DE102005038125A1

DE102005038125A1 - Reduzierung von Drehmomentstörungen und Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs in elektrischen Hybridantriebssträngen

Info

Publication number: DE102005038125A1
Application number: DE102005038125A
Authority: DE
Inventors: Allen B. Waterford Rayl
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US7530413B2; US20060032684A1

Abstract

Ein Motorsteuerungssystem zum Steuern von Übergängen zwischen einem aktivierten und deaktivierten Modus in einem Hybridantriebsstrang, der von einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum und einer Elektromaschine angetrieben wird, enthält einen Rechner, der ein gewünschtes Drehmoment des Antriebsstrangs berechnet. Die Motorsteuerung steuert den Betrieb des Motors, um ein Motordrehmoment zu erzeugen. Eine Steuerung einer Elektromaschine steuert einen Betrieb der Elektromaschine, um ein Drehmoment der Elektromaschine zu erzeugen. Das Drehmoment der Elektromaschine ergänzt das Motordrehmoment, um während eines Übergangs vom aktivierten Modus zum deaktivierten Modus das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Hybridantriebsstränge und insbesondere auf ein Steuerungssystem zum Reduzieren von Drehmomentstörungen und Verbessern des Kraftstoffverbrauchs in einem elektrischen Hybridantriebsstrang.

Ein elektrischer Hybridantriebsstrang umfasst typischerweise einen Verbrennungsmotor und eine Elektromaschine. Der Motor treibt gewöhnlich den Antriebsstrang während Perioden mit erhöhter Last an. Die Elektromaschine kann den Motor während einer Beschleunigung ergänzen und während einer Abbremsung Energie rückgewinnen.

Einige Verbrennungsmotoren enthalten Motorsteuerungssysteme, die Zylinder unter Bedingungen mit geringer Last abschalten bzw. deaktivieren. Beispielsweise kann ein Achtzylindermotor unter Verwendung von vier Zylindern betrieben werden, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, indem Pumpverluste reduziert werden. Dieses Verfahren wird im Allgemeinen als Betrieb mit bedarfsabhängigem Hubraum oder DOD bezeichnet. Ein Betrieb unter Verwendung aller Motorzylinder wird als aktivierter Modus bezeichnet. Ein deaktivierter Modus bezieht sich auf einen Betrieb unter Verwendung von weniger als allen Zylindern des Motors (ein oder mehrere Zylinder nicht aktiv).

Obgleich DOD-Motoren den Kraftstoffverbrauch verbessern, bewirken Übergangsperioden zwischen aktiviertem und deaktiviertem Modus manchmal Drehmomentstörungen und/oder verringern die Kraftstoffeffizienz. Insbesondere während der Motorübergänge vom aktivierten Modus zum deaktivierten Modus könnte eine Störung des Motordrehmoments mit hoher Frequenz erzeugt und vom Fahrer wahrgenommen werden, da sie sich zum Antriebsstrang und Chassis fortpflanzt. Während der Motorübergänge vom deaktivierten Modus zum aktivierten Modus wird überschüssiges Drehmoment als Folge davon geliefert, dass der Druck des Ansaugkrümmers höher als notwendig ist. Manchmal wird eine Zündverzögerung genutzt, um das überschüssige Drehmoment zu begrenzen, während dieser Krümmerdruck sic abbaut; eine Zündverzögerung reduziert jedoch den Wirkungsgrad des Motors.

Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung ein Motorsteuerungssystem zum Steuern von Übergängen zwischen einem aktivierten und deaktivierten Modus in einem Hybridantriebsstrang, der von einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum und einer Elektromaschine angetrieben wird. Das Motorsteuerungssystem umfasst ein Drehmomente berechnendes Modul, das ein gewünschtes Drehmoment des Antriebsstrangs berechnet, und ein Motorsteuerungsmodul, das den Betrieb des Motors steuert, um ein Motordrehmoment zu erzeugen. Ein Steuerungsmodul für die Elektromaschine steuert den Betrieb der Elektromaschine, um ein Drehmoment der Elektromaschine zu erzeugen. Das Drehmoment der Elektromaschine ergänzt das Motordrehmoment, um während eines Übergangs von einem aktivierten Modus zum deaktivierten Modus das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen.

In einem Merkmal berechnet das Drehmomente berechnende Modul ein überschüssiges Motordrehmoment, und die Steuerung der Elektroma schine steuert den Betrieb der Elektromaschine, um das überschüssige Motordrehmoment, welches dann in der Batterie gespeichert wird, während eines Übergangs vom deaktivierten Modus zum aktivierten Modus aufzunehmen bzw. zu absorbieren.

In einem anderen Merkmal reduziert das Motorsteuerungsmodul das Motordrehmoment unter Verwendung einer Zündverzögerung, wenn das überschüssige Motordrehmoment ein maximales Absorptionsmoment der Elektromaschine übersteigt.

In einem weiteren Merkmal empfängt das Motorsteuerungsmodul ein Aktivierungssignal und ein Deaktivierungssignal basierend auf einem Betriebszustand des Motors.

In noch einem weiteren Merkmal schliesst der Betriebszustand die Motorlast ein.

In noch einem anderen Merkmal beinhaltet der Motorzustand die Motordrehzahl.

Weitere Anwendungsfelder der vorliegenden Erfindung werden aus der im Folgenden gelieferten detaillierten Beschreibung ersichtlich werden. Es sollte sich verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifischen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, nur zu Veranschaulichungszwecken und nicht zur Beschränkung des Umfangs der Erfindung gedacht sind.

Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in dieser zeigt:

1 ein Funktionsblockdiagramm, das einen elektrischen Hybridantriebsstrang veranschaulicht, der einen Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum (DOD), eine Elektromaschine und ein Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;

2 eine graphische Darstellung, die eine Drehmomentstörung veranschaulicht, die während eines Übergangs von einem aktivierten Modus zu einem deaktivierten Modus auftritt;

3 ein Flussdiagramm, das Schritte zur Deaktivierung von Zylindern veranschaulicht, die vom Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden;

4 eine graphische Darstellung, die ein Glätten des Übergangsdrehmoments während einer Zylinderdeaktivierung bzw. -abschaltung veranschaulicht;

5 ein Flussdiagramm, das Schritte zur Aktivierung von Zylindern veranschaulicht, die vom Steuerungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden;

6 eine graphische Darstellung, die eine Drehmomentglättung und Energieabsorption während einer Zylinderaktivierung in einem Szenario veranschaulicht;

7 eine graphische Darstellung, die eine Drehmomentglättung und Energieabsorption während einer Zylinderaktivierung in einem alternativen Szenario veranschaulicht;

8 eine graphische Darstellung, die eine herkömmliche Drehmomentglättung während einer Zylinderaktivierung veranschaulicht; und

9 ein Funktionsblockdiagramm, das das Steuerungssystem der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist in ihrer Art nur beispielhaft und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen beschränken. Der Klarheit halber werden die gleichen Bezugsziffern in den Zeichnungen verwendet, um ähnliche Elemente zu kennzeichnen. Wie hierin verwendet bezieht sich eingeschaltet bzw. aktiviert auf einen Betrieb unter Verwendung aller Motorzylinder. Abgeschaltet bzw. deaktiviert bezieht sich auf einen Betrieb unter Verwendung von weniger als allen Zylindern des Motors (ein oder mehrere Zylinder nicht aktiv). Wie hierin verwendet bezieht sich der Ausdruck Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zweckbestimmt oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität liefern.
Bezugnehmend nun auf 1 enthält ein Hybridelektrofahrzeug 10 einen Motor 12, der ein Getriebe 14 antreibt. Das Getriebe 14 ist entweder ein automatisches oder manuelles Getriebe, das über einen entsprechenden Drehmomentwandler oder eine Kupplung 16 vom Motor 12 angetrieben wird. Luft strömt durch eine Drossel 13 in den Motor 12. Der Motor 12 umfasst N Zylinder 18. Ein oder mehrere der Zylinder 18 werden während eines Motorbetriebs selektiv abgeschaltet bzw. deaktiviert. Obgleich 1 acht Zylinder darstellt (N = 8), erkennt man, dass der Motor mehr oder weniger Zylinder 18 enthalten kann. Beispielsweise werden Motoren mit 4, 5, 6, 8, 10, 12 und 16 Zylinder in Betracht gezogen. Luft strömt über einen Ansaugkrümmer 20 in den Motor 12 und wird mit Kraftstoff in den Zylindern 18 verbrannt.
Das Fahrzeug 10 enthält ferner eine Elektromaschine 22 und eine Batterie 24. Die Elektromaschine 22 kann in einem Motormodus oder einem Generatormodus betrieben werden. Im Motormodus wird die Elektromaschine 22 von der Batterie 24 gespeist und treibt das Getriebe 14 an. Im Generatormodus wird die Elektromaschine 22 durch das Getriebe 14 angetrieben und erzeugt elektrische Energie, um die Batterie 24 zu laden. Man kann erkennen, dass die Batterie 24 zusätzlich zur Elektromaschine 24 andere Zusatzgeräte des Fahrzeugs speisen kann.
Ein Controller 26 kommuniziert mit dem Motor 12, der Elektromaschine 22 und verschiedenen Eingängen und Sensoren, wie hierin diskutiert wird. Ein Fahrer des Fahrzeugs betätigt ein Gaspedal 28, um die Drossel 13 zu regulieren. Insbesondere erzeugt ein Pedalstellungssensor 30 ein Pedalstellungssignal, das an den Controller 26 übermittelt wird. Der Controller 26 erzeugt auf der Basis des Pedalpositionssignals ein Drosselsteuerungssignal. Ein (nicht dargestelltes) Drosselstellglied verstellt die Drossel 13 basierend auf dem Drosselsteuerungssignal, um den Luftstrom in den Motor 12 zu regulieren.
