DE102008023732A1

DE102008023732A1 - Steuerung des negativen Antriebsstrangdrehmoments sowie Auswahl des Getriebezustands bei einem Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102008023732A1
Application number: DE102008023732A
Authority: DE
Inventors: Ihab S. Warren Soliman; Deepak Westland Aswani
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: CN101367342A; GB2450400B; JP5386115B2; GB2450400A; DE102008023732B4; GB0810524D0; CN101367342B; US20080314661A1; JP2009001268A; US7841433B2

Abstract

Eine Hybridantriebsanordnung (100) für ein Personenkraftfahrzeug weist auf: wenigstens ein Antriebsrad (170), einen ersten an das Antriebsrad (170) gekoppelten Elektromotor (140), einen zweiten Elektromotor (120), ein Getriebe (130) mit einem ersten an das Antriebsrad (170) angeschlossenen Ende und einem zweiten an den zweiten Elektromotor (120) angeschlossenen Ende sowie ein Steuerungssystem (180), das dahingehend ausgebildet ist, den Betrieb des ersten und des zweiten Elektromotors so zu steuern, dass beide Elektromotoren Fahrzeugbremsmoment bereitstellen, wobei der Getriebezustand in Reaktion auf eine von dem ersten Elektromotor bereitgestellte Bremsmomentmenge und eine von dem zweiten Elektromotor bereitgestellte Bremsmomentmenge angepasst wird.

