DE102007013336A1

DE102007013336A1 - Umgang mit Ruckeln unter Verwendung einer Multivariablen Aktiven Endantriebsdämpfung

Info

Publication number: DE102007013336A1
Application number: DE102007013336A
Authority: DE
Inventors: Robert L. Milford Morris
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: CN101042184B; US7315774B2; DE102007013336B4; CN101042184A; US20070225889A1

Abstract

Es ist ein Ansatz einer multivariablen Regelung offenbart, um das Ausmaß an Ruckeln in einem Antriebsstrangsystem, das mehrere Drehmomentsteuereinrichtungen verwendet, aktiv zu dämpfen. Um mit Ruckeln umzugehen, wird das gewünschte Achsdrehmoment beschränkt, wenn eine Drehmomentumkehr auftritt. Wenn der Fahrzeugbediener oder das System einen Befehl ausführt, der eine Richtungsänderung des Drehmoments erfordert, wird das gewünschte Achsdrehmoment auf ein niedriges Niveau begrenzt, bis die Spielschätzung sich entsprechend geändert hat. Während dieser Übergangszeit steuert die aktive Dämpfung die Drehzahlen der Endantriebskomponenten derart, dass der Effekt eines Spielausgleichs minimiert ist. Nachdem der Spielausgleich erfolgt, fährt das gewünschte Achsdrehmoment ohne Beschränkung fort. Die Erfindung umfasst, dass ein gewünschtes Achsdrehmoment, eine Abtriebsdrehzahl des Getriebes und eine Abtriebsdrehzahl eines angetriebenen Rades des Endantriebs bestimmt werden. Eine der Einrichtungen wird auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments gesteuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Hybrid-Antriebsstrangsteuersysteme, und im Besonderen das Steuern des Umgangs mit Ruckeln des Endantriebs, indem mehrere Drehmomenteingänge gesteuert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind verschiedene Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen bekannt, um mit den Antriebs- und Abtriebsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsmaschinen in Hybridfahrzeugen, üblicherweise Brennkraftmaschinen und elektrische Maschinen, umzugehen. Reihenhybridarchitekturen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine aus, die einen elektrischen Generator 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 elektrische Generator kann auch in einem Motorantriebsmodus arbeiten, um eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine bereitzustellen, und der elektrische Triebstrang kann Fahrzeugbremsenergie wieder auffangen, indem er 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 Betrieb mit einem breiten Bereich bereitzustellen.
Eine Hybrid-Antriebsstrangarchitektur 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 Antriebsmaschinen-Leistungsquelle und ein Abtriebselement zur Abgabe von Leistung von dem Getriebe benutzt. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen der Speichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator auszutauschen. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, um den Austausch elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator zu regeln. Die Steuereinheit regelt auch den Austausch elektrischer Leistung zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Für Ingenieure besteht eine Herausforderung darin, mit Übergängen in den Betriebszuständen von Hybrid-Antriebsstrangsystemen umzugehen, um die Auswirkung auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu minimieren, die durch Endantriebspiel oder Spielraum in dem gesamten Zahnradstrang hervorgerufen wird. Aktionen, bei denen Endantriebsdrehmoment von einem neutralen Drehmoment zu einem positiven oder negativen Drehmoment oder von einem positiven Drehmoment zu einem negativen Drehmoment übergeht, können zu Zahnradspiel und Ruckeln führen, wenn Spielraum aus dem Endantrieb und Endantriebskomponenten, die aufeinanderprallen, herausgenommen wird. Übermäßiges Zahnradspiel, Ruckeln und andere damit in Beziehung stehende Ereignisse können zu Unzufriedenheit des Bedieners führen und können die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Antriebsstrangs und des Getriebes negativ beeinflussen.
Zahnradspiel und Ruckeln haben das Potenzial, während Fahrzeugbetriebsbedingungen aufzutreten, die die Folgenden umfassen: wenn der Bediener Getriebegänge wechselt, z.B. von Neutral/Parken zu Drive (Fahren) oder Rückwärts, oder wenn der Bediener Gas gibt oder wegnimmt. Eine Spielwirkung tritt beispielsweise wie folgt auf: Drehmoment erzeugende Einrichtungen des Antriebsstrangs üben ein positives Drehmoment auf die Getriebeantriebszahnräder aus, um das Fahrzeug durch den Endantrieb anzutreiben. Während einer nachfolgenden Verzögerung nimmt der Drehmomenteingang in den Antriebsstrang und dem Endantrieb ab, und Zahnräder in dem Getriebe und dem Endantrieb trennen sich. Nach dem Durchgang durch den Punkt mit einem Drehmoment von Null verbinden sich die Zahnräder wieder, um Drehmoment in der Form von Motorbremsen, elektrische Stromerzeugung und anderes zu übertragen. Das Wiederverbinden der Zahnräder zum Übertragen von Drehmoment führt zu einem Zahnradaufprall mit dem daraus resultierenden Ruckeln.
Hybrid-Antriebsstrangsysteme, wie etwa das beispielhafte elektromechanische Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, weisen mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen auf. Eine koordinierte Steuerung der Drehmoment erzeugenden Einrichtung ist erforderlich, um Zahnradspiel und Ruckeln des Endantriebs zu verringern. Zusätzlich bringt das beispielhafte Hybrid-Antriebsstrangsystem die Herausforderung mit sich, Endantriebsübergänge zu steuern, die auftreten können, wenn einer der Motoren/Generatoren von dem Betrieb in einem Motorantriebsmodus in den Betrieb in einem Stromerzeugungsmodus übergeht.
Daher besteht ein Bedarf für ein Steuerschema für Hybrid-Antriebsstrangsysteme, wie etwa das beispielhafte elektromechanische Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen aufweist, welches die vorstehend erwähnten Probleme, die mit Zahnradspiel und Klacken des Endantriebs in Beziehung stehen, anspricht. Dieses umfasst ein Schema, das sich Endantriebsdrehmomentübergängen bewusst ist, die auftreten können, wenn einer der Motoren/Generatoren von dem Betrieb in einem Motorantriebsmodus in den Betrieb in einem Stromerzeugungsmodus übergeht Es gibt einen weiteren Bedarf, ein Hybrid-Antriebsstrangsteuersystem zu entwickeln, das Leistung von den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf eine Weise koordinieren und damit umgehen kann, die an Bord befindliche Berechnungsressourcen effektiv nutzt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt einen Ansatz einer multivariablen Regelung bereit, um das Betrag an Ruckeln in einem Hybridantriebsstrangsystem und anderen Antriebsstrangsystemen, die mehrere Drehmomentsteuereinrichtungen verwenden, zu dämpfen.