Der Fahrer des Fahrzeugs betätigt ein Bremspedal 32, um den Bremsvorgang des Fahrzeugs zu regulieren. Insbesondere erzeugt ein Bremsstellungssensor 34 ein Signal der Bremspedalstellung, das zum Controller 26 übertragen wird. Der Controller 26 erzeugt auf der Basis des Signals der Bremspedalstellung ein Bremssteuerungssignal. Ein (nicht dargestelltes) Bremssystem stellt den Bremsvorgang des Fahrzeugs basierend auf dem Bremssteuerungssignal ein, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu regulieren. Ein Motordrehzahlsensor 36 erzeugt ein Signal basierend auf der Motordrehzahl. Ein Sensor 38 für den Ansaugdruck (MAP) erzeugt ein auf dem Druck des Ansaugkrümmers 20 basierendes Signal. Ein Drosselstellungssensor (TPS) 40 erzeugt ein Signal auf der Basis der Drosselstellung. Ein Luftmassenstromsensor (MAF) 42 erzeugt ein Signal auf der Basis eines Luftstroms in die Drossel 13.
Wenn die Anforderungen bezüglich der Fahrzeuglast mit dem von weniger als allen Zylindern erzeugten Drehmoment erfüllt werden können, führt der Controller 26 den Motor 12 in den deaktivierten Modus über. In einer beispielhaften Ausführungsform werden N/2 Zylinder 18 abgeschaltet bzw. deaktiviert, obgleich ein oder mehrere Zylinder deaktiviert werden können. Bei Deaktivierung der ausgewählten Zylinder erhöht der Controller 26 die Leistungsabgabe der übrigen Zylinder 18 durch Verstellen der Stellung der Drossel 13. Die Motorlast wird basierend auf den MAP, MAF, RPM und anderen Eingaben bestimmt. Insbesondere kann, falls der Motorunterdruck oberhalb eines Schwellenpegels für ein gegebenes RPM liegt, die Motorlast von weniger als allen Zylindern bereitgestellt werden, und der Motor 12 wird im deaktivierten Modus betrieben. Falls der Unterdruck unterhalb eines zweiten Schwellenpegels für das gegebene RPM liegt, kann die Motorlast nicht von weniger als allen Zylindern bereitgestellt werden, und der Motor 12 wird im aktivierten Modus betrieben. Der Controller 26 steuert den Motor 12 auf der Basis der Steuerung des DOD-Motors, wie im Folgenden beschrieben wird.
Bezugnehmend nun auf 2 wird ein Drehmoment des Antriebsstrangs eines herkömmlichen DOD-Antriebsstrangs graphisch veranschaulicht. Ein Übergang vom aktivierten Modus zum deaktivierten Modus hat eine Drehmomentstörung zur Folge. Die Amplitude dieser Störung neigt dazu, mit der Amplitude des nominellen Motordrehmoments zuzunehmen. Die Steuerung des DOD-Motors reduziert die Drehmomentstörungen im Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs während eines Übergangs vom aktivierten Modus zum deaktivierten Modus. Konkreter bestimmt die Steuerung des DOD-Motors ein gewünschtes Drehmoment des Antriebsstrangs und reduziert gleichzeitig das Motordrehmoment und erhöht das Drehmoment der Elektromaschine, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erzielen. Mit anderen Worten ergänzt die Elektromaschine 22 den Motor 12, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu liefern. Die Steuerung des DOD-Motors deaktiviert die Zylinder 18, während der Motor 12 bei der reduzierten Drehmomentabgabe liegt. Da der Motor 12 mit einer reduzierten Drehmomentabgabe läuft, werden die Drehmomentstörungen des Motors reduziert.
Nach einem Eintreten in den deaktivierten Modus wird das Motordrehmoment erhöht und das Drehmoment der Elektromaschine verringert. Konkreter wird das Motordrehmoment erhöht, bis es gleich dem gewünschten Drehmoment des Antriebsstrangs ist. Gleichzeitig wird das Drehmoment der Elektromaschine auf Null verringert. Auf diese Weise liefert der Motor 12 das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs ohne ein ergänzendes Antriebsmoment von der Elektromaschine 22.
Bezugnehmend nun auf 3 wird im Detail die Deaktivierungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung diskutiert. In Schritt 200 bestimmt die Steuerung, ob in den deaktivierten Modus übergegangen werden soll. Falls der Übergang in den deaktivierten Modus stattfinden soll, fährt die Steuerung in Schritt 202 fort. Falls der Übergang in den deaktivierten Modus nicht stattfinden soll, kehrt die Steuerung in der Schleife zurück. In Schritt 202 stellt die Steuerung einen Zeitgeber ein.
In Schritt 204 bestimmt die Steuerung das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs (T_PTDES). T_PTDES wird als die Summe des vom Fahrer angegebenen Drehmoments (T_PEDAL) basierend auf dem Pedalstellungssignal und des Leerlaufdrehmoments des Motors (T_IDLE) basierend auf den Anforderungen für minimalen Luftstrom des Motors geliefert. Die Steuerung bestimmt in Schritt 206 das gewünschte Motordrehmoment (T_ENGDES). T_ENGDES wird als der maximale Wert der Differenz zwischen T_PTDES und dem maximalen Drehmoment des Elektromotors (T_EMMAX) und dem minimalen Motordrehmoment (T_ENGMIN) bestimmt. T_ENGMIN ist das minimale Drehmoment, unter das der Motor nicht gesteuert werden soll. T_ENGMIN kann ein vorprogrammierter Wert sein oder basierend auf herrschenden Betriebszuständen des Fahrzeugs berechnet werden. Da T_ENGDES als der maximale Wert bestimmt wird, kann T_ENGDES nicht niedriger als T_ENGMIN sein.
