DE102006060401B4 - Fahrzeugantriebssystem - Google Patents

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  • Hybrid Electric Vehicles (AREA)

Abstract

Fahrzeugantriebssystem, umfassend:eine Brennkraftmaschine (14) mit einem Maschinenabtrieb (18);ein elektromechanisches Getriebe (10), umfassendeinen Getriebeantrieb (12) und einen Getriebeabtrieb (64), wobei der Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Maschinenabtrieb (18) gekoppelt ist,zumindest einen Planetenradsatz (24, 26, 28), der den Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Getriebeabtrieb (64) mit einem Drehzahlverhältnis koppelt,zumindest eine Drehelektromaschine (56, 72), die mit dem zumindest einen Planetenradsatz (24, 26, 28) wirksam gekoppelt ist,undzumindest eine Drehmomentübertragungseinrichtung (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75), die eingerückt und ausgerückt wird, um selektiv (a) einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist; undein Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74), das betreibbar ist, umBedienereingaben und Betriebsbedingungen der Maschine (14) und des Getriebes (10) zu überwachen,zulässige der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) zu bestimmen,für jeden der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) optimale Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bestimmen, wobei die optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On), Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) durch einen Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst,einen der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) auszuwählen, undden Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der zumindest einen Drehmomentübertragungseinrichtung (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.

Description

  • Es sind verschiedene Hybridantriebsarchitekturen bekannt, um die Antriebs- und Abtriebsdrehmomente von verschiedenen Antriebsmaschinen in Hybridfahrzeugen, die normalerweise Brennkraftmaschinen und Elektromaschinen sind, zu verwalten. Reihenhybridarchitekturen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine aus, die einen Elektrogenerator antreibt, der wiederum elektrische Leistung an einen elektrischen Triebstrang und an ein Batteriepaket liefert. Die Brennkraftmaschine in einem Reihenhybrid ist nicht direkt mechanisch mit dem Triebstrang gekoppelt. Der Elektrogenerator kann auch in einem Motorantriebsmodus arbeiten, um eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine bereitzustellen, und der elektrische Triebstrang kann Bremsenergie des Fahrzeugs wieder auffangen, indem er auch in einem Generatormodus arbeitet, um das Batteriepaket wieder aufzuladen. Parallelhybridarchitekturen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor aus, die beide eine direkte mechanische Kopplung mit dem Triebstrang aufweisen. Der Triebstrang umfasst herkömmlich ein Schaltgetriebe, um die bevorzugten Übersetzungsverhältnisse für einen breiten Betriebsbereich bereitzustellen.
  • Eine Hybridantriebsstrangarchitektur umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung (two-mode, compound-split, electro-mechanical transmission), das ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Kraftmaschinen-Leistungsquelle und ein Abtriebselement zur Abgabe von Leistung von dem Getriebe, typischerweise an einem Fahrzeugtriebstrang, benutzt. Die Kraftmaschinen-Leistungsquelle umfasst typischerweise eine Brennkraftmaschine. Antriebsdrehmoment wird auf das Getriebe von einer ersten und einer zweiten Elektromaschine übertragen, die wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung zum Austausch elektrischer Leistung dazwischen verbunden sind. Es ist eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Elektromaschinen vorgesehen.
  • US 6 953 409 B2 , DE 10 2005 021 582 A1 und US 2005 / 0 080 537 A1 offenbaren jeweils Hybridantriebsstränge mit einer Brennkraftmaschine, zwei Elektromaschinen, mehreren Planetenradsätzen und mehreren Kupplungen um elektrisch verstellbare Betriebsmodi und Betriebsmodi mit festem Drehzahlverhältnis herzustellen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Hybridantriebsstrang-Steuersystem zur Verfügung zu stellen, das eine Steuerarchitektur aufweist, die betreibbar ist, um einen optimalen Betriebsmodus und einen optimalen Arbeitspunkt auszuwählen, und die betreibbar ist, um den Betrieb des Antriebsstrangsystems zu steuern.
  • Ein Fahrzeugantriebssystem umfasst eine Brennkraftmaschine mit einem Maschinenabtrieb, ein elektromechanisches Getriebe und ein Steuersystem. Das Getriebe weist einen Getriebeantrieb und einen Getriebeabtrieb auf, wobei der Getriebeantrieb wirksam mit dem Maschinenabtrieb gekoppelt ist. Das Getriebe umfasst auch zumindest einen Planetenradsatz, der den Getriebeantrieb wirksam mit dem Getriebeabtrieb mit einem Drehzahlverhältnis koppelt, zumindest eine Drehelektromaschine, die wirksam mit dem zumindest einen Planetenradsatz gekoppelt ist, und zumindest eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die eingerückt und ausgerückt wird, um selektiv (a) einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus, wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist. Das Steuersystem ist betreibbar, um Bedienereingaben und Betriebsbedingungen der Maschine und des Getriebes zu überwachen, zulässige Betriebsmodi der elektrisch verstellbaren und der festen Betriebsmodi und jeweilige optimale Betriebskosten zu bestimmen, und den Betrieb der Maschine, der zumindest einen Drehelektromaschine und der zumindest einen Drehmomentübertragungseinrichtung zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi mit bevorzugten optimalen Betriebskosten zu bewirken.
  • Das elektromechanische Getriebe kann ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze und ein Paar Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi, wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist, und dementsprechend kann das Steuersystem betreibbar sein, um den Betrieb der Maschine, der zumindest einen Drehelektromaschine und des Paares Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi mit bevorzugten optimalen Betriebskosten zu bewirken.
  • Das elektromechanische Getriebe kann ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze und drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi, wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine ist, oder (b) irgendeinen von zwei festen Betriebsmodi herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und dementsprechend kann das Steuersystem betreibbar sein, um den Betrieb der Maschine, der zumindest einen Drehelektromaschine und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi mit bevorzugten optimalen Betriebskosten zu bewirken.
  • Das elektromechanische Getriebe kann ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze und drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten oder zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi, wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine ist, oder (b) irgendeinen von drei festen Betriebsmodi herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und dementsprechend kann das Steuersystem betreibbar sein, um den Betrieb der Maschine, der zumindest einen Drehelektromaschine und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi mit bevorzugten optimalen Betriebskosten zu bewirken.
  • Das elektromechanische Getriebe kann ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen umfassen, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten oder zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi, wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine ist, oder (b) irgendeinen von vier festen Betriebsmodi herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und dementsprechend kann das Steuersystem betreibbar sein, um den Betrieb der Maschine, der zumindest einen Drehelektromaschine und der vier Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi mit bevorzugten optimalen Betriebskosten zu bewirken.
  • Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
  • Die Erfindung kann ihre physikalische Form in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei ihre bevorzugte Ausführungsform in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, im Detail beschrieben und veranschaulicht ist, wobei:
    • 1 ein schematisches Schaubild eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
    • 2 ein schematisches Schaubild einer beispielhaften Steuerarchitektur und eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
    • 3 ein Flussdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
    • 4 - 8 schematische Flussdiagramme gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung dienen und dieselbe nicht einschränken sollen, zeigen die 1 und 2 ein System mit einer Maschine 14, einem Getriebe 10, einem Steuersystem und einem Triebstrang, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
  • Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind ausführlich in dem gemeinschaftlich übertragenen US-Patent mit der Nr. US 6 953 409 B2 das am 11. Oktober 2005 erteilt wurde, mit dem Titel TWO-MODE, COMPOUND-SPLIT, HYBRID ELECTRO-MECHANICAL TRANSMISSION HAVING FOUR FIXED RATIOS, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in 1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Hybridgetriebe 10 weist ein Antriebselement 12 auf, das in der Natur einer Welle vorliegen kann, die von einer Maschine 14 direkt angetrieben ist. Ein Dämpfer 20 für transientes Drehmoment ist zwischen der Abtriebswelle 18 der Maschine 14 und dem Antriebselement 12 des Hybridgetriebes 10 eingebaut. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment umfasst vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung 77, die die Eigenschaften eines Dämpfungsmechanismus und einer Feder aufweist, die jeweils als 78 und 79 gezeigt sind. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment erlaubt einen selektiven Eingriff der Maschine 14 und des Hybridgetriebes 10, es ist aber zu verstehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 nicht benutzt wird, um den Modus, in dem das Hybridgetriebe 10 arbeitet, zu verändern oder zu steuern. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 umfasst vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Reibkupplung, die als Kupplung C5 bezeichnet wird.
  • Die Maschine 14 kann irgendeine von zahlreichen Formen von Brennkraftmaschinen annehmen, wie etwa ein Ottomotor oder ein Dieselmotor, der leicht angepasst werden kann, um eine Ausgangsleistung mit einem Bereich von Betriebsdrehzahlen von Leerlauf bei oder nahe bei 600 Umdrehungen pro Minute (U/min) bis über 6000 U/min an das Getriebe 10 zu liefern. Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 14 mit dem Antriebselement 12 des Getriebes 10 verbunden ist, ist das Antriebselement 12 mit einem Planetenradsatz 24 in dem Getriebe 10 verbunden.
  • Nun unter Bezugnahme auf 1 benutzt das Hybridgetriebe 10 vorzugsweise drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das allgemein als ein Hohlrad bezeichnet werden kann, welches ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das allgemein als ein Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 34 sind an einem Träger 36 drehbar montiert, so dass jedes Planetenradelement 34 kämmend mit sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 30 als auch dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff steht.
  • Der zweite Planetenradsatz 36 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das allgemein als ein Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, das allgemein als ein Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 42 sind an einem Träger 44 drehbar montiert, so dass jedes Planetenrad 42 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 38 als auch dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff steht.
  • Der dritte Planetenradsatz 28 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das allgemein als ein Hohlrad bezeichnet wird, welches ein inneres Zahnradelement 48 umgibt, das allgemein als ein Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar montiert, so dass jedes Planetenrad 50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 46 als auch dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff steht.
  • Verhältnisse von Zähnen an Hohlrädern/Sonnenrädern beruhen typischerweise auf Konstruktionserwägungen, die dem Fachmann bekannt sind und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. In einer Ausführungsform beträgt das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 24 beispielhaft 65/33; das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 26 beträgt 65/33; und das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 28 beträgt 94/34.
  • Die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 umfassen jeweils einfache Planetenradsätze. Darüber hinaus sind der erste und zweite Planetenradsatz 24 und 26 darin zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24, wie etwa über ein Nabenplattenzahnrad 54, mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 verknüpft ist. Die verknüpften inneres Zahnradelement 32 des erste Planetenradsatzes 24 und äußeres Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind ständig mit einer ersten Elektromaschine 56 verbunden, die einen Motor/Generator umfasst, der auch als „Motor A“ bezeichnet wird.
  • Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24, wie etwa über eine Welle 60, mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 verknüpft ist. Somit sind die Träger 36 und 44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 jeweils verknüpft. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28, wie etwa über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 62, verbunden, welche, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird, angewandt wird, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Der Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden.
  • In der hierin beschriebenen Ausführungsform, in der das Hybridgetriebe 10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, ist das Abtriebselement 64 wirksam mit einem Triebstrang verbunden, der einen Getriebekasten 90 oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die ein Ausgangsdrehmoment an eine oder mehrere Fahrzeugachsen 92 oder Halbachsen (nicht gezeigt) liefert. Die Achsen 92 enden wiederum in Antriebselementen 96. Die Antriebselemente 96 können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an denen sie angewandt werden, oder sie können ein Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Den Antriebselementen 96 kann irgendeine Form einer Radbremse 94 zugeordnet sein. Die Antriebselemente weisen jeweils einen Drehzahlparameter NWHL auf, der die Drehgeschwindigkeit jedes Rades 96 umfasst, die typischerweise mit einem Raddrehzahlsensor messbar ist.
  • Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28, etwa durch eine Hohlwelle 66, welche die Welle 60 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 ist selektiv mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist, über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 wird, wie es hierin später erläutert wird, auch angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Die Hohlwelle 66 ist auch ständig mit einer zweiten Elektromaschine 72 verbunden, die einen Motor/Generator umfasst, der auch als „Motor B“ bezeichnet wird.
  • Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie die beiden Elektromaschinen 56 und 72 sind koaxial ausgerichtet, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. Die Elektromaschinen 56 und 72 besitzen beide eine kreisringförmige Ausgestaltung, die zulässt, dass sie die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 derart umgeben, dass die Planetenradsätze 24, 26 und 28 radial innerhalb der Motoren/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende, d.h. die Umfangsabmessung, des Getriebes 10 minimiert ist.
  • Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 73 verbindet das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse, d.h. mit dem Getriebegehäuse 68. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 75 dient als Sperrkupplung, die die Planetenradsätze 24, 26, Motoren 56, 72 und den Antrieb verriegelt, so dass diese als eine Gruppe rotieren, indem das Sonnenrad 40 selektiv mit dem Träger 44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73, 75 sind alle Reibkupplungen, die jeweils wie folgt bezeichnet werden: Kupplung C1 70, Kupplung C2 62, Kupplung C3 73 und Kupplung C4 75. Jede Kupplung ist vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie Hydraulikdruckfluid von einer Pumpe aufnimmt. Eine hydraulische Betätigung wird unter Verwendung eines bekannten Hydraulikfluidkreises bewerkstelligt, der hierin nicht ausführlich beschrieben wird.
  • Das Hybridgetriebe 10 empfängt Eingangsantriebsdrehmoment von mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die die Maschine 14 und die Motoren/Generatoren 56 und 72 umfassen, als Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potential, das in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD von Energie Storage Device) 74 gespeichert ist. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere elektrische Energiespeichereinrichtungen oder elektrochemische Energiespeichereinrichtungen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die ESD 74 ist vorzugsweise auf der Basis von Faktoren bemessen, die regenerative Anforderungen, Anwendungsaufgaben, die mit typischer Straßensteigung und Temperatur in Beziehung stehen, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraft und elektrischer Bereich, umfassen. Die ESD 74 ist mit einem Getriebeumrichtermodul (TPIM von Transmission Power Inverter Module) 19 über Gleichstromleitungen oder Übertragungsleiter 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Das TPIM 19 ist ein Element des Steuersystems, das nachstehend anhand von 2 beschrieben wird. Das TIPM 19 kommuniziert mit der ersten Elektromaschine 56 durch Übertragungsleiter 29, und das TPIM 19 kommuniziert ähnlich mit der zweiten Elektromaschine 72 durch Übertragungsleiter 31. Elektrischer Strom ist zu oder von der ESD 74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird. Das TPIM 19 umfasst ein Paar Umrichter und jeweilige Motor-Controller, die eingerichtet sind, Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder -regenerationsfunktionalität bereitzustellen.