Um mit Ruckeln umzugehen, wird das gewünschte Achsdrehmoment T_{A_DES} begrenzt, wenn eine Drehmomentumkehr auftritt. Wenn der Fahrzeugbediener oder das System einen Befehl ausführt, der erfordert, dass das System sich von einem positiven Drehmoment zu einem negativen Drehmoment oder von einem negativen Drehmoment zu einem positiven Drehmoment ändert, wird das gewünschte Achsdrehmoment während der Umkehr auf ein niedriges Niveau begrenzt, bis die Spielschätzung sich entsprechend, d.h. von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv, geändert hat. Während dieser Übergangszeit steuert die aktive Dämpfung die Antwort der Endantriebskomponentendrehzahlen derart, dass die Wirkung des Spielausgleichs minimiert ist. Nachdem der Spielausgleich auftritt, kann das gewünschte Achsdrehmoment ohne Einschränkung für den Bediener- oder Systembefehl fortfahren.
Daher umfasst ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines Bewegungsdrehmoments an einem Endantrieb eines Hybridatriebsstrangsystems. Das Hybridatriebsstrangsystem umfasst mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, die wirksam mit einem Getriebe verbunden sind, das betreibbar ist, um Bewegungsdrehmoment auf eine Achse des Endantriebs zu übertragen. Die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen umfassen vorzugsweise elektrische Maschinen oder Motoren/Generatoren. Das Verfahren umfasst, dass ein gewünschtes Achsdrehmoment, eine Abtriebsdrehzahl des Getriebes und eine Abtriebsdrehzahl eines angetriebenen Rades des Endantriebs bestimmt werden. Eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen wird auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments gesteuert. Das Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung erfolgt vorzugsweise wenn die Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, wie etwa während des Anfahrens eines Fahrzeugs ausgehend von einer Fahrzeuggeschwindigkeit bei oder in der Nähe von Null.
Ein Aspekt der Erfindung umfasst, dass das gewünschte Achsdrehmoment bestimmt wird, indem eine Bedienereingabe an einem Gaspedal oder an einem Bremspedal überwacht wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass ein Übergang zwischen einem Drehmoment erzeugenden Modus und einem Elektrizität erzeugenden Modus gesteuert wird, um Ruckeln in dem Endantrieb zu verhindern, wenn die Drehmomente erzeugende Einrichtung eine elektrische Maschine umfasst.
Ein Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Endantriebsdrehmoment während des Anfahrens des Fahrzeugs oder während eines Wechsels eines festen Übersetzungsverhältnisses eines Getriebes des Antriebsstrangs gesteuert wird.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei deren bevorzugte Ausführungsform in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, ausführlich beschrieben und dargestellt wird, und 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, 4 und 5 schematische Informationsflussdiagramme gemäß der vorliegenden Erfindung sind; und
6 ein repräsentativer Datengraph gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen allein zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht zum Zweck selbige einzuschränken, zeigen die 1 und 2 ein System mit einer Maschine 14, einem Getriebe 10, einem Steuersystem und einem Endantrieb, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut worden ist.
Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind ausführlich in der gemeinschaftlich übertragenen U.S. Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer U. S. 2005/0137042 A1, die am 23. Juni 2005 veröffentlicht wurde, mit dem Titel Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios (elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Modi, Verbund-Verzweigung und vier festen Verhältnissen), das hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, 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 direkt durch eine Maschine 14 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 Charakteristiken eines Dämpfungsmechanismus und einer Feder, die jeweils als 78 und 79 gezeigt sind, aufweist. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment erlaubt einen selektiven Eingriff der Maschine 14 mit dem Hybridgetriebe 10, es ist aber zu verstehen, dass die Drehmoment übertragungseinrichtung 77 nicht dazu benutzt wird, den Modus, in dem das Hybridgetriebe 10 arbeitet, zu verändern oder zu steuern. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 umfasst vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung, die als Kupplung C5 bezeichnet ist.
Die Maschine 14 kann irgendeine von zahlreichen Formen von Brennkraftmaschinen sein, wie etwa ein Ottomotor oder ein Dieselmotor, die leicht anpassbar ist, um eine Leistungsabgabe an das Getriebe 10 mit einem Bereich von Betriebsdrehzahlen von Leerlauf bei oder in der Nähe von 600 Umdrehungen pro Minute (RPM oder U/min) bis zu über 6000 RPM oder U/min bereitzustellen. 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 spezieller Bezugnahme auf 1 benutzt das Hybridgetriebe 10 drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet sein kann und ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 34 sind an einem Träger 36 drehbar montiert, so dass jedes Planetenradelement 34 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 30 als auch dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff steht.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. 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 auch ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement 48 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar montiert, sodass 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. Beispielsweise beträgt in einer Ausführungsform das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 24 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, etwa über ein Nabenplattenzahnrad 54, mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Die verbundenen inneres Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und äußeres Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind ständig mit einem ersten Motor/Generator 56 verbunden, der auch als "Motor A" bezeichnet ist.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24, wie über eine Welle 60, mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Als solches sind die Träger 36 und 44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 verbunden. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28, wie über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 62, verbunden, die, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird, angewandt wird, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu helfen. 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 dem Endantrieb verbunden, der einen Getriebekasten 90 oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die einen Drehmomentausgang für eine oder mehrere Fahrzeugachsen 92 oder Halbwellen (nicht gezeigt) bereitstellt. Die Achsen 92 enden wiederum in Antriebselementen 96. Die Antriebselemente 96 können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie angewandt werden, oder sie können das Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Den Antriebselementen 96 kann irgendeine Form von Radbremse 94 zugeordnet sein. Die Antriebselemente weisen jeweils einen Drehzahlparameter N_WHL auf, der die Rotationsgeschwindigkeit 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 über eine Hohlwelle 66, die die Welle 60 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 ist selektiv mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist, durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 wird, wie es nachstehend ebenfalls erläutert wird, auch angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu helfen. Die Hohlwelle 66 ist auch ständig mit einem zweiten Motor/Generator 72 verbunden, der auch als "Motor B" bezeichnet wird.
Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie die beiden Motoren/Generatoren 56 und 72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. Die Motoren/Generatoren 56 und 72 sind beide von einer kreisringförmigen Konfiguration, die zulässt, dass diese die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 derart umgeben können, dass die Planetenradsätze 24, 26 und 28 radial innen von den Motoren/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Diese Anordnung 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 sperrt, so dass sie als eine Gruppe rotieren, indem das Sonnenrad 40 selektiv mit dem Träger 44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73, 75 sind alle Reibungskupplungen, die jeweils wie folgt bezeichnet sind: 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. Die hydraulische Betätigung wird unter Verwendung eines bekannten Hydraulikfluidkreises bewerksteligt, der hierin nicht ausführlich beschrieben wird.
Das Hybridgetriebe 10 nimmt ein Bewegungsantriebsdrehmoment von mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die die Maschine 14 und die Motoren/Generatoren 56 und 72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD) 74 gespeichert ist, auf. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere Speichereinrichtungen für elektrische Energie und elektrochemische Energie, 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, Anwendungssaufgaben, die mit typischer Straßensteigung und Temperatur in Beziehung stehen, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraftunterstützung und elektrischer Bereich umfassen. Die ESD 74 ist mit einem Getriebestromumrichtermodul (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 TPIM 19 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator 56 über Übertragungsleiter 29, und das TPIM 19 kommuniziert ähnlich mit dem zweiten Motor/Generator 72 über 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 Stromumrichter und jeweilige Motor-Controller, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle und Steuerumrichterzustände davon zu empfangen und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen.
Bei der Motorantriebssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstromleitungen auf und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Motor über Übertragungsleiter 29 und 31. Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Motor über Übertragungsleiter 29 und 31 auf und liefert Strom an die Gleichstromleitungen 27. Der Netto-Gleichstrom, der zu oder von den Umrichtern geliefert wird, bestimmt den Aufladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der elektrischen Energiespeichereinrichtung 74. Der Motor A 56 und Motor B 72 sind vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, und die Umrichter umfassen eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik.
Wieder nach 1 kann ein Antriebszahnrad 80 an dem Antriebselement 12 vorgesehen sein. Wie es gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad 80 das Antriebselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24, und das Antriebszahnrad 80 nimmt daher Leistung von der Maschine 14 und/oder den Motoren/Generatoren 56 und/oder 72 über die Planetenradsätze 24 und/oder 26 auf. Das Antriebszahnrad 80 steht kämmend mit einem Zwischenzahnrad 82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Verteilerzahnrad 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 Leistungsentnahmeeinheit (PTO-Unit von Power Take-Off Unit) befestigt sein, die entweder einzeln oder gemeinsam mit 88 bezeichnet sind und eine Nebenaggregatlast umfassen.
In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Controller-Architektur umfasst. 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 sachdienliche Informationen und Eingänge zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um ver schiedene Aktoren zu steuern und somit Steuerziele zu erreichen, die solche Parameter umfassen wie die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahreigenschaften und den Schutz von Bauteilen, die die Batterien der ESD 74 und Motoren 56, 72 einschließen. 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 Getriebestromumrichtermodul (TPIM von Transmission Power Inverter Module) 19. Ein Hybridsteuermodul (HCP von Hybrid Control Module) 5 liefert eine übergreifende 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, der das Getriebe 10 umfasst, steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingabevorrichtungen für die UI 13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. 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 den verschiedenen Controllern. Das besondere benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise ist ein Kommunikationsprotokoll der Standard J1939 der Society of Automotive Engineers. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Schnittstellenbildung zwischen mehreren Controllern zwischen den vorstehend erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
Das HCP 5 stellt eine übergreifende Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangsystems bereit, wobei es dazu dient, einen Betrieb des ECM 23, des TCM 17, des TPIM 19 und BPCM 21 zu koordinieren. Auf der Basis verschiedener Eingangssignale von der UI 13 und dem Antriebsstrang erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle, umfassend: einen Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD}; Kupplungsdrehmomentbefehle T_{CL_N} für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Hybridgetriebes 10; und Motordrehmomentbefehle T_{A_CMD} Und T_{B_CMD} für die Elektromotoren A bzw. B.
Das ECM 23 ist wirksam mit der Maschine 14 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 über eine Vielzahl von diskreten Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammellinie 35 gezeigt sind. Das ECM 23 empfängt den Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD} von dem HCP 5 und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} und eine Angabe des aktuellen Maschinendrehmoments T_{E_ACT}, die an das HCP 5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 derart gezeigt, dass es allgemein eine bidirektionale Schnittstelle mit der Maschine 14 über Sammelleitung 35 aufweist. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM 23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl (N_E) einer zu dem Getriebe führenden Welle, 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. Eingänge von dem TCM 17 in das HCP 5 umfassen geschätzte Kupplungsdrehmomente T_{CL_N_EST} für jede der Kupp lungen C1, C2, C3 und C4 und Drehgeschwindigkeit N_O der Abtriebswelle 64. Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Informationen von dem TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern.
Das BPCM 21 steht in Signalverbindung mit einem oder mehreren Sensoren, die betreibbar sind, um elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen und somit Informationen über den Zustand der Batterien an das HCP 5 zu liefern. Derartige Informationen umfassen den Batterieladezustand Bat_SOC und andere Zustände der Batterien, die die Spannung V_BAT und die verfügbare Leistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} umfassen.
