DE10126348A1

DE10126348A1 - Vorrichtung und Verfahren zur aktiven Antriebsstrangdämpfung

Info

Publication number: DE10126348A1
Application number: DE10126348A
Authority: DE
Inventors: Robert L Morris; Kevin S Kidston; Richard C Peterson
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2000-05-31
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2021-05-31
Also published as: DE10126348B8; US6574535B1; DE10126348B4

Abstract

Ein Vortriebssystem, das für Hybridfahrzeuge ausgebildet ist, verwendet einen ersten Drehmomentweg von einem gekoppelten Motor-Generator-System und Verbrennungsmotor durch ein automatisiert geschaltetes Handschaltgetriebe mit einem zweiten Drehmomentweg von einer Quelle des zweiten Drehmoments an die Räder. Das System umfaßt den hohen Wirkungsgrad eines Handschaltgetriebes mit der Glattheit hochentwickelter Automatikgetriebe durch Verwendung eines zweiten Drehmomentweges, um das von einem Fahrer angeforderte Drehmoment während Schalt- und Bremsanforderungen beizubehalten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dämpfung von Oszillationen des Antriebsstranges in einem Hybridfahr zeug.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

An die Konstruktion von Kraftfahrzeugen wird zunehmende Anforderun gen bezüglich Insassenkomfort und Kraftstoffeffizienz gestellt. Es ist ein Hauptziel der meisten Fahrzeugkonstruktionen, ein effizienteres Fahrzeug zu schaffen, ohne daß Insassenkomfort und -zufriedenheit verlorengehen.

Überdies steht insbesondere, wenn alternative Fahrzeugantriebssysteme verwendet werden, der Insassenkomfort und die Kraftstoffeffizienz manchmal im Gegensatz zueinander. Dies trifft insbesondere für Hybrid- Fahrzeugkonstruktionen zu.

Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das zumindest zwei Energiequellen aufweist. Ein elektrisches Hybridfahrzeug (HEV) ist ein Fahrzeug, bei dem eine der Energiequellen elektrisch ist und die andere Quelle von einer Wärmekraftmaschine abgeleitet werden kann, der Diesel, Benzin oder eine andere Quelle chemischer Energie verbrennt.

Allgemein verwendet ein Hybridfahrzeug mehr als einen Typ von Energie speicherung. Das HEV umfaßt Speicherbrücken (storage bridges) für so wohl elektrische Energie als auch chemische Energie und wandelt diese in mechanische Arbeit um, um einen Vortrieb für das Fahrzeug zu schaffen und Fahrzeugsysteme zu betreiben. Es können zahlreiche Wege der Kopplung der Systeme verwendet werden, die typischerweise die Form ei ner oder mehrerer Wärmekraftmaschinen und eines oder mehrerer Elek troantriebe annehmen, die über ein Getriebe gekoppelt sind, das einem oder mehreren Rädern zugeordnet ist. Dies hat eine erhebliche Komplexi tät zur Folge, da die Leistungsfähigkeit, das Ansprechvermögen und die Ruckfreiheit (Glattheit) dieser Vorrichtungen typischerweise ziemlich un terschiedlich ist. Somit kann, während ein Wirkungsgradgewinn von dem System erhalten werden kann, die Komplexität zur Steuerung desselben, um ein glattes Ansprechen zu bilden, das von dem Fahrer erwartet wird, weitaus schwieriger werden.

Wenn dem Wirkungsgrad und einem Hybridfahrzeug hohe Priorität gege ben wird, ist für die Aufgabe zur Kopplung der Drehmomentquellen mit den Rädern ein automatisiertes Handschaltgetriebe gut geeignet, das elektronisch gesteuert werden kann und einen der höchsten Wirkungs grade von Getrieben aufweist.

Das Getriebe ist in dem Antriebsstrang zwischen der Wärmekraftmaschine und den angetriebenen Rädern positioniert. Das Getriebe umfaßt ein Ge häuse mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und einer Vielzahl kämmender Zahnräder. Es sind Mittel vorgesehen, um ausgewählte käm mende Zahnräder zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu verbinden und um zwischen diesen ein gewünschtes Übersetzungsver hältnis zur Geschwindigkeitsverringerung zu bilden. Die kämmenden Zahnräder, die in dem Getriebegehäuse enthalten sind, besitzen eine va riierende Größe, um so eine Vielzahl derartiger Übersetzungsverhältnisse zu bilden. Durch geeignetes Schalten unter diesen verschiedenen Überset zungsverhältnissen kann eine Beschleunigung und Verlangsamung des Fahrzeugs auf eine glatte (ruckfreie) und effiziente Art und Weise erreicht werden.

Jedoch ist das Fahrverhalten eines Hybridfahrzeugs infolge von Drehmo mentoszillationen nachteilig beeinflußt, die auftreten, wenn abrupte Drehmomentänderungen in dem Betrieb des Verbrennungsmotors und des damit gekoppelten Getriebes auftreten. Derartige Oszillationen treten während des Schaltens und des Anfahrens auf.

Beispielsweise erfordert ein Kraftfahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten zur Beschleunigung höhere Drehmomentanforderungen, wobei die Anfor derung abnimmt, wenn die Reisegeschwindigkeit angenähert wird.

Demgemäß muß, um die Drehmomentanforderung für die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu erfüllen, ein Getriebe mit mehreren Übersetzungs verhältnissen mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt sein.

