DE102008048462A1

DE102008048462A1 - Hybridantriebsstränge und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102008048462A1
Application number: DE102008048462A
Authority: DE
Inventors: Scott Waterford Thompson; James Linden Sydenstricker
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2009-04-23
Also published as: CN101396960A; US20090084618A1; US7766109B2; CN101396960B

Abstract

Es sind Hybridantriebsstränge und Verfahren zum Betreiben der Hybridantriebsstränge vorgesehen. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass ermittelt wird, ob eine Temperatur eines Batteriepakets in einem Batteriepaketmodul über oder unter einem ersten Schwellenwert liegt, und an ein elektrisch verstellbares Getriebemodul eine Anweisung ausgegeben wird, entweder einen ersten Modus oder einen zweiten Modus, in dem zu arbeiten ist, auszuwählen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Der Erfindungsgegenstand betrifft im Allgemeinen Hybridantriebsstränge, und betrifft im Besonderen Verfahren zum Betreiben von Hybridantriebssträngen.
HINTERGRUND
Hybridantriebsstrangsysteme sind ausgestaltet, um mit Antriebs- und Abtriebsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsaggregaten in Hybridfahrzeugen, wie Brennkraftmaschinen und Elektromotoren, umzugehen. In manchen Hybridantriebsstrangarchitekturen treibt die Brennkraftmaschine einen elektrischen Generator an, der wiederum elektrische Leistung an einen elektrischen Triebstrang und an ein Batteriepaket liefert. Der elektrische Generator kann auch eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine bereitstellen, und der elektrische Triebstrang kann Fahrzeugbremsenergie zurückgewinnen, um das Batteriepaket wieder aufzuladen. In anderen Ausgestaltungen sind die Brennkraftmaschine und ein Elektromotor direkt mechanisch mit dem Triebstrang gekoppelt, der ein Schaltgetriebe umfasst, um geeignete Übersetzungsverhältnisse, wie etwa variable Drehzahlverhältnisse, für einen breiten Betriebsbereich bereitzustellen.
Um stufenlose Drehzahlverhältnisse bereitzustellen, kann der Antriebstrang ein elektrisch verstellbares Getriebe (EVT) umfassen. Im Allgemei nen ist ein EVT mit einer direkten mechanischen Strecke zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Achsantriebseinheit betreibbar, um dadurch einen hohen Getriebewirkungsgrad zu ermöglichen. EVT können auch mechanisch unabhängig von der Achsantriebseinheit arbeiten und sind in der Lage, in verschiedenen mechanischen/elektrischen Teilbeiträgen zu arbeiten, um stufenlose Drehzahlverhältnisse mit hohem Drehmoment, elektrisch dominierte Anfahrvorgänge, regeneratives Bremsen, Leerlauf bei ausgeschalteter Maschine und einen Mehrmodusbetrieb zu ermöglichen.
Der Betrag an Leistung, um die Brennkraftmaschine anzutreiben, kann auf der Basis einer Straßenlastanforderung und eines Ladezustands des Batteriepakets ausgewählt werden. Im Anschluss an die Auswahl des Maschinenleistungsbetrages kann der optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeitsplan oder der optimale Emissionsplan der Maschine oder eine Kombination davon verwendet werden, um einen Drehmoment-/Drehzahlarbeitspunkt für die Maschine auszuwählen. Das Batteriepaket kann zusätzliche Leistung in Kombination mit der Maschinenleistung ausgeben, um den Straßenlastleistungsanforderungen nachzukommen und Leistungsverluste innerhalb des Hybridantriebsstrangsystems zu kompensieren.
Obwohl die vorstehend erwähnten Hybridantriebsstrangarchitekturen im Allgemeinen in den meisten Fällen geeignet arbeiten, können sie verbessert werden. Beispielsweise kann es sein, dass der Leistungsausgang von dem Batteriepaket nicht wie beabsichtigt arbeitet, wenn dieses extrem kalten Temperaturen (z. B. unter etwa 0°C) ausgesetzt ist. Im Besonderen kann der Ladezustand des Batteriepakets durch solche Temperaturen beeinträchtigt werden, und es kann sein, dass das Batteriepaket unter derartigen Bedingungen nicht in der Lage ist, den Leistungsanforderungen des Antriebsstrangs und/oder des EVT nachzukommen.
Dementsprechend ist es erwünscht, eine verbesserte Hybridantriebsstrangarchitektur zu besitzen, die in der Lage ist, bei Temperaturen von zumindest 0°C oder darunter zu arbeiten. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund deutlich werden.
