DE102008015566A1

DE102008015566A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Leistungsflusses bei einem Hybrid-Antriebsstrangsystem

Info

Publication number: DE102008015566A1
Application number: DE102008015566A
Authority: DE
Inventors: Steven C. Noblesville Huseman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2008-10-30
Also published as: CN101279603B; US20080243346A1; CN101279603A; US7865287B2

Abstract

Es werden der Betrieb und die Steuerung eines Hybrid-Antriebsstrangs beschrieben. Anhand einer Bediener-Drehmomentanforderung werden bevorzugte Leistungsflüsse von einer Maschine zu einem elektromechanischen Getriebe und von einem Energiespeichersystem zu einem Elektromotor bestimmt. Der Betrieb der Maschine, des Elektromotors und des elektromechanischen Getriebes werden so gesteuert, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird. Der tatsächliche Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung wird überwacht. Der Leistungsfluss von der Maschine wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung abgeglichen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteme für Hybrid-Antriebsstrangsteuersysteme einschließlich jener, die elektromechanische Getriebe verwenden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Aussagen in diesem Abschnitt liefern lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung und stellen nicht unbedingt den Stand der Technik dar.
Hybridfahrzeuge (hybrid vehicles, HEVs) besitzen Vortriebssysteme, die aus wenigstens einem Elektromotor ("electric motor" oder "electric machine") in Kombination mit wenigstens einer weiteren Leistungsquelle bestehen. Typischerweise ist die weitere Leistungsquelle eine Benzin- oder Dieselmaschine. Es gibt verschiedene Typen von HEVs, die davon abhängen, wie der (die) Elektromotor(en) und die weitere(n) Leistungsquelle(n) miteinander kombiniert sind, um den Antrieb für das Fahrzeug zu besorgen, einschließlich Serien-, Parallel- und Misch-HEVs.
Antriebsstrangarchitekturen für HEVs managen das Eingangs- und das Ausgangsdrehmoment verschiedener Antriebsmaschinen, zumeist Brennkraftmaschinen und Elektromotoren. Reihenhybridarchitekturen zeichnen sich allgemein durch eine Brennkraftmaschine aus, die einen Elektroge nerator antreibt, der seinerseits einen elektrischen Triebstrang und ein Energiespeichersystem, das eine Batteriegruppe umfasst, mit elektrischer Leistung versorgt. Bei einem Reihen-HEV ist die Brennkraftmaschine nicht direkt mechanisch mit dem Triebstrang gekoppelt. Der Elektrogenerator kann außerdem in einer Motorbetriebsart arbeiten, um eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine bereitzustellen. Außerdem kann der elektrische Triebstrang Bremsenergie des Fahrzeugs wiedergewinnen, indem sie in einer Generatorbetriebsart arbeitet, um die Batteriegruppe wieder aufzuladen. Parallel-HEV-Architekturen zeichnen sich allgemein durch eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor aus, die beide eine direkte mechanische Kopplung zu dem Triebstrang besitzen. Herkömmlicherweise umfasst der Triebstrang ein Schaltgetriebe, das die für einen Weitbereichsbetrieb erforderlichen Übersetzungen bereitstellt.
Es sind elektrisch variable Getriebe (electrically variable transmissions, EVT) bekannt, die durch Kombination der Merkmale sowohl von Reihenals auch von Parallel-HEV-Antriebsstrangarchitekturen stufenlos veränderliche Übersetzungsverhältnisse bereitstellen. EVTs sind mit einem direkten mechanischen Pfad zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Achsantriebseinheit betreibbar und ermöglichen somit einen hohen Getriebewirkungsgrad und die Anwendung preiswerterer und weniger massiver Motoranlagen. EVTs sind außerdem mit einem Maschinenbetrieb, der von dem Achsantrieb mechanisch unabhängig ist, oder bei verschiedenen mechanischen/elektrischen Leistungsverzweigungsbeiträgen (d. h. in eingangsseitig leistungsverzweigten, ausgangsseitig leistungsverzweigten und kombiniert leistungsverzweigten Konfigurationen) betreibbar und ermöglichen somit stufenlos veränderliche Übersetzungsverhältnisse bei hohem Drehmoment, durch elektrische Energie dominierte Starts, das regenerative Bremsen, einen Leerlauf bei abgeschalteter Maschine und einen bimodalen Betrieb.
Wie angemerkt verwenden solche komplexen EVT-HEVs einen oder mehrere Elektromotoren und erfordern fortgeschrittene Energieübertragungs-, -umsetzungs- und -speicherungssysteme, um diesen Motoren elektrische Energie zuzuführen und von ihnen elektrische Energie zu empfangen und zu speichern, wobei sie im Allgemeinen beispielsweise wenigstens einen Elektromotor, ein Wechselrichtermodul, einen Leistungsbus, eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie (electrical energy storage device, ESD) wie etwa eine Batterie sowie eine verschiedenartige Steuerelektronik, Steueralgorithmen und weitere zugeordnete Elemente umfassen. Die ESD kann irgendein geeignetes Energiespeichersystem, das zur Energiespeicherung mit hoher Dichte geeignet ist, einschließlich einer Batterie, eines Ultrakondensators oder einer anderen Energiespeichervorrichtung mit hoher Dichte umfassen. Wie hier verwendet umfasst die Bezugnahme auf eine Batterie nicht nur eine einzelne Batterie, sondern jede Kombination von einzelnen oder mehreren Batterien oder Zellen davon in einem Batteriesatz oder einer Batteriegruppe oder mehrere Batteriesätze oder Batteriegruppen. Der Begriff "Batterie", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf irgendeine sekundäre oder wieder aufladbare Batterie.
Der laufende Systembetrieb wird bezüglich einer Bediener-Drehmomentanforderung To_req in Form eines Manövers, bei dem das Fahrpedal niedergedrückt/zurückgestellt wird, beschrieben. Die Bediener-Drehmomentanforderung (To_req) wird typischerweise über das Fahrpedal in das System eingegeben, um einen Ausgangsdrehmomentbefehl (To_cmd) in dem Hybrid-Steuersystem zu erzeugen. Das Hybrid-Steuersystem überwacht beim Beschleunigen des Fahrzeugs den Systembetrieb an jedem Betriebspunkt und bestimmt für jeden Punkt den Leistungsfluss von dem Elektromotor und der Maschine über das EVT, indem es typischerweise die Maschinendrehzahl und das Maschinendrehmoment als zwei Schlüsselkrite rien zum Bestimmen des Leistungsflusses von der primären Leistungsquelle und des Hybrid-Getriebesystems verwendet. Das Bestimmen dieser Punkte zusammen mit der Bediener-Drehmomentanforderung löst die dynamischen Systemgleichungen und bestimmt den Leistungsfluss von dem Energiespeichersystem. Die Maschine erzeugt eine Drehmomenteingabe, wobei durch elektrische Energie, die zu den Elektromotoren übertragen wird, um ein Drehmoment zu erzeugen, das auf das EVT übertragen wird, ein zusätzliches Drehmoment erzeugt wird.
Im Betrieb ermittelt das übergeordnete Steuersystem die Bediener-Drehmomentanforderung To_req und bestimmt eine optimale Drehmomenteingabe Opt_Ti von der Maschine, die die Drehmomentanforderung erfüllt. Die optimale Drehmomenteingabe umfasst vorzugsweise ein in einem Lösungsraum durchführbarer Eingangsdrehmomente in Übereinstimmung mit mehreren Randbedingungen des Antriebsstrangsystems bestimmtes Eingangsdrehmoment, das zu einem minimalen Gesamtverlust des Antriebsstrangsystems führt. Ein bevorzugtes Verfahren zum Bestimmen der optimalen Drehmomenteingabe ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 7,076,356 B2 , das hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, näher beschrieben. Anhand der optimalen Drehmomenteingabe werden von dem (den) Elektromotor(en) abgegebene Motordrehmomente bestimmt und die Übertragung elektrischer Energie zu dem (den) Elektromotor(en) abgeglichen, um das Antriebsstrangsystem so zu betreiben, dass die Bediener-Drehmomentanforderung erfüllt wird.