In Schritt 208 reduziert die Steuerung das Motordrehmoment (T_ENG), um T_ENGDES zu erreichen. Konkreter bestimmt der Controller 26 ein gewünschtes MAF und die Drosselfläche (A_THRDES) basierend auf Betriebsparametern einschließlich, nicht aber darauf beschränkt, T_ENGDES und RPM. Es wird damit auch in Betracht gezogen, dass der Controller 26 A_THRDES aus einer Nachschlagetabelle bestimmen oder A_THRDES basierend auf einem Motormodell berechnen kann. Gleichzeitig erhöht die Steuerung das Drehmoment (T_EM) der Elektromaschine, um T_PTDES zu erhalten. Auf diese Weise ergänzt T_EM das Motordrehmoment, während es auf T_ENGDES reduziert wird.
In Schritt 212 bestimmt die Steuerung, ob der Zeitgeber grösser als eine Schwelle ist. Falls der Zeitgeber grösser als die Schwelle ist, fährt die Steuerung in Schritt 214 fort. Falls der Zeitgeber nicht größer als die Schwelle ist, fährt die Steuerung in Schritt 216 fort. In Schritt 214 setzt die Steuerung ein Zeitüberschreitungs-Flag. Die Steuerung bestimmt in Schritt 216, ob T_ENG kleiner oder gleich T_ENGDES ist oder ob die Zeitüberschreitung erreicht wurde. Falls T_ENG nicht kleiner oder gleich T_ENGDES ist und die Zeitüberschreitung nicht erreicht wurde, fährt die Steuerung in Schritt 218 fort. Falls T_ENG kleiner oder gleich T_ENGDES ist oder die Zeitüberschreitung erreicht wurde, fährt die Steuerung in Schritt S220 fort. In Schritt 218 inkrementiert die Steuerung den Zeitgeber und kehrt in einer Schleife zu Schritt 204 zurück.
In Schritt 220 deaktiviert die Steuerung die gewünschte Anzahl von Zylindern 18. In Schritt 222 stellt die Steuerung den Zeitgeber ein. In Schritt 224 bestimmt die Steuerung das gewünschte Drehmoment (T_PTDES) des Antriebsstrangs. Die Steuerung bestimmt in Schritt 226 das gewünschte Motordrehmoment (T_ENGDES). In Schritt 228 erhöht die Steuerung T_ENG und verringert T_EM, um T_PTDES zu erhalten. Die Steuerung bestimmt in Schritt 230, ob der Zeitgeber grösser als eine Schwelle ist. Falls der Zeitgeber grösser als die Schwelle ist, fährt die Steuerung in Schritt 232 fort. Falls der Zeitgeber nicht grösser als die Schwelle ist, fährt die Steuerung in Schritt 234 fort. In Schritt 232 setzt die Steuerung ein Zeitüberschreitungs-Flag.
Die Steuerung bestimmt in Schritt 234, ob T_ENG größer oder gleich T_ENGDES ist oder ob die Zeitüberschreitung erreicht wurde. Falls T_ENG nicht größer oder gleich T_ENGDES ist und das Zeitüberschreitungs-Flag nicht gesetzt ist, fährt die Steuerung in Schritt 236 fort. Falls T_ENG größer oder gleich T_ENGDES ist oder das Zeitüberschreitungs-Flag gesetzt ist, fährt die Steuerung in Schritt 238 fort. In Schritt 236 inkrementiert die Steuerung den Zeitgeber und kehrt in einer Schleife zu Schritt 224 zurück. In Schritt 238 stellt die Steuerung T_EM auf Null ein. Auf diese Weise liefert einzig der Motor 12 T_PTDES.
Bezugnehmend nun auf 4 veranschaulicht eine graphische Darstellung beispielhafte Drehmomentkurven für T_PTDES, T_END und T_EM während des Deaktivierungsprozesses. T_ENG wird zu Anfang verringert und T_EM erhöht, um T_PTDES zu erhalten. Nach einer Zylinderdeaktivierung wird T_ENG erhöht, und T_EM wird verringert, um die T_PTDES zu erhalten, bis einzig der Motor 12 den Antriebsstrang im deaktivierten Modus antreibt.
Die Steuerung für einen DOD-Motor reduziert Drehmoment- und Kraftstoffverluste, während vom deaktivierten Modus zum aktivierten Modus übergegangen wird. Konkreter wird die Elektromaschine 22 im Generatormodus betrieben, um vom Motor 12 erzeugtes überschüssiges Drehmoment zu absorbieren bzw. aufzunehmen. Auf diese Weise wird die Energie des überschüssigen Drehmoments in elektrische Energie umgewandelt und nicht verloren, was bei Nutzung einer Zündverzögerung geschehen würde. Eine Zündverzögerung wird jedoch genutzt, um die Elektromaschine 22 zu ergänzen, falls das vom Motor 12 erzeugte überschüssige Drehmoment die energieabsorbierende Kapazität der Elektromaschine 22 übersteigt. Außerdem verbessert die reduzierte Nutzung der Zündverzögerung den Kraftstoffverbrauch.
