DE102008037408A1

DE102008037408A1 - Fahrzeugkriechsteuerung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug

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Publication number: DE102008037408A1
Application number: DE102008037408A
Authority: DE
Inventors: Ihab S. Warren Soliman; Andrew John Royal Oak Silveri; Deepak Westland Aswani
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2028-10-02
Also published as: GB2453415B; CN101402314A; DE102008037408B4; CN101402314B; US20090093336A1; GB0816916D0; US8043194B2; GB2453415A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern eines Antriebsstrangs während des Kriechvorgangs eines Fahrzeugs, umfassend: Räder zum Antreiben des Fahrzeugs; einen Motor mit einer Kurbelwelle; eine Maschine, die antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und abwechselnd als Elektromotor und als Elektrogenerator arbeiten kann; ein Getriebe mit einer Antriebskupplung, die antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und mit einem antriebstechnisch mit den Rädern verbundenen Ausgang; eine elektrische Speicherbatterie, die einen variablen Ladezustand aufweist und elektrisch mit der Maschine verbunden ist, und ein Steuerelement, das ausgebildet ist, eine Drehmomentkapazität der Antriebskupplung auf einen gewünschten Wert des Antriebskupplungsdrehmoments einzustellen, der während eines Kriechvorgangs eines Fahrzeugs auf die Räder übertragen wird; eine gewünschte Änderung des von der Maschine erzeugten Drehmoments zu bestimmen, so dass die Geschwindigkeit der Kurbelwelle auf eine gewünschte Leerlaufgeschwindigkeit eingestellt wird; den Wert der Drehmomentkapazität der Antriebskupplung und der gewünschten Änderung des von der Maschine erzeugten Drehmoments zu verwenden, um einen gewünschten Wert des Maschinendrehmoments zu bestimmen; und die Maschine zu verwenden, um den gewünschten Wert des Maschinendrehmoments zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Steuern des Kriechens des Fahrzeugs bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV).
Ein Lastschaltgetriebe ist ein Getriebemechanismus, bei dem es keinen Drehmomentwandler gibt und der stattdessen zwei Antriebskupplungen verwendet, die antriebstechnisch mit einer Kurbelwelle eines Motors verbunden sind. Das Getriebe erzeugt verschiedene Getriebeübersetzungen für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt und überträgt die Kraft kontinuierlich unter Verwendung von synchronisierten Schaltvorgängen von Kupplung zu Kupplung.
Das Getriebe umfasst Zahnradsätze, die in Form einer dualen Vorgelegewelle zwischen dem Getriebeeingang und seinem Ausgang angeordnet sind. Eine Antriebskupplung überträgt ein Drehmoment zwischen dem Eingang und einer ersten, den Gängen mit geraden Nummern zugeordneten Vorgelegewelle, während die andere Antriebskupplung ein Drehmoment zwischen dem Getriebeeingang und einer zweiten, den Gängen mit ungeraden Nummern zugeordneten Vorgelegewelle überträgt. Das Getriebe erzeugt Änderungen bei der Getriebeübersetzung, indem abwechselnd eine erste Antriebskupplung eingerückt und in einem aktuellen Gang gefahren wird, die zweite Antriebskupplung ausgerückt wird, ein Leistungspfad in dem Getriebe für einen Betrieb im Zielgang geschaffen wird, die erste Kupplung ausgerückt wird, die zweite Kupplung eingerückt wird und ein anderer Leistungspfad in dem Getriebe für einen Betrieb im nächsten Gang geschaffen wird.
Bei einem Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, der eine kontinuierliche Antriebsverbindung zwischen einer Energiequelle und den Fahrzeugrädern bereitstellt, ist das Kriechen das Bestreben des Fahrzeugs, sich bei Stillstand oder bei relativ geringer Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Stellung des Schalthebels langsam entweder nach vorn oder nach hinten zu bewegen, wenn weder das Gaspedal noch das Bremspedal heruntergetreten werden. Im Allgemeinen erwartet ein Fahrzeugbenutzer, dass das Fahrzeug kriecht, (1) wenn der Fahrer nach einem Stillstand des Fahrzeugs das Bremspedal loslässt, ohne das Gaspedal zu betätigen oder (2) wenn sich das Fahrzeug bei einem Ausrollvorgang auf eine niedrigere Geschwindigkeit verlangsamt und die Radbremse oder das Gaspedal nur geringfügig oder gar nicht betätigt werden.
Das Fahrzeug kriecht bei einem gegebenen Fahrwiderstand und einer Fahrzeuglast mit einer bestimmten Endgeschwindigkeit, d. h. einer relativ geringen Geschwindigkeit. Die Kriechgeschwindigkeit verringert sich mit einer stärker werdenden Straßensteigung, bis sie Null erreicht und ein Zurückrollen des Fahrzeugs steht dann unmittelbar bevor. Wenn sich das Fahr zeug in einem Kriechzustand befindet, sollte der Motor nie ausgehen. Die Kriechgeschwindigkeit des Fahrzeugs ist eine festgelegte und vorgegebene Anforderung an ein Fahrzeug.
Bei einem Fahrzeug mit einem konventionellen Automatikgetriebe wird die Kriechgeschwindigkeit automatisch als Ergebnis der Drehmomentübertragung, die von der Flüssigkeitskupplung des Drehmomentwandlers bereitgestellt wird, erzeugt. Bei einem Fahrzeug mit einem Lastschaltgetriebe wird das Drehmoment für die Kriechgeschwindigkeit durch Regeln der Drehmomentkapazität der Kupplung erzeugt, wenn man die Kupplung rutschen lässt, um ein Ausgehen des Motors zu vermeiden.