Die Abgabe der Maschine umfasst typischerweise das Drehmoment, das auf den Eingang des Getriebes übertragen wird, und Zusatzeinrichtungslasten. Die Zusatzeinrichtungslasten werden häufig durch gesonderte Riemenscheibenabgaben von der Maschine angetrieben und umfassen Vorrichtungen wie etwa Klimaanlagenkompressoren und -pumpen. Zudem verbrauchen Fahrzeuginnenräume für Fahrzeugsysteme elektrische Leistung, die von den elektrischen Speichervorrichtungen stammt. Die von den Zusatzeinrichtungslasten verbrauchte Leistung wird durch das Steuersystem normalerweise geschätzt und nicht direkt gemessen; daher wird beim Bestimmen der optimalen Drehmomenteingabe von der Maschine manchen Lasten häufig keine Rechnung getragen. Überdies können Bedingungen gegeben sein, bei denen die Maschine aufgrund von extrem hohen oder niedrigen Umgebungs- und Betriebstemperaturen, Schwankungen der Kraftstoffqualität, Verschleiß und Schaden an Bauteilen und System- oder Bauteilfehlern nicht in der Lage ist, das gewünschte Drehmoment zu erzeugen. Unter einem solchen Betrieb kann die Maschine dann, wenn die Maschinendrehzahl und das Maschinendrehmoment auf den Drehzahl/Last-Betriebspunkt, d. h. Ne und Te, befohlen werden, nicht das optimale Eingangsdrehmoment für das Getriebe erzeugen. Die Drehmomentabgabe von dem (den) Elektromotor(en) wird so gesteuert, dass die Bediener-Drehmomentanforderung erfüllt wird, was zusätzliche elektrische Leistung verbraucht.
Daher besteht ein Bedarf an einem Steuerschema, das den Betrieb des Antriebsstrangsystems so steuert, dass eine unerwartete, unvorhergesehene oder unberücksichtigte elektrische Leistung während des fortwährenden Betriebs minimiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Erzeugnis geschaffen, das ein Speichermedium umfasst, in das ein maschinenausführbares Programm eincodiert ist. Das Erzeugnis ist dazu geeignet, einen Hybrid-Antriebsstrang zu betreiben. Der Antriebsstrang umfasst eine Brennkraftmaschine, ein Energiespeichersystem, einen Elektromotor und ein elektrome chanisches Getriebe. Das Energiespeichersystem und der Elektromotor sind für den Leistungsfluss zwischen ihnen elektrisch wirksam gekoppelt. Die Maschine, der Elektromotor und das elektromechanische Getriebe sind mechanisch wirksam gekoppelt, um zwischen ihnen Leistung zu übertragen, um einen Leistungsfluss zu einem Abtrieb zu erzeugen. Der Programmcode umfasst das Ermitteln einer Bediener-Drehmomentanforderung. Die bevorzugten Leistungsflüsse von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor werden auf der Grundlage der Bediener-Drehmomentanforderung bestimmt. Der Betrieb der Maschine, des Elektromotors und des elektromechanischen Getriebes wird so gesteuert, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird. Der tatsächliche Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung wird überwacht. Der Leistungsfluss von der Maschine wird auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung abgeglichen. Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen und die Beschreibung der Ausführungsformen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann Gestalt annehmen in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen, wobei eine Ausführungsform von ihr ausführlich beschrieben wird und in den begleitenden Zeichnungen, die Teil hiervon sind, gezeigt ist; in den Zeichnungen sind:
1 und 2 schematische Darstellungen einer beispielhaften Architektur für ein Steuersystem und einen Antriebsstrang in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
3 ein Datengraph in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
4 und 5 schematische Darstellungen eines Steuerschemas; und
6 ein Datengraph in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Unter den Zeichnungen, deren Abbildungen nur zur Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht bezwecken, dieselbe einzuschränken, zeigen zunächst die 1 und 2 schematische Darstellungen eines Hybrid-Antriebsstrangs, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert worden ist. Die Erfindung umfasst ein Steuerschema, das vorzugsweise in Form von einem oder mehreren Algorithmen und im Voraus bestimmten Kalibrierungen ausgeführt wird, die ausgeführt werden, um den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangs so zu steuern, dass eine Bediener-Drehmomentanforderung erfüllt wird. Der Antriebsstrang umfasst vorzugsweise eine Brennkraftmaschine, ein Energiespeichersystem, einen oder mehrere Elektromotoren und ein elektromechanisches Getriebe. Das Energiespeichersystem und der Elektromotor sind für den Leistungsfluss zwischen ihnen elektrisch wirksam gekoppelt. Die Maschine, der Elektromotor und das elektromechanische Getriebe sind für den Leistungsfluss zwischen ihnen mechanisch wirksam gekoppelt, um eine Drehmomentabgabe an einen Endantrieb zu erzeugen. Ein beispielhafter Antriebsstrang ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 5,931,757 mit dem Titel TWO-MODE COMPOUND SPLIT ELECTRO-MECHANICAL VEHICLE TRANSMISSION, das hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, beschrieben. Der dort offenbarte Hybrid-Antriebsstrang umfasst ein kombiniert leistungsverzweigtes, elektrisch variables Getriebe für ein hybridelektrisches Fahrzeug, das Charakteristika sowohl einer Reihen- als auch einer Parallelvorrichtung besitzt, die im Allgemeinen wenigstens eine Antriebsmaschine wie etwa eine Brennkraftmaschine, wenigstens einen Elektromotor, der geeignet ist, sowohl dem Fahrzeug einen Vortrieb zu verschaffen als auch elektrische Leistung zur Speicherung an dem Fahrzeug zu erzeugen, und eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie, die auch als Batteriegruppenmodul (battery pack module, BPM) bezeichnet wird und typischerweise eine wieder aufladbare oder sekundäre Batterie umfasst, umfasst, wie hier beschrieben wird. Die Erfindung kann als Steueralgorithmus zum Steuern des Betriebs eines Hybrid-Antriebsstrangs einschließlich eines solchen, wie er oben erwähnt worden ist und im Folgenden beschrieben wird, verwendet werden.
Wiederum mit Bezug auf die 1 und 2 wird nun das Hybrid-Antriebsstrangsystem 10, das eine Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie umfasst, die Energie zu Elektromotoren und dem elektromechanischen Getriebe übertragen können, ausführlich beschrieben. Die Maschine und die Elektromotoren sowie das elektromechanische Getriebe sind wahlweise betreibbar, um zwischen ihnen ein Drehmoment zu übertragen und eine Leistungsabgabe, im Allgemeinen an den Endantrieb, zu erzeugen, die durch ein Drehmoment und eine Drehzahl ausgezeichnet ist. Die Elektromotoren und das elektromechanische Getriebe umfassen eine repräsentative Form eines multimodalen, kombiniert leistungsverzweigten, elektrisch variablen Getriebes (EVT), das zum Implementieren der Steuerungen der vorliegenden Erfindung besonders geeignet und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Das EVT 10 besitzt ein Eingangselement 12, das vorzugsweise eine Welle umfasst, die von der Maschine 14 direkt angetrieben wird, oder es kann, wie in
2 gezeigt ist, ein Übergangsdrehmomentdämpfer 16 zwischen das Ausgangselement der Maschine 14 und das Eingangselement des EVT 10 eingebaut sein. Der Übergangsdrehmomentdämpfer 16 kann eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (nicht gezeigt) enthalten oder in Verbindung mit einer solchen verwendet werden, um einen wahlweisen Eingriff der Maschine 14 mit dem EVT 10 zu ermöglichen, jedoch wird wohlgemerkt eine solche Drehmomentübertragungsvorrichtung nicht dazu verwendet, die Betriebsart, in der das EVT 10 arbeitet, zu wechseln oder zu steuern.