Bezugnehmend nun auf 5 wird im Detail die Aktivierungssteuerung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Schritt 500 bestimmt die Steuerung, ob in den aktivierten Modus übergegangen werden soll. Falls die Steuerung bestimmt, dass nicht in den aktivierten Modus übergegangen werden soll, kehrt die Steuerung in einer Schleife zurück. Falls die Steuerung bestimmt, in den aktivierten Modus überzugehen, stellt die Steuerung in Schritt 502 einen Zeitgeber ein. In Schritt 503 aktiviert die Steuerung die Zylinder 18.
Die Steuerung bestimmt in Schritt 504 T_PTDES. In Schritt 506 bestimmt die Steuerung das überschüssige Motordrehmoment (T_ENGEXC). T_ENGEXC ist das Drehmoment, das von der Elektromaschine 22 absorbiert und/oder unter Nutzung einer Zündverzögerung reduziert werden soll. T_ENGEXC wird berechnet als: TENGEXC = TENGACT – TPTDES wobei: T_ENGACT das tatsächliche Motordrehmoment bei Zylinderaktivierung ist. T_ENGACT wird basierend auf MAP, MAF, der Motordrehzahl und anderen Eingaben entweder aus einer Nachschlagetabelle bestimmt oder durch den Controller 26 berechnet.
In Schritt 508 bestimmt die Steuerung, ob T_ENGEXC größer als das maximale Absorptionsdrehmoment der Elektromaschine 22 (T_GENMAX) ist. T_GENMAX ist der maximale Drehmomentbetrag, der von der im Generatormodus arbeitenden Elektromaschine 22 absorbiert werden kann. T_GENMAX ist der Wert, der im Speicher vorher gespeichert wird und vom Hersteller vorgegeben wird. Falls T_ENGEXC nicht größer als T_GENMAX ist, fährt die Steuerung in Schritt 510 fort. In diesem Fall kann die Elektromaschine 22 das gesamte T_ENGEXC absorbieren, und eine Zündverzögerung ist zur Ergänzung nicht erforderlich. Falls T_ENGEXC größer als T_GENMAX ist, fährt die Steuerung in Schritt 512 fort. In diesem Fall kann die Elektromaschine 22 nicht das ganze T_ENGEXC absorbieren, und eine Zündverzögerung ist zur Ergänzung erforderlich.
In Schritt 512 bestimmt die Steuerung den Drehmomentbetrag, der unter Nutzung einer Zündverzögerung reduziert werden soll (T_RTD). Im Allgemeinen wird T_RTD als die Differenz zwischen T_GENEXC und T_GENMAX bestimmt. Auf diese Weise tragen T_GENMAX Und T_RTD zu T_ENGEXC bei. In Schritt 514 bestimmt die Steuerung den Betrag der Zündverzögerung, der erforderlich ist, um T_ENGEXC um T_RTD Zu reduzieren, was auf Nachschlagetabellen gestützt oder vom Controller 26 berechnet werden kann. In Schritt 516 verzögert die Steuerung den Zündfunken, um T_ENGEXC um T_RTD zu reduzieren, und die Steuerung geht zu Schritt 510 weiter.
In Schritt 510 betreibt die Steuerung die Elektromaschine 22 im Generatormodus, um ein tatsächliches absorbiertes Drehmoment (T_GENACT) zu erreichen. Es sollte besonders erwähnt werden, dass eine Verzögerung als Folge der Zeit auftritt, die erforderlich ist, damit die Elektromaschine 22 ihre Kapazität zur Absorption von Drehmoment erhöht. In dem Fall, in dem T_ENGEXC kleiner oder gleich T_GENMAX ist, steigt T_GENACT allmählich an, bis es gleich T_ENGEXC ist. T_RTD ist anfangs gleich T_ENGEXC und geht allmählich auf Null, während T_GENACT ansteigt und T_ENGEXC mit dem Ansaugdruck abnimmt. Auf diese Weise ergänzt eine Zündverzögerung, während T_GENACT ansteigt. In dem Fall, in dem T_ENGEXC größer als T_GENMAX ist, nimmt T_GENACT allmählich zu, bis es T_GENMAX äquivalent ist. T_RTD ist anfangs gleich T_ENGEXC und geht allmählich auf Null, während T_GENACT ansteigt und T_ENGEXC abnimmt. Auf diese Weise ergänzt die Zündverzögerung für sowohl die Differenz zwischen T_ENGEXCUnd T_GENMAX als auch während T_GENACT auf T_GENMAX ansteigt.
In Schritt 518 bestimmt die Steuerung, ob T_ENGEXC kleiner oder gleich Null ist oder ob die Zeitüberschreitung erreicht wurde. Falls T_ENGEXC nicht kleiner oder gleich Null ist und die Zeitüberschreitung nicht erreicht wurde, fährt die Steuerung in Schritt 520 fort. Falls T_ENGEXC kleiner oder gleich Null ist oder die Zeitüberschreitung erreicht wurde, fährt die Steuerung in Schritt 522 fort. Die Steuerung inkrementiert den Zeitgeber in Schritt 520 und bestimmt in Schritt 524, ob der Zeitgeber eine Schwelle überschritten hat. Falls der Zeitgeber die Schwelle nicht überschritten hat, kehrt die Steuerung in einer Schleife zu Schritt 504 zurück. Falls der Zeitgeber die Schwelle überschritten hat, setzt die Steuerung in Schritt 526 ein Zeitüberschreitungs-Flag und kehrt in eine Schleife zu Schritt 504 zurück. In Schritt 522 beendet die Steuerung den Betrieb der Elektromaschine 22 und die Zündverzögerung. Auf diese Weise wird der Antriebsstrang durch den im aktivierten Modus arbeitenden Motor 12 angetrieben, um T_PTDES zu erreichen.
