DE102007017390A1

DE102007017390A1 - Verfahren und System zur Steuerung eines Fahrzeuggetriebes

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Publication number: DE102007017390A1
Application number: DE102007017390A
Authority: DE
Inventors: Douglas Canton Martin; Edward Brownstown Township Badillo; John Clinton Township Shanahan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: DE102007017390B4; US20070239339A1; GB0706712D0; GB2436878A; GB2436878B; US8050831B2

Abstract

Es werden ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuggetriebes bereitgestellt. Das Fahrzeug hat mindestens ein Rad und eine positionierbare Beschleunigungseinrichtung. Das Fahrzeug umfasst einen auf die Stellung der Beschleunigungseinrichtung ansprechenden Motor, wobei der Motor ein Drehmoment auf das Rad ausübt. Bei einer Ausführungsform ist das Getriebe mit dem Motor und dem Rad gekoppelt, wobei das Getriebe mehrere Übersetzungsverhältnisse bereitstellt und so ausgebildet ist, dass es auf eine kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet. Das Fahrzeug umfasst weiter eine Steuereinrichtung, die mit dem Motor und dem Getriebe in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung erfasst die Stellung der Beschleunigungseinrichtung, erstellt einen Schaltplan auf der Basis der Stellung der Beschleunigungseinrichtung und setzt einen Grenzwert für die Geschwindigkeit des Motors fest. Die Steuereinrichtung erzeugt ferner Signale für das Getriebe, um das auf dem Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit basierende Übersetzungsverhältnis bereitzustellen, während das Getriebe auf eine kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung eines Fahrzeuggetriebes, insbesondere eines kontinuierlich verstellbaren Getriebes (CVT).
Es ist bekannt, dass sich bei Fahrzeugen mit einem konventionellen Automatikgetriebe die Motorgeschwindigkeit, d.h. die Motorumdrehungen pro Minute (U/min), proportional zu der Geschwindigkeit ändert. Wenn das Fahrzeug beispielsweise beschleunigt, erhöht sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors. Dementsprechend verringert sich die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors, wenn sich das Fahrzeug verlangsamt.
Für Fahrzeuge mit einem kontinuierlich verstellbaren Getriebe (CVT) ist jedoch bekannt, dass der Motor ungeachtet der Fahrzeuggeschwindigkeit frei von einer Motorgeschwindigkeit zu einer anderen wechseln kann. Eine derartige Veränderlichkeit der Motorgeschwindigkeit ist von den Fahrzeuginsassen nicht vorhersehbar und daher unerwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, mit dem Verfahren und System zur Steuerung eines Fahrzeuggetriebes die Nachteile von Fahrzeugen mit konventionellen CVT-Getrieben zu beseitigen.
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1, 15 und 23 aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeuggetriebes bereit. Das Fahrzeug hat mindestens ein Rad und eine positionierbare Beschleunigungseinrichtung, die ein Beschleunigen des Fahrzeugs verursacht. Das Fahrzeug umfasst einen Motor, der auf die Stellung der Beschleunigungseinrichtung anspricht, wobei der Motor ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt. Bei einer Ausführungsform ist ein Getriebe mit dem Motor und dem mindestens einen Rad gekoppelt, wobei das Getriebe verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellt und so ausgebildet ist, dass es auf eine kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet. Das Fahrzeug umfasst auch eine Steuereinrichtung, die mit dem Motor und dem Getriebe in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung ist so ausgebildet, dass sie die Stellung der Beschleunigungseinrichtung erfasst, einen auf der Stellung der Beschleunigungseinrichtung basierenden Schaltplan erstellt und einen Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit des Motors festsetzt. Die Steuereinrichtung erzeugt ferner Signale für das Getriebe, um mindestens eines der auf dem Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, während das Getriebe auf kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet.
Das Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs umfasst das Bereitstellen eines Getriebes, das verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellt, wobei das Getriebe in einer kontinuierlich verstellbaren Weise arbeitet. Das Verfahren umfasst auch das Empfangen eines Beschleunigungssignals von einer Beschleunigungseinrichtung unter Verwendung einer Steuereinrichtung, wobei das Beschleunigungssignal der Stellung der Beschleunigungseinrichtung entspricht. Das Verfahren umfasst weiter das Erstellen eines auf dem Beschleunigungssignal basierenden Schaltplans und das Festsetzen eines Grenzwerts für die Motorgeschwindigkeit, der dem Schaltplan entspricht. Zusätzlich umfasst das Verfahren das Erzeugen von Signalen für das Getriebe, um mindestens eines der auf dem Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, während das Getriebe auf kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1: eine Ausführungsform eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
2: eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung;
3: ein beispielhaftes Blockdiagramm, das ein Ablaufdiagramm gemäß den Ausführungsformen der Erfindung darstellt;
4: einen Graphen der Fahrzeuggeschwindigkeit im Verhältnis zu der Motorgeschwindigkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5: ein Ablaufdiagramm zum Erstellen und Abarbeiten eines Schaltplans gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6: ein Ablaufdiagramm eines Schaltalgorithmus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7A–7E: Graphen verschiedener Übersetzungsverhältnisse beim Hochschalten während verschiedener Fahrbetriebsarten gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
8: einen beispielhaften Graphen des Drehmoments im Verhältnis zu der Motorkraft gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9: einen Graphen der Pedalstellung im Verhältnis zu der Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10A: verschiedene Fahrzeugbetriebsgrößen im Verhältnis zurzeit während verschiedener Phasen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
10B: verschiedene Fahrzeugbetriebsgrößen im Verhältnis zurzeit während verschiedener Phasen gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie erforderlich ist, werden hier genaue Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Es versteht sich jedoch von selbst, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiele für die Erfindung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Zeichnungsfiguren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht und einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Bestandteile zu zeigen. Aus diesem Grund sind spezielle funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend sondern lediglich als veranschaulichende Basis für die Ansprüche und/oder als veranschaulichende Basis, um einem Fachmann die Anwendung der Erfindung auf verschiedene Arten zu verdeutlichen, anzusehen.