Bei der gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 14 eine Maschine für fossilen Kraftstoff wie etwa eine Dieselmaschine sein, die ohne weiteres geeignet ist, ihre verfügbare Leistungsabgabe über die Welle 12 bereitzustellen. Die Maschine 14 arbeitet vorzugsweise nach dem Starten und während des größten Teils ihrer Eingabe bei einer konstanten Drehzahl oder bei verschiedenen konstanten Drehzahlen entsprechend einem gewünschten Betriebspunkt, der anhand von Bedienereingaben und Fahrbedingungen bestimmt werden kann.
Das EVT 10 verwendet drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28. Das erste Teil-Planetengetriebe 24 besitzt ein allgemein als Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 30, das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 32 umschreibt. Mehrere Planetengetriebeelemente 34 sind drehbar an einem Träger 36 angebracht, so dass jedes Planetengetriebeelement 34 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 30 als auch mit dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff ist.
Das zweite Teil-Planetengetriebe 26 besitzt ein allgemein als Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 38, das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 40 umschreibt. Mehrere Planeten getriebeelemente 42 sind drehbar an einem Träger 44 angebracht, so dass jedes Planetengetriebeelement 42 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 38 als auch mit dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff ist.
Das dritte Teil-Planetengetriebe 28 besitzt ein allgemein als Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 46, das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 48 umschreibt. Mehrere Planetengetriebeelemente 50 sind drehbar an einem Träger 52 angebracht, so dass jedes Planetengetriebeelement 50 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 46 als auch mit dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff ist.
Obgleich alle drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 selbst "einfache" Teil-Planetengetriebe sind, sind das erste und das zweite Teil-Planetengetriebe 24 und 26 dadurch zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement 32 des ersten Teil-Planetengetriebes 24 über ein Kupplungsnabenrad 54 mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden ist. Das innere Zahnradelement 32 des ersten Teil-Planetengetriebes 24 und das äußere Zahnradelement 38 des zweiten Teil-Planetengetriebes 26, die miteinander verbunden sind, sind durch eine Hohlwelle 58 ständig mit einem ersten Motor/Generator 56 verbunden, der hier gelegentlich auch als Motor A oder MA bezeichnet wird.
Die Teil-Planetengetriebe 24 und 26 sind insofern, dass der Träger 36 des ersten Teil-Planetengetriebes 24 über eine Welle 60 mit dem Träger 44 des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden ist, weiter zusammengesetzt. Somit sind die Träger 36 und 44 des ersten Teil-Planetengetriebes 24 bzw. des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden. Außerdem ist die Welle 60 über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 62, die, wie im Folgenden umfassender erläutert wird, verwendet wird, um die Wahl der Betriebsarten des EVT 10 zu unterstützen, wahlweise mit dem Träger 52 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 verbunden. Gelegentlich wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 hier auch als Kupplung, Kupplung zwei oder C2 bezeichnet.
Der Träger 52 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 ist direkt mit dem Getriebeausgangselement 64 verbunden. Wenn das EVT 10 in einem Landwirtschaftfahrzeug verwendet wird, kann das Ausgangselement 64 mit den (nicht gezeigten) Fahrzeugachsen verbunden sein, die wiederum in den (ebenfalls nicht gezeigten) Antriebselementen enden, um daran ein Durchzugsmoment zu erzeugen. Die Antriebselemente können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs, an dem sie verwendet werden, oder das Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein.
Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 ist über eine Hohlwelle 66, die die Welle 60 umschreibt, mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 ist über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 wahlweise an Masse gelegt, die hier durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist. Wie im Folgenden erläutert wird, wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 ebenfalls verwendet, um bei der Wahl der Betriebsarten des EVT 10 zu helfen. Gelegentlich wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 hier auch als erste Kupplung, Kupplung eins oder C1 bezeichnet.
Außerdem ist die Hohlwelle 66 ständig mit einem zweiten Motor/Generator 72 verbunden, der hier gelegentlich als Motor B oder MB bezeichnet wird. Alle Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 sowie der Motor A und der Motor B (56, 72) sind um die axial angeordnete Welle 60 koaxial orientiert. Beide Motoren A und B besitzen eine ringförmige Konfiguration, die ermöglicht, dass sie die drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 umschrei ben, so dass diese radial innerhalb der Motoren A und B angeordnet sind. Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende, d. h. die Umfangsdimension, des EVT 10 minimiert ist.
An dem Eingangselement 12 kann ein Antriebszahnrad 80 vorgesehen sein. Wie gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad 80 das Eingangselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Teil-Planetengetriebes 24, so dass das Antriebszahnrad 80 die Leistung von der Maschine 14 und/oder dem Motor/Generator 56 und/oder dem Motor/Generator 72 empfängt. Das Antriebszahnrad 80 ist mit einem Losrad 82 in Eingriff, das wiederum mit einem Verteilergetriebe 84 in Eingriff ist, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Getriebefluidpumpe 88 befestigt sein, der aus der Wanne 37 Getriebefluid zugeführt wird, wobei sie Hochdruckfluid an den Regler 39 liefert, der einen Teil des Fluids an die Wanne 37 zurückgibt und in der Leitung 41 einen geregelten Leitungsdruck erzeugt.
Bei der beschriebenen beispielhaften mechanischen Anordnung empfängt das Ausgangselement 64 Leistung über zwei verschiedene Getriebezüge bzw. Zahnradsätze innerhalb des EVT 10. Eine erste Betriebsart oder ein erster Getriebezug wird gewählt, wenn die erste Kupplung C1 betätigt wird, um das äußere Getriebeelement 46 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 "an Masse zu legen". Eine zweite Betriebsart oder ein zweiter Getriebezug wird gewählt, wenn die erste Kupplung C1 freigegeben wird und gleichzeitig die zweite Kupplung C2 betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 zu verbinden. Hier wird beim Verweisen auf eine auf einen Getriebezug bezogene Betriebsart allgemein ein Name in Großbuchstaben, BETRIEBSART 1 oder BETRIEBART 2 oder M1 oder M2, verwendet.
Einem Fachmann ist ersichtlich, dass das EVT 10 in jeder Betriebsart einen Bereich von verhältnismäßig langsamen bis zu verhältnismäßig schnellen Ausgangsdrehzahlen liefern kann. Diese Kombination zweier Betriebsarten mit einem langsamen bis schnellen Ausgangsdrehzahlbereich in jeder Betriebsart ermöglicht, dass das EVT 10 ein Fahrzeug aus einem stationären Zustand bis auf Autobahngeschwindigkeiten antreibt. Außerdem ist ein Zustand mit fester Übersetzung verfügbar, in dem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig eingerückt sind, um das Eingangselement über ein festes Übersetzungsverhältnis effizient mechanisch mit dem Ausgangselement zu koppeln. Darüber hinaus ist ein Neutralzustand verfügbar, in dem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig ausgerückt sind, um das Ausgangselement mechanisch von dem Getriebe zu entkoppeln. Schließlich kann das EVT 10 synchronisierte Schaltungen zwischen den Betriebsarten bereitstellen, in denen die Schlupfdrehzahl über die beiden Kupplungen C1 und C2 im Wesentlichen null ist.