Während des Kriechzustands eines Fahrzeugs wird die Übertragung der Drehmomentkapazität der Kupplung weiter erhöht, wenn der Fahrer das Bremspedal loslässt. Die Erhöhung der Drehmomentkapazität der Kupplung stört die Steuerung der Leerlaufgeschwindigkeit des Motors, da die Erhöhung der Drehmomentkapazität der Kupplung den Motor belastet. Daher muss die Leerlaufgeschwindigkeit des Motors mit sämtlichen Steigerungen der Drehmomentkapazität der Kupplung koordiniert werden, um eine fehlerhafte Steuerung der Motorleerlaufgeschwindigkeit, die von dem verzögerten Ansprechen des Motordrehmoments aufgrund des Füllens der Ansaugstutzen beim Erhöhen der Drehmomentkapazität der Kupplung hervorgerufen wird, und ein eventuelles Ausgehen des Motors, wenn eine zu hohe Drehmomentkapazität der Kupplung vorliegt und das Drehmoment des Motors nicht entsprechend erhöht wurde, zu vermeiden.
Anders als ein konventionelles Fahrzeug mit einem Antriebsstrang, der ein Lastschaltgetriebe aufweist, umfasst ein Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem Lastschaltgetriebe verschiedene Antriebspfade und "aktive" ein Drehmoment liefernde Antriebe, d. h. einen Motor und elektrische Maschinen, die während eines Kriechzustands eines Fahrzeugs verwendet werden können.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein höher entwickeltes Steuersystem für das Kriechen des Fahrzeugs vorzuschlagen, um die Komplexität und die zusätzlichen Betriebsarten zum Antreiben eines HEV bewältigen zu können.
Das Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
Die Lösung umfasst einen Antriebsstrang, der Räder zum Antreiben eines Fahrzeugs, einen Motor mit einer Kurbelwelle, eine erste elektrische Maschine, die antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und abwechselnd als Elektromotor und als Elektrogenerator arbeiten kann, eine zweite elektrische Maschine, die antriebstechnisch mit zwei der Räder verbunden ist, ein Getriebe mit einer Antriebskupplung, die antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und mit einem antriebstechnisch mit mindestens zwei der Räder verbundenen Ausgang, und eine elektrische Speicherbatterie, die einen variablen Ladezustand aufweist und elektrisch mit beiden elektrischen Maschinen verbunden ist, aufweist, umfasst ein Verfahren zum Steuern des Kriechens eines Fahrzeugs das Einstellen des von der zweiten elektrischen Maschine erzeugten Drehmoments, um den Rädern ein Kriechdrehmoment für das Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, das Einstellen einer Drehmomentkapazität der Antriebskupplung auf einen gewünschten Wert des auf die Räder zu übertragenden Antriebskupplungs-Drehmoments, das Bestimmen einer gewünschten Änderung des von der ersten Maschine erzeugten Drehmoments, so dass die Geschwindigkeit der Kurbelwelle auf eine gewünschte Leerlaufgeschwindigkeit eingestellt wird, das Verwenden des Werts der Drehmomentkapazität der Antriebskupplung und der gewünschten Änderung des von der ersten Maschine erzeugten Drehmoments zum Bestimmen eines gewünschten Werts für das Maschinendrehmoment und das Verwenden der ersten Maschine zum Erzeugen des gewünschten Werts des Maschinendrehmoments. Ein Vorteil des Fahrzeugkriechsteuerungssystems ist die Verwendung der zusätzlichen Antriebspfade und Energiequellen zum Verbessern des Kriechverhaltens des Fahrzeugs und zum Berücksichtigen der Probleme und Unzulänglichkeiten, die bei einem konventionellen Fahrzeug mit einem Lastschaltgetriebe auftreten. Die Steuerungsstrategie unterstützt verschiedene Betriebsweisen des HEV-Antriebsstrangs während des Kriechvorgangs des Fahrzeugs durch Mischen der von verschiedenen Energiequellen erzeugten Drehmomente, die über verschiedene Antriebspfade während des Kriechvorgangs des Fahrzeugs übertragen werden.
Die Fahrzeugkriechsteuerung verbessert die Steuerung des Lastschaltgetriebes durch das Bereitstellen einer koordinierten Steuerung der Kupplungsdrehmomentkapazität, wenn das Kriechen des Fahrzeugs durch die zusätzlichen elektrischen Maschinen ermöglicht oder unterstützt wird. Die Steuerung ist unanfällig und sorgt durch das Ansprechen der elektrischen Maschine beim Steuern der Kupplungsdrehmomentkapazität während des Kriechens des Fahrzeugs für eine bedarfsgerechte Steuerung der Leerlaufgeschwindigkeit des Motors. Sie arbeitet ähnlich wie bei einem konventionellen Fahrzeug mit einem Lastschaltgetriebe, wenn die elektrischen Energiequellen nicht verwendet werden. Sie ist für jeden HEV-Antriebsstrang verwendbar, der entweder ein Lastschaltgetriebe mit nasslaufenden oder trockenlaufenden Antriebskupplungen oder ein Automatikgetriebe ohne Drehmomentwandler aufweist.