Die Kombination von hohen Antriebsstrangwirkungsgraden, die eine ge ringe Dämpfung aufweisen, und mehr als einer Drehmomentquelle, die an die Räder angelegt wird, erzeugt sowohl Probleme als auch Möglichkeiten. Dies ist insbesondere während des Schaltens und des anfänglichen An fahrens des Fahrzeugs offensichtlich. Im Gegensatz zu einem Automatik getriebe vom Planetentyp ist ein Handschaltgetriebe nicht in der Lage, ein Drehmoment während einer Schaltantwort durch sich selbst an die Räder anzulegen, wodurch es eine erhebliche Verringerung der Leistungsfähig keit und der Fahrerzufriedenheit aufweist. Eine Lösung in einem paralle len Hybridfahrzeug besteht darin, eine Sekundärdrehmomentquelle zu verwenden, die nicht durch das Getriebe sondern entweder nach dem Ge triebe auf die selbe Achse oder völlig auf ein anderes Paar Räder gekoppelt ist. Daher kann durch vorsichtige Komponentenkonstruktion und -auswahl ein Hybridsystem sowohl im Hinblick auf Wirkungsgrad als auch Leistungsfähigkeit und Ruckfreiheit optimiert werden.

Im Gegensatz zu den Drehmomentoszillationen eines automatisierten Handschaltgetriebes erzeugt ein Elektromotor oder Antriebsstrang beim Start höhere Drehmomente, die abnehmen, wenn eine zunehmende Ge schwindigkeit erreicht wird.

Demgemäß besteht insbesondere, da der Drehmomentausgang eines Elektromotors den Anforderungen des Fahrzeugs ähnlich ist, kein Bedarf für ein Getriebe oder einen Antriebsstrang, der für einen Verbrennungs motor mit hohem Wirkungsgrad verwendet wird. Daher ist insbesondere, um die Unterschiede zwischen den Antriebseinheiten eines Hybridfahr zeuges auszugleichen, eine Synchronisation zwischen der Antriebskraft der beiden Motoren oder Antriebsstränge erforderlich.

Zusätzlich wird die Dämpfung der Drehmomentoszillationen eines auto matisierten Handschaltgetriebes das Fahrverhalten und die Leistungsfä higkeit desselben weiters steigern.

Demgemäß müssen insbesondere, um ein hocheffizientes Hybridfahrzeug zu schaffen, das einen kraftstoffeffizienten Verbrennungsmotor verwendet, die Drehmomentoszillationen, die durch einen direkt gekoppelten An triebsstrang bewirkt werden, minimiert werden.

Zusätzlich verwenden Hybridfahrzeuge auch ein Konzept, das als regene rative Bremsung bekannt ist. Allgemein ist die regenerative Bremsung die Umwandlung der kinetischen Energie des Fahrzeugs in eine Quelle elek trischer Leistung. Die kinetische Energie des Fahrzeugs wird von den sich drehenden Rädern in Ansprechen auf eine Anwenderanforderung zur Verlangsamung oder zum Stopp des Fahrzeugs umgewandelt. Ein Gene rator wird betätigt und erzeugt demgemäß elektrische Energie, wenn die ser eine Stoppkraft an die Fahrzeugachse und/oder den Antriebsstrang in Ansprechen auf eine Stoppanforderung anlegt.

Daher wird gemäß der regenerativen Bremsung die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt, wenn das Fahrzeug beginnt, sich zu verlangsamen.

Jedoch ist insbesondere bei Situationen, wenn das negative Drehmoment des regenerativen Bremssystemes eines Hybridfahrzeuges nicht ausrei chend genug ist, um die Bremsbedarfsanforderung des Fahrers zu erfül len, das regenerative Bremssystem durch ein herkömmliches Reibungs bremssystem ergänzt.

Die Verwendung eines Reibungsbremssystemes in Verbindung mit einem regenerativen Bremssystem erzeugt eine plötzliche Drehmomentumkehr des Traktionsantriebssystemes. Demgemäß erzeugt insbesondere, da eine erhebliche Menge an Spiel in der Reihe von Zahnrädern und Kopplungen besteht, die die Elektromotoren mit den Antriebsrädern verbinden, diese Drehmomentumkehr eine lästige Störung, die als "dumpfes Geräusch des Antriebsstrangs" bekannt ist.

Daher besteht ein Bedarf für eine Steuermethode in einem Hybridfahr zeug, bei der das Drehmoment des Antriebsstrangs so gesteuert wird, daß die Dynamik des vorher erwähnten Spiels auf eine glatte Art und Weise angepaßt wird, wodurch verhindert wird, daß die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs nachteilig beeinflußt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Durch die Bedeutsamkeit der Wirkungsgrade von Antriebssträngen in heutigen Fahrzeugen und insbesondere bei Hybridfahrzeugen stellt ein Handschaltgetriebe die beste Lösung zur Optimierung dieses Wirkungs grades dar. Unglücklicherweise besitzt ein Handschaltgetriebe in einer Standardanordnung einige Nachteile. Diese bestehen hauptsächlich darin, daß es langsam zu schalten ist, während eines Schaltens kein Drehmo ment an die Räder anlegt, oftmals rauh wirkt, wenn die Kupplung nach einem Schalten wieder eingerückt wird, einen Teil der kinetischen Energie während eines Schaltens verschwendet, die in der Motorträgheit gespei chert ist und automatisiert eine komplexe Kupplungssteuerung erfordert, um zu versuchen, das Schalten glatt (ruckfrei) auszuführen.

Wenn das System in einem Hybridfahrzeug enthalten ist und ein Sekun därantriebssystem damit verbunden ist, können zahlreiche Verbesserun gen durchgeführt werden. Eine Automatisierung des Handschaltgetriebes und Verwendung einer aktiven Drehzahlsynchronisation und Gesamt drehmomentsteuerung erlaubt, daß viele negative Merkmale beseitigt wer den können. Schaltungen können schnell ohne Öffnen der Kupplung aus geführt werden, ein glattes Einrücken und Ausrücken jedes Ganges wird möglich, Energie wird während des Hochschaltens rückgewonnen und ei ne Synchronisationsausstattung innerhalb des Getriebes kann beseitigt werden, um Kosten und Gewicht zu sparen. Zusätzlich kann ein Hybrid fahrzeug derart ausgebildet sein, daß ein Sekundärmittel zum Anlegen ei nes Drehmomentes an die Räder so verwendet werden kann, daß während eines Schaltens des automatisierten Handschaltgetriebes an dem Hauptantriebsstrang das Drehmoment mit dem Sekundärsystem abgegli chen wird, so daß von dem Fahrer keine Änderung der Beschleunigung bemerkt wird. Das Endergebnis ist ein Antriebsstrang, der hocheffizient und so glatt (ruckfrei) wie die besten Automatikgetriebe arbeitet.

