktuellen Betriebsbedingungen gewählte Modus basiert zumindest teilweise auf dem aktuellen Ladezustand des Energiespeichers 11, wobei das FEMG-Steuermodul 13 so programmiert ist, dass es auf der Grundlage der vom Batterieverwaltungssystem 12 empfangenen Daten einen minimalen Ladepegel, in dieser Ausführungsform 20 % der Ladekapazität, einen mittleren Ladepegel von 40 % und einen maximalen Ladepegel von 80 % erkennt (ein Pegel, der gewählt wurde, um sicherzustellen, dass der Energiespeicher vor einer Überladung der Zellen geschützt ist, insbesondere für den Fall, dass die Selbstentladung einzelner Zellen zu einem Ungleichgewicht der Zellen geführt hat).
  • Im Generatormodus ist die Kupplung 15 eingerückt und der Motor-Generator 3 wird angetrieben, um elektrische Energie für die Speicherung zu erzeugen, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unter dem Mindestladepegel liegt, und die Kupplung bleibt eingerückt, bis der Zwischenladezustandspegel erreicht ist. Sobald der Zwischenladezustandspegel erreicht ist, schaltet das FEMG-Steuermodul 13 je nach Bedarf zwischen den Modi Generator, Elektromotor, Leerlauf und Aus um. Wird der Motor-Generator 3 beispielsweise mit ausgerückter Kupplung 15 betrieben, um die Motornebenaggregate anzutreiben, befiehlt das FEMG-Steuermodul einen Wechsel in den Generatorbetrieb und das Einrücken der Kupplung 15, um den Energiespeicher 11 aufzuladen, wenn Brems- oder Verzögerungsereignisse oder ein negatives Drehmoment auftreten (solange der Ladezustand des Energiespeichers 11 unter dem maximalen Ladezustandspegel bleibt).
  • Im Elektromotormodus mit ausgerückter Kupplung 15 moduliert das FEMG-Steuermodul 13 die Amplitude und Frequenz des Stroms, der vom Wechselrichter 14 an den Motor-Generator 3 geliefert wird, um eine stufenlose Drehzahlsteuerung bereitzustellen. Dadurch kann der Motor-Generator 3 so betrieben werden, dass die Riemenscheibe 5 und damit die von der Riemenscheibe 5 angetriebenen Motornebenaggregate mit einer Drehzahl und einem Drehmomentabgabepegel betrieben wird, die dem Bedarf der aktuellen Betriebsbedingungen entsprechen, ohne dass durch den Betrieb mit unnötig hoher Drehzahl und hohen Drehmomentabgabepegeln Energie verschwendet wird. Die variable Ausgabesteuerung des FEMG-Systems über den Motor-Generator 3 hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Menge an gespeicherter elektrischer Energie, die aus dem Energiespeicher 11 abgegeben werden muss, minimiert wird, der Ladebedarf des Energiespeichers reduziert wird und die Zeitspanne, in der der Energiespeicher 11 Hochspannungsstrom liefern kann, bevor er den Mindestladezustand erreicht, verlängert wird.
  • Wenn der Ladepegel des Energiespeichers 11 über dem minimalen Pegel liegt, keine Brems- oder Verzögerungsbedingungen oder negatives Drehmoment vorliegen und die Motornebenaggregate kein Drehmoment vom Motor-Generator 3 anfordern, leitet das FEMG-Steuermodul 13 den Leerlaufmodus ein, bei dem die Kupplung 15 des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers 19 ausgerückt und der Motor-Generator „abgeschaltet“ wird, d. h. nicht betrieben wird, um entweder elektrische Energie für die Speicherung oder ein Drehmoment für den Antrieb der Motornebenaggregate zu erzeugen.
  • In jedem von dem Generator-, Elektromotor- oder ausgeschalteten Modus kann das FEMG-Steuermodul das Einrücken der Kupplung 15 befehlen, wenn der Motor eine Drehmomentabgabeunterstützung durch den Motor-Generator benötigt, und gleichzeitig die Versorgung des Motor-Generators mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher 11 zur Umwandlung in ein zusätzliches, auf die Motorkurbelwelle zu übertragendes Drehmoment befehlen.
  • Das FEMG-Steuermodul ist zusätzlich so programmiert, dass es vor einer unbeabsichtigten Überentladung des Energiespeichers 11 schützt. Wenn z. B. in dieser Ausführung der Drehmoment- und Drehzahlbedarf des Motorkühllüfters 7 über 90 % seines maximalen Designbedarfs liegt, wird die Kupplung 15 des Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfers 19 eingerückt, um den Motorkühllüfter 7 (und folglich auch die anderen eingerückten Motornebenaggregate) mechanisch von der Motorkurbelwelle anzutreiben. Dadurch kann der Motor-Generator 3 im Leerlauf- oder Generatormodus betrieben werden, um eine potenziell schädliche Tiefentladung des Energiespeichers 11 zu vermeiden und einen Ladezustand zu verhindern, bei dem die gespeicherte Energie nicht ausreicht, um Verbraucher bei abgeschaltetem Motor zu unterstützen (z. B. Anlassen des Motors oder Unterstützung des Schlafraums während der Ruhezeiten bei abgeschaltetem Motor).
  • Ein zusätzlicher Betriebsmodus ist ein Anlassmodus, der für das Anlassen eines kalten Motors und die Start/Stopp-Funktion (d. h. das Abschalten des Motors nach einem Stopp und das Wiederanlassen bei Wiederaufnahme der Fahrt) verwendet wird. In dieser Ausführungsform wird die Start/Stopp-Funktion vom FEMG-Steuermodul 13 gesteuert. Bei Vorliegen geeigneter Bedingungen (z. B. Ladezustand des Energiespeichers 11 oberhalb eines Mindestschwellenwerts für das Anlassen des Motors, Fahrzeuggeschwindigkeit über einen ausreichenden Zeitraum gleich Null, Getriebe im Leerlauf oder Getriebekupplung ausgerückt, Fahrzeugtüren geschlossen usw.) signalisiert das FEMG-Steuermodul dem Motorsteuermodul, den Motor abzuschalten, wodurch der Kraftstoffverbrauch und unerwünschte Motorleerlaufgeräusche minimiert werden. Wenn sich das Fahrzeug wieder in Bewegung setzen soll, was durch ein Signal, wie etwa das Loslassen des Bremspedals oder die Betätigung der Getriebekupplung, angegeben wird, befiehlt das FEMG-Steuermodul 13 das Einrücken der Kupplung 15 und die Zufuhr von Energie aus dem Energiespeicher 11, um den Motor-Generator 3 zu betreiben und eine große Drehmomentmenge für das Anlassen des Motors zu erzeugen. Die Lieferung von Anlassdrehmoment des Motors wird bei einer Anfangsdrehzahl des Motor-Generators von Null erzeugt, wenn während der Abschaltphase des Motors kein Bedarf für den Betrieb der Nebenaggregate besteht (in diesem Fall ist keine Drehzahlanpassung zwischen Riemenscheibe und Kurbelwelle erforderlich, da beide Seiten der Kupplung die Drehzahl Null aufweisen). Wenn der Motor-Generator 3 die Riemenscheibe 5 antreibt, um während der Abschaltphase des Motors Motornebenaggregate anzutreiben, wird dem Motor-Generator 3 befohlen, unter eine Drehzahl abzubremsen, bei der ein Kupplungsschaden auftreten würde, wenn die Kupplung 15 eingerückt ist. Im Falle einer Klauenkupplung kann dies bei oder nahe einer Drehzahl von Null der Fall sein, während eine Mehrscheibennasskupplung eine gewisse Relativbewegung zwischen der Riemenscheibenseite und der stationären Kurbelwellenseite der Kupplung besser tolerieren kann.