Description

Fahrzeuge mit Hybridantriebsanordnung, bei denen wenigstens zwei unterschiedliche Energiequellen zur Erzeugung des zum Fahrzeugantrieb erforderlichen Drehmoments vorgesehen sind, sind bekannt. Eine Hybridantriebsanordnung für ein Fahrzeug kann beispielsweise als Elektrohybridfahrzeugantriebsanordnung ausgebildet sein, bei der zur Bereitstellung der angeforderten Antriebsleistung wahlweise ein Elektromotor und ein Verbrennungsmotor betrieben werden. Weiterhin können bei einer Verlangsamung der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs wahlweise der Elektromotor und der Verbrennungsmotor derart betrieben werden, dass Fahrzeugantriebsstrangbremskraft zwecks Rückgewinnung von Energie aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs bereitgestellt und so die Fahrzeugeffizienz erhöht wird.
Aus der Druckschrift US 6 890 283 B2 ist es bekannt, bei einem Verzögerungsvorgang durch Auskuppeln des Getriebes die Verbindung des Verbrennungsmotors zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu unterbrechen. Indem auf diese Weise der Motorbremsvorgang bei einer Fahrzeugverzögerung verringert wird, kann mittels des Elektromotors ein größerer Energiebetrag zurück gewonnen werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden mehrere Nachteile dieses Lösungsansatzes erkannt. Insbesondere unter manchen Bedingungen ist der Elektromotor nicht in der Lage, ein ausreichendes Antriebsstrangbremsmoment bereit zustellen. Zur Erzielung des gewünschten Antriebsstangbremsmoments kann zwar ein Bremsvorgang durch Kombination der Bremswirkung des Elektromotors mit der Bremswirkung des Verbrennungsmotors (letztere nachfolgend als "Motorbremsung" bezeichnet) in Betracht gezogen werden. Wird jedoch bei einem Antriebsstrangbremsvorgang zusätzlich zu einem Elektromotor ergänzend ein Verbrennungsmotor in Betrieb genommen, so kann dies zu Einbußen bei der Energierückgewinnung führen.
Demgegenüber ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hybridantriebsanordnung für ein Personenkraftfahrzeug mit folgenden Bauteilen und Komponenten vorgesehen: wenigstens ein Antriebsrad; ein erster an das Antriebsrad angeschlossener Elektromotor; ein zweiter Elektromotor; ein Getriebe mit einem ersten, mit dem Antriebsrad in Verbindung stehenden Ende und einem zweiten mit dem zweiten Elektromotor in Verbindung stehenden Ende sowie ein Steuerungssystem, das dahingehend ausgebildet ist, den Betrieb des ersten und des zweiten Elektromotors so zu steuern, dass beide Elektromotoren Fahrzeugbremsmoment bereitstellen, wobei der Getriebezustand so angepasst ist, dass eine von dem Verbrennungsmotor bereitgestellte Bremsmomentmenge in Reaktion auf eine Bremsmomentmenge, die von dem ersten Elektromotor bereitgestellt wird und eine Bremsmomentmenge, die von dem zweiten Elektromotor bereitgestellt wird, gesteuert wird. Auf diese Weise können der erste Elektromotor und der zweite Elektromotor so koordiniert werden, dass diese eine ausreichende Menge an Fahrzeugbremskraft zur Verfügung stellen, und der Zustand des Getriebes kann so angepasst werden, dass dieser die Verteilung von Bremsmoment zwischen den Elektromotoren und dem Verbrennungsmotor ermöglicht, wodurch das Fahrgefühl des Fahrers des Fahrzeugs bei Verzögerungsvorgängen verbessert wird.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann das Steuerungssystem so konfiguriert sein, dass in Reaktion auf eine Betriebsbedingung zur Erzeugung von Fahrzeugbremskraft die relative Menge an von dem ersten Elektromotor und dem zweiten Elektromotor erzeugter elektrischer Energie zum Erzeugen von Fahrzeugbremskraft verändert wird. Auf diese Weise kann die Energierückgewinnung während der Fahrzeugverzögerung wahlweise ausgehend von dem ersten Elektromotor, dem zweiten Elektromotor oder beiden Elektromotoren erfolgen, und zwar unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Betriebsbedingungen wie u. a. dem Zustand des in Wirkverbindung zwischen den Elektromotoren angeordneten Getriebes, dem Zustand der Energiespeichervorrichtung und/oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine beispielhafte Hybridfahrzeugantriebsanordnung;
2 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine auf höherem Abstraktionsniveau zum Herbeiführen einer Fahrzeugverzögerung;
3 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine zur Steuerung eines Antriebsstrangbremsvorgangs;
4 einen Graph zur Darstellung der maximalen Bremskraft, die mittels der verschiedenen Komponenten einer beispielhaften Hybridantriebsanordnung erzielt werden kann;
5 eine Übersicht zur Darstellung der verschiedenen Bremsmodi, die durch eine beispielhafte Hybridantriebsanordnung ausgeführt werden können;
6 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine zur Auswahl eines Antriebsstrangbremsmodus;
7 eine schematische Darstellung der Energieübertragungswege bei einem ersten Bremsmodus einer beispielhaften Hybridantriebsanordnung;
8 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine für den erste Bremsmodus;
9 eine schematische Darstellung der Energieübertragungswege bei einem zweiten Bremsmodus einer beispielhaften Hybridantriebsanordnung;
10 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine für den zweiten Bremsmodus;
11 eine schematische Darstellung der Energieübertragungswege bei einem dritten Bremsmodus einer beispielhaften Hybridantriebsanordnung;
12 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine für den dritten Bremsmodus
13 eine schematische Darstellung der Energieübertragungswege bei einem vierten Bremsmodus einer beispielhaften Hybridantriebsanordnung;
14 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine für den vierten Bremsmodus;
15 einen Graph zur Darstellung einer beispielhafte Getriebesteuerungsstrategie;
16 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer Steuerungsroutine zur Steuerung einer Bremsmomentmenge, die von einem ersten Elektromotor und einem zweiten Elektromotor gemäß thermischen Zuständen und/oder einem effizienten Betriebsbereich der Elektromotoren bereitgestellt wird.
Nachfolgend werden verschiedene Steuerungsstrategien zur Ermöglichung einer Koordination eines Hybridantriebsanordnungsantriebsstrangs bei Fahrzeugverzögerungen beschrieben. Auf diese Weise können Synergien zwischen den verschiedenen Komponenten der Antriebsanordnung erzielt werden, wodurch eine günstigere Kraftstoffeffizienz und ein verbessertes Fahrverhalten des Fahrzeugs ermöglicht wird. Während die vorliegende Anwendung unter Bezugnahme auf eine Hybridfahrzeuganordnung beschrieben wird, bei der ein Verbrennungsmotor, zwei elektrische Maschinen und ein Automatikgetriebe vorgesehen sind, ist ersichtlich, dass die hier beschriebenen Ansätze auch bei anderen Hybridantriebsanordnungen eingesetzt werden können.
Bei der beispielhaft in 1 gezeigten Hybridfahrzeuganordnung besteht die Möglichkeit, die Wahl des Drehmomentverhältnisses für das Getriebe, einschließlich der Wahl des Getriebegangs und des Drehmomentwandlerzustands, in Abhängigkeit von der regenerativen Bremsfähigkeit der Elektromotoren zu koordinieren. Somit erlaubt der vorliegende Ansatz eine Verbesserung der Energieeffizienz während der Verzögerung des Fahrzeugs, während beim Betrieb der Energiespeichervorrichtung deren Begrenzungen hinsichtlich Energiespeicherung (z. B. Ladezustand) und Leistungsaustausch eingehalten werden können, wodurch eine weitere Erhöhung der Energieeffizienz ermöglicht wird. Mittels Koordination und Steuerung des Antriebsstranges, z. B. der Drehmomentbefehle der elektrischen Maschinen, der Gangwahl usw., kann die angeforderte Antriebsstrangbremskraft bei gleichzeitiger Verbesserung der Energierückgewinnung erreicht werden.
Mit dem Begriff Verlangsamung bzw. Verzögerung, so wie er in dem hier vorliegenden Zusammenhang verwendet wird, können unterschiedliche Arten einer Fahrzeugverzögerung bezeichnet werden, die bei einer Hybridantriebsanordnung herbeigeführt werden können, einschließlich Bremsen des Fahrzeugs und Rückrollsicherung. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden wenigstens die folgenden beiden Arten von Fahrzeugverzögerungsanforderungen berücksichtigt: Bei einer ersten Verzögerungsanforderung kann es sich um eine Anforderung zur Steuerung der Fahrzeugbeschleunigung bzw. -verzögerung handeln, bei der eine Benutzereingabe nicht notwendigerweise erforderlich ist, z. B. Fahrzeuggeschwin digkeitssteuerung an einem Gefälle, Bergabfahrhilfe HDC (hill Descent Control) und/oder Tempomat. Bei einer zweiten Verzögerungsanforderung kann es sich um eine Anforderung zur Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit entweder auf eine geringere Geschwindigkeit oder bis zu einem vollständigen Anhalten basierend auf einer von einem Benutzer empfangenen Eingabe handeln, z. B. einer Steuerung bei einer für die Anforderung des Fahrers indikativen rückgekoppelten Fußbetätigung (closed-pedal control), einer Böschungsabfahrt und/oder einem Bremsen.
Diese Fahrzeugverzögerungsanforderungen können direkt vom Benutzer durch die Verwendung eines Bremssystems und/oder über die Wahl der Antriebsstrangsteuerung angefordert werden. Beispielsweise kann der Benutzer mittels eines Fußpedals oder einer anderen Benutzereingabevorrichtung eine Erhöhung der Beschleunigung oder ein Abbremsen des Fahrzeugs anfordern. Gemäß einem anderen Beispiel kann ein Benutzer durch Wahl eines bestimmten Gangs bei einem Schaltgetriebe oder durch Wahl eines bestimmten Betriebsbereichs bei einem Automatikgetriebe einen Zustand des Getriebes wählen oder anpassen, um auf eine andere Weise eine Fahrzeugverzögerung herbeizuführen. Darüber hinaus kann eine Steuerung dieser Anforderungen mittels Anwendung von Steuerungsstrategien zum Herbeiführen einer spezifischen Fahrzeugfunktionalität, wie z. B. einer adaptiven Geschwindigkeitsregelung (adaptive cruise control) oder einer Bergabfahrhilfe erfolgen, ohne dass dazu notwendigerweise eine Benutzereingabe erforderlich ist. In beiden Fällen kann der Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs dazu eingesetzt werden, die angeforderte Verzögerung bereitzustellen, um eine verbesserte Energierückgewinnung und eine Verlängerung der Lebensdauer der Reibungsbremsen zu erzielen.
Bei Antriebsanordnungen von Nicht-Hybridfahrzeugen kann die Höhe des Verbrennungsmotorbremsmoments und somit das Ausmaß der Fahrzeugverzögerung bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt werden, wenn ein Rückschalten des Getriebes, z. B. aufgrund einer zu hohen Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder eines Getriebeschutzes, ggf. nicht zulässig ist. Daher kann es sein, dass der Fahrer unter diesen Umständen zum Erreichen der angeforder ten Fahrzeugverzögerung von den Reibungsbremsen Gebrauch macht, wenn eine angestrebte Verzögerung des Fahrzeugs durch Motorbremsung allein nicht herbeizuführen wäre. Darüber hinaus kann es sein, dass unmittelbar auf ein zur Verstärkung der Motorbremsung ggf. eingeleitetes RückschaLten des Getriebes ein erneutes Hochschalten des Getriebes erfolgt, falls im niedrigeren Gang übermäßig viel Bremsmoment erzeugt wurde. Infolgedessen können infolge Fehlens eines kontinuierlichen Zuständigkeitsbereichs im Antriebsstrang bei einigen Getrieben bei der Regelung des Antriebsstrangbremsmoments Pendelschaltungen auftreten. Schließlich kann es sein, dass abrupte Änderungen des Antriebsstrangbremsmoments, die beim Schalten auftreten können, direkt vom Fahrer bemerkt werden. Ziel der verschiedenen hier beschriebenen Ansätze zum Herbeiführen einer Fahrzeugbremsung ist es, für die genannten Probleme dadurch eine Lösung bereitzustellen, dass von der regenerativen Bremsfähigkeit eines Hybridantriebsstrangs in Koordination mit einer Auswahl von Getriebezuständen Gebrauch gemacht wird, wodurch gleichzeitig eine verbesserte Steuerung des negativen Antriebsstrangdrehmoments erreicht wird.
1 zeigt eine beispielhafte Hybridantriebsanordnung 100 für ein Fahrzeug. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Hybridantriebsanordnung 100 als Antriebsanordnung für ein ein Heckantriebfahrzeugmodul aufweisendes Hybridfahrzeug ausgebildet. Die beschriebenen Maßnahmen können jedoch auch bei anderen Fahrzeugmodulen, einschließlich solchen mit Frontantrieb, Allradantrieb sowie bei sämtlichen anderen Antriebssystemen eingesetzt werden. Die Hybridantriebsanordnung 100 weist einem Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor 110, einem Elektromotor 120, einem Getriebe 130 und einem Elektromotor 140 auf.
Der Verbrennungsmotor 110 kann eine oder mehrere Brennkammern oder Zylinder 112 zum Verbrennen von Kraftstoff aufweisen. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiel kann der Verbrennungsmotor 110 nach dem sog. Atkinson-Prozess betrieben werden. Durch den Betrieb des Verbrennungsmotors nach dem Atkinson-Prozess kann ggf. eine verbesserte Kraftstoffeffizienz gegenüber ähnlich dimensionierten nach dem Otto-Prozess be triebenen Verbrennungsmotoren erzielt werden, wobei die Elektromotoren dahingehend betrieben werden können, den Verbrennungsmotor bei einem Bereitstellen eines angeforderten Antriebsstrangdrehmoments, z. B. für ein Beschleunigen des Fahrzeugs, zu unterstützen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Verbrennungsmotor 110 jedoch auch nach einem Otto-Prozess oder einem anderen geeigneten Verbrennungsprozess betrieben werden. Das von dem Verbrennungsmotor 110 erzeugte Drehmoment kann der Welle 152 direkt zugeführt werden. Bei einigen oder allen hier beschriebenen Bremsmodi des Fahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor die Verbrennung von Kraftstoff in einigen oder allen Zylindern des Verbrennungsmotors einstellt. Auf diese Weise lässt sich beim Bremsen des Fahrzeugs eine Erhöhung der Kraftstoffeffizienz erzielen.