Diese Konzepte arbeiten auch mit einem automatisierten Standardhand schaltgetriebe, das mit einer einzelnen Drehmomentquelle, wie beispiels weise einem Verbrennungsmotor oder einem einzelnen Elektroantrieb ver bunden ist, obwohl die Drehzahl des Systems verringert wird und die Fä higkeit zur Übertragung des Drehmomentes auf die Räder während eines Schaltens verlorengeht. Eine einzelne Drehmomentenquelle könnte aber auch dazu verwendet werden, die Synchronisation und das Schalten bei geschlossener Kupplung durch sich selbst zu verbessern.

ZEICHNUNGSKURZBESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

Fig. 1 ein Diagramm ist, die die Hybridfahrzeugsystemanordnung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Er findung zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm ist, das die Konfiguration des Heckvortriebs systemes einer beispielhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung darstellt;

Fig. 3 ein Diagramm ist, das den Berechnungsprozeß des Dämp fungsdrehmomentes zeigt;

Fig. 4 ein Diagramm ist, das einen alternativen Berechnungspro zeß des Dämpfungsdrehmomentes zeigt;

Fig. 5 eine Vielzahl von Diagrammen ist, die das Achsenverwin dungssteuerverfahren zeigen; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm ist, das das Achsenverwindungssteuer verfahren zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGS- FORMEN

In Fig. 1 ist eine Hybridfahrzeugsystemkonfiguration zum Gebrauch mit der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Ein Hybridfahrzeug 10 ist derart ausgebildet, daß es ein Heckvortriebssy stem 12 und ein Frontvortriebssystem 14 umfaßt. Das Heckvortriebssy stem 12 weist einen Verbrennungsmotor 16 auf, der eine Antriebskraft für ein automatisiertes Handschaltgetriebe 18 vorsieht, das die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 16 in das erforderliche Drehmoment zum An trieb der Hinterräder des Hybridfahrzeuges 10 umwandelt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Frontvortriebssystem 14 ein elektrischer Traktionsantrieb mit einem kontinuierlichen Drehmo mentausgang. Alternativ dazu ist das Frontvortriebssystem 14 ein Hy draulik- oder Schwungradsystem oder ein Verbrennungsmotor ohne Ge triebe.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 16 ein Dieselmotor mit hohem Wirkungsgrad. Jedoch kann gemäß der vorliegen den Erfindung der Motor 16 eine beliebige Form einer Wärmekraftmaschi ne sein, die eine gesteuerte Drehmomentgröße erzeugt. Zusätzlich kann als Alternative der Verbrennungsmotor und das Hauptvortriebssystem an einer beliebigen Stelle innerhalb der Fahrzeuge angeordnet sein, wie bei spielsweise in nächster Nähe zu den Vorderrädern, entlang der rückwärti gen Achse oder zentral innerhalb des Fahrzeugs angeordnet.

In den Fig. 1 und 2 sind Komponententeile des Heckvortriebssystemes 12 gezeigt. In Ansprechen auf eine Anwender- oder Fahrerbetätigung eines Gaspedalmechanismus (nicht gezeigt) liefert der Verbrennungsmotor 16 eine Drehkraft an die Antriebswelle 20, die mit einem Schwungrad 22 ge koppelt ist. Um die Drehkraft von dem Schwungrad 22 an das automati sierte Handschaltgetriebe 18 zu übertragen, ist eine Kupplung 24 positio niert, um das Schwungrad 22 einzurücken und auszurücken.

Die Kupplung 24 kann ein Mechanismus sein, der eine steuerbare Kupp lung verwendet. Die Kupplung 24 ist mit einer Eingangswelle 26 eines automatisierten Handschaltgetriebes 18 gekoppelt. Die Eingangswelle 26 ist mit einer Vielzahl von Eingangszahnrädern 28 gekoppelt. Jedes der Eingangszahnräder 28 weist einen unterschiedlichen Durchmesser und/oder ein unterschiedliches Zahnverhältnis auf, was einen unter schiedlichen Drehmomentwert bewirkt, und kann in Ansprechen auf eine Gangschaltanweisung einen Kontakt mit einem entsprechenden einer Vielzahl von Ausgangszahnrädern 30 herstellen, die an einer Ausgangs welle 32 des automatisierten Handschaltgetriebes 18 befestigt sind. Ähnli cherweise weisen Ausgangszahnräder 30 jeweils einen unterschiedlichen Durchmesser und/oder ein unterschiedliches Zahnverhältnis auf.

Die Ausgangswelle 32 liefert schließlich eine resultierende Antriebskraft an ein Heckdifferential 34 und eine jeweilige Achse 36, die eine Drehkraft an die Hinterräder 38 des Hybridfahrzeugs 10 liefert.

Ein System 40 aus Elektromotor/Generator (MGS) ist auch mit der Ein gangswelle 26 gekoppelt. Das Motor/Generator-System 40 ist mit der Ein gangswelle 26 an einer Position entfernt von der Kupplung 24 gekoppelt. Demgemäß kann, wenn eine Drehkraft an die Eingangswelle 26 angelegt wird, das Motor/Generator-System 40 gedreht werden, um eine Quelle elektrischer Energie zum Gebrauch in dem Hybridfahrzeug 10 wie auch eine Drehantriebskraft für die Welle 26 zur Verfügung zu stellen.

Alternativ dazu kann das Motor/Generator-System (MGS) anstelle einer direkten Kopplung mit dem Getriebe in das Schwungrad eingebaut oder mit diesem gekoppelt sein.