  • Das FEMG-System kann außerdem genügend Energie speichern, um den Betrieb eines dynamischen Wärmeerzeugers zu ermöglichen, der einen kalten Motor vor einem Kaltstart vorwärmt, wodurch der Widerstand, den ein kalter Motor dem Motor-Generator während eines Kaltstarts entgegensetzen würde, erheblich reduziert wird. Die Verwendung eines dynamischen Wärmeerzeugers bietet auch die Möglichkeit, Größe, Gewicht und Kosten des Motor-Generators zu verringern, indem der Spitzenwert für den Drehmomentbedarf beim Kaltstart reduziert wird, den der Motor-Generator unter den erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bereitstellen muss.
  • Der Spitzenwert für den Drehmomentbedarf beim Kaltstart, den der Motor-Generator unter den erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bereitstellen muss, kann auch durch andere Assistenzvorrichtungen reduziert werden. Die Größe des Motor-Generators kann beispielsweise reduziert werden, wenn das Anlassdrehmoment des Motors durch einen pneumatischen Anlassermotor ergänzt wird, der vom Druckluftspeicher des Fahrzeugs mit Leistung versorgt wird. Die Größe eines pneumatischen Anlassermotors kann minimiert werden, um sicherzustellen, dass er sich zusammen mit den FEMG-Komponenten am vorderen Teil des Motors befinden kann, da der pneumatische Anlassermotor nicht so dimensioniert sein muss, dass er den Motor allein anlassen kann. Eine solche Kaltstarthilfe wäre kostengünstiger und leichter als die Option des Haltens eines herkömmlichen elektrischen Motoranlassermotors, um das Schwungrad des Motors zu drehen, und hätte nur geringfügige Auswirkungen auf die durch das FEMG-System erzielbaren Verbesserungen der Energieeffizienz des Systems.
  • Algorithmen zur Bestimmung der Betriebsdrehzahl von Motornebenaggregaten und der Betriebsdrehzahl eines Motor-Generators des FEMG-Systems.
  • Eine Ausführungsform einer FEMG-Systemsteuerstrategie wird anhand der Ablaufdiagramme der 26 und 27 erläutert, nachdem kurz auf die Grundlagen der Strategie eingegangen wurde.
  • Generell können höhere Kraftstoffeinsparungen erzielt werden, indem die Zeitspanne, in der Motornebenaggregate und andere Komponenten anstelle der herkömmlichen mechanischen Motorleistung elektrisch angetrieben werden, maximiert wird. Eine Steuerstrategie, die den Einsatz der elektrischen Energie verbessert, ist ein wesentlicher Bestandteil zum Erzielen dieser Verbesserungen. Ein Ansatz der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Anzahl der Komponenten, die elektrisch angetrieben werden können, zu maximieren und gleichzeitig die Anzahl der für den Antrieb der Nebenaggregate erforderlichen elektrischen Maschinen zu minimieren. Anstatt die meisten oder alle leistungsverbrauchenden Komponenten des Fahrzeugs mit eigenen Elektromotoren auszustatten, stellt bei der vorliegenden Erfindung ein einziger Elektromotor (wie etwa der Motor-Generator 3) sowohl die mechanische Drehmomentabgabe als auch die Erzeugung elektrischer Energie bereit. Dieser Ansatz mit nur einem Motor-Generator ist mit einer Steuerstrategie gekoppelt, die sicherstellt, dass der Bedarf des am stärksten beanspruchten oder höchstprioritären Motornebenaggregats oder einer anderen Komponente gedeckt wird, während gleichzeitig der ineffiziente Betrieb anderer Nebenaggregate oder Komponenten minimiert wird, indem ihr Betrieb so weit wie möglich an die Bedingungen angepasst wird, die für die Erfüllung des größten Bedarfs festgelegt worden sind. Bei der im Folgenden erläuterten Steuerstrategie sind die einzelnen Motornebenaggregate mit Kupplungen versehen, die es je nach Nebenaggregat ermöglichen, sie selektiv abzuschalten, mit einer Drehzahl angetrieben zu werden, die von dem Nebenaggregat mit dem größten Bedarf oder der höchsten Priorität vorgegeben wird, oder mit einer variablen Einrückkupplung mit reduzierter Drehzahl angetrieben zu werden.
  • Wenn die Motornebenaggregate von der Kurbelwelle angetrieben werden, d. h., wenn die Kupplung 15 eingerückt ist, wird jedes Motornebenaggregat mechanisch mit einer „Ausgangs“- oder „Original“-Steuerungsstrategie (original control strategy - OCS) angetrieben, die derjenigen entspricht, mit der diese Nebenaggregate bei einer herkömmlichen Motoranwendung ohne FEMG-System betrieben würden. Bei einer solchen Strategie werden die Nebenaggregate, die einzelne Kupplungen aufweisen, gemäß ihren individuellen Ausgangssteuerschemata betrieben, wobei ihre Kupplungen wie bei einer Nicht-Hybrid-Verbrennungsmotoranwendung vollständig eingerückt, teilweise eingerückt oder ausgerückt werden.