Unter Bezugnahme auf die 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dem Fahrzeug 10 kann es sich um ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) mit einem Motor 12 und einem Motor/Generator 14 handeln. Der Motor 12 und der Motor/Generator 14 sind unter Verwendung einer Welle 13 in bekannter Weise mechanisch gekoppelt. Eine funktionelle Verbindung zwischen dem Motor/Generator 14 und dem Motor 12 ermöglicht eine Steuerung der Geschwindigkeit des Motors 12 durch den Motor/Generator 14. Bei dem Motor 12 kann es sich um einen Verbrennungsmotor ("internal combustion engine" – ICE) handeln, der als Reaktion auf eine Beschleunigungseinrichtung 24 eine Antriebskraft auf die Räder 22 ausübt. Bei der Beschleunigungseinrichtung 24 kann es sich um ein positionierbares Beschleunigungspedal oder dergleichen handeln, wie einem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist.
Wie oben beschrieben wurde, ist der Motor 12 mit einem Motor/Generator 14 gekoppelt. Zusätzlich ist der Motor/Generator 14 in bekannter Weise mechanisch mit einem Getriebe 16 gekoppelt. Das Getriebe 16 ist mit den Rädern 22 verbunden und liefert die gewünschten Übersetzungsverhältnisse während des Betriebs des Fahrzeugs. Bei dem Getriebe kann es sich um ein kontinuierlich verstellbares Getriebe (CVT) handeln, das so beschaffen ist, dass es verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellen kann. Bei einer Ausführungsform ist das Getriebe 16 so ausgebildet, dass es acht Übersetzungsverhältnisse bereitstellt. Es sollte jedoch bemerkt werden, dass das Getriebe 16 in Abhängigkeit der Leistungsanforderungen des Fahrzeugs mehr oder weniger Übersetzungsverhältnisse bereitstellen kann. Zusätzlich kann das Getriebe 16 jede Art von Getriebe sein, das in der Lage ist, in kontinuierlich verstellbarer Weise zu arbeiten. Das Getriebe 16 an sich muss keine ineinander greifende Zahnräder aufweisen, sondern kann ein auf Riemenscheiben basierendes CVT, ein Kegelring-CVT oder ein hydrostatisches CVT sein.
Dementsprechend ist eine Steuereinrichtung 20 so ausgebildet, dass sie Signale für das Getriebe 16 und andere Komponenten des Fahrzeugs 10 empfängt und erzeugt. Insbesondere wenn die Beschleunigungseinrichtung 24 positioniert wird, wird ein Signal für die Steuereinrichtung 20 erzeugt. Als Reaktion darauf erzeugt die Steuereinrichtung 20 ein Signal zumindest für den Motor 12 oder den Motor/Generator 14 oder eine Batterie 18 oder das Getriebe 16. Die Steuereinrichtung 20 als solche kann eine Kombination aus einer Fahrzeugsystemsteuerung (Fahrassistenzsystem) und eines Antriebsstrangsteuerungsmoduls (ESP/PCM) sein. Obwohl die Steuereinrichtung 20 als einzelne Hardwarekomponente dargestellt ist, kann sie zusätzlich verschiedene Steuereinrichtungen in Form von mehreren Hardwarekomponenten oder mehrere Softwaresteuereinrichtungen innerhalb einer oder mehrerer Hardwarekomponenten umfassen.
Bei der in der 1 dargestellten Ausführungsform kann der Motor/Generator 14 verwendet werden, um über das Getriebe 16 ein Drehmoment auf die Räder 22 auszuüben. Als Alternative kann der Motor/Generator 14 elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus und eine Energiespeichereinrichtung oder Batterie 18 abgeben. Die Batterie 18 kann eine Hochvolt-Batterie sein, die in der Lage ist, eine elektrische Energie zum Betreiben des Motors/Generators 14 abzugeben. Es können auch andere Arten von Energiespeichereinrichtungen und/oder Abgabeeinrichtungen für das Fahrzeug 10 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Element wie zum Beispiel ein Kondensator verwendet werden, der genau wie eine Hochspannungsbatterie in der Lage ist, elektrische Energie zu speichern und abzugeben. Als Alternative kann eine Vorrichtung wie beispielsweise eine Brennstoffzelle im Zusammenhang mit einer Batterie und/oder einem Kondensator verwendet werden, um elektrische Energie für das Fahrzeug 10 zu liefern. Wie nachstehend beschrieben werden wird, ermöglicht die Batterie 18 der 1 eine verbesserte Leistung des Fahrzeugs 10. Die Steuereinrichtung 20 überwacht ferner den Ladezustand ("state of charge" SOC) der Batterie 18, um eine optimale Leistung des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Obwohl die in der 1 dargestellte Ausführungsform ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) zeigt, ist es selbstverständlich, dass die vorliegende Erfindung auch für Fahrzeuge, die keine Hybrid-Elektrofahrzeuge sind, anwendbar ist. Dementsprechend ist unter Bezugnahme auf die 2 ein Fahrzeug dargestellt, das kein Hybrid-Elektrofahrzeug ist. Wie in der 2 gezeigt ist, kann das Fahrzeug 10 mit Ausnahme des Motors/Generators 14 die gleichen Komponenten umfassen, die in der 1 gezeigt sind.