Zusätzlich kann als eine alternative Ausführungsform der Sekundärelek tromotor so positioniert sein, um eine Antriebskraft an das Differential oder direkt an die Räder zu liefern, wobei eine Vielzahl von Radmotoren verwendet werden kann.

Zusätzlich kann, da der Motorgenerator mit der Eingangswelle des Getrie bes gekoppelt ist, dieser dazu verwendet werden, ein Schalten des Getrie bes zu unterstützen.

Überdies kann das Motor/Generator-System 40 Drehmomentkorrekturen anlegen, um die Drehmomentoszillationen eines automatisierten Hand schaltgetriebes 18 direkt zu beseitigen, wenn es durch seinen Gangzyklus geschaltet wird.

Da sowohl der Verbrennungsmotor als auch das Motor/Generator-System mit der Eingangswelle gekoppelt ist, werden diese jeweils einzeln gesteu ert, um das gewünschte Summendrehmoment auf die Eingangswelle zu erhalten. Da der Verbrennungsmotor langsamer anspricht und bei Drehmomentwechseln höhere Auslassungen erzeugt, kann er hauptsäch lich durch das Motor/Generator-System, um das erwünschte Eingangs wellendrehmoment zu erhalten, bis zu der Leistungsfähigkeit des Mo tor/Generator-Systems ergänzt werden. Diese Form der Steuerung wird ausgeführt, sobald ein Gang des Getriebes eingerückt ist.

Zusätzlich wird eine Steuerung für die Eingangswelle vorgesehen. Dies erfolgt mit der Kombination von Drehmomentanweisungen an das Mo tor/Generator-System (MGS) und den Verbrennungsmotor. Typischerwei se wird das System, das schneller anspricht, als die Hauptsteuerung für die Drehzahl verwendet. Dieses Steuerverfahren wird jedesmal verwendet, wenn das Getriebe nicht eingerückt ist, und wird zur aktiven Synchroni sation während Schaltungen verwendet. Zusätzlich ist dies mit zahlrei chen Moden ausgeführt, die verschiedene Verstärkungen und eine Dämpfung der Drehzahlsteuerung umfassen. Dies erlaubt, daß eine opti male Drehzahlsteuerung in jedem Fall verwendet werden kann.

Ein Standardschaltvorgang durchläuft die folgenden Schritte. Wenn das Schalten eines Ganges angewiesen wird, wird ein Zieldrehmomentprofil für das Summendrehmoment der Eingangswelle bestimmt, das das Drehmoment von dem gegenwärtigen Wert bis auf Null herunter verrin gert. Diese kombinierte Steuerung des Verbrennungsmotors und des Mo tor/Generator-Systems wird dazu verwendet, um dieses Profil zu erhalten.

Auch wird während dieser Zeit die Differenz zwischen dem vom Fahrer an geforderten Drehmoment und dem durch das Getriebe erzielten Drehmo ment durch den Sekundärantriebsstrang kompensiert. Auf diese Art und Weise fühlt der Fahrer keine Änderung der Fahrzeugfunktion während des Schaltens.

Der Verbrennungsmotor und das Motor/Generator-System arbeiten zu sammen, um die Eingangswellendrehzahl auf die Zieldrehzahl für den neuen Gang zu ändern. Während dieser Periode werden hohe Verstärkun gen dazu verwendet, um die Zieldrehzahl so schnell wie möglich zu errei chen.

Wenn das Motor/Generator-System und der Verbrennungsmotor die Zieldrehzahl erreichen und sich dort stabilisieren, wird ein gefilterter Wert des Summendrehmoments gemessen. Dieser Wert ist eine Kombination von Drehmomentfehlern und der Größe des Drehmoments, die erforder lich ist, um die Eingangswelle bei dieser Drehzahl zu drehen. Dieser Wert kann dazu verwendet werden, die Drehmomentkarten zu korrigieren, wird aber hauptsächlich für einen Offsetwert und ein Startdrehmoment bei Eingriff des Ganges verwendet. Auf diese Art und Weise kann, wenn der Gang eingerückt ist, ein Drehmoment von wirklich Null an der Eingangs welle gehalten werden, und anschließend, nachdem der Gang eingerückt ist, kann ein neues Drehmomentprofil ausgehend von der wirklichen Null dazu verwendet werden, das Drehmoment auf die Eingangswelle rampen artig zu erhöhen. Dies steigert die Ruckfreiheit des Schaltens merklich.

Gleichzeitig wird die Drehzahlsteuerung für den Verbrennungsmotor und das Motor/Generator-System auf einen Modus mit niedrigerer Verstär kung geändert, um einen weichen Eingriff sicherzustellen, und der Zieloffset wird rampenartig auf Null abgesenkt. Nach Eingriff des nächsten Ganges schaltet die Steuerung des Verbrennungsmotors und des Mo tor/Generator-Systems von einer Drehzahlsteuerung auf eine Drehmo mentsteuerung, und es wird, wie oben erwähnt ist, ein Zieldrehmoment profil für die Eingangswelle bestimmt, das von dem vorher bestimmten Drehmomentoffset beginnt und bis zu dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment rampenartig zurück ansteigt. Demgemäß kann ein schnelles, wiederholbares und glattes Schalten durch Verwendung der Fähigkeit al ler drei Systeme ausgeführt werden, nämlich dem Verbrennungsmotor, dem Motor/Generator-System und dem automatisierten Handschaltge triebe.