Wie in 1 dargestellt, können der Elektromotor 120 und der Elektromotor 140 auf gegenüberliegenden Seiten des Getriebes 130 angeordnet sein. Durch Veränderung eines Betriebszustands des Getriebes 130 kann ein über das Getriebe 130 zwischen den Antriebswellen 152 und 154 übertragener Drehmomentbetrag variiert werden. Das Getriebe 130 kann einen Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad 132 und einem Turbinenrad 134 aufweisen. Zur Zustandsvariation des Drehmomentwandlers zur Veränderung der Drehmomentübertragung zwischen dem Pumpenrad 132 und dem Turbinenrad 134 kann das Getriebe eingekoppelt oder ausgekoppelt sein. Darüber hinaus kann das Getriebe 130 zwei oder mehr wählbare Gänge aufweisen, mittels derer das Verhältnis von Drehzahl und/oder Drehmoment, die zwischen den Antriebswellen 152 und 154 ausgetauscht werden, verändert werden kann. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Beispiel kann das Getriebe 130 sechs wählbare Gänge aufweisen, obwohl jedoch auch andere Getriebe mit mehr oder weniger Gängen verwendet werden können. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das Getriebe 130 als stufenloses Getriebe ausgebildet sein, so dass die Übersetzungen im Antriebsstrang durch das Getriebe kontinuierlich veränderbar erfolgen können. Darüber hinaus kann das Getriebe 130 gemäß alternativen Ausführungsformen als Dualkupplung (dualclutch) (d. h. als Lastschaltgetriebe) oder als handbetätigtes automatisches Schalt getriebe (automatically shifted manual transmission) ausgebildet sein, wobei ein Drehmomentwandler in beiden Fällen entfällt.
Der Elektromotor 140 kann beispielsweise als Teil eines Elektromotorsystems 142 ausgebildet sein. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiel kann das Elektromotorsystem 142 als sog. elektrisches Hinterachsantriebssystem ERAD (electric rear axle device system) ausgebildet sein, wobei jedoch auch andere geeignete Konfigurationen verwendet werden können. Bei Ausführungsformen mit Frontantrieb könnte das Elektromotorsystem 142 auch an den Achsantrieb einer Vorderachse am Abtrieb des Getriebes angeschlossen sein und würde dann als elektrische Vorderachsantriebseinheit EFAD (electric front axle drive unit) bezeichnet werden. Bei dem ERAD-System 142 kann jedes beliebige geeignete Getriebe verwendet werden, mittels dessen der Elektromotor 140 unabhängig von der Antriebswelle 154 betrieben werden kann. Zum Beispiel kann das Elektromotorsystem 142, wie in 1 dargestellt, einen Planetenradsatz mit einem Planetenträger (C), einem Sonnenrad (S) und einem Hohlrad (R) aufweisen. Durch Verändern eines Zustands des Planetenradsatzes kann eine zwischen dem Elektromotor 140 und der Antriebswelle 154 ausgetauschte Menge an Drehmoment verändert werden. Auf diese Weise wird von dem Elektromotor 140 selektiv Drehmoment an die Antriebswelle 154 abgegeben bzw. von dieser aufgenommen. Gemäß alternativen Ausführungsformen kann der Elektromotor 140 direkt an die Antriebswelle 154 gekoppelt sein. Darüber hinaus kann das Elektromotorsystem 142 gemäß alternativen Ausführungsformen ausschließlich zum Antrieb der Hinterräder eingesetzt werden, während der Verbrennungsmotor 110, der Elektromotor 120 und das Getriebe 130 ausschließlich zum Antrieb der Vorderräder eingesetzt werden. Auf diese Weise ist der Getriebeabtrieb nicht mechanisch an das Elektromotorsystem 142 angekoppelt.
Der Elektromotor 120 kann beispielsweise als Teil eines Elektromotorsystems 122 ausgebildet sein. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiel kann das Elektromotorsystem 122 als so genanntes kombiniertes integriertes Anlasser-/Generator-System CISG (combined integrated starter/generator system) ausgebildet sein. Gemäß dieser besonderen Ausführungsform steht der Elektromotor 120 in Wirkverbindung mit der Antriebswelle 152, so dass ein Rotieren der Antriebswelle 152 zu einer entsprechenden Rotation des Elektromotors 120 und des Verbrennungsmotors 110 führt. Das CISG-System 122 kann dahingehend betrieben werden, das Anlassen des Verbrennungsmotors 110 zu unterstützen und/oder elektrische Energie zu erzeugen, die in einer Energiespeichervorrichtung 160 gespeichert werden kann. Es ist jedoch ersichtlich, dass der Elektromotor 120 auch als Teil eines Elektromotorsystems ausgebildet sein kann, bei dem mittels einer beliebigen geeigneten Getriebeeinrichtung der Elektromotor 120 wahlweise unabhängig von dem Verbrennungsmotor 110 betrieben werden kann. Beispielsweise kann bei der Verwendung des CISG-Systems zur Erzeugung elektrischer Energie durch den Einsatz einer Kupplung eine Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen dem CISG-System 122 und dem Verbrennungsmotor 110 hergestellt werden, um Reibungsdrehmomentverluste seitens des Verbrennungsmotors zu reduzieren.
Das CISG-System 122 und das ERAD-System 142 können dahingehend betrieben werden, Drehmoment mit den Antriebswellen 152 bzw. 154 auszutauschen. Zum Beispiel kann das CISG-System 122 dahingehend betrieben werden, die Antriebswelle 152 gemäß von der Energiespeichervorrichtung 160 empfangener elektrischer Energie mit Drehmoment zu beaufschlagen. In gleicher Weise kann das ERAD-System 142 dahingehend betrieben werden, die Antriebswelle 154 gemäß von der Energiespeichervorrichtung 160 empfangener elektrischer Energie mit Drehmoment zu beaufschlagen. Auf diese Weise können das CISG- und/oder das ERAD-System dahingehend betrieben werden, den Verbrennungsmotor beim Antrieb des Fahrzeugs zu unterstützen.
Darüber hinaus können das CISG-System 122 und das ERAD-System 142 wahlweise dahingehend betrieben werden, Drehmoment von der Antriebswelle 152 bzw. 154 aufzunehmen, wobei die Energie in der Energiespeichervorrichtung 160 gespeichert oder zwischen dem CISG-System 122 und dem ERAD-System 142 ausgetauscht werden kann. Zum Beispiel kann vom ERAD-System erzeugte elektrische Energie dem CISG-System zur Verfügung gestellt werden, um den Verbrennungsmotor 110 in Rotation zu versetzen. Die Energiespeichervorrich tung 160 kann eine oder mehrere Batterien, Kondensatoren oder andere geeignete Energiespeichereinrichtungen aufweisen.
Die Antriebswelle 154 kann über eine Hinterachseneinheit 172 in Wirkverbindung mit einem oder mehreren Rädern 170 stehen. Die einzelnen Räder 170 können eine Reibungsbremse 174 aufweisen, um für eine Verzögerung des Fahrzeugs zusätzliche Bremswirkung zur Verfügung zu stellen.
Ein Steuerungssystem 180 kann in Kommunikation mit einigen oder allen der verschiedenen Bauteile der Hybridantriebsanordnung 100 stehen. Zum Beispiel kann das Steuerungssystem 180 Informationen über Betriebsbedingungen empfangen, z. B. vom Verbrennungsmotor 110 (z. B. die Verbrennungsmotordrehzahl), vom CISG-System 122, vom Getriebe 130, (z. B. den aktuell gewählten Gang), vom Turbinenrad 134 und von der Antriebswelle 154 (z. B. Drehzahlen und Zustand des Drehmomentwandlers), vom ERAD-System 142, von der Energiespeichervorrichtung 160 (z. B. Ladezustand und Ladestrom), von den Rädern 170 (z. B. Fahrzeuggeschwindigkeit) und von den Reibungsbremsen 174 (z. B. Position der Reibungsbremsen). Das Steuerungssystem 180 kann über eine Benutzereingabevorrichtung eine Benutzereingabe empfangen. Z. B. kann das Steuerungssystem 180 von einem Benutzer 190 über ein Pedal 192 eine von einem Pedalpositionssensor detektierte Fahrzeugbremsanforderung empfangen. Das Steuerungssystem kann beispielsweise auch über einen Neigungsmesser oder eine andere geeignete Vorrichtung den Neigungswinkel oder das Gefälle der Fahrbahn feststellen.
Wie weiter unten ausführlicher beschrieben, kann das Steuerungssystem 180 ferner Steuersignale an folgende Bauteile senden: an den Verbrennungsmotor 110 zur Steuerung von Menge und Zeitpunkt der Kraftstoffzufuhr, der Zündzeiteinstellung, der Ventilzeiteinstellung, der Drosselklappenstellung und anderer Verbrennungsmotorbetriebsparameter; an das CISG-System 122 zur Steuerung der zwischen dem Elektromotor 120 und der Antriebswelle 152 ausgetauschten Menge an Drehmoment; an das Getriebe 130 zur Änderung der Gangwahl und zur Steuerung des Zustands des Drehmomentwandlers; an das ERAD-System 142 zur Steuerung der zwischen dem Elektromotor 140 und der Antriebswelle 154 ausgetauschten Menge an Drehmoment; an die Energiespeichervorrichtung 160 zur Steuerung der von dem ERAD-System und dem CISG-System empfangenen oder an diese gelieferten Menge an Energie sowie an die Reibungsbremsen 174 zur Veränderung der Größe einer auf die Räder 170 aufgebrachten Bremskraft. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass das Steuerungssystem über elektromechanische oder elektrohydraulische Aktuatoren oder andere geeignete Vorrichtungen Betriebsparameter der verschiedenen Antriebsstrangkomponenten anpassen kann.
Das Steuerungssystem 180 kann einen oder mehrere Mikrocomputer, einschließlich einer Mikroprozessoreinheit, Ein-/Ausgabeports, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, konfiguriert als ROM-Speicher, als RAM-Speicher und/oder als KAM-Speicher (Keep Alive Memory), sowie einen Datenbus aufweisen. Es ist somit ersichtlich, dass das Steuerungssystem 180 die verschiedenen hier beschriebenen Steuerungsroutinen zur Steuerung des Betriebs der Hybridantriebsanordnung 100 ausführen kann.
Zum Erreichen einer optimalen Steuerung des negativen Antriebsstrangdrehmoments während eines Bremsvorgangs kann das Steuerungssystem dahingehend konfiguriert sein, durch Ausnutzen der eine Energierückspeisung ermöglichenden Nutzbremseigenschaften der elektrischen Maschinen im Rahmen der Energiespeicherkapazität und der Leistungsaustauschbeschränkungen der Energiespeichervorrichtung die Energierückgewinnung bei gleichzeitiger Reduzierung und/oder Minimierung der Motorbremsung zu erhöhen und/oder zu maximieren.
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer beispielhaften Steuerungsroutine höherer Ordnung, die von dem Steuerungssystem ausgeführt werden kann, um ein Bremsen des Fahrzeugs zu bewirken. Bei 210 kann das Steuerungssystem zur Ausführung eines Antriebsstrangbremsvorgangs zwecks Herbeiführens einer Fahrzeugverzögerung eine oder mehrere der folgenden Komponenten in Betrieb nehmen: das ERAD-System, das CISG-System und/oder den Verbrennungsmotor. Der Antriebsstrangbremsvorgang wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 3 bis 15 ausführlicher beschrieben. Bei 220 kann we nigstens ein Teil der durch den Antriebsstrangbremsvorgang empfangenen Energie umgewandelt und in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden. Bei 230 können zur Ergänzung des Antriebsstrangbremsens die Reibungsbremsen vom Steuerungssystem gesteuert werden. Das Steuerungssystem 180 kann ein Antiblockiersystem (ABS) oder ein anderes Traktionssteuerungssystem aufweisen, das, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, die Reibungsbremsen 174 zur Ergänzung des Antriebsstrangbremsens nutzt.
3 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer beispielhaften Steuerungsstrategie zur Steuerung des Antriebsstrangbremsens der Hybridantriebsanordnung 100. Bei 310 kann das Steuerungssystem die Betriebsbedingungen des Fahrzeugs ermitteln, einschließlich aktueller, vergangener und/oder vorausberechneter zukünftiger Betriebsbedingungen. Zu den Betriebsbedingungen können eine oder mehrere der folgenden Variablen gehören, ohne jedoch auf diese beschränkt zu sein: Energieniveau bzw. Ladezustand der Energiespeichervorrichtung; Rate des Energieaustauschs mit der Energiespeichervorrichtung; Menge des zwischen dem Antriebsstrang und dem ERAD- und/oder dem CISG-System ausgetauschten Drehmoments; Stellung einer Benutzereingabeeinrichtung, wie z. B. des Bremspedals 192; Umgebungsbedingungen, wie z. B. Lufttemperatur und Luftdruck; Neigungswinkel bzw. Gefälle der Fahrbahn; Getriebezustand, einschließlich des gewählten Gangs und des Zustands des Drehmomentwandlers, der Drehzahlen des Getriebeturbinenrads und des Getriebeabtriebs; Verbrennungsmotordrehzahlbegrenzung (nachfolgend als "Motordrehzahlbegrenzung" bezeichnet); Fahrzeuggeschwindigkeit, sowie andere Betriebszustände des Verbrennungsmotors, des CISG-, und des ERAD-Systems, des Getriebes und der Energiespeichervorrichtung.
Bei 312 wird ggf. bestimmt, ob ein Antriebsstrangbremsen angefordert wird. Eine Fahrzeugbremsanforderung kann von einem Benutzer und/oder von dem Steuerungssystem eingeleitet werden. Zum Beispiel kann, wie in 1 dargestellt, wenn der Benutzer zum Anfordern eines Bremsvorgangs für das Fahrzeug ein Bremspedal herunterdrückt oder eine Eingabevorrichtung aktiviert, das Steuerungssystem die Anforderung des Benutzers empfangen. Gemäß einem anderen Bei spiel kann das Steuerungssystem ohne eine Bremsanforderung von einem Benutzer empfangen zu haben gemäß den bei 310 ermittelten Betriebsbedingungen eine Fahrzeugbremsung anfordern. Mit anderen Worten, das Steuerungssystem kann z. B. eine Fahrzeugbremsung während der Ausführung einer aktiven Geschwindigkeitsregelung (active cruise control), einer Bergabfahrhilfe oder anderer Traktionsteuerungsoperationen anfordern. Somit ist ersichtlich, dass die Bremsanforderungen vom Benutzer oder vom Steuerungssystem veranlasst sein können.
Wenn die Antwort bei 312 nein ist (d. h. eine Fahrzeugbremsung wird nicht angefordert), kann die Routine zu 310 zurückkehren, wo die Betriebsbedingungen erneut ermittelt werden können, bis eine Bremsanforderung von dem Benutzer oder dem Steuerungssystem eingeleitet wird. Alternativ kann, wenn die Antwort bei 312 ja ist (d. h. eine Fahrzeugbremsung wird angefordert), bei 314 die angeforderte Bremskraft bestimmt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die angeforderte Menge an Bremskraft vom Steuerungssystem basierend auf den bei 310 ermittelten Betriebsbedingungen und/oder auf der Position oder der Bewegung des vom Benutzer bedienten Bremspedals bestimmt werden.
Bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit kann eine Anforderung für einen Fahrzeugantriebsstrangbremsvorgang (d. h. von negativem Antriebsstrangdrehmoment) als eine gewünschte oder eine angeforderte Bremskraft zum Erzielen einer gewünschten Fahrzeugverzögerung ausgewertet werden. Die gewünschte Fahrzeugverzögerung und die entsprechende angeforderte Bremskraft können durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei F_{B_DES}: Antriebsstrangbremskraftanforderung, F_ROAD: Fahrbetrieb
Fahrzeugmasse
Beispielsweise kann die Motorbremsung dazu verwendet werden, die gewünschte Antriebsstrangbremskraft über die Auswahl des geeigneten Getriebezustands, einschließlich des Gangs und/oder des Drehmomentwandlerzustands, zu erreichen, um die zum Verzögern des Fahrzeugs verwendete Motorbremsstärke zu regulieren. Somit kann die Motorbremsung durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei,