  • In einem bewegenden, Drehmoment erzeugenden Modus empfängt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstromleitungen und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Motor über Übertragungsleiter 29 und 31. In einem elektrische Energie zurückgewinnenden Steuerungsmodus empfängt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von der Elektromaschine über Übertragungsleiter 29 und 31 und liefert Strom an die Gleichstromleitungen 27. Der Netto-Gleichstrom, der zu oder von den Umrichtern geliefert wird, bestimmt die Lade- oder Entladebetriebsart der elektrischen Energiespeichereinrichtung 74. Der Motor A 56 und der Motor B 72 umfassen vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, und die Umrichter umfassen eine komplementäre Dreiphasenleistungselektronik.
  • Wieder nach 1 kann ein Antriebszahnrad 80 an dem Antriebselement 12 vorgesehen sein. Wie gezeigt, verbindet das Antriebszahnrad 80 das Antriebselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24, und daher nimmt das Antriebszahnrad 80 Leistung von der Maschine 14 und/oder den Motoren/Generatoren 56 und/oder 72 durch die Planetenradsätze 24 und/oder 26 auf. Das Antriebszahnrad 80 steht kämmend mit einem Zwischenzahnrad 82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Übertragungszahnrad 84 in Eingriff steht, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Hydraulik-/Getriebefluidpumpe und/oder einer Leistungsabzweigung („PTO“ von Power Take-Off) Einheit befestigt sein, die entweder einzeln oder gemeinsam mit 88 bezeichnet sind und eine Nebenaggregatlast umfassen.
  • In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuersystems, das eine verteilte Controller-Architektur umfasst, gezeigt. Die nachstehend beschriebenen Elemente umfassen einen Teilsatz einer gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur und sind betreibbar, um eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Das Steuersystem ist betreibbar, um entsprechende Information und Eingaben zu synthetisieren und Algorithmen zur Steuerung verschiedener Aktoren auszuführen, um Steuerungsziele zu erreichen, die Parameter umfassen, wie etwa Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahreigenschaften und Schutz von Bauteilen, die Batterien von ESD 74 und Maschinen 56, 72 umfassen. Die verteilte Controller-Architektur umfasst ein Maschinensteuermodul („ECM“ von Engine Control Module) 23, ein Getriebesteuermodul („TCM“ von Transmission Control Module) 17, ein Batteriepaketsteuermodul („BPCM“ von Battery Pack Control Module) 21 und ein Getriebeumrichtermodul („TPIM“ von Transmission Power Inverter Module) 19. Ein Hybridsteuermodul („HCP“ von Hybrid Control Module) 5 bietet eine allumfassende Steuerung und Koordination der vorstehend erwähnten Controller. Es gibt eine Benutzerschnittstelle („UI“ von User Interface) 13, die wirksam mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Antriebsstrangs einschließlich des Getriebes 10 steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingaben in die UI 13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrtregelung eines Fahrzeugs. Jeder der vorstehend erwähnten Controller kommuniziert mit anderen Controllern, Sensoren und Aktoren über einen Bus 6 eines lokalen Netzes („LAN“ von Local Area Network). Der LAN-Bus 6 erlaubt eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Befehlen zwischen verschiedenen Controllern. Das benutzte spezifische Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielhaft ist ein Kommunikationsprotokoll der Society of Automotive Engineers Standard J1939. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Schnittstellenbildung zwischen Mehrfach-Controllern unter den vorstehend erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
  • Das HCP 5 bietet eine allumfassende Steuerung des Hybridantriebsstrangsystems und dient dazu, den Betrieb des ECM 23, des TCM 17, des TPIM 19 und des BPCM 21 zu koordinieren. Auf der Basis von verschiedenen Eingangssignalen von der UI 13 und dem Antriebsstrang erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle, welche umfassen: einen Maschinendrehmomentbefehl TE_CMD; Kupplungsdrehmomentbefehle TCL_N für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Hybridgetriebes 10 und Motordrehmomentbefehle TA_CMD und TB_CMD für die Elektromaschinen A bzw. B.
  • Das ECM 23 ist wirksam mit der Maschine 14 verbunden und fungiert, um jeweils Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 über mehrere diskrete Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammellinie 35 gezeigt sind. Das ECM 23 empfängt den Maschinendrehmomentbefehl TE_CMD von dem HCP 5 und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment TAXLE_DES und eine Angabe des aktuellen Maschinendrehmoments TE, das an das HCP 5 übermittelt wird.
  • Der Einfachheit halber ist das ECM 23 allgemein mit einer bidirektionalen Schnittstelle mit der Maschine 14 über Sammelleitung 35 gezeigt. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM 23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl (NE) an der Welle 18, die zu dem Getriebe 10 führt, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule.
  • Das TCM 17 ist wirksam mit dem Getriebe 10 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssignale an das Getriebe zu liefern. Der Einfachheit halber ist das TCM 17 im Allgemeinen mit einer bidirektionalen Schnittstelle mit dem Getriebe 10 über eine Sammelleitung 41 gezeigt. Eingänge von dem TCM 17 in das HCP 5 umfassen Kupplungsdrehmomente TCL_N für jede der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und die Drehgeschwindigkeit No der Abtriebswelle 64. Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Information von den TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern.
  • Das BPCM 21 weist eine Signalverbindung mit einem oder mehreren Sensoren auf, die betreibbar sind, um elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen und somit Information über den Zustand der Batterie an das HCP 5 zu liefern. Derartige Information umfasst den Batterieladezustand Bat_SOC und andere Zustände der Batterien, die Spannung VBAT und verfügbare Leistung PBAT_MIN und PBAT_MAX umfassen.
  • Das Getriebeumrichtermodul (TPIM) 19 umfasst ein Paar Umrichter und Motorsteuerprozessoren 22, 33, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder -regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM 19 ist betreibbar, um Drehmomentbefehle für Motoren A und B, die als TA_CMD und TB_CMD bezeichnet werden, auf der Basis einer Eingabe von dem HCP 5 zu erzeugen, welches von einer Bedienereingabe durch UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die vorbestimmten Drehmomentbefehle für die Motoren A und B TA_CMD und TB_CMD sind durch das Steuersystem, das das TPIM 19 umfasst, implementiert, um die Motoren A und B auf Motordrehmomente TA und TB zu steuern. Einzelne Motordrehzahlsignale NA und NB jeweils für den Motor A bzw. den Motor B werden von den TPIM 19 aus der Motorphaseninformation oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen NA und NB an das HCP 5. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 74 ist mit dem TPIM 19 über Gleichstromleitungen 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Elektrischer Strom ist zu oder von dem TPIM 19 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.
  • Jeder der vorstehend erwähnten Controller ist vorzugsweise ein Mehrzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)-Schaltung und eine Digital/Analog-(D/A)-Schaltung und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung umfasst. Jeder Controller weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen eines jeden Computers bereitzustellen. Eine Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des LAN 6 bewerkstelligt.
  • Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Controller werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus mindestens einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden von einer der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und sind betreibbar, um Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • In Ansprechen auf Bedienereingaben, wie sie von der UI 13 aufgefangen werden, bestimmen der überwachende HCP-Controller 5 und einer oder mehrere der anderen Controller das erforderliche Getriebeabtriebsdrehmoment To. Selektiv betriebene Komponenten des Hybridgetriebes 10 werden in Ansprechen auf den Bedienerbefehl geeignet gesteuert und bedient. Wenn der Bediener beispielsweise in der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient hat, bestimmt das HCP 5 ein Abtriebsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Eine abschließende Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Faktoren beeinflusst, die beispielsweise die Straßenlast, die Straßensteigung und die Fahrzeugmasse umfassen. Das HCP 5 überwacht die parametrischen Zustände der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und bestimmt die Ausgangsleistung des Getriebes, die erforderlich ist, um das gewünschte Abtriebsdrehmoment zu erreichen. Unter der Anweisung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von Langsam bis Schnell, um der Bedieneranforderung nachzukommen.
  • Das elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung umfasst ein Abtriebselement 64, das Ausgangsleistung über zwei unterschiedliche Zahnradstränge in dem Getriebe 10 empfängt und in mehreren Betriebsmodi arbeitet, die nun anhand der 1 und der Tabelle 1 unten beschrieben werden. Tabelle 1
    Getriebebetriebsmodus Betätigte Kupplungen
    Modus I C1 70
    Festes Verhältnis G1 C1 70 C4 75
    Festes Verhältnis G2 C1 70 C2 62
    Modus II C2 62
    Festes Verhältnis G3 C2 62 C4 75
    Festes Verhältnis G4 C2 62 C3 73
  • Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Betriebsmodi geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3, C4 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt werden. Zusätzlich können in verschiedenen Getriebebetriebsmodi der Motor A 56 oder der Motor B 72 jeweils als Elektromotoren arbeiten, die jeweils als MA bzw. MB bezeichnet werden, und der Motor A 56 kann als Generator arbeiten. Ein erster Modus oder Zahnradstrang, der hier als Modus I bezeichnet wird, wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 „festzulegen“. Ein zweiter Modus oder Zahnradstrang, der als Modus II bezeichnet wird, wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 gelöst wird und die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 zu verbinden. Andere Faktoren außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beeinflussen, wann die Elektromaschinen 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht besprochen.
  • Das Steuersystem, das primär in 2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen No der Welle 64 von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes Betriebsmodus (Modus I, II) bereitzustellen. Die Kombination von zwei Betriebsmodi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von Langsam bis Schnell in jedem Modus lässt zu, dass das Getriebe 10 ein Fahrzeug von einer stationären Bedingung bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben und verschiedenen anderen Anforderungen nachkommen kann, wie es zuvor beschrieben wurde. Zusätzlich koordiniert das Steuersystem den Betrieb des Getriebes 10, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Modi zuzulassen.
  • Der Modus I und der Modus II beziehen sich auf Umstände, unter denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d.h. entweder Kupplung C1 62 oder C2 70, und durch die gesteuerte Drehzahl und das gesteuerte Drehmoment der Motoren/Generatoren 56 und 72 gesteuert werden. Nachstehend werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, in denen feste Verhältnisse erzielt werden, indem eine zusätzliche Kupplung, d.h. G1, G2, G3 oder G4, eingerückt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C3 73 oder C4 75 sein, wie es in der Tabelle oben beschrieben ist.
  • Wenn die zusätzliche Kupplung eingerückt wird, wird ein festes Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. NI/NO, erreicht. Die Rotationen der Motoren/Generatoren 56, 72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie sie durch das Kuppeln definiert ist, und sind proportional zur Antriebsdrehzahl NI, die an Welle 12 bestimmt oder gemessen wird. Die Elektromaschinen 56, 72 arbeiten entweder als Motoren oder als Generatoren. Sie sind vollständig von dem Leistungsfluss von der Maschine zu dem Abtrieb unabhängig, wodurch es ermöglicht wird, dass beide als Elektromotoren fungieren können, beide als Elektrogeneratoren fungieren können oder irgendeine Kombination davon. Dies lässt zu, dass beispielsweise während des Betriebes in dem festen Verhältnis G1 diese Antriebsleistungsabgabe von dem Getriebe an der Welle 64 durch Leistung von der Maschine und Leistung von den Motoren A und B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt werden kann, indem Leistung von der Energiespeichereinrichtung 74 aufgenommen wird.
  • Der Betriebsmodus des Getriebes kann zwischen einem Betrieb mit festem Verhältnis und einem Modus-Betrieb umgeschaltet werden, indem eine der zusätzlichen Kupplungen während des Betriebs in Modus I oder des Betriebs in Modus II aktiviert oder deaktiviert wird. Die Festlegung des Betriebs in einem festen Verhältnis oder eine Modus-Steuerung erfolgt durch Algorithmen, die durch das Steuersystem ausgeführt werden, und liegt außerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung.
  • Die Betriebsmodi können das Betriebsverhältnis überlappen und deren Auswahl hängt wieder von der Fahrereingabe und dem Ansprechen des Fahrzeugs auf diese Eingabe ab. BEREICH 1 fällt vorwiegend in den Betrieb in Modus I, wenn die Kupplungen C1 70 und C4 75 eingerückt sind, d.h. G1. BEREICH 2 fällt in den Betrieb in Modus 1 und Modus II, wenn die Kupplungen C2 62 und C1 70 eingerückt sind, d.h. G2. Ein dritter Bereich mit festem Verhältnis ist vorwiegend während Modus II erhältlich, wenn die Kupplungen C2 62 und C4 75 eingerückt sind, d.h. G3, und ein vierter Bereich mit festem Verhältnis ist während Modus II erhältlich, wenn die Kupplungen C2 62 und C3 73 eingerückt sind, d.h. G4. Es ist anzumerken, dass sich die Betriebsbereiche für Modus I und Modus II typischerweise signifikant überlappen.
  • Der Abtriebsleistung des vorstehend beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystems ist aufgrund von mechanischen und Systembeschränkungen begrenzt. Die Abtriebsdrehzahl No des Getriebes, die an Welle 64 gemessen wird, ist aufgrund Begrenzungen der Maschinenantriebsdrehzahl NE, die an der Welle 18 gemessen wird, und der Getriebeantriebsdrehzahl NI, die an der Welle 12 gemessen wird, und Drehzahlbegrenzungen der Elektromotoren A und B, die als +/- NA, +/- NB bezeichnet werden, begrenzt. Das Abtriebsdrehmoment To des Getriebes 64 ist ähnlich aufgrund von Begrenzungen des Antriebsdrehmoments TE der Maschine und des Antriebsdrehmoments TI, das an der Welle 12 nach dem Dämpfer 20 für transientes Drehmoment gemessen wird, und Drehmomentbegrenzungen (TA_MAX, TA_MIN, TB_MAX, TB_MIN) der Motoren A und B 56, 72 begrenzt.