Das Getriebestromumrichtermodul (TPIM) 19 umfasst ein Paar Stromumrichter und Motor-Controller die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM 19 ist betreibbar, um Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, T_{A_CMD} und T_{B_CMD} auf der Basis eines Einganges von dem HCP 5 zu erzeugen, das durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die vorbestimmten Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, T_{A_CMD} und T_{B_CMD}, werden mit Motordämpfungsdrehmomenten T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} eingestellt, um Motordrehmomente T_A und T_B zu bestimmen, die durch das Steuersystem, einschließlich des TPIM 19, um die Motoren A und B zu steuern, implementiert sind. Einzelne Motordrehzahlsignale N_A und N_B für Motor A bzw. Motor B werden jeweils von dem TPIM 19 aus den Motorphaseninformationen oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen N_A und N_B an das HCP 5. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 74 ist an das 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 Vielzweck-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-)- und eine Digital/Analog-(D/A)-Schaltung 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 jedes Computers vorzunehmen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des vorstehend erwähnten LAN 6 bewerkstelligt.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Controller werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden durch eine der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und sind betreibbar, um Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebes der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen auszuführen. Die Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3, 6,25, 15, 25 und 100 Millisekunden während des anhaltenden Maschi nen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
In Ansprechen auf eine Betätigung durch den Bediener, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen der Aufsicht führende HCP-Controller 5 und einer oder mehrere der anderen Controller das erforderliche Getriebeabtriebsdrehmoment T_O. Selektiv betriebene Komponenten des Hybridgetriebes 10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf den Bedienerbefehl zu antworten. Beispielsweise bestimmt das HCP 5 in der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform, wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient, ein Abtriebsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Eine abschließende Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Faktoren beeinflusst, die z.B. die Straßenlast, die Straßensteigung und die Fahrzeugmasse umfassen. Das HCP 5 überwacht die Parameterzustände der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und bestimmt den Abtrieb des Getriebes, der erforderlich ist, um zu dem gewünschten Drehmomentausgang zu gelangen. Unter der Anweisung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um dem Bedienerbefehl nachzukommen.
Das elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung umfasst ein Abtriebselement 64, das Ausgangsleistung über zwei unterschiedliche Zahnradstränge in dem Getriebe 10 aufnimmt, und arbeitet in mehreren Getriebebetriebsmodi, die nun anhand von 1 und der Tabelle 1 unten beschrieben werden.
Tabelle 1
Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsmodi geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3, C4 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt wird. Zusätzlich können der Motor A 56 oder der Motor B 72 in verschiedenen Getriebebetriebsmodi jeweils als Elektromotoren arbeiten, was jeweils als MA, MB bezeichnet ist, und Motor A 56 kann als Generator arbeiten, was als GA bezeichnet ist. Ein erster Modus oder Zahnradstrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 "auf Masse zu legen". Ein zweiter Modus oder Zahnradstrang 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 elektrischen Maschinen 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht weiter besprochen.
Das Steuersystem, das vor allem in 2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen N_O der Welle 64 von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes Betriebsmodus bereitzustellen. Die Kombination von zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Modus lässt zu, dass das Getriebe 10 ein Fahrzeug von einer stehenden Bedingung aus bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben kann und verschiedene andere Anforderungen erfüllt, wie sie zuvor beschrieben wurden. Zusätzlich koordiniert das Steuersystem den Betrieb des Getriebes 10, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Modi zuzulassen.
Der erste und zweite Betriebsmodus 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, bei denen feste Verhältnisse erreicht werden, indem eine zusätzliche Kupplung angewandt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C3 73 oder C4 75 sein, wie es in der Tabelle oben gezeigt ist.
Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird, wird ein festes Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. N_I/N_O, erreicht. Die Rotationen der Motoren/Generatoren 56, 72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie sie durch das Kuppeln definiert ist, und ist proportional zur Antriebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 bestimmt oder gemessen wird. Die Motoren/Generatoren fungieren als Motoren oder Generatoren. Sie sind vollständig unabhängig von dem Leistungsfluss von der Maschine zu dem Abtrieb, wodurch ermöglicht wird, dass beide Motoren sind, beide als Generatoren fungieren oder irgendeine Kombination davon. Dies lässt zu, dass beispielsweise während des Betriebs in dem festen Verhältnis 1 die Bewegungsleistung, die von dem Getriebe an die Welle 64 ausgegeben wird, durch Leistung von der Maschine und Leistung von den Motoren A und B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der Energiespeichereinrichtung 74 aufgenommen wird.
Der Getriebetriebsmodus kann zwischen einem Betrieb mit festem Verhältnis und einem Modus-Betrieb umgeschaltet werden, indem eine der zusätzlichen Kupplungen während des Betriebes in Modus I oder Modus II aktiviert oder deaktiviert wird. Die Bestimmung des Betriebes in einem festen Verhältnis oder 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 die Auswahl hängt wieder von der Fahrereingabe und von der Antwort des Fahrzeugs auf diese Eingabe ab. BEREICH 1 fällt vorwiegend in den Betrieb von Modus I, wenn die Kupplungen C1 70 und C4 75 eingerückt sind. BEREICH 2 fällt in den Modus I und den Modus II, wenn die Kupplungen C2 62 und C1 70 eingerückt sind. Ein dritter Bereich mit festem Verhältnis ist primär während des Modus II erhältlich, wenn die Kupplungen C2 62 und C4 75 eingerückt sind, und ein vierter Bereich mit festem Verhältnis ist während des Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C3 73 eingerückt sind. Es ist anzumerken, dass sich Betriebsbereiche für den Modus I und den Modus II typischerweise signifikant überlappen.
Der Abtrieb des vorstehend beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystemsist aufgrund von mechanischen und Systemgrenzen eingeschränkt. Die Abtriebsdrehzahl N_O des Getriebes, die an der Welle 64 gemessen wird, ist aufgrund von Begrenzungen der Maschinenabtriebsdrehzahl N_E, die an der Welle 18 gemessen wird, und der Getriebean triebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 gemessen wird, und Geschwindigkeitsbegrenzungen der Elektromotoren A und B, die als +/– N_A, +/– N_B bezeichnet sind, begrenzt. Das Abtriebsdrehmoment T_O des Getriebes 64 ist aufgrund von Begrenzungen des Maschinenantriebsdrehmoments T_E und des Antriebsdrehmoments T_I, das an der Welle 12 nach dem Dämpfer 20 für transientes Drehmoment gemessen wird, und Drehmomentbegrenzungen (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}, T_{B_MAX}, T_{B_MIN}) der Motoren A und B 56, 72 ähnlich begrenzt.