Die Maschine 14 wird vorzugsweise durch das Maschinensteuermodul (engine control module, ECM) 23 elektronisch gesteuert, wie in 2 gezeigt ist. Das ECM 23 ist ein herkömmliches mikroprozessorgestütztes Dieselmaschinensteuermodul, das solche üblichen Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM, einen Schreib-Lese-Speicher RAM, einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM, einen schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltungsanordnung, eine Eingabe-/Ausgabeschaltungsanordnung und Eingabe-/Ausgabebausteine (E/A) sowie eine geeignete Signalaufbereitungs- und Signalpufferschaltungsanordnung umfasst. Das ECM 23 arbeitet in der Weise, dass es über mehrere diskrete Leitungen von einer Vielzahl von Sensoren Daten erfasst bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern der Maschine 14 steuert. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 allgemein mit einer doppelt gerichteten Schnittstelle mit der Maschine 14 über die Leitungsgruppe 35 gezeigt. Unter den verschiedenen Parametern, die durch das ECM 23 abgetastet werden können, sind die Ölwannen- und die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinendrehzahl (Ne), der Turbodruck und die Umgebungslufttemperatur und der Umgebungsluftdruck. Verschiedene Stellglieder, die durch das ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Gebläsecontroller, Maschinenvorwärmer einschließlich Glühkerzen sowie Gitter-Ansauglufterwärmer. Vorzugsweise liefert das ECM in Ansprechen auf einen von dem Steuersystem des EVT gelieferten Drehmomentbefehl Te_cmd wohlbekannte drehmomentbasierte Steuerungen für die Maschine 14. Diese Maschinenelektronik, Steuerungen und Größen sind dem Fachmann wohlbekannt, so dass ihre weitere ausführliche Erläuterung hier nicht erforderlich ist.
Das EVT 10 empfängt wahlweise Leistung von der Maschine 14 und dem Batteriegruppenmodul (battery pack module, BPM) 21. Das Antriebsstrangsystem umfasst außerdem solche Energiespeichervorrichtungen, die ein integraler Bestandteil der Leistungsflüsse hiervon sind. Anstelle der Batterien können andere elektrische Speichervorrichtungen, die die Fähigkeit besitzen, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu ändern. Das BPM 21 ist über die Gleichstromleitungen 27 durch hochgespannten Gleichstrom mit dem Zweileistungs-Wechselrichtermodul (dual power inverter module, DPIM) 19 gekoppelt. In Übereinstimmung damit, ob das BPM 21 geladen oder entladen wird, kann Strom zu oder von dem BPM 21 übertragen werden. das DPIM 19 umfasst ein Paar von Wechselrichtern und entsprechenden Motorcontrollern, die so konfiguriert sind, dass sie Motorsteuerbefehle empfangen und anhand derer Wechselrichterzustände steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Motorcontroller sind mikroprozessor gestützte Steuermodule, die solche üblichen Elemente wie etwa einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM, einen Schreib-Lese-Speicher RAM, einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM, einen schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltungsanordnung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und Eingabe-/Ausgabebausteine (E/A) sowie eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungsanordnung umfassen. Bei der Motorsteuerung empfangen die jeweiligen Wechselrichter Strom von den Gleichstromleitungen und liefern Wechselstrom an den jeweiligen Motor über Hochspannungsphasenleitungen 29 und 31. Bei der Regenerationssteuerung empfangen die jeweiligen Wechselrichter Wechselstrom von dem Motor über Hochspannungsphasenleitungen 29 und 31 und liefern Strom an die Gleichstromleitungen 27. Der Gesamtgleichstrom, der an die Wechselrichter oder von ihnen geliefert wird, bestimmt die Lade- oder Entladebetriebsart des BPM 21. Vorzugsweise sind der MA und der MB Dreiphasen-Wechselstrommotoren, wobei die Wechselrichter eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik enthalten. Die einzelnen Motordrehzahlsignale Na und Nb für den MA bzw. den MB werden ebenfalls durch das DPIM 19 aus den Motorphaseninformationen oder über herkömmliche Drehzahlsensoren abgeleitet. Diese Motoren, Elektronik, Steuerungen und Größen sind dem Fachmann im Allgemeinen wohlbekannt, so dass ihre weitere ausführliche Erläuterung hier nicht erforderlich ist.
Jedes der oben erwähnten Steuermodule, d. h. der Systemcontroller 43, das DPIM 19, das BPM 21, das ECM 23, ist vorzugsweise ein Universal-Digitalrechner, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, Speichermedien, die einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) und einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) umfassen, einen schnellen Taktgeber, eine Analog-Digital-(A/D)- und Digital-Analog-(D/A)-Schaltungsanordnung und eine Eingabe-/Ausgabeschaltungsanordnung und Eingabe-/Ausgabebausteine (E/A) sowie eine geeignete Signalaufbereitungs- und Signalpufferschaltungsanordnung umfasst. Jedes Steuermodul besitzt einen Satz von Steueralgorithmen, der residente Programmanweisungen und Kalibrierungen, die in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen eines jeden Computers bereitzustellen, umfasst. Zur Übertragung von Informationen kommunizieren die verschiedenen Module über einen Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) 25. Der CAN-Bus 25 führt eine Strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Steuerbefehlen zwischen den verschiedenen Modulen durch. Das verwendete spezifische Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielhalber ist das bevorzugte Protokoll für Anwendungen in rauer Umgebung der Society of Automotive Engineers Standard J1939.
Algorithmen für die Steuerung und die Zustandsschätzung in jedem der Steuermodule werden im Allgemeinen während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, derart, dass jeder Algorithmus wenigstens einmal pro Schleifenzyklus ausgeführt wird. In den nichtflüchtigen Speichervorrichtungen gespeicherte Algorithmen werden durch eine der Zentraleinheiten ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Erfassungsvorrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb der jeweiligen Vorrichtung unter Verwendung im Voraus bestimmter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen werden im Allgemeinen in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Bei der beispielhaften Ausführungsform umfasst der Systemcontroller 43 ein Paar mikroprozessorgestützter Steuermodule, die als Fahrzeugsteuer modul(vehicle control module, VCM) 15 und Getriebesteuermodul(transmission control module, TCM) 17 bezeichnet sind. Das VCM und das VCM können beispielsweise verschiedene Steuer- und Diagnosefunktionen erfüllen, die auf das EVT und das Fahrwerk des Fahrzeugs bezogen sind und beispielsweise Maschinendrehmomentbefehle, eine Eingangsdrehzahlsteuerung und Ausgangsdrehmomentsteuerung, koordiniert mit einer Rückgewinnungsbremsungs-, Antiblockierbremsungs- und Traktionssteuerung, umfassen. Insbesondere arbeitet der Systemcontroller 43 in Bezug auf die Funktionalität des EVT so, dass sie über mehrere diskrete Leitungen direkt Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst bzw. direkt eine Vielzahl von Stellgliedern des EVT steuert. Der Einfachheit halber ist der Systemcontroller 43 allgemein mit einer doppelt gerichteten Schnittstelle mit dem EVT über die Leitungsgruppe 33 gezeigt. Insbesondere sei angemerkt, dass der Systemcontroller 43 Frequenzsignale von Umdrehungssensoren empfängt, um sie zur Verwendung bei der Steuerung des EVT 10 zur Drehzahl Ni des Eingangselements 12 und zur Drehzahl No des Ausgangselements 64 zu verarbeiten. Außerdem ist ein Benutzer-Schnittstellen-(user interface, UI)-Block 13 gezeigt, der Eingaben in den Systemcontroller 43 wie u. a. die Fahrzeug-Fahrpedalstellung, die Drucktasten-Fahrbereichswähleinrichtung (push button shift selector, PBSS) für die Wahl des verfügbaren Antriebsbereichs, die Bremskraft und Schnellleerlaufanforderungen umfasst, anhand derer eine Bediener-Drehmomentanforderung (To_req) ermittelt wird.