Dieses System zum Schalten erzielt die folgenden Eigenschaften: Durch vorsichtiges Steuern der Drehmomentänderungen während eines Einrüc kens und Ausrückens und dadurch, daß sichergestellt wird, daß ein Zu stand mit einem Drehmoment von Null zu den Zeitpunkten des Ausrüc kens und Einrückens vorliegt, kann eine Ruckfreiheit optimiert werden. Die Schaltdrehzahl wird durch Kombination von sowohl dem Verbren nungsmotordrehmoment als auch dem Drehmoment des Mo tor/Generator-Systems optimiert, um diese aktiv an jeden neuen Gang zu synchronisieren. Die Antriebsstrangleistungsfähigkeit wird dadurch ge steigert, daß sowohl das Motor/Generator-System als auch der Verbren nungsmotor zusammen zur Übertragung von Drehmoment an die Räder verwendet werden.

Eine Anfahrsteuerung unter Verwendung der Kupplung wird jedesmal verwendet, wenn das gegenwärtige Übersetzungsverhältnis und die ge genwärtige Raddrehzahl derart ist, daß die Eingangswellendrehzahl un terhalb der Motorleerlaufdrehzahl oder der Zielmotoranfahrdrehzahl liegt. In diesen Fällen wird die Kupplung dazu verwendet, daß beabsichtigte Motordrehmoment so auszugleichen, daß die Motordrehzahl konstant bleibt. Auch gleicht das Motor/Generator-System Änderungen des Kupp lungsdrehmoments aus, wodurch zugelassen wird, daß ein Zieldrehmo mentprofil auf Grundlage der Anforderung des Fahrers ausgeführt werden kann. Dies bedeutet, daß der Motor versuchen wird, das Zieldrehmoment zu erzeugen, die Kupplung die Motordrehzahl steuert und somit das tat sächliche Drehmoment, das durch den Motor erzeugt wird, ausgleicht, und das Motor/Generator-System Korrekturen durchführt, die erforder lich sind, um sicherzustellen, daß das tatsächliche Eingangswellen drehmoment gleich dem Zieldrehmomentprofil ist. Dies hat glatte Über gänge des Eingangswellendrehmoments zur Folge, während der Motor bei einer gewünschten Drehzahl beibehalten wird, die für die optimale Kom bination von Ruckfreiheit, Wirkungsgrad und Leistung ausgewählt werden kann.

Zusammengefaßt kann der Prozeß wie folgt allgemein beschrieben werden. Eine Schaltsequenz wird begonnen und die Systemsteuerung bestimmt die Eingangswellendrehzahl und die erforderliche Synchronisierungsdreh zahl. Die Welle ist im unbelasteten Zustand und es wird ein neuer Gang eingelegt und die Kraft auf das Schalten des Ganges dort wird gesteuert. Während des gesamten Prozesses wird das Drehmoment gesteuert, um die Zieldrehzahl zu synchronisieren und zu steuern, wie auch die Kraft des Schaltenden zu steuern. Überdies wird das Drehmoment bezüglich Wie derholungen des Schaltprozesses gesteuert. Der neue Gang wird einge rückt und die Welle wird mit einer antreibenden Drehmomentkraft wieder belastet. Der Prozeß ist für sowohl ein Hinaufschalten als auch Herunter schalten gleich.

Bei Bestimmung der Absicht des Schaltens in einen anderen Gang ge schieht das folgende. Es werden beide Hinterraddrehzahlen gemessen und gemittelt, um die Drehzahl des Differentials zu bestimmen. Die Verwen dung des beabsichtigten Ganges zur Bestimmung des beabsichtigten Schaltverhältnisses multipliziert mit der gegenwärtigen Drehzahl des Dif ferentials erzielt die Zieleingangswellendrehzahl. Während dieser Zeit wird das vom Fahrer angeforderte Drehmoment auch kontinuierlich auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Stellung des Gaspedales berechnet.

An diesem Punkt wird die vorher detailliert beschriebene Gangschaltse quenz eingeleitet. Die Hybridsystemsteuerung gibt die erforderlichen An weisungen aus, um ein Summendrehmoment auf die Eingangswelle des automatisierten Handschaltgetriebes zu verringern, und durch Überwa chung des resultierenden Drehmomentes an den Rädern weist die Sy stemsteuerung auch den erforderlichen Drehmomentanstieg für das zweite Vortriebssystem an, um einen Drehmomentwert auf allen vier Rä dern gleich der gegenwärtigen Anforderung von dem Fahrer zu halten. Der Schaltprozeß gelangt durch eine Neutralstellung, und bei Eingriff des be absichtigten Ganges wird das Eingangswellendrehmoment zurück auf den Zieldrehmomentwert erhöht, während die Verwendung des Sekundärvor triebssystemes als Ergänzung beibehalten wird. Das Ergebnis ist, daß kein Verlust an Summenraddrehmoment während des Schaltens auftritt.

Eine Hybridsystemsteuerung 42 sieht Anweisungseingänge für das Heck vortriebssystem 12 und das Frontvortriebssystem 14 vor. Um ein Dämp fungsdrehmoment für die Eingangswelle 26 zu schaffen, muß die erfor derliche Drehmomentkorrektur berechnet werden.

Eine Heckvortriebssystemsteuerung 44 liefert Anweisungseingänge an das Heckvortriebssystem 12, das eine Drehmomentkorrektur vorsieht. Die Heckvortriebssystemsteuerung 44 berechnet die erforderliche Korrektur durch Ausführen eines Computeralgorithmus, der auf Grundlage der er forderlichen Eingangsinformation die erforderliche Drehmomentkorrektur vorsieht.

Die Heckvortriebssystemsteuerung 44 empfängt einen Drehzahleingang (Umdrehung pro Minute) von jedem Hinterrad 38. Die Drehzahlen der Rä der 38 werden von einem Paar Drehzahlsensoren 46 berechnet, die so po sitioniert sind, um die Drehzahlen des Rades 38 an die Heckvortriebssy stemsteuerung 44 zu liefern. Zusätzlich werden auch die Drehzahlen des Motor/ Generator-Systems 40 in den Computeralgorithmus der Heckvor triebssystemsteuerung 44 eingegeben.