ZUSAMMENFASSUNG DES ERFINDUNGSGEGENSTANDES
Es ist ein Hybridantriebsstrang zur Verwendung in einem Fahrzeug vorgesehen, der eine mit einem Motor gekoppelte Maschine umfasst, wobei der Motor mehrere Zahnräder und mehrere Zylinder aufweist. Der Hybridantriebsstrang umfasst ein Batteriepaket, einen Temperatursensor, ein elektrisch verstellbares Getriebemodul und ein Hybridsteuermodul. Das Batteriepaket ist ausgestaltet, um dem Motor Leistung zuzuführen. Der Temperatursensor steht mit dem Batteriepaket in Verbindung und ist ausgestaltet, um eine Temperatur des Batteriepakets zu erfassen. Das elektrisch verstellbare Getriebemodul ist ausgestaltet, um Anweisungen auszugeben, Schwingungen von der Maschine zu dämpfen. Das Hybrdsteuermodul ist ausgestaltet, um mit dem Temperatursensor zu kommunizieren und somit zu ermitteln, ob die erfasste Temperatur des Batteriepakets über oder unter einem ersten Schwellenwert liegt, und um mit dem elektrisch verstellbaren Getriebemodul zu kommunizieren, sodass, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt, das Hybridsteuermodul an das elektrisch verstellbare Getriebemodul Anweisungen ausgibt, eine Gangschaltanweisung auf einen ersten Modus und einen zweiten Modus zu begrenzen.
Es ist ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs vorgesehen, der ein Hybridsteuermodul umfasst, das ausgestaltet ist, um einem elektrisch verstellbaren Getriebemodul Anweisungen zu erteilen, wobei das elektrisch verstellbare Getriebemodul ausgestaltet ist, um mehreren Zahnrädern des Fahrzeugs Gangschaltanweisungen zu erteilen und Leistung von einem Batteriepaket aufzunehmen. Das Verfahren umfasst, dass ermittelt wird, ob eine Temperatur eines Batteriepakets in dem Batteriepaketmodul über oder unter einem ersten Schwellenwert liegt, und an das elektrisch verstellbare Getriebemodul eine Anweisung ausgegeben wird, eine Gangschaltanweisung auf entweder einen ersten Modus oder einen zweiten Modus, in dem zu arbeiten ist, zu begrenzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
1 ein elektrisches und mechanisches Schema einer Systemarchitektur für einen Hybridantriebsstrang gemäß einer Ausführungsform ist;
2 ein elektrisches und mechanisches Schema eines elektrisch verstellbaren Getriebes, das in dem in 1 gezeigten Hybridantriebsstrang eingesetzt werden kann, gemäß einer Ausführungsform ist; und
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Hybridantriebsstrangs gemäß einer Ausführungsform ist.
BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende ausführliche Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll den Erfindungsgegenstand oder die Anwendung oder Verwendungen des Erfindungsgegenstandes nicht beschränken. Darüber hinaus besteht keine Absicht, durch irgendeine ausgedrückte oder implizierte Theorie, die in dem vorhergehenden technischen Gebiet, Hintergrund, Kurzzusammenfassung oder der folgenden ausführlichen Beschreibung vorgestellt wird, gebunden zu sein.
1 ist ein Schema einer Systemarchitektur für einen Hybridantriebsstrang 11 gemäß einer Ausführungsform. Der Antriebsstrang 11 kann ein Hybridsteuermodul (HCM) 19, das mit einem elektrisch verstellbaren Getriebe (EVT) 10 kommuniziert und Anweisungen an dieses ausgibt, ein Batteriepaketmodul (BPM) 21, ein Maschinensteuermodul (ECM) 23 und einen Systemcontroller 43 umfassen. In einer Ausführungsform umfasst das HCM 19 ein Paar Leistungswechselrichter (nicht gezeigt) und jeweilige Motorcontroller (nicht gezeigt), die in der Lage sind, Motorsteueranweisungen zu empfangen und Wechselrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Bei der Motorantriebsfunktion empfangen die Wechselrichter Strom von Gleichstromleitungen und liefern Wechselstrom an die jeweiligen Motoren des EVT 10 über Hochspannungsphasenleitungen 29 und 31. Bei der Regenerationsfunktion empfangen die Wechselrichter Wechselstrom von entsprechenden Motoren über Hochspannungsphasenleitungen 29 und 31 und liefern Strom an Wechselstromleitungen 27. Der Nettogleichstrom, der zu oder von den Wechselrichtern geliefert wird, bestimmt den Lade- oder Entladebetriebsmodus des BPM 21. Wie es oben erwähnt ist, steuern die Motorcontroller die Wechselrichter und können in dieser Hinsicht Controller auf Mikroprozessorbasis sein, die herkömmliche Elemente umfassen, wie etwa einen Mikroprozessor, einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbare Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltung, eine Eingabe/Ausgabe-(I/O)-Schaltung und -Einrichtungen und eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung.
