DE102008048528B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstranges und Speichermedium - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (14), die so ausgelegt ist, dass sie ein Drehmoment an ein Hybridgetriebe (10) überträgt, wobei das Verfahren umfasst: (A) Bestimmen von Bereichen (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) des Maschinenantriebsdrehmoments (T1), das an das Hybridgetriebe (10) übertragbar ist, für mehrere Maschinenzustände, wobei die Maschinenzustände einen Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfassen; (B) Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (14) und des Hybridgetriebes (10) in den Maschinenzuständen, um eine Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, unter Berücksichtigung der bestimmten Bereiche des Maschinenantriebsdrehmoments (TI); und (C) Steuern des Maschinenzustands auf den Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) oder auf den Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) auf der Grundlage der Betriebskosten (PCOST).
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridanstriebsstanges sowie ein Speichermedium. Die Erfindung bezieht sich insbesondere allgemein auf Steuersysteme für Antriebsstrangsteuersysteme, die elektromechanische Getriebe nutzen.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
- Antriebsstrangarchitekturen umfassen Drehmomenterzeugungsvorrichtungen einschließlich Brennkraftmaschinen und Elektromotoren/-generatoren, die ein Drehmoment über eine Getriebevorrichtung an einen Fahrzeugendantrieb übertragen. Ein solches Getriebe enthält ein kombiniert-leistungsverzweigtes elektromechanisches Zweifachmodusgetriebe, das ein Antriebselement zum Empfangen eines Bewegungsdrehmoments von einer Antriebsmaschinenleistungsquelle, üblicherweise einer Brennkraftmaschine, und ein Abtriebselement zum Liefern eines Bewegungsdrehmoments von dem Getriebe an den Fahrzeugendantrieb nutzt. Elektromotoren/-generatoren, die funktional mit einer Elektroenergie-Speichervorrichtung verbunden sind, umfassen Motoren/Generatoren, die unabhängig von der Drehmomenteingabe von der Brennkraftmaschine zum Erzeugen eines Bewegungsdrehmoments zur Eingabe in das Getriebe betreibbar sind. Ferner sind die Elektromotoren/-generatoren zum Umwandeln kinetischer Fahrzeugenergie, die über den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, in Elektroenergiepotential betreibbar, das in der Elektroenergie-Speichervorrichtung gespeichert werden kann. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingaben von dem Fahrzeug und von dem Betreiber und liefert eine Betriebssteuerung des Antriebsstrangsystems einschließlich des Steuerns der Getriebegangschaltung, des Steuerns der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und des Regulierens des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Elektroenergie-Speichervorrichtung und den Elektromotoren/-generatoren.
- Die beispielhaften elektromechanischen Getriebe sind über die Betätigung der Drehmomentübertragungskupplungen, die üblicherweise einen Hydraulikkreis nutzen, um die Kupplungsbetätigung zu bewirken, wahlweise in Festgangmodi und stufenlosen Modi betreibbar. Ein Festgangmodus tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements, üblicherweise wegen Betätigung einer oder mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen, ein festes Verhältnis der Drehzahl des Antriebselements von der Maschine ist. Ein stufenloser Modus tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements auf der Grundlage der Betriebsdrehzahlen eines oder mehrerer Elektromotoren/-generatoren variabel ist. Die Elektromotoren/-generatoren können über die Betätigung einer Kupplung oder durch direkte Verbindung mit der Abtriebswelle verbunden werden. Die Kupplungsbetätigung und -deaktivierung wird üblicherweise über einen Hydraulikkreis ausgeführt.
- Die Druckschrift
DE 11 2004 001 687 T5 offenbart eine regenerative Bremsanlage für ein Fahrzeug mit einem Motor mit bedarfsabhängigem Hubraum, einer Batterie und einer elektrischen Maschine, die Motor- und Generatorbetriebsarten aufweist und die von einem Rad des Fahrzeugs selektiv antreibbar ist. Des Weiteren ist eine Steuerung vorgesehen, die einen Bremszustand des Fahrzeugs detektiert, um im Ansprechen auf den Bremszustand mindestens einen Zylinder des Motors abzuschalten und während des Bremszustandes die elektrische Maschine in einer Generatorbetriebsart zu betreiben, um dadurch die Batterie aufzuladen. - Die Druckschrift
DE 100 07 136 A1 zeigt ein Antriebskraft-Steuersystem für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Elektromotor, einer Batterie und einer Kraftübertragungsvorrichtung mit einem stufenlosen Getriebe. Des Weiteren sind Sensoren und eine Steuereinheit vorgesehen. In Abhängigkeit von Betriebszuständen und einer Fahreranforderung werden durch die Steuerung optimale Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, des Elektromotors und/oder der Kraftübertragungsvorrichtung eingestellt. - Die
DE 10 2005 022 297 A1 beschreibt einen Hybridantriebsstrang mit Motorventildeaktivierung. Der Motor besitzt eine Vielzahl von Zylindern, von denen jeder mit einer Mehrzahl von selektiv aktivier- und deaktivierbaren Zylinderventilen ausgebildet ist. Jeder Zylinder besitzt einen wirksamen Zustand, in welchem die Zylinderventile aktiviert sind, sowie einen unwirksamen Zustand, in dem die Zylinderventile deaktiviert sind. Ferner sind ein Elektromotor in Hybridkombination mit dem Verbrennungsmotor und ein Getriebe vorgesehen, welches wirksam mit dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor verbindbar ist. - Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme mit elektromechanischen Getrieben realisieren, erhalten die Aufgabe, Steuerschemata zum Überwachen von Systemzuständen und zum Steuern des Betriebs verschiedener Systeme und Stellglieder zum effektiven Steuern des Antriebsstrangbetriebs zu realisieren. Ein solches System ist im Folgenden beschrieben.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
- In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung gibt es ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die so ausgelegt ist, dass sie ein Drehmoment an ein Hybridgetriebe überträgt. Das Verfahren umfasst das Bestimmen von Bereichen eines Maschinenantriebsdrehmoments, das an das Hybridgetriebe übertragbar ist, für mehrere Maschinenzustände, wobei die Maschinenzustände einen Allzylinderbetrieb und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb umfassen. Es werden Systembetriebskosten der Maschine und des Hybridgetriebes in den Maschinenzuständen, um eine Betreiberdrehmomentanforderung zu erfüllen, bestimmt. Der Maschinenzustand wird auf der Grundlage der Kosten auf den Allzylinderbetrieb oder auf den Zylinderdeaktivierungsbetrieb gesteuert.
- Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren, das für die Ausführung in einem Steuersystem für ein Hybridantriebsstrangsystem bestimmt ist, das eine Brennkraftmaschine und ein elektromechanisches Getriebe enthält. Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine verteilte Steuermodularchitektur, die mehrere signalisierend verbundene Steuermodule umfasst. Das Verfahren, das als maschinenlesbarer Code in einem oder in mehreren Steuermodulen ausgeführt wird, enthält das Betreiben der Brennkraftmaschine, die zum Übertragen eines Drehmoments an das Hybridgetriebe ausgelegt ist, umfassend: Bestimmen des Maschinenantriebsdrehmoments, das an das Hybridgetriebe übertragbar ist, für jeden von mehreren Maschinenzuständen. Es werden bevorzugte Kosten für die Maschinenzustände bestimmt. Auf der Grundlage der bevorzugten Kosten für die Maschinenzustände wird ein bevorzugter Maschinenzustand ausgewählt. Die Maschine wird auf der Grundlage des bevorzugten Maschinenzustands gesteuert, um eine Betreiberdrehmomentanforderung im Wesentlichen zu erfüllen.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die Erfindung kann in Bezug auf bestimmte Teile und Anordnungen von Teilen eine physikalische Form annehmen, von der eine Ausführungsform ausführlich in den beigefügten Zeichnungen beschrieben und veranschaulicht ist, die einen Teil hiervon bilden und in denen:
-
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Antriebsstrangs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist; -
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für ein Steuersystem und für einen Antriebsstrang in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist; und -
3 –9 algorithmische Ablaufpläne in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind. - AUSFÜRHLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
- Nunmehr anhand der Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zur Veranschaulichung der Erfindung und nicht zu deren Beschränkung dienen, wird nun ein taktisches Steuerschema für den Betrieb einer Brennkraftmaschine beschrieben, die so ausgelegt ist, dass sie ein Drehmoment an ein Hybridgetriebesystem überträgt. Das taktische Steuerschema, das anhand von
3 –9 gezeigt ist, wird vorzugsweise als einer oder mehrere Algorithmen in einem elektronischen Steuermodul ausgeführt. - Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Maschinenantriebsdrehmoments, das an das Hybridgetriebe übertragbar ist, für Maschinenzustände, die einen Allzylinderbetrieb und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb umfassen. Es werden die Kosten für den Betrieb der Maschine und des Hybridgetriebes in den Maschinenzuständen, um eine Betreiberdrehmomentanforderung im Wesentlichen zu erfüllen, bestimmt. Der Maschinenzustand wird auf der Grundlage der Kosten auf den Allzylinderbetrieb oder auf den Zylinderdeaktivierungsbetrieb gesteuert.
- Das Verfahren enthält das Überwachen einer Abgabe des Hybridgetriebes, üblicherweise der Drehzahl einer Abtriebswelle NO. Die taktische Steuerung
130 wird ausgeführt, um das von der Brennkraftmaschine angewiesene (oder gewünschte) Maschinenantriebsdrehmoment TI_CMD und einen gewünschten Maschinenzustand zu bestimmen. Die Schlüsseleingaben für die taktische Steuerung umfassen vorzugsweise: die Getriebeabtriebsdrehzahl NO, die Maschinenantriebsdrehzahl NI, den gegenwärtigen Maschinenzustand und die Zulässigkeit verschiedener Maschinenzustände, die Betreiberdrehmomentanforderung TO_REQ und den gegenwärtigen tatsächlichen Betriebsbereichszustand des Getriebes. Beispielhafte gegenwärtige Maschinenzustände umfassen den normalen Maschinenbetrieb ('ALL_CYL'), den Maschinenbetrieb mit deaktivierten Zylindern ('DEACT'), die Maschinen-Kraftstoffabschaltung ('FCO') und die Maschinen-Kraftstoffabschaltung mit Zylinderdeaktivierung ('FCO_DEACT'). Die Maschinenzustandszulässigkeit ist eine Angabe, dass die Maschine, üblicherweise auf der Grundlage der Maschinenbetriebsbedingungen, effektiv in einen oder mehrere der Maschinenzustände überführt werden kann. Das Steuern des Maschinenantriebsdrehmoments umfasst das Steuern des Betriebs der Maschine auf einen bevorzugten Drehzahl/Last-Arbeitspunkt zum Erzielen des Maschinenantriebsdrehmoments in einem der Maschinenzustände, vorzugsweise ohne andere Betriebsbedingungen und -anforderungen einschließlich jener in Bezug auf Antriebsverhalten, Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionen zu verletzen. Dies wird im Folgenden ausführlich diskutiert. - Nunmehr anhand von
1 und2 ist ein beispielhaftes Hybridantriebsstrangsystem gezeigt, das eine Maschine14 , ein Getriebe10 , ein Steuersystem und einen Endantrieb90 umfasst, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert worden sind. Das beispielhafte Hybridantriebsstrangsystem ist so konfiguriert, dass es das in3 –9 gezeigte Steuerschema zum Steuern der Maschine ausführt. Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes10 sind ausführlich im US-Patent Nr.US 6 953 409 B2 mit dem Titel 'Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios” offenbart, das hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Das beispielhafte kombiniert-leistungsverzweigte elektromechanische Zweifachmodus-Hybridgetriebe, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in1 gezeigt. Das Getriebe10 enthält eine Antriebswelle12 mit einer Antriebsdrehzahl NI, die vorzugsweise durch die Brennkraftmaschine14 angetrieben wird, und eine Abtriebswelle64 mit einer Abtriebsdrehzahl NO. Die Maschine14 weist eine Kurbelwelle mit der charakteristischen Drehzahl NE auf, die funktional mit der Getriebeantriebswelle12 verbunden ist. Wenn eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplungsvorrichtung (nicht gezeigt) die Maschine und das Getriebe funktional verbindet, können sich die Maschinendrehzahl NE und das Abtriebsdrehmoment TE von der Getriebeantriebsdrehzahl NI und von dem Maschinenantriebsdrehmoment TI unterscheiden. - Das Getriebe
10 nutzt drei Planetenzahnradsätze24 ,26 und28 und vier Drehmomentübertragungsvorrichtungen, d. h. Kupplungen, C170 , C262 , C373 und C475 . Ein elektrohydraulisches Steuersystem42 , das vorzugsweise durch ein Getriebesteuermodul ('TCM')17 gesteuert wird, ist betreibbar, um die Betätigung und die Deaktivierung der Kupplungen zu steuern. Die Kupplungen C2 und C4 umfassen vorzugsweise hydraulisch betätigte Rotationsreibungskupplungen. Die Kupplungen C1 und C3 umfassen vorzugsweise hydraulisch betätigte feststehende Vorrichtungen, die zu dem Getriebegehäuse68 geerdet sind. - Es gibt einen ersten Elektromotor/-generator, der einen als MG-A bezeichneten Motor/Generator