Demgemäß sieht, da das Heckvortriebssystem 12 eine Gangschaltsequenz durchläuft, bei der ein Drehmomentabfall auftritt, die Heckvortriebssy stemsteuerung 44 eine Drehmomentanweisung für das Motor/Generator- System 40 vor, die die erforderliche Drehmomentkorrektur für die Ein gangswelle 26 vorsieht.

Wenn beispielsweise die Kupplung 24 aus dem Schwungrad 22 ausge rückt ist, legt der Verbrennungsmotor 16 keine Torsionskraft an die Ein gangswelle 26 an, und daher führt, um diesen Mangel zu ergänzen, die Heckvortriebssystemsteuerung 44 ein Anweisungssignal aus, das zur Fol ge hat, daß das Motor/Generator-System 40 eine Korrekturtorsionskraft an die Eingangswelle 26 anlegt.

Umgekehrt führt, wenn die Kupplung 24 mit dem Schwungrad 22 wieder in Eingriff gebracht ist, die Heckvortriebssystemsteuerung 45 ein Anwei sungssignal aus, das zur Folge hat, daß das Motor/Generator-System 40 keine Korrekturtorsionskraft mehr anlegt.

Demgemäß ergänzt das Motor/Generator-System 40 die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 16, was zuläßt, daß das Hybridfahrzeug 10 ein Vor triebssystem mit hohem Wirkungsgrad verwenden kann, das einen Ver brennungsmotor gekoppelt mit einem automatisierten Handschaltgetriebe verwendet, das die Nachteile eines derartigen Systems auf das Fahrver halten nicht aufweist.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, veranschaulicht ein Flußdiagramm die Drehmo mentkorrekturen des Motor/Generator-Systems, die aus Raddrehzahl messungen berechnet werden, die in einen Anweisungsschritt 50 eingege ben werden. Der Anweisungsschritt 50 bestimmt den Durchschnitt der Raddrehzahl. Ein Schritt 52 empfängt die durchschnittliche Raddrehzahl zusätzlich zu der Drehzahl des Motor/Generator-Systems (MGS-RPM). Schritt 52 berechnet auf Grundlage dieser Eingänge eine Delta RPM (Delta Drehzahl), die in einen Phasenkompensator 54 eingegeben wird, der einen Eingang in einen Schritt 56 liefert. Schritt 56 bestimmt die Dämpfungs verstärkung, die durch das Motor/Generator-System 40 angelegt werden soll. Demgemäß beeinflußt das Motor/Generator-System 40 die Ein gangswelle, um eine Dämpfungskompensation vorzusehen.

Als eine Alternative zeigt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, ein Flußdiagramm die Dämpfungskompensation auf Grundlage der Drehzahl des Mo tor/Generator-Systems (MGS-RPM). Die Drehzahlen des Motor/Generator- Systems werden in einen Schritt 50 eingegeben, der die Delta RPM (Delta Drehzahl) unter Verwendung der folgenden Formel: (Z-1)²/(Z-A)² bestimmt.

Wie in der Ausführungsform von Fig. 3 gezeigt ist, wird die Delta Drehzahl in einen Phasenkompensator 54 eingegeben und das resultierende Drehmoment des Motor/Generator-Systems berechnet.

In den Fig. 5 und 6 ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erindung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind Komponententeile, die ähnliche oder analoge Funktionen ausführen, mit Mehrfachen von 100 beziffert.

Hierbei weist das Hybridfahrzeug 110 ein regeneratives Bremssystem 160 auf. Das regenerative Bremssystem 160 sieht in Ansprechen auf eine von einem Fahrer angelegte Stoppanforderung eine Drehmomentkraft an die Eingangswelle oder die Radachsen vor. Dieses Drehmoment sieht auch eine Drehkraft auf den Generatorabschnitt des Motor/ Generator-Systems vor, und demgemäß bildet der Generator eine Stromquelle, die dazu ver wendet wird, die Komponenten des Fahrzeugs zu betreiben oder das Bat teriesystem des Fahrzeugs zu laden. Um die Ausbeute an regenerativer Energie zu maximieren, besteht das hauptsächliche Ansprechen des Hy bridfahrzeugs auf einem von einen Anwender angelegten Bremspedalein gang darin, ein negatives Drehmoment mit beiden der Front- und Hecke lektroantriebssysteme eines parallelen Hybridfahrzeugs anzulegen. Das Fahrzeug ist auch mit einem Reibungsbremssystem ausgerüstet, das nur angewendet wird, wenn die Elektromotordrehmomente nicht groß genug sind, um die Bremsanforderung des Fahrers zu erfüllen.

Diese Wirkung resultiert in einer plötzlichen Drehmomentumkehr des Traktionsantriebssystemes. Da eine erhebliche Größe an Spiel in diesen Reihen von Zahnrädern und Kopplungen besteht, die die Elektromotoren mit den Antriebsrädern verbinden, bewirkt diese Drehmomentumkehr ei ne Störung, die als "dumpfes Geräusch des Antriebsstrangs" bekannt ist. Das Steuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung verhindert das dumpfe Geräusch durch Steuerung des Drehmomentes in dem Antriebs strang, so daß es sich dem Nullpunkt annähert und seine Richtung auf eine glatte Art und Weise umkehrt, die die Dynamik und das Spiel in dem Antriebsstrang berücksichtigt.

Fig. 5 zeigt den Prozeß zur Steuerung des dumpfen Geräusches. Das Drehmoment wird an die Achse des Hybridfahrzeugs angelegt, wobei die Achse wie eine Uhrfeder wirkt und sich in einem aufgewickelten Zustand befindet. Wenn sich die Antriebs- oder Drehmomentanforderung Null an nähert, wird die Achse abgewickelt. Demgemäß befindet sich kein Drehmoment an der Achse, wenn das Fahrzeug das Spiel durchläuft. Da her baut sich, wenn das Spiel aufgenommen ist, das Drehmoment in einer entgegengesetzten Richtung auf, wenn sich die Achse in der entgegenge setzten Richtung aufwickelt.