In 3 ist ein Steuerschema gezeigt, das ein multivariates Regelungssystem umfasst, das vorzugsweise als Algorithmen in dem Controller des vorstehend anhand von 2 beschriebenen Steuersystems ausgeführt wird, um den Betrieb des anhand von 1 beschriebenen Systems zu steuern. Das nachstehend beschriebene Steuersystem umfasst einen Teilsatz der gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur. Das Steuerschema umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung. Ein beispielhaftes Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung ist in der gemeinschaftlich übertragenen und anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/xxx,xxx: mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MULTIVARIATE ACTIVE DRIVELINE DAMPING, Aktenzeichen des Anwalts GP-307477, beschrieben. Das vorstehend erwähnte Verfahren und die vorstehend erwähnte Vorrichtung sind hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen, so dass die multivariate aktive Endantriebsdämpfung nicht ausführlich beschrieben werden muss. Das beispielhafte multivariate Regelungsverfahren und -system umfasst grundlegende Elemente zum Steuern von Drehmomentausgängen von den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 durch das Getriebe 10 zu dem Endantrieb. Dies umfasst die gesamten Steuerelemente des Bestimmens der gewünschten Betriebszustandsparameter für das Antriebsstrangsystem und den End antrieb, die Eingänge in das Segment für die gewünschte Dynamik 210 umfassen. Ausgänge des Segments für die gewünschte Dynamik 210 umfassen mehrere Referenzwerte für Achsdrehmoment T_{AXLE_REF}; für Dämpferdrehmoment, T_{DAMP_REF} und verschiedene Drehzahlen N_{A_REF}, N_{B_REF}, N_{O_REF}, N_{E_REF}, N_{WHL_REF}. Die Referenzwerte und die Vielzahl von Betriebszustandsfehlern, die aus Ausgängen des Endantriebs berechnet werden, umfassen Eingänge in ein Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema 220. Das Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema 220 wird ausgeführt, um Dämpfungsdrehmomente für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, in dieser Ausführungsform für die Motoren A und B, d.h. T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP}, zu bestimmen. Eine Steuerung der Endantriebsdynamik, die als 230 bezeichnet ist, umfasst das Steuern von Eingängen für jede Drehmoment erzeugende Einrichtung und andere Drehmomenteinrichtungen in dem Getriebe und dem Endantrieb auf der Basis der Betriebszustandsfehler und der Referenzzustände.
In 4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen von Zustandsparametern für einen multivariaten Endantrieb mit einem Endantrieb-Dynamikschätzer 240 gezeigt. Ein beispielhaftes Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung ist in der gemeinschaftlich übertragenen und anhängigen U. S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/xxx,xxx: mit dem Titel PARAMETER STATE ESTIMATION, Aktenzeichen des Anwalts GP-307478 beschrieben. Im Gesamtbetrieb ist der Endantriebs-Dynamikschätzer 240 ein mathematisches Modell, das mehrere lineare Gleichungen umfasst, die als Algorithmen in einem der Controller ausgeführt werden. Die mathematischen Modellgleichungen, einschließlich der Kalibrierungswerte, werden unter Verwendung von Algorithmen ausgeführt, um Darstellungen des Betriebes des beispielhaften anhand der 1 und 2 beschriebenen Endantriebs zu modellieren, wobei anwendungsspezifische Massen, Träghei ten, Reibungsfaktoren und andere Charakteristiken und Parameter des Endantriebs, die die verschiedenen Betriebszustände beeinflussen, berücksichtigt werden. Das Verfahren zum Schätzen der Zustandsparameter für das vorstehend erwähnte Antriebsstrangsystem umfasst, dass die Betriebsdrehzahl für jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, in diesem Fall Motor A 56, Motor B 72 und Maschine 14 überwacht wird. Die Maschinenabtriebsdrehzahl N_E wird an der Welle 18 gemessen und die Getriebeantriebsdrehzahl N_I wird an der Welle 12 gemessen. An der Welle 64 wird die Abtriebsdrehzahl N_O des Getriebes 10 gemessen. Es werden Drehmomentbefehle von dem Steuersystem für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen bestimmt und als T_A, T_B und T_E bezeichnet. Es werden auch mehrere Endantriebs-Drehmomentlasten bestimmt und als Eingabe verwendet. Die vorstehend erwähnten mathematischen Modellgleichungen werden in einem der Controller ausgeführt, um jeden Zustandsparameter abzuschätzen, die T_DAMP, T_AXLE, N_A, N_B, N_O, N_E, N_WHL, umfassen, wobei als Eingänge verwendet werden: die Betriebsdrehzahl für jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die Abtriebsdrehzahl der Getriebeeinrichtung, die Drehmomentbefehle für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und die Drehmomentlasten. Die anhand von 2 beschriebene verteilte Controller-Architektur und die hierin beschriebene algorithmische Struktur werden auf eine Weise ausgeführt, die bewirkt, dass eine Schätzung der vorstehend erwähnten Zustandsparameter in Echtzeit erreicht wird, d.h. die Berechnung jedes geschätzten Zustandes tritt während eines einzigen Taktzyklus des Controllers auf, so gibt es keine begrenzte Zeit oder keine Verzögerungszeit bei der Bestimmung der verschiedenen Zustände, wodurch ein Potenzial für einen Steuerungsverlust für das System beseitigt oder minimiert wird. Eingangsparameter für den Endantriebs-Dynamikschätzer 240 umfassen Motordrehmomentwerte T_A und T_B, Maschinendrehmoment T_E, Kupplungsdrehmomente T_{CL_N} für Kupplungen C1, C2, C3, C4, Bremsdrehmoment T_BRAKE, Nebenaggregatlast T_ACC und Straßenlast T_RL und den Getriebebetriebsmodus. Die mathematischen Modellgleichungen werden auf die vorstehend erwähnten Eingänge angewandt, um geschätzte Ausgangszustandsparameter des Endantriebs, die T_{DAMP_EST}, T_{AXLE_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST} und N_WHL umfassen, auf der Basis der Eingangsparameter dynamisch zu berechnen. Eine erste Drehzahlmatrix, die die geschätzten Drehzahlen N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST} und N_{WHL_EST} umfasst, wird von einer zweiten Drehzahlmatrix subtrahiert, die gemessene Drehzahlen N_A, N_B, N_O, N_E, N_WHL umfasst, die von der Endantriebs-Dynamiksteuerung 230 ausgegeben werden. Die resultierende Matrix wird in einen Schätzer 232 eingegeben, in dem sie mit einer von mehreren Verstärkungsmatrizen multipliziert wird, um eine Matrix von geschätzten Zustandskorrekturen zu bestimmen. Jede der Verstärkungsmatrizen umfasst ein Matrix aus skalaren Verstärkungsfaktoren, die vorzugsweise für jeden Getriebebetriebsmodus, d.h. den spezifischen Betriebsmodus und die Zahnradkonfiguration, die oben anhand von Tabelle 1 beschrieben wurde, bestimmt werden. In dieser Ausführungsform werden die Verstärkungsmatrizen offline bestimmt und als Kalibrierungswerte in einem der an Bord befindlichen Controller gespeichert. Es werden vorzugsweise zumindest zwei Sätze von Verstärkungsmatrizen als Teil der Aktion der Schätzerrücckopplungsverstärkung 232 entwickelt und ausgeführt, wobei ein Satz zur Verwendung dient, wenn der Endantrieb sich in einem neutralen Spielzustand befindet, und ein Satz zur Verwendung dient, wenn der Endantrieb sich in einem Fahrzustand befindet.