Das EVT 10 kommuniziert mit dem HCM 19, um von diesem Anweisungen zu empfangen und dadurch mehrere Betriebsmodi für den Hybridantriebsstrang 11 bereitzustellen. In einer Ausführungsform weist das EVT 10 ein Antriebselement 12 auf, das eine Welle sein kann, die von einer Maschine 14 direkt angetrieben ist. In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann ein Drehmomentdämpfer 16 zwischen einem Abtriebselement der Maschine 14 und dem Antriebselement 12 des EVT 10 eingebaut sein. Der Drehmomentdämpfer 16 kann Anweisungen von dem EVT 10 empfangen, um Schwingungen von der Maschine 14 zu dämpfen. In einer noch anderen Ausführungsform kann der Drehmomentdämpfer 16 in Verbindung mit einer Drehmomentübertragungseinrichtung (nicht gezeigt) eingearbeitet sein oder angewandt werden, um eine selektive Einrückung der Maschine 14 mit dem EVT 10 zu gestatten.
Eine Ausführungsform eines Schemas des EVT 10 ist in 2 gezeigt. Hier ist das EVT 10 derart veranschaulicht, dass es in der Lage ist, mehrere Betriebsmodi für den Hybridantriebsstrang 11 über geeignete Zahnradkombinationen von einem oder mehreren Planetenradteilsätzen 24, 26, 28 bereitzustellen. In einer Ausführungsform können drei Zahnradteilsät ze 24, 26, 28 enthalten sein, und jeder besteht aus mehreren Zahnrädern. Beispielsweise weist der Planetenradteilsatz 24 ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das ein inneres Zahnradelement 32 umgibt. Mehrere Planetenradelemente 34 sind drehbar an einem Träger 36 montiert, sodass jedes Planetenradelement 34 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 30 als auch dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff steht. Der zweite Planetenradteilsatz 26 weist auch ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das ein inneres Zahnradelement 40 umgibt. Mehrere Planetenradelemente 42 sind drehbar an einem Träger 44 montiert, sodass jedes Planetenrad 42 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 38 als auch dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff steht. Der dritte Planetenradteilsatz 28 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das ein inneres Zahnradelement 48 umgibt. Mehrere Planetenradelemente 50 sind drehbar an einem Träger 52 montiert, sodass jedes Planetenrad 50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 46 als auch dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff steht.
Das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradteilsatzes 24 kann über ein Nabenplattenzahnrad 54 mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradteilsatzes 26 verbunden sein. Die verbundenen inneres Zahnradelement 32 des ersten Planetenradteilsatzes 24 und äußeres Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradteilsatzes 26 sind ständig mit einem ersten Motor/Generator 56 über eine Hohlwelle 58 verbunden. Der erste Motor/Generator 56 kann hierin auch verschiedentlich als Motor A oder MA bezeichnet sein und kann durch ein Motorsteuermodul (MCM) 57 gesteuert sein. Das MCM 57 kann mit dem HCM 19 kommunizieren und Anweisungen von diesem empfangen.
Der Träger 36 des ersten Planetenradteilsatzes 24 kann über eine Welle 60 mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradteilsatzes 26 verbunden sein.
Daher sind die Träger 36 und 44 des ersten bzw. zweiten Planetenradteilsatzes 24 bzw. 26 jeweils verbunden. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradteilsatzes 28 über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 62 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 oder "zweite Kupplung C2" kann angewandt werden, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des EVT 10 zu helfen.
Der Träger 52 des dritten Planetenradteilsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden. In einer Ausführungsform, in der das EVT 10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, kann das Abtriebselement 64 mit Fahrzeugachsen (nicht gezeigt) verbunden sein, die wiederum in Antriebselementen (nicht gezeigt) enden. Die Antriebselemente können entweder Vorder- oder Hinterräder eines Fahrzeugs, an dem sie angewandt werden, oder ein Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein.
Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradteilsatzes 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Planetenradteilsatzes 28 über eine Hohlwelle 66 verbunden, die die Welle 60 umgibt. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradteilsatzes 28 ist selektiv mit Masse, die ein Getriebegehäuse 68 sein kann, über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 oder "erste Kupplung C1" kann auch angewandt werden, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des EVT 10 zu helfen.
Die Hohlwelle 66 ist auch ständig mit einem zweiten Motor/Generator 72 verbunden. Der zweite Motor/Generator 72 kann hierin auch als Motor B oder MB bezeichnet sein. Der Motor B kann durch ein Motorsteuermodul (MCM) 73 gesteuert sein. Das MCM 73 kann mit dem HCM 19 (1) kommunizieren und kann Anweisungen von diesem empfangen. Alle Planetenradteilsätze 24, 26 und 28 sowie Motor A 56 und Motor B 72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. Beide Motoren A und B 56, 72 können eine kreisringförmige Ausgestaltung besitzen und können die drei Planetenradteilsätze 24, 26 und 28 derart umgeben, dass die Planetenradteilsätze 24, 26 und 28 radial innen von den Motoren A und B angeordnet sind.