Der Umfang der Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden genauen Beschreibung, den Patentansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es ist selbstverständlich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele, auch wenn sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen, lediglich zum Zweck der Veranschaulichung dienen. Für einen Fachmann werden sich verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen abzeichnen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen die
1 eine schematische Ansicht, die einen ein Lastschaltgetriebe aufweisenden Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Hybrid-Elektrofahrzeugs zeigt,
2 eine schematische Ansicht, die den Antriebs- und Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstrangs der 1 zeigt;
3 eine schematische Ansicht einer Fahrzeugkriechsteuerung;
4A–4G grafische Darstellungen verschiedener Parameter des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs vor, während und nach dem Kriechvorgang eines Fahrzeugs, bei dem ein Mischen des Drehmoments nicht verwendet wird;
5A–5G grafische Darstellungen verschiedener Parameter des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs vor, während und nach dem Kriechvorgang eines Fahrzeugs, bei dem ein Mischen des Drehmoments vorgenommen wird, und
6 eine schematische Ansicht, die Einzelheiten eines Lastschaltgetriebes zeigt.
Unter anfänglicher Bezugnahme auf die 1 und 2, umfasst eine Konfiguration eines Antriebsstrangs 10 für ein Fahrzeug eine erste Energiequelle, wie einen Verbrennungsmotor 12, einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor, ein Leistungsgetriebe 14, das zum Erzeugen von verschiedenen Vorwärts- und Rückwärtsgängen antreibbar ist, wie beispielsweise ein Lastschaltgetriebe mit nasslaufender Kupplung, eine elektrische Maschine 16, die antriebstechnisch mit dem Kurbelwellen- und Getriebeeingang 18 verbunden ist, wie beispielsweise ein in die Kurbelwelle integrierter Starter/Generator (CISG) zum Bereitstellen von Starter/Generator-Fähigkeiten und eine zusätzliche elektrische Maschine 20, die antriebstechnisch mit den Hinterachsen 22, 23 verbunden ist, wie beispielsweise ein elektrischer Hinterachsantrieb (ERAD) zum Bereitstellen von zusätzlicher Antriebsenergie bei einem Betrieb mit Elektroantrieb oder Hybridelektroantrieb. Der Getriebeausgang 24 ist über einen Endantriebs- und Differentialmechanismus 26 mit den Vorderachsen 28, 30, die die Vorderräder 32 bzw. 33 antreiben, verbun den. Der ERAD 20 treibt die Hinterräder 34, 35 über einen ERAD-Getriebemechanismus 48, einen Differentialmechanismus 36, Hinterachsen 22, 23 und die Räder 34, 35 an.
Ein elektronisches Motorsteuermodul (ECM) 24 steuert den Betrieb des Motors 12. Ein elektronisches Getriebesteuermodul (TCM) 26 steuert den Betrieb des Getriebes 14 und der Antriebskupplungen 38, 39. Eine integrierte Startersteuerung (ISC) 40 steuert den Betrieb des CISG 16, des ERAD 20 und des Systems zum Laden einer elektrischen Speicherbatterie 42, die elektrisch mit den elektrischen Maschinen 16, 20 verbunden ist.
Die 2 zeigt die Pfade des Antriebs- und Kraftflusses von den Energiequellen 12, 16, 20 zu der Last an den Fahrzeugrädern 32–35. Die von dem Motor 12 erzeugte Energie und die von dem CISG 16 erzeugte Energie werden bei 44 kombiniert und dem Getriebeeingang 18 zugeführt. Die von den beiden elektrischen Maschinen 16, 20 erzeugte elektrische Energie kann bei 46 kombiniert werden, um die Batterie 42 zu laden, oder sie wird von der Batterie zu den elektrischen Maschinen geleitet. Die von dem ERAD 20 erzeugte mechanische Energie wird durch den ERAD-Getriebemechanismus 48 den Hinterrädern 34, 35 über den hinteren Endantrieb 36 zugeführt.
Bei dem HEV-Antriebsstrang 10 kann die Energie während eines Kriechvorgangs des Fahrzeugs den Rädern 32–35 bei einer rein elektrischen Antriebsart unabhängig von dem Motor 12 und dem Getriebe 14 durch die elektrische Maschine 20 oder, bei einer parallelen Antriebsart, durch eine Kombination von Motor 12, Getriebe 14 und elektrischen Maschinen 16, 20 zugeführt werden. Zwei Antriebspfade, ein mechanischer und ein elektrischer, können verwendet werden, um eine Anforderung bezüglich einer gegebenen Antriebsvoraussetzung zu erfüllen. Der Motor 12 und der CISG 16 können den Rädern Energie zur Verfügung stellen, indem ein Drehmoment über das Getriebe 14 im mechanischen Antriebspfad auf die Vorderachsen 28, 30 übertragen wird und der ERAD-Motor 20 kann den hinteren Achsen 22, 23 Energie direkt über den elektrischen Antriebspfad zur Verfügung stellen.
Unter Bezugnahme auf die 3 umfasst ein HEV-Kriechsteuerungssystem ein Steuerelement 50, das einen elektronischen Mikroprozessor umfasst, der Zugang zu einem elektronischen Speicher hat, der gespeicherte Funktionen, Variablen und Steueralgorithmen und elektronische Signale enthält, die von verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise CISG- und ERAD-Geschwindigkeits- und Temperatursensoren, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor und einem Bremsdrucksensor, erzeugt werden und Betriebsparameter und Variablen des Fahrzeugs, des Motors 12, des CISG 16, des ERAD 20, des Getriebes 14, der Antriebskupplungen 38, 39, des ERAD-Getriebes 48 und des Endantriebs 26, der vorderen und hinteren Differentiale 26, 36 darstellen. Der Mikroprozessor arbeitet die Algorithmen ab und erzeugt Steuerbefehle, auf die der Motor 12, der CISG 16 und der ERAD 20 reagieren, indem sie Drehmomente erzeu gen, und auf die das Getriebe 14 reagiert, indem es die Antriebskupplungen 38, 39 ein- bzw. ausrückt und abwechselnd einen Vorwärtsgang und einen Rückwärtsgang einlegt.