56 umfasst, und einen zweiten Elektromotor/-generator, der einen als MG-B bezeichneten Motor/Generator72 umfasst, die funktional über die Planetenzahnräder mit dem Getriebe verbunden sind. Die Getriebeabtriebswelle64 ist funktional mit einem Fahrzeugendantrieb90 verbunden, um ein Bewegungsabtriebsdrehmoment TO an die Fahrzeugräder zu liefern. Jede Kupplung wird vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie über einen elektrohydraulischen Steuerkreis42 Druckhydraulikfluid von einer im Folgenden beschriebenen Pumpe empfängt. - Das Getriebe
10 empfängt im Ergebnis der Energieumwandlung von Kraftstoff oder von in einer Elektroenergie-Speichervorrichtung (ESD)74 gespeichertem elektrischem Potential von den Drehmomenterzeugungsvorrichtungen einschließlich der Maschine14 und dem MG-A56 und dem MG-B72 ein Maschinenantriebsdrehmoment, das in dieser Reihenfolge als 'TI', 'TA' und 'TB' bezeichnet ist. Die ESD74 ist über Gleichstromübertragungsleiter27 mit einem Getriebe-Leistungs-Wechselrichter/Gleichrichter-Modul (das im Folgenden nur noch als Getriebe-Leistungswechselrichtermodul bezeichnet wird) ('TPIM')19 Hochspannungs-Gleichspannungs-gekoppelt. Das TPIM19 ist ein Element des im Folgenden anhand von2 beschriebenen Steuersystems. Das TPIM19 überträgt über die Übertragungsleiter29 Elektroenergie zum und vom MG-A56 und das TPIM19 überträgt ähnlich über die Übertragungsleiter31 Elektroenergie zum und vom MG-B72 . In Übereinstimmung damit, ob die ESD74 geladen oder entladen wird, wird elektrischer Strom zu und von der ESD74 übertragen. Das TPIM19 enthält das Paar Leistungswechselrichter und jeweiliger Motorsteuermodule, die zum Empfangen von Motorsteuerbefehlen und zum Steuern von Wechselrichterzuständen davon zum Bereitstellen der Motorantriebs- oder Motorrückgewinnungsfunktionalität konfiguriert sind. Vorzugsweise sind der MG-A56 und der MG-B72 Dreiphasen-Wechselstrommotoren/-generatoren, jeweils mit einem Rotor, der betreibbar ist, um sich in einem Stator zu drehen, der in ein Gehäuse des Getriebes eingebaut ist. Die Wechselrichter umfassen bekannte komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronikvorrichtungen. - Nunmehr anhand von
2 ist ein schematischer Blockschaltplan des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Steuermodularchitektur umfasst. Die im Folgenden beschriebenen Elemente umfassen eine Teilmenge einer Gesamtfahrzeugsteuerarchitektur und sind zum Bereitstellen einer koordinierten Systemsteuerung des hier beschriebenen Antriebsstrangsystems betreibbar. Das Steuersystem ist betreibbar, um relevante Informationen und Eingaben zu synthetisieren und Algorithmen zum Steuern verschiedener Stellglieder zum Erreichen von Steuerzielen einschließlich solcher Parameter wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung, Antriebsverhalten und Schutz der Hardware einschließlich der Batterien der ESD74 und des MG-A und des MG-B56 ,72 auszuführen. Die verteilte Steuermodularchitektur enthält ein Maschinensteuermodul ('ECM')23 , das Getriebesteuermodul ('TCM')17 , ein Batteriepacksteuermodul ('BPCM')21 und das TPIM19 . Ein Hybridsteuermodul ('HCP')5 stellt eine allumfassende Steuerung und Koordinierung der oben erwähnten Steuermodule bereit. Es gibt eine Anwenderschnittstelle ('UI')13 , die funktional mit mehreren Vorrichtungen verbunden ist, über die ein Fahrzeugbetreiber durch eine Anforderung für ein Abtriebsdrehmoment üblicherweise den Betrieb des Antriebsstrangs einschließlich des Getriebes10 steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbetreibereingaben in die UI13 enthalten ein Fahrpedal, ein Bremspedal, einen Getriebewählhebel und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung. Jedes der oben erwähnten Steuermodule kommuniziert über einen Bus6 eines lokalen Netzes ('LAN'-Bus 6) mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Stellgliedern. Der LAN-Bus6 ermöglicht eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Steuermodulen. Das spezifische genutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle stellen eine robuste Mitteilungsübermittlung und Mehr-Steuermodul-Schnittstellen zwischen den oben erwähnten Steuermodulen und weiteren Steuermodulen, die eine Funktionalität wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität bereitstellen, bereit. - Das HCP
5 stellt eine allumfassende Steuerung des Hybridantriebsstrangsystems bereit, die zum Koordinieren des Betriebs des ECM23 , des TCM17 , des TPIM19 und des BPCM21 dient. Das HCP5 erzeugt auf der Grundlage verschiedener Eingangssignale von der UI13 und dem Antriebsstrang einschließlich des Batteriepacks verschiedene Befehle einschließlich: einer Betreiberdrehmomentanforderungsabgabe ('TO_REQ'-Abgabe) an den Endantrieb90 , des Maschinenantriebsdrehmoments TI, eines Kupplungsdrehmoments ('TCL_N') für die N verschiedenen Drehmomentübertragungskupplungen C1, C2, C3, C4 des Getriebes10 ; und Motordrehmomenten TA und TB für MG-A und MG_B. Das TCM17 ist funktional mit dem elektrohydraulischen Steuerkreis42 verbunden, einschließlich der Überwachung verschiedener Druckerfassungsvorrichtungen (nicht gezeigt) und dem Erzeugen und Ausführen von Steuersignalen für verschiedene Elektromagnete zum Steuern darin enthaltener Druckwächter und Steuerventile. - Das ECM
23 ist funktional mit der Maschine14 verbunden und wirkt so, dass es über mehrere diskrete Leitungen, die gemeinsam als Leitungsgruppe35 gezeigt sind, Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern der Maschine14 steuert. Das ECM23 empfängt von dem HCP5 den Maschinenantriebsdrehmomentbefehl und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment und eine Angabe des tatsächlichen Maschinenantriebsdrehmoments TI an das Getriebe, die an das HCP5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM23 allgemein mit einer doppelt gerichteten Schnittstelle mit der Maschine14 über die Leitungsgruppe35 gezeigt. Verschiedene weitere Parameter, die durch das ECM23 erfasst werden können, enthalten die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl NE zur Welle12 , die in die Getriebeantriebsdrehzahl NI übersetzt wird, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Stellglieder, die durch das ECM23 gesteuert werden können, enthalten Kraftstoffeinspritzdüsen, Zündungsmodule und Drosselsteuermodule. - Das TCM
17 ist funktional mit dem Getriebe10 verbunden und wirkt so, dass es Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst und Befehlssignale an das Getriebe liefert. Eingaben von dem TCM17 in das HCP5 enthalten die geschätzten Kupplungsdrehmomente (TCL_EST_N) für jede der N Kupplungen, d. h. C1, C2, C3 und C4, und die Drehzahl NO der Abtriebswelle64 . Es können weitere Stellglieder und Sensoren verwendet werden, um für Steuerzwecke zusätzliche Informationen von dem TCM an das HCP zu liefern. Das TCM17 überwacht Eingaben von Druckwächtern und betätigt wahlweise Drucksteuer-Elektromagnete und Schaltelektromagnete zum Betätigen verschiedener Kupplungen, um verschiedene wie im Folgenden beschriebene Getriebebetriebsmodi zu erreichen. - Das BPCM