Ein Antriebszahnrad 80 kann an dem Antriebselement 12 zu dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradteilsatzes 24 hin vorgesehen sein und kann daher Leistung von der Maschine 14 und/oder dem Motor A 56 oder dem Motor B 72 aufnehmen. Das Antriebszahnrad 80 steht kämmend mit einem Zwischenrad 82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Verteilerzahnrad 84 in Eingriff steht, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt ist. Das andere Welle 86 kann an einer Getriebefluidpumpe 88 befestigt sein, die mit Getriebefluid von einem Sumpf 37 versorgt wird, wobei Hochdruckfluid an einen Regler 39 abgegeben wird, der einen Teil des Fluids zu dem Sumpf 37 zurückführt und einen geregelten Leitungsdruck in Leitung 41 bereitstellt.
Das Abtriebselement 64 nimmt Leistung durch zwei unterschiedliche Zahnradstränge innerhalb des EVT 10 auf. Ein erster Modus, oder Zahnradstrang, wird ausgewählt, wenn die erste Kupplung C1 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradteilsatzes 28 "auf Masse festzulegen". Ein zweiter Modus, oder Zahnradstrang, wird ausgewählt, wenn die erste Kupplung C1 gelöst wird und die zweite Kupplung C2 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradteilsatzes 28 zu verbinden. Gemäß der Verwendung hierin wird, wenn auf einen Modus verwiesen wird, der mit einem Zahnradstrang in Beziehung steht, allgemein eine Bezeichnung MODUS 1 oder MODUS 2 oder M1 oder M2 verwendet.
Das EVT 10 ist darüber hinaus ausgestaltet, um einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes Betriebsmodus bereitzustellen. Diese Kombination aus zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Modus lässt zu, dass das EVT 10 ein Fahrzeug von einer stehenden Bedingung aus bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben kann. Zusätzlich ist ein Zustand mit festem Verhältnis, in dem beide Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig eingerückt sind, für eine effiziente mechanische Kopplung des Antriebselements mit dem Abtriebselement durch ein festes Übersetzungsverhältnis verfügbar. Darüber hinaus ist ein neutraler Zustand, in dem beide Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig gelöst sind, für ein mechanisches Entkoppeln des Abtriebselements von dem Getriebe verfügbar. Schließlich ist das EVT 10 in der Lage, synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Modi bereitzustellen, wobei eine Schlupfdrehzahl über beide Kupplungen C1 und C2 hinweg im Wesentlichen Null beträgt. Zusätzliche Details hinsichtlich des Betriebes des beispielhaften EVT sind in dem gemeinschaftlich übertragenen US Patent Nr. 5,931,757 zu finden, dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig miteingeschlossen ist.
Kehren wir nun zu 1 zurück, nimmt das EVT 10 zusätzlich dazu, dass es selektiv Leistung von der Maschine 14 aufnimmt, auch Leistung von einer elektrischen Speichereinrichtung, wie einer oder mehreren Batterien in dem BPM 21 auf. Obwohl als Batterie beschrieben, können andere elektrische Speichereinrichtungen, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, anstelle der Batterien verwendet werden. Das BPM 21 kann eine Hochspannungsgleichstromeinrichtung sein, die mit dem HCM 19 über Gleichstromleitungen 27 gekoppelt ist. Strom ist zu oder von dem BPM 21 dementsprechend übertragbar, ob das BPM 21 aufgeladen oder entladen wird, wie es oben be schrieben ist. In einer Ausführungsform kann ein Temperatursensor an oder in der Nähe des BPM 21 angeordnet sein. Der Temperatursensor 20 kann Temperaturdaten hinsichtlich des BPM 21 erfassen und kann die Daten an das HCM 19 übermitteln. Die Temperaturdaten 20 können von dem HCM 19 verwendet werden, um Anweisungen zur Begrenzung des Stromausgangs von den Batterien des BPM 21 bereitzustellen.
Die Maschine 14 kann von dem ECM 23 elektronisch gesteuert werden, das wiederum Anweisungen von dem HCM 19 empfängt, wie es in 1 veranschaulicht ist. Das ECM 23 kann einen Mikroprozessor, ROM, RAM, EPROM, Hochspannungstaktgeber, Analog/Digital-(A/D)- und Digital/-Analog-(D/A)-Schaltung, Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung umfassen. Das ECM 23 kann Daten von einer Vielfalt von Sensoren beschaffen und kann eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 über mehrere diskrete Leitungen steuern. Das ECM 23 kann in einer bidirektionalen Schnittstelle mit der Maschine 14 über eine Sammelleitung 35 vorliegen. Zwischen den verschiedenen Daten, die von dem ECM 23 erfasst werden können, befinden sich die Ölsumpf- und Maschinenkühlmitteltemperaturen, die Maschinendrehzahl (Ne), der Turboladerdruck und die Umgebungslufttemperatur und der Umgebungsluftdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffinjektoren, Gebläsecontroller, Maschinenvorheizungen, einschließlich Glühkerzen und Einlassluftheizvorrichtungen vom Gittertyp. Beispielsweise kann das ECM 23 Anweisungen von dem HCM 19 empfangen, um mehreren Zylindern Kraftstoff zuzuführen. Somit kann das ECM 23 Anweisungen an geeignete Aktoren liefern, um (i) allen Zylindern, (ii) einem Teil der Zylinder (d. h. der Hälfte) oder (iii) keinem der Zylinder Kraftstoff zuzuführen. Zusätzlich kann das ECM 23 für allgemein bekannte Steuerungen auf Drehmomentbasis für die Maschine 14 in Ansprechen auf eine Drehmomentanweisung (Te_cmd), die von dem EVT-Steuersystem bereitgestellt wird, sorgen.