  • Wenn dagegen die Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit ausgerückt ist und die Motornebenaggregate vom Motor-Generator 3 mit Energie aus dem Energiespeicher 11 angetrieben werden, steuert das FEMG-Steuermodul die Drehzahl der Riemenscheibe 5 und damit des Nebenaggregatantriebsriemen des Motors variabel so, dass sie den aktuellen Anforderungen des Fahrzeugs entspricht, ohne ein höheres Drehmoment für den Nebenaggregatantrieb bereitzustellen, als unter den aktuellen Betriebsbedingungen erforderlich ist. Bei einer solchen Strategie der variablen Drehzahlregelung (variable speed control - VSC) verwendet das FEMG-Steuermodul 13 gespeicherte Daten bezüglich der Betriebscharakteristika der einzelnen Motornebenaggregate, um die verschiedenen Nebenaggregate gleichzeitig so zu steuern, dass die Menge an elektrischer Energie, die für den Antrieb des Motor-Generators 3 im Elektromotorbetrieb erforderlich ist, weiter minimiert wird (das FEMG-Steuermodul 13 kann die Nebenaggregate direkt steuern oder Signale an andere Module, wie etwa das Motorsteuermodul, ausgeben, um die Ausführung der gewünschten Nebenaggregatsvorgänge zu befehlen). Da der Motor-Generator 3 alle Motornebenaggregate über denselben Riemen mit einer Riemendrehzahl antreibt, kann es vorkommen, dass ein Nebenaggregat bei optimaler Drehzahl betrieben wird, während die anderen bei suboptimalen Betriebspunkten betrieben werden, obwohl für jedes Nebenaggregat die effizienteste oder wünschenswerte Betriebsdrehzahl festgelegt wurde. Aus diesem Grund vergleicht das FEMG-Steuermodul 13 die bevorzugten Betriebsdrehzahlen der von jedem der einzelnen Nebenaggregate mit ihren Drehzahlen, wenn sie vom Motor-Generator 3 mit einer Drehzahl angetrieben werden, die ausreicht, um den größten Nebenaggregatbedarf zu decken, und bestimmt, ob die einzelnen Kupplungen der Nebenaggregate betätigt werden können, um eine individuelle Nebenaggregatdrehzahl zu erzeugen, die näher an der bevorzugten Betriebsdrehzahl des einzelnen Nebenaggregats liegt. Wenn möglich, setzt das FEMG-Steuermodul die übliche Steuerstrategie der Nebenaggregatkupplung außer Kraft und aktiviert die Nebenaggregatkupplungen nach Bedarf, um individuelle Nebenaggregatdrehzahlen zu erreichen, die eine verbesserte Effizienz ermöglichen.
  • Die Auswahl geeigneter Motornebenaggregatdrehzahlen beginnt mit der Bestimmung einer gewünschten idealen Betriebsdrehzahl für jedes Nebenaggregat für die aktuellen Betriebsbedingungen, wobei eine Steuerlogik, wie die in 26 gezeigte, verwendet wird.
  • Nach dem Start des Algorithmus zur Bestimmung der Nebenaggregatdrehzahl ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S201 aus seinem Speicher 201 Daten über die aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen ab, die von den Sensoren und anderen Steuerungen des Fahrzeugs stammen, von denen die meisten dem FEMG-Steuermodul 13 über den CAN-Bus gemäß dem SAE-J1939-Netzwerkprotokoll bereitgestellt werden, und bestimmt die aktuellen Betriebsbedingungen. Dieser Vorgang ist eine Voraussetzung dafür, dass in Schritt S202 bestimmt werden kann, ob die aktuellen Betriebsbedingungen den Betrieb eines bestimmten Nebenaggregats, wie etwa des Motorkühllüfters, erfordern. Wenn das Nebenaggregat einzuschalten ist, geht die Routine zu Schritt S203 über, um zu bestimmen, ob das Nebenaggregat über eine einzelne Nebenaggregat-Mehrgangskupplung an den Nebenaggregatantrieb gekoppelt ist.
  • Wenn das FEMG-Steuermodul 13 bei Schritt S203 bestimmt, dass eine solche Nebenaggregatkupplung vorhanden ist, geht die Routine zu Schritt S204 über, um die gewünschte Betriebsdrehzahl des Nebenaggregats für die bestimmte Betriebsbedingung zu bestimmen. Bei der Durchführung des Schritts S204 greift das FEMG-Steuermodul 13 auf Informationen 202 zu, z. B. in Form von Lookup-Tabellen, Kennlinien oder mathematischen Funktionen, aus denen es eine Nebenaggregatbetriebsdrehzahl ermitteln kann, bei der das Nebenaggregat unter den aktuellen Betriebsbedingungen effizient arbeitet. Bei Schritt S205 vergleicht das FEMG-Steuermodul 13 die bestimmte gewünschte Nebenaggregatbetriebsdrehzahl mit der Drehzahl des Nebenaggregats, wenn dessen Kupplung vollständig eingerückt ist, und moduliert die Nebenaggregatkupplung, um einen geeigneten entsprechenden Kupplungsbetriebszustand einzustellen (z. B. einen Grad des Kupplungsschlupfes bei einer Kupplung mit variablem Schlupf oder ein bestimmtes Untersetzungsverhältnis bei einer Kupplung mit mehreren einzelnen Gängen, wie etwa einer 3-Gang-Kupplung). Nachdem die Nebenaggregatkupplung entsprechend den Bedingungen moduliert wurde, prüft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S207, ob der Elektromotormodus des FEMG-Systems beendet ist (d. h., es wird bestimmt, ob der Motor-Generator 3 den Nebenaggregatantrieb über die Riemenscheibe 5 weiter antreiben soll). Wenn das System noch im Elektromotormodus betrieben wird, kehrt die Steuerung zum Beginn des Bestimmungsprozesses der Nebenaggregatdrehzahl zurück, um den Nebenaggregatdrehzahlbedarf unter Berücksichtigung der aktuellen Betriebsbedingungen weiter zu ermitteln. Wenn in Schritt S207 bestimmt wird, dass der Elektromotormodus beendet ist, endet die Routine in 26.
  • Bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 bei Schritt S203, dass keine Nebenaggregat-Mehrgangkupplung vorhanden ist (d. h. die Nebenaggregatdrehzahl kann nicht an die Motordrehzahl angepasst werden), geht die Routine direkt zu Schritt S206 über, um der Nebenaggregatkupplung zu befehlen, das Nebenaggregat vollständig an den Nebenaggregatantrieb zu koppeln. Die Steuerung wechselt dann zu Schritt S207, in dem die vorstehend beschriebene Bewertung des Elektromotormodus durchgeführt wird.
  • Der Algorithmus aus 26 ist eine Komponente der Gesamtsteuerstrategie der Motornebenaggregate der vorliegenden Ausführungsform, wie in 27 gezeigt. Zu Beginn des FEMG-Systemalgorithmus ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S301 aus seinem Speicher 201 Daten ab, die es vom Batterieverwaltungssystem 12 erhalten hat, um den Ladezustand des Energiespeichers 11 zu bestimmen. Als nächstes ruft das FEMG-Steuermodul 13 in Schritt S302 aus dem Speicher 201 Daten über die aktuellen Fahrzeugbetriebsbedingungen ab, die von den Sensoren des Fahrzeugs und anderen Steuerungen erhalten wurden, um die aktuelle Betriebsbedingung zu bestimmen, bei der der Motor arbeitet (in dieser Ausführungsform stellt die Auswertung in Schritt S302 die Informationen bereit, die in Schritt S201 des Algorithmus zur Bestimmung der Nebenaggregatdrehzahl in 26 benötigt werden, und muss daher in Schritt S322 unten nicht wiederholt werden).