Die Anforderung eines Raddrehmoments durch den Betreiber des Fahrzeugs wird durch den Grad dargestellt, mit dem das Bremspedal 62 heruntergedrückt wird. Ein von einem Sensor erzeugtes elektronisches Signal, das die Position des Bremspedals 62 darstellt, ein elektronisches Signal, das den Bremsdruck 64 darstellt und von einem Sensor in Abhängigkeit von dem Herunterdrücken des Gaspedals 62 erzeugt wird und ein elektronisches Signal 68, das die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt und von einem Achsgeschwindigkeitssensor erzeugt wird, werden als Eingangswert für eine Raddrehmomentfunktion 70 erhalten. Das Gaspedal wird nicht heruntergedrückt, wenn das Kriechen des Fahrzeugs gesteuert wird. Die Funktion 70 greift im elektronischen Speicher auf eine erste Funktion 72 zu, die ein gewünschtes Raddrehmoment erzeugt, wenn dies von der Fahrzeuggeschwindigkeit 68 und der Gaspedalposition indiziert wird, und auf eine zweite Funktion 74, die ein gewünschtes Raddrehmoment erzeugt, das von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Verlagerung des Bremspedals oder des Bremsdrucks 64 indiziert wird. Bei 76 wird die Größe des gewünschten Raddrehmoments T_{W_DES}, die erforderlich ist, um den Antriebsanforderungen des Fahrers zu genügen, während die Fahrzeugkriechsteuerung in Betrieb ist, durch die durch die Funktionen 72 und 74 erzeugten Ausgangswerte erzeugt.
Bei 80 wird das Raddrehmoment bestimmt, das an den Vorderrädern T_{W_FA} 32, 33 und an den Hinterrädern T_{W_RA} 34, 35 erzeugt werden soll, so dass die Summe der verteilten Antriebsdrehmomente dem gewünschten Drehmoment entspricht, das durch die Funktion 70 ermittelt wurde. Die Strategie eines verteilten Antriebs sorgt für Stabilität des Fahrzeugs und dynamische Randbedingungen, Energiemanagement und Leistungskriterien, die Drehmomentkapazität des Motors 12, des CISG 16, des ERAD 20 und des Getriebes 14 und des Ladezustands (SOC) der Batterie 42.
Bei 82 wird das gewünschte ERAD-Drehmoment T_ERAD, das an den Hinterrädern 34, 35 erzeugt werden soll, auf der Basis des Raddrehmoments an der Vorderachse T_{W_RA} und der Übersetzungsverhältnisse, die von dem Endantrieb 36 und dem ERAD-Getriebe 48 erzeugt werden, bestimmt. Bei 84 gibt das Steuerelement 50 einen Befehl für den ERAD 20 heraus, um das gewünschte ERAD-Drehmoment zu erzeugen.
Bei 86 wird das an den Vorderrädern 32, 33 zu erzeugende gewünschte Getriebeausgangsdrehmoment T_{O_FA} auf der Basis des Drehmoments T_{W_FA} an der Vorderachse und der von dem Endantrieb 26 und dem Getriebe 14 erzeugten Übersetzungsverhältnisse bestimmt.
Wenn die Größe des gewünschten Getriebeausgangsdrehmoments T_{O_FA} größer als ein Drehmoment-Referenzwert ist, der Gangwahlhebel 88 in der Stellung "Fahren" ist und die Fahr zeuggeschwindigkeit 68 kleiner als eine Referenzfahrzeuggeschwindigkeit ist, was andeutet, dass der Getriebeantriebspfad für den Kriechvorgang des Fahrzeugs verwendet wird, wird ein Fahrzeugkriech-Algorithmus bei 90 eingegeben und abgearbeitet. Wenn diese Bedingungen nicht vorliegen, geht die Steuerung zu Punkt 92 über, bei dem das Getriebe 14 in der Neutralstellung gehalten wird, wobei am Getriebeausgang 24 kein Drehmoment vorhanden ist. Die Antriebskupplungen 38, 39 kommen in Reibschluss, d. h. Zwischenräume zwischen den in den Kupplungen vorhandenen Komponenten werden geschlossen, so dass die Kupplungen keine aktuelle Drehmomentübertragungskapazität haben, jedoch ein innewohnendes Drehmomentkapazitätspotential aufweisen.
Wenn diese Bedingungen vorliegen, werden in Punkt 94 das gewünschte Getriebeausgangsdrehmoment T_{O_FA} und das aktuelle Zwischengetriebe verwendet, um die Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_CRP} der Antriebskupplungen 38, 39 zu bestimmen, das dem aktuellen Gang während des Kriechens des Fahrzeugs zugeordnet ist. Bei 96 wird eine gewünschte Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_DES} der betroffenen Antriebskupplung durch das Steuerelement 50 gemäß der bei 94 erzeugten Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_CRP} für den Kriechvorgang befohlen. Die Drehmomentkapazität der betroffenen Kupplung wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Kupplungsdrehmomentbefehl T_{CL_CAP_DES} erzeugt und ein die Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_CRP} während des Kriechvorgangs darstellendes Signal wird einem Summierknotenpunkt 98 zugeführt. Die betroffene Kupplung ist immer in einem Rutschzustand, wenn das Kriechen des Fahrzeugs von dem Steuerelement 50 gesteuert wird.