  • Nun wird anhand von 3 der Betrieb des anhand von 1 beschriebenen Fahrzeugantriebssystems unter Verwendung des anhand von 2 beschriebenen Steuersystems ausführlich beschrieben. Das Steuersystem liefert eine allumfassende Systemsteuerstruktur, die den Betrieb des Antriebsstrangs einschließlich der Brennkraftmaschine 14, der Elektromaschinen 56, 72 und der Drehmomentübertragungskupplungen C1, C2, C3, C4 des Getriebes steuert, um in dem ausgewählten Betriebsmodus des Getriebes, der den optimalen Arbeitspunkt für den Antriebsstrang liefert, zu arbeiten.
  • Die allumfassende Steuerstruktur des Fahrzeugantriebs wird in einem der Controller der verteilten Controller-Architektur ausgeführt. Die vorstehend erwähnten Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die die Brennkraftmaschine und die Elektromaschinen umfassen, sind jeweils betreibbar, um ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe zu liefern. Das Steuersystem steuert die Maschine, die Elektromaschinen und das Getriebe auf der Basis der Bedienereingabe. Das Getriebe umfasst eine elektromechanische Einrichtung mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, die ein rotierendes Antriebselement 12, ein rotierendes Abtriebselement 64, das wirksam mit dem Triebstrang 90, 92 verbunden ist, und zumindest drei wählbare Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73, 75 umfasst, die betreibbar sind, um Bewegungsdrehmoment von einer der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf das rotierende Abtriebselement 64 zu übertragen. Das Getriebe weist Betriebsmodi auf, die den Modus-Betrieb, entweder Modus I oder Modus II, umfassen, wobei ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Antriebselement, d.h. NI, und dem Abtriebselement, d.h. No, auf der Basis des Betriebs der Elektromaschinen steuerbar ist. Das Getriebe weist Betriebsmodi auf, die Betriebe mit festem Verhältnis G1, G2, G3, G4 umfassen, wobei das Getriebe auf eines von mehreren festen Drehzahlverhältnissen zwischen dem Antriebselement, d.h. NI, und dem Abtriebselement, d.h. No, auf der Basis der Betätigung von zumindest einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen C1, C2, C3 und C4 steuerbar ist. Das Steuersystem ist betreibbar, um das Getriebe auf einen der Betriebsmodi zu steuern, die den Modus-Betrieb und den Betrieb mit festem Verhältnis umfassen, indem die Betätigung der zumindest drei wählbaren Drehmomentübertragungseinrichtungen auf der Basis der Bedienereingabe sowie von Betriebsparametern des Fahrzeugs gesteuert wird.
  • Wieder nach 3 werden Antriebsstrangsteuerziele in Parametern definiert, die die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, die Emissionen und das Leistungsvermögen des Fahrzeugs darstellen. Bedienereingaben werden überwacht, die typischerweise Anforderungen für Achsdrehmoment umfassen, welche vorzugsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrzeugbeschleunigung und das Bremsen des Fahrzeugs umfassen. Es werden Randbedingungen des Antriebsstrangsystems bestimmt, die typischerweise Maschinendrehmoment (TE), Motordrehmomente TA, TB, Bauteilrandbedingungen von dem Getriebe, Drehmomentbeschränkungen der betätigten Kupplung TCL_N und die verfügbare elektrische Leistung von der ESD für die Elektromotoren, typischerweise als verfügbare Leistung PBAT_Min und PBAT_MAX ausgedrückt, umfassen.
  • Um einen Arbeitspunkt auszuwählen, an dem der Antriebsstrang betrieben werden soll, bewertet der Controller alle potentiellen Antriebsstrangarbeitspunkte für jeden Getriebebetriebsmodus (d.h. Modus I und Modus II, G1, G2, G3, G4) ausgedrückt als Betriebsparameter NE, TE, TA, TB. Ein optimaler Arbeitspunkt wird für jeden der Betriebsmodi Modus I, Modus II, G1, G2, G3 und G4 bestimmt. Der Controller wählt vorzugsweise den besten Arbeitspunkt, d.h. den optimalen Punkt, unter den vorstehend erwähnten optimalen Arbeitspunkten aus, die für jeden der Betriebsmodi bestimmt werden.
  • In den 4 - 8 wird die Steuerung des Betriebs eines Hybridantriebsstrangs anhand des in den 1, 2 und 3 beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangs beschrieben. Unter spezieller Bezugnahme auf 4 umfassen das hierin beschriebene Verfahren und das hierin beschriebene System einen Aspekt einer strategischen Steuerungsoptimierung (Block 110), wobei ein bevorzugter oder gewünschter Betriebsbereichszustand (OP-RangeDES) vorwiegend aufgrund der Abtriebsdrehzahl No der Welle 64 und der Bedienerdrehmomentanforderung TO_REQ ausgewählt wird. Die Ausgabe der strategischen Steuerung umfasst den bevorzugten oder gewünschten Betriebsbereichzustand („Op­_RangeDES“) und die gewünschte Antriebsdrehzahl („NI­­_DES“), die jeweils in einen Schaltausführungssteuerblock 120 eingegeben werden. Andere Aspekte der Gesamtarchitektur zur strategischen Optimierung und zur Steuerung des beispielhaften Antriebsstrangs sind in der U.S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 11 / 561,140 ( US 2008 / 0 120 000 A1 ) beschrieben, deren Offenbarungsgehalt zuvor mit eingeschlossen wurde.
  • Nach den 5 - 8 umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, die als ein oder mehrere Algorithmen in den Steuermodulen der verteilten Steuermodularchitektur ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst, dass der Ausgang des Getriebes, typischerweise NO, die Bedienerdrehmomentanforderung TO_REQ und die verfügbare Batterieleistung PBAT_MIN und PBAT_MAX überwacht werden. Zumindest ein zulässiger Betriebsbereichszustand, der anhand von Tabelle 1 beschrieben wurde, wird zusammen mit Bereichen von zulässigen Antriebsdrehzahlen NI und Antriebsdrehmomenten TI für einen jeden identifiziert. Es wird ein Abtriebsdrehmomentbereich für jeden der zulässigen Bereichszustände bestimmt. Die Kosten für den Betrieb in jedem der Betriebsbereichszustände werden berechnet und es wird einer als bevorzugter Betriebsbereichszustand auf der Basis der berechneten Kosten ausgewählt. Der Antriebsstrang wird danach auf den bevorzugten Betriebsbereichszustand gesteuert. Dieser Betrieb wird vorzugsweise während jedes 100 ms Schleifenzyklus ausgeführt. Dieser Betrieb wird nun ausführlich beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 5 führt ein funktionales Blockdiagramm den strategischen Steuerblock 110 von 4 aus und zeigt Eingaben No und TO_REQ für ein strategisches Managersegment 220, das Ausgaben für ein Systemrandbedingungssegment 240 und ein Optimierungssegment 260 aufweist. Die Ausgabe des Systemrandbedingungssegments 240 wird in das Optimierungssegment 260 eingegeben. Die Ausgaben des Optimierungssegments 260 werden in ein Schaltstabilisierungs- und Arbitrierungssegment 280 eingegeben, das eine Ausgabe aufweist, die dem bevorzugten Betriebsbereichzustand OP RangeDES und die gewünschte Antriebsdrehzahl NI_DES umfasst.