T_ENG:: Verbrennungsmotorbremsmoment,
T_Q:: Drehmomentmultiplikation durch Wandler,
η_G:: Übersetzungsverhältnis,
i_FD:: Achsübersetzung
η₀:: Getriebeeffizienz,
η_FD:: Achsantriebseffizienz,
R_TIRE:: effektiver Reifenradius

Durch Auswahl des geeigneten Gangs bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit kann die zum Verzögern des Fahrzeugs verwendete Motorbremsstärke im Rahmen der maximalen bzw. minimalen Motordrehzahlbegrenzung erhöht oder verringert werden. Eine Hybridantriebsanordnung wie die Anordnung 100 kann jedoch auch dazu betrieben werden, zur Regulierung der Antriebsstrangbremskraft eine oder mehrere Quellen von Antriebsstrangbremskraft (d. h. von negativem Drehmoment), einschließlich des Verbrennungsmotors, des CISG-Systems und des ERAD-Systems anzuwenden. Somit kann die von dem Verbrennungsmotor, von dem CISG-System und von dem ERAD-System angewandte Bremskraft durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden:
wobei,

F_{B_ENG}:: Bremskraft des Verbrennungsmotors,
F_{B_CIGS}:: Bremskraft des CISG,
F_{B_ERAD}:: Bremskraft des ERAD,
T_ENG:: Verbrennungsmotorbremsmoment,
T_CIGS:: CISG-Generatordrehmoment,
T_M:: ERAD-Elektromotordrehmoment,
η_G:: Getriebeeffizienz,
i_G:: Getriebeübersetzung,
i_TQ:: Drehmomentwandlerdrehmomentverhältnis
i_ERAD:: ERAD-Übersetzungsverhältnis zum Elektromotor,
η_FD:: Achsantriebeffizienz,
i_FD:: Achsübersetzung