Wenn der SOC der Batterie 42 kleiner als ein SOC-Referenzwert ist, bestimmt das Steuerelement 50 bei 100 ein Batterielade-Drehmoment T_{QBAT_CHG} und gibt bei 102 einen Motordrehmomentbefehl T_{ENG_DES} heraus, wobei der Anstieg im Wesentlichen gleich dem Motordrehmoment ist, der zum Laden der Batterie benötigt wird. Wenn der aktuelle SOC der Batterie 42 größer als der SOC-Referenzwert ist, wird das Motordrehmoment bei 102 auf Null Bremsdrehmoment geregelt, da der CISG 16 die Leerlaufgeschwindigkeit steuert. Ein das Batterielade-Drehmoment T_{QBAT_CHG} darstellendes Signal wird ebenfalls an den Summierknotenpunkt 98 übermittelt.
Ein Steueralgorithmus 104 in Form einer Endlosschleife für die Kurbelwellen-Leerlaufgeschwindigkeit wird verwendet, um eine gewünschte Änderung des CISG-Drehmoments ΔT_{CISG_CL} auf der Basis einer Kurbelwellen-Rückkopplungsabweichung 108 zwischen der gewünschten Leerlaufgeschwindigkeit 110 und der aktuellen Kurbelwellengeschwindigkeit 112 unter Verwendung eines PID-Reglers 106 mit geschlossenem Regelkreis oder eines vergleichbaren Reglers zu bestimmen. Die von dem Regler 104 mit geschlossenem Regelkreis erzeugte gewünschte Änderung des CISG-Drehmoments ΔT_{CISG_CL} wird ebenfalls an den Summierknotenpunkt 98 übermittelt.
Am Summierknotenpunkt 98 werden die von dem CISG 16 erzeugte gewünschte Änderung des Drehmoments ΔT_CI _{SG_CL} und die Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_CRP} während des Kriechvorgangs sowie das Batterielade-Drehmoment T_{QBAT_CHG} addiert. Die gewünschte Änderung des Drehmoments ΔT_{CISG_CL} stellt ein prozessgekoppelt-geschlossenes CISG-Drehmoment dar, das zum Aufrechterhalten der Leerlauf-Geschwindigkeitssteuerung erforderlich ist und die Summe aus Batterielade-Drehmoment T_{QBAT_CHG} und Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_CRP} während des Kriechvorgangs stellt ein prozessgekoppelt-offenes gesteuertes CISG-Drehmoment dar, mit dem die Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung aufrechterhalten wird. Das Batterielade-Drehmoment T_{QBAT_CHG} ist ein negativer Wert und reduziert das gesteuerte CISG-Drehmoment, da eine Erhöhung des Batterielade-Drehmoments zu einer Erhöhung der Leerlaufgeschwindigkeit führt. Die Kupplungsdrehmomentkapazität T_{CL_CAP_CRP} während des Kriechvorgangs ist ein positives gesteuertes CISG-Drehmoment, da eine Erhöhung des Kupplungsdrehmoments zu einer Verringerung der Leerlaufgeschwindigkeit führt. Bei 114 gibt das Steuerelement 50 einen Befehl aus, das gesamte gewünschte CISG-Drehmoment T_CISG DES entsprechend dem Ausgabewert des Summierknotenpunkts 98 zu erzeugen, der sowohl die prozessgekoppelt-geschlossenen als auch die gesteuerten CISG-Drehmomentbefehle umfasst.
Das Steuerelement 50 bestimmt, ob der Kriechmodus-Steueralgorithmus 90 auf der Basis der aktuellen Betriebsbedingungen aktiviert werden soll. Wenn der Betreiber des Fahrzeugs das Gaspedal antippt und ein ausreichender Anstieg des erwünschten Ausgangsdrehmoments des Getriebes auftritt und die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer Referenzgeschwindigkeit liegt oder wenn der Gangwahlhebel 88 in die Neutral/Parkstellung geschoben wird, wird die Kriechmodussteuerung des Fahrzeugs aktiviert.
Wenn diese Bedingungen nicht erfüllt werden, geht die Steuerung zu 86 zurück. Die Kupplungsdrehmomentkapazität wird entsprechend einem Startvorgang des Fahrzeugs, wenn ein starkes Herunterdrücken des Gaspedals erfolgt, oder einem Ausrückzustand des Getriebes gesteuert.
Die 4A–4G sind grafische Darstellungen verschiedener Parameter des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs vor, während und nach dem Kriechvorgang eines Fahrzeugs, bei dem ein Mischen des Drehmoments nicht verwendet wird. Die 4A zeigt, dass der Gangwahlhebel 88, d. h. die Schalthebelposition, während des Zeitraums A in der Position N oder der neutralen Stellung sein kann, worauf er bei Beginn des Zeitraums B in die Position D oder die Fahrstellung bewegt wird, bevor die Kriechsteuerung des Fahrzeugs einsetzt. Das Bremspedal 62 wird während der Zeiträume A und B heruntergedrückt und wird zu Beginn des Zeitraums C gelöst, wobei die Fahrzeugkriechsteuerung bei 120 beginnt, und bleibt bis zu Beginn des Zeitraums D gelöst. Während der Zeiträume A–D beträgt die Verlagerung des Gaspedals 121 Null und während des Zeitraums E wird das Gaspedal allmählich heruntergedrückt, wodurch die Fahrzeugkriechsteuerung beendet wird.