Der Systemcontroller 43 kann ausgestaltet sein, um Anweisungen von dem HCM 19 zu empfangen und Anweisungen bezüglich einer Vielfalt von Steuerungs- und Diagnosefunktionen für das EVT 10 und das Fahrzeugchassis auszugeben. In dieser Hinsicht kann der Systemcontroller 43 aus einem Paar Controller auf Mikroprozessorbasis bestehen, die als ein Fahrzeugsteuermodul (VCM) 15 und einem Getriebesteuermodul (TCM) 17 bezeichnet werden können. Die Controller können Mikroprozessoren, ROM, RAM, EPROM, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltung, einen digitalen Signalprozessor (DSP) und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtung (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung umfassen. Das VCM 15 und das TCM 17 können beispielsweise Maschinendrehmomentanweisungen, eine Antriebsdrehzahlsteuerung und eine Abtriebsdrehmomentsteuerung in Koordination mit einer regenerativen Brems-, Antiblockierbrems- und Traktionssteuerung bereitstellen. Insbesondere mit Bezug auf die EVT-Funktionalität fungiert der Systemcontroller 43, um über mehrere diskrete Leitungen direkt Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren des EVT 10 direkt zu steuern. In einer Ausführungsform kann der Systemcontroller 43 in einer bidirektionalen Schnittstelle mit dem EVT 10 über eine Sammelleitung 33 vorliegen und kann Frequenzsignale von Rotationssensoren zur Verarbeitung einer Drehzahl in das Antriebselement (Ni) und einer Drehzahl in das Abtriebselement 64 (No) zur Verwendung bei der Steuerung des EVT 10 empfangen.
Der Systemcontroller 43 kann auch eine Drehmomentanweisung (Te_cmd) bestimmen und gibt die Anweisung an das ECM 23 aus. Die Drehmo mentanweisung (Te_cmd) ist repräsentativ für den EVT-Drehmomentbeitrag, der von der Maschine erwünscht ist, wie es von dem Systemcontroller 43 ermittelt wird. Der Systemcontroller 43 kann auch eine Drehzahlanweisung (Ne_des) ermitteln, die für die Soll-EVT-Antriebsdrehzahl repräsentativ ist, die auch ein Soll-Maschinendrehzahlarbeitspunkt sein kann.
Die verschiedenen beschriebenen Module (d. h. HCM 19, BPM 21, ECM 23 und Systemcontroller 43) kommunizieren über einen CAN-Bus (Controller Area Network Bus) 25. Der CAN-Bus 25 sorgt für eine Übermittlung von Steuerparametern und Anweisungen zwischen den verschiedenen Modulen. Das spezifische benutzte Kommunikationsprotokoll wird anwendungsspezifisch sein.
Wie es oben kurz erwähnt wurde, kann das HCM 19 Daten bezüglich einer Temperatur empfangen, die von einem Batteriepaket des BPM 21 erfasst wird. In einem Fall, in welchem die erfasste Temperatur unterhalb eines ersten Schwellenwerts liegt, wie etwa unter einer Temperatur, bei der der Antriebsstrang 11 funktionieren kann, ohne dass eine Beschädigung seiner Komponenten auftritt (z. B. unter etwa 0°C), kann das HCM 19 Anweisungen an andere Module des Hybridantriebsstrangs 11 ausgeben, die existierende Anweisungen übergehen können, um einen Leistungsgebrauch dieser Module zu begrenzen und dadurch die Leistungsabgabe von den Batterien des BPM 21 zu vermindern. Eine Begrenzung des Leistungsgebrauchs der Module auf diese Weise lässt zu, dass der Hybridantriebsstrang 11 einen Betrieb unter extrem kalten Bedingungen, wie etwa bei Temperaturen unter etwa 0°C fortsetzen kann, ohne die Batterien oder andere Bauteile des BPM 21 oder andere Bauteile des Hybridantriebsstrangs 11 zu beschädigen.