Die gesamte zum Verzögern des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Antriebsstrangbremskraft kann als die Summation der o. g. Quellen negativen Drehmoments durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden:
Auf diese Weise kann die angeforderte Bremskraft für eine gegebene Fahrzeugverzögerung, die vom Benutzer und/oder dem Steuerungssystem des Fahrzeugs angefordert werden kann, bestimmt werden.
Bei 316 kann basierend auf den bei 310 ermittelten Betriebsbedingungen und der bei 314 bestimmten angeforderten Bremskraft ein Antriebsstrangbremsmodus ausgewählt werden. Für eine gegebene angeforderte Bremskraft (F_{B_DES}) oder, anders formuliert, für ein angefordertes negatives Antriebsstrangdrehmoment, kann das Steuerungssystem zur Erhöhung und/oder Maximierung der Energierückgewinnung bei Erreichen der angeforderten Antriebsstrangbremskraft ein regelbasiertes Zustandsmaschinenschema anwenden. Zur Auswahl eines bestimmten Bremsmodus werden, neben anderen Begrenzungsfaktoren der Komponenten des Antriebsstrangs, die Größenordnung der angeforderten Antriebsstrangbremskraft sowie die aktuellen Ladezustandsbedingungen und/oder die Leistungsaustauschbeschränkungen der Energiespeichervorrichtung herangezogen.
Ein Bremsmodus kann vom Steuerungssystem aus mehreren Bremsmodi ausgewählt werden, die ausführlicher in den 7, 9, 11 und 13 dargestellt sind. Der Bremsmodus kann beispielsweise von dem Steuerungssystem unter Heranziehung gespeicherter Werte ausgewählt werden, die durch einen in 5 dargestellten Antriebsstrangbremsmodus repräsentiert sein können. Außerdem kann das Steuerungssystem zur Auswahl eines geeigneten Bremsmodus auch adaptives Lernen nutzen, das auf dem Ansprechverhalten vorangegangener Antriebsstrangbremsvorgänge basiert.
Es ist anzumerken, dass die von dem CISG-System und dem ERAD-System zur Verfügung gestellte Höhe der Bremskraft durch deren jeweilige Beschränkungen begrenzt sein kann. Überdies kann die von dem CISG-System und dem ERAD-System zur Verfügung gestellte Höhe der Bremskraft ferner durch die Energiespeicherkapazität (z. B. den Batterieladezustand) und/oder durch Beschränkungen der Leistungsaustauschrate der Energiespeichervorrichtung begrenzt sein. Wie durch den Graphen in 4 dargestellt, kann beispielsweise die Antriebsstrangbremsfähigkeit sowohl des CISG-Systems als auch des ERAD-Systems mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit abnehmen. Darüber hinaus kann die Bremsfähigkeit des CISG-Systems und des Verbrennungsmotors auch je nach Getriebezustand bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit variieren, da die Motordrehzahlbegrenzung abhängig von den Schaltvorgängen im Getriebe ansteigt oder abnimmt.
4 zeigt einen Graphen zur Darstellung der Bremsbeschränkungen des ERAD-Systems, des CISG-Systems und des Verbrennungsmotors bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten und Getriebezuständen für die Hybridantriebsanordnung 100. Insbesondere ist bei 410 beispielhaft gezeigt, welche maximale Bremskraft vom ERAD-System bei sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeiten zur Verfügung gestellt werden kann. Bei 420 bis 430 ist ein Bereich maximaler Bremskraftwerte dargestellt, die von dem CISG-System in Abhängigkeit von einem jeweils gewählten Getriebegang bereitgestellt werden können. Bei 420 ist z. B. eine maximale Bremskraft dargestellt, die vom CISG-System bei der Wahl eines ersten Gangs des Getriebes zur Verfügung gestellt werden kann. Beispiele dafür, welche maximale Bremskraft das CISG-System jeweils bereitstellen kann, wenn ein zweiter, dritter, vierter, fünfter oder sechster Gang des Getriebes gewählt wird, sind den Kurven 422, 424, 426, 428 bzw. 430 zu entnehmen. Wie aus dem Graphen in 4 hervorgeht, nimmt die maximale Menge an Bremskraft, die vom CISG-System zur Verfügung gestellt werden kann, mit steigenden Fahrzeuggeschwindigkeiten ab und ist bei niedrigeren Gängen größer als bei höheren Gängen.
Außerdem zeigt 4 bei 440 bis 450 einen Bereich von Bremskraftwerten, die vom Verbrennungsmotor bei sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeiten zur Verfügung gestellt werden können. Bei 440 ist z. B. dargestellt, welche maximale Bremskraft des Verbrennungsmotors bei der Wahl eines ersten Gangs des Getriebes bereitgestellt werden kann. Den Kurven 442, 444, 446, 448 und 450 sind jeweils Beispiele für Höchstbremskraftwerte zu entnehmen, die der Verbrennungsmotor bereitstellt, wenn ein zweiter, dritter, vierter, fünfter bzw. sechster Gang des Getriebes gewählt wird. Wie aus dem Graphen von 4 hervorgeht, nimmt die Menge an Bremskraft, die vom Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellt werden kann, mit steigenden Fahrzeuggeschwindigkeiten zu und ist bei niedrigeren Gängen größer als bei höheren Gängen. Es ist anzumerken, dass bei dem gewählten Getriebezustand (z. B. Getriebegang und/oder Zustand des Drehmomentwandlers) bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit zusätzlich zu durch Reibelemente bedingten Energiebeschränkungen Motordrehzahlbegrenzungen (z. B. Absterbegrenze und/oder Überdrehzahlgrenze) berücksichtigt werden können. Somit kann die Fähigkeit des CISG-Systems und des Verbrennungsmotors zur Bereitstellung von Antriebsstrangbremskraft zusätzlich durch die jeweils nach oben und unten hin zulässigen Motordrehzahlbegrenzungen eingeschränkt sein.
Weiterhin ist in 4 der Fahrbetrieb bei verschiedenen Straßengefällen und sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeiten dargestellt. Bei 460 wird z. B. ein Gefälle von 0% gezeigt, bei 462 ein Gefälle von –5%, bei 464 ein –10%-Gefälle, bei 466 ein –15%-Gefälle, bei 468 ein –20%-Gefälle und bei 470 ein –25%-Gefälle. Dabei ist zu beachten, dass sich der hier gebrauchte Begriff negatives Gefälle auf eine Situation bezieht, in der ein Fahrzeug eine geneigte Fläche hinunter fährt.
In 4 sind somit beispielhafte Limitierungen des Verbrennungsmotors, des CISG-Systems und des ERAD-Systems der Hybridantriebsanordnung 100 bei sich ändernden Fahrzeuggeschwindigkeiten und sich ändernden Getriebezuständen dargestellt. Es ist anzumerken, dass die dargestellten Beschränkungen als Beispiele dienen, die je nach den von dem Steuerungssystem in einem konkreten Fall genutzten Antriebsstrangkonfigurationen und -aktuatoren unterschiedlich sein können. Wie in 4 dargestellt, kann unter bestimmten Bedingungen bei Überschreiten der maximalen Bremskraft einer der Antriebsstrangkomponenten ein Betrieb von zwei oder mehr der nachfolgend genannten Komponenten dahingehend erfolgen, dass die angeforderte Antriebsstrangbremskraft zur Verfügung ge stellt wird, nämlich des Verbrennungsmotors, des CISG-Systems und/oder des ERAD-Systems. Es sei bemerkt, dass, um die Beschränkungen der verschiedenen Antriebsstrangkomponenten zu umgehen, zur Entlastung des Antriebsstrangbremsens auch die Reibungsbremsen herangezogen werden können. Somit kann, wie weiter unten unter Bezugnahme auf die 6–14 ausführlicher beschrieben wird, mittels bestimmter Kombinationen des Verbrennungsmotors, des CISG-Systems und des ERAD-Systems, die hier durch mehrere verschiedene Bremsmodi A bis D definiert werden, die angeforderte Bremskraft zur Verfügung gestellt werden, wobei dabei ein Betrieb der Reibungsbremsen entweder erforderlich oder nicht erforderlich ist. Auf diese Weise kann bei der Auswahl eines bestimmten Bremsmodus zum Erreichen der angeforderten Antriebsstrangbremskraft berücksichtigt werden, welchen Beschränkungen die jeweilige Menge an Antriebsstrangbremskraft, die von dem Verbrennungsmotor, von dem CISG-System und von dem ERAD-System bereitgestellt wird, unterliegt.
5 zeigt eine Bremsmodusübersicht zur Darstellung einer beispielhaften Steuerungsstrategie, die von dem Steuerungssystem zur Auswahl eines Bremsmodus unter Berücksichtigung der jeweiligen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs ausgeführt werden kann. Die einzelnen Bremsmodi können zur Bereitstellung von Fahrzeugantriebsstrangbremskraft unter Berücksichtigung der Energiespeicher- und Energieaustauschbeschränkungen der Energiespeichervorrichtung gewählt werden, wobei, wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, gleichzeitig Bedingungen vermieden werden, unter denen z. B. Beschränkungen einer bestimmten Antriebsstrangkomponente überschritten werden.
Die beispielhafte Bremsmodusübersicht in 5 enthält vier verschiedene Bremsmodusbereiche, die Bedingungen darstellen, unter denen einer der Modi A bis D ausgeführt werden können. Dabei ist jedoch zu beachten, dass das Steuerungssystem gemäß einigen Ausführungsformen auch eine Auswahl aus einer Gruppe von Bremsmodi treffen kann, die mehr oder weniger als vier Modi umfasst. So kann das Steuerungssystem dahingehend konfiguriert sein, dass nur eine Auswahl zwischen zwei oder drei verschiedenen Bremsmodi erfolgt. Die Vertikalachse der Bremsmodusübersicht entspricht der angeforderten Antriebsstrangbremskraft, während die Horizontalachse der Menge der durch den Bremsvorgang gewonnenen Energie und/oder dem Ladezustand der Energiespeichervorrichtung (z. B. der Batterie) entspricht.
Das Fahrzeugsteuerungssystem kann mittels der Bremsmodusübersicht von 5 einen Bremsmodus gemäß der angeforderten Antriebsstrangbremskraft, dem Batterieladezustand und/oder der Energierückgewinnungsrate auswählen. So kann z. B. bei Vorliegen eines höheren Batterieladezustands Modus B gewählt werden, wohingegen bei einem geringeren Batterieladezustand Modus A gewählt werden kann. Dabei ist zu beachten, dass bei diesem Beispiel, wie der Übersicht zu entnehmen ist, die bei dem Bremsvorgang durch die Hybridantriebsanordnung rückgewonnene Energie unter Ausführung von Modus A größer sein kann, als bei dem Bremsvorgang unter Ausführung von Modus B. Gemäß einem anderen Beispiel kann bei Vorliegen einer geringeren angeforderten Antriebsstrangbremskraft und eines geringeren Batterieladezustands Modus A gewählt werden, wohingegen Modus C gewählt werden kann, wenn eine höhere Antriebsstrangbremskraft angefordert und ein geringerer Batterieladezustand gegeben ist. Die Wahl des Antriebsstrangbremsmodus wird ausführlicher unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann der bei 318 gewählte Bremsmodus so ausgeführt werden, wie weiter unten ausführlicher unter Bezugnahme auf die 7 bis 15 beschrieben. Bei 320 kann von dem Steuerungssystem ermittelt werden, ob Änderungen der Betriebsbedingungen vorliegen. Bei 322 wird ggf. bestimmt, ob der bei 316 ausgewählte Bremsmodus basierend auf der bei 320 festgestellten Änderung der Betriebsbedingungen aktualisiert werden sollte. Beispielsweise kann das Steuerungssystem für eine Entscheidung, ob ein anderer Bremsmodus auszuführen ist, eine Änderung der Betriebsbedingungen mit der Bremsmodusübersicht vergleichen. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiel kann sich etwa, z. B. aufgrund einer Änderung der Benutzereingabe oder aufgrund einer Änderung der durch das Steuerungssystem ermittelten Betriebsbedingungen, die Menge der angeforderten Antriebsstrangbremskraft geändert haben. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann, wie in 16 beschrieben, eine Aktualisierung des Antriebsstrangbremsmodus erfolgen, weil ein thermischer Zustand vorliegt und/oder weil sich einer der Elektromotoren in einem effizienten Betriebsbereich befindet.
Wenn die Antwort bei 322 ja ist (d. h. der Bremsmodus ist zu aktualisieren), kann der Bremsmodus gemäß der Änderung der Betriebsbedingungen aktualisiert werden, wobei das Steuerungssystem das Fahrzeug bei 324 in einen aktualisierten Bremsmodus überführen kann. So kann das Steuerungssystem z. B. eine Anpassung eines oder mehrerer Betriebsparameter des Fahrzeugs vornehmen, um von einem der Modi A, B, C oder D in einem anderen der Modi A, B, D oder D überzuwechseln. Bei 326 kann der aktualisierte Bremsmodus ausgeführt werden.
Wenn umgekehrt die Antwort bei 322 nein ist (d. h. der Bremsmodus ist nicht zu aktualisieren), oder von 326 aus, kann das Steuerungssystem entscheiden, ob der Bremsvorgang einzustellen ist. Das Steuerungssystem kann z. B. dann entscheiden, dass der Bremsvorgang einzustellen ist, wenn ein Antriebsstrangbremsvorgang entweder durch den Benutzer oder durch das Steuerungssystem nicht mehr angefordert wird. Beispielsweise kann das Steuerungssystem entscheiden, dass der bei 318 oder 326 ausgeführte Bremsvorgang einzustellen ist, wenn der Benutzer seinen Fuß vom Bremspedal nimmt oder seine Bremsanforderung einstellt. Gemäß einem anderen Beispiel kann das Steuerungssystem den Bremsvorgang einstellen, wenn sich die Betriebsbedingungen geändert haben, so dass ein Bremsen des Fahrzeugs, z. B. aufgrund einer Änderung des Gefälles der Fahrbahn, nicht länger angefordert wird.
Wenn die Antwort bei 328 ja ist (d. h. der Bremsvorgang ist einzustellen), kann das Steuerungssystem den Bremsvorgang bei 330 einstellen. Anschließend kann die Routine, wie oben beschrieben, zu 310 zurückkehren. Andernfalls kann die Routine, wenn die Antwort bei 328 nein ist (d. h. der Bremsvorgang ist fortzusetzen), zu 322 zurückkehren, wo der Bremsmodus fortgesetzt wird und wo ggf. beurteilt wird, ob der Bremsmodus zu aktualisieren ist. Auf diese Weise kann der gewählte Bremsmodus Änderungen der Betriebsbedingungen jeweils angepasst werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die in 3 dargestellte Vorgehensweise dazu eingesetzt werden, unter Anwendung eines oder mehrerer Bremsmodi Antriebsstrangbremsen bei einem Hybridfahrzeug durchzuführen. Auf diese Weise können, bei gleichzeitiger Erzielung einer verbesserten Energierückgewinnung und unter Berücksichtigung der verschiedenen Beschränkungen der Antriebsstrangkomponenten, zwei oder mehr Quellen von Bremsmoment koordiniert werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer beispielhaften Steuerungsstrategie zur Auswahl eines Bremsmodus, wie z. B. bei 316 ausgeführt. Bei 610 kann beurteilt werden, ob die angeforderte oder gewünschte Bremskraft (F_{B_DES}) größer ist als die maximale Bremskraft des ERAD-Systems (F_{B_ERAD_MAX}). Wenn die Antwort bei 610 nein ist, kann bei 612 beurteilt werden, ob der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung (B_SOC) größer ist als der maximale Ladezustand oder als ein Ladezustandschwellwert der Energiespeichervorrichtung (B_{SOC_MAX}), oder es kann bei 614 beurteilt werden, ob die an die Energiespeichervorrichtung (P_BAT) gelieferte Leistung größer ist als die Energieaustauschbeschränkung der Energiespeichervorrichtung (P_{BAT_MAX}).
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Steuerungssystem bei der Auswahl eines Bremsmodus auch thermische Begrenzungen des CISG-Systems und des ERAD-Systems berücksichtigen. So kann z. B., wenn das ERAD-System bei einem Bremsvorgang eine thermische Begrenzung erreicht oder überschreitet, das CISG-System zur Bereitstellung einer erhöhten Bremskraft in Betrieb genommen werden, so dass die von dem ERAD-System zur Verfügung gestellte Bremskraft reduziert werden kann. Überdies könnten bei der Auswahl eines Bremsmodus auch die jeweiligen Effizienzbereiche sowohl des CISG-Systems als auch des ERAD-Systems berücksichtigt werden. Beispielsweise kann das ERAD-System zur Bereitstellung von Bremskraft betrieben werden, solange es sich in einem effizienten Betriebsbereich befindet, während das CISG-System dann zur Bereitstellung zusätzlicher Bremskraft betrieben werden kann, wenn der effiziente Betriebsbereich des ERAD-Systems überschritten wird.
Wenn die Antwort bei 612 und bei 614 nein ist, kann bei 616 Modus A ausgeführt werden. Bei einem Betrieb im Modus A kann das ERAD-System so gesteuert werden, dass es die angeforderte Antriebsstrangbremskraft zur Verfügung stellt, wobei die vom ERAD-System erzeugte elektrische Energie, wie unter Bezugnahme auf die 7 und 8 beschrieben, z. B. in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden kann.
Andernfalls kann, wenn die Antwort bei 612 oder 614 ja ist, bei 618 Modus B ausgeführt werden. Während des Betriebs im Modus B, kann das ERAD-System so gesteuert werden, dass es die angeforderte Antriebsstrangbremskraft zur Verfügung stellt. Ein erster Teil der von dem ERAD-System erzeugten elektrischen Energie kann in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden, und ein zweiter Teil der elektrischen Energie kann an das CISG-System geliefert werden, wo sie zur Beaufschlagung der Antriebswelle 152 mit Drehmoment verwendet werden kann, wodurch dem Verbrennungsmotor 110 kinetische Energie zur Verfügung gestellt wird. So kann das CISG-System z. B. zur Erhöhung der Rotationsenergie des Verbrennungsmotors betrieben werden. Durch Verändern des relativen Verhältnisses des ersten Teils an Energie, der an die Energiespeichervorrichtung geliefert wird und des zweiten Teils an Energie, mit dem das CISG-System beaufschlagt wird, können die Energiespeicherkapazität und die Energieaustauschbeschränkungen der Energiespeichervorrichtung umgangen werden. Modus B wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 9 und 10 ausführlicher beschrieben.
Wenn umgekehrt die Antwort bei 610 ja ist (d. h. wenn die angeforderte Bremskraft größer ist als die maximale Bremskraft oder der Bremskraftschwellwert, die vom ERAD-System bereitzustellen sind), kann die Routine bei 620 und 622 fortgesetzt werden. Bei 620 kann beurteilt werden, ob der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung (B_SOC) größer ist als der maximale Ladezustand oder ein Ladezustandschwellwert der Energiespeichervorrichtung (B_{SOC_MAX}), oder es kann bei 622 beurteilt werden, ob die an die Energiespeichervorrichtung (P_BAT) gelieferte Leistung größer ist als die Energieaustauschbeschränkung der Energiespeichervorrichtung (P_{BAT_MAX}).
Wenn die Antwort bei 620 und bei 622 nein ist, kann bei 624 Modus C ausgeführt werden. Während des Betriebs im Modus C kann Drehmoment von den Rädern durch das Getriebe zum Verbrennungsmotor und zum CISG-System übertragen werden. Gemäß einigen Beispielen können sowohl das CISG-System als auch das ERAD-System so gesteuert werden, dass sie Drehmoment vom Antriebsstrang aufnehmen, wo es umgewandelt und in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden kann. Es sollte ersichtlich sein, dass mittels Modus C die größte Antriebsstrangbremskraft zur Verfügung gestellt werden kann, da zu diesem Zweck der Verbrennungsmotor, das CISG-System und das ERAD-System betrieben werden können. Modus C wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 11 und 12 ausführlicher beschrieben.
Wenn andernfalls die Antwort bei 620 oder 622 ja ist, kann Modus D ausgeführt werden. Während des Betriebs im Modus D kann im Wesentlichen das gesamte Antriebsstrangbremsen durch den Verbrennungsmotor erfolgen. Indem das CISG-System und das ERAD-System das Antriebsstrangbremsen einstellen, kann dieses durch den Verbrennungsmotor ausgeführt werden, ohne dass dieser während des Bremsvorgangs elektrische Energie erzeugt. Modus D kann z. B. ausgeführt werden, wenn der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung einen Schwell- oder einen Höchstwert erreicht oder überschritten hat. Modus D wird weiter unten unter Bezugnahme auf die 13 und 14 ausführlicher erläutert.
Die verschiedenen in den 5 und 6 dargestellten Bremsmodi werden weiter unten unter Bezugnahme auf die 7 bis 14 ausführlicher beschrieben. Dabei bieten insbesondere die 7, 9, 11 und 13 schematische Darstellungen der Energieströme innerhalb der Hybridantriebsanordnung 100 für die einzelnen Modi A bis D. In den Beispielen der 7 bis 14 wird das CISG-System als Elektromotor 1 (E/M 1) und das ERAD-System als Elektromotor 2 (E/M 2) bezeichnet, während die Energiespeichervorrichtung als Batterie ausgebildet ist.
Modus A
7 zeigt eine schematische Darstellung der Hybridantriebsanordnung 100 bei Ausführung des Modus A. Wie in 7 schematisch gezeigt, wird im Bremsmodus A zum Erreichen der angeforderten Bremskraft nur von dem ERAD-System Gebrauch gemacht, wobei das ERAD-System die Bremskraft in Energie umwandelt, die von der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden kann. Somit stellt das ERAD-System während des Bremsens im Modus A Batterieladestrom bereit, während der Verbrennungsmotor und das CISG-System von den Antriebsrädern abgekoppelt sind.
Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben, kann, wenn der aktuelle Batterieladezustand unterhalb eines Ladezustandsschwellwerts liegt, und die Batterieleistungsbeschränkung unter einem Schwellwert liegt und die angeforderte Antriebsstrangbremskraft innerhalb der Leistungsfähigkeit des ERAD-Systems liegt, Modus A ausgeführt werden. Unter diesen Bedingungen bietet die Ausführung von Modus A den Vorteil, dass gegenüber den Modi B, C und D eine verbesserte Energierückgewinnung erzielt wird, da die von den Antriebsrädern empfangene kinetische Energie nicht zur Rotation des Verbrennungsmotors eingesetzt wird. Während des Betriebs im Bremsmodus A ist das Getriebe ausgekoppelt, wobei das vom ERAD-System aufgenommene Drehmoment so gesteuert werden kann, dass die angeforderte Antriebsstrangbremskraft innerhalb der Leistungsaufnahmegrenzen der Batterie erreicht wird. Die Höhe der durch das ERAD-System bereitgestellten Bremskraft kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
wobei