Bezugnehmend nun auf 6 veranschaulicht eine graphische Darstellung beispielhafte Drehmomentkurven für die Aktivierungssteuerung in dem Fall, in dem T_ENGEXC kleiner oder gleich T_GENMAX ist. Zu einem Zeitpunkt A schaltet der Motorbetrieb vom deaktivierten Modus zum aktivierten Modus um. Zu einem Zeitpunkt B weist T_ENGEXC eine Spitze auf, und eine Zündverzögerung wird ausgeführt, um T_ENGEXC und T_RTD Zu reduzieren. Zu Anfang ist T_RTD wegen der Zeitverzögerung, die erforderlich ist, damit T_GENACT ansteigt, T_ENGEXC äquivalent. Zwischen den Zeitpunkten B und C wird T_GENACT erhöht und T_RTD verringert. Die Summe von T_GENACT und T_RTD bleibt jedoch gleich T_ENGEXC.
Zum Zeitpunkt C wurde T_GENACT auf T_ENGEXC reduziert und T_RTD wurde auf Null reduziert. Da T_GENMAX größer oder gleich T_ENGEXC ist, ist eine Zündverzögerung nicht erforderlich, um eine Drehmomentabsorption zu ergänzen. Zwischen den Zeitpunkten C und D wird T_ENGEXC allmählich auf Null reduziert, während der Ansaugkrümmerdruck auf den gewünschten Pegel verringert wird. Entsprechend geht T_GENACT allmählich auf Null. Nach dem Zeitpunkt D ist T_ENGEXC Null. Daher ist eine Drehmomentabsorption nicht länger erforderlich. Die schraffierte Fläche veranschaulicht die Energie, die als Folge einer Zündverzögerung verloren wird. Die Fläche oberhalb der Kurve T_GENACT veranschaulicht die Energie, die unter Verwendung einer Absorption rückgewonnen wird.
Bezugnehmend nun auf 7 veranschaulicht eine graphische Darstellung beispielhafte Drehmomentkurven für die Aktivierungssteuerung in dem Fall, in dem T_ENGEXC T_GENMAX übersteigt (d.h. eine Zündverzögerung wird noch genutzt, um eine Drehmomentabsorption zu ergänzen, nachdem T_GENACT auf seinen maximalen Wert ansteigt). Zum Zeitpunkt E schaltet der Motorbetrieb vom deaktivierten Modus zum aktivierten Modus um. Zu einem Zeitpunkt F weist T_ENGEXC eine Spitze auf, und eine Zündverzögerung ist erforderlich, um T_ENGEXC um T_RTD zu reduzieren. Zu Anfang ist T_RTD wegen der Zeitverzögerung, die erforderlich ist, damit T_GENACT auf T_GENMAX ansteigt, T_ENGEXC äquivalent. Zwischen den Zeitpunkten F und G wird T_GENACT erhöht und T_RTD verringert. Die Summe von T_GENACT Und T_RTD wird verringert. Die Summe von T_GENACT Und T_RTD bleibt jedoch gleich T_ENGEXC. Zu einem Zeitpunkt G übersteigt T_ENGEXC noch T_GENMAX, und eine Zündverzögerung ist noch erforderlich.
Zum Zeitpunkt H ist T_ENGEXC auf T_GENMAX heruntergegangen, wurde T_RTD auf Null reduziert und T_GENACT auf T_GENMAX erhöht. Da T_ENGEXC auf T_GENMAX reduziert wurde, ist eine Zündverzögerung nicht länger erforderlich, um eine Drehmomentabsorption zu ergänzen. Zwischen Zeitpunkten H und I wird T_ENGEXC allmählich auf Null reduziert, während der Ansaugkrümmerdruck auf den gewünschten Pegel reduziert wird. Außerdem geht T_GENACT allmählich auf Null. Zu einem Zeitpunkt I liegt T_ENGEXC bei Null. Daher ist eine Drehmomentabsorption nicht länger erforderlich. Die schraffierte Fläche veranschaulicht die Energie, die als Folge einer Zündverzögerung verloren wird. Die Fläche oberhalb der Kurve T_GENACT veranschaulicht die E nergie, die unter Nutzung einer Absorption rückgewonnen wird. Da eine Zündverzögerung genutzt wird, um sowohl die Anstiegsperiode des Generators als auch die Differenz zwischen T_ENGEXC und T_GENMAX zu ergänzen, ist die an die Zündverzögerung verlorene Energie, die in 7 veranschaulicht ist, größer als die in 6 veranschaulichte.
Bezugnehmend nun auf 8 veranschaulicht eine graphische Darstellung beispielhafte Drehmomentkurven für eine herkömmliche Drehmomentglättung während einer Aktivierung. Eine herkömmliche Drehmomentglättung stützt sich einzig auf eine Zündverzögerung ohne eine Drehmomentabsorption durch eine Elektromaschine. Als Folge ist die während einer herkömmlichen Aktivierung verlorene Energie signifikant größer als jene unter Verwendung der Aktivierungssteuerung der vorliegenden Erfindung. Dies ist durch Vergleich der schraffierten Flächen der 6 und 7 mit der schraffierten Fläche von 8 veranschaulicht.