  • Nun nach 6 umfasst das strategische Managersegment 220 Bedienereingaben, typischerweise Drehmomentanforderungen und andere Eingaben über die UI 13, Kostenstrukturinformation, die nachstehend beschrieben wird, und rohe strategische Eingaben, die rohe parametrische Signale umfassen, die mit Betriebsbedingungen des Hybridantriebsstrangs in Beziehung stehen, einschließlich jene, die mit der ESD 74 in Beziehung stehen. Ausgänge von dem strategischen Managersegment 220 umfassen Kostenstrukturinformation (COST), strategische Eingänge, die die Getriebeabtriebsdrehzahl No, den verfügbaren Bereich von Batterieleistung PBAT_MIN und PBAT_MAX und die Bedienerdrehmomentanforderung TO_REQ umfassen.
  • Anhand von 7 wird nun eine ausführliche Beschreibung des strategischen Systemrandbedingungssegments 240 angegeben. Die Abtriebsdrehzahl No wird in das strategische Drehzahlrandbedingungssegment 230 eingegeben. Das Drehzahlrandbedingungssegment 230 bestimmt maximale und minimale Antriebsdrehzahlen für den Betrieb in jedem stufenlos verstellbaren Modus, d.h. NI­_MI_M1, NI_MAX­_M1, NI_MIN_M2 und NI_MAX_M2, um auf der Basis von gegenwärtigen Betriebsrandbedingungen, insbesondere die Abtriebsdrehzahl NO, zu bestimmen, welche der Hybridbereichszustände, d.h. GR1, GR2, GR3, GR4, M1_Eng_Off, M1_ENG_On, M2_Eng_Off und M2_Eng_On zulässig sind.
  • Die zulässigen Hybridbetriebsbereichszustände werden an das strategische Optimierungssegment 260 ausgegeben. Die zulässigen Hybridbetriebsbereichszustände werden an das strategische Systemrandbedingungssegment 250 zusammen mit dem Bereich der verfügbaren Batterieleistung PBAT_MIN und PBAT_MAX und der Bedienerdrehmomentanforderung TO_REQ ausgegeben, um einen Bereich von zulässigen Antriebsdrehzahlen NI_MIN, NI_MAX und/oder Antriebsdrehmomenten T1_MIN, T1_MAX für jeden der Hybridbetriebsbereichszustände, d.h. GR1, GR2, GR3, GR4, M1_Eng_Off, M1_ENG_On, M2_Eng_Off und M2_Eng_On, auf der Basis von gegenwärtigen Betriebsrandbedingungen zu bestimmen. Es gibt drei Ausgabestrecken 242, 244, 246 von dem Segment 240, die dem Optimierungssegment 260 Eingaben zuführen. Die Ausgabestrecke 242 liefert relevante Systemrandbedingungsinformation, die einen Bereich von Drehmomentwerten in der Form von minimalen und maximalen Abtriebsdrehmomenten (TO_MAX, TO_MIN) und minimalen und maximalen Antriebsdrehmomenten (TI_MAX, TI_MIN) über den Bereich von Maschinenantriebsdrehzahlen NI_MI_M1, NI_MAX_M 1, NI_MIN_M2 und NI_MAX_M2 für jeden Betriebsmodus (M1, M2) bei eingeschalteter Maschine umfassen. Diese Information wird an jedes der Segmente 262 und 264 des Segments 260 übermittelt. Die Ausgabestrecke 244 liefert relevante Systemrandbedingungsinformation, die einen Bereich von Drehmomentwerten in der Form von minimalen und maximalen Abtriebsdrehmomenten (TO_MAX, TO_MIN) und minimalen und maximalen Antriebsdrehmomenten (TI_MAX, TI_MIN) für jeden der Betriebe mit fester Übersetzung, d.h. GR1, GR2, GR3, GR4, umfasst. Diese Information wird an jedes der Segmente 270, 272, 274 und 276 des Segments 260 übermittelt. Die Ausgabestrecke 264 liefert relevante Systemrandbedingungsinformation, die einen Bereich von Drehmomentwerten in der Form von minimalen und maximalen Abtriebsdrehmomenten (TO_MAX, TO_MIN) für jeden Betriebsmodus (M1, M2) bei ausgeschalteter Maschine umfasst. Diese Information wird an jedes der Segmente 266 und 268 des Segments 260 übermittelt.
  • Anhand von 8 wird nun das strategische Optimierungssegment 260 beschrieben. Die zulässigen Hybridbetriebsbereichszustände, die von dem Segment 240 an das strategische Optimierungssegment 260 ausgegeben werden, werden dazu verwendet, zu identifizieren, welche der Optimierungssegmente 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274 und 276 auszuführen sind. Die Segmente 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274 und 276 umfassen jeweils Optimierungssegmente, wobei optimale Betriebskosten (PCOST) für jeden der zulässigen Betriebsbereichszustände auf der Basis der zuvor beschriebenen Eingaben bestimmt werden, einschließlich der zuvor beschriebenen Drehmomentbereichswerte und -kosten, die mit den Fahreigenschaften, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, den Emissionen und der Batterielebensdauer in Beziehung stehen. Die optimalen Betriebskosten umfassen vorzugsweise minimale Betriebskosten bei einem Antriebsstrangarbeits-Δ-Punkt innerhalb des Bereichs von erzielbaren Drehmomentwerten für jeden Betriebsbereichszustand.
  • Jedes der Segmente 262, 264, 266, 268, 270, 272, 274 und 276 erzeugt eine Ausgabe, die als Eingabe an das Segment 280 geliefert wird. Die Ausgaben umfassen die jeweiligen optimalen Betriebskosten, Pcost, wie folgt: Pcost[M 1_Eng_On] und korrelierte gewünschte Antriebsdrehzahl NI_DES[M1], die von Segment 262 ausgegeben werden; Pcost[M2_Eng_On] und korrelierte gewünschte Antriebsdrehzahl NI_DES[M2], die von Segment 264 ausgegeben werden; Pcost[M1_Eng_Off], das von Segment 266 ausgegeben wird; Pcost[M2_Eng_Off], das von Segment 268 ausgegeben wird; Pcost[GR1], das von Segment 270 ausgegeben wird; Pcost[GR2], das von Segment 272 ausgegeben wird; Pcost[GR3], das von Segment 274 ausgegeben wird; und Pcost[GR4], das von Segment 276 ausgegeben wird.
  • Die Ausgaben des Optimierungssegments 260 werden in das Schaltstabilisierungs- und Arbitrierungssegment 280 eingegeben. In diesem Segment wird einer der bestimmten Betriebsbereichszustände als ein bevorzugter Betriebsbereichszustand, d.h. OP_RangeDES, auf der Basis der vorstehend beschriebenen berechneten Kosten ausgewählt. Der bevorzugte Betriebsbereichszustand ist typischerweise der Betriebsbereichszustand mit den minimalen zugehörigen Kosten, wie dies im Segment 260 bestimmt wird. Der Antriebsstrang wird danach auf den bevorzugten Betriebsbereichszustand gesteuert, obwohl das Schalten von Gängen und das Schalten des Betriebsbereichszustandes auf der Basis von anderen Betriebsnotwendigkeiten in Bezug auf die Schaltstabilisierung und Antriebsstrangsteuerung begrenzt sein können. Dieser Betrieb wird vorzugsweise alle 100 ms Schleifenzyklus ausgeführt.
  • Die Kostenstrukturinformation, die in das strategische Managersegment 220 eingegeben und in dem Optimierungssegment 260 verwendet wird, umfasst vorzugsweise Betriebskosten, die im Allgemeinen auf der Basis von Faktoren bestimmt werden, die mit den Fahreigenschaften, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, den Emissionen und der Batterielebensdauer für den bestimmten Drehmomentbereich des Fahrzeugs in Beziehung stehen. Darüber hinaus werden Kosten dem Kraftstoff- und elektrischen Leistungsverbrauch zugewiesen und zugeordnet, der zu einem spezifischen Arbeitspunkt des Antriebsstrangsystems für das Fahrzeug gehört. Niedrigere Betriebskosten sind im Allgemeinen niedrigerem Kraftstoffverbrauch bei hohen Umwandlungswirkungsgraden, niedrigerer Batterieleistungsnutzung und niedrigeren Emissionen für einen Arbeitspunkt zugeordnet und berücksichtigen einen gegenwärtigen Betriebsbereichszustand des Antriebsstrangsystems. Die optimalen Betriebskosten (PCOST) können durch Berechnen eines Gesamtantriebsstrangsystemverlustes bestimmt werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, wie sie der Steuerung des Batterieladezustandes zugeordnet sein kann. Der Gesamtsystemleistungsverlust umfasst einen Term auf der Basis des Maschinenleistungsverlustes, der durch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Abgasemissionen getrieben ist, plus Verluste in dem mechanischen System (z.B. Zahnräder, Pumpen, Riemen, Riemenscheiben, Ventile, Ketten), Verluste in dem elektrischen System (z.B. Drahtimpedanzen und Schalt- und Solenoidverluste) und Wärmeverluste. Andere Verluste umfassen Leistungsverluste der Elektromaschine und Leistungsverluste der internen Batterie. Es können auch andere Faktoren berücksichtigt werden, die Faktoren umfassen, die mit der Batterielebensdauer aufgrund einer Tiefentladung der ESD 74, gegenwärtigen Umgebungstemperaturen und deren Auswirkung auf den Ladezustand der Batterie in Beziehung stehen. Betriebskosten werden vorzugsweise relativ zu spezifischen Antriebsstrang/Fahrzeuganwendungen während der Fahrzeugkalibrierung vor der Produktion entwickelt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen der Maschinenleistungsverluste ist in dem gemeinschaftlich übertragenen US-Patent Nr. US 7 149 618 B2 beschrieben, das am 12. Dezember 2006 erteilt wurde, mit dem Titel COST STRUCTURE METHOD INCLUDING FUEL ECONOMY AND ENGINE EMISSION CONSIDERATIONS, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist.
  • Alternativ bewertet der Controller zur Auswahl eines Arbeitspunktes, an dem der Antriebsstrang arbeiten soll, alle potentiellen Antriebsstrangarbeitspunkte ausgedrückt als Betriebsparameter NE, TE, TA, TB. Somit werden der optimale Arbeitspunkt und der entsprechende Getriebebetriebsmodus (d.h. einer von Modus I, Modus II, G1, G2, G3 und G4) ausgewählt.
  • Alternativ bewertet der Controller alle potentiellen Antriebsstrangarbeitspunkte für einen spezifischen Getriebebetriebsmodus (z.B. Modus I, Modus II, G1, G2, G3, G4) ausgedrückt als Betriebsparameter NE, TE, TA, TB. Der optimale Arbeitspunkt wird für den spezifischen Betriebsmodus bestimmt.
  • Der Controller führt Befehle aus und steuert das Getriebe, so dass es in dem spezifischen Betriebsmodus arbeitet, bei dem der optimale oder ausgewählte Arbeitspunkt erreicht werden soll, und weist den Antriebsstrang ferner an bzw. steuert diesen, um an dem optimalen oder ausgewählten Arbeitspunkt zu arbeiten.
  • Die Steuerung des Antriebsstrangs umfasst vorzugsweise:
    1. a) Steuern der Drehmomentübertragungen zwischen den Motoren A und B und dem Getriebe durch elektrische Energieübertragung zwischen der ESD 74 und jedem der Motoren unter Verwendung des TPIM 19;
    2. b) Steuern des Betriebs der Maschine 14, einschließlich z.B. einer Drosselklappensteuerung und einer Motorkraftstoffbeaufschlagung; und
    3. c) Betätigen zumindest einer der Getriebedrehmomentübertragungskupplungen C1, C2, C3 und C4, um in dem spezifischen Getriebebetriebsmodus, z.B. Modus I, Modus II, G1, G2, G3, G4, zu arbeiten und somit eine Drehmomentübertragung zwischen den Motoren A und B und der Maschine und der Abtriebswelle 64 des Getriebes 10 zu bewirken.
  • Der beste Arbeitspunkt kann den Betrieb in einem der Betriebsmodi Modus I, Modus II umfassen, in dem das Drehzahlverhältnis zwischen dem Antriebselement 12 und dem Abtriebselement 64 auf der Basis des Betriebs der Elektromaschinen 56, 72 steuerbar ist. Alternativ und gleichermaßen annehmbar kann der beste Arbeitspunkt einen Betrieb mit festem Übersetzungsverhältnis G1, G2, G3, G4 umfassen, wobei das Getriebe auf eines der mehreren festen Drehzahlverhältnisse zwischen dem Antriebselement 12 und dem Abtriebselement 64 auf der Basis der Betätigung von zumindest einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen C1, C2, C3 und C4 steuerbar ist.
  • Die Erfindung ist anhand der bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben worden. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Es sollen alle derartigen Abwandlungen und Veränderungen, soweit sie in den Schutzumfang der Erfindung gelangen, mit eingeschlossen sein.

Claims (17)

  1. Fahrzeugantriebssystem, umfassend: eine Brennkraftmaschine (14) mit einem Maschinenabtrieb (18); ein elektromechanisches Getriebe (10), umfassend einen Getriebeantrieb (12) und einen Getriebeabtrieb (64), wobei der Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Maschinenabtrieb (18) gekoppelt ist, zumindest einen Planetenradsatz (24, 26, 28), der den Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Getriebeabtrieb (64) mit einem Drehzahlverhältnis koppelt, zumindest eine Drehelektromaschine (56, 72), die mit dem zumindest einen Planetenradsatz (24, 26, 28) wirksam gekoppelt ist, und zumindest eine Drehmomentübertragungseinrichtung (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75), die eingerückt und ausgerückt wird, um selektiv (a) einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist; und ein Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74), das betreibbar ist, um Bedienereingaben und Betriebsbedingungen der Maschine (14) und des Getriebes (10) zu überwachen, zulässige der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) zu bestimmen, für jeden der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) optimale Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bestimmen, wobei die optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On), Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) durch einen Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, einen der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) auszuwählen, und den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der zumindest einen Drehmomentübertragungseinrichtung (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28) und ein Paar Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und des Paares Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1]) zu bewirken.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28) und drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von zwei festen Betriebsmodi (G1, G2) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off],Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2]) zu bewirken.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28) und drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten oder zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von drei festen Betriebsmodi (G1, G2, G3) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On|, Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3]) zu bewirken.
  5. Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28) und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten oder zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von vier festen Betriebsmodi (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der vier Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On] , Pcost[M1-Eng-Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  6. Fahrzeugantriebssystem, umfassend: eine Brennkraftmaschine (14) mit einem Maschinenabtrieb (18); ein elektromechanisches Getriebe (10) mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, umfassend einen Getriebeantrieb (12) und einen Getriebeabtrieb (64), wobei der Getriebeantrieb wirksam mit dem Maschinenabtrieb (18) gekoppelt ist, ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28), die den Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Getriebeabtrieb (64) mit einem Drehzahlverhältnis koppeln, zumindest eine Drehelektromaschine (56, 72), die wirksam mit zumindest einem Satz von dem Paar Planetenradsätzen (24, 26, 28) gekoppelt ist, und eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die eingerückt und ausgerückt wird, um selektiv (a) einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist; und ein Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74), das betreibbar ist, um Bedienereingaben und Betriebsbedingungen der Maschine (14) und des Getriebes (10) zu überwachen, zulässige der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi zu bestimmen, für jeden der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) optimale Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bestimmen, wobei die optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off],Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) durch einen Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, einen der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) auszuwählen, und den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  7. Antriebssystem nach Anspruch 6, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein Paar Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und des Paares Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On|, Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1]) zu bewirken.
  8. Antriebssystem nach Anspruch 6, wobei das elektromechanische Getriebe (10) drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von zwei festen Betriebsmodi (G1, G2) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On|, Pcost[M1_Eng_Off), Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2]) zu bewirken.
  9. Antriebssystem nach Anspruch 6, wobei das elektromechanische Getriebe (10) drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten oder zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von drei festen Betriebsmodi (G1, G2, G3) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3]) zu bewirken.
  10. Antriebssystem nach Anspruch 6, wobei das elektromechanische Getriebe (10) vier Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten oder zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von vier festen Betriebsmodi (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der vier Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  11. Fahrzeugantriebssystem, umfassend: eine Brennkraftmaschine (14) mit einem Maschinenabtrieb (18); ein elektromechanisches Getriebe (10) mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, umfassend einen Getriebeantrieb (12) und einen Getriebeabtrieb (64), wobei der Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Maschinenabtrieb (18) gekoppelt ist, ein Paar zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28), die den Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Getriebeabtrieb (64) mit einem Drehzahlverhältnis koppeln, ein Paar Drehelektromaschinen (56, 72), wobei jede Maschine von dem Paar wirksam mit einem jeweiligen Satz von dem Paar Planetenradsätzen (24, 26, 28) gekoppelt ist, und eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung, die eingerückt und ausgerückt wird, um selektiv a) einen elektrisch verstellbaren Betriebsmodus (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahlen der Drehelektromaschinen (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist; und ein Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74), das betreibbar ist, um Bedienereingaben und Betriebsbedingungen der Maschine (14) und des Getriebes (10) zu überwachen, zulässige der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) zu bestimmen, für jeden der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) optimale Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off],Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bestimmen, wobei die optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) durch einen Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, einen der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) auszuwählen, und den Betrieb der Maschine (14), des Paares Drehelektromaschinen (56, 72) und der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  12. Antriebssystem nach Anspruch 11, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein Paar Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahlen der Drehelektromaschinen (56, 72) ist, oder (b) einen festen Betriebsmodus (G1) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), des Paares Drehelektromaschinen (56, 72) und des Paares Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1]) zu bewirken.
  13. Antriebssystem nach Anspruch 11, wobei das elektromechanische Getriebe (10) drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahlen der Drehelektromaschinen (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von zwei festen Betriebsmodi (G1, G2) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), der Paares Drehelektromaschinen (56, 72) und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On],Pcost[M 1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2]) zu bewirken.
  14. Antriebssystem nach Anspruch 11, wobei das elektromechanische Getriebe (10) drei Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahlen der Drehelektromaschinen (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von drei festen Betriebsmodi (G1, G2, G3) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), des Paares Drehelektromaschinen (56, 72) und der drei Drehmomentübertragungseinrichtungen zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3]) zu bewirken.
  15. Antriebssystem nach Anspruch 11, wobei das elektromechanische Getriebe (10) vier Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) umfasst, die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen von ersten und zweiten elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis jedes elektrisch verstellbaren Betriebsmodus eine Funktion der Drehzahlen der Drehelektromaschinen (56, 72) ist, oder (b) irgendeinen von vier festen Betriebsmodi (G1, G2, G3, G4) herzustellen, wobei das Drehzahlverhältnis jedes festen Betriebsmodus fest ist, und wobei das Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74) betreibbar ist, um den Betrieb der Maschine (14), des Paares Drehelektromaschinen (56, 72) und der vier Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) zu steuern, um den einen der zulässigen elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off],Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  16. Fahrzeugantriebssystem, umfassend: eine Brennkraftmaschine (14) mit einem Maschinenabtrieb (18); ein elektromechanisches Getriebe (10), umfassend einen Getriebeantrieb (12) und einen Getriebeabtrieb (64), wobei der Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Maschinenabtrieb (18) gekoppelt ist, mehrere zusammengesetzte Planetenradsätze (24, 26, 28), die den Getriebeantrieb (12) wirksam mit dem Getriebeabtrieb (64) mit einem Drehzahlverhältnis koppeln, zumindest eine Drehelektromaschine (56, 72), die wirksam mit zumindest einem der Planetenradsätze (24, 26, 28) gekoppelt ist, mehrere elektrisch verstellbare Betriebsmodi (M1, M2), wobei das Drehzahlverhältnis eine Funktion der Drehzahl der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) ist, mehrere feste Betriebsmodi (G1, G2, G3, G4), wobei das Drehzahlverhältnis fest ist, und mehrere Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75), die in Kombinationen eingerückt und ausgerückt werden, um selektiv entweder (a) irgendeinen der mehreren elektrisch verstellbaren Betriebsmodi (M1, M2), oder (b) irgendeinen der mehreren festen Betriebsmodi (G1, G2, G3, G4) herzustellen; und ein Steuersystem (5, 13, 17, 19, 21, 23, 74), das betreibbar ist, um Bedienereingaben und Betriebsbedingungen der Maschine (14) und des Getriebes (10) zu überwachen, zulässige Betriebsmodi der mehreren elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) zu bestimmen, für jeden der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) optimale Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bestimmen, wobei die optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) durch einen Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, einen der zulässigen der elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) auszuwählen, und den Betrieb der Maschine (14), der zumindest einen Drehelektromaschine (56, 72) und der Drehmomentübertragungseinrichtungen (C1 70, C2 62, C3 73, C4 75) zu steuern, um den einen der zulässigen der mehreren elektrisch verstellbaren und festen Betriebsmodi (M1, M2, G1, G2, G3, G4) mit bevorzugten optimalen Betriebskosten (Pcost, Pcost[M1_Eng_On], Pcost[M1_Eng_Off], Pcost[M2_Eng_On], Pcost[M2_Eng_Off], Pcost[GR1], Pcost[GR2], Pcost[GR3], Pcost[GR4]) zu bewirken.
  17. Antriebssystem nach Anspruch 16, wobei das elektromechanische Getriebe (10) ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Betriebsmodi (M1, M2) und Verbund-Verzweigung umfasst.
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