In 4B steigen das gesamte gewünschte Raddrehmoment T_{W_DES} 123 und das gewünschte Raddrehmoment an der Vorderachse T_{W_FA} zu Beginn der Kriechsteuerung bei 120 an, wenn das Bremspedal 62 während des Zeitraums C gelöst wird und bleiben während des Zeitraums D konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird. Das gewünschte Raddrehmoment an der Vorderachse T_{W_FA} ist gleich dem gesamten gewünschten Raddrehmoment T_{W_DES}, da von dem ERAD 20 kein Hinterachsen-Raddrehmoment T_{W_RA} bereitgestellt wird. Zu einem Zeitpunkt während des Zeitraums D erreicht das Fahrzeug eine gleichbleibende Kriechgeschwindigkeit, wenn das Raddrehmoment gleich dem Fahrwiderstand 122 ist.
In der 4C beträgt die Drehmomentkapazität der Antriebskupplung Null, bis sie zu Beginn der Kriechsteuerung 120 auf die gewünschte Kupplungsdrehmomentkapazität 126 zu steigen beginnt, da es einen Anstieg des gewünschten Raddrehmoments an der Vorderachse T_{W_FA} gibt. Während des Zeitraums D bleibt die gewünschte Kupplungsdrehmomentkapazität 126 gleich, da das Raddrehmoment an der Vorderachse T_{W_FA} ebenfalls konstant ist, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 4D beträgt die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null, bis sie zu Beginn der Kriechsteuerung 120 zu steigen beginnt, wenn das Antriebskupplungsdrehmoment das aktuelle Drehmoment der Kurbelwelle (vom Motor und/oder vom CISG) auf die Räder überträgt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht eine gesteuerte gleichbleibende Fahrzeugkriechgeschwindigkeit 128, wenn das Raddrehmoment gleich dem Fahrwiderstand 122 ist, die konstant bleibt, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 4E beträgt die Geschwindigkeit 130 auf der Seite des Getriebegehäuses (d. h. am Kupplungsausgang) der Antriebskupplungen 38, 39 Null, bis sie zu Beginn der Kriechsteuerung 120 zu steigen beginnt, wenn die Antriebskupplung eine Drehmomentkapazität aufbaut. Die Kupplungsgeschwindigkeit 130 ist kleiner als die Leerlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle und bleibt konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird. Die Geschwindigkeit 132 der Kurbelwelle 18 wird auf eine konstante gewünschte Kurbelwellen-Leerlaufgeschwindigkeit 134 geregelt, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 4F ist das Motorbremsmoment 136 positiv und konstant, während die Batterie 42 auf den SOC-Referenzwert geladen wird, der erforderlich ist, um dem CISG 16 elektrische Energie zuzuführen. Das Motorbremsmoment 136 vermindert sich nach dem Laden der Batterie und bleibt konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird, solange der SOC der Batte rie nicht unter den SOC-Referenzwert fällt. Das CISG-Drehmoment 138 ist während der Batterieladezeiten A & B negativ und steigt aufgrund eines Anstiegs der Kupplungsdrehmomentkapazität auf ein Drehmoment mit positivem Wert an, wenn die Fahrzeugkriechsteuerung bei 120 einsetzt. Während des Zeitraums D bleibt das CISG-Drehmoment 138 konstant und positiv, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 4G beträgt das von dem ERAD 20 erzeugte Drehmoment Null, da nur ein Raddrehmoment an der Vorderachse T_{W_FA} erwünscht ist. Das Getriebeausgangsdrehmoment 142 beträgt Null, bis es zu Beginn der Kriechsteuerung 120 ansteigt, wenn die Antriebskupplung 38, 39 eine Drehmomentkapazität aufbaut, und bleibt während des Zeitraums D konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
Die 5A–5G sind grafische Darstellungen verschiedener Parameter des Antriebsstrangs und des Fahrzeugs vor, während und nach dem Kriechvorgang eines Fahrzeugs, bei dem ein Mischen des Drehmoments vorgenommen wird. Die 5A zeigt, dass der Gangwahlhebel 88 während des Zeitraums A in der Position N oder der neutralen Stellung sein kann, worauf er bei Beginn des Zeitraums B in die Position D oder die Fahrstellung bewegt wird, bevor die Kriechsteuerung des Fahrzeugs einsetzt. Das Bremspedal 62 wird während der Zeiträume A und B heruntergedrückt und wird zu Beginn des Zeitraums C gelöst, wobei die Fahrzeugkriechsteuerung bei 120 beginnt, und bleibt bis zu Beginn des Zeitraums D gelöst. Während der Zeiträume A–D beträgt die Verlagerung des Gaspedals 121 Null und während des Zeitraums E wird das Gaspedal allmählich heruntergedrückt, wodurch die Fahrzeugkriechsteuerung beendet wird.
