DE10244159A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs

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DE10244159A1
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DE
Germany
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internal combustion
combustion engine
vehicle
state
generator
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Withdrawn
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DE10244159A
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English (en)
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Goro Tamai
Iii William Leonard Aldrich
Tony T Hoang
Patrick L Risse
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General Motors LLC
Original Assignee
Motors Liquidation Co
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, wobei das Antriebssystem einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Motor/Generator, der im Betrieb mit dem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Speichermedium gekoppelt ist, und einen Antriebssystem-Controller zum Betätigen des Antriebssystems umfasst. Der Antriebssystem-Controller verändert die Betriebszustände des elektrischen Motor/Generator-Systems im Ansprechen auf die Betriebszustände des Fahrzeugs. Der Antriebssystem-Controller verändert die Betriebszustände des elektrischen Motors/Generators während einer Anlasssequenz des Verbrennungsmotors.

Description

  • Diese Anmeldung ist eine Continuation-in-part-Anmeldung der im Besitz der Anmelderin befindlichen US-Anmeldung Nr. 09/870,337, die am 30. Mai 2001 eingereicht wurde und deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme vollständig hierin mit eingeschlossen ist.
  • Diese Patentanmeldung betrifft die US-Patente Nr. 6,254,507; 6,307,277 und 6,376,927, deren Offenbarungsgehalt durch Bezugnahme vollständig hierin mit eingeschlossen ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Hybridfahrzeugs.
  • Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das zwei Antriebsquellen aufweist. Ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEF) ist ein Fahrzeug, bei dem eine der Antriebsquellen elektrisch ist und die andere Antriebsquelle von Brennstoffzellen oder einem Verbrennungsmotor, der Diesel, Benzin oder irgend eine andere Kraftstoffquelle verbrennt, abgeleitet sein kann. Das Hybridfahrzeug wendet ein Betriebssystem zum Steuern der alternativen Antriebsquellen an.
  • Ein elektrisches Motor-Generator-System (MoGen-System) ersetzt den separaten Anlassermotor und die Lichtmaschine.
  • Der Motor-Generator oder "MoGen" eines Hybridsystems stellt viele einzigartige Aspekte einer Antriebsstrangsteuerung bereit, die früher mit einem herkömmlichen oder separaten Steuerschema von Motoranlasser und Lichtmaschine nicht erhältlich waren. Eine separate herkömmliche Anlassersteuerung lässt es nur zu, dass der Anlassermotor während eines Anlassereignisses Drehmoment auf den Verbrennungsmotor aufbringt. Eine separate Lichtmaschinensteuerung lädt einfach bis zu einer Soll- Spannung.
  • Die vorliegende Erfindung umfasst ein kraftstoffeffizientes Hybridfahrzeug mit einem Hybridantriebssystem. Das Antriebssystem umfasst einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Motor/Generator, der im Betrieb mit dem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Speichermedium gekoppelt ist, und einen Antriebssystem-Controller zum Betätigen des Antriebssystems. Der Antriebssystem-Controller überwacht die Betriebszustände des Hybridfahrzeugs, und der Controller wird in Übereinstimmung mit diesen Zuständen den Zustand des Antriebssystems zu einem einer Vielzahl von Zuständen verändern, von denen jeder mit einem Hybridisierungsgrad des Fahrzeugs übereinstimmt.
  • Das Hybridfahrzeug umfasst einen Hybridfahrzeugsystem-Controller zur Erhöhung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, indem bei Verzögerungen und Stopps ein Abschalten des Kraftstoffs vorgenommen wird. Das System verändert das Ausmaß des Abschaltens und der Wechselwirkung der elektrischen Maschine (MoGen) mit dem Verbrennungsmotor, um die Kraftstoffeinsparung größtmöglich zu erhöhen, ohne den Komfort für den Fahrgast, das Fahrverhalten und die Langlebigkeit der Komponenten (z. B. die Batterielebensdauer) preiszugeben.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Antriebssystems eines Hybridfahrzeugs, das die vorliegende Erfindung umfasst,
  • Fig. 2 ein elektrisches Schema eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs,
  • Fig. 3 ein Flussdiagramm, das Teile eines Steueralgorithmus zur Bestimmung der Kraftstoffzufuhrdrehzahl und der Anlasseinspritzmenge für ein Hybridfahrzeug veranschaulicht,
  • Fig. 4 eine graphische Darstellung, die ein Motordrehzahlprofil während einer Startsequenz veranschaulicht, und
  • Fig. 5 ein Flussdiagramm, das Teile eines Steueralgorithmus für ein Startsystem eines Verbrennungsmotors veranschaulicht.
  • Fig. 6 ein Flussdiagramm, das Teile eines Steueralgorithmus zur Bestimmung des Hybridisierungsgrades des Fahrzeuges veranschaulicht.
  • Ein Hybridfahrzeug, das einen Motor-Generator oder "MoGen" in einem Hybridsystem anwendet, lässt viele neue und einzigartige Formen einer Antriebsstrangsteuerung zu. Es ist dementsprechend vorteilhaft, den Zustand von zahlreichen Bauteilen eines Hybridsystems festzustellen, um alle Facetten der Antriebsstrangsteuerung am wirksamsten auszunutzen.
  • Beispielsweise, und wenn ein Hybridfahrzeug verzögert oder angehalten und ein Steuersystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird, wird die Kraftstoffströmung zum Verbrennungsmotor ausgeschaltet, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Es ist deshalb wünschenswert, den Zustand der Komponenten des Hybridfahrzeugs in das Steuersystem einzugeben.
  • Ein MoGen-System wird eingesetzt, um dieses Kraftstoffabschaltmerkmal zu ermöglichen, ohne das Fahrverhalten preiszugeben. Aus einem Stopp heraus lässt das MoGen-System beim Lösen des Bremspedals das Fahrzeug nach vorne kriechen, während es den Benzinmotor dreht, um diesen zu starten. Sobald der Verbrennungsmotor läuft, wirkt der MoGen als Generator, um dem elektrischen Leistungsbedarf des Fahrzeugs nachzukommen, sowie ein elektrisches Speichermedium oder Batteriepaket wieder aufzuladen. Wenn der Verbrennungsmotor aus ist, werden alle elektrischen Fahrzeuglasten (Gebläse, Radio, usw.) von einem Batteriesystem und einem DC/DC-Wandler gestützt, wobei der MoGen bei einem Verzögerungsherunterschalten mit abgeschaltetem Kraftstoff als Motor wirkt, um die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und des Getriebes zu synchronisieren.
  • Das Steuersystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in der anhand von Fig. 1 beschriebenen Umgebung verwendet werden. Das Steuersystem steuert den Kraftstoffwirkungsgrad eines Antriebssystems 10 eines Hybridfahrzeugs. Natürlich kann das Steuersystem mit anderen Ausgestaltungen eines Hybridantriebsstrangs verwendet werden. Das Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs umfasst einen Benzinmotor 12, einen Drehmomentwandler 14 und ein Mehrgang-Automatikgetriebe 16.
  • Das Hybridantriebssystem 10 umfasst ferner einen Motor-Generator 18, der mit der Eingangsseite des Verbrennungsmotors über einen direkten Riemen- oder Kettenantrieb 20 zur Bereitstellung eines Antriebsweges für eine Kurbelwelle 22 des Verbrennungsmotors 12 in Wirkverbindung steht. Der Motor-Generator 18 steht in Wirkzuordnung mit einem Controller 24, um den Motor-Generator 18 während des Starts selektiv zu betätigen oder erzeugte Energie zum Aufladen eines Batterien-Arrays 26 zu liefern.
  • Einem Verbrennungsmotor- und Getriebe-Controller 28 ist ein Bremsdrucksensor 30 zugeordnet, der ein Signal zu dem Controller 28 lenkt. Ein geeigneter DC/DC-Wandler 32 ist dafür vorgesehen, während des Generatorbetriebes Ladeleistung mit höherer Spannung von dem Motor-Generator 18 zu einem Niederspannungs-Zubehörsystem zu lenken.