Der Systemcontroller 43 bestimmt einen Maschinendrehmomentbefehl Te_cmd, der an das ECM 23 geliefert wird. Der Maschinendrehmomentbefehl Te_cmd repräsentiert den von der Maschine gewünschten EVT-Drehmomentbeitrag. Der Systemcontroller 43 bestimmt außerdem einen Maschinendrehzahlbefehl Ne_cmd, der die gewünschte Eingangsdrehzahl bzw. Soll-Eingangsdrehzahl für das EVT repräsentiert, die bei der direkt gekoppelten Anordnung zwischen der Maschine und dem EVT auch dem Soll-Maschinendrehzahl-Betriebspunkt entspricht. Obgleich die Maschine direkt mit dem Getriebe gekoppelt sein kann, ist das Maschinendrehmoment Te aufgrund von durch Zusatzeinrichtungslasten verbrauchter Leistung und anderen Faktoren, denen unvollständig Rechnung getragen wird, wie etwa extrem hohen oder niedrigen Umgebungs- und Betriebstemperaturen und Höhen, Schwankungen der Kraftstoffqualität, Verschleiß und Schaden an Bauteilen und System- oder Bauteilfehlern gegebenenfalls nicht gleich dem Eingangsdrehmoment Ti des Getriebes. Diese Lasten sind in 4, auf die im Folgenden verwiesen wird, als ACC gezeigt. Die Belastung durch Zusatzeinrichtung kann 20 bis 60 kW (etwa 27–81 Pferdestärken) ausmachen, wenn das Maschinenkühlgebläse und die Klimaanlage voll aufgedreht sind. Soll-Eingangsdrehzahl-Betriebspunkte werden vorzugsweise so ermittelt, wie in den gemeinsam übertragenen und gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldungen lfd. Nr. 10/686,508 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304193) und lfd. Nr. 10/686,034 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304194), die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind, offenbart ist. Eine bevorzugte Drehzahlsteuerung für ein Hybrid-Getriebe ist in der gemeinsam übertragenen und gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung lfd. Nr. 10/686,511 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304140), die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, näher beschrieben.
In 3 ist für das EVT 10 eine Aufzeichnung der Ausgangsdrehzahl No auf der horizontalen Achse über der Eingangsdrehzahl Ni auf der vertikalen Achse gezeigt. Durch die Linie 91 ist der Synchronbetrieb dargestellt, d. h. diejenigen Beziehungen zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl, bei denen die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig im Wesentlichen mit der Schlupfdrehzahl null über sie arbeiten Somit repräsentiert sie diejenigen Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangsdreh zahl, bei denen im Wesentlichen ein synchrones Schalten zwischen den Betriebsarten stattfinden kann oder bei denen durch gleichzeitiges Einrücken beider Kupplungen C1 und C2, auch als feste Übersetzung bekannt, eine direkte mechanische Kopplung vom Eingang zum Ausgang bzw. vom Antrieb zum Abtrieb bewirkt werden kann. Gelegentlich wird die Linie 91 hier auch als Synchronlinie, Übersetzungsverhältnislinie oder Festübersetzungslinie bezeichnet.
Links von der Übersetzungsverhältnislinie 91 befindet sich ein bevorzugtes Betriebsgebiet 93 für die erste Betriebsart, in der C1 eingerückt und C2 ausgerückt ist. Rechts von der Übersetzungsverhältnislinie 91 befindet sich ein bevorzugtes Betriebsgebiet 95 für die zweite Betriebsart, in der C1 ausgerückt und C2 eingerückt ist. Der Begriff "eingerückt" gibt hier in Bezug auf die Kupplungen C1 und C2 eine wesentliche Drehmomentübertragungsfähigkeit über die jeweilige Kupplung an, während der Begriff "ausgerückt" eine unwesentliche Drehmomentübertragungsfähigkeit über die jeweilige Kupplung angibt. Da allgemein vorzugsweise veranlasst wird, dass das Schalten aus einer Betriebsart in die andere synchron stattfinden, wird veranlasst, dass Drehmomentübertragungen von einer Betriebsart in die andere über eine feste Übersetzung durch Einrücken von zwei Kupplungen stattfindet, bei der während einer endlichen Zeitdauer vor dem Ausrücken der derzeit eingerückten Kupplung die derzeit ausgerückte Kupplung eingerückt wird. Der Betriebsartwechsel ist abgeschlossen, wenn durch fortgesetztes Einrücken der Kupplung, die der Betriebsart zugeordnet ist, in die eingetreten wird, und Ausrücken der Kupplung, die der Betriebsart zugeordnet ist, die verlassen wird, die feste Übersetzung verlassen worden ist.
Obgleich im Allgemeinen der Betriebsbereich 93 für den Betrieb des EVT in der BETRIEBSART 1 bevorzugt wird, soll das nicht bedeuten, dass der Betrieb des EVT in der BETRIEBSART 2 nicht stattfinden darf oder nicht stattfindet. Da die BETRIEBSART 1 vorzugsweise Zahnradsätze und Motoreinrichtungen verwendet, die für die hohen Startdrehmomente des Bereichs 93 in verschiedener Hinsicht (z. B. Masse, Größe, Kosten, Trägheitsvermögen usw.) besonders gut geeignet sind, wird allgemein aber bevorzugt, im Gebiet 93 in der BETRIEBSART 1 zu arbeiten. Obgleich der Betriebsbereich 95 für den Betrieb des EVT in der BETRIEBSART 2 allgemein bevorzugt wird, heißt das ähnlich nicht, dass der Betrieb in der BETRIEBSART 1 des EVT nicht stattfinden darf oder nicht stattfindet. Da die BETRIEBSART 2 vorzugsweise Zahnradsätze und Motoreinrichtungen verwendet, die in verschiedener Hinsicht (z. B. Masse, Größe, Kosten, Trägheitsvermögen usw.) für die hohen Drehzahlen des Bereichs 93 besonders gut geeignet sind, wird aber allgemein bevorzugt, im Gebiet 95 in der BETRIEBSART 2 zu arbeiten. Der Bereich 93, in dem ein Betrieb in der BETRIEBSART 1 allgemein bevorzugt wird, kann als Niedrigdrehzahlbereich betrachtet werden, wohingegen der Bereich 95, in dem ein Betrieb in der BETRIEBSART 2 allgemein bevorzugt wird, als Hochdrehzahlbereich betrachtet werden kann. Ein Wechsel in die BETRIEBSART 1 wird als Herunterschalten betrachtet, wobei ihr in Übereinstimmung mit der Beziehung von Ni/No ein höheres Übersetzungsverhältnis zugeordnet ist. Ähnlich wird ein Wechsel in die BETRIEBSART 2 als Hochschalten betrachtet, wobei ihr in Übereinstimmung mit der Beziehung von Ni/No ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis zugeordnet ist.