21 ist signalisierend mit einem oder mit mehreren Sensoren verbunden, die zum Überwachen von Parametern des elektrischen Stroms oder der elektrischen Spannung der ESD74 betreibbar sind, um Informationen über den Zustand der Batterien an das HCP5 zu liefern. Solche Informationen enthalten den Batterieladezustand, die Batteriespannung und die verfügbare Batterieleistung, die als ein Bereich PBAT_MIN bis PBAT_MAX bezeichnet ist. - Jedes der oben erwähnten Steuermodule ist vorzugsweise ein Universaldigitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, Speichermedien, die Nur-Lese-Speicher (ROM), Schreib-Lese-Speicher (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) umfassen, einen schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-(A/D-) und eine Digital/Analog-(D/A-)Schaltungsanordnung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Signalpufferschaltungsanordnung umfasst. Jedes Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die im ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des oben erwähnten LAN
6 ausgeführt. - Die Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Steuermodule werden üblicherweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, sodass jeder Algorithmus in jedem Schleifenzyklus wenigstens einmal ausgeführt wird. Die in den nichtflüchtigen Speichervorrichtungen gespeicherten Algorithmen werden von einer der Zentraleinheiten ausgeführt und sind zum Überwachen von Eingaben von den Erfassungsvorrichtungen und zum Ausführen von Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs der jeweiligen Vorrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen betreibbar. Die Schleifenzyklen werden während des andauernden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs üblicherweise in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, ausgeführt. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
- Das beispielhafte kombiniert-leistungsverzweigte elektromechanische Zweifachmodusgetriebe arbeitet in einem von mehreren Betriebsbereichszuständen, die den Festgangbetrieb und den stufenlosen Betrieb umfassen, die anhand von
1 und der folgenden Tabelle 1 beschrieben sind. Tabelle 1Getriebebetriebsbereichszustand ('Op_range') Betätigte Kupplungen Modus I – Maschine aus (M1_Eng_Off) C1 70 Modus I – Maschine ein (M1_Eng_On) C1 70 Festes Verhältnis 1 (GR1) C1 70 C4 75 Festes Verhältnis 2 (GR2) C1 70 C2 62 Modus II – Maschine aus (M2_Eng_Off) C2 62 C2 62 Modus II – Maschine ein (M2_Eng_On) C2 62 C2 62 Festes Verhältnis 3 (GR3) C2 62 C4 75 Festes Verhältnis 4 (GR4) C2 62 C3 73 - Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsbereichszustände geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 für jeden der Betriebsbereichzustände eingerückt oder betätigt sind. Ein erster Modus, d. h. Modus I, ist ausgewählt, wenn die Kupplung C1
70 betätigt ist, um das Außenzahnradelement des dritten Planetenzahnradsatzes28 zu ”erden”. Die Maschine14 kann entweder ein oder aus sein. Ein zweiter Modus, d. h. Modus II, ist ausgewählt, wenn die Kupplung C170 gelöst ist und die Kupplung C262 gleichzeitig betätigt ist, um die Welle60 mit dem Träger des dritten Planetenzahnradsatzes28 zu verbinden. Die Maschine14 kann wiederum ein oder aus sein. Für diese Beschreibung ist Maschine aus dadurch definiert, dass die Maschinenantriebsdrehzahl NE gleich null Umdrehung pro Minute (min–1) ist, d. h., dass sich die Maschinenkurbelwelle, üblicherweise im Ergebnis dessen, dass die Maschine von dem Getriebe entkoppelt ist, nicht dreht. Weitere Faktoren außerhalb des Umfangs der Erfindung beeinflussen, wann die Elektromotoren/-generatoren56 ,72 als Motoren und Generatoren arbeiten und sind hier nicht diskutiert. - Der erste und der zweite Betriebsmodus beziehen sich auf Umstände, unter denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d. h. entweder durch die Kupplung C1
62 oder durch die Kupplung C270 , und durch die gesteuerte Drehzahl und durch das gesteuerte Drehmoment der Elektromotoren/-generatoren56 und72 gesteuert werden, was als ein stufenloser Getriebemodus bezeichnet werden kann. Im Folgenden werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, in denen durch Einrücken einer zusätzlichen Kupplung feste Übersetzungsverhältnisse erzielt werden. Wie in der obigen Tabelle gezeigt ist, kann diese zusätzliche Kupplung die Kupplung C373 oder C475 sein. Wenn die zusätzliche Kupplung eingerückt wird, wird ein Betrieb mit festem Verhältnis der Antriebs- zur Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d. h. NI/NO, erzielt. Die Drehungen der Motoren/Generatoren MG-A und MG-B56 ,72 hängen von der inneren Drehung des Mechanismus ab, wie sie durch die Kupplungsbetätigung definiert ist und proportional zu der bei der Welle12 gemessenen Antriebsdrehzahl ist. - Das Überwachungs-HCP-Steuermodul
5 und eines oder mehrere der anderen Steuermodule bestimmen in Ansprechen auf eine Aktion des Betreibers, wie sie durch die UI13 erfasst wird, die Betreiberdrehmomentanforderung TO_REQ, die bei der Welle64 ausgeführt werden soll. Die endgültige Fahrzeugbeschleunigung wird durch weitere Faktoren einschließlich z. B. Norm-Fahrwiderstand, Straßenqualität und Fahrzeugmasse beeinflusst. Der Betriebmodus für das beispielhafte Getriebe wird auf der Grundlage einer Vielzahl von Betriebscharakteristiken des Antriebsstrangs bestimmt. Wie zuvor beschrieben wurde, enthält dies eine Betreiberanforderung für das Drehmoment, die üblicherweise über Eingaben in die UI13 übermittelt wird. Außerdem wird anhand externer Bedingungen einschließlich z. B. Straßenqualität, Straßendeckenbedingungen oder Windlast eine Anforderung für das Abtriebsdrehmoment behauptet. Der Betriebmodus kann anhand einer Antriebsstrang-Drehmomentanforderung behauptet werden, die durch einen Steuermodulbefehl zum Betreiben der Elektromotoren/-generatoren in einem Elektroenergieerzeugungsmodus oder in einem Drehmomenterzeugungsmodus hervorgerufen wird. Der Betriebsmodus kann durch einen Optimierungsalgorithmus oder durch eine Optimierungsroutine bestimmt werden, der/die zum Bestimmen der optimalen Systemeffizienz auf der Grundlage der Betreiberanforderung für Leistung, Batterieladezustand und Energieeffizienzen der Maschine14 und des MG-A und MG-B56 ,72 betreibbar ist. Das Steuersystem managt die Drehmomenteingaben von der Maschine14 und von dem MG-A und MG-B56 ,72 auf der Grundlage eines Ergebnisses der ausgeführten Optimierungsroutine, wobei eine Systemoptimierung stattfindet, um die Systemeffizienzen zu optimieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und um die Batterieladung zu managen. Darüber hinaus kann der Betrieb auf der Grundlage eines Ausfalls in einer Komponente oder in einem System bestimmt werden. Wie im Folgenden beschrieben ist, überwacht das HCP5 die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und bestimmt die Abgabe des Getriebes, die erforderlich ist, um die gewünschte Drehmomentabgabe zu erreichen. Das Getriebe10 arbeitet unter der Anweisung des HCP5 über einem Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Betreiberanforderung zu erfüllen. - Die beispielhafte Maschine