  • Das System umfasst einen Überdrehzahlsperr- und Vorwärts-Drehzahl- Freilaufkupplungsaufbau, wie es in US-Patent Nr. 6,254,507 beschrieben ist, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, der in Wirkverbindung zwischen dem Impeller oder dem Pumpenrad des Drehmomentwandlers 14 und seiner Turbine steht.
  • Das Getriebe 16 umfasst bekannte Zahnradsätze, Kupplungen und Bremsen, die dazu dienen, eine Anzahl von Antriebsübersetzungen zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und einem Fahrzeugantriebssystem 34, wie etwa dem veranschaulichten Differential 36 und den Antriebsrädern 38 und 40 bereitzustellen, wobei einzusehen ist, dass die Antriebsräder vordere oder hintere Antriebsräder sein können, und dass das Antriebssystem abgeändert werden kann, so dass es verschiedene Formen einer Leistungsübertragung zu und von entweder den vorderen oder den hinteren Antriebsrädern oder beiden, wie es erwünscht ist, umfassen kann. Mehrgang-Getriebe 16 sind allgemein bekannt und insofern wird deren vollständige Beschreibung zu Zwecken des Verständnisses der Ausgestaltung und der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich sein.
  • Zusätzlich, und als eine alternative Ausführungsform, kann der Motor- Generator direkt an der Kurbelwelle zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe montiert sein.
  • Für ein volles Verständnis der Arbeitsweise des abgeänderten Drehmomentwandlers sei auf US-Patent Nr. 6,254,507 verwiesen.
  • Bei Kombination mit einem elektrischen Motor-Generator 18, dessen Rotor mechanisch mit der Kurbelwelle eines Fahrzeugs verbunden ist, kann eine solche Anordnung Nutzen aus einem Rückantrieb von den Fahrzeugrädern zum Verbrennungsmotor ziehen, der während eines Rollens des Fahrzeugs auftritt, um den Rotor des Generators 18 während einer regenerativen Betriebsphase anzutreiben, bei der der Controller 24 den Motor-Generator 18 einrichtet, Ladestrom von dem Motor-Generator 18 zum Laden der Batterien 24 zu liefern. Während eines derartigen Rollens ist es zusätzlich zur Verwendung der Bewegungsenergie des Fahrzeugs zum Aufladen der Batterien wünschenswert, die Kraftstoffströmung zum Benzinmotor unter Verwendung eines offensiven Kraftstoffsteueralgorithmus abzuschalten. Ein derartiger Betrieb ist jedoch darin nicht optimal, dass, wenn bekannte Drehmomentwandlerkonstruktionen verwendet werden, die Fluidkopplungswirkung des Drehmomentwandlers und/oder der Schlupf in der Sperrkupplung bewirken können, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors unter die Rolldrehzahl des Getriebes abfällt, und wenn der Kraftstoff abgeschaltet ist, der Verbrennungsmotor stehen bleiben kann. In solchen Fällen können die Batterieladung, die während des Rollens erzeugt wird, und die Batterieladung, die für den elektrischen Anlassermotor erforderlich ist, zu einem Nettoenergieverlust führen. Daher wird der Nutzen einer Motor-Generator-Anordnung nicht vollständig realisiert.
  • Der Antriebsstrang-Controller weist einen Verbrennungsmotor-Controller auf, der eine Armaturenbrett- oder Bedientafelanzeigeeinrichtung, wie eine Lampe, umfasst, die das aktive Hybridsystem anzeigt, wie es durch Bezugszeichen 42 in Fig. 1 gezeigt ist. Der Antriebsstrang-Controller umfasst einen Mikroprozessor 28 zur Steuerung des Verbrennungsmotors und des Getriebes, dem die Abtriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors Ne, die Getriebezustände, die Fahrzeuggeschwindigkeit Nv, der Ansaugrohrluftdruck MAP, das Bremssensorsignal und die Drosselklappenstellung TP eingegeben werden, und der programmiert ist, in Abhängigkeit von derartiges Signalen, Kraftstoff und Zündfunken zu liefern, um die Beschleunigung und die Drehzahl des Verbrennungsmotor zu steuern.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt ein Steuersystem den Hybridisierungsgrad des Fahrzeugs. "Hybridisierungsgrad" betrifft das Niveau oder den Grad, bis zu welchem das MoGen-Hybridsystem mit den normalen Funktionen eines Verbrennungsmotors in Wechselwirkung steht oder diese ersetzt.
  • Das Steuersystem steuert den Hybridisierungsgrad, um den Kraftstoffwirkungsgrad größtmöglich zu erhöhen.
  • Zusätzlich, und weil das MoGen-System konstant mit dem Verbrennungsmotor in Eingriff steht, kann das MoGen-System dazu verwendet werden, die Steuerung für alle Betriebsarten des Verbrennungsmotors zu optimieren. Zusätzlich erlaubt die erweiterte Steuerung der Ladefähigkeiten eine viel wirksamere Steuermethode, die den Kraftstoffwirkungsgrad einschließt. Daher muss gemäß den erhöhten Steuerfähigkeiten ein Steuersystem vorhanden sein, um Nutzen aus den vermehrten Möglichkeiten zu ziehen, die von den MoGen-Hybrid-Bauteilen geboten werden.
  • In Fig. 2 ist ein elektrisches Schema eines MoGen-Hybridantriebsstrangs 50 veranschaulicht.
  • Dieses Hybridantriebsstrangsystem benutzt "Überschuss-Regenerationsstrom", der durch eine einfache Strommesseinrichtung (z. B. einen Parallelwiderstand) bestimmt wird, als die Hauptvariable, um den Verwendungszustand (SOU von state-of-usage) und den Ladezustand (SOC von state-of-charge) der Batterie zu verwalten. Das elektrische Leistungssteuersystem und die mechanische Architektur ändern sich dynamisch zwischen vier unterschiedlichen SOU-Betriebsarten der Batterie, um den SOC der Batterie aufrechtzuerhalten, die Langlebigkeit der Batterie zu verbessern, das Fahrverhalten des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten und das Ansprechvermögen des Verbrennungsmotors zu verbessern. Die Betriebsarten sind wie folgt bezeichnet: Überschuss-Regenerationsstrom, Null- Überschuss-Regenerationsstrom, MoGen Neutral und Antriebsentladung.
  • Zu Zwecken der Erläuterung und anhand von Fig. 2 wird angenommen, dass das System bei nominalen 36 Volt arbeitet. Natürlich ist es gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht zu ziehen, dass das System bei Spannungen arbeiten kann, die größer oder kleiner als 36 Volt sind.
  • Eine erste Batterie, Batterie B1, ist am Chassis auf Masse geschlossen, und zusätzliche zwei Batterien B2 und B3 sind alle in Reihe geschaltet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Die jeweiligen Spannungen über jede Batterie (B 1, B2 und B3) hinweg, sind als V 1, V2 und V3 bezeichnet. Alternativ kann auch ein einziges 36 V-Batteriemodul mit drei Anschlüssen (Masse, 12 V, 36 V) verwendet werden, sowie ein 36 V-Modul und ein separates 12 V-Modul.
  • Ein "DC/DC-Wandler" 52 wandelt die 36 V-Busspannung in die herkömmlichen 12 V um, um parallel zu B1 einen Anschlusskasten im Motorraum (UHJB von Under Hood Junction Box) 54 mit Energie zu versorgen.
  • Ein alternatives System benutzt abhängig von der Modulspannung (z. B. 2 V, 6 V, 8 V, 12 V usw.) mehr oder weniger Batteriemodule und kann auch mit einem isolierten sowie einem nicht isolierten DC/DC-Wandler ausgestaltet sein.