In der 5B wird das gesamte gewünschte Raddrehmoment T_{W_DES} 144 von dem ERAD 20 während des Zeitraums C, der dem Beginn der Kriechsteuerung bei 120 folgt, zunächst vollständig den Hinterrädern zur Verfügung gestellt, bis der Zeitraum D beginnt, in dem sich das gewünschte Vorderachsdrehmoment 146 T_{W_FA} aufbaut, um dem gewünschten Raddrehmoment zu entsprechen. Das ERAD-Drehmoment wird auf Null reduziert, wenn das Vorderachsendrehmoment, das von dem Motor 12 und dem CISG erzeugt wird, zugemischt wird und konstant bleibt, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 5C beträgt die Drehmomentkapazität 148 der Antriebskupplung bis zu Beginn des Zeitraums D Null, worauf sie zu steigen beginnt, da es nach einem kurzen Zeitraum C einen Anstieg des gewünschten Raddrehmoments an der Vorderachse T_{W_FA} gibt. Während des Zeitraums C beträgt die Drehmomentkapazität der Antriebskupplung Null, da das Kriechen des Fahrzeugs nur durch den ERAD 20 veranlasst wird. Während des Zeitraums E bleibt die Drehmomentkapazität 148 der Antriebskupplung konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 5D beträgt die Fahrzeuggeschwindigkeit Null, bis sie zu Beginn der Kriechsteuerung 120 zu steigen beginnt, da das ERAD-Drehmoment die Hinterräder 34, 35 antreibt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht eine gesteuerte gleichbleibende Fahrzeugkriechgeschwindigkeit zu einem Zeitpunkt während des Zeitraums E, wenn das Raddrehmoment gleich dem Fahrwiderstand 122 ist, die konstant bleibt, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 5E beträgt die Geschwindigkeit 150 auf der Seite des Getriebegehäuses, d. h. am Kupplungsausgang der Antriebskupplungen 38, 39 Null, bis sie zu Beginn des Zeitraums D zu steigen beginnt, wenn die Antriebskupplung eine Drehmomentkapazität aufbaut. Während des Zeitraums E bleibt die Kupplungsgeschwindigkeit 150 konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird. Die Geschwindigkeit 152 der Kurbelwelle 18 wird auf eine konstante gewünschte Kurbelwellen-Leerlaufgeschwindigkeit 154 geregelt, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 5F ist das Motorbremsmoment 156 positiv und konstant, während die Batterie 42 auf den SOC-Referenzwert geladen wird, der erforderlich ist, um dem CISG 16 und dem ERAD 20 elektrische Energie zuzuführen. Das Motorbremsmoment 156 vermindert sich nach dem Laden der Batterie und bleibt konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird. Das CISG-Drehmoment 158 ist während der Batterieladezeit negativ und wird während des Zeitraums C auf ein Deltadrehmoment von ungefähr Null geregelt, um die Leerlaufgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, wenn der ERAD 20 das gesamte Raddrehmoment liefert. Um eine Leerlaufsteuerung aufrechtzuerhalten, steigt das CISG-Drehmoment 158 auf einen positiven Wert, während die Drehmomentkapazität der Antriebskupplung während des Zeitraums D ansteigt, und bleibt konstant und positiv, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
In der 5G steigt das von dem ERAD 20 erzeugte Drehmoment 160 während des Zeitraums C an, da das Bremspedal 62 zu Beginn der Kriechsteuerung bei 120 gelöst wird, und verringert sich während des Zeitraums D auf Null, während das Getriebeausgangsdrehmoment 162 ansteigt, wenn die Drehmomentkapazität 146 der Antriebskupplung ansteigt. Während des Zeitraums C wird das Kriechen des Fahrzeugs zunächst nur durch das ERAD-Drehmoment an den Hinterrädern 34, 35 veranlasst. Nachdem das ERAD-Drehmoment am Ende des Zeitraums D Null erreicht, wird das Kriechen des Fahrzeugs ausschließlich durch das Motor- und CISG-Drehmoment an den Vorderrädern durchgeführt. Das Getriebeausgangsdrehmoment 162 bleibt nach Erreichen seiner stabilen Größe konstant, bis die Kriechsteuerung bei 124 beendet wird.
Die Fahrzeugkriechsteuerung ermöglicht eine koordinierte Steuerung der Kupplungsdrehmomentkapazität, wenn das Kriechen des Fahrzeugs durch die zusätzlichen elektrischen Maschinen durchgeführt oder unterstützt wird, d. h. ein Mischen der Drehmomente stattfindet, und eine robuste, reaktionsfähige Steuerung der Motorleerlaufgeschwindigkeit, wenn der Kriechvorgang durch das Getriebe durchgeführt wird. Durch die Verwendung des CISG 16 zur direkten Bewältigung von Störeinflüssen bezüglich der Kupplungsdrehmomentkapazität können Verzögerungen beim Füllen der Ansaugstutzen des Motors vermieden werden, was zu einer optimalen Leerlaufgeschwindigkeitssteuerung führt.