F_{B_DES}:: gewünschte Antriebsstrangbremskraft,
F_{B_ERAD}:: Bremskraft des ERAD
T_{M_DES}:: gewünschtes ERAD-Generatordrehmoment
i_ERAD:: ERAD-Übersetzungsverhältnis zum Elektromotor
η_FD:: Achsantriebseffizienz,
i_FD:: Achsübersetzung,
R_TIRE:: effektiver Reifenradius

8 zeigt eine Steuerungsroutine, die von dem Steuerungssystem ausgeführt werden kann, um Antriebsstrangbremsen über Modus A herbeizuführen. Bei 810 kann beurteilt werden, ob das Antriebsstrangbremsen in dem Modus A auszuführen ist. Wenn die Antwort bei 810 nein ist, kann die Routine zurückspringen. Wenn andernfalls die Antwort bei 810 ja ist, so kann anschließend entschieden werden, ob das Getriebe eingekoppelt ist. Gemäß einem Beispiel kann entschieden werden, dass das Getriebe eingekoppelt ist, wenn durch das Getriebe Drehmoment z. B. zwischen den Antriebswellen 152 und 154 übertragen wird, wobei sich das Getriebe in einem anderen Gang als dem Leerlauf befindet.
Wenn die Antwort bei 812 ja ist (d. h. wenn das Getriebe eingekoppelt ist), kann das Steuerungssystem das Getriebe bei 814 durch Erhöhen des Schlupfs im Drehmomentwandler und durch Überführen des Getriebes in den Leerlauf auskoppeln. Zum Beispiel kann das Getriebe im Modus A vollständig ausgekoppelt sein. Wenn andernfalls die Antwort bei 812 nein ist, oder von 814 aus, wo das Getriebe ausgekoppelt ist, kann das ERAD-System bei 816 so gesteuert werden, dass es die angeforderte Antriebsstrangbremskraft (bzw. das Drehmoment) zur Verfügung stellt. Beispielsweise kann das Steuerungssystem durch Anpassung eines Aktuators des ERAD-Systems das durch das ERAD-System vom Antriebsstrang aufgenommene Drehmoment erhöhen. Bei 818 kann die Energie, die vom ERAD-System gemäß der Menge der von ihm bereitgestellten Antriebsstrangbremskraft erzeugt wird, in der Batterie oder anderen Energiespeichervorrichtung gespeichert werden. Am Ende kann die Routine zurückspringen.
Modus B
9 zeigt die Energieströme der Hybridantriebsanordnung 100 beim Ausführen von Bremsmodus B. Im Bremsmodus B wird zur Bereitstellung der angeforderten Bremskraft wiederum das ERAD-System herangezogen, wobei das ERAD-System die durch die Bremskraft erzeugte Energie in einen ersten Teil und einen zweiten Teil umwandelt. Der erste Teil der vom ERAD-System erzeugten Energie kann von der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden. Ein zweiter Teil der vom ERAD-System erzeugten Energie kann zum Antreiben des CISG-Systems verwendet werden, das seinerseits den Verbrennungsmotor in Rotation versetzen kann. Somit sorgt das ERAD-System beim Bremsbetrieb im Modus B für ein Aufladen der Batterie und einen Antrieb des CISG-Systems. Da das Getriebe im Modus B ausgekoppelt ist, wird kein Drehmoment zum Verbrennungsmotor und zum CISG-System übertragen. Auf diese Weise wird verhindert, dass Bremskraft vom Verbrennungsmotor und dem CISG-System auf die Räder übertragen wird. Um die angeforderte Antriebsstrangbremskraft ohne Überschreiten der Ladezustands- und der Leistungsbegrenzungen der Batterie zu erreichen, kann das CISG-System dazu verwendet werden, jegliche von dem ERAD-System erzeugte überschüssige Bremsenergie durch Bereitstellen von Drehmoment an die Antriebswelle 152 umzuwandeln, wodurch die kinetische Energie des Verbrennungsmotors erhöht wird. Mit anderen Worten kann das Generatordrehmoment des ERAD-Systems so gesteuert werden, dass die angeforderte Antriebsstrangbremskraft erreicht wird, während das Antriebsdrehmoment des CISG-Systems dahingehend gesteuert werden kann, dass die Leistung und der Ladezustand der Batterie mittels der Umwandlung von Überschussenergie durch den Verbrennungsmotor geregelt werden. Die Anweisungen hierzu sind den folgenden Gleichungen zu entnehmen:
wobei

T_{CISG_DES}:: gewünschtes CISG-Elektromotordrehmoment,
P_BAT:: gewünschte Batterieleistung (f(SOC)),
P_M:: gewünschte ERAD-Leistung,
P_CISG:: gewünschte CISG-Leistung
ω_ENG:: Verbrennungsmotordrehzahl,
η_CISG:: CISG-Effizienz

Es ist ersichtlich, dass bei einem ähnlichen Bremsvorgang im Bremsmodus B die Energierückgewinnung typischerweise geringer ist als im Modus A, da das CISG-System einen Teil der rückgewonnenen Energie zur Verringerung der Belastung der Energiespeichervorrichtung umwandelt.
10 zeigt eine Steuerungsroutine, die vom Steuerungssystem ausgeführt werden kann, um über den Modus B Antriebsstrangbremsen herbeizuführen. Bei 1010 kann beurteilt werden, ob Antriebsstrangbremsen über Modus B auszuführen ist. Wenn die Antwort bei 1010 nein ist, kann die Routine zurückspringen. Wenn an dernfalls die Antwort bei 1010 ja ist, kann anschließend bei 1012 beurteilt werden, ob das Getriebe eingekoppelt ist.
Wenn die Antwort bei 1012 ja ist (d. h. das Getriebe ist eingekoppelt), kann das Steuerungssystem das Getriebe bei 1014 durch Erhöhen des Schlupfs im Drehmomentwandler und durch Überführen des Getriebes in den Leerlauf auskoppeln. Beispielsweise kann das Getriebe im Modus B vollständig ausgekoppelt sein. Wenn andernfalls die Antwort bei 1012 nein ist, oder von 1014 aus, wo das Getriebe ausgekoppelt ist, kann das ERAD-System bei 1016 so gesteuert werden, dass es die angeforderte Antriebsstrangbremskraft (oder das angeforderte Drehmoment) bereitstellt. Bei 1018 kann ein erster Teil der vom ERAD-System erzeugten Energie in der Batterie oder anderen Energiespeichervorrichtung gespeichert werden. Bei 1020 kann ein zweiter Teil der vom ERAD-System erzeugten Energie zur Leistungsbeaufschlagung des CISG-Systems genutzt werden, wodurch Überschussenergie, die nicht von der Energiespeichervorrichtung aufgenommen werden kann, umgewandelt wird. Schließlich kann die Routine zurückspringen.
Modus C
Wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben, kann das Steuerungssystem den Bremsmodus C wählen, wenn die angeforderte Antriebsstrangbremskraft größer ist als die Bremsfähigkeit des ERAD-Systems und die Energiespeichervorrichtung sich innerhalb ihrer Energiespeicher- und Energieaustauschbeschränkungen befindet. 11 zeigt eine schematische Darstellung der Energieübertragungswege bei einer Ausführung von Antriebsstrangbremsmodus C. Je nach der konkreten Konfiguration des ERAD-Systems ist dieses ggf. nicht in der Lage, die angeforderte Antriebsstrangbremskraft während sämtlicher Fahrzeugbremsbedingungen bereitzustellen, wobei dann das Getriebe eingekoppelt werden kann, so dass die Bremsfähigkeit des Verbrennungsmotors und des CISG-Systems ebenfalls genutzt werden können. Die angeforderte Antriebsstrangbremskraft kann durch Erhöhen und/oder Maximieren der Bremskraftanteile des ERAD-Systems und/oder des CISG-Systems bei gleichzeitiger Reduzierung und/oder Minimierung der Bremskraftanteile des Verbrennungsmotors erreicht werden. Mit anderen Worten kann beispielsweise, wie unter Bezugnahme auf 15 beschrieben, zur Maximierung der Energierückgewinnung die Motorbremsung durch Wahl des höchstmöglichen Gangs und Verzögern von Herunterschaltungen reduziert werden.
Für ein gegebenes Übersetzungsverhältnis des Getriebes können die Generatordrehmomente des ERAD- und des CISG-Systems so gesteuert werden, dass sie die Motorbremsung zum Erreichen der angeforderten Antriebsstrangbremskraft ergänzen. Um die angeforderte Bremskraft zu erreichen, kann die gesamte gewünschte Antriebsstrangbremskraft zuerst zwischen einer gewünschten Bremskraft des ERAD-Systems und einer gewünschten Getriebeabtriebsbremskraft aufgeteilt werden, wobei das ERAD-System den Befehl erhält, dass die von ihm bereitgestellte Bremskraft z. B. einen Maximalwert oder Schwellwert nicht überschreiten darf. Die entsprechenden Anweisungen erfolgen durch die folgenden Gleichungen:

F_{B_DES}:: gewünschtes Antriebsstrangbremsmoment
F_{B_TO_DES}:: gewünschte Getriebeabtriebsbremskraft
T_{M_MAX}:: max. ERAD-Generatordrehmoment

Zur Erhöhung der Energierückgewinnung und zum Erreichen der gewünschten Getriebeabtriebsbremskraft kann der höchste Gang (niedrigste Übersetzung) gewählt werden, so dass, wie durch die folgende Gleichung beschrieben, die Motorbremsung reduziert und die CISG-System-Bremskraft erhöht wird:
mit anderen Worten, wähle niedrigste Übersetzung, i_G,
sodass F_{B_TO} ≥ F_{B_TO_DES} bei Maximierung von T_{CISG_DES}
wobei

T_ENG:: tatsächliches Verbrennungsmotorbremsmoment
T_{CISG_DES}:: gewünschtes CISG-Generatordrehmoment
F_{B_TO_DES}:: gewünschte Getriebeabtriebsbremskraft,
F_{B_TO}:: tatsächliche Getriebeabtriebsbremskraft,
F_{B_ERAD}:: Bremskraft des ERAD