  • Nach dem Bestimmen der aktuellen Betriebsbedingungen bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 den Modus, in dem das FEMG-System arbeiten soll, und befiehlt dementsprechend das Einrücken oder Ausrücken der Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 (Schritt S303). Wenn sich die Kupplung 15 in einem eingerückten Zustand befinden soll, in dem die Riemenscheibe 5 an den Dämpfer 6 (und damit an die Motorkurbelwelle) gekoppelt ist, kann die Bestimmung, wie die Nebenaggregate mit der Motorantriebsriemenscheibe 5 betrieben werden sollen, durch das FEMG-Steuermodul 13 oder ein anderes Nebenaggregatsteuermodul erfolgen. In 27 übergibt das FEMG-Steuermodul 13 bei Schritt S311 die Steuerung der Motornebenaggregatkupplungen an das Motorsteuermodul (ECM) des Fahrzeugs, das die Drehzahlen der Motornebenaggregate in einer mit der Originalsteuerstrategie (OCS) vergleichbaren Weise bestimmen kann. Nach der Übergabe der Nebenaggregatsteuerung in Schritt S311 endet die Verarbeitung bei Schritt S312.
  • Wenn bei Schritt S303 bestimmt wird, dass der Motor-Generator 3 die Nebenaggregate elektrisch antreiben soll (d. h. der „Elektromotormodus“, in dem sich die Kupplung 15 der Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit 19 in einem ausgerückten Zustand befindet, in dem die Riemenscheibe 5 vom Dämpfer 6 und damit von der Kurbelwelle entkoppelt ist), wird der Motor-Generator 3 in dieser Ausführungsform mit der Strategie der variablen Drehzahlsteuerung (variable speed control - VSC) gesteuert.
  • Die VSC-Strategie wird hier umgesetzt, indem zunächst in Schritt S322 für jedes Nebenaggregat eine bevorzugte Nebenaggregatbetriebsdrehzahl bestimmt wird, wobei Informationen über alle in Schritt S321 bewerteten Eigenschaften und Variablen der Nebenaggregate berücksichtigt werden.
  • Bei Schritt S323 bestimmt das FEMG-Steuermodul 13, ob mindestens ein Nebenaggregat, das vom Motor-Generator 3 angetrieben werden könnte, „eingeschaltet“ ist, d. h. in einem Zustand, in dem es über die Riemenscheibe 5 vom Motor-Generator 3 anzutreiben ist. Wenn unter den aktuellen Bedingungen kein Bedarf für den Betrieb des Nebenaggregats besteht, kehrt die Steuerung zu Schritt S303 zurück.
  • Wenn in Schritt S323 bestimmt wird, dass sich mindestens ein Nebenaggregat im „eingeschalteten“ Zustand befindet, bestimmt der FEMG-Steueralgorithmus in Schritt S324, ob mehr als ein Nebenaggregat durch den Motor-Generator 3 angetrieben werden muss (d. h. mehr als ein Nebenaggregat „eingeschaltet“ ist). Wenn es nur ein einziges Nebenaggregat mit einem Drehmomentbedarf gibt, geht der Steuerprozess zu einer Teilroutine über, die sich ausschließlich auf den Betrieb dieses einen „eingeschalteten“ Nebenaggregats konzentriert. So wird bei Schritt S325 die Motor-Generator-Drehzahl berechnet, die benötigt wird, um das einzelne Nebenaggregat mit seiner bevorzugten Betriebsdrehzahl anzutreiben, der einzelnen Antriebskupplung des Nebenaggregats wird in Schritt S326 befohlen, vollständig einzurücken, und dem Motor-Generator 3 wird in Schritt S327 befohlen, mit der in Schritt S325 bestimmten Drehzahl zu arbeiten. Da die Drehzahl des Motor-Generators in dieser Ausführungsform variabel gesteuert wird, kann die Drehzahl der Riemenscheibe 5 genau auf den Wert eingestellt werden, der für den Antrieb des am stärksten beanspruchten Motornebenaggregats erforderlich ist. Die Steuerung kehrt dann zum Start des Steueralgorithmus zurück.
  • Wenn bei Schritt S324 bestimmt wird, dass mehr als ein Nebenaggregat vom Motor-Generator 3 angetrieben werden muss, bestimmt das FEMG-Steuermodul 13 in Übereinstimmung mit der VSC-Strategie in Schritt S328 für jedes Nebenaggregat, welche Motor-Generator-Drehzahl erforderlich wäre, um das Nebenaggregat mit seiner individuellen bevorzugten Nebenaggregatbetriebsdrehzahl anzutreiben. Die berechneten Drehzahlen werden dann in Schritt S329 verglichen, um den höchsten Drehzahlbedarf des Motor-Generators für das „eingeschaltete“ Nebenaggregat zu identifizieren. Das FEMG-Steuermodul 13 befiehlt dann in Schritt S330 der einzelnen Kupplung des Nebenaggregats, das die höchste Motor-Generator-Drehzahl benötigt, vollständig einzurücken, und befiehlt in Schritt S331 dem Motor-Generator 3, mit der erforderlichen höchsten Motor-Generator-Drehzahl zu arbeiten. Als Teil der VSC-Strategie steuert das FEMG-Steuermodul in Schritt S332 den Betrieb der einzelnen Nebenaggregatkupplungen der verbleibenden „eingeschalteten“ Nebenaggregate, die mit einzelnen Kupplungen ausgestattet sind, um den Betrieb dieser Nebenaggregate an die in Schritt S329 eingestellte erforderliche höchste Motor-Generator-Drehzahl anzupassen. Da die eingestellte Motor-Generator-Drehzahl (die Drehzahl, die benötigt wird, um das Nebenaggregat zu bedienen, das die höchste Motor-Generator-Drehzahl benötigt) höher ist als die Drehzahl, die die übrigen Nebenaggregate benötigen, um mit ihren bevorzugten Drehzahlen zu arbeiten, kann zum Beispiel, wenn ein Nebenaggregat mit einer einzelnen Kupplung ausgestattet ist, die teilweise eingerückt werden kann (z. B. „durchgerutscht“), dieser Kupplung befohlen werden, einen ausreichenden Schlupf zuzulassen, um die Drehzahl des Nebenaggregats näher an seine bevorzugte Betriebsdrehzahl heranzuführen (wie in Schritt S322 bestimmt). Die Steuerung kehrt dann zum Start des Steueralgorithmus zurück.
  • Im Folgenden wird ein Beispiel für die Ausführung des vorstehenden Verfahrens für den Fall eines Fahrzeugs mit drei von der Kurbelwellenriemenscheibe angetriebenen Nebenaggregaten, einem Motorkühllüfter, einem Klimakompressor und einem Luftkompressor, bereitgestellt.
  • In diesem Beispiel ist der Motorkühllüfter mit einer Lüfterkupplung mit der Fähigkeit mehrerer Drehzahlen ausgestattet, wie etwa einer dreistufigen oder drehzahlvariablen Kupplung (z. B. einer Viskositätslüfterkupplung). Die Klima- und Luftkompressoren weisen einzelne „Ein/Aus“-Kupplungen auf, die nur ein- und ausgerückt werden können. Das FEMG-Steuermodul 13 steuert den Betriebszustand jeder der Nebenaggregatkupplungen. Die finale Drehzahl jedes Nebenaggregats ist von dem Riemenscheibenantriebsverhältnis, der Motor-Generator-Drehzahl und der Art der Nebenaggregatkupplung (d. h. „Ein/Aus“, variabler Schlupf oder mehrere Untersetzungsverhältnisstufen) abhängig.