Unter Bezugnahme auf die 3 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das ein Verfahren zum Bestimmen mindestens eines Verfahrens zum Betreiben eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Dementsprechend zeigt der Block 30 das Bestimmen einer Schaltart und -weise über die Steuereinrichtung 20 (1 und 2). Bei einer Ausführungsform umfassen die Schaltweisen eine normale, eine leistungsstarke, eine Kraftstoff sparende und eine für Steigungen ausgelegte Schaltweise. Bei einem Aspekt der Erfindung entspricht die Schaltweise der Art, in der das Fahrzeug betrieben wird.
Wenn ein Fahrer des Fahrzeugs die Beschleunigungseinrichtung 24 (1 und 2) dynamisch schaltet, kann die entsprechende Schaltweise die leistungsstarke Variante sein. Beim Bestimmen der Schaltweise werden verschiedene Eingaben 27 verwendet. Die Eingaben 27 können Signale umfassen, die die Pedalstellung, die Geschwindigkeit der Änderung der Pedalstellung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Fahrzeugbeschleunigung anzeigen. Der Block 32 zeigt die Berücksichtigung der Beschränkungen der Motorgeschwindigkeit, die ein spezielles Geschwindigkeitsverhältnis, das gemäß der in Block 30 bestimmten Schaltweise ermittelt wurde, beeinflusst. Dementsprechend werden verschiedene Eingangswerte 28 bezüglich des Fahrzeugbetriebs von dem Block 32 empfangen. Diese Eingangswerte bezüglich des Fahrzeugbetriebs umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Eingangswert der Kühlmitteltemperatur, einen Eingangswert der Motoröltemperatur, Eingangswerte für Beschränkungen wegen unerwünschter Fahrzeuggeräusche (Noise Vibration Harshness – NVH), einen Eingangswert bezüglich des Batterieladezustands (SOC), einen Eingangswert für die Temperatur des Abgaskatalysators, einen Eingangswert über das Fahrverhalten und einen Eingangswert bezüglich des verfügbaren Drehmoments des Motors. Es ist erkennbar, dass alternative Ausführungsformen einige oder alle Eingangswerte 27 und 28 umfassen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auf der Basis der in Block 32 ermittelten Beschränkungen der Motorgeschwindigkeit und der bestimmten Schaltweise kann ein Betriebsverfahren 34 für das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umgesetzt werden.
Das Verfahren 34 umfasst das Bestimmen eines Schaltplans in Übereinstimmung mit den Blöcken 30 und 32. Bei einer Ausführungsform liefert der Schaltplan einen bestimmten Zeitpunkt oder Moment, zu dem das Getriebe von einem Übersetzungsverhältnis zu einem anderen wechseln soll. Auf der Basis des Schaltplans kann ein Ziel für den Grenzwert der Motorgeschwindigkeit festgelegt werden. Wenn das Ziel festgelegt wurde, erreicht der Motor bei einer Ausführungsform die anvisierte Motorgeschwindigkeit in relativ unkontrollierter Weise. Als Alternative kann die anvisierte Motorgeschwindigkeit zusammen mit Zwischenzielen festgelegt werden, wodurch die Art, in der der Motor die anvisierte Motorgeschwindigkeit erreicht, kontrolliert werden kann.