Es ist anzumerken, dass beispielsweise in dem Maße wie die Bremsfähigkeit des ERAD-Systems und/oder des CISG-Systems mit zunehmendem Ladezustand der Energiespeichervorrichtung abnimmt, die Motorbremsung verstärkt werden kann, um die angeforderte Antriebsstrangbremskraft durch Herunterschalten des Getriebes zu erreichen. Somit kann mit zunehmendem Batterieladezustand der jeweilige Beitrag zu einem Antriebsstrangbremsen so verlagert werden, dass die Motorbremsung verstärkt und die Bremsung durch das CISG-System und das ERAD-System verringert werden. Es ist anzumerken, dass ein Herunterschalten des Getriebes in den niedrigeren Gang zur Erhöhung der Motorbremsung solange erfolgen kann, wie die Maximal- bzw. Schwellwerte der Motordrehzahlbegrenzungen nicht über- bzw. unterschritten werden.
Was die Rückgewinnung von Energie betrifft, kann durch Bremsmodus C eine beträchtliche Batterieladefähigkeit erreicht werden. Dabei kann jedoch jedes Herunterschalten des Getriebes zu einer Einbuße der Menge der rückgewonnenen Energie führen, da die Verstärkung der Motorbremsung ggf. proportional erhöht wird. Es ist anzumerken, dass durch den Einsatz von Modus C die höchste Bremsfähigkeit aller genannten Bremsmodi erzielt werden kann, da in diesem Modus zur Bereitstellung negativen Antriebsstrangdrehmoments der Verbrennungsmotor, das ERAD-System und das CISG-System eingesetzt werden können, solange der Betriebszustand der Energiespeichervorrichtung den Betrieb im Bremsmodus C zulässt.
12 zeigt eine Steuerungsroutine, die vom Steuerungssystem zum Herbeiführen von Antriebsstrangbremsen über den Modus C ausgeführt werden kann. Bei 1210 kann beurteilt werden, ob Antriebsstrangbremsen im Modus C auszuführen ist. Wenn die Antwort bei 1210 nein ist, kann die Routine zurückspringen. Wenn andernfalls die Antwort bei 1210 ja ist, kann anschließend bei 1212 bestimmt werden, ob das Getriebe ausgekoppelt ist.
Wenn die Antwort bei 1212 ja ist (d. h. das Getriebe ist ausgekoppelt), kann das Steuerungssystem das Getriebe bei 1214 durch Verringern des Schlupfs im Drehmomentwandler oder durch Überführen des Getriebes in einen der Gänge, in denen Drehmoment übertragen wird, einkoppeln. Ferner kann der Verbrennungsmotor bei einem Einkoppeln des Getriebes wenigstens einen ersten Teil der angeforderten Antriebsstrangbremskraft zur Verfügung stellen. Wenn andernfalls die Antwort bei 1212 nein ist, oder von 1214 aus, wo das Getriebe eingekoppelt ist, kann der Getriebegang zur Erhöhung und/oder Maximierung der Energierückgewinnung unter Einhaltung der Motordrehzahlbegrenzungen gemäß dem Batterieladezustand verändert werden. Beispielsweise kann das Steuerungssystem Herunterschaltungen des Getriebes, die zu einer Verstärkung der Motorbremsung führen würden, solange nach Möglichkeit verzögern, bis sich Batterieladezustand oder die Leistungsaustauschbeschränkungen ihrer Kapazitätsgrenze nähern. Gemäß einem anderen Beispiel kann das Steuerungssystem das Getriebe zur Reduktion der Motorbremsung in einen höheren Gang schalten und dadurch die Energierückgewinnung über das ERAD-System und/oder das CISG-System erhöhen.
Bei 1218 kann das ERAD-System so gesteuert werden, dass es zusätzlich zum Verbrennungsmotor einen zweiten Teil der angeforderten Antriebsstrangbremskraft bereitstellt. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Beispiel kann das ERAD-System so betrieben werden, dass es eine Bremskraft liefert, die an oder in der Nähe ihres Bremsschwellwertes ist (wenigstens unter Bedingungen, unter denen Batterieaufladung angefordert wird), wodurch das verbleibende Antriebsstrangdrehmoment durch das Getriebe übertragen werden kann, wo es vom Verbrennungsmotor und/oder dem CISG-System aufgenommen werden kann. Mit anderen Worten, der Getriebezustand kann so gesteuert werden, dass dieser durch Auswählen eines geeigneten Getriebegangs und/oder durch Verändern des Drehmomentwandlerzustands ein Ausmaß an Drehmoment überträgt, das nicht vom ERAD-System aufgenommen wird.
Bei 1220 kann das CISG-System so gesteuert werden, dass es einen dritten Teil der angeforderten Antriebsstrangbremskraft zusätzlich zum Verbrennungsmotor und zum ERAD-System bereitstellt. Bei 1222 kann die vom ERAD-System und vom CISG-System während des Bremsvorgangs erzeugte Energie in der Energiespeichervorrichtung gespeichert werden. Schließlich kann die Routine zurückspringen.
Modus D
13 zeigt eine schematische Darstellung der Steuerung eines Antriebsstrangbremsens im Modus D. In dem Maße wie der Ladezustand der Energiespeichervorrichtung die maximal zulässige Grenze oder die Energieaustauschbegrenzung (z. B. Leistungsgrenze) erreicht und wenn die angeforderte Antriebsstrangbremskraft größer ist als die maximale oder Schwellwertbremskraft des ERAD-Systems, kann zur Steuerung des Antriebsstrangbremsens Modus D gewählt werden. Zum Erreichen der angeforderten Antriebsstrangbremskraft kann die Motorbremsung durch Wahl des geeigneten Gangs für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert werden. Der Getriebegang kann so gewählt werden, dass die Antriebsstrangbremskraft wenigstens gleich oder größer ist als die angeforderte Bremskraft, wie durch die folgende Gleichung beschrieben:
wähle Übersetzung, i_G, so, dass F_{B_ENG} ≥ F_{B_DES}
wobei

T_ENG:: Verbrennungsmotorbremsmoment
F_{B_DES}:: gewünschte Antriebsstrangbremskraft
F_{B_ENG}:: Verbrennungsmotorbremskraft