  • In diesem vereinfachten Beispiel sind für einen gegebenen Satz von Fahrzeugbetriebsbedingungen der bevorzugte Betriebspunkt jedes Nebenaggregats und die entsprechende Motor-Generator-Drehzahl, um den bevorzugten Betriebspunkt zu erhalten, folgende: Motorkühllüfter, der mit 1050 U/min betrieben wird (eine Lüfterdrehzahl, die eine Motor-Generator-Drehzahl von 1050 U/min/1,1 Verhältnis zwischen Lüfterriemenscheibe und Riemenscheibe 5, mal 2:1 Getriebeuntersetzungsverhältnis = 1909 U/min erfordert); Klimakompressor, der mit 1100 U/min betrieben wird (entsprechend einer Motor-Generator-Drehzahl von 1294 U/min); und Luftkompressor, der mit 2000 U/min betrieben wird (entsprechend einer Motor-Generator-Drehzahl von 2667 U/min).
  • Wenn das FEMG-Steuermodul 13 bestimmt, dass der Betrieb des Luftkompressors unter den gegebenen Bedingungen die höchste Priorität hat (z. B., wenn sich die gespeicherte Druckluftmenge den Mindestsicherheitswerten für den Betrieb der pneumatischen Bremse nähert), befiehlt das FEMG-Steuermodul 13 dem Motor-Generator 3, mit der Drehzahl von 2667 U/min zu laufen, die erforderlich ist, um die Drehzahlanforderung des Luftkompressors von 2000 U/min zu unterstützen. Diese Motor-Generator-Drehzahl ist jedoch wesentlich höher als die vom Motorkühllüfter oder vom Klimakompressor benötigten Drehzahlen (bei der Motor-Generator-Drehzahl von 2667 U/min würde die Drehzahl des Motorkühllüfters 1467 U/min und die des Klimakompressors 2267 U/min betragen). Das FEMG-Steuermodul 13, das Zugang zu den Betriebskennlinien der Motornebenaggregate hat, könnte dann je nach Art der Kupplungen der anderen Nebenaggregate die Einrückungen der Kupplungen so einstellen, dass die anderen Nebenaggregate näher an ihren bevorzugten Betriebsdrehzahlen betrieben werden. Wenn der Lüfter beispielsweise mit einer Kupplung mit variablem Schlupf ausgestattet ist, könnte das FEMG-Steuermodul ein Ausmaß von Schlupf der Lüfterkupplung befehlen, um die bevorzugte Drehzahl des Motorlüfters von 1100 U/min bereitzustellen. Auch wenn der Klimakompressor nur über eine „Ein/Aus“-Kupplung verfügt und daher bei eingerückter Kupplung mit 1467 U/min angetrieben wird (und nicht mit der bevorzugten Drehzahl von 1050 U/min), könnte das FEMG-Steuermodul den Betrieb der „Ein/Aus“-Kupplung des Klimakompressors so steuern, dass der Arbeitszyklus des Klimakompressors so weit reduziert wird, dass der aktuelle Klimatisierungsbedarf durch den rein periodischen Betrieb der Klimaanlage mit 1467 U/min gedeckt werden kann. Dieser Ansatz stellt dem FEMG-Steuermodul die Fähigkeit bereit, die Anforderungen des derzeit am stärksten beanspruchten Motornebenaggregats zu erfüllen, während Energieverschwendung durch das Antreiben anderer Nebenaggregate bei höheren Drehzahlen als notwendig oder bei einem unnötig hohen Arbeitszyklus (z. B. 100 %) reduziert wird.
  • In einem weiteren Beispiel kann der Motor mit Nebenaggregaten ausgestattet sein, die nicht von einem durch die Riemenscheibe 5 angetriebenen Antriebsriemen entkoppelt werden können. In einem solchen Fall kann das FEMG-Steuermodul 13 unter Berücksichtigung der Betriebskurven bestimmen, dass die größte Gesamtenergieeffizienz des Systems durch einen Ausgleich erreicht werden kann. Nehmen wir zum Beispiel an, dass der Luftkompressor derzeit den größten Bedarf aufweist und es besser wäre, den Kompressor mit einer 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 Motor-Generator-Drehzahl von 2667 U/min angetrieben wird, mit einer unerwünscht geringen Effizienz betrieben werden würde (d. h. Betreiben bei einer Pumpendrehzahl, die den Energieverbrauch der Pumpe erheblich erhöht), und die Fahrzeugbedingungen ermöglichen, dass der Luftkompressor mit einer geringeren Drehzahl betrieben wird (z. B., wenn der aktuelle Bedarf darin besteht, die Druckluftspeichertanks nachzufüllen, anstelle einen dringenden, sicherheitsbezogenen Druckluftbedarf zu decken), kann das FEMG-Steuermodul eine geringere Motor-Generator-Drehzahl befehlen, bei der die Motorkühlmittelpumpe bei einem höheren Effizienzpegel (z. B. 2400 U/min) arbeitet, selbst wenn der Luftkompressor bei einer leicht verringerten Effizienz bei dieser Drehzahl arbeitet, mit dem Ergebnis, dass der Gesamtbetrieb der Kombination aus Motorkühlmittelpumpe und Luftkompressor die Gesamtsystemeffizienz im Vergleich zum Betreiben dieser Nebenaggregate bei einer Motor-Generator-Drehzahl von 2667 U/min erhöht.
  • 28 zeigt eine Veranschaulichung einer Ausführungsform der inneren Anordnungen einer integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401, die dazu konfiguriert ist, an der Seite eines Rahmenelements eines Nutzfahrzeugs (auch als Längsträger bezeichnet) montiert zu werden, wobei die obere Abdeckung und zwei Seiten zur Verdeutlichung entfernt wurden. Eine Rückwand 410 der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 beinhaltet einen Montageflansch 411, der zur Montage an einem Längsträger 420 eines Nutzfahrzeugfahrgestells bereitgestellt ist (siehe 29A, 29B). An der seitlich gegenüberliegenden Seite der Rückwand 410 ist ein entsprechender Flansch 412 bereitgestellt (in 28 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht veranschaulicht). In dieser Ausführungsform sind die Montageflansche und die Rückwand 410 der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 in einer im Allgemeinen ebenen Weise ausgerichtet, die der im Allgemeinen ebenen Außenfläche eines Längsträgers eines typischen Nutzfahrzeugs entspricht, und werden durch Befestigungselemente (nicht gezeigt) angebracht. Für die Montage der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 am Fahrzeug kann jeder geeignete Ansatz verwendet werden, wie etwa Schweißen, Nieten und/oder die Verwendung von Klebstoffen.