14 umfasst eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die wahlweise in mehreren Zuständen betreibbar ist, um über die Welle12 ein Drehmoment an das Getriebe zu übertragen, und kann entweder ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein. Die beispielhaften Maschinenzustände umfassen den normalen Maschinenbetrieb ('ALL_CYL'), den Maschinenbetrieb mit deaktivierten Zylindern ('DEACT'), die Maschinen-Kraftstoffabschaltung ('FCO') und die Maschinen-Kraftstoffabschaltung mit Zylinderdeaktivierung ('FCO_DEACT'). Im normalen Maschinenbetrieb werden alle Maschinenzylinder mit Kraftstoff beaufschlagt und gezündet. In dem Zylinderdeaktivierungszustand sind üblicherweise die Hälfte der Zylinder, z. B. eine Bank einer V-konfigurierten Maschine, deaktiviert. Üblicherweise wird eine Bank von Zylindern dadurch deaktiviert, dass die Kraftstoffförderung dazu unterbrochen wird und wahlweise Abgasventile offen gelassen werden, um die Maschinenpumpverluste zu verringern. In dem Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand ist die Kraftstoffförderung zu allen Zylindern unterbrochen. In dem Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand mit Zylinderdeaktivierungszustand ist die Kraftstoffförderung zu allen Zylindern unterbrochen und ist eine Bank der Zylinder deaktiviert, um Pumpverluste zu verringern. - Wieder anhand von
3 –7 wird anhand des in1 und2 beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystems eine ausführlichere Beschreibung der Steuerung des Betriebs des Hybridantriebsstrangs beschrieben. Anhand von3 umfassen das hier beschriebene Verfahren und System einen Aspekt der Antriebsstrangsteuerungsoptimierung, bei dem die Drehmomentabgaben vom MG-A und vom MG-B auf der Grundlage der Betreiberdrehmomentanforderung TO_REQ, der Antriebsdrehzahl NI und der Abtriebsdrehzahl NO bestimmt werden. Die strategische Steuerungsoptimierung enthält eine strategische Steuerung110 , eine Schaltungsausführung und -steuerung120 , eine Motordrehmomentbestimmung140 und eine taktische Steuerung130 . Die Ausgabe der taktischen Steuerung130 enthält das angewiesene oder angeforderte Maschinenantriebsdrehmoment TI_CMD, das in das ECM23 eingegeben wird, und einen gewünschten Maschinenzustand Engine_StateDES. Das ECM23 bestimmt einen Parameterwert für das Maschinenantriebsdrehmoment TI und gibt ihn zur Eingabe in den Motordrehmomentbestimmungsblock (Block140 ) aus. Weitere Aspekte der Gesamtarchitektur für die Optimierung und Steuerung des beispielhaften Antriebsstrangs sind in der US-Patentanmeldung US 2008/0 120 000 A1 beschrieben, die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist und nicht beschrieben zu werden braucht. - Nunmehr anhand von
4 enthält das taktische Steuerverfahren das Überwachen der Abgabe des Getriebes, üblicherweise NO. Die taktische Steuerung130 wird ausgeführt, um, vorzugsweise während jedes 25-ms-Schleifenzyklus, das angewiesene (oder gewünschte) Maschinenantriebsdrehmoment TI_CMD von der Brennkraftmaschine und den gewünschten Maschinenzustand Engine_StateDES zu bestimmen, die jeweils an das ECM23 zur Ausführung darin ausgegeben werden. Schlüsseleingaben in die taktische Steuerung130 umfassen vorzugsweise die Getriebeabtriebsdrehzahl NO, die Maschinenantriebsdrehzahl NI, den gegenwärtigen Maschinenzustand ('Engine_State') und die Maschinenzustandszulässigkeit ('Eng_State_Allow') von dem ECM23 , die Betreiberdrehmomentanforderung TO_REQ und den gegenwärtigen tatsächlichen Betriebsbereichszustand ('Op_Range') des Getriebes, wie zuvor in Block120 bestimmt. Das gewünschte oder angewiesene Maschinenantriebsdrehmoment von der Brennkraftmaschine TI_CMD wird zur Ausführung darin an das ECM23 übermittelt. Die oben erwähnten Eingaben in die taktische Steuerung130 werden in einen taktischen Manager220 eingegeben, der Ausgaben an einem taktischen Systembeschränkungsblock240 und an einen taktischen Optimierungsblock260 erzeugt. Die Ausgabe der taktischen Systembeschränkungen240 wird außerdem in die taktische Optimierung260 eingegeben. Die Ausgaben der taktischen Optimierung260 werden in die Maschinenzustandsstabilisierung und -entscheidung280 eingegeben, deren Ausgabe den Maschinenantriebsdrehmomentbefehl TI_CMD und den gewünschten Maschinenzustand Engine_StateDES umfasst. - Nunmehr anhand von
5 umfassen die Eingaben in den taktischen Manager220 die Originalbetreibereingaben in die UI13 , z. B. Betreibereingaben in das Fahrpedal und in das Bremspedal. Es werden Kostenstrukturinformationen übermittelt, die Kosten umfassen, die dem Betrieb der Maschine unter spezifischen Betriebsbedingungen zugeordnet sind, die wie im Folgenden beschrieben berechnet werden. Die taktischen Originaleingaben in den taktischen Manager220 umfassen gegenwärtige tatsächliche Parameterdaten für den Getriebebetriebsbereichzustand (”Op_range'), NI, NO und die Betreiberdrehmomentanforderung TO_REQ, die Maschinenzustandszulässigkeit und Beschränkungen an die Leistungsabgabe von der ESD74 , d. h. PBAT_MIN, PBAT_MAX. Die Ausgaben des taktischen Managers220 enthalten Kostenstruktureingaben in den taktischen Optimierungsblock260 und taktische Eingaben der gegenwärtigen tatsächlichen Parameterdaten für den Betriebsbereichszustand (”Op_range”), NI, NO, und die Betreiberdrehmomentanforderung TO_REQ, für die Eingabe sowohl in den Systembeschränkungsblock240 als auch in den taktischen Optimierungsblock260 . - Nunmehr anhand von