  • In Verbindung mit dem Überschuss-Regenerationsstrom-System wird das SOC-Gleichgewicht zwischen dem am Chassis auf Masse geschlossenen Modul und den anderen durch das System gesteuert, das in US-Patent Nr. 6,275,004 beschrieben ist, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
  • Das MoGen-Antriebssystem wird von einem Batteriepaket mit höherer Spannung (z. B. 36 V nominal anstelle des herkömmlichen Systems mit 12 V nominal) mit Energie versorgt. Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, ist der 36 V-Bus mit einem Motor-Controller 56 verbunden, der die MoGen-Leistung regelt. Wenn der MoGen in der Motor-Betriebsart ist, sieht das Batteriepaket den Motor-Controller als Last (die Strom aus den Batterien zieht). Wenn jedoch der MoGen in der Generator-Betriebsart ist, sieht das Batteriepaket den Motor-Controller als Ladegerät. Zusätzlich zu dem Motor- Controller versorgt das 36 V-Batteriepaket den DC/DC-Wandler mit Energie. Der DC/DC-Wandler wandelt die 36 V in die herkömmlichen 12 V um, um das normale Kraftfahrzeugzubehör (z. B. Gebläse, Radio, usw.) mit Energie zu versorgen.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung verwendet einen nicht isolierten DC/DC- Wandler, somit ist der Parallelwiderstand auf der High-Seite angeordnet. Die MoGen-Welle ist mit dem Verbrennungsmotor verbunden, und die Pfeile geben den Stromfluss an.
  • Der Batterie-SOU oder die Betriebsart des MoGen-Systems kann sich dynamisch zwischen vier Zuständen ändern:
    • 1. Überschuss-Regenerationsstrom,
    • 2. Null-Überschuss-Regenerationsstrom,
    • 3. MoGen Neutral und
    • 4. Antriebsentladung
    Überschuss-Regenerationsstrom
  • Von dem Gesamtregenerationsstrom itr, der von dem MoGen bereitgestellt wird, versorgt ein Teil den DC/ DC-Wandler mit Energie, iDCDC, und der restliche Regenerationsstrom (oder der Überschuss-Regenerationsstrom iER) lädt das Batteriepaket wieder auf. Dies ist der Zustand, in den sich das System standardmäßig für den Hauptteil seiner Betriebszeit begeben wird (z. B. beim Fahren auf der Autobahn).
  • Wenn der SOC des Batteriepakets niedrig ist, kann befohlen werden, dass der Überschuss-Regenerationsstrom einen Sollwert annimmt. Wenn der SOC des Batteriepakets hoch ist, wird der Überschuss-Regenerationsstrom sich nach unten einem Minimalwert annähern. Die obere Grenze für den Überschuss-Regenerationsstrom wird durch das Fahrverhalten des Fahrzeugs festgelegt. D. h. wenn der Überschuss-Regenerationsstrom zu hoch ist, wird sich der Antriebsstrang träge anfühlen. Dieser SOU ist jedes Mal dann aktiv, wenn der SOC der Batterie nicht voll ist, und der MoGen von dem Verbrennungsmotor oder dem Getriebe rückangetrieben wird.
    • Null-Überschuss-Regenerationsstrom
  • Der MoGen stellt gerade genug Gesamtregenerationsstrom bereit, um den DC/DC-Wandler mit Energie zu versorgen (iTR = iDCDC). Der Überschuss- Regenerationsstrom, um das Batteriepaket aufzuladen, beträgt Null (iER = 0). Null-Überschuss-Regenerationsstrom wird verwendet, wenn die Batterien voll aufgeladen sind. Die Feststellung, wann die Batterien voll geladen sind, kann aus der Ladespannung, dem Ladestromwert, der Leerlaufspannung oder der Ladungsintegration gekoppelt mit der Peukert-Beziehung abgeschätzt werden. Da die Lasten des DC/DC-Wandlers konstant fluktuierend sein können, kann der Überschuss-Regenerationsstrom tatsächlich nicht auf exakt Null gehalten werden. Es ist bevorzugt, das Batteriepaket geringfügig zu überladen, statt es beständig zu gering zu laden. Selbst wenn ein Null-Überschuss-Regenerationsstrom befohlen wird, wird somit das System in Richtung eines geringen Überschuss-Regenerationsstromes verschoben. Dieser SOU ist aktiv, wenn:
    • a) Der SOC der Batterie voll ist.
    • b) Nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors, wenn die Kühlmitteltemperatur oder der SOC mittel oder hoch ist, wird der MoGen auf einen Null-Überschuss-Regenerationsstrom gesteuert, nachdem der MoGen den Verbrennungsmotor angetrieben hat, jedoch bevor angenommen wird, dass sich die Verbrennung vollständig stabilisiert hat.
    MoGen Neutral
  • In diesem Zustand läuft der MoGen frei um, somit iM = iTR = 0. Da die Zubehörlasten noch von dem DC/DC-Wandler gestützt werden, ist iDCDC noch positiv. Die Energie für iDCDC wird durch iDCDC+M geliefert, somit wird das Batteriepaket entladen. Dieser SOU ist aktiv, wenn:
    • a) Während mancher Schaltereignisse. Neutral wird befohlen, um aufgrund einer möglichen Variabilität des Drehmoments des Verbrennungsmotors undefinierte Zustände, die das Getriebe annehmen kann, zu beseitigen.
    • b) Nach dem Anlassen des Verbrennungsmotors, wenn die Kühlmitteltemperatur oder der SOC niedrig ist, wird der MoGen auf Neutral gesteuert, nachdem der MoGen den Verbrennungsmotor angetrieben hat, jedoch bevor angenommen wird, dass sich die Verbrennung vollständig stabilisiert hat, um die Verbrennungsmotorlast zu minimieren.
    • c) Das Fahrzeug eingeschaltet wird, wenn der Verbrennungsmotor aus ist.
    Motorantriebsentladung
  • Der MoGen liefert dem Verbrennungsmotor mechanische Arbeit. Die elektrische Ladung, die aus dem Batteriepaket heraus fließt, iDCDC+M ist die Summe dieser MoGen-Motorantriebslast iM und der DC/DC-Wandler- Eingangslast iDCDC. Dies kann unter den folgenden Bedingungen auftreten:
    • a) Während des Anlassens beim Einschalten
    • b) Während eines Hybrid-Ingangsetzens aus einem Stopp heraus
    • c) Während eines Herunterschaltens mit abgeschaltetem Kraftstoff (US Patent 6,307,277)
    • d) Während einer Trägheitsbeseitigerroutine (Inertia Eliminator Routine)
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für das anfängliche Anlassen des Verbrennungsmotors beim Einschalten angewandt.
  • Einzigartige Merkmale dieses Systems sind:
    • 1. Das MoGen-System kann elektrische Motorantriebsleistung während eines Startversuches des Verbrennungsmotors dynamisch neu aufbringen, zusätzlich zum Erhöhen der IAC-(Leerlaufluftsteuerung-)Öffnung und einer Zündzeitpunktverstellung.
    • 2. Das MoGen-System kann zwischen vier Zuständen (Motorantrieb, Null-Überschuss-Regenerationsstrom, Neutral und Regenerationsstrom) von MoGen-Leistung während eines Anlaufens beim Start (starting flare) modulieren.
    • 3. Der intelligente DC/DC-Wandler (US Patent Nr. 6,275,004) lässt es nicht zu, dass die Spannung der Batterie B1 unter die minimale Spannung gelangt, die für die Computer und das Zubehör des Fahrzeugs erforderlich ist.
    • 4. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors, bei der Kraftstoff und Zündfunken während eines Starts geliefert werden, ist eine Funktion des Ladezustandes der Batterie und der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, um die Auspuffemissionen, die Übergangslosigkeit oder Glätte des Anlassens zu verbessern und ein überschießendes Anlaufen über der Ziel- Leerlaufdrehzahl zu verringern.
  • Der MoGen steht über einen Riemen oder durch eine direkte Befestigung am Getriebe konstant mit dem Verbrennungsmotor in Eingriff. Dies ist unterschiedlich gegenüber einem herkömmlichen Startsystem eines Verbrennungsmotors, bei dem das Ritzel des Anlassermotors mit dem Hohlrad des Verbrennungsmotors über ein Solenoid in Eingriff steht. Bei einem herkömmlichen System wird das Ritzel des Anlassermotors, sobald der Verbrennungsmotor durch Verbrennung läuft, außer Eingriff gebracht und kann nicht wieder glatt in Eingriff gebracht werden, ohne dass der Verbrennungsmotor stehen bleibt.
  • Um das Startsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen, müssen alle folgenden Kriterien erfüllt sein:
    • 1. Schlüssel in der START-Stellung.