  • Die Flansche 411, 412 sind in dieser Ausführungsform mit einem Stützelement 415 gebildet, das sich entlang der seitlich gegenüberliegenden Seitenwände der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 und unter der Einheit erstreckt, um die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit 401 auf dem Längsträger 420 abzustützen. Das Stützelement 415 ist so angeordnet, dass sich die Oberseite der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 ungefähr auf der gleichen Höhe wie die Oberseite des Längsträgers 420 befindet, während sich der untere Abschnitt der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 unter den Längsträger 420 erstreckt und so Raum für die Montage von äußeren Komponenten, wie etwa Wärmetauschern (wie weiter unten erläutert wird), bereitstellt. Die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit kann auch mit isolierenden Montagekomponenten, wie etwa Schwingungsdämpfern, montiert werden, um die Schwingungsübertragung zwischen dem Fahrzeug und den Komponenten in der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit zu minimieren. Die Komponenten der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit können z. B. an einem Unterrahmen 452 montiert werden, der sich wiederum durch Isolatoren 419 (z. B. elastomere Vorrichtungen) im Gehäuse befindet.
  • In der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 ist ein Paket eines integrierten elektrifizierten Nebenaggregatantriebs 430 bereitgestellt, das in dieser Ausführungsform folgende Nebenaggregate beinhaltet: einen Klimakompressor 431, eine Servolenkungspumpe 433, einen pneumatischen (Luft-)Kompressor 432, eine Wasserpumpe 451 und eine thermodynamische Heizvorrichtung 434. Das Paket des integrierten elektrifizierten Nebenaggregatantriebs 430 beinhaltet ferner einen Elektromotor 435, einen Nebenaggregatantrieb 436, durch den das Drehmoment von dem Elektromotor 435 auf jedes der Nebenaggregate 431-434 übertragen wird, wenn die Riemenscheibenkupplungen der einzelnen Nebenaggregate eingerückt sind, einen Wechselrichter 437, der in diesem Fall DC-Leistung von dem Fahrzeug aufnimmt, aus dem er AC-Leistung erzeugt, und eine elektronische Steuereinheit (ECU) für den Nebenaggregatantrieb 438, die in dieser Ausführungsform dazu konfiguriert ist, den Betrieb des Wechselrichters 437 zu steuern, um die Drehzahl und die Drehmomentabgabe des Elektromotors 435 zu steuern, den Betrieb der einzelnen Nebenaggregatriemenscheibenkupplungen zu steuern und Daten mit dem Fahrzeug über eine Kommunikationsverbindung auszutauschen. In diesem Beispiel erfolgt die Verbindung der ECU 438 mit dem Fahrzeug über eine drahtgebundene Verbindung mit einem standardkonformen Control-Area-Network-Bus, die Kommunikation zwischen der ECU 438 und dem Fahrzeug kann aber auch über eine drahtlose Kommunikationsverbindung erfolgen. Der Nebenaggregatantrieb 436 kann eine oder eine Kombination verschiedener Antriebsarten sein, einschließlich eines Riemenantriebs, eines Kettenantriebs und/oder eines Zahnradantriebs.
  • Die Umhüllung der Ausführungsform der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 in den 28 und 29A, 29B ist eine witterungsbeständige Konstruktion mit wasserfesten Verbindungen, die durch die Wände der Umhüllung führen, wie in den 29A und 29B gezeigt. Diese Anordnung bietet Schutz vor der rauen Umgebung eines Fahrzeugunterbodens.
  • 29A zeigt eine Endansicht der Seitenwand 416 der Umhüllung, durch die Durchführungen für den Rückfluss des Klimakältemittels aus der Fahrzeugkabine (Durchführungen 441) und für die Einspeisung von Hochspannung (high voltage - HV) vom Fahrzeug in den Wechselrichter (Durchführung 442) bereitgestellt sind.
  • 29B ist eine Endansicht der Gehäusewand 417 (der Übersichtlichkeit halber in 28 weggelassen), die der Wand 416 seitlich gegenüberliegt. Auf der linken Seite von 29B (und auf der rechten Seite von 29A) ist außerdem ein Flüssigkeit-Luft-Wärmetauscher 450 zu sehen, der am unteren Abschnitt der Gehäuserückwand 410 montiert ist, wo der Wärmetauscher 450 zumindest teilweise vor Stößen durch Gegenstände von außerhalb des Fahrzeugs geschützt ist. Der Wärmetauscher 450, der das Kühlmittel über die Fluidverbindungsdurchführungen 443 empfängt und zurückführt, versorgt den Elektromotor 435 und den Wechselrichter 437, die mit einem gemeinsamen Kühlkreislauf verbunden sind, mit Kühlflüssigkeit und führt diese zurück. Andere Durchführungen durch die Gehäusewand 417 beinhalten: eine Niederspannungs(low voltage - LV)-Verbindung 444, die für die Zufuhr von Leistung an die ECU 438 und/oder die drahtgebundene Kommunikation zwischen der ECU 438 und dem Fahrzeug verwendet werden kann; Durchführungen 445, 446 für die Leitung von Kühlmittel zwischen dem Kühlmittelsystem des Fahrzeugs und der thermodynamischen Heizvorrichtung 434 der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 (und optional zum Elektromotor 435 und/oder zum Wechselrichter 437 in Ausführungsformen, in denen das Kühlmittel auch zur Kühlung dieser Komponenten verwendet wird, wobei der Wärmetauscher 450, der zum Bereitstellen einer allgemeinen Umhüllungskühlung zu verwenden ist, freigegeben wird, eine andere Komponente der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit 401 gekühlt wird oder ganz weggelassen wird); Durchführungen 447, die mit dem Luftkompressor 432 assoziiert sind, der Druckluft an das Fahrzeug ausgibt; und eine Durchführung 441 für die Ausgabe von Kältemittel der Klimaanlage an das Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Aufnahme der vorstehenden Nebenaggregate in die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit begrenzt, sondern kann jedes Nebenaggregat beinhalten, das für den Antrieb durch den Nebenaggregatantrieb geeignet ist, wie etwa eine Kühlmittelpumpe.
  • Vorzugsweise sind die Nebenaggregate in der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit mit ihren jeweiligen Zu- und Ableitungen zu den Gehäusewanddurchführungen bereits vor der Auslieferung der fertigen Einheit im Gehäuse vormontiert. Vorzugsweise sind die Durchführungen dazu konfiguriert, eine schnelle Verbindung von externen Leitungen zwischen der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit und einem Fahrzeug zu erleichtern. Solche Kupplungen minimieren die Arbeitskosten für die Installation und minimieren oder eliminieren die Notwendigkeit für den Installateur, das Gehäuse der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit während der Installation oder späterer Wartungsaktivitäten außerhalb der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit zu öffnen.