In 4 ist ein Steuerschema zum Betreiben des mit Bezug auf die 1, 2 und 3 beschriebenen Antriebsstrangs gemäß der Erfindung gezeigt. Wie gezeigt ist, wird der Betrieb von Aspekten der Maschine 14 und des DPIM 19 gesteuert, um den Leistungsfluss zu dem Getriebe 10 zur Ausgabe an den Endantrieb zu steuern. Die Maschine besitzt mehrere ungesteuerte Zusatzeinrichtungslasten und andere zur Last Beitragende, die als ACC gezeigt sind und im Allgemeinen durch das Steuersystem geschätzt anstatt gemessen werden, wie oben beschrieben worden ist. Das Steuermodul 43 führt Steuerschemata in Form von Algorithmen und im Voraus bestimmten Kalibrierungen aus. Der Algorithmus wird vorzugsweise regelmäßig während eines der oben erwähnten Steuermodul-Schleifenzyklen während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt.
Insgesamt umfasst das Steuerschema das Ermitteln einer Bediener-Drehmomentanforderung und weiterer Betriebsparameter und das Bestimmen eines bevorzugten Leistungsflusses von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und eines darauf basierenden bevorzugten Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu einem oder beiden der Elektromotoren. Der Betrieb der Maschine, des Elektromotors und des elektromechanischen Getriebes wird so gesteuert, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird. Der tatsächliche Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung wird überwacht, und der bevorzugte Leistungsfluss von der Maschine wird so abgeglichen, dass der Belastung durch Zusatzeinrichtung begegnet wird und ein ungesteuerter Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung minimiert wird. Dies wird nun im Einzelnen beschrieben.
Bei der Ausführungsform umfassen Eingaben an das Steuermodul 43 die Bediener-Drehmomentanforderung To_req, die Ausgangsdrehzahl No und verschiedene Systemzustände, die als Eingaben in den Systemverlustminimierungsblock 78 gezeigt sind. Die Systemzustände umfassen die momentane Batterieleistung (Pbat), den Batterie-Ladezustand (state of charge, SOC), den Batteriedurchsatz (im Allgemeinen in Ampèrestunden/Stunde) und Temperaturen der Motoren und der Batterien. Für die Systemzustände werden Kosten veranschlagt. Systemverluste werden mi nimiert. Weitere Details beim Ermitteln und Veranschlagen von Kosten und Minimieren von Verlusten für Systemzustände bei einem Hybrid-Antriebsstrangsystem sind in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 7,149,618 B2 , dessen Offenbarungsgehalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, offenbart. Ausgaben des Systemverlustminimierungsblocks 78 umfassen den bevorzugten Leistungsfluss von der Maschine, der als Soll-Maschinendrehmomentbefehl Te des und Soll-Drehzahlbefehl Ne_des bezeichnet ist, und einen Leistungsfluss von dem BPM zu den Elektromotoren. Der gewünschte Leistungsfluss bzw. Soll-Leistungsfluss, der als Soll-Batterieleistungsfluss Pbat_des bezeichnet ist, umfasst einen bevorzugten Leistungsfluss von dem BPM zu den Elektromotoren, der auf dem Minimieren von Systemverlusten basiert. Es wird eine Abweichung zwischen dem tatsächlichen Leistungsfluss bzw. dem Ist-Leistungsfluss und der Soll-Ausgangsleistung von dem BPM, die als Pbat_error bezeichnet ist, bestimmt.
Die Batterieleistungsabweichung Pbat_error sowie der Soll-Maschinendrehmomentbefehl Te_des und der Soll-Maschinendrehzahlbefehl Ne des werden in ein Regelungsschema 80 eingegeben, das vorzugsweise einen Proportional-Integral-Regler umfasst, der mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben wird. Das Regelungsschema überwacht die Eingaben und erzeugt einen Leistungskorrekturfaktor. Der Leistungskorrekturfaktor repräsentiert die von der primären Leistungsquelle, d. h. der Maschine, geforderte Leistung, um den unerwünschten Leistungsfluss von dem BPM, d. h. die Batterieleistungsabweichung Pbat_error, zu minimieren. Der Leistungskorrekturfaktor ist in Ausdrücke für abgeglichene Maschinendrehzahl und für abgeglichenes Maschinendrehmoment, die als Ne_adjust und Te_adjust bezeichnet sind, getrennt. Das abgeglichene Drehmoment wird in das ECM eingegeben, um den Betrieb der Maschine zu steuern, wie gezeigt ist. Die Ausdrücke für abgeglichene Maschinendrehzahl und für abgeglichenes Maschinendrehmoment werden zusammen mit der Drehmomentanforderung (To_req), der Ausgangsdrehzahl (No) des Getriebes sowie der Getriebe-Eingangsdrehzahl und dem Getriebe-Eingangsdrehmoment (Ti, Ni) in die dynamischen Anlagenmodellgleichungen 82 eingegeben, um Drehmomentbefehle an den MA und den MB, die als Drehmomentbefehle Ta_cmd und Tb_cmd bezeichnet sind, einzugeben. Ein bevorzugtes Verfahren für das Drehmomentmanagement mit Hilfe dynamischer Gleichungen ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,976,388 B2 , das hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, näher beschrieben.
Die Drehmomentbefehle Ta_cmd und Tb_cmd für die Elektromotoren werden während des fortwährenden Betriebs so abgeglichen, dass, ausgenommen unter hier beschriebenen Bedingungen, das Ausgangsdrehmoment To mit der Bediener-Drehmomentanforderung To_req übereinstimmt. Im Betrieb wird der abgeglichene Maschinendrehmomentbefehl Te_adjust in das ECM 23 eingegeben, um den Maschinenbetrieb so zu steuern, dass ein Drehmoment erzeugt wird, das dazu verwendet wird, wie erforderlich Leistung zu den Zusatzeinrichtungen ACC zu übertragen und dem Getriebe Eingangsleistung in Form des Eingangsdrehmoments Ti und der Eingangsdrehzahl Ni bereitzustellen.
Mit Bezug auf 5 wird nun das Regelungsschema 80 beschrieben. Der Abweichungsausdruck (Pbat_error), der die Differenz zwischen dem Batterieleistungsfluss und dem Soll-Batterieleistungsfluss umfasst, wird bestimmt und in einen Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) eingegeben. Der PI-Regler umfasst vorzugsweise einen herkömmlichen PI-Regler, der eine relativ langsame Aktualisierungsrate und einen begrenzten Steuereinfluss besitzt, wie mit Bezug auf die nachstehend beschriebene 6 beschrieben wird. Die langsame Aktualisierungsrate vermeidet eine Wech selwirkung mit schnellen Steuerschleifen wie etwa Schaltlogikübergangsvorgängen und schnellen Fahrzeugübergangsvorgängen. Der begrenzte Steuereinfluss verhindert eine Überkorrektur des Systems bei starken Abweichungen wie etwa bei einem Maschinenbauteilfehler. Die Ausgabe des PI-Reglers wird in ein Steuergrenzwert- und Rücksetzlogikschema eingegeben, das mit Bezug auf 6 beschrieben wird. Eine Ausgangsleistungskorrektur wird bestimmt, wobei diese in ein Element zum Treffen einer Leistungsverzweigungsentscheidung eingegeben wird, das die Ausdrücke für abgeglichene Maschinendrehzahl und für abgeglichenes Maschinendrehmoment, die als Ne_adjust und Te_adjust bezeichnet sind, bestimmt. Die Ausdrücke für abgeglichene Maschinendrehzahl und für abgeglichenes Maschinendrehmoment werden vorzugsweise über das Anlagenmodell 82 in die Anlage, d. h. die Maschine und das Getriebe, eingegeben. Der Ausdruck für das abgeglichene Maschinendrehmoment Te_adjust wird in das ECM eingegeben, um den Betrieb der Maschine zu steuern.