    • 2. Drehzahl des Verbrennungsmotors = 0 3. Getriebe in P (Parken) oder N (Neutral) oder Kupplung für Handschaltgetriebe ausgekuppelt.
    • 3. Verbrennungsmotor, Getriebe und MoGen-Controller in Betrieb.
    • 4. Batteriespannungsgleichgewicht zwischen den Modulen (z. B. drei für ein 36 V-Nennsystem) muss innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen.
    • 5. Diebstahlschutzsystem ist nicht ausgelöst worden.
  • Natürlich können die Kriterien für das eingeschlossene Startsystem verändert werden, um Kriterien abzuändern oder alternative Kriterien einzuschließen.
  • In Fig. 3 ist ein Flussdiagramm veranschaulicht, das einen Steueralgorithmus 70 zum Bestimmen der Kraftstoffzufuhrdrehzahl und der Verbrennungsmotor-Anlasseinspritzmenge für das MoGen-System zeigt. Die Verbrennungsmotordrehzahl, bei der der Kraftstoff (und die Kraftstoffmenge) und der Funken für den Start des Verbrennungsmotors geliefert werden, ist eine Funktion des SOC der Batterie und der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors (ECT von engine coolant temperature). Für eine Anzahl von SOC- und ECT-Niveaus (z. B. niedriger, mittlerer und hoher SOC) wird die Verbrennungsmotordrehzahl zum Start so eingestellt, dass die Übergangslosigkeit des Anlassens sowie die Emissionen verbessert werden.
  • Der Computeralgorithmus befindet sich in einem Steuermodul des Verbrennungsmotors oder einem geeigneten Mikrocontroller, der die notwendigen Eingänge empfangen und in der Lage sein wird, das geeignete Fahrzeugsystem zu steuern.
  • Während einer Startsequenz stellt ein erster Entscheidungsknoten 72 fest, ob der Ladezustand (SOC) der Batterie niedrig ist (z. B. unter einem vorbestimmten Wert liegt). Wenn der SOC der Batterie nicht niedrig ist, stellt ein Entscheidungsknoten 74 fest, ob der SOC mittel ist (z. B. unter einem vorbestimmten Wert liegt, der höher als der vorbestimmte Wert von Entscheidungsknoten 72 ist).
  • Wenn der Entscheidungsknoten 74 feststellt, dass der SOC der Batterie größer als der vorbestimmte Wert von Entscheidungsknoten 74 ist, stellt ein Entscheidungsknoten 76 fest, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors (ECT) unter einer vorbestimmten Kalibrierungskonstanten liegt, die einen niedrigen Wert darstellt. Wenn der Entscheidungsknoten 76 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors nicht unter dem vorbestimmten Wert von Entscheidungsknoten 76 liegt, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer hohen Drehzahl (z. B. 600 U/min) ohne eine Anlasseinspritzung (prime pulse) eingeleitet. Dieses Zünden ist durch Kasten 78 dargestellt.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 76 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors unter der vorbestimmten Kalibrierungskonstante von Entscheidungsknoten 76 liegt, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer niedrigen Drehzahl (z. B. 100 U/min) mit einer Anlasseinspritzung eingeleitet. Dieses Zünden ist durch Kasten 80 dargestellt.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 74 feststellt, dass der Ladezustand der Batterie unter der Kalibrierungskonstanten von Entscheidungsknoten 74 liegt, stellt ein Entscheidungsknoten 82 fest, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors niedrig ist (z. B. unter einer Kalibrierungskonstanten liegt). Wenn der Entscheidungsknoten 82 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors unter der Kalibrierungskonstanten liegt, bestimmt der Entscheidungsknoten 82, dass das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer niedrigen Drehzahl (z. B. 100 U/min) mit einer Anlasseinspritzung eingeleitet wird. Dieses Zünden ist durch Kasten 80 dargestellt.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 82 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors über der Kalibrierungskonstanten von Entscheidungsknoten 82 liegt, stellt ein Entscheidungsknoten 84 fest, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors auf einer mittleren Temperatur liegt (z. B. unterhalb einer Kalibrierungskonstanten, die eine mittlere Temperatur darstellt).
  • Wenn der Entscheidungsknoten 84 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors im mittleren Bereich liegt, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer mittleren Drehzahl (z. B. 400 U/min) mit einer minimalen Anlasseinspritzung eingeleitet. Dieses Zünden ist durch den Kasten 86 dargestellt.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors über dem mittleren Bereich liegt, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer mittleren Drehzahl (z. B. 400 U/min) mit einer minimalen Anlasseinspritzung eingeleitet. Dieses Zünden ist durch Kasten 88 dargestellt.
  • Wenn der Entscheidungsknoten 72 feststellt, dass der Ladezustand der Batterie unter der Kalibrierungskonstanten von Entscheidungsknoten 72 liegt (z. B. niedriger Ladezustand), stellt ein Entscheidungsknoten 90 fest, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors ebenfalls niedrig ist (z. B. unter einer Kalibrierungskonstanten liegt, die eine niedrige Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors darstellt). Wenn dies der Fall ist, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer niedrigen Drehzahl (z. B. 100 U/min) mit einer Anlasseinspritzung eingeleitet. Dieses Zünden ist durch Kasten 80 dargestellt.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 90 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors über der Kalibrierungskonstanten von Entscheidungsknoten 90 liegt, stellt ein Entscheidungsknoten 92 fest, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors in einem mittleren Bereich liegt. Wenn dies der Fall ist, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer niedrigen Drehzahl (z. B. 100 U/min) mit einer mittleren Anlasseinspritzung eingeleitet. Dieses Zünden ist durch Kasten 94 dargestellt.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 92 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors über der Kalibrierungskonstanten von Entscheidungsknoten 92 liegt, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer niedrigen Drehzahl (z. B. 100 U/min) mit einer minimalen Anlasseinspritzung eingeleitet. Dieses Zünden ist durch Kasten 96 dargestellt.
  • Wenn beispielsweise der SOC hoch und die ECT niedrig ist, wird das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer niedrigen Drehzahl des Verbrennungsmotors (z. B. 100 U/min) mit einer Anlasseinspritzung eingeleitet, aber wenn der SOC hoch und die ECT mittel ist, kann das Zünden des Verbrennungsmotors bei einer höheren Drehzahl des Verbrennungsmotors ohne eine Anlasseinspritzung eingeleitet werden, wodurch Auspuffemissionen reduziert werden.
  • Ein weiteres Beispiel ist wie folgt: Wenn der SOC niedrig und die ECT hoch ist, kann das Zünden bei einer niedrigen Drehzahl mit einer minimalen Anlasseinspritzung eingeleitet werden.
  • Natürlich ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Betracht zu ziehen, dass die Kalibrierungskonstanten und die Parameter der Startsequenz so wie es die Anwendungsbedingungen erfordern variieren können.
  • Wenn die Anlassdrehzahl des Verbrennungsmotors niedrig ist (z. B. wenn sowohl der SOC als auch die ECT sehr niedrig sind), so dass das Zündsystem sich in einer Routine eines festen Zündzeitpunktes mit offenem Regelkreis befindet (z. B. 10 Grad vor OT), wird das System versuchen, den Verbrennungsmotor bei der niedrigst möglichen Drehzahl des Verbrennungsmotors zu zünden, bei der die Verbrennung den Verbrennungsmotor nicht rückwärts antreiben wird. Dies stellt sicher, dass der MoGen so effektiv wie möglich antreibt.
  • Nach Fig. 4 wird die MoGen-Motorantriebsleistung verringert, wenn der Start des Verbrennungsmotors als erfolgreich angesehen wird. Der Start des Verbrennungsmotors ist erfolgreich, wenn die beiden folgenden Bedingungen erfüllt sind:
    • 1. Der Verbrennungsmotor zündet oberhalb der oberen Anlaufdrehzahlschwelle (Upper Flare Speed Threshold) (Fig. 4) für länger als festgelegte kontinuierliche Zeit, "obere Anlaufzeit" (Upper Flare Time).
    • 2. Der Verbrennungsmotor zündet oberhalb der unteren Anlaufdrehzahlschwelle (Lower Flare Speed Threshold) (Fig. 4) für länger als eine festgelegte kontinuierliche Zeit, "stabile Laufzeit" (Stable Run Time).
  • Um festzustellen, ob der Verbrennungsmotor richtig gestartet hat, überwacht der Antriebsstrang-Computer die Anlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors über die Zeit. Wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors die obere Anlaufdrehzahlschwelle für eine festgelegte Zeit "obere Anlaufzeit" übersteigt, wird die MoGen-Motorantriebsleistung auf Null-Überschuss-Regenerationsstrom verringert. Wenn der MoGen-Befehl auf höhere Werte eines Überschuss-Regenerationsstromes ansteigen gelassen wird, kann das zusätzliche verzögernde Drehmoment, das auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufgebracht wird, die Drehzahl des Verbrennungsmotors nach unten ziehen.
  • Die Drehzahlschwellen und Zeitkalibrierungen sind als eine Funktion der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors festgelegt. Wenn der Verbrennungsmotor kalt ist, ist die Wahrscheinlichkeit einer instabilen Verbrennung höher. Deshalb wird die erforderliche Drehzahlschwelle und Zeit über dieser Schwelle des Verbrennungsmotors vor der MoGen-Motorantriebsleistung reduziert und höher als in einem Szenario eines warmen Verbrennungsmotors festgelegt.
  • Wenn der SOC der Batterie als ausreichend hoch angesehen wird und die Drehzahl des Verbrennungsmotors abnimmt, nachdem das anfängliche Anlaufen als zu steil angesehen wird, kann der MoGen zunächst auf Neutral eingestellt werden (negativer Überschuss-Regenerationsstrom, da die gesamte Eingangsleistung des DC/DC-Wandlers von dem 36 V-Batteriebus gezogen wird). Das Einstellen des MoGen auf Neutral lässt ihn frei umlaufen, wodurch nicht aktiv zur Verzögerung des Verbrennungsmotors beigetragen wird.
  • Wenn bevor oder nachdem der MoGen auf Neutral eingestellt worden ist (oder Null-Überschuss-Regenerationsstrom) und die Drehzahl des Verbrennungsmotors unter die untere Anlaufdrehzahlschwelle abfällt, wird die MoGen-Motorantriebsleistung erhöht oder wieder aufgebracht, um die Verbrennungsleistung zu unterstützen und somit die Drehzahl des Verbrennungsmotors zurück über die untere Anlaufschwelle anzuheben. Dies wird in Verbindung mit einer Erhöhung der IAC-Öffnung und der Optimierung des Zündzeitpunktes für eine erhöhte Leistung des Verbrennungsmotors (ungeachtet des Drosselklappenstellungsbefehls durch den Fahrer) vorgenommen. Der Start wird als erfolgreich angesehen, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors über der unteren Anlaufdrehzahlschwelle für eine kontinuierliche Zeit bleibt, die einen vorgegebenen Wert (stabile Laufzeit) übersteigt, die eine Funktion der Kühlmitteltemperatur ist. Wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors unter die untere Anlaufdrehzahlschwelle abfällt, wird der Wert "stabile Laufzeit" zurückgesetzt.
  • Sobald der Fahrer momentan den Zündschlüssel auf START oder CRANK (ANLASSEN) dreht (d. h. der Fahrer muss den Schlüssel nicht kontinuierlich in der Start-Stellung halten), übernimmt es das Hybridantriebsstrang- Steuersystem, den Verbrennungsmotor glatt und effizient zu starten.
  • Wenn der MoGen nicht verhindern kann, dass der Verbrennungsmotor stehen bleibt, muss die nächste Startsequenz des Verbrennungsmotors von einer anderen Zündschlüsselstellung als der "Start"- oder "Crank"- Stellung aus beginnen. Wenn beispielsweise der Fahrer den Schlüssel während des nicht erfolgreichen Startversuches kontinuierlich in der Start-Stellung hält (obwohl der Fahrer dies nicht tun müsste), muss der Schlüssel zurück in die "Run"-, "Accessory"- oder "Off"-Stellung ("An"-, "Zubehör"- oder "Aus"-Stellung) für das Startsystem freigegeben werden, damit das Startsystem seinen nächsten Versuch vornehmen kann.
  • Der Start des Verbrennungsmotors wird abgebrochen, wenn eine der folgenden Bedingungen wahr ist:
    • 1. Getriebe aus P (Parken) oder N (Neutral) herausgenommen.
    • 2. Zündschlüssel abgezogen oder in ACCESSORY oder OFF (nicht in RUN oder START) gedreht.
    • 3. Maximale Anlasszeitschwelle ist überschritten.
  • Wenn der MoGen mit dem zündenden Verbrennungsmotor umläuft, wirkt der MoGen als Generator, um den DC/DC-Wandler mit Energie zu versorgen und die Batterien aufzuladen. Der "Überschuss-Regenerationsstrom" ist die MoGen-Stromerzeugungsleistung, die dazu verwendet wird, die Batterien wieder aufzuladen. Der DC/DC-Wandler wandelt die 36 V- Nennbusspannung des MoGen in die normale 12 V Nennspannung des Fahrzeugsystems um, um das Zündsystem, die Kraftstoffpumpe, die Getriebesolenoide usw. mit Energie zu versorgen.
  • Wie es in der Anmeldung "Battery Module Balancing" (US-Patent Nr. 6,275,004), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, diskutiert wird, bringt der Ausgang des DC/DC-Wandlers den Batterieladezustand (SOC) mit der parallel geschalteten, auf Fahrzeugmasse geschlossenen Batterie (B1) ins Gleichgewicht. Eine Ausnahme für die Batterieausgleichsroutine während des Anlassens des Verbrennungsmotors ist, dass der DC/DC-Wandler anstrebt, seinen Spannungsausgang auf B1 zu erhöhen, so dass seine Spannung über einer Soll-Schwelle (z. B. 9 V) bleibt. Dies ist notwendig, um den Antriebsstrang-Computer, und somit das Zündsystem, während der Anlassprozedur aktiv zu halten.
  • In Fig. 5 veranschaulicht ein Flussdiagramm Teile eines Computer-Algorithmus für ein MoGen-Startsystem eines Verbrennungsmotors 100, wobei ein SOC und eine ECT gegeben sind. Es ist anzumerken, dass das System 100 während eines Startereignisses gleichzeitig mit dem Steueralgorithmus 70 abläuft. Der Computeralgorithmus befindet sich auf einem Steuermodul des Verbrennungsmotors oder einem anderen geeigneten Mikrocontroller, der die notwendigen Eingänge empfangen und in der Lage sein wird, das geeignete Fahrzeugsystem zu steuern.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Startsystem 100 einen Entscheidungsknoten 102, der feststellt, ob alle Bedingungen erfüllt worden sind, damit ein Start des Hybridfahrzeugs stattfinden kann. Wie es zuvor diskutiert wurde, stellt der Entscheidungsknoten 102 fest, ob alle folgenden Kriterien erfüllt sind: Schlüssel in der START-Stellung, Drehzahl des Verbrennungsmotors = 0, Getriebe in P (Parken) oder N (Neutral), oder Kupplung für ein Handschaltgetriebe ausgekuppelt, Verbrennungsmotor-, Getriebe- und MoGen- Controller in Betrieb, Batteriespannungsgleichgewicht zwischen den Modulen (z. B. drei für ein 36 V Nennsystem) muss innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, und Diebstahlschutzsystem ist nicht ausgelöst worden.
  • Wenn alle vorstehend erwähnten Kriterien erfüllt sind, stellt ein Schritt 104 sicher, dass das Startsystem freigegeben und der Schlüssel in eine Anlass-Stellung gedreht worden ist. Ein Entscheidungsknoten 106 stellt fest, ob die maximale Zeit überschritten worden ist, und wenn dies der Fall ist, wird das System in einen Ausgangszustand vor dem Entscheidungsknoten 106 zurückgeführt. Alternativ, und wenn die maximale Zeit des Entscheidungsknotens 106 nicht überschritten worden ist, gibt ein Schritt 108 die Anweisung aus, dass die Leistung für den MoGen erhöht wird, um dem System Anlassleistung zu liefern.
  • Ein Entscheidungsknoten 110 stellt fest, ob irgendeine der folgenden Bedingungen wahr ist: Gangwählhebel des Fahrzeugs aus Parken oder Neutral heraus, Zündschlüsselstellung aus einer Run- oder Start-Stellung heraus, ein Fehler ist detektiert worden (z. B. Fehlerdetektion), und im Fall eines Handschaltgetriebes, das Kupplungspedal ist nicht mehr gedrückt, oder die Kupplung ist nicht länger eingekuppelt, ein Schritt 112 weist das System an, die Anlassprozedur abzubrechen.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 110 keine Bedingungen gefunden hat, die ein Abbrechen der Startsequenz erfordern würden, stellt ein Entscheidungsknoten 114 fest, ob die obere Anlaufdrehzahlschwelle (Fig. 4) überschritten worden ist. Wenn die obere Anlaufdrehzahlschwelle nicht überschritten worden ist, kehrt das System in den durch Entscheidungsknoten 106 angegebenen Zustand zurück, sonst stellt ein Entscheidungsknoten 116 fest, ob die obere Anlaufzeit (Upper Flare Time) überschritten worden ist.
  • Wenn die obere Anlaufzeit nicht überschritten worden ist, kehrt das System in den durch Entscheidungsknoten 114 angegebenen Zustand zurück, sonst weist ein Schritt 118 den MoGen an, nachzulassen.
  • Nach Schritt 118 stellt ein Entscheidungsknoten 120 fest, ob die Startsequenz eine maximal zulässige Zeit überschritten hat. Wenn dies der Fall ist, kehrt das System in den durch Entscheidungsknoten 102 angegebenen Zustand zurück, sonst stellt ein Entscheidungsknoten 122 fest, ob die untere Anlaufdrehzahlschwelle (Fig. 4) überschritten worden ist. Wenn dies der Fall ist, stellt ein Entscheidungsknoten 124 fest, ob die untere Anlaufzeit überschritten worden ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Startsequenz verlassen.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 122 feststellt, dass die untere Anlaufdrehzahlschwelle nicht überschritten worden ist, erhöht Schritt 126 MoGen, IAC, Anstieg (Slew) und Zündfunken. Nach Schritt 126 kehrt das System in den durch Entscheidungsknoten 120 angegebenen Zustand zurück.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 124 feststellt, dass die untere Anlaufzeit nicht überschritten worden ist, kehrt das System in den durch Entscheidungsknoten 120 angegebenen Zustand zurück.
  • Dementsprechend, und nach den Fig. 1-5, verändert ein Startsystem, das ein MoGen-Steuersystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendet, die elektrische Motorantriebsleistung während eines Startversuches des Verbrennungsmotors, wobei das MoGen-System in der Lage ist, zwischen vier Zuständen der MoGen- Leistung während des Anlaufens beim Start zu modulieren. Um diesen Prozess zu vereinfachen, werden während eines Startereignisses die in den Fig. 3 und 5 veranschaulichten Steueralgorithmen gleichzeitig benutzt.
  • Die Algorithmen überwachen Betriebszustände des Fahrzeugs über mehrere Sensoren, wobei derartige Betriebszustände umfassen, aber nicht begrenzt sind auf die Folgenden: Geschwindigkeit des Fahrzeugs, Umlaufgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors, Drehzahl des Verbrennungsmotors, Verwendungszustand des MoGen, Ladezustand der Batterie, Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, um die Betriebszustände des MoGen sowie des Fahrzeugantriebssystems während eines Startereignisses zu verändern.
  • Es ist natürlich in Betracht zu ziehen, dass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die oben erwähnten vorbestimmten Werte und Parameter der Startsequenz der obigen variablen Zustände gemäß den Anforderungen den Anwendungsbedingungen variieren können.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestimmt ein Steuersystem den Hybridisierungsgrad des Fahrzeugs. "Hybridisierungsgrad" betrifft das Niveau oder den Grad, bis zu welchem das MoGen-Hybridsystem mit den normalen Funktionen eines Verbrennungsmotors wechselwirkt oder diese ersetzt.
  • Ein Steuern des Hybridisierungsgrades verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Hybridfahrzeugs. Durch Überwachen der Zustände des Fahrzeugs und der Fahrzeugsysteme bestimmt somit das Steuersystem, in welchem Hybridisierungsgrad sich das Fahrzeug befindet oder befinden sollte.
  • Zusätzlich, und da das MoGen-System konstant mit dem Verbrennungsmotor in Eingriff steht, kann das MoGen-System dazu verwendet werden, die Steuerung für viele Betriebsarten des Verbrennungsmotors zu optimieren. Zusätzlich erlaubt die erweiterte Steuerung der Ladefähigkeiten eine effizientere Steuermethode. In Übereinstimmung mit den erhöhten Steuerfähigkeiten zieht daher das Steuersystem Nutzen aus den vermehrten Möglichkeiten, die von den MoGen-Hybridbauteilen geboten werden.
  • Das Steuersystem verändert den Umfang des Kraftstoffabschaltens für den Verbrennungsmotor und die Aufgabe der elektrischen Aufladung als eine Funktion des Batterieladezustandes, der Umgebungstemperatur, der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, der Schalterstellung der Klimaanlage, der Anforderungen der Synchronisation beim Herunterschalten des Getriebes und der Fehlerdiagnoseinformation.
  • Während einer Verzögerung muss das Getriebesystem ein Herunterschalten durchführen, so dass das Getriebe im richtigen Gang sein wird, falls der Fahrer wieder beschleunigen möchte. Um das Herunterschalten durchzuführen, muss die Drehzahl des Verbrennungsmotors zwischen der Freigabe eines Ganges und dem Eingriff des niedrigeren Ganges erhöht werden. Wenn ein Fahrzeug ein steiles Gefälle herunter verzögert, kann zusätzlich das Antriebsstrangsystem ein Herunterschalten bei einer höheren Geschwindigkeit befehlen, als wenn auf ebenem oder ansteigendem Gelände gefahren wird. Bei dieser höheren Drehzahl des Verbrennungsmotors kann es sein, dass der MoGen nicht genug Drehmoment hat, um die Drehzahlsynchronisation richtig durchzuführen. Aus diesem Grund werden unter diesen Bedingungen einer MoGen-Beschränkung der Zündfunken und der Kraftstoff während der Drehzahlsynchronisation hineingemischt (der Verbrennungsmotor läuft bereits um), um den MoGen zu unterstützen.
  • Um den Betrieb des Hybridsystems so transparent wie möglich zu machen, kann die hinzugefügte Rotationsschwungmasse des MoGen-Systems praktisch beseitigt werden, indem der MoGen mit Energie versorgt wird, um ihn selbst und seine Komponenten während schneller Übergänge bei der Drosselaufbringung zu beschleunigen. Diese "Trägheitsbeseitigungs"- Routine macht den Antriebsstrang auf eine Fahrereingabe empfindlicher. Dies unterscheidet sich von einer "Hilfskraft" darin, dass die Spitze der MoGen-Leistung nur indirekt zur Fahrzeugbeschleunigung beiträgt. Bei offener Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung erhöht die Leistungsspitze des Trägheitsbeseitigers die Drehzahl des Verbrennungsmotors schneller, so dass der Verbrennungsmotor auf einem günstigeren Abschnitt seiner Drehmomentkurve liegt und somit ermöglicht wird, dass das Fahrzeug besser beschleunigt. Wenn der Ladezustand der Batterie nicht ausreichend hoch ist, kann das Schwungmassen- oder Trägheitsbeseitigungssystem gesperrt werden.
  • In Fig. 6 ist ein Flussdiagramm 150 gezeigt, das einen Computeralgorithmus zum Bestimmen des Hybridisierungsgrades des Hybridfahrzeugs veranschaulicht. Der Computeralgorithmus befindet sich an einem Steuermodul des Verbrennungsmotors oder einem anderen geeigneten Mikrocontroller, der die notwendigen Eingänge empfangen und in der Lage sein wird, das geeignete Fahrzeugsystem zu steuern.
  • Ein Anfangsschritt oder Entscheidungsknoten 252 stellt fest, ob eine anfängliche Einschaltbedingung (z. B. eine Anlasssequenz des Verbrennungsmotors) vorhanden ist. Wenn dies der Fall ist, befindet sich das Fahrzeug in einem Verbrennungsmotorstart/Anlass-Hybridisierungsgrad, der durch Kasten 254 dargestellt ist.
  • Wenn alternativ der Entscheidungsknoten 252 feststellt, dass kein Anfangseinschaltzustand vorhanden ist (z. B. das Fahrzeug läuft oder das Fahrzeug ist aus), stellt ein Entscheidungsknoten 256 den Ladezustand (SOC) des Fahrzeugs fest.
  • Wenn der SOC niedrig ist (z. B. unter einer Kalibrierungskonstanten liegt), wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Keine Hybridisierung" gebracht, die durch Kasten 258 dargestellt ist. Wenn alternativ der SOC nicht niedrig ist, stellt ein Entscheidungsknoten 260 fest, ob die Umgebungstemperatur niedrig ist (z. B. unter einem Kalibrierungsstandard liegt). Wenn dies der Fall ist, befindet sich das Fahrzeug in einer Betriebsart "Keine Hybridisierung", die durch Kasten 258 dargestellt ist.
  • Wenn alternativ die Umgebungstemperatur nicht niedrig ist, stellt ein Entscheidungsknoten fest 262, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors niedrig ist (z. B. unter einem Kalibrierungsstandard liegt). Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Keine Hybridisierung" gebracht, die durch Kasten 258 dargestellt ist.
  • Wenn alternativ die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors nicht niedrig ist, stellt ein Entscheidungsknoten 264 fest, ob es irgendwelche Fehler (z. B. Systemfehler, die durch andere Controller, Sensoren oder Steuersysteme detektiert werden) gibt. Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Keine Hybridisierung" gebracht, die durch Kasten 258 dargestellt ist.
  • Alternativ, und wenn keine Fehler detektiert werden (z. B. alle Systeme bereit sind), stellt ein Entscheidungsknoten 266 fest, ob das Klimaanlagesystem des Fahrzeugs an ist. Wenn dies der Fall ist, stellt ein Entscheidungsknoten 268 fest, ob das Leistungsvermögen des Motor-Generators eine Beschränkung darstellt, um eine elektrische Herunterschaltsynchronisation (MoGen) auszuführen. Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Hybridbetriebsart "Nur Verzögerung mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten und ohne Trägheitsbeseitiger" gebracht, die durch Kasten 270 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Alternativ, und wenn der Entscheidungsknoten 268 feststellt, dass das Fahrzeug sich nicht in einer Betriebsart eines Herunterschaltens mit beschränktem Motor/Generator ist, wird das Fahrzeug in eine Hybridbetriebsart "Nur Verzögerung ohne Trägheitsbeseitiger" gebracht, die durch Kasten 272 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Wenn andererseits der Entscheidungsknoten 266 feststellt, dass das Klimaanlagensystem nicht an ist, und die Entscheidungsknoten 256-264 die Fahrzeugzustände interpretiert haben, die notwendig sind, um Entscheidungsknoten 266 zu erreichen, stellt ein Entscheidungsknoten 274 fest, ob der Batterieladezustand in einem mittleren Bereich ist (der z. B. durch eine Kalibrierungskonstante definiert ist, die einen Ladezustand mit einem mittleren Prozentsatz darstellt). Wenn der Entscheidungsknoten 274 feststellt, dass die Batterien des Hybridfahrzeugs sich einem mittleren Ladezustand befinden, stellt ein Entscheidungsknoten 276 fest, ob der MoGen sich in einem Zustand eines beschränkten Herunterschaltens befindet. Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Hybridbetriebsart "Nur Verzögerung mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten und ohne Trägheitsbeseitiger" gebracht, die durch Kasten 270 dargestellt ist. Sonst wird das Fahrzeug in eine Hybridbetriebsart "Nur Verzögerung ohne Trägheitsbeseitiger" gebracht, die durch Kasten 272 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Wenn andererseits der Entscheidungsknoten 274 feststellt, dass der Ladezustand des Fahrzeugs nicht im mittleren Bereich liegt, stellt ein Entscheidungsknoten 278 fest, ob die Umgebungstemperatur in einem mittleren Bereich liegt (der z. B. durch zwei Kalibrierungskonstanten zur Definition des mittleren Bereiches dargestellt ist). Wenn dies der Fall ist, stellt ein Entscheidungsknoten 280 fest, ob sich der MoGen in einem Zustand eines beschränkten Herunterschaltens befindet. Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Nur Verzögerung mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten mit Trägheitsbeseitiger" gebracht, die durch Kasten 282 dargestellt ist. Sonst wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Nur Verzögerung mit Trägheitsbeseitiger und ohne kraftstoffunterstütztes Herunterschalten" gebracht, die durch Kasten 284 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Wenn andererseits der Entscheidungsknoten 278 feststellt, dass die Umgebungstemperatur nicht im mittleren Bereich liegt, stellt ein Entscheidungsknoten 286 fest, ob die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors in einem mittleren Bereich liegt (z. B. einem Bereich, der durch zwei Kalibrierungsparameter definiert ist). Wenn dies der Fall ist, stellt ein Entscheidungsknoten 288 fest, ob sich der MoGen in einem Zustand eines beschränkten Herunterschaltens befindet. Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Nur Verzögerung mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten mit Trägheitsbeseitiger" gebracht, die durch Kasten 282 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Sonst wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Nur Verzögerung mit Trägheitsbeseitiger und ohne kraftstoffunterstütztes Herunterschalten" gebracht, die durch Kasten 284 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Wenn andererseits der Entscheidungsknoten 286 feststellt, dass die Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors nicht im mittleren Bereich liegt, stellt ein Entscheidungsknoten 290 fest, ob sich der MoGen in einem Zustand eines beschränkten Herunterschaltens befindet. Wenn dies der Fall ist, wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Voll Hybrid mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten" gebracht, die durch Kasten 292 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Sonst wird das Fahrzeug in eine Betriebsart "Voll Hybrid" gebracht, die durch Kasten 294 dargestellt ist. Es ist festgestellt worden, dass dieser Hybridisierungsgrad die energie- und kraftstoffeffizienteste Betriebsart ist, wenn die Fahrzeugparameter gegeben sind, die erforderlich sind, um diesen Punkt zu erreichen.
  • Das Steuersystem ist in die folgenden acht diskreten Stufen eingeteilt worden:
    • 1. Grad 1 - Voll Hybrid (wie durch Kasten 294 dargestellt): Das Abschalten des Kraftstoffs wird bei Verzögerungen und Stopps (Verbrennungsmotor aus) mit durch den MoGen unterstützter Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Herunterschalten und aktiver Trägheitsbeseitigerroutine ausgeführt.
    • 2. Stufe 2 - Voll Hybrid mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten (durch Kasten 292 dargestellt): Das Abschalten des Kraftstoffes wird während Verzögerungen und Stopps (Verbrennungsmotor aus) ausgeführt, der Trägheitsbeseitiger ist aktiv, aber die Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Herunterschalten wird sowohl durch Verbrennung als auch durch elektrische Leistung durchgeführt.
    • 3. Stufe 3 - Nur Verzögerung Hybrid (durch Kasten 284 dargestellt): Das Abschalten des Kraftstoffes wird nur bei Verzögerungen durchgeführt. Die Kraftstofflieferung wird kurz vor der Abfall-Auf-Neutral- Drehzahl wieder gestartet. Die Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Herunterschalten wird von dem MoGen durchgeführt, und der Trägheitsbeseitiger ist aktiv.
    • 4. Stufe 4 - Nur Verzögerung Hybrid ohne Trägheitsbeseitiger (durch Kasten 272 dargestellt): Gleich wie "Nur Verzögerung Hybrid", aber der Trägheitsbeseitiger ist nicht aktiv.
    • 5. Stufe 5 - Nur Verzögerung Hybrid mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten (durch Kasten 282 dargestellt): Ein Abschalten des Kraftstoffes wird nur bei Verzögerungen ausgeführt. Die Kraftstofflieferung wird kurz vor der Abfall-Auf-Neutral-Drehzahl wieder gestartet; die Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Herunterschalten wird durch Verbrennung sowie den MoGen durchgeführt. Der Trägheitsbeseitiger ist aktiv.
    • 6. Stufe 6 - Nur Verzögerung Hybrid mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten ohne Trägheitsbeseitiger (durch Kasten 270 dargestellt): Gleich wie "Nur Verzögerung Hybrid mit kraftstoffunterstütztem Herunterschalten", aber der Trägheitsbeseitiger ist nicht aktiv.
    • 7. Stufe 7 - Keine Hybridisierung (durch Kasten 258 dargestellt). Es wird während Verzögerungen oder Stopps kein Abschalten des Kraftstoffes ausgeführt, der Trägheitsbeseitiger ist nicht aktiv, und die durch den MoGen unterstützte Synchronisation beim Herunterschalten ist gesperrt.
    • 8. Stufe 8 - Starten/Anlassen des Verbrennungsmotors (durch Kasten 254 dargestellt): Die MoGen-Einheit wird als Anlassermotor für den Verbrennungsmotor verwendet. In diesem Zustand werden die Algorithmen der Fig. 3-5 ebenfalls angewandt.
  • Der Unterschied zwischen Stufe 1 (Kasten 294) und Stufe 2 (Kasten 292) ist, dass bei Stufe 2 die Drehzahlsynchronisation sowohl durch elektrische Leistung als auch durch Verbrennungsleistung durchgeführt wird.
  • Der Unterschied zwischen Stufe 3 (Kasten 284) und Stufe 4 (Kasten 272) ist der Einsatz des Konzeptes des "Trägheitsbeseitigers".
  • Der Unterschied zwischen Stufe 5 (Kasten 294) und Stufe 6 (Kasten 270) ist die Deaktivierung des Konzeptes des "Trägheitsbeseitigers" in Stufe 6.
  • Beispielsweise ist der benutzte Hybridisierungsgrad eine Funktion der folgenden variablen Bedingungen.
    • 1. Batterieladezustand (SOC):
      • a) Niedrig (z. B. SOC <50%)
      • b) Mittel (z. B. SOC = 50-75%)
      • c) Hoch (z. B. SOC > 75%)
    • 2. Umgebungstemperatur (Tamb):
      • a) Niedrig (z. B. Tamb < 5°C)
      • b) Mittel (z. B. Tamb = 5-20°C)
      • c) Hoch (z. B. Tamb > 20°C)
    • 3. Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors (ECT):
      • a) Niedrig (z. B. ECT < 0°C)
      • b) Mittel (z. B. ECT = 0-50°C)
      • c) Hoch (z. B. ECT > 50°C)
    • 4. Einstellung Klimaanlage-Heizgebläse (Kl. A.):
      • a) Niedrig
      • b) Mittel
      • c) Hoch
    • 5. Anforderungszustand Klimaanlage (Kl. A.) (ein oder aus).
    • 6. Anforderung einer Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Herunterschalten.
    • 7. Zündschlüsselstellung.
    • 8. Übergehen auf der Grundlage von Diagnosen, Fehlermodi, Fehlern.
  • Natürlich ist in Betracht zu ziehen, dass gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die vorstehend erwähnten Kalibrierungskonstanten durch Werteänderungen, Ergänzung und Beseitigung variieren können.
  • Die Algorithmen der Fig. 3, 5 und 6 sind zur Verwendung gleichzeitig miteinander oder alternativ in jeder Kombination davon einschließlich eines Alleinstellungsmerkmals in Betracht zu ziehen.
  • Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Antriebssystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, wobei das Antriebssystem einen Verbrennungsmotor, einen elektrischen Motor/Generator, der im Betrieb mit dem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Speichermedium gekoppelt ist, und einen Antriebssystem-Controller zum Betätigen des Antriebssystems umfasst. Der Antriebssystem-Controller verändert die Betriebszustände des elektrischen Motor/Generator-Systems in Ansprechen auf die Betriebszustände des Fahrzeugs. Der Antriebssystem-Controller verändert die Betriebszustände des elektrischen Motors/ Generators während einer Anlasssequenz des Verbrennungsmotors.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verändern des Zustandes eines Antriebsystems eines Hybridfahrzeuges mit den Schritten, dass:
festgestellt wird, ob ein Startbefehl für einen Verbrennungsmotor angefordert worden ist,
der Ladezustand eines elektrischen Speichermediums erfasst wird,
die Temperatur eines Motorkühlmittels eines Verbrennungsmotors erfasst wird,
die Temperatur des elektrischen Speichermediums erfasst wird,
festgestellt wird, ob eine Fehlerbedingung vorhanden ist, der Betriebszustand eines Motors/Generators erfasst wird, und
der Grad der elektrischen Leistung, die dazu verwendet wird, das Fahrzeug anzutreiben, verändert wird, wobei der Grad der elektrischen Leistung den erfassten Betriebszuständen des Fahrzeugs entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Motor/Generator in einer ersten Betriebsart betrieben wird, um eine Startkraft für den Verbrennungsmotor bereitzustellen, und in einer zweiten Betriebsart, um eine elektrische Ladung zu erzeugen,
die Startdrehzahl des Motors/Generators in der ersten Betriebsart in Ansprechen auf den Ladezustand des elektrischen Speichermediums verändert wird, und
eine Anlasseinspritzung für den Verbrennungsmotor in Ansprechen auf den Ladezustand des elektrischen Speichermediums verändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Feststellens, ob ein Startbefehl für den Verbrennungsmotor angefordert worden ist, umfasst, dass die Stellung eines Schalthebels des Fahrzeuges überwacht wird, die Drehzahl des Verbrennungsmotors überwacht wird, die Stellung eines Zündschlüssels überwacht wird, und die Spannung des elektrischen Speichermediums überwacht wird.
4. Controller für ein Antriebssystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, umfassend:
einen Motor/Generator, um eine Startkraft für einen Verbrennungsmotor in einer ersten Betriebsart bereitzustellen, und eine elektrische Ladung in einer zweiten Betriebsart zu erzeugen,
ein erstes Betriebssystem, wobei das erste Betriebssystem die Anlasseinspritzung für einen Verbrennungsmotor und die Startkraft, die auf den Verbrennungsmotor durch den Motor/Generator aufgebracht wird, verändert, wobei das Betriebssystem die Startkraft und den Anlasseinspritzung gemäß der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors und dem Ladezustand der Batterie verändert,
ein zweites Betriebssystem, wobei das zweite Betriebssystem den Betriebszustand des Motors/Generators während einer Startsequenz des Verbrennungsmotors verändert, wobei das erste Betriebssystem und das zweite Betriebssystem den Motor/Generator anweisen, zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart zu arbeiten,
ein drittes Betriebssystem, wobei das dritte Betriebssystem einen Grad der elektrischen Leistung verändert, die dazu verwendet wird, das Fahrzeug anzutreiben, wobei der Grad der elektrischen Leistung den erfassten Fahrzeugbetriebszustände entspricht,
ein Mittel zum Erfassen des Ladezustandes eines elektrischen Speichermediums, wobei das Mittel zum Erfassen des Ladezustandes des elektrischen Speichermediums von dem ersten Betriebssystem betrieben wird, und
ein Mittel zum Erfassen der Temperatur eines Motorkühlmittels eines Verbrennungsmotors, wobei das Mittel zum Erfassen der Temperatur eines Motorkühlmittels von dem ersten Betriebssystem betrieben wird.
5. Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstranges für ein Fahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang einen Motor/Generator, einen Verbrennungsmotor und ein Getriebe umfasst, mit den Schritten, dass:
der Ladezustand mindestens einer Batterie erfasst wird,
die Temperatur eines Verbrennungsmotors erfasst wird,
die Temperatur der mindestens einen Batterie erfasst wird,
der Betrieb des Motors/Generators auf der Grundlage des Ladezustandes gesteuert wird, und
der Motor/ Generator auf der Grundlage der Temperatur des Verbrennungsmotors gesteuert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch den Schritt, dass das Getriebe auf der Grundlage des Betriebes des Motors/Generators gesteuert wird.
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