  • Die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit 401 ist nicht auf die Struktur und die Position begrenzt, die im Zusammenhang mit der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsform in den 28 und 29A, 29B erörtert wurden. Solange die notwendigen Leistungen der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit die jeweiligen Fahrzeugkomponenten erreichen können (z. B. Druckluft zum Druckluftspeicher und zum pneumatischen Bremssystem des Fahrzeugs, Kältemittel der Klimaanlage zur Fahrzeugkabine, thermodynamisch erwärmtes Kühlmittel zum Kühlsystem und/oder zur Fahrzeugkabine), kann die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit an einer beliebigen geeigneten Stelle im Fahrzeug untergebracht werden. Ebenso kann der konsolidierte elektrische Antrieb des Nebenaggregatantriebssystems je nach Bedarf erweitert oder verkleinert werden, um mehr oder weniger Nebenaggregate aufzunehmen, und einige Komponenten des elektrischen Antriebssystems, wie etwa die ECU und/oder der Wechselrichter, können außerhalb des Gehäuses der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit angeordnet sein. Außerdem kann die integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit auf ein Gehäuse verzichten, wie in der Ausführungsform in 30 gezeigt, wenn der durch ein Gehäuse bereitgestellte Umweltschutz nicht benötigt wird.
  • Die vorstehende Offenbarung wurde lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dargelegt und soll nicht einschränkend sein. Da sich für den Fachmann solche Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen ergeben können, in denen Geist und Wesen der Erfindung umgesetzt werden, sollte die Erfindung derart ausgelegt werden, dass sie jegliches einschließt, was innerhalb des Umfangs der zugehörigen Ansprüche und von Äquivalenten davon liegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Luftkompressor
    2
    Klimakompressor
    3
    Motor-Generator
    4
    Antriebseinheitzahnräder
    5
    Riemenscheibe
    6
    Dämpfer
    7
    Motorkühllüfter
    8
    Motor
    9
    Fahrzeugbatterien
    10
    DC/DC-Wandler
    11
    Energiespeicher
    12
    Batterieverwaltungssystem
    13
    elektronische FEMG-Steuereinheit
    14
    AC/DC-Wechselrichter
    15
    Kupplung
    16
    Getriebe
    17
    Flanschwelle
    18
    Rotorwelle
    19
    Kupplung-Riemenscheibe-Dämpfer-Einheit
    20
    Motorkühlmittelkühler
    21
    Riemenantriebsabschnitte
    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
    Getriebegehäusegreifer
    36
    riemenscheibenseitiges Untersetzungszahnrad
    37
    Mittleres Untersetzungszahnrad
    38
    Untersetzungszahnrad am Motor-Generator-Ende
    39
    Lager
    40
    Löcher
    41
    Membran
    42
    Abdeckung
    43
    Wellenloch
    44
    Montageflansch
    45
    Montagering
    46
    Mutter
    47
    Kurbelwelle
    48
    Ölwanne
    49
    Fahrgestellträger
    50
    Motorlager
    51
    Montagebügel
    52
    Löcher
    53
    Löcher
    54
    Bügelarme
    55
    Motor-Generator-Getriebeseite
    56
    Montagebolzen
    57
    Rotorwellenbohrung
    58
    Niederspannungsverbindung
    59
    Hochspannungsverbindung
    60
    Kühlmitteldurchlass
    61
    Elektronikkühldurchlassabschnitt
    62
    Motorsteuereinheit
    64
    Sensoren
    65
    SAE-J1939-Bus
    66
    Fahrzeugausrüstung
    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
    Transistorantriebsschaltung des DC/DC-Wandlers
    75
    DC/DC-Wandlerausgang
    76
    Transformator-Primärwicklung
    77
    Transformator
    78
    AC-Phasenverbindung
    79
    Leiterplatte
    80
    IGBT-Pack
    81
    IGBT-Treiberschaltungen
    82
    EMI-Filter und DC-Kondensatoren
    83
    Mikrocontroller des FEMG-Steuermoduls
    101
    Kupplungspositionssensor des Motor-Generators
    102
    Drehzahlsensor des Motor-Generators
    103
    Motornebenaggregatkupplungspositionen
    104
    Luftkompressorzustandssensoren
    105
    Zustandssensoren des dynamischen Wärmegenerators
    106
    FEMG-Kühlmitteltemperatursensor
    107
    FEMG-Kühlmitteldrucksensor
    108
    12-V-Batteriespannungssensor
    111
    Bremssteuerung
    112
    Verzögerersteuerung
    113
    EAC-Steuerung
    114
    Getriebesteuerung
    115
    Armaturenbrettsteuerung
    120
    einzelne Motornebenaggregatkupplungen
    121
    FEMG-Kühlmittelpumpe
    201
    FEMG-Steuermodulspeicher
    202
    FEMG-Steuermodulbetriebsparameterspeicher
    303
    Kupplungsausrückstangenbuchse
    304
    Buchsenlager
    305
    Druckluftmuffe
    306
    Befestigungselement
    307
    Drehmomentarm
    308
    Ankerpunkt
    309
    AC/DC-Wandler
    310
    fahrzeugexterne Leistung
    401
    integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit
    410
    Gehäuserückwand
    411, 412
    Montageflansch
    415
    Stützelement
    416,417
    Gehäuseseitenwand
    419
    Isolator
    420
    Fahrzeuglängsträger
    430
    Paket eines integrierten elektrifizierten Nebenaggregatantriebs
    431
    Klimakompressor
    432
    Luftkompressor
    433
    Servolenkungspumpe
    434
    thermodynamische Heizvorrichtung
    435
    Elektromotor
    436
    Nebenaggregatriemenantrieb
    437
    Wechselrichter
    438
    elektronische Steuereinheit
    441
    Kältemitteldurchführungen
    442
    Hochspannungsdurchführung
    443
    Kühlmitteleinlass- und -auslassdurchführungen im Wärmetauscher
    444
    Niederspannungsdurchführung
    445, 446
    Kühlmitteleinlass- und -auslassdurchführungen
    447
    Druckluftauslassdurchführung
    450
    Wärmetauscher
    451
    Wasserpumpe
    452
    Unterrahmen

Claims (15)

  1. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit eines Fahrzeugs, aufweisend: ein Gehäuse der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit; einen Nebenaggregatantrieb, der sich innerhalb des Gehäuses befindet; eine Vielzahl von Fahrzeugnebenaggregaten, die in dem Gehäuse angeordnet ist, um von dem Nebenaggregatantrieb angetrieben zu werden; einen Elektromotor, der an den Nebenaggregatantrieb gekoppelt ist; eine elektronische Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, mindestens eines von einer Drehzahl und einer Drehmomentabgabe des Elektromotors an den Nebenaggregatantrieb zu steuern, um die Vielzahl von Fahrzeugnebenaggregaten anzutreiben.
  2. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Wechselrichter, der angeordnet ist, um dem Elektromotor elektrische Leistung zuzuführen, wobei die elektronische Steuereinheit dazu konfiguriert ist, den Wechselrichter so zu steuern, dass er eine Frequenz einer AC-Spannung variiert, um das mindestens eine von der Drehzahl und der Drehmomentabgabe des Elektromotors zu steuern.