Die Matrix der geschätzten Zustandskorrekturen wird als Rückkopplung von dem Endantriebs-Dynamikschätzer 240 bei der Bestimmung der dynamisch berechneten geschätzten Abtriebszustände des Endantriebs, die T_{DAMP_EST}, T_{AXLE_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST}, N_{WHL_EST} umfassen, auf der Basis der eingegebenen Parameter verwendet. Wenn die erste Drehzahlmatrix, die die geschätzten Drehzahlen umfasst, gleich der zweiten Drehzahlmatrix ist, die die gemessenen Drehzahlen umfasst, wird festgestellt, dass die Ausgänge des Schätzers, die T_{DAMP_EST}, T_{AXLE_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST}, N_{WHL_EST} umfassen, genaue Messungen der tatsächlichen Betriebszustände des Endantriebs sind.
In den 5 und 6 wird ein Verfahren zum Steuern des von dem anhand der 1 und 2 beschriebenen Antriebsstrangsystem übertragenen Drehmoments während Übergängen, die zu Endantriebsruckeln führen können, ausführlich beschrieben. Das gesteuerte Drehmoment T_AXLE wird auf die Achse 92 des Endantriebs übertragen. Das hierin beschriebene Verfahren und System werden als ein oder mehrere Algorithmen in der anhand von 2 gezeigten verteilten Controller-Architektur ausgeführt und benutzen das anhand von 3 beschriebene multivariate Regelungsschema, einschließlich die anhand von 4 beschriebene Parameterzustandsschätzung, die jeweils durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind, wie es oben angegeben wurde.
Das Verfahren zum Steuern des Endantriebsdrehmoments, das in dem Antriebstrangsystem ausgeht, welches die Drehmomente erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 aufweist, die dazu dienen, Bewegungsdrehmoment auf das Getriebe zu übertragen, umfasst, dass ein gewünschtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} bestimmt wird und Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs N_O und eines angetriebenen Rades N_WHL des Endantriebs bestimmt werden. Jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 wird gesteuert, indem das vorstehend erwähnte und angeführte multivariate Steuersystem auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments T_{AXLE_DES_dot} verwendet wird. Die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen werden auf der Basis der auf die Zeit bezogenen Änderungsrate (time-rate change) des gewünschten Achsdrehmoments T_{AXLE_DES_dot} angesteuert und begrenzt, wenn die Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades N_WHL niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, und zwar typischerweise von einer Anfahrdrehzahl von null. Diese auf die Zeit bezogene Änderungsrate kann ferner auf der Basis der auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments gesteuert werden, was einen Übergang von einem der Motoren/Generatoren zwischen einem Drehmoment erzeugenden Modus und einem Elektrizität erzeugenden Modus umfasst. Dies umfasst das Steuern des Endantriebsdrehmoments T_{AXLE_DES} während des Anfahrens des Fahrzeugs und das Steuern des Endantriebsdrehmoments T_{AXLE_DES} während eines Wechsels des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 10.
Es werden die folgenden Parameter bestimmt: das auf den Endantrieb übertragene Antriebsstrangdrehmoment, d.h. T_AXLE, die Abtriebsdrehzahl des Getriebes N_O zum Endantrieb und die Drehzahl des angetriebenen Rades N_WHL. Es wird ein Spielzustand bestimmt, und jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen des Antriebsstrangs wird auf der Basis des Spielzustands gesteuert. In dieser Ausführungsform wird der Spielzustand unter Verwendung eines Schätzers 250 bestimmt, der vorzugsweise einen Algorithmus in einem der Controller umfasst. Eingänge in den Spielzustandsschätzer 250 umfassen das geschätzte Achsdrehmoment T_{AXLE_EST}, die geschätzte Abtriebsdrehzahl N_{O_EST} des Getriebes und die geschätzte Drehzahl des angetriebenen Rades N_{WHL_EST}, von denen jede von dem Endantrieb-Dynamikschätzer 240 ausgegeben wird. Der Spielzustandsschätzer 250 ist betreibbar, um das geschätzte Achsdrehmoment T_{AXLE_EST} und die geschätzte Abtriebsdrehzahl N_{O_EST} zu vergleichen und somit den Spielzustand als einen positiven Zustand, einen negativen Zustand oder einen neutralen Zustand zu bestimmen. Der positive Zustand wird angegeben, wenn das geschätzte Achsdrehmoment T_{AXLE_EST} und die geschätzte Abtriebsdrehzahl N_{O_EST} und die geschätzte Drehzahl des angetriebenen Rades N_{WHL_EST} zeigen, dass von dem Getriebe Drehmoment durch den Endantrieb in einer Vorwärtsrichtung übertragen wird, d.h. wenn das Fahrzeug zu einer Vorwärtsbewegung angetrieben wird. Der negative Zustand wird angegeben, wenn das geschätzte Achsdrehmoment T_{AXLE_EST} und die geschätzte Abtriebsdrehzahl N_{O_EST} und die geschätzte Drehzahl des angetriebenen Rades N_{WHL_EST} zeigen, dass von dem Getriebe Drehmoment durch den Endantrieb in einer negativen Richtung übertragen wird, d.h. wenn das Fahrzeug zu einer Rückwärtsbewegung angetrieben wird, oder wenn es einen Brems- und Regenerationsmodus des Antriebsstrangs gibt. Der neutrale Zustand wird angegeben, wenn kein Drehmoment von dem Getriebe durch den Endantrieb auf die angetriebenen Räder übertragen wird.
Wenn der Ausgang des Spielzustandschätzers einen positiven Spielzustand oder einen negativen Spielzustand angibt, erfolgt in dem Steuersystem auf der Basis des Spiels keine Aktion.
Wenn der Ausgang des Spielzustandschätzers einen neutralen Zustand angibt, wird die resultierende Matrix, die die vorstehend erwähnte Differenz zwischen der ersten Matrix der geschätzten Drehzahlen (die N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST}, N_{WHL_EST} umfasst) und der zweiten Matrix der gemessenen Drehzahlen (die N_A, N_B, N_O, N_E, N_WHL umfasst) mit einer von mehreren Spielverstärkungsmatrizen multipliziert, um eine Matrix aus geschätzten Zustandkorrekturen für den Spielbetrieb zu bestimmen. Wenn die Matrix von geschätzten Zustandskorrekturen für den Spielbetrieb in dem Endantriebs-Dynamikschätzer 240 verwendet wird, werden die resultierenden Ausgänge des Schätzers 240, die T_{DAMP_EST}, T_{DAMP_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST} und N_{WHL_EST} umfassen, als Rückkopplung an die multivariate Motordämpfungssteuerung 220 geliefert. Die multivariate Motordämpfungssteuerung 220 verwendet die Schätzerausgänge, um den tatsächli chen Achsdrehmomentausgang T_AXLE während der Zeit zu dämpfen, in der der neutrale Spielzustand detektiert wird. Somit ist das zu dem Endantrieb übertragene Drehmoment T_AXLE kleiner als das vom Bediener befohlene Drehmoment T_{AXLE_DES}, wenn der Spielzustand neutral ist. Wenn der Spielzustand im Anschluss entweder positiv oder negativ wird, wird die Verwendung der Spielverstärkungsmatrizen unterbrochen, und es wird eine Verstärkungsmatrix ausgewählt, wie es zuvor anhand von 4 beschrieben wurde.
In 6 sind beispielhafte Ergebnisse für den Umgang mit Achsdrehmoment während eines Zeitraums gezeigt, wenn ein Potenzial für ein Ruckeln des Endantriebs auftreten kann. Ruckeln des Endantriebs ist als eine Änderungsrate eines Achsdrehmoments während einer Schritt- oder Stufenänderung des gewünschten Achsdrehmoments, etwa infolge von einer Bedienereingabe in die UI 13, definiert. Derartige Änderungen treten typischerweise während des Anfahrens eines Fahrzeugs und anderen Punkten von Beschleunigung auf. Ruckeln des Endantriebs kann auch aufgrund eines Übergangs im Betriebsmodus von einem der Motoren/Generatoren 56, 72, z.B. zwischen einem Drehmoment erzeugenden Modus und einem elektrische Energie erzeugenden Modus, auftreten. Eine typische Grenze des Betrages an Ruckeln, der wegen der Erwartungen eines Bedieners angestrebt wird, umfasst ein Ruckeln mit einer Spitze oder eine Beschleunigung mit einer Spitze von weniger als 1,6 G/s. In diesem Fall wird ein gewünschtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} auf der Basis von Bedienereingaben bestimmt und mit Filterkonstanten eingestellt, die in dem Schema für die gewünschte Dynamik 210 ausgeführt werden. Die Drehmomentbegrenzung wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem Dämpfungsdrehmomentwerte für den Motor A und den Motor B T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} gesteuert werden, die anhand der multivariaten Motordämpfungsdrehmomentsteuerung oder -regelung 220 berechnet wur den, auf die vorher verwiesen wurde und die vorher beschrieben wurde. Die multivariate Motordämpfungssteuerung 220 verwendet die Schätzerausgänge, um den tatsächlichen Achsdrehmomentausgang T_AXLE zu dämpfen. Somit ist das auf den Endantrieb übertragene Drehmoment T_AXLE kleiner als das vom Bediener befohlene Drehmoment T_{AXLE_DES}, wenn das gewünschte Achsdrehmoment in Bezug auf Ruckeln begrenzt ist. Auf diese Weise ist das multivariate Regelungsschema verwendbar, um mit der Größe und mit dem Auftreten von Klacken oder Ruckeln des Endantriebs umzugehen und dieses zu unterdrücken.