Die Aktivierungssteuerung der vorliegenden Erfindung liefert ein alternatives Verfahren zum Bestimmen von T_GENACT Und T_RTD. Das alternative Verfahren berücksichtigt eine etwaige Dynamik zwischen dem angeforderten Absorptionsdrehmoment (T_GENDES) und T_GENACT (d.h. dem tatsächlich absorbierten Drehmoment) und berücksichtigt Drehmomentverluste aufgrund eines Pumpvorgangs (T_PUMP) und Reibung (T_FRICTION). Konkreter bestimmt die Steuerung T_GENDES als das Minimum von T_ENGEXC Und T_GENMAX. Auf diese Weise ist T_GENDES auf T_GENMAX beschränkt. Das gewünschte gesamte angegebene Motordrehmoment (T_ENGDESIND) wird berechnet als: TENGDESIND = TPTDES + TGENACT + TPUMP + TFRICTION
T_ENGDESIND ist der gewünschte Drehmomentbetrag, der an den Antriebsstrang abgegeben werden soll.
Ein Punkt der minimalen Zündzeitpunktverstellung für bestes Drehmoment (MBT = Minimum Spark Advance for Best Torque) ist definiert als der Punkt, an welchem die geringste (minimale) Zündzeitpunktverstellung das höchste (beste) Drehmoment liefert. Eine Zündzeitpunktverstellung, die niedriger als der MBT-Punkt verzögert wird, hat einen reduzierten Wirkungsgrad des Motors zur Folge. Die Steuerung berechnet ein geschätztes angegebenes Motordrehmoment beim MBT-Punkt (T_ENGINDMBT). T_ENGINDMBT wird berechnet als: TENGINDMBT = TENGBRKMBT + TPUMP + TFRICTION wobei: T_ENGBRKMBT das maximale mögliche Motorbremsmoment ist, falls der Motor beim MBT-Punkt betrieben würde. T_ENGBRKMBT ist der Gesamtbetrag des Bremsdrehmoments, das durch den Motor bei Zylinderaktivierung ohne Zündverzögerung erzeugt werden könnte. Daher ist T_ENGEXC die Differenz zwischen dem Drehmoment, das vom Motor bei MBT erzeugt werden könnte, und dem gewünschten angegebenen Drehmoment und wird berechnet als: TENGEXC = TENGACTMBT – TENGDESIND.
Der prozentuale Anteil des Drehmoments, das unter Verwendung einer Zündverzögerung (%T_RTD) reduziert werden soll, wird berechnet als: %TRTD = (TENGINDMBT – TENGDESIND)/TENGINDMBT = TENGEXC/TENGINDMBT
Die verbleibenden % des Drehmoments werden an das Getriebe abgegeben, an Pumpvorgänge und Reibung verloren und unter Nutzung der Elektromaschine 22 als T_GENACT absorbiert.
Bezugnehmend nun auf 9 wird ein funktionales Blockdiagramm veranschaulicht. Ein Modul 900 zur Deaktivierung von Zylindern erzeugt basierend auf dem MAP, MAF, der RPM des Motors und anderen Signalen ein aktiviertes (ACT) oder deaktiviertes (DEACT) Signal. Das ACT/DEACT-Signal kann unter Verwendung einer Nachschlagetabelle basierend auf MAP und RPM bestimmt werden oder auf der Basis einer mathematischen Formel unter Verwendung von MAP und RPM als Eingaben berechnet werden. Das ACT/DEACT-Signal wird an ein Drehmomente berechnendes Modul 904 gesendet.
Das Drehmomente berechnende Modul 904 berechnet basierend auf T_PEDAL Und T_IDLE T_PTDES, T_EM und T_ENGDES. T_EM und T_ENGDES werden an das Steuerungsmodul 906 der Elektromaschine bzw. das Steuerungsmodul 908 des Motors gesendet. Das Steuerungsmodul 906 der Elektromaschine und das Steuerungsmodul 908 des Motors liefern eine Rückkopplung zum Drehmomente berechnenden Modul. Die Steuerung 906 der Elektromaschine und die Steuerung 908 des Motors steuern jeweils einen Betrieb der Elektromaschine 22 und des Motors 12 gemäß der Aktivierungs- und Deaktivierungssteuerung, wie oben im Detail diskutiert wurde.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die allgemeinen Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Formen ausgeführt werden können. Obgleich diese Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen davon beschrieben wurde, soll daher der wahre Umfang der Erfindung nicht beschränkt sein, da andere Modifikationen dem Fachmann beim Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche ersichtlich werden.
Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Motorsteuerungssystem zum Steuern von Übergängen zwischen einem aktivierten und deaktivierten Modus in einem Hybridantriebsstrang, der von einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum und einer Elektromaschine angetrieben wird, das einen Rechner enthält, der ein gewünschtes Drehmoment des Antriebsstrangs berechnet. Die Motorsteuerung steuert den Betrieb des Motors, um ein Motordrehmoment zu erzeugen. Eine Steuerung einer Elektroma schine steuert einen Betrieb der Elektromaschine, um ein Drehmoment der Elektromaschine erzeugen. Das Drehmoment der Elektromaschine ergänzt das Motordrehmoment, um während eines Übergangs vom aktivierten Modus zum deaktivierten Modus das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen.

Claims

Motorsteuerungssystem zum Steuern von Übergängen zwischen einem aktivierten und deaktivierten Modus in einem Hybridantriebsstrang, der von einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum und einer Elektromaschine angetrieben wird, mit: einem Drehmomente berechnenden Modul, das ein gewünschtes Drehmoment des Antriebsstrangs berechnet; einem Motorsteuerungsmodul, das einen Betrieb des Motors steuert, um ein Motordrehmoment zu erzeugen; und einem Steuerungsmodul der Elektromaschine, das einen Betrieb der Elektromaschine steuert, um ein Drehmoment der Elektromaschine zu erzeugen, wobei das Drehmoment der Elektromaschine das Motordrehmoment ergänzt, um während eines Übergangs von dem aktivierten Modus zum deaktivierten Modus das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomente berechnende Modul ein überschüssiges Motordrehmoment berechnet und die Steuerung der Elektromaschine den Betrieb der Elektromaschine steuert, um das überschüssige Motordrehmoment während eines Übergangs von dem deaktivierten Modus zum aktivierten Modus zu absorbieren.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuerungsmodul das Motordrehmoment unter Nutzung einer Zündverzögerung reduziert, wenn das überschüssige Motordrehmoment ein maximales Absorptionsdrehmoment der Elektromaschine übersteigt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsteuerungsmodul ein Aktivierungssignal und ein Deaktivierungssignal auf der Basis eines Betriebszustands des Motors empfängt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand die Motorlast einschließt.
Motorsteuerungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand die Motordrehzahl einschließt.
Hybridelektrofahrzeug, mit: einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum, der in einem aktivierten Modus oder einem deaktivierten Modus betreibbar ist; einer Elektromaschine, die in einem Motormodus oder einem Generatormodus betreibbar ist, und einem Controller, der ein gewünschtes Drehmoment des Antriebsstrangs berechnet, eine maximale Drehmomentabgabe der Elektromaschine bestimmt, eine Drehmomentabgabe des Motors um die maximale Drehmomentabgabe der Elektromaschine reduziert, eine Drehmomentabgabe der Elektromaschine erhöht, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen, und Zylinder des Motors deaktiviert.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller die Drehmomentabgabe des Motors erhöht und die Drehmomentabgabe der Elektromaschine reduziert, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs nach einem Deaktivieren von Zylindern des Motors zu erhalten.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentabgabe des Motors erhöht wird, bis sie gleich dem gewünschten Drehmoment des Antriebsstrangs ist.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentabgabe der Elektromaschine auf Null reduziert wird.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs auf der Basis eines Eingangsdrehmoments und eines Leerlaufdrehmoments bestimmt wird.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller die Zylinder des Motors aktiviert, eine über schüssige Drehmomentabgabe des Motors berechnet und die Elektromaschine betreibt, um zumindest einen Teil der überschüssigen Drehmomentabgabe zu absorbieren.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller einen Zündfunken des Motors verzögert, um einen Restbetrag der überschüssigen Drehmomentabgabe zu reduzieren.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verzögern des Zündfunkens ausgeführt wird, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe ein maximales Adsorptionsdrehmoment der Elektromaschine übersteigt.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Drehmomentabgabe basierend auf einer tatsächlichen Drehmomentabgabe des Motors und dem gewünschten Drehmoment des Antriebsstrangs berechnet wird.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller einen Betrieb der Elektromaschine beendet, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe Null ist.
Hybridelektrofahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller einen Betrieb der Elektromaschine beendet und eine Zündverzögerung des Motors beendet, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe Null ist.
Verfahren für einen Übergang zwischen einem aktivierten und deaktivierten Modus in einem Hybridantriebsstrang, der von einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum und einer Elektromaschine angetrieben wird, mit den Schritten: Berechnen eines gewünschten Drehmoments des Antriebsstrangs; Bestimmen einer maximalen Drehmomentabgabe der Elektromaschine; Reduzieren der Drehmomentabgabe des Motors um die maximale Drehmomentabgabe der Elektromaschine; Erhöhen der Drehmomentabgabe der Elektromaschine, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen; und Deaktivieren von Zylindern des Motors.
Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Erhöhen der Drehmomentabgabe des Motors und Reduzieren der Drehmomentabgabe der Elektromaschine, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs nach dem Schritt eines Deaktivierens von Zylindern des Motors zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentabgabe des Motors erhöht wird, bis sie gleich dem gewünschten Drehmoment des Antriebsstrangs ist.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentabgabe der Elektromaschine auf Null reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs auf der Basis eines Antriebsdrehmoments und eines Leerlaufdrehmoments bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch: Aktivieren der Zylinder des Motors; Berechnen einer überschüssigen Drehmomentabgabe des Motors; und Betreiben der Elektromaschine, um zumindest einen Teil der überschüssigen Drehmomentabgabe zu absorbieren.
Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Verzögern eines Zündfunkens des Motors, um einen Restbetrag der überschüssigen Drehmomentabgabe zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt eines Verzögerns des Zündfunkens ausgeführt wird, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe ein maximales Absorptionsdrehmoment der Elektromaschine übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Drehmomentabgabe auf der Basis einer tatsächlichen Drehmomentabgabe des Motors und des gewünschten Drehmoments des Antriebsstrangs berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Beenden eines Betriebs der Elektromaschine, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe Null ist.
Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch Beenden eines Betriebs der Elektromaschine und Beenden einer Zündverzögerung des Motors, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe Null ist.
Verfahren zum Reduzieren von Drehmomentstörungen während eines Übergangs zwischen einem aktivierten und deaktivierten Modus in einem Hybridantriebsstrang, der von einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum und einer Elektromaschine angetrieben wird, mit den Schritten: Berechnen eines gewünschten Drehmoments des Antriebsstrangs; Aktivieren der Zylinder des Motors; Berechnen einer überschüssigen Drehmomentabgabe des Motors; und Betreiben der Elektromaschine, um zumindest einen Teil der überschüssigen Drehmomentabgabe zu absorbieren.
Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch Verzögern eines Zündfunkens des Motors, um einen Restbetrag der überschüssigen Drehmomentabgabe zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt eines Verzögerns des Zündfunkens ausgeführt wird, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe ein maximales Absorptionsdrehmoment der Elektromaschine übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die überschüssige Drehmomentabgabe auf der Basis einer tatsächlichen Drehmomentabgabe des Motors und des gewünschten Drehmoments des Antriebsstrangs berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch Beenden eines Betriebs der Elektromaschine, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe Null ist.
Verfahren nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch Beenden eines Betriebs der Elektromaschine und Beenden einer Zündverzögerung des Motors, wenn die überschüssige Drehmomentabgabe Null ist.
Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch: Bestimmen einer maximalen Drehmomentabgabe der Elektromaschine; Reduzieren einer Drehmomentabgabe des Motors um die maximale Drehmomentabgabe der Elektromaschine; Erhöhen einer Drehmomentabgabe der Elektromaschine, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs zu erreichen; Deaktivieren von Zylindern des Motors; und Erhöhen der Drehmomentabgabe des Motors und Reduzieren der Drehmomentabgabe der Elektromaschine, um das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs nach dem Schritt eines Deaktivierens von Zylindern des Motors zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentabgabe des Motors erhöht wird, bis sie gleich dem gewünschten Drehmoment des Antriebsstrangs ist.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentabgabe der Elektromaschine auf Null reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das gewünschte Drehmoment des Antriebsstrangs auf der Basis eines Antriebsdrehmoments und eines Leerlaufdrehmoments bestimmt wird.