  3. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 2, wobei eines oder mehrere von der Vielzahl von Nebenaggregaten mit einer selektiv einrückbaren einzelnen Nebenaggregatkupplung ausgestattet ist, die dazu konfiguriert ist, die Drehmomentübertragung von dem Nebenaggregatantrieb zu dem einen oder den mehreren von der Vielzahl von Nebenaggregaten zu unterbrechen, und die elektronische Steuereinheit dazu konfiguriert ist, das Einrücken der einzelnen Nebenaggregatkupplungen des einen oder der mehreren von der Vielzahl von mit einer Kupplung ausgestatteten Nebenaggregate zu steuern.
  4. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 3, wobei die elektronische Steuereinheit dazu konfiguriert ist, Nebenaggregatbedarfssignale von dem Fahrzeug zu empfangen, den Wechselrichter, den Elektromotor und die einzelnen Nebenaggregatkupplungen des einen oder der mehreren von der Vielzahl von mit einer Kupplung ausgestatteten Nebenaggregaten zu steuern, um den Fahrzeugnebenaggregatbedarf zu decken.
  5. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 4, wobei die Vielzahl von Nebenaggregaten mindestens zwei von Folgendem beinhaltet: einem Klimakompressor, einer Servolenkungspumpe, einem Luftkompressor, einer thermodynamischen Heizvorrichtung, einer Kühlmittelpumpe.
  6. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 5, wobei die elektronische Steuereinheit dazu konfiguriert ist, das mindestens eine von der Drehzahl und der Drehmomentabgabe der Elektromotordrehzahl zu steuern und das Einrücken der einzelnen Nebenaggregatkupplungen des einen oder der mehreren von der Vielzahl von mit einer Kupplung ausgestatteten Nebenaggregate selektiv so zu steuern, dass der Leistungsverbrauch des Elektromotors minimiert und gleichzeitig der Fahrzeugnebenaggregatbedarf gedeckt wird.
  7. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 6, wobei Wände des Gehäuses Durchführungen beinhalten, durch die gasförmige Fluide, flüssige Fluide, elektrische Leistung und/oder elektrische Signale zu und von der Vielzahl von Nebenaggregaten geleitet werden.
  8. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 7, wobei die Durchführungen zur schnellen Verbindung externer Leitungen zwischen der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit und dem Fahrzeug konfiguriert sind.
  9. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 6, ferner umfassend: mindestens einen Schwingungsisolator, der dazu konfiguriert ist, das Gehäuse vor Schwingungen von dem Fahrzeug zu isolieren.
  10. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 1, wobei der Nebenaggregatantrieb eines von einem Riemenantrieb, einem Kettenantrieb oder einem Zahnradantrieb ist.
  11. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse an ein Fahrzeugfahrgestellrahmenelement gekoppelt ist.
  12. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Unterrahmen, der in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei der Nebenaggregatantrieb, die Vielzahl von Fahrzeugnebenaggregaten und der Elektromotor an den Nebenaggregatantrieb gekoppelt sind, auf dem Unterrahmen angeordnet sind.
  13. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 12, ferner aufweisend: Isolatoren zwischen dem Unterrahmen und dem Gehäuse.
  14. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit nach Anspruch 13, wobei die Isolatoren dazu konfiguriert sind, die Übertragung von Schwingungen zwischen dem Unterrahmen und dem Gehäuse zu begrenzen.
  15. Integrierte elektrifizierte Nebenaggregateinheit eines Fahrzeugs, aufweisend: einen Nebenaggregatantrieb der integrierten elektrifizierten Nebenaggregateinheit; eine Vielzahl von Fahrzeugnebenaggregaten, die angeordnet ist, um von dem Nebenaggregatantrieb angetrieben zu werden; einen Elektromotor, der an den Nebenaggregatantrieb gekoppelt ist; eine elektronische Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, mindestens eines von einer Drehzahl und einer Drehmomentabgabe des Elektroantriebs an den Nebenaggregatantrieb zu steuern, um die Vielzahl von Fahrzeugnebenaggregaten anzutreiben.
DE112020005681.3T 2019-11-20 2020-11-12 Front-motor-generator-system und hybridelektrofahrzeug-betriebsverfahren Pending DE112020005681T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/689,343 US11807112B2 (en) 2016-12-14 2019-11-20 Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method
US16/689,343 2019-11-20
PCT/US2020/060154 WO2021101781A1 (en) 2019-11-20 2020-11-12 Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112020005681T5 true DE112020005681T5 (de) 2022-09-15

Family

ID=75980961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112020005681.3T Pending DE112020005681T5 (de) 2019-11-20 2020-11-12 Front-motor-generator-system und hybridelektrofahrzeug-betriebsverfahren

Country Status (5)

Country Link
CN (1) CN114729597A (de)
CA (1) CA3160991A1 (de)
DE (1) DE112020005681T5 (de)
MX (1) MX2022005961A (de)
WO (1) WO2021101781A1 (de)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6244239B1 (en) * 1997-11-19 2001-06-12 Simpson Industries Integrated front end accessory drive system
US20060107920A1 (en) * 2004-11-18 2006-05-25 Alexander Serkh Auxiliary power system for a motor vehicle
US7322895B2 (en) * 2005-11-23 2008-01-29 Gm Global Technology Operations, Inc. Automotive accessory drive system
CN101484328A (zh) * 2006-04-03 2009-07-15 布卢沃夫系统责任有限公司 设计为包括电动机、电池和悬架的改进型轮轴的车辆动力单元
US8479847B2 (en) * 2007-10-23 2013-07-09 GM Global Technology Operations LLC Breakaway clutch for controllable speed accessory drive system
US8678116B2 (en) * 2010-12-31 2014-03-25 Cummins Inc. Accessory drive configuration
DE112012001212T5 (de) * 2011-04-13 2014-01-16 Borgwarner Inc. Reibungskupplungsanordnungen
US10532647B2 (en) * 2016-12-14 2020-01-14 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method
US10479180B2 (en) * 2016-12-14 2019-11-19 Bendix Commercial Vehicle Systems Llc Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021101781A1 (en) 2021-05-27
MX2022005961A (es) 2022-06-29
CN114729597A (zh) 2022-07-08
CA3160991A1 (en) 2021-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112017006289T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
DE112017006271T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
DE112017006292T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
DE112017006259T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
DE112017006288T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
DE112017006286T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
DE112017006285T5 (de) Vorderend-motor/generator-system und hybridelektrofahrzeugbetriebsverfahren
US10220831B2 (en) Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method
US10343677B2 (en) Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method
DE102018108623A1 (de) Einen dynamischen Wärmegenerator verwendendes Wärmemanagement eines Hybrid-Nutzfahrzeugs
US11807112B2 (en) Front end motor-generator system and hybrid electric vehicle operating method
DE112020005681T5 (de) Front-motor-generator-system und hybridelektrofahrzeug-betriebsverfahren
DE112019004073T5 (de) Frontmotorgeneratorsystem und betriebsverfahren eines hybridelektrofahrzeugs
US20230392543A1 (en) Front End Motor-Generator System and Hybrid Electric Vehicle Operating Method

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)