Mit Bezug auf 6 werden nun Aspekte der Regelungslösung beschrieben. Es ist ein Maschinen-Drehzahl/Last-Betriebsbereich gezeigt, der eine Maschinenbetriebskurve 75 enthält, die eine typische Maschinendurchzugskurve umfasst. Bei gegebener Maschinendrehzahl Ne repräsentiert die Durchzugskurve einen oberen Grenzwert für das Maschinendrehmoment Te. Wenn die Maschinendrehzahl und das Maschinendrehmoment unterhalb der Betriebskurve 75 liegen, dient der Steuergrenzwert- und Rücksetzlogikabschnitt des Regelungsschemas dazu, das Maschinen-Ausgangsdrehmoment Te in Ansprechen auf den Abweichungsausdruck (Pbat_error) vorzugsweise abzugleichen. Dies ist unter Bezugnahme auf den Punkt A gezeigt, der einen Niedrigdrehzahl-Niedriglast-Betriebspunkt umfasst, wie er etwa bei normaler Reisegeschwindigkeit auftritt. Der Punkt A repräsentiert ein optimales Maschinen-Eingangsdrehmoment für das Getriebe für den Drehzahl/Last-Betriebspunkt, wobei der Kreis A die Grenzwerte für den Steuereinfluss zum Abgleichen von Drehzahl und Drehmoment mittels des PI-Reglers repräsentiert. Ein Abgleichvektor 85 gleicht vorzugsweise das Maschinendrehmoment bei Niedriglast-Niedrigdrehzahl-Betriebsbedingungen ab. Daher umfasst in diesem Betriebszustand die Leistungsverzweigung das Abgleichen des Maschinendrehmomentbefehls, um den Betrieb so zu steuern, dass der Abweichungsausdruck (Pbat_error) auf null reduziert wird. Der Drehzahlbefehl Ne_adjust bleibt unverändert. Der Drehmomentbefehl Te_adjust wird in das ECM eingegeben, um den Betrieb abzugleichen und die Maschine 14 dementsprechend zu steuern. Der Ti_adjust-Befehl und der unveränderte Ne_adjust-Befehl werden an das Anlagenmodell 82 ausgegeben, das die Drehmomentbefehle an die Elektromotoren über das DPIM 19 so bestimmt, dass die ungesteuerte Abgabe elektrischer Leistung einschließlich jener, die durch die Zusatzeinrichtungslast verursacht wird, reduziert und beseitigt wird.
Wenn die Maschinendrehzahl und das Maschinendrehmoment in der Nähe der Betriebskurve 75 liegen, dient der Steuergrenzwert- und Rücksetzlogikabschnitt des Regelungsschemas dazu, die Maschinen-Ausgangsdrehzahl Ne in Ansprechen auf den Abweichungsausdruck (Pbat_error) vorzugsweise abzugleichen. Dies ist unter Bezugnahme auf den Punkt B gezeigt, der einen Hochdrehzahl-Hochlast-Betriebspunkt umfasst, wie er etwa während eines Hochlastbetriebs oder eines Betriebs auf ansteigendem Gelände auftritt. Der Punkt B repräsentiert ein optimales Maschinen-Eingangsdrehmoment an das Getriebe für den Drehzahl/Last-Betriebspunkt, wobei der Kreis B' die Grenzwerte für den Steuereinfluss zum Abgleichen von Drehzahl und Drehmoment mittels des PI-Reglers repräsentiert, wobei der Einfluss wie nachstehend beschrieben wird, weiter begrenzt wird. Ein Abgleichvektor 95 gleicht vorzugsweise die Maschinen drehzahl bei dem Hochlast-Hochdrehzahl-Betriebszustand ab. Daher umfasst in diesem Betriebszustand die Leistungsverzweigung das Halten des Maschinendrehmomentbefehls im Wesentlichen unverändert und das Abgleichen der Maschinen-Eingangsdrehzahl Ne_adjust, um den Betrieb so zu steuern, dass der Abweichungsausdruck (Pbat_error) auf null reduziert wird. Der Te_adjust-Befehl, der gegenüber dem Te-Befehl im Wesentlichen unverändert ist, wird an das ECM ausgegeben, um die Maschine 14 zu steuern. Der Ne_adjust-Befehl und der unveränderte Te_adjust-Befehl werden an das Anlagenmodell 82 ausgegeben, das die Drehmomentbefehle an die Elektromotoren über das DPIM 19 so bestimmt, dass die ungesteuerte Abgabe elektrischer Leistung einschließlich jener, die durch die Zusatzeinrichtungslast verursacht wird, reduziert und beseitigt wird.
Wenn der Maschinen-Betriebspunkt an oder jenseits der Betriebskurve 75, die als B'' gezeigt ist, liegt, überschreitet die Maschine ihre Fähigkeit, entweder die Drehzahl oder das Drehmoment abzugleichen, wobei die Notwendigkeit besteht, die Maschine unterzubelasten und die Drehmomentabgabe To zu reduzieren, um die ungesteuerte Abgabe elektrischer Leistung einschließlich jener, die durch die Zusatzeinrichtungslast verursacht wird, zu reduzieren und zu beseitigen.
Die obige Abhandlung offenbart und beschreibt beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann erkennt aus dieser Abhandlung und den begleitenden Zeichnungen und Ansprüchen sogleich, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Abweichungen vorgenommen werden können, ohne vom Leitgedanken und Umfang der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert sind, abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 7076356 B2 [0008]
- US 5931757 [0017]
- US 7149618 B2 [0043]
- US 6976388 B2 [0044]

Claims

Erzeugnis, das ein Speichermedium umfasst, in das ein maschinenausführbares Programm eincodiert ist, das geeignet ist, einen Hybrid-Antriebsstrang zu betreiben, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine, ein Energiespeichersystem, einen Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, wobei das Energiespeichersystem und der Elektromotor für den Leistungsfluss zwischen ihnen elektrisch wirksam gekoppelt sind; und wobei die Maschine, der Elektromotor und das elektromechanische Getriebe mechanisch wirksam gekoppelt sind, um zwischen ihnen Leistung zu übertragen, um einen Leistungsfluss zu einem Abtrieb zu erzeugen, wobei das Programm umfasst: einen Code zum Ermitteln einer Bediener-Drehmomentanforderung; einen Code zum Bestimmen eines bevorzugten Leistungsflusses von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und eines bevorzugten Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor auf der Grundlage der Bediener-Drehmomentanforderung; einen Code zum Steuern des Betriebs der Maschine, des Elektromotors und des elektromechanischen Getriebe in der Weise, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird; einen Code zum Überwachen des tatsächlichen Leistungsflusses von der Energiespeichervorrichtung während des Betriebs; und einen Code zum Steuern des Leistungsflusses von der Maschine auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung.
Erzeugnis nach Anspruch 1, wobei der Code zum Bestimmen des bevorzugten Leistungsflusses von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und des bevorzugten Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor auf der Grundlage der Bediener-Drehmomentanforderung ferner umfasst: einen Code zum Bestimmen eines optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe und das Bestimmen des Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor auf der Grundlage des optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe.