In einer Ausführungsform begrenzt das HCM 19 das EVT 10 auf einen Betrieb zwischen zwei Modi. 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 300 zum Betreiben des HCT 19 gemäß einer Ausführungsform. Zunächst wird eine Ermittlung vorgenommen, ob eine Temperatur des Batteriepakets des BPM 21 unter einem ersten Schwellenwert liegt, Schritt 302. Der erste Schwellenwert kann eine Temperatur sein, bei der der Antriebsstrang 11 derart arbeiten kann, dass eine Beschädigung an den Batterien oder anderen Komponenten des Antriebsstrangs 11 bewirkt werden kann. Beispielsweise kann der erste Schwellenwert etwa 0°C ± 3°C betragen. Wenn die Temperatur unter dem ersten Schwellenwert liegt, gibt das HCM 19 Anweisungen an das EVT 10 aus, um seine Gangschaltanweisungen zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus (oder MODUS 1 und MODUS 2) zu begrenzen, Schritt 304. Das EVT 10 wählt dann aus, welche Kupplung zu aktivieren ist, Schritt 306. Beispielsweise kann das EVT 10 einen ersten Zahnradstrang auswählen, in dem die erste Kupplung C1 betätigt ist, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradteilsatzes 28 "auf Masse festzulegen", oder das EVT 10 kann einen zweiten Zahnradstrang auswählen, in dem die erste Kupplung C1 gelöst ist und die zweite Kupplung C2 gleichzeitig betätigt ist, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradteilsatzes 28 zu verbinden.
Anschließend wird eine Ermittlung vorgenommen, ob eine Temperatur des Batteriepakets des BPM 21 über einem zweiten Schwellenwert liegt, Schritt 308. In einer Ausführungsform kann der zweite Schwellenwert eine Temperatur sein, die etwa 0°C ± 3°C beträgt. In einer anderen Ausführungsform kann der zweite Schwellenwert etwa –17°C ± 3°C betragen. In einer nochmals anderen Ausführungsform kann der zweite Schwellenwert gleich dem ersten Schwellenwert sein. In einer noch weiteren Ausführungsform kann der zweite Schwellenwert eine Temperatur sein, die über dem ersten Schwellenwert liegt. In nochmals einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Schwellenwert eine Temperatur sein, die niedriger ist als der zweite Schwellenwert. In jedem Fall können, falls die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über dem zweiten Schwellenwert liegt, Anweisungen von dem HCM 19 an das EVT 10 ausgegeben werden, um zuzulassen, dass zusätzliche Gangschaltungen vorgenommen werden, um dadurch zusätzliche Modi bereitzustellen, Schritt 310. Das EVT 10 bewirkt dann, dass beide Kupplungen aktiviert werden, Schritt 312. In einer Ausführungsform kann das EVT 10 instruiert werden, um Anweisungen auszugeben, den ersten und den zweiten Modus mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell zu kombinieren. Das EVT 10 kann die Ausgabe von Anweisungen für einen Zahnradzustand mit festem Übersetzungsverhältnis oder festem Gang wiederaufnehmen, wobei beide Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig eingerückt sind, wobei ein neutraler Zahnradzustand verfügbar ist, bei dem beide Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig gelöst sind, für ein mechanisches Entkoppeln des Abtriebselements von dem Getriebe und/oder ein synchronisiertes Schalten zwischen den Modi, wobei eine Schlupfdrehzahl über beide Kupplungen C1 und C2 hinweg im Wesentlichen Null beträgt.
In einer anderen Ausführungsform kann das HCM 19 ausgestaltet sein, um einen Dämpfungsbetrag zu begrenzen, der von dem Drehmomentdämpfer 16 an der Maschine 14 bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das HCM 19 eine Anweisung an das EVT 10 ausgeben, einen Dämpfungsbetrag, der der Maschine 14 von dem Drehmomentdämpfer 16 erteilt wird, zu verringern, wenn eine Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt. In einer Ausführungsform kann das HCM 19 das EVT 10 instruieren, dem Drehmomentdämpfer 16 keine Leistung zuzuführen. Wenn eine Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über dem zweiten Schwellenwert liegt, kann das HCM 19 ausgestaltet sein, um die Leistung für den Drehmomentdämpfer 16 allmählich zu erhöhen, sodass zumindest ein Teil der Schwingung von der Maschine 14 gedämpft werden kann. Die allmähliche Zunahme der Leistung kann direkt mit der Zunahme der Temperatur in Beziehung stehen, und kann in einer Ausführungsform einer linearen Funktion folgen.
In noch einer anderen Ausführungsform kann das HCM 19 ausgestaltet sein, um dem ECM 23 eine Anweisung zu erteilen, eine Vielzahl von Kraftstoffinjektoren anzuweisen, in alle Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wenn eine Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt. Selbst wenn der Systemcontroller 43 eine Bremsanweisung an Bremsbeläge ausgibt, um das Fahrzeug zu verlangsamen, kann somit das ECM 23 fortfahren, Anweisungen an die Kraftstoffinjektoren auszugeben, das Einspritzen von Kraftstoff in alle Zylinder fortzusetzen, wenn eine Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur das Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert bleibt. Wenn ermittelt wird, dass die Temperatur über dem zweiten Schwellenwert liegt, kann das HCM 19 ausgestaltet sein, um dem ECM 23 eine Anweisung zu erteilen, zuzulassen, dass die mehreren Kraftstoffinjektoren Kraftstoff in zumindest einen Teil (z. B. die Hälfte) der Zylinder oder in keinen der Zylinder statt in alle Zylinder einspritzen.