Unter Bezugnahme auf die 4 ist ein Graph 40 dargestellt, der die Fahrzeuggeschwindigkeit im Verhältnis zu der Motorgeschwindigkeit gemäß dem Verfahren 34 der 3 zeigt. Wie oben beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung ein Getriebe umfassen, das in der Lage ist, acht Übersetzungsverhältnisse (mit 41 bezeichnet) bereitzustellen. Wie in der 4 angedeutet ist, können das erste bis vierte Übersetzungsverhältnis während des Beschleunigen des Fahrzeugs verwendete Übersetzungsverhältnisse sein. Wenn das Fahrzeug somit von einer Fahrzeugsgeschwindigkeit zu einer anderen beschleunigt, stellt das Getriebe (1 und 2) die Übersetzungsverhältnisse eins bis vier zur Verfügung. Zusätzlich kann ein fünftes Übersetzungsverhältnis für den Fall vorhanden sein, dass ein niedriger Batterieladezustand vorliegt, während das Fahrzeug mit einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit fährt. Das sechste und das siebente Übersetzungsverhältnis können vorgesehen sein, wenn ein nomineller Ladezustand der Batterie vorliegt, während das Fahrzeug fährt. Zusätzlich kann ein achtes Übersetzungsverhältnis vorgesehen sein, wenn ein hoher Batterieladezustand vorliegt, während das Fahrzeug fährt. Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, dass sich die vorgesehenen Übersetzungsverhältnisse von denen der 4 in Abhängigkeit von bestimmten Fahrzeugleistungsanforderungen unterscheiden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf die 5 zeigt ein Ablaufdiagramm das Erstellen und Abarbeiten des Schaltplans gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben wurde, erzeugt die Beschleunigungseinrichtung 24 (z.B. ein Pedal) ein Signal, wenn sie von dem Betreiber des Fahrzeugs positioniert wurde. Basierend auf der Pedalstellung oder dem Winkel wird ein Schaltplan erstellt, wie von dem Block 48 gezeigt ist. In dem Block 50 werden verschiedene Kraftübertragungsberechnungen durchgeführt. Insbesondere können die in dem Block 50 durchgeführten Kraftübertragungsberechnungen Faktoren wie beispielsweise den Durchmesser der Reifen des Fahrzeugs, das Übersetzungsverhältnis der Fahrzeugachse und dergleichen umfassen. Auf der Basis dieser Berechnungen wird ein Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit bestimmt, der dem im Block 48 erstellten Schaltplan entspricht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Grenzwert der Motorgeschwindigkeit eine Motorgeschwindigkeit, bei der das Getriebe von einem Übersetzungsverhältnis in ein anderes wechseln sollte.
Im Block 52 werden verschiedene funktionelle Eingangswerte berücksichtigt, die den zuvor bestimmten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit beeinflussen könnten. Diese funktionellen Eingangswerte können einen Eingangswert der Kühlmitteltemperatur, einen Eingangswert der Motoröltemperatur, einen Eingangswert bezüglich des Batterieladezustands (SOC), einen Eingangswert für die Temperatur des Abgaskatalysators und einen Faktor bezüglich unerwünschter Fahrzeuggeräusche NVH (Noise Vibration Harshness) umfassen. Bei einer Ausführungsform kann der NVH-Faktor als Funktion der Umlaufgeschwindigkeit U/min des Motors bestimmt werden. Auf der Basis dieser funktionellen Eingabewerte kann ein zweiter Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit festgesetzt werden, wenn die Steuereinrichtung feststellt, dass der anfängliche Grenzwert bzw. das Ziel für die Motorgeschwindigkeit inakzeptabel ist. Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, dass alternative Ausführungsformen die Berücksichtigung der die in Block 52 dargestellten funktionellen Eingangswerte nicht umfassen müssen. Gleichwohl zeigt der Block 58 das Erfassen eines durch den Motor des Fahrzeugs erzeugten Luftstroms. Die vorliegende Erfindung kann den Luftstrom erfassen, um die Größe der Leistung zu bestimmen, die der Motor unter Berücksichtigung des Grenzwerts der Motorgeschwindigkeit erbringen kann. Im Fall eines Hybrid-Elektrofahrzeugs HEV stellt der Motor/Generator einen Drehmomentverstärker für das Fahrzeug zur Verfügung, wenn der Motor nicht in der Lage ist, den Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit zu erreichen. Es sollte bemerkt werden, dass alternative Ausführungsformen auch "Nicht-HEVs" umfassen können. Somit kann der Block 56 weggelassen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Nichtsdestoweniger erhält der Motor 12 in jeder Ausführungsform ein Signal, das die Erzeugung eines Drehmoments veranlasst, das die Antriebskraft für die Räder des Fahrzeugs liefert.
Unter Bezugnahme auf die 6 ist ein Ablaufdiagramm dargestellt, das einen Algorithmus zum Steuern des auf eine kontinuierlich verstellbare Weise arbeitenden Getriebes zeigt. In einem Block 60 wird die Stellung des Pedals erfasst. Auf der Basis der Pedalstellung wird eine Fahrweise gewählt, wie von dem Block 62 gezeigt wird. Im Block 64 wird der Schaltplan erstellt und der Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit wird in Übereinstimmung mit der Pedalstellung und der Fahrweise festgelegt. Der Block 66 zeigt die Auswertung von funktionellen Eingangswerten, die den Schaltplan und den Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit beeinflussen könnten. Wie oben beschrieben wurde, können diese funktionellen Eingangswerte die Kühlmitteltemperatur, die Motoröltemperatur, den Batterieladezustand SOC, die Temperatur des Abgaskatalysators und einen Faktor bezüglich unerwünschter Fahrzeuggeräusche NVH (Noise Vibration Harshness) umfassen. Basierend auf der Auswertung der funktionellen Eingangswerte bestimmt der Block 68, ob der Schaltplan und der Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit geändert werden sollten. Wenn der Schaltplan und der Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit geändert werden sollen, folgt jetzt ein Schritt 70, in dem ein zweiter Schaltplan erstellt und ein zweiter Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit festgesetzt wird. Der Block 72 zeigt das Abarbeiten des Schaltplans durch das Getriebe (1 und 2). Unter erneute Bezugnahme auf den Block 68 ist zu bemerken, dass der Block 72 folgt, wenn der Schaltplan keiner Änderung bedarf.