6 und7 werden die tatsächlichen Parameterdaten für Op_range, NI, NO und TO_REQ und die Batterieleistungsbeschränkungen PBAT_MIN und PBAT_MAX in die Drehmomentbeschränkungen (Block230 ) eingegeben, um Beschränkungen an das Abtriebsdrehmoment TO des Systems zu bestimmen. Das Drehmomentbeschränkungssegment230 auf der Grundlage der Eingabe bestimmt das maximale und das minimale Maschinenantriebsdrehmoment für den Betrieb in jedem der Maschinenzustände. Die Maschinenantriebsdrehmomente für die Betriebszustände sind als normaler Zustand (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL); als Zylinderdeaktivierungszustand (TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT); als der Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand (TI_FCO); und als Maschinen-Kraftstoffabschaltungs- und Zylinderdeaktivierungszustand (TI_FCO_DEACT) bezeichnet. Diese Informationen werden an die taktischen Systembeschränkungen240 und an die taktische Optimierung260 übermittelt. Die taktischen Systembeschränkungen240 empfangen außerdem die tatsächlichen Parameterdaten für Op_range, NI, NO und TO_REQ und die Batterieleistungsbeschränkungen PBAT_MIN und PBAT_MAX als Eingaben. Die taktischen Systembeschränkungen (Block240 ) verwenden die Eingaben, um für jede Maschinenbetriebsbedingung den maximalen und den minimalen Maschinenantriebsdrehmomentwert zu bestimmen. - Die verschiedenen Maschinenantriebsdrehmomentparameter oder -bereiche werden zusammen mit dem TO_REQ und den Kostenstruktureingaben vom Block
220 an die taktische Optimierung260 ausgegeben, wobei sie entlang der Leitungen242 ,244 ,246 ,248 gezeigt sind. In der taktischen Optimierung260 werden auf der Grundlage der Eingaben, die den normalen Betrieb (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL), den Zylinderdeaktivierungszustand (TI_MIN_DEACT ' TI_MAX_DEACT) enthalten, die optimalen Arbeitspunkte und die zugeordneten Kosten für den Betrieb der Maschine in jedem Betriebszustand bestimmt. Für den Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand (TI_FCO) und für den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Zylinderdeaktivierungszustand (TI_FCO_DEACT) gibt es eine Bewertung der Systembetriebskosten auf der Grundlage des Maschinenantriebsdrehmoments, üblicherweise von dem ECM, der Betreiberdrehmomentanforderung und der Kostenstruktureingaben. Somit wird die Eingabe von242 in den Block262 für die Optimierung des normalen Maschinenzustands eingegeben, wird die Eingabe von244 in den Block264 für die Optimierung des Maschinenzustands mit deaktivierten Zylindern eingegeben, wird die Eingabe von246 in den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Bewertungsblock266 eingegeben und wird die Eingabe von248 in den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs- und -Deaktivierungsbewertungsblock268 eingegeben. - Ein optimaler Arbeitspunkt umfasst vorzugsweise einen innerhalb des Bereichs von Drehmomentwerten für jeden Maschinenzustand erreichbaren Arbeitspunkt, der minimale Betriebskosten verbraucht, wobei er in dem anhand von
8A –8D gezeigten Segment260 bestimmt wird. Die Ausgaben des Optimierungssegments260 werden in das Maschinenzustandsstabilisierungs- und -entscheidungssegment280 eingegeben. In dem Maschinenzustandsstabilisierungs- und -entscheidungssegment280 wird einer der von der taktischen Optimierung260 eingegebenen Maschinenzustände auf der Grundlage der berechneten Kosten und weiterer Faktoren in Bezug auf die Maschine, den Antriebsstrang und die Fahrzeughaltbarkeit und -stabilität als ein bevorzugter Maschinenzustand ausgewählt. In der Maschinenstabilisierung und -entscheidung (Block280 ) werden ein optimaler Arbeitspunkt TI_CMD und Betriebszustand (Engine_StateDES) bestimmt und nachfolgend während des bevorstehenden Schleifenzyklus ausgeführt. Üblicherweise ist der ausgewählte Maschinenzustand der Betriebszustand mit minimalen Kosten. - Nunmehr anhand von
8A ,8B ,8C und8D wird nun die Bestimmung des optimalen erreichbaren Arbeitspunkts beschrieben, der für jeden der Maschinenzustände minimale Betriebskosten aufwendet. Anhand von8A wird der Bereich zulässiger Maschinenantriebsdrehmomentwerte zu dem Getriebe für den normalen Maschinenbetrieb, der das minimale und das maximale Maschinenantriebsdrehmoment TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL umfasst, vom Segment242 in das Segment360 für den Block262 eingegeben. Der Block360 umfasst eine eindimensionale Suchmaschine (”1D-Suchmaschine”), die innerhalb des Bereichs zulässiger Maschinenantriebsdrehmomente iterativ einen Parameterwert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI]j für die Ausführung in einer Iterationsschleife366 erzeugt. Der Index ”j” bezieht sich auf eine spezifische Iteration und sein Wert liegt im Bereich von 1 bis n. Die Menge der Iterationen n kann durch irgendeines einer Anzahl von Verfahren, entweder intern zu der Suchmaschine oder als Teil des Gesamtverfahrens, erzeugt werden. Die zulässigen Maschinenantriebsdrehmomente umfassen praktische Beschränkungen, die der spezifischen Maschinenausführungsform zugeordnet sind, und beruhen auf Betriebscharakteristiken der spezifischen verwendeten Maschine mit Grenzwerten in Bezug auf Verbrennungsstabilität und Kraftstoffabschaltung. - Der Parameterwert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI]j wird in eine Systemgleichung
362 eingegeben. Die Systemgleichung umfasst eine eindimensionale Optimierungsgleichung, aus der ein optimaler Parameterwert für das Motordrehmoment TA bestimmt wird. Ein Parameterwert für das Motordrehmoment TB wird auf der Grundlage des bestimmten optimalen Parameterwerts für das Motordrehmoment TA bestimmt, wenn das Getriebe in einem der Festgangbetriebsmodi arbeitet. Die Motordrehmomente TA und TB und das Maschinenantriebsdrehmoment TI werden in eine Kostenfunktion364 eingegeben, die die Kosten (PCOST)j für den Betrieb des beispielhaften Antriebsstrangs zum Erreichen der spezifischen Parametermaschinenantriebsdrehmomente berechnet. Die in jeder Iteration bestimmten Kosten werden zurückgegeben und erfasst oder in der Suchmaschine360 in Abhängigkeit von den Spezifiken der Suchmaschine360 analysiert. Die Suchmaschine360 berechnet iterativ Parameterwerte für die Kosten (PCOST)j und identifiziert bevorzugte Kosten, was in dieser Ausführungsform minimale Kosten für alle iterativ berechneten Parameterwerte umfasst. Die bevorzugten Kosten und der entsprechende Wert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI_ALL_CYL, PCOST]PREF werden an den Block280 ausgegeben. - Die eindimensionale Suchmaschine