Eingangsparameter für den Endantriebs-Dynamikschätzer 240 umfassen Motordrehmomentwerte T_A und T_B, Maschinendrehmoment T_E, Kupplungsdrehmomente T_{CL_N} für Kupplungen C1, C2, C3, C4, Bremsdrehmoment T_BRAKE, Nebenaggregatlast T_ACC und Straßenlast T_RL und den Getriebebetriebsmodus. Die mathematischen Modellgleichungen werden auf die vorstehend erwähnten Eingänge angewandt, um geschätzte Ausgangszustandsparameter des Endantriebs, die T_{DAMP_EST}, T_{AXLE_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST} und N_WHL umfassen, auf der Basis der Eingangsparameter dynamisch zu berechnen. Die erste Drehzahlmatrix, die sie geschätzten Drehzahlen umfasst, wird von der zweiten Drehzahlmatrix, die die gemessenen Drehzahlen umfasst, subtrahiert, wie es zuvor beschrieben wurde. Die resultierende Matrix wird mit einer von mehreren Verstärkungsmatrizen multipliziert, um die Matrix der Korrekturen der geschätzten Zustände zu bestimmen. Jede der mehreren Verstärkungsmatrizen umfasst eine Matrix aus skalaren Verstärkungsfaktoren, die vorzugsweise für jeden Getriebebetriebsmodus, d.h. den spezifischen Betriebsmodus und die Zahnradkonfiguration, die oben anhand von Tabelle 1 beschrieben wurde, bestimmt werden. In dieser Ausführungsform werden die Verstärkungsfaktoren offline bestimmt und als Kalibierungswerte in einem der an Bord befindlichen Controller gespeichert. Es werden vorzugsweise zumindest zwei Sätze von Verstärkungsmatrizen, als Teil der Aktion der Schätzerrückkopplungsverstärkung 232 entwickelt und ausgeführt, wobei ein Satz zur Verwendung dient, wenn der Endantrieb sich in einem neutralen Spielzustand befindet, und ein Satz zur Verwendung dient, wenn der Endantrieb sich in einem Fahrzustand befindet.
Die Matrix der geschätzten Zustandskorrekturen wird als Rückkopplung von dem Endantriebs-Dynamikschätzer 240 bei der Bestimmung der dynamisch berechneten geschätzten Abtriebszustände des Endantriebs, die T_{DAMP_EST}, T_{AXLE_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST}, N_{WHL_EST} umfassen, auf der Basis der eingegebenen Parameter verwendet. Wenn die erste Drehzahlmatrix, die die geschätzten Drehzahlen umfasst, gleich der zweiten Drehzahlmatrix ist, die die gemessenen Drehzahlen umfasst, wird festgestellt, dass die Ausgänge des Schätzers, die T_{DAMP_EST}, T_{AXLE_EST}, N_{A_EST}, N_{B_EST}, N_{O_EST}, N_{E_EST}, N_{WHL_EST} umfassen, genaue Messungen der tatsächlichen Betriebszustände des Endantriebs sind.
Obwohl diese Ausführungsform derart beschrieben worden ist, dass sie den Ausgang der Elektromotoren steuert, ist zu verstehen, dass alternative Ausführungsformen dieser Erfindung Steuerschemata umfassen können, die betreibbar sind, um den Drehmomentausgang der Brennkraftmaschine sowie der Elektromotoren zu steuern. Es ist ferner zu verstehen, dass einige oder alle geschätzten Werte für Drehmoment und Drehzahl stattdessen direkt mit Sensoren und Erfassungsschemata überwacht werden können.
Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen davon beschrieben worden. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Es sollen alle derarti gen Modifikationen und Abwandlungen eingeschlossen sein, insofern sie in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern des Bewegungsdrehmoments für einen Endantrieb eines Systems, wobei das System mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen umfasst, die wirksam mit einem Getriebe verbunden sind, das betreibbar ist, um Bewegungsdrehmoment auf eine Achse des Endantriebs zu übertragen, das umfasst, dass: ein gewünschtes Achsdrehmoment bestimmt wird; eine Abtriebsdrehzahl des Getriebes und eine Abtriebsdrehzahl eines angetriebenen Rades des Endantriebs bestimmt werden; und eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments gesteuert wird, wenn die Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades niedriger als ein vorbestimmter Wert ist
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des gewünschten Achsdrehmoments umfasst, dass eine Bedienereingabe an einem Gaspedal überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen des gewünschten Achsdrehmoments umfasst, dass eine Bedienereingabe an einem Bremspedal überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 wobei das Verfahren ferner umfasst, dass ein Endantriebsdrehmoment während des Anfahrens eines Fahrzeugs gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments umfasst, dass ein Übergang zwischen einem Drehmoment erzeugenden Modus und einem Elektrizität erzeugenden Modus gesteuert wird, wenn die Drehmoment erzeugende Einrichtung eine elektrische Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass das Endantriebsdrehmoment während eines Wechsels eines festen Übersetzungsverhältnisses eines Getriebes des Antriebsstrangs gesteuert wird.
Fertigungsgegenstand, der ein Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm aufweist, um ein Verfahren zum Steuen des Endantriebsdrehmoments in einem Antriebsstrangsystem zu bewirken, das mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen aufweist, die dazu dienen, Bewegungsdrehmoment auf den Endantrieb zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst: Code, um Abtriebsdrehzahlen eines Antriebsstrangs und eines angetriebenen Rades des Endantriebs zu bestimmen; Code, um ein gewünschtes Achsdrehmoment zu bestimmen; und Code, um jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments zu steuern.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die ferner Code umfasst, um jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments zu steuern, wenn die Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades niedriger als ein vorbestimmter Wert ist
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei Code zum Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments ferner Code umfasst, um Drehmoment zu steuern, das von jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung ausgegeben wird, wenn die Drehmoment erzeugende Einrichtung als Elektromotor betrieben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen eine erste elektrische Maschine umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen ferner eine zweite elektrische Maschine umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei Code zum Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf der Basis einer auf die Zeit bezogenen Änderungsrate des gewünschten Achsdrehmoments Code umfasst, um Drehmoment zu steuern, das von der ersten und zweiten elektrischen Maschine ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen ferner eine Brennkraftmaschine umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei Code zum Bestimmen eines gewünschten Achsdrehmoments Code umfasst, um das gewünschte Achsdrehmoment auf der Basis einer Bedienereingabe zu schätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei Code zum Bestimmen von Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades des Endantriebs Code umfasst, um Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und eines angetriebenen Rades des Endantriebs mit Meßeinrichtungen zu messen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei Code zum Bestimmen von Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades des Endantriebs Code umfasst, um Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades des Endantriebs auf der Basis eines Eingangs von einer Messeinrichtung zu schätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Code zum Schätzen von Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades des Endantriebs auf der Basis von Eingängen einer Messeinrichtung ferner Code umfasst, um ein multivariates Verfahren zum Schätzen von Abtriebsdrehzahlen auszuführen.