Jetzt bestimmt der Algorithmus in Block 74, ob der Schaltplan ein Hochschalten der Übersetzungsverhältnisse erfordert. Wenn ein Hochschalten der Übersetzungsverhältnisse erforderlich ist, kommt der Block 80. Im Block 80 setzt der Motor/Generator die Motorgeschwindigkeit herab und die Batterie nimmt die von dem Motor erzeugte Energie auf, um ein Hochschalten der Übertragungsverhältnisse durch das Getriebe zu ermöglichen. Auf den Block 80 folgt ein Block 82, in dem der Algorithmus feststellt, ob der anvisierte Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit erreicht wurde. Wenn der anvisierte Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit nicht erreicht wurde, kehrt das Verfahren zu Block 80 zurück. Wenn der anvisierte Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit erreicht wurde, folgt ein Block 84. Im Block 84 wird die von der Batterie im Block 80 aufgenommene Energie über den Motor/Generator den Rädern des Fahrzeugs zugeführt. Nach dem Block 84 kehrt das Verfahren zu Block 60 zurück. Zurückkommend auf Block 74 folgt ein Block 76, wenn der Schaltplan kein Hochschalten der Übersetzungsverhältnisse fordert. Im Block 76 bestimmt das Verfahren, ob der Schaltplan ein Herabsetzen der Übersetzungsverhältnisse erfordert. Wenn das Verfahren kein Herabsetzen der Übersetzungsverhältnisse erfordert, kehrt das Verfahren zu Block 74 zurück. Wenn gemäß dem Schaltplan ein Herabsetzen der Übersetzungsverhältnisse erforderlich ist, folgt ein Block 78. Im Block 78 liefert der Motor/Generator eine Drehmomentunterstützung für die Fahrzeugräder. Nach der Durchführung des Blocks 78 kehrt das Verfahren wieder zu Block 60 zurück.
Unter Bezugnahme auf die 7A–7E sind Graphen verschiedener Übersetzungsverhältnisse beim Hochschalten dargestellt. Unter Bezugnahme auf insbesondere die 7A zeigt der Graph 86 einen Kraftstoff sparenden Schaltplan. Die Linie 87 deutet die Schaltpunkte während der Kraftstoff sparenden Phase an. Beispielsweise beträgt die Motorgeschwindigkeit bei 20 Meilen pro Stunde (ca. 32,19 km/h) 2.900 Umdrehungen pro Minute (U/min), wenn sich das Getriebe im zweiten Übersetzungsverhältnis befindet. Zudem schaltet das Getriebe bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 44 Meilen pro Stunde (ca. 70,81 km/h) und einer Motorgeschwindigkeit von 3.400 U/min in das fünfte Übersetzungsverhältnis. Die 7B zeigt eine normale Fahrweise. Wie gezeigt ist, hat das Fahrzeug bei einem Betrieb im zweiten Übersetzungsverhältnis eine Geschwindigkeit von ungefähr 25 Meilen pro Stunde (ca. 40,23 km/h) und die Motorgeschwindigkeit beträgt ungefähr 3.500 U/min. Die 7C zeigt eine leistungsorientierte Weise. Während das Getriebe selbst im zweiten Übersetzungsverhältnis ist, beträgt die Fahrzeuggeschwindigkeit ungefähr 36 Meilen pro Stunde (ca. 57,93 km/h) und die Motorgeschwindigkeit ungefähr 5.000 U/min. Die 7D und 7E zeigen einen stufenartigen normalen Fahrbetrieb. Insbesondere unter Bezugnahme auf die 7D zeigt der Graph 86, dass das Getriebe sprunghafte Übersetzungsverhältnisse bereitstellen kann. Insbesondere zeigt die Linie 87, dass ein Hochschalten erfolgt, wobei von einem ersten Übersetzungsverhältnis in ein drittes Übersetzungsverhältnis gewechselt wird. Während des ersten Übersetzungsverhältnisses kann die Fahrzeuggeschwindigkeit 20 Meilen pro Stunde (ca. 32,19 km/h) und die Motorgeschwindigkeit kann 3.300 U/min betragen. Zudem kann die Fahrzeuggeschwindigkeit 35 Meilen pro Stunde (ca. 56,33 km/h) und die Motorgeschwindigkeit 3.700 U/min während des dritten Übersetzungsverhältnisses betragen. Die 7E zeigt ein Szenarium, in dem die Umdrehungszahl (d.h. die Motorgeschwindigkeit) während der verschiedenen Übersetzungsverhältnisse gleich bleibt. Wie insbesondere von der Linie 87 angedeutet wird, beträgt die Motorgeschwindigkeit bei einer Geschwindigkeit von 20 Meilen pro Stunde (ca. 32,19 km/h) und im ersten Übersetzungsverhältnis ungefähr 3.200 U/min. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten zwischen 20 und 66 Meilen pro Stunde (32,19 bis 106,22 km/h) bleibt die Motorumdrehungszahl konstant, obwohl das Übersetzungsverhältnis vom ersten Übersetzungsverhältnis bis zum sechsten Übersetzungsverhältnis wechselt. Bei ungefähr 65 Meilen pro Stunde (104,61 km/h) wechselt das Übersetzungsverhältnis vom sechsten Übersetzungsverhältnis in das achte Übersetzungsverhältnis. Wie in den 7A–7E gezeigt ist, können die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes während eines Betriebs in kontinuierlich verstellbarer Weise somit gesteuert werden. Zusätzlich ist zu bemerken, dass die in den 7A–7E gezeigten speziellen Schaltpunkte in Übereinstimmung mit einer speziellen Anwendung geändert werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Unter Bezugnahme auf die 8 ist ein Graph dargestellt, der das Verhältnis zwischen dem Drehmoment des Fahrzeugs gegenüber der Pedalstellung zeigt. Insbesondere die Bahnen 88, 92 und 96 zeigen das Drehmoment von einem Fahrzeug, das kein Hybrid-Elektrofahrzeug ist. Dementsprechend zeigen die Bahnen 90, 94 und 98 die Größe des Drehmoments, das als Ergebnis einer Batterieunterstützung bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) zur Verfügung gestellt wird. Wie gezeigt ist, ermöglicht die Batterieunterstützung im Vergleich zu Fahrzeugen ohne Hybrid-Elektroantrieb stärkere Motorkräfte bei verschiedenen Übersetzungsverhältnissen. Wie beispielsweise von der Bahn 96 angedeutet wird, beträgt die von einem "Nicht-HEV" erzeugte Motorkraft ungefähr 63 HP (ca. 47 kW) im Vergleich zu ungefähr 67 HP (ca. 50 kW) bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV). Die Batterieunterstützung ermöglicht es dem Fahrzeug auch, größere Zugkräfte mit dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis zu erzielen, ohne dass in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis heruntergeschaltet werden muss.
Unter Bezugnahme auf die 9 ist ein Schaltplan dargestellt, der die Pedalstellung in Grad gegenüber der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt. Die Linien 100, 104, 108 und 112 zeigen den Schaltplan für ein "Nicht-HEV". Die Linien 102, 106, 110 und 114 zeigen einen Schaltplan für Hybrid-Elektrofahrzeuge. Die Auswirkung der Batterieunterstützung als solche bei Hybrid-Elektrofahrzeugen ermöglicht im Vergleich zu "Nicht-HEVs" ein späteres Herunterschalten vom fünften Übersetzungsverhältnis in das vierte Übersetzungsverhältnis. Beispielsweise findet bei "Nicht-HEVs" ein Herunterschalten vom fünften Übersetzungsverhältnis in das vierte Übersetzungsverhältnis bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 42 Meilen pro Stunde (ca. 67,59 km/h) statt, wenn die Pedalstellung ungefähr 5,7 Grad beträgt. Bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug findet dagegen ein Herunterschalten vom fünften Übersetzungsverhältnis in das vierte Übersetzungsverhältnis bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 42 Meilen pro Stunde (ca. 67,59 km/h) statt, wenn die Pedalstellung ungefähr 6,6 Grad beträgt.
Unter Bezugnahme auf die 10A sind die Graphen 118, 120 und 122 mehrerer Betriebsgrößen während verschiedener Phasen des Fahrzeugs dargestellt. Im Einzelnen zeigt der Graph 118 die Geschwindigkeit gegenüber der Zeit, der Graph 120 zeigt das angewandte Drehmoment gegenüber der Zeit und der Graph 122 zeigt die Batterieladerate gegenüber der Zeit. Wie in der 10A gezeigt ist, wird der zeitliche Zugriff in drei Phasen geteilt. Eine erste Phase ist mit 124 bezeichnet, eine zweite Phase ist mit 126 bezeichnet und eine dritte Phase ist mit 128 bezeichnet. Speziell unter Bezugnahme auf den Graphen 118 ist die Motorgeschwindigkeit gegenüber der Zeit dargestellt. Ein Schaltpunkt 132 zeigt einen Übergang von einem niedrigen Übersetzungsverhältnis zu einem höheren Übersetzungsverhältnis, d.h. von einem ersten Übersetzungsverhältnis zu einem zweiten Übersetzungsverhältnis während der Phase 1. Der Graph 120 zeigt das Abtriebsdrehmoment für ein Hybrid-Elektrofahrzeug, das von der Linie 138 dargestellt ist. Die Linie 136 zeigt das Abtriebsdrehmoment für "Nicht-HEVs". Wie der Graph 120 während der Phasen 1 und 2 zeigt, bleibt das Abtriebsdrehmoment bei Hybrid-Elektrofahrzeugen im Wesentlichen konstant. Mit schrittweise arbeitenden Automatikgetrieben unterliegt das Abtriebsdrehmoment jedoch erheblichen Schwankungen, wie von der Linie 136 gezeigt wird. Somit bleibt das Abtriebsdrehmoment bei Hybrid-Elektrofahrzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung während der Wechsel der Übersetzungsverhältnisse im Wesentlichen konstant. Während der Phase 3 beginnt das Abtriebsdrehmoment bei Hybrid-Elektrofahrzeugen genau wie das Abtriebsdrehmoment bei "Nicht-HEVs" abzuschwächen. Wie jedoch von dem Bereich 140 zwischen den Linien 136 und 138 angedeutet wird, ist das Abtriebsdrehmoment der Hybrid-Elektrofahrzeuge größer als das Abtriebsdrehmoment bei "Nicht-HEVs". Es ist ersichtlich, dass das Abschwächen des Abtriebsdrehmoments in Phase 3 gesteuert werden kann, so dass die Linie 138 ein höheres Abtriebsdrehmoment oder ein niedrigeres Abtriebsdrehmoment als Ergebnis der Batterieunterstützung zeigen kann. Unter Bezugnahme auf den Graphen 122 wird die von dem Motor während der Phase 1 erzeugte Energie von der Batterie aufgenommen. Während der Phasen 2 und 3 liefert die Batterie Energie zum Motor/Generator, wodurch der Motor/Generator in die Lage versetzt wird, ein Drehmoment auf die Fahrzeugräder auszuüben.
Die 10B zeigt eine alternative Ausführungsform der 10A, wobei ein Herunterschalten der Übersetzungsverhältnisse dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform zeigt der Graph 122 die Energieversorgung für den Motor/Generator, um den Motor/Generator in die Lage zu versetzen, die Motorgeschwindigkeit zu erhöhen. Ferner ist in den Phasen 2 und 3 gezeigt, dass die Batterie Energie von dem Motor aufnimmt, so dass die Batterie aufgeladen wird und eine verbesserte Drehmomentsteuerung für ein verbessertes Fahrverhalten ermöglicht wird.
Während die beste Art zur Durchführung der Erfindung genau beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Anordnungen und Ausführungsformen bei der praktischen Umsetzung der von den folgenden Ansprüchen definierten Erfindung erkennen.

Claims

Fahrzeug mit mindestens einem Rad und einer positionierbaren Beschleunigungseinrichtung, die ein Beschleunigen des Fahrzeugs verursacht, wobei das Fahrzeug umfasst: einen Motor, der auf die Stellung der Beschleunigungseinrichtung anspricht, wobei der Motor ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt; ein Getriebe, das mit dem Motor und dem mindestens einen Rad gekoppelt ist, wobei das Getriebe verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellt und so ausgebildet ist, dass es auf eine kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet; eine Steuereinrichtung, die mit dem Motor und dem Getriebe in Verbindung steht, wobei die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Stellung der Beschleunigungseinrichtung erfasst, einen auf der Stellung der Beschleunigungseinrichtung basierenden Schaltplan erstellt und einen Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit des Motors festsetzt, wobei die Steuereinrichtung ferner Signale für das Getriebe erzeugt, um mindestens eines der auf dem Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, während das Getriebe auf kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung mindestens ein Fahrzeugbetriebssignal empfängt, um einen zweiten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit festzulegen und bei dem die Steuereinrichtung Signale für das Getriebe erzeugt, um mindestens eines der auf dem zweiten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit basierenden Übersetzungsverhältnisse zu erzielen, während das Getriebe auf kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet.
Fahrzeug nach Anspruch 2, bei dem das Fahrzeugbetriebssignal mindestens ein der Kühlmitteltemperatur, der Motoröltemperatur, dem Batterieladezustand, der Temperatur des Abgaskatalysators und einem Faktor bezüglich unerwünschter Fahrzeuggeräusche (Noise Vibration Harshness – NVH) entsprechendes Signal umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 2, das weiter einen mit dem Getriebe gekoppelten Motor/Generator umfasst, der mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht, wobei der Motor/Generator ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt, um dem Motor zu ermöglichen, den zweiten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit zu erreichen.
Fahrzeug nach Anspruch 4, bei dem der Motor/Generator ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt, um den zweiten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit zu erreichen, wenn der zweite Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit ein Herunterschalten der Übersetzungsverhältnisse durch das Getriebe erfordert.
Fahrzeug nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinrichtung einen Luftstrom des Motors erfasst und ein auf dem zweiten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit und dem Luftstrom basierendes Signal für den Motor/Generator erzeugt, um ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad auszuüben.
Fahrzeug nach Anspruch 4, das weiter eine mit dem Motor/Generator gekoppelte Batterie umfasst, wobei die Batterie den Motor/Generator mit Strom versorgt.
Fahrzeug nach Anspruch 7, bei dem der Motor/Generator eine Herabsetzung der Motorgeschwindigkeit verursacht und die Batterie die von dem Motor erzeugte Energie aufnimmt, wenn der zweite Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit ein Hochschalten der Übertragungsverhältnisse durch das Getriebe erfordert.
Fahrzeug nach Anspruch 8, bei dem die von der Batterie aufgenommene Energie dem mindestens einen Rad zugeführt wird, wenn der zweite Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit erst einmal erreicht wurde, wodurch ein im Wesentlichen konstantes Räderdrehmoment für das mindestens eine Rad während des Hochschaltens der Übersetzungsverhältnisse zur Verfügung steht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das Getriebe ein kontinuierlich variables Getriebe (CVT) ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem das Getriebe so ausgelegt ist, dass es mindestens acht Übersetzungsverhältnisse erreichen kann.