Es ist nun eine verbesserte Hybridantriebsstrangarchitektur bereitgestellt worden. Der Hybridantriebsstrang kann angepasst sein, um effizient bei extrem niedrigen Temperaturen (z. B. Temperaturen unter 0°C ± 3°C) zu arbeiten, und kann dazu verwendet werden, eine Beschädigung an Batteriepaketen zu verhindern, die in Verbindung mit dem Antriebsstrang angewandt werden können, wenn sie derartigen Temperaturen ausgesetzt sind.
Obgleich zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung dargelegt worden ist, ist festzustellen, dass eine große Anzahl von Abwandlungen existiert. Es ist festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung dem Fachmann mit einem geeigneten Plan in die Lage versetzen, die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen zu implementieren. Es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung von Elementen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang des Erfindungsgegenstandes, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, und seinen rechtlichen Äquivalenten abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5931757 [0025]

Claims

Hybridantriebsstrang zur Verwendung in einem Fahrzeug, das eine mit einem Motor gekoppelte Maschine umfasst, wobei der Motor mehrere Zahnräder und mehrere Zylinder umfasst, wobei der Hybridantriebsstrang umfasst: ein Batteriepaket, das ausgestaltet ist, um dem Motor Leistung zuzuführen; einen Temperatursensor in Verbindung mit dem Batteriepaket, der ausgestaltet ist, um eine Temperatur des Batteriepakets zu erfassen; ein elektrisch verstellbares Getriebemodul, das ausgestaltet ist, um Anweisungen zum Dämpfen von Schwingungen von der Maschine auszugeben; und ein Hybridsteuermodul, das ausgestaltet ist, um mit dem Temperatursensor zu kommunizieren und somit zu ermitteln, ob die erfasste Temperatur des Batteriepakets über oder unter einem ersten Schwellenwert liegt, und um mit dem elektrisch verstellbaren Getriebemodul zu kommunizieren, sodass, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt, das Hybridsteuermodul Anweisungen an das elektrisch verstellbare Getriebemodul ausgibt, eine Gangschaltanweisung zwischen einem ersten Modus oder einem zweiten Modus zu begrenzen.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Hybridsteuermodul ferner ausgestaltet ist, um eine Gangschaltanweisung auszugeben, zumindest ein Zahnrad der mehreren Zahnradsätze in einen dritten Modus zu schalten, nachdem die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei: das elektrisch verstellbare Getriebemodul einen Drehmomentdämpfer umfasst, der ausgestaltet ist, um Schwingungen der Maschine zu dämpfen; und das Hybridsteuermodul ferner ausgestaltet ist, um eine Anweisung an das elektrisch verstellbare Getriebemodul auszugeben, eine Anweisung an den Drehmomentdämpfer auszugeben, einen Dämpfungsbetrag, der der Maschine erteilt wird, zu verringern, wenn die Bestimmung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, der ferner ein Maschinensteuermodul umfasst, das ausgestaltet ist, um Anweisungen auszugeben, (i) allen der mehreren Zylinder, (ii) einem Teil der mehreren Zylinder, oder (iii) keinem der mehreren Zylinder Kraftstoff zuzuführen, und wobei das Hybridsteuermodul ferner ausgestaltet ist, um dem Maschinensteuermodul eine Anweisung zu erteilen, die mehreren Kraftstoffinjektoren anzuweisen, in alle Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, der ferner einen Systemcontroller umfasst, der ausgestaltet ist, um eine Bremsanweisung an einen Bremsbelag auszugeben, wobei das Hybridsteuermodul ferner ausgestaltet ist, um den Systemcontroller anzuweisen, eine Bremsanweisung an den Bremsbelag auszugeben, wenn das Maschinensteuermodul den Kraftstoffinjektoren eine Anweisung erteilt, in alle Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, wobei das Hybridsteuermodul ausgestaltet ist, um an das Maschinensteuermodul eine Anweisung auszugeben, die mehreren Kraftstoffinjektoren anzuweisen, in einen Teil der Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der erste Schwellenwert eine Temperatur ist, die etwa 0°C ± 3°C beträgt.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, der ein Hybridsteuermodul umfasst, das ausgestaltet ist, um einem elektrisch verstellbaren Getriebemodul Anweisungen zu erteilen, wobei das elektrisch verstellbare Getriebemodul ausgestaltet ist, um mehreren Zahnrädern eines Fahrzeugs Gangschaltanweisungen zu erteilen, und um Leistung von dem Batteriepaketmodul aufzunehmen, wobei das Verfahren die Schritte, umfasst, dass: ermittelt wird, ob eine Temperatur eines Batteriepakets in dem Batteriepaketmodul über oder unter einem ersten Schwellenwert liegt; und eine Anweisung an das elektrisch verstellbare Getriebemodul ausgegeben wird, eine Gangschaltanweisung auf einen ersten Modus und einen zweiten Modus, in welchem zu arbeiten ist, zu begrenzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Begrenzens ferner umfasst, dass eine Gangschaltanweisung ausgegeben wird, zumindest ein Zahnrad der mehreren Zahnräder in einen dritten Modus zu schalten, nachdem die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Fahrzeug ferner eine Maschine umfasst, die ausgestaltet ist, um dem elektrisch verstellbaren Getriebemodul Leistung zuzuführen, wobei das elektrisch verstellbare Getriebe einen Drehmomentdämpfer umfasst, der ausgestaltet ist, um Anweisungen zum Dämpfen von Schwingungen von der Maschine zu empfangen, und wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: eine Anweisung an den Drehmomentdämpfer ausgegeben wird, einen Dämpfungsbetrag, der der Maschine erteilt wird, zu verringern, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner den Schritt umfasst, dass: ein Dämpfungsbetrag, der der Maschine erteilt wird, erhöht wird, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Erhöhens umfasst, dass der Dämpfungsbetrag, der der Maschine erteilt wird, auf der Basis einer linearen Funktion erhöht wird, wenn ein Leistungsbetrag, der dem Drehmomentdämpfer zugeführt wird, direkt mit der ausgewählten erfassten Temperatur des Batteriepakets in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner ein Maschinensteuermodul umfasst, das ausgestaltet ist, um Anweisungen an einen Aktor auszugeben, mehreren Zylindern Kraftstoff zuzuführen, wobei der Aktor ausgestaltet ist, um (i) allen Zylindern der mehreren Zylinder, (ii) einem Teil der Zylinder der mehreren Zylinder, oder (iii) keinem der Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff zuzuführen, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfasst, dass: dem Maschinensteuermodul eine Anweisung erteilt wird, die mehreren Kraftstoffinjektoren anzuweisen, in alle Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Erteilens ferner umfasst, dass eine Bremsanweisung von einem Systemcontroller an einen oder mehrere Bremsbeläge ausgegeben wird, wenn das Maschinensteuermodul den Kraftstoffinjektoren die Anweisung erteilt, in alle Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass eine Anweisung an das Maschinensteuermodul ausgegeben wird, die mehreren Kraftstoffinjektoren anzuweisen, in einen Teil der Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Schwellenwert eine Temperatur ist, die etwa 0°C ± 3°C beträgt.
Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, der ein Hybridsteuermodul umfasst, das ausgestaltet ist, um einem elektrisch verstellbaren Getriebemodul und einem Maschinensteuermodul Anweisungen zu erteilen, wobei das elektrisch verstellbare Getriebemodul ausgestaltet ist, um mehreren Zahnrädern eines Fahrzeugs Gangschaltanweisungen zu erteilen und von einem Batteriepaketmodul und einer Maschine Leistung aufzunehmen, und einen Drehmomentdämpfer umfasst, der ausgestaltet ist, um Anweisungen zu empfangen, Schwingungen von der Maschine zu dämpfen, und das Maschinensteuermodul ausgestaltet ist, um Anweisungen an einen Aktor auszugeben, mehreren Zylindern Kraftstoff zuzuführen, wobei der Aktor ausgestaltet ist, um selektiv (i) allen Zylindern der mehreren Zylinder, (ii) einem Teil der Zylinder der mehreren Zylinder, oder (iii) keinem der Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff zuzuführen, wobei Verfahren die Schritte umfasst, dass: ermittelt wird, ob eine Temperatur des Batteriepakets des Batteriepaketmoduls über oder unter einem ersten Schwellenwert liegt; die Gangschaltanweisungen des elektrisch verstellbaren Getriebemoduls zwischen einem ersten Modus und einem zweiten Modus begrenzt werden, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt; eine Anweisung an den Drehmomentdämpfer ausgegeben wird, einen Dämpfungsbetrag, der der Maschine erteilt wird, zu verringern, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt; und dem Maschinensteuermodul eine Anweisung erteilt wird, die mehreren Kraftstoffinjektoren anzuweisen, in alle Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen, wenn die Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets unter dem ersten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner den Schritt umfasst, dass: ein Dämpfungsbetrag, der der Maschine erteilt wird, erhöht wird, wenn eine Ermittlung vorgenommen wird, dass die Temperatur des Batteriepakets über einem zweiten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schritt des Erteilens ferner umfasst, dass eine Bremsanweisung von einem Systemcontroller an einen oder mehrere Bremsbeläge ausgegeben wird, wenn das Maschinensteuermodul an die Kraftstoffinjektoren eine Anweisung ausgibt, in alle Zylinder der mehreren Zylinder Kraftstoff einzuspritzen,
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der erste Schwellenwert eine Temperatur ist, die etwa 0°C ± 3°C beträgt.