Erzeugnis nach Anspruch 2, wobei der Code zum Bestimmen des optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe einen Code zum Bestimmen eines Maschinendrehmomentbefehls und eines Maschinendrehzahlbefehls, die den Leistungsverlust des Antriebsstrangsystems minimieren, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 2, wobei der Code zum Steuern des Betriebs der Maschine, des Elektromotors und des elektromechanischen Getriebes in der Weise, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird, einen Code zum Steuern der Maschine in der Weise, dass der optimale Leistungsfluss zu dem Getriebe erzeugt wird, und einen Code zum Steuern des Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor in der Weise, dass die Bediener-Drehmomentanforderung erfüllt wird, auf der Grundlage des optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 1, wobei der Code zum Überwachen des tatsächlichen Leistungsflusses von der Energiespeichervorrichtung einen Code zum Überwachen des von dieser fließenden elektrischen Stroms umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 1, wobei der Code zum Steuern des Leistungsflusses von der Maschine auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung einen Code zum Ausführen eines Regelungsschemas zum wahlweisen Abgleichen eines Maschinendrehmomentbefehls und eines Maschinendrehzahlbefehls auf der Grundlage des Maschinenbetriebs und der Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 6, das ferner einen Code zum Ausführen des Regelungsschemas zum wahlweisen Abgleichen des Maschinendrehmomentbefehls, wenn die Maschinendrehmomentabgabe wesentlich kleiner als eine maximale Maschinendrehmomentabgabe ist, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 6, das ferner einen Code zum Ausführen des Regelungsschemas zum Abgleichen des Maschinendrehzahl- und des Maschinendrehmomentbefehls, wenn die Maschinendrehmomentabgabe einer maximalen Maschinendrehmomentabgabe nahe kommt, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 6, das ferner einen Code zum Ausführen des Regelungsschemas zum wahlweisen Abgleichen des Maschinendrehzahlbefehls, wenn die Maschinendrehmomentabgabe im We sentlichen bei einer maximalen Maschinendrehmomentabgabe liegt, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 6, das ferner einen Code zum Reduzieren des Leistungsflusses zu dem Abtrieb, wenn der Maschinendrehmomentbefehl eine maximale Maschinendrehmomentabgabe überschreitet, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 6, das ferner umfasst: einen Code zum wahlweisen Reduzieren des Leistungsflusses zu dem Endantrieb, wenn die Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
Erzeugnis, das ein Speichermedium umfasst, in das ein maschinenausführbares Programm eincodiert ist, das geeignet ist, einen Hybrid-Antriebsstrang zu betreiben, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine, ein Energiespeichersystem, einen Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, wobei das Energiespeichersystem und der Elektromotor für den Leistungsfluss zwischen ihnen elektrisch wirksam gekoppelt sind; wobei die Maschine, der Elektromotor und das elektromechanische Getriebe mechanisch wirksam gekoppelt sind, um zwischen ihnen Leistung zu übertragen, um einen Leistungsfluss zu einem Abtrieb zu erzeugen; wobei die Maschinenausgangsleistung die Eingangsleistung an das Getriebe um einen Betrag übersteigt; wobei das Programm umfasst: einen Code zum Ermitteln einer Bediener-Drehmomentanforderung; einen Code zum Bestimmen einer bevorzugten Eingangsleistung von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und eines bevorzugten Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor auf der Grundlage der Bediener-Drehmomentanforderung; einen Code zum Steuern der Maschine, des Elektromotors und des elektromechanischen Getriebe in der Weise, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird; einen Code zum Überwachen des tatsächlichen Leistungsflusses von der Energiespeichervorrichtung; und einen Code zum Bestimmen des Betrags, um den die Maschinenausgangsleistung die Eingangsleistung an das Getriebe übersteigt, auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem bevorzugten Leistungsfluss von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor und dem tatsächlichen Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung; und einen Code zum Abgleichen der Ausgangsleistung von der Maschine auf der Grundlage des Betrags, um den die Maschinenausgangsleistung die Eingangsleistung an das Getriebe übersteigt.
Erzeugnis nach Anspruch 12, wobei die Maschinenausgangsleistung die Eingangsleistung an das Getriebe um einen Betrag übersteigt, der auf der von den Zusatzeinrichtungslasten verbrauchten Leistung und/oder der Umgebungstemperatur und/oder der Betriebstemperatur und/oder der Höhe und/oder der Kraftstoffqualität und/oder Bauteilfehlern und/oder einer Bauteilverschlechterung basiert.
Erzeugnis nach Anspruch 12, wobei der Code zum Bestimmen des bevorzugten Leistungsflusses von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und des bevorzugten Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor auf der Grundlage der Bediener-Drehmomentanforderung ferner umfasst: einen Code zum Bestimmen eines optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe und das Bestimmen des Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu dem Elektromotor auf der Grundlage des optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe.
Erzeugnis nach Anspruch 14, wobei der Code zum Bestimmen des optimalen Leistungsflusses von der Maschine zu dem Getriebe einen Code zum Bestimmen eines Maschinendrehmomentbefehls und eines Maschinendrehzahlbefehls, die den Leistungsverlust des Antriebsstrangsystems minimieren, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 12, wobei der Code zum Abgleichen der Ausgangsleistung von der Maschine auf der Grundlage des Betrags, um den die Maschinenausgangsleistung die Eingangsleistung an das Getriebe übersteigt, einen Code zum Ausführen eines Regelungsschemas zum wahlweisen Abgleichen eines Maschinendrehmomentbefehls und eines Maschinendrehzahlbefehls auf der Grundlage des Maschinenbetriebs und der Differenz zwischen dem tatsächlichen und dem bevorzugten Leistungsfluss von der Energiespeichervorrichtung umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 16, das ferner einen Code zum Ausführen des Regelungsschemas zum wahlweisen Abgleichen des Maschinendrehmomentbefehls, wenn die Maschinendrehmomentabgabe wesentlich kleiner als eine maximale Maschinendrehmomentabgabe ist, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 17, das ferner einen Code zum Ausführen des Regelungsschemas zum wahlweisen Abgleichen des Maschinen drehzahlbefehls, wenn die Maschinendrehmomentabgabe im Wesentlichen bei einer maximalen Maschinendrehmomentabgabe liegt, umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 18, das ferner einen Code zum Reduzieren des Leistungsflusses zu dem Abtrieb, wenn die Leistungsabgabe auf Maschinendrehmomentbefehl hin eine maximale Maschinendrehmomentabgabe überschreitet, umfasst.
Erzeugnis, das ein Speichermedium umfasst, in das ein maschinenausführbares Programm eincodiert ist, das geeignet ist, einen Hybrid-Antriebsstrang zu betreiben, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine, ein Energiespeichersystem, zwei Elektromotoren und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, wobei das Energiespeichersystem und die Elektromotoren für den Leistungsfluss zwischen ihnen elektrisch wirksam gekoppelt sind; und wobei die Maschine, die Elektromotoren und das elektromechanische Getriebe mechanisch wirksam gekoppelt sind, um zwischen ihnen Leistung zu übertragen, um einen Leistungsfluss zu einem Abtrieb zu erzeugen, wobei das Programm umfasst: einen Code zum Ermitteln einer Bediener-Drehmomentanforderung; einen Code zum Bestimmen eines bevorzugten Leistungsflusses von der Maschine zu dem elektromechanischen Getriebe und eines bevorzugten Leistungsflusses von dem Energiespeichersystem zu den Elektromotoren auf der Grundlage der Bediener-Drehmomentanforderung; einen Code zum Steuern des Leistungsflusses von der Maschine auf den bevorzugten Leistungsfluss und zum Steuern des Leistungsflusses von der Vorrichtung zum Speichern elektrischer Ener gie zu den Elektromotoren in der Weise, dass die Bediener-Drehmomentanforderung im Wesentlichen erfüllt wird; einen Code zum Überwachen des Leistungsflusses von der Energiespeichervorrichtung zu den Elektromotoren; und einen Code zum Abgleichen des bevorzugten Leistungsflusses von der Maschine, um eine Differenz zwischen dem überwachten Leistungsfluss und dem bevorzugten Leistungsfluss von dem Energiespeichersystem zu den Elektromotoren zu verkleinern.