Fahrzeug nach Anspruch 11, das weiter eine Batterie umfasst, bei dem ein fünftes Übersetzungsverhältnis erreicht wird, wenn die Batterie einen niedrigen Ladezustand hat, ein sechstes oder siebentes Übersetzungsverhältnis erreicht wird, wenn die Batterie einen nominellen Ladezustand hat und ein achtes Übersetzungsverhältnis erreicht wird, wenn die Batterie einen hohen Ladezustand hat.
Fahrzeug nach Anspruch 11, bei dem während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs ein erstes bis viertes Übersetzungsverhältnis erreicht wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung eine auf der Stellung der Beschleunigungseinrichtung basierende Fahrweise bestimmt und bei der der Schaltplan teilweise auf der Fahrweise basiert.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer positionierbaren Beschleunigungseinrichtung und einem Motor, umfassend: Bereitstellen eines Getriebes, das verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellt, wobei das Getriebe in einer kontinuierlich verstellbaren Weise arbeitet; Empfangen eines Beschleunigungssignals von der Beschleunigungseinrichtung unter Verwendung einer Steuereinrichtung, wobei das Beschleunigungssignal der Stellung der Beschleunigungseinrichtung entspricht; Erstellen eines auf dem Beschleunigungssignal basierenden Schaltplans; Festsetzen eines Grenzwerts für die Motorgeschwindigkeit, der dem Schaltplan entspricht; Erzeugen von Signalen für das Getriebe, um mindestens eines der auf dem Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, während das Getriebe auf kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 15, weiter umfassend: Empfang von mindestens einem Betriebssignal des Fahrzeugs, und Festsetzen eines zweiten Grenzwerts für die Motorgeschwindigkeit als Reaktion auf das Betriebssignal des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das mindestens eine Fahrzeugbetriebssignal ein Kühlmitteltemperatursignal, ein Motoröltemperatursignal, eine Batterieladezustandssignal, ein Abgaskatalysatortemperatursignal und einen Faktor bezüglich unerwünschter Fahrzeuggeräusche (Noise Vibration Harshness – NVH) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, das weiter das Ausüben eines auf dem zweiten Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Drehmoments auf das mindestens eine Rad unter Verwendung eines mit dem Getriebe gekoppelten Motors/Generators umfasst,
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Ausüben des auf dem zweiten Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Drehmoments auf das mindestens eine Rad stattfindet, wenn der zweite Grenzwert der Motorgeschwindigkeit ein Herunterschalten der Übersetzungsverhältnisse durch das Getriebe erfordert.
Verfahren nach Anspruch 18, weiter umfassend: Erfassen eines Luftstroms des Motors, und Erzeugen eines Signals auf der Basis des zweiten Grenzwerts für die Motorgeschwindigkeit und des Luftstroms für den Motor/Generator zum Ausüben eines Drehmoments auf das mindestens eine Rad.
Verfahren nach Anspruch 18, das weiter das Zuführen von Energie zu dem Motor/Generator unter Verwendung einer Fahrzeugbatterie umfasst, die mit dem Motor/Generator gekoppelt ist, um den Motor in die Lage zu versetzen, den zweiten Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiter das Reduzieren der Motorgeschwindigkeit unter Verwendung des Motors/Generators und das Aufnehmen der von dem Motor erzeugten Energie unter Verwendung der Batterie umfasst, wenn der zweite Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit ein Hochschalten der Übersetzungsverhältnisse durch das Getriebe erfordert.
Fahrzeug mit mindestens einem Rad und einer positionierbaren Beschleunigungseinrichtung, die ein Beschleunigen des Fahrzeugs verursacht, wobei das Fahrzeug umfasst: einen Motor, der auf die Stellung der Beschleunigungseinrichtung anspricht, wobei der Motor ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt; ein Getriebe, das mit dem Motor und dem mindestens einen Rad gekoppelt ist, wobei das Getriebe verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitstellt und so ausgebildet ist, dass es auf eine kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet; eine Steuereinrichtung, die mit dem Motor und dem Getriebe in Verbindung steht, wobei die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Stellung der Beschleunigungseinrichtung erfasst, einen auf der Stellung der Beschleunigungseinrichtung basierenden Schaltplan erstellt und einen Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit des Motors festsetzt, wobei die Steuereinrichtung ferner Signale für das Getriebe erzeugt, um mindestens eines der auf dem Grenzwert der Motorgeschwindigkeit basierenden Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen, während das Getriebe auf kontinuierlich verstellbare Weise arbeitet; und einen Motor/Generator, der mit dem Getriebe gekoppelt ist und mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht, wobei der Motor/Generator ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt, um den Grenzwert der Motorgeschwindigkeit zu erreichen.
Fahrzeug nach Anspruch 23, bei dem der Motor/Generator ein Drehmoment auf das mindestens eine Rad ausübt, um den Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit zu erreichen, wenn der Grenzwert der Motorgeschwindigkeit ein Herunterschalten der Übersetzungsverhältnisse durch das Getriebe erfordert.
Fahrzeug nach Anspruch 23, das weiter eine mit dem Motor/Generator gekoppelte Batterie umfasst, wobei der Motor/Generator die Motorgeschwindigkeit reduziert und die Batterie von dem Motor erzeugte Energie aufnimmt, wenn der Grenzwert für die Motorgeschwindigkeit eine Hochschalten der Übersetzungsverhältnisse durch das Getriebe erfordert.