Falls in dem niedrigeren Gang über die angeforderte Bremskraft hinaus ein übermäßiges Motorbremsen erfolgt, können das CISG-System und/oder das ERAD-System zeitweise dazu eingesetzt werden, das unerwünschte Motorbremsen durch Bereitstellung von Drehmoment an den Antriebsstrang auszugleichen. Bei einem Betrieb im Modus D können das CISG-System und das ERAD-System so gesteuert werden, dass sie Nulldrehmoment zur Verfügung stellen, so dass die Motorbremsung als die Hauptantriebsstrangbremssteuerung verwendet wird. Es ist jedoch ersichtlich, dass das ERAD-System und das CISG-System gemäß einigen Ausführungsformen im Vergleich zum Verbrennungsmotor ggf. eine relativ kleine Menge an Antriebsstrangbremsmoment aufbringen. Infolgedessen kann auf Modus D zurückgegriffen werden, wenn keine Energierückgewinnung gewünscht ist. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Beispiel kann die Steuerungsstrategie den Betrieb im Modus D minimieren oder auf Bedingungen beschränken, unter denen die Energiespeichervorrichtung keine zusätzliche Energie aufnehmen kann.
14 zeigt eine Steuerungsroutine, die von dem Steuerungssystem zu einem Herbeiführen von Antriebsstrangbremsen über den Modus D ausgeführt werden kann. Bei 1410 kann beurteilt werden, ob das Antriebsstrangbremsen im Modus D auszuführen ist. Wenn die Antwort bei 1410 nein ist, kann die Routine zurückspringen. Wenn andernfalls die Antwort bei 1410 ja ist, kann anschließend bei 1412 beurteilt werden, ob das Getriebe ausgekoppelt ist.
Wenn die Antwort bei 1412 ja ist (d. h. das Getriebe ist ausgekoppelt), kann das Steuerungssystem das Getriebe bei 1414 durch Verringern des Schlupfs im Drehmomentwandler und/oder durch Überführen des Getriebes in einen der Gänge, in denen Drehmoment übertragen wird, einkoppeln. Nach dem Einkoppeln des Getriebes kann der Verbrennungsmotor wenigstens die angeforderte Antriebsstrangbremskraft bereitstellen. Wenn andernfalls die Antwort bei 1412 nein ist oder von 1414 aus, wo das Getriebe eingekoppelt ist, kann die Getriebegangwahl bei 1416 gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit und der angeforderten Antriebsstrangbremskraft unter Einhaltung von Motordrehzahlbegrenzungen verändert werden. Wie vorstehend beschrieben kann, wenn die Motorbremsung die ange forderte Antriebsstrangbremskraft überschreitet, das ERAD-System und/oder das CISG-System betrieben werden, um zum Ausgleich der Motorbremsung dem Antriebsstrang Drehmoment zur Verfügung zu stellen, wodurch das gewünschte Niveau an Bremsmoment erreicht wird.
15 zeigt einen Graph zur Darstellung einer beispielhaften Schaltstrategie, die vom Steuerungssystem wenigstens während eines Betriebs im Modus C ausgeführt werden kann. Der Graph gemäß 15 zeigt einen beispielhaften Verzögerungsvorgang, wobei die Zeit auf der Horizontalachse und die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Vertikalachse dargestellt sind. Wie bei 1510 gezeigt, wird durch das Antriebsstrangbremsen mit der Zeit eine Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit herbeigeführt, mit oder ohne Einsatz der Reibungsbremsen. Während des Bremsvorgangs kann unter Beachtung des Zustands der Energiespeichervorrichtung und der Bremsbeschränkungen des ERAD-Systems und des CISG-Systems unter Vorgabe der Verbrennungsmotor- und/oder Getriebedrehzahlbeschränkungen der höchste Gang gewählt werden. In dem Maße wie die Fahrzeuggeschwindigkeit im Laufe der Zeit aufgrund des Antriebsstrangbremsens reduziert wird, kann das Getriebe heruntergeschaltet werden, um Beschränkungen der Energiespeichervorrichtung, Motordrehzahlbegrenzungen und/oder Bremsbeschränkungen des ERAD-Systems und/oder des CISG-Systems zu umgehen. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf Modus C beschrieben, können, wie bei 1520 gezeigt, zur Reduktion der Motorbremsung und zur Ermöglichung einer erhöhten Energierückgewinnung über das ERAD-System und/oder das CISG-System Getriebeschaltungen hinausgezögert werden.
16 zeigt ein Flussdiagramm zur Darstellung einer beispielhaften Steuerungsstrategie, bei der zum Erzielen einer effizienten Energierückgewinnung und zum thermischen Schutz der Antriebsstrangkomponenten Bremsmoment zwischen wenigstens zwei Elektromotoren der Antriebsanordnung aufgeteilt wird. Es ist anzumerken, dass in diesem Beispiel der eine Elektromotor das CISG-System oder das ERAD-System und der andere Elektromotor das andere der beiden Systeme enthalten kann.
Bei 1610 kann beurteilt werden, ob ein Antriebsstrangbremsvorgang auszuführen ist. Wenn die Antwort bei 1610 nein ist, kann die Routine enden. Wenn die Antwort bei 1610 ja ist, kann, basierend darauf, bei welchem der beiden Elektromotoren für das gegebene Bremsmoment die größte Effizienz hinsichtlich der Erhöhung oder Maximierung der Energierückgewinnung zu erzielen ist, Bremsmoment zwischen wenigstens dem einen und dem anderen Elektromotor aufgeteilt werden. Beispielsweise kann der eine Elektromotor dazu betrieben werden, dem Antriebsstrang, basierend auf der Effizienz des ersten Elektromotors bei der Umwandlung des Bremsmoments in durch die Energiespeichervorrichtung speicherbare Energie, eine Schwellwertmenge an Bremsmoment zur Verfügung zu stellen. Gemäß einem Beispiel kann zur Beurteilung der Effizienz eine Menge an elektrischer Energie herangezogen werden, die von dem einen Elektromotor für die Menge an von dem einen Elektromotor bereitgestellter Fahrzeugbremskraft erzeugt wird. Gemäß einem anderen Beispiel kann das Steuerungssystem im Speicher hinterlegte Werte oder Nachschlagetabellen dazu verwenden, um basierend auf Betriebsbedingungen wie z. B. Drehzahl, Drehmoment, Temperatur des Elektromotors sowie der von diesem erzeugten elektrischen Energie oder anderer Betriebsbedingungen effiziente Betriebsbereiche für den Elektromotor zu ermitteln.
Wenn das von dem einen Elektromotor bereitgestellte Bremsmoment geringer ist als ein unterer Drehmomentschwellwert, kann das von dem anderen Elektromotor und/oder dem Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte Bremsmoment reduziert werden, um eine Erhöhung der von dem einen Elektromotor bereitgestellten Bremsmomentmenge zu ermöglichen. Wenn umgekehrt das von dem einen Elektromotor bereitgestellte Bremsmoment größer ist als ein oberer Drehmomentschwellwert kann das von dem anderen Elektromotor und/oder dem Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellte Bremsmoment erhöht werden, um eine Reduktion der von dem ersten Elektromotor bereitgestellten Bremsmomentmenge zu ermöglichen. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Beispiel kann zur verbesserten Aufteilung von Bremsmoment zwischen den Elektromotoren zwecks Erhöhung der Effizienz des Energierückgewinnungsbetriebs der Antriebsstrangbremsmodus aus einem der Modi A bis D in einen anderen der Modi A bis D überführt werden. Auf diese Weise kann das Bremsmoment zwischen we nigstens einem Elektromotor und einem weiteren Elektromotor aufgeteilt werden, so dass die Elektromotoren derart betrieben werden, dass Energie während eines Bremsvorgangs effizient rückgewonnen wird.
Bei 1614 können die thermischen Zustände der beiden Elektromotoren ermittelt werden. Gemäß einem Beispiel können beide Elektromotoren einen in Wirkverbindung mit dem Steuerungssystem stehenden Temperatursensor aufweisen. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Temperatur des einen und des anderen Elektromotors z. B. basierend auf dem vorherigen und/oder aktuellen Betrieb der Elektromotoren hergeleitet werden. Bei 1616 kann beurteilt werden, ob der thermische Zustand des einen Elektromotors größer ist als ein Schwellwert. So kann das Steuerungssystem z. B. beurteilen ob die Temperatur des einen Elektromotors größer ist als ein Temperatursollwert. Wenn die Antwort nein ist, kann die Routine zurückspringen oder bei 1616 die Operation für den anderen Elektromotor durchführen. Wenn andernfalls die Antwort bei 1616 ja ist, kann die Routine bei 1618 fortgesetzt werden.
Bei 1618 kann die von dem einen Elektromotor ausgeübte Bremskraft reduziert und die Stärke der von dem anderen Elektromotor ausgeübten Bremskraft proportional zur Reduktion der Bremskraft durch den einen Elektromotor erhöht werden. Alternativ kann die von dem Verbrennungsmotor und/oder dem anderen Elektromotor ausgeübte Bremskraft proportional zur Reduktion der von dem einen Elektromotor ausgeübten Bremskraft verstärkt werden. Auf diese Weise kann die Temperatur des ersten Elektromotors durch Reduzieren der Menge an Bremsmoment, das, in Energie umgewandelt, durch die Energiespeichervorrichtung speicherbar ist, reduziert werden.
Bei 1620 kann beurteilt werden ob ein thermischer Zustand des weiteren Elektromotors einen Schwellwert erreicht oder überschritten hat. Als Verfahren zur Bestimmung der Temperatur des weiteren Elektromotors kann z. B. eines der Verfahren gewählt werden, die, wie unter Bezugnahme auf 1616 beschrieben, zur Bestimmung der Temperatur des einen Elektromotors angewandt wurden. Dabei ist zu beachten, dass der thermische Schwellwert für den weiteren Elektromotor der gleiche oder ein anderer sein kann wie bei dem einen Elektromotor. Wenn die Antwort bei 1620 nein ist, kann die Routine beendet werden. Wenn andernfalls die Antwort bei 1620 ja ist, kann bei 1622 das durch den weiteren Elektromotor bereitgestellte Bremsmoment reduziert und das durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Bremsmoment proportional erhöht werden. Alternativ bzw. zusätzlich kann, um die Reduktion des Bremsmoments durch den einen und/oder den anderen Elektromotor auszugleichen, die Bremsmomentmenge erhöht werden, die durch die Reibungsbremsen bereitgestellt wird.
Auf diese Weise kann das durch den Fahrzeugantriebsstrang insgesamt bereitgestellte Bremsmoment im Wesentlichen gleich bleiben, während gleichzeitig die Bremsmomentmenge, die durch die beiden Elektromotoren und den Verbrennungsmotor gemäß den thermischen Zuständen und dem effizienten Betriebsbereich der Elektromotoren zur Verfügung gestellt wird, angepasst wird. Somit können die Elektromotoren bei gleichzeitiger Erzielung einer effizienten Energierückgewinnung vor thermischer Degradation geschützt werden. Gemäß einem nicht einschränkend zu verstehenden Beispiel kann zur Umverteilung von Bremsmoment zwischen den Elektromotoren basierend auf den thermischen Zuständen der Antriebsstrangbremsmodus von einem der Modi A bis D in einen anderen der Modi A bis D überführt werden.
Zusammengefasst wird mittels der hier dargestellten Steuerungsstrategien in vorteilhafter Weise die Fähigkeit des Hybridantriebsstrangs zur Energierückgewinnung in Koordination mit der Auswahl von Getriebezuständen zur Bereitstellung einer verbesserten Steuerung des negativen Antriebsstrangdrehmoments genutzt. Zu den Vorteilen, die sich aus der Nutzung einer solchen Steuerungsstrategie ergeben, gehört eine verminderte Häufigkeit von Schaltvorgängen im Getriebe bei einem Bremsvorgang durch Betrieb des ERAD-Systems und/oder Ermöglichung der Auswahl eines geeigneten Bremsmodus aus mehreren Bremsmodi. Es ist ersichtlich, dass das Steuerungssystem bei allen hier beschriebenen Bremsmodi, dort wo es zweckmäßig ist, zur Ergänzung des Antriebsstrangbremsens von den Reibungsbremsen Gebrauch machen kann, um die gewünschte Gesamtfahrzeugbremskraft zu erreichen.
Die hier beispielhaft dargestellten Steuerungs- und Schätzroutinen können bei unterschiedlichen Verbrennungsmotor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen zum Einsatz kommen. Zur Umsetzung der spezifischen hier beschriebenen Routinen können u. a. eine oder mehrere der folgenden Verarbeitungsstrategien angewandt werden: ereignisgesteuerte Anwendungen, unterbrechungsgesteuerte Anwendungen, Mehrprozessbetrieb, Multithread-Anwendungen u. dgl., wobei die Anzahl der verwendeten Strategien beliebig ist. Es gilt, dass verschiedene der dargestellten Vorgänge, Operationen oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt werden können oder in einigen Fällen auch entfallen können. Ebenso dient die Verarbeitungsreihenfolge der einfacheren Darstellung und Beschreibung und ist zur Umsetzung der Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsformen nicht zwingend erforderlich. Je nach der konkreten zur Anwendung kommenden Strategie können eine oder mehrere der dargestellten Vorgänge oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden. Ferner kann es sich bei den beschriebenen Vorgängen um graphische Codedarstellungen handeln, die in das computerlesbare Speichermedium im Steuerungssystem einzuprogrammieren ist.
Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Anordnungen und Verfahren ihrem Wesen nach beispielhaft sind und dass die spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne gelten, da zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen möglich sind. Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen technischen Verfahren bei diversen Kombinationen unterschiedlicher Verbrennungsmotor- Getriebe- und Elektromotorkonfigurationen eingesetzt werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen hier offenbarten Systeme und Anordnungen sowie anderer Merkmale, Funktionen, und/oder Eigenschaften.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 689028362 B2 [0002]

Claims

Hybridantriebsanordnung (100) für ein Fahrzeug, gekennzeichnet durch: wenigstens ein Antriebsrad (170); einen an das Antriebsrad (170) angeschlossenen ersten Elektromotor (140); einen zweiten Elektromotor (120), ein Getriebe (130) mit einem an das Antriebsrad (170) angeschlossenen ersten Ende und einem an den zweiten Elektromotor (120) angeschlossenen zweiten Ende, und ein Steuerungssystem (180), das dahingehend konfiguriert, ist den Betrieb des ersten und des zweiten Elektromotors so zu steuern, dass beide Elektromotoren (120, 140) Fahrzeugbremsmoment bereitstellen, wobei der Getriebezustand in Reaktion auf eine von dem ersten Elektromotor bereitgestellte Bremsmomentmenge und eine von dem zweiten Elektromotor bereitgestellte Bremsmomentmenge angepasst wird.
Anordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Getriebes (130) eingekoppelt ist.
Anordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Getriebes (130) so ist, dass ein Gang eingelegt ist.
Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Getriebes (130) so ist, dass ein Drehmomentverhältnis vorliegt, und dass das Drehmomentverhältnis in Reaktion auf eine Zunahme der von dem Elektromotor (120) bereitgestellten Bremsmomentmenge erhöht wird.
Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (180) dahingehend konfiguriert ist, einen ersten Bremsmodus (A) auszuführen, bei dem Bremsmoment von dem ersten Elektromotor (140) bereitgestellt wird, kein Bremsmoment von dem zweiten Elektromotor (120) bereitgestellt wird und das Getriebe ausgekoppelt ist.
Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem mit dem zweiten Elektromotor (120) gekoppelten Verbrennungsmotor (110), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (180) dahingehend konfiguriert ist, einen zweiten Bremsmodus auszuführen, bei dem der erste Elektromotor (140) Fahrzeugbremsmoment bereitstellt, der zweite Elektromotor (120) Drehmoment bereitstellt, um den Verbrennungsmotor (110) des Fahrzeugs in Rotation zu versetzen, und bei dem das Getriebe (130) ausgekoppelt ist.
Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (180) dahingehend konfiguriert ist, einen dritten Bremsmodus auszuführen, bei dem wenigstens der Verbrennungsmotor (110) und der erste Elektromotor (140) Bremsmoment bereitstellen und das Getriebe (130) eingekoppelt ist.
Anordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (180) dahingehend konfiguriert ist, einen vierten Bremsmodus auszuführen, bei dem wenigstens der Verbrennungsmotor (110) Bremsmoment bereitstellt und der erste Elektromotor (140) kein Bremsmoment bereitstellt.