360 umfasst irgendeines von mehreren bekannten Verfahren, das als ein Algorithmus in einem der Steuermodule ausgeführt wird, das funktional ist, um Parameterwerte für TI innerhalb der Bereiche zulässiger Werte zu erzeugen, um die Parameterwerte [TI]j an die Iterationsschleife366 auszugeben, um korrelierte Kosten (PCOST)j zu bestimmen und um die Resultierende, d. h. [TI, PCOST]j, in der Suchmaschine360 zu bewerten. Die Suchmaschine bestimmt durch Vergleich der Resultierenden aus jeder Iteration mit einer zuvor bestimmten Resultierenden eine bevorzugte Resultierende, d. h. [TI, PCOST]PREF. Wenn die bevorzugte Resultierende einen Minimalwert für die korrelierten Kosten umfasst, wählt die Maschine360 unter der Resultierenden und der zuvor bestimmten Resultierenden den kleineren Wert aus und erfasst und speichert ihn. Wenn die Suchmaschine die Suche über den Bereich von Parameterwerten für TI ausgeführt hat, umfasst die endgültig erfasste Resultierende die bevorzugte Resultierende [TI, PCOST]PREF, die daraufhin an den Block280 ausgegeben wird. Beispielhaft erzeugt eine solche Suchmaschine iterativ Eingaben über den Gesamtbereich zulässiger Maschinenantriebsdrehmomente TI_MIN bis TI_MAX. Beispielhaft umfasst eine weitere Suchmaschine einen heuristischen Abtastsuchprozess, in dem auf der Grundlage der zuvor bestimmten Parameterwerte für TI und PCOST ein Parameterwert für TI zur Eingabe in die Systemgleichung (Block362 ) bestimmt wird. Das eindimensionale Suchverfahren löst die Optimierungsprobleme, nach dem Wert der Zielfunktion, d. h. nach der Ausgabe der Kostenfunktion, zu suchen, der/die niedriger als der Wert des gegenwärtigen Punkts ist. Es liegt unabhängig von der genutzten Suchmaschine als ein Algorithmus zur Ausführung während des andauernden Betriebs des Fahrzeugs in einem der Steuermodule. - Anhand von
8B wird ähnlich8A der Bereich zulässiger Maschinenantriebsdrehmomentwerte zu dem Getriebe für den Zylinderdeaktivierungsbetrieb, der das minimale und das maximale Maschinenantriebsdrehmoment TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT umfasst, vom Segment244 in das Segment360 für den Block264 eingegeben. Der Block360 umfasst wieder eine eindimensionale Suchmaschine (”1D-Suchmaschine”), die innerhalb des Bereichs zulässiger Maschinenantriebsdrehmomente iterativ einen Parameterwert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI]j zur Ausführung in der Iterationsschleife366 erzeugt. Der Parameterwert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI]j wird in die Systemgleichung362 eingegeben, die eine eindimensionale Optimierungsgleichung umfasst, aus der Parameterwerte für die Motordrehmomente TA und TB bestimmt werden, wenn das Getriebe in einem der Festgangbetriebsmodi arbeitet. TA und TB und das Maschinenantriebsdrehmoment TI werden in die Kostenfunktion364 eingegeben, die die Kosten (PCOST)j berechnet. Die Suchmaschine360 berechnet iterativ Parameterwerte für die Kosten (PCOST)j und identifiziert bevorzugte Kosten, die in dieser Ausführungsform Minimalkosten für alle iterativ berechneten Parameterwerte umfassen. Die bevorzugten Kosten und der entsprechende Wert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI_DEACT, PCOST]PREF werden an den Block280 ausgegeben. - Nunmehr anhand von
8C wird das Maschinenantriebsdrehmoment für die Maschinen-Kraftstoffabschaltung TI_FCO vom Segment246 eingegeben und im Block266 bewertet. Der Parameterwert für das Maschinenantriebsdrehmoment TI_FCO wird in die Systemgleichung362 eingegeben, die die eindimensionale Optimierungsgleichung umfasst, aus der die Parameterwerte für die Motordrehmomente TA und TB bestimmt werden, wenn das Getriebe in einem der Festgangbetriebsmodi arbeitet. TA und TB und das Maschinenantriebsdrehmoment TI_FCO werden in die Kostenfunktion364 eingegeben, die die Kosten PCOST berechnet. Die bevorzugten Kosten und ein entsprechender Wert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI_FCO, PCOST]PREF werden an den Block280 ausgegeben. - Nunmehr anhand von
8D wird das Maschinenantriebsdrehmoment für den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Zylinderdeaktivierungsbetrieb TI_FCO_DEACT vom Segment248 eingegeben und im Block268 bewertet. Der Parameterwert für das Maschinenantriebselement TI_FCO wird in die Systemgleichung362 eingegeben, die die eindimensionale Optimierungsgleichung umfasst, aus der Parameterwerte für die Motordrehmomente TA und TB bestimmt werden, wenn das Getriebe in einem der Festgangbetriebsmodi arbeitet. TA und TB und das Maschinenantriebsdrehmoment TI_FCO_DEACT werden in die Kostenfunktion364 eingegeben, die die Kosten PCOST berechnet. Die bevorzugten Kosten und der entsprechende Wert für das Maschinenantriebsdrehmoment [TI_FCO_DEACT ' PCOST]PREF werden an den Block280 ausgegeben. - Nunmehr anhand von
9 wird nun die Maschinenzustandsentscheidung (Block280 ) beschrieben, deren Ergebnis das Bestimmen des gewünschten Maschinenzustands und des gewünschten oder angewiesenen Maschinenantriebsdrehmoments umfasst. In dieser Erfindung wird das an das Getriebe14 übertragbare Maschinenantriebsdrehmoment für die Maschinenzustände bestimmt, die wahlweise in den Allzylinderbetrieb, d. h. den normalen Zustand und den Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand, und in den Zylinderdeaktivierungsbetrieb, d. h. den Deaktivierungszustand und den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Deaktivierungszustand, segmentiert sind. Die Kosten für den Betrieb der Maschine und des Hybridgetriebes in den Maschinenzuständen, um die Betreiberdrehmomentanforderung im Wesentlichen zu erfüllen, werden wie anhand von8 beschrieben bestimmt. - Die Eingaben in die Maschinenzustandsentscheidung umfassen die zulässigen Maschinenzustände und die Kosten aus den Optimierungen und Bewertungen aus Block
260 einschließlich PCOST(ALL_CYL) aus262 , PCOST(DEACT) aus264 , PCOST(FCO) aus266 und PCOST(FCO_DEACT) aus268 . Der gegenwärtige tatsächliche Maschinenzustand wird durch Block270 bewertet, der die Kosten bewertet und beurteilt, die jeder Änderung des Maschinenzustands, die in Block280 eingegeben wird, zugeordnet ist. Die jeweiligen Kosten PCOST(ALL_CYL), PCOST(DEACT), PCOST(FCO) und PCOST(FCO_DEACT) werden auf der Grundlage der Ausgabe vom Block270 gegeneinander versetzt, und die zulässigen Zustände werden bewertet, um einen gewünschten Maschinenzustand (Engine_StateDES) und ein Maschinenantriebsdrehmoment (TI_CMD) für den Betrieb des Antriebsstrangs zu identifizieren, der die Kosten minimiert. - In dieser Bewertung werden die Kosten PCOST(ALL_CYL) und PCOST(FCO) verglichen, um einen bevorzugten Betrieb, bei dem alle Zylinder aktiviert sind, zu identifizieren. Ähnlich werden die Kosten PCOST(DEACT) und PCOST(FCO_DEACT) verglichen, um einen bevorzugten Betrieb mit deaktivierten Zylindern identifizieren. Der bevorzugte Allzylinderbetrieb wird daraufhin mit dem bevorzugten Zylinderdeaktivierungsbetrieb verglichen, um auf der Grundlage der Kosten den bevorzugten Betrieb zu bestimmen. Das Steuersystem weist den Betrieb des Maschinenzustands auf der Grundlage der Kosten auf den Allzylinderbetrieb oder auf den Zylinderdeaktivierungsbetrieb an.