Die 6 zeigt Einzelheiten eines Lastschaltgetriebes 14 mit einer ersten Antriebskupplung 38, die wahlweise den Eingang 18 des Getriebes periodisch mit den einer ersten Vorgelegewelle 244 zugeordneten Gängen 42 mit geraden Nummern verbindet, und einer zweiten Antriebskupplung 241, die den Eingang 20 periodisch mit den einer zweiten Vorgelegewelle 249 zugeordneten Gängen 243 mit ungeraden Nummern verbindet. Die Vorgelegewelle 244 trägt Ritzel 260, 262, 264, die durch Zapfen auf der Welle 244 befestigt sind und Verbinder 266, 268, die an der Welle 244 befestigt sind. Die Ritzel 260, 262, 264 sind jeweils dem zweiten, vierten und sechsten Gang zugeordnet. Der Verbinder 266 umfasst eine Hülse 270, die nach links bewegt werden kann, um in das Ritzel 260 einzugreifen und das Ritzel 260 antriebstechnisch mit der Welle 244 zu verbinden. Der Verbinder 268 umfasst eine Hülse 272, die nach links bewegt werden kann, um in das Ritzel 262 einzugreifen und das Ritzel 262 antriebstechnisch mit der Welle 244 zu verbinden, und die nach rechts bewegt werden kann, um in das Ritzel 264 einzugreifen und das Ritzel 264 antriebstechnisch mit der Welle 244 zu verbinden.
Die Vorgelegewelle 249 trägt Ritzel 274, 276, 278, die durch Zapfen auf der Welle 249 befestigt sind und Verbinder 280, 282, die an der Welle 249 befestigt sind. Die Ritzel 274, 276, 278 sind jeweils dem ersten, dritten und fünften Gang zugeordnet. Der Verbinder 280 umfasst eine Hülse 284, die nach links bewegt werden kann, um in das Ritzel 274 einzugreifen und das Ritzel 274 antriebstechnisch mit der Welle 249 zu verbinden. Der Verbinder 282 umfasst eine Hülse 286, die nach links bewegt werden kann, um in das Ritzel 276 einzugreifen und das Ritzel 276 antriebstechnisch mit der Welle 249 zu verbinden, und die nach rechts bewegt werden kann, um in das Ritzel 278 einzugreifen und das Ritzel 278 antriebstechnisch mit der Welle 249 zu verbinden.
Der Getriebeausgang 24 trägt Zahnräder 288, 290, 292, die jeweils an der Ausgangswelle 24 befestigt sind. Das Zahnrad 288 greift in die Ritzel 260 und 274 ein. Das Zahnrad 290 greift in die Ritzel 262 und 276 ein. Das Zahnrad 292 greift in die Ritzel 264 und 278 ein.
Die Verbinder 266, 268, 280 und 282 können Synchronisiereinrichtungen oder Klauenkupplungen oder eine Kombination aus diesen sein.
Es sollte jedoch zur Kenntnis genommen werden, dass alternative Ausführungsformen auf andere Weise durchgeführt werden können, als hier im Einzelnen dargestellt und beschrieben wurde.

Claims

System zum Steuern eines Antriebsstrangs während des Kriechvorgangs eines Fahrzeugs, umfassend: Räder zum Antreiben des Fahrzeugs; einen Motor mit einer Kurbelwelle; eine Maschine, die antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und abwechselnd als Elektromotor und als Elektrogenerator arbeiten kann; ein Getriebe mit einer Antriebskupplung, die antriebstechnisch mit der Kurbelwelle verbunden ist und mit einem antriebstechnisch mit den Rädern verbundenen Ausgang; eine elektrische Speicherbatterie, die einen variablen Ladezustand aufweist und elektrisch mit der Maschine verbunden ist, und ein Steuerelement, das ausgebildet ist, eine Drehmomentkapazität der Antriebskupplung auf einen gewünschten Wert des Antriebskupplungsdrehmoments einzustellen, der während eines Kriechvorgangs eines Fahrzeugs auf die Räder übertragen wird; eine gewünschte Änderung des von der Maschine erzeugten Drehmoments zu bestimmen, so dass die Geschwindigkeit der Kurbelwelle auf eine gewünschte Leerlaufgeschwindigkeit eingestellt wird; den Wert der Drehmomentkapazität der Antriebskupplung und der gewünschten Änderung des von der Maschine erzeugten Drehmoments zu verwenden, um einen gewünschten Wert des Maschinendrehmoments zu bestimmen; und die Maschine zu verwenden, um den gewünschten Wert des Maschinendrehmoments zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement weiter ausgebildet ist, die Batterie zu verwenden, um die Maschine mit elektrischer Energie zu versorgen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement weiter ausgebildet ist, eine gewünschte Leerlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu bestimmen, eine Leerlaufgeschwindigkeitsabweichung aus einer Differenz zwischen der aktuellen Leerlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle und der gewünschten Leerlaufgeschwindigkeit der Kurbelwelle zu bestimmen und die gewünschte Änderung des von der Maschine erzeugten Drehmoments zu bestimmen, so dass die Leerlaufgeschwindigkeitsabweichung minimiert wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement weiter ausgebildet ist, zu bestimmen, ob der Ladezustand im Vergleich zu einem Referenzladezustand niedrig oder hoch ist; und in dem Fall, dass der Ladezustand höher als der Referenzladezustand ist, die Maschine zu verwenden, um die gewünschte Größe des Maschinendrehmoments zu erzeugen und, wenn der Ladezustand niedriger als der Referenzladezustand ist, den Motor zu verwenden, um die Maschine anzutreiben; die Maschine zu verwenden, um elektrische Energie zu erzeugen und die von der Maschine erzeugte elektrische Energie in der Batterie zu speichern.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement weiter ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Position eines Bremspedals zu verwenden, um die gewünschte Größe des Drehmoments zu bestimmen, das über die Antriebskupplung übertragen wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement weiter ausgebildet ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und einen Bremssystemdruck zu verwenden, um die gewünschte Größe des Drehmoments zu bestimmen, das über die Antriebskupplung übertragen wird.