Das System zur Steuerung des dumpfen Geräusches der vorliegenden Er findung befindet sich abhängig von der Drehmomentanforderung des Fah rers und der Dynamik des Antriebsstranges in dem abgewickelten Zu stand, Spielzustand oder wieder aufgewickelten Zustand.

In dem abgewickelten Zustand wird die Größe der Achsenlinienverwin dung kontinuierlich geschätzt und das Motordrehmoment so gesteuert, daß die Änderungsrate und Achsenverwindung zur gleichen Zeit Null ist, wenn das Drehmoment Null ist. An diesem Punkt wird das Motordrehmo ment in einem langsamen Anstieg gesteuert, um das Spiel zu durchlaufen.

Sobald das Spiel überwunden ist, befindet sich das Fahrzeug nun in dem Wiederaufwickelzustand, bei dem das Motordrehmoment derart gesteuert wird, daß die Dynamik des Antriebsstranges nicht erregt wird, was eine unerwünschte Wirkung auf den Fahrer zur Folge haben könnte.

In Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm 162 den Signalfluß zur Steuerung des dumpfen Geräusches. Ein erster Schritt 164 empfängt Eingänge in der Form von Fahrzeugraddrehzahlen, und dieselben werden gemittelt, um eine durchschnittliche Fahrzeugraddrehzahl zu bilden, die in einen Schritt 166 eingegeben wird. Die durchschnittliche Raddrehzahl wird dann mit einem Getriebeübersetzungsverhältnis multipliziert, um eine skalierte Raddrehzahl zu erhalten, die in einen Schritt 168 eingegeben wird, um die Motordrehmomentanweisung zu berechnen. Die durchschnittliche Rad drehzahl wird auch in eine dynamische Bewertungseinheit 170 eingege ben. Die dynamische Bewertungseinheit 170 bewertet die Achsenverwin dung auf Grundlage der Eingänge des Motordrehmomentes, der Motor drehzahl und der durchschnittlichen Raddrehzahl.

Schritt 168 berechnet die Motordrehmomentanweisung auf Grundlage der Eingänge der geschätzten Achsenverwindung, der Antriebs- oder Drehmomentanforderung, der Motordrehzahl und der skalierten Raddreh zahl. Die resultierende Motordrehmomentanweisung wird dann in die RPS-Systemsteuerung eingegeben, die den Ausgang des Motor/Generator- Systems modifiziert, um die erforderliche Drehmomentkraft zu schaffen.

Zusammengefaßt verwendet ein Vortriebssystem, das für Hybridfahrzeuge ausgebildet ist, einen ersten Drehmomentweg von einem gekoppelten Mo tor-Generator-System und Verbrennungsmotor durch ein automatisiert geschaltetes Handschaltgetriebe mit einem zweiten Drehmomentweg von einer Quelle des zweiten Drehmoments an die Räder. Das System umfaßt den hohen Wirkungsgrad eines Handschaltgetriebes mit der Glattheit hochentwickelter Automatikgetriebe durch Verwendung eines zweiten Drehmomentweges, um das von einem Fahrer angeforderte Drehmoment während Schalt- und Bremsanforderungen beizubehalten.

Claims

1. Verfahren zur Lieferung einer Vortriebskraft für ein Hybridfahrzeug, das umfaßt, daß:

a) eine erste Antriebskraft an zumindest ein Rad des Hybridfahr zeugs geliefert wird, wobei die erste Antriebskraft durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wird, der mit einem automatisierten Handschaltgetriebe gekoppelt ist;
b) Drehmomentabfälle oder -oszillationen in Verbindung mit einem Schalten des automatisierten Handschaltgetriebes vorhergese hen werden; und
c) eine zweite Antriebskraft an das Rad geliefert wird, wobei die zweite Antriebskraft die Drehmomentabfälle oder -oszillationen verhindert.

2. Verfahren zur Lieferung einer Vortriebskraft für ein Hybridfahrzeug, das umfaßt: daß

a) eine erste Antriebskraft an zumindest ein Rad des Hybridfahr zeugs geliefert wird, wobei die erste Antriebskraft durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wird, der mit einem automatisierten Handschaltgetriebe gekoppelt ist;
b) Drehmomentabfälle oder -oszillationen in Verbindung mit einem Schalten des automatisierten Handschaltgetriebes vorhergese hen werden; und
c) eine zweite Antriebskraft an ein anderes Rad des Hybridfahrzeu ges geliefert wird, wobei die zweite Antriebskraft die Drehmo mentabfälle oder -oszillationen verhindert.

3. Verfahren zur Lieferung einer Vortriebskraft an ein Hybridfahrzeug, das umfaßt, daß:

a) ein erster Drehmomentweg zur Lieferung einer Antriebskraft an zumindest ein Rad des Fahrzeugs verwendet wird; und
b) ein zweiter Drehmomentweg zur Lieferung einer ergänzenden Antriebskraft an zumindest ein Rad des Fahrzeugs verwendet wird, wobei der zweite Drehmomentweg während einer Schaltse quenz eines automatisierten Handschaltgetriebes aktiviert ist.

4. Verfahren zur Lieferung einer Antriebskraft an ein Hybridfahrzeug, das umfaßt, daß:

a) Rampenprofile verwendet werden, um das Summendrehmoment zu modifizieren, das an die Eingangswelle durch zumindest zwei Vortriebssysteme angelegt wird; und
b) die Eigenschaften der Vortriebssysteme in einem einzelnen Wert kombiniert werden, wobei der Wert ein optimaler Zustand zur Modifikation des an die Eingangswelle angelegten Summen drehmomentes ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassen, daß:

a) ein erstes Vortriebssystem vorgesehen wird, das derart ausgebil det und positioniert ist, um eine Antriebskraft an zumindest ein Rad des Fahrzeugs zu liefern;
b) ein zweites Vortriebssystem vorgesehen wird, das derart ausge bildet und positioniert ist, um eine Antriebskraft an ein anderes Rad des Fahrzeugs zu liefern;
c) eine zweite Vortriebssystemsteuerung vorgesehen wird, um das zweite Vortriebssystem zu betätigen; und
d) eine Systemsteuerung vorgesehen wird, um das erste Vortriebs system zu betätigen und eine Anweisungsanforderung an das zweite Vortriebssteuersystem zu liefern, wobei die Systemsteue rung einen Steueralgorithmus zur Bestimmung der erforderli chen Anweisungen verwendet, die an die ersten und zweiten Vortriebssysteme geliefert werden, um so das Hybridfahrzeug mit einer kontinuierlichen Antriebskraft zu versehen.

6. Vortriebssystem zur Verwendung in einem Hybridfahrzeug, mit:

a) einem ersten Vortriebssystem, das derart ausgebildet und posi tioniert ist, um eine Antriebskraft an zumindest ein Rad des Fahrzeugs zu liefern;
b) einem zweiten Vortriebssystem, das derart ausgebildet und po sitioniert ist, um eine Antriebskraft an ein anderes Rad des Fahrzeugs zu liefern;
c) einer zweiten Vortriebssystemsteuerung zur Betätigung des zweiten Vortriebssystemes; und
d) eine Systemsteuerung zur Betätigung des ersten Vortriebssy stemes und zur Lieferung einer Anweisungsanforderung an das zweite Vortriebssteuersystem, wobei das Steuersystem einen Steueralgorithmus zur Bestimmung der erforderlichen Anwei sungen verwendet, die an die ersten und zweiten Vortriebssy steme geliefert werden, um so das Hybridfahrzeug mit einer kontinuierlichen Antriebskraft zu versehen.

7. Vortriebssystem nach Anspruch 6, wobei das zweite Vortriebssystem umfaßt:

a) einen Verbrennungsmotor, der eine Antriebskraft an ein auto matisiertes Handschaltgetriebe liefert, das eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Ausgangswelle der art ausgebildet, bemessen und positioniert ist, um eine An triebskraft an zumindest ein Rad des Fahrzeugs zu liefern.

8. Vortriebssystem nach Anspruch 7, ferner mit:

a) einem Motor/Generator-System, das mit der Eingangswelle an einer ersten Position gekoppelt ist, und wobei die Eingangswelle mit dem Verbrennungsmotor an einer zweiten Position gekoppelt ist, wobei die zweite Position von der ersten Position entfernt ist, wobei das Motor/Generator-System derart ausgebildet ist, um eine Antriebskraft an die Eingangswelle zu liefern oder alternativ dazu eine Antriebskraft von der Eingangswelle zu empfangen.

9. Vortriebssystem nach Anspruch 8, wobei das Motor/Generator- System eine Drehmomentkraft an die Eingangswelle liefert, um das Schalten des Getriebes ohne Entkoppeln der Eingangswelle von dem Verbrennungsmotor zu erleichtern.

10. Vortriebssystem nach Anspruch 8, wobei das Motor/Generator- System eine elektrische Ladung erzeugt, die durch das Hybridfahr zeug verwendet wird.

11. Vortriebssystem nach Anspruch 8, wobei die Systemsteuerung einen Computeralgorithmus verwendet, um die Drehmomentkraft zu be stimmen, die an die Eingangswelle angelegt wird, um das Schalten des Getriebes zu erleichtern.

12. Vortriebssystem zum Gebrauch in einem Hybridfahrzeug, mit:

a) einem ersten Vortriebssystem, das derart ausgebildet und posi tioniert ist, um eine Antriebskraft an zumindest ein Rad des Fahrzeugs zu liefern;
b) einem zweiten Vortriebssystem, das derart ausgebildet und po sitioniert ist, um eine Antriebskraft an ein anderes Rad des Fahrzeugs zu liefern;
c) einer zweiten Vortriebssystemsteuerung zur Betätigung des zweiten Vortriebssystemes; und
d) einer Systemsteuerung zur Betätigung des ersten Vortriebssy stemes und zur Lieferung einer Anweisungsanforderung an das zweite Vortriebssteuersystem, wobei die Systemsteuerung einen Steueralgorithmus zur Bestimmung der erforderlichen Anwei sungen verwendet, die an die ersten und zweiten Vortriebssy steme geliefert werden, um so das Hybridfahrzeug mit einer kontinuierlichen Antriebskraft zu versehen.

13. Vortriebssystem nach Anspruch 12, wobei das zweite Vortriebssy stem umfaßt:

a) einen Verbrennungsmotor, der eine Antriebskraft an ein auto matisiertes Handschaltgetriebe liefert, das eine Eingangswelle und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Ausgangswelle der art ausgebildet, bemessen und positioniert ist, um eine An triebskraft an einen zweiten Satz Räder zu liefern.

14. Vortriebssystem nach Anspruch 13, wobei das erste Vortriebssystem ein elektrischer Traktionsantrieb zur Lieferung eines kontinuierlichen Drehmomentausganges an einen ersten Satz von Rädern ist, und wo bei die Systemsteuerung das erste Vortriebssystem anweist, den kontinuierlichen Drehmomentausgang des ersten Vortriebssystemes zu erhöhen und/oder zu verringern, um das Hybridfahrzeug mit der kontinuierlichen Antriebskraft zu versehen.

15. Vortriebssystem nach Anspruch 9, wobei das erste Vortriebssystem ein elektrischer Traktionsantrieb zur Lieferung eines kontinuierlichen Drehmomentausganges an zumindest ein Rad des Fahrzeugs ist, und wobei die Systemsteuerung das erste Vortriebssystem anweist, um den kontinuierlichen Drehmomentausgang des ersten Vortriebssy stemes zu erhöhen und/oder zu verringern, um das Hybridfahrzeug mit der kontinuierlichen Antriebskraft zu versehen.