Claims (22)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (
14 ), die so ausgelegt ist, dass sie ein Drehmoment an ein Hybridgetriebe (10 ) überträgt, wobei das Verfahren umfasst: (A) Bestimmen von Bereichen (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) des Maschinenantriebsdrehmoments (T1), das an das Hybridgetriebe (10 ) übertragbar ist, für mehrere Maschinenzustände, wobei die Maschinenzustände einen Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfassen; (B) Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (14 ) und des Hybridgetriebes (10 ) in den Maschinenzuständen, um eine Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, unter Berücksichtigung der bestimmten Bereiche des Maschinenantriebsdrehmoments (TI); und (C) Steuern des Maschinenzustands auf den Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) oder auf den Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) auf der Grundlage der Betriebskosten (PCOST). - Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen der Bereiche (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) des Maschinenantriebsdrehmoments (TI), das an das Hybridgetriebe (
10 ) übertragbar ist, für mehrere Maschinenzustände, wobei die Maschinenzustände einen Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfassen, ferner das Bestimmen des Maschinenantriebsdrehmoments (TI), das an das Hybridgetriebe (10 ) übertragbar ist, für einen normalen Maschinenzustand (ALL_CYL) und für einen Zylinderdeaktivierungszustand (DEACT) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (
14 ) und des Hybridgetriebes (10 ) in den Maschinenzuständen, um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, das Bestimmen minimaler Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und eines zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI), um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) bei den minimalen Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) zu erfüllen, für den normalen Maschinenzustand (ALL_CYL) und für den Zylinderdeaktivierungszustand (DEACT) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Bestimmen der minimalen Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und des zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI) das Ausführen einer eindimensionalen Suche über den Bereich (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) von Maschinenantriebsdrehmomenten (TI) umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die eindimensionale Suche das iterative Auswählen von Parameterwerten für das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) über den Bereich (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) von Maschinenantriebsdrehmomenten (TI) und das Ausführen einer Systemgleichung (
362 ) und einer Kostenfunktion (364 ) für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 5, das ferner das Steuern des Maschinenzustands auf den normalen Zustand (ALL_CYL) oder auf den Zylinderdeaktivierungszustand (DEACT) auf der Grundlage der Betriebskosten (PCOST) umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen des Maschinenantriebsdrehmoments (TI), das an das Hybridgetriebe (
10 ) übertragbar ist, für einen Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand (FCO) und für einen Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Zylinderdeaktivierungszustand (FCO_DEACT) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (
14 ) und des Hybridgetriebes (10 ) in den Maschinenzuständen, um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, das Bewerten von Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und eines zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI), um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, umfasst. - Verfahren nach Anspruch 8, das das Ausführen einer Systemgleichung (
362 ) und einer Kostenfunktion (364 ) für ein Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Maschinenantriebsdrehmoment und das Ausführen der Systemgleichung (362 ) und der Kostenfunktion (364 ) für ein Maschinenantriebsdrehmoment (TI) für den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Zylinderdeaktivierungszustand (FCO_DEACT) zum Bestimmen der Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Steuern des Maschinenzustands auf den Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand (FCO) oder auf den Maschinen-Kraftstoffabschaltungs-Zylinderdeaktivierungszustand (FCO_DEACT) auf der Grundlage der Systembetriebskosten (PCOST) beim Maschinen-Kraftstoffabschaltungsbetrieb (FCO) umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Maschinenantriebsdrehmoment (TI), das für jeden der Maschinenzustände an das Hybridgetriebe (
10 ) übertragbar ist, auf der Grundlage der Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ), der Maschinenbetriebsbedingungen und der Maschinenbetriebsbeschränkungen bestimmbar ist. - Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen des an das Hybridgetriebe (
10 ) übertragbaren Maschinenantriebsdrehmoments (TI) für jeden von mehreren Maschinenzuständen auf der Grundlage eines gegenwärtigen Betriebsbereichs des Hybridgetriebes (10 ) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der gegenwärtige Betriebsbereich des Hybridgetriebes (
10 ) einen von mehreren Festgangmodi und zwei stufenlosen Modi umfasst. - Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Maschinenzustände einen normalen Maschinenbetriebszustand (ALL_CYL), einen Zylinderdeaktivierungszustand (DEACT), einen Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand (FCO) und einen Maschinen-Kraftstoffabschaltungszustand (FCO_DEACT) mit Zylinderdeaktivierung umfassen.
- Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs, wobei der Hybridantriebsstrang eine Brennkraftmaschine (
14 ), ein Energiespeichersystem (74 ), einen Elektromotor/-generator (56 ,72 ) und ein elektromechanisches Getriebe (10 ) umfasst, wobei das Energiespeichersystem (74 ) und der Elektromotor/-generator (56 ,72 ) elektrisch funktional für den Leistungsfluss dazwischen gekoppelt sind; und wobei die Maschine (14 ), der Elektromotor/-generator (56 ,72 ) und das elektromechanische Getriebe (10 ) zum Übertragen von Leistung dazwischen mechanisch funktional gekoppelt sind, um ein Drehmoment (TI) an einen Ausgang zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen zulässiger Maschinenzustände und einer Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ); Bestimmen von Bereichen (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) des Maschinenantriebsdrehmoments (TI), das an das elektromechanische Getriebe (10 ) übertragbar ist, für die Maschinenzustände, die einen Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfassen; Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (14 ) und des elektromechanischen Getriebes (10 ) in den Maschinenzuständen, um eine Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, unter Berücksichtigung der bestimmten Bereiche des Maschinenantriebsdrehmoments (TI); und Steuern des Maschinenzustands auf einen der Maschinenzustände, die einen Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfassen, auf der Grundlage der Betriebskosten (PCOST). - Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) für jeden Maschinenzustand auf der Grundlage einer Maschinenantriebsdrehzahl (Nr) zu dem Getriebe (
10 ), einer Getriebeabtriebsdrehzahl (NO), eines gegenwärtigen Betriebsbereichszustands des Getriebes (10 ), einer Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) und der verfügbaren Leistung des elektrischen Energiespeichersystems (74 ), das funktional mit dem Elektromotor/-generator (56 ,72 ) verbunden ist, bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (
14 ) und des elektromechanischen Getriebes in den Maschinenzuständen, um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, das Bestimmen minimaler Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und eines zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI), um die Betreiberdrehmomentanforderung bei den minimalen Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) zu erfüllen, für den Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und für den Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfasst. - Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Bestimmen der minimalen Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und des zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI) das Ausführen einer eindimensionalen Suche umfasst, wobei Parameterwerte für das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) über den Bereich der Maschinenantriebsdrehmomente (TI) iterativ ausgewählt werden und wobei für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) eine Systemgleichung (
362 ) und eine Kostenfunktion (364 ) ausgeführt werden. - Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Ausführen eines Verfahrens zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (
14 ), die so ausgelegt ist, dass sie ein Drehmoment (TI) an ein Hybridgetriebe (10 ) überträgt, wobei das Programm umfasst: Code zum Bestimmen von Bereichen (TI_MIN_ALL_CYL, TI_MAX_ALL_CYL; TI_MIN_DEACT, TI_MAX_DEACT) des Maschinenantriebsdrehmoments (TI), das an das Hybridgetriebe (10 ) übertragbar ist, für mehrere Maschinenzustände, wobei die Maschinenzustände einen Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) und einen Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) umfassen; Code zum Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (14 ) und des Hybridgetriebes (10 ) in den Maschinenzuständen, um eine Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, unter Berücksichtigung der bestimmten Bereiche des Maschinenantriebsdrehmoments (TI); und Code zum Steuern des Maschinenzustands auf den Allzylinderbetrieb (ALL_CYL) oder auf den Zylinderdeaktivierungsbetrieb (DEACT) auf der Grundlage der Betriebskosten (PCOST). - Speichermedium nach Anspruch 19, bei dem der Code zum Bestimmen der Betriebskosten (PCOST) für das Betreiben der Maschine (
14 ) und des elektromechanischen Getriebes (10 ) in den Maschinenzuständen, um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) zu erfüllen, einen Code zum Bestimmen minimaler Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und eines zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI), um die Betreiberdrehmomentanforderung (TO_REQ) bei den minimalen Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) zu erfüllen, für den Allzylinderzustand (ALL_CYL) beim normalen Maschinenbetrieb und für den Zylinderdeaktivierungszustand (DEACT) beim Allzylindermaschinenbetrieb (ALL_CYL) umfasst. - Speichermedium nach Anspruch 20, bei dem der Code zum Bestimmen der minimalen Antriebsstrangsystem-Betriebskosten (PCOST) und des zugeordneten Maschinenantriebsdrehmoments (TI) das Ausführen einer eindimensionalen Suche umfasst, wobei Parameterwerte für das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) über den Bereich der Maschinenantriebsdrehmomente (TI) iterativ ausgewählt werden und wobei für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Maschinenantriebsdrehmoment (TI) eine Systemgleichung (
362 ) und eine Kostenfunktion (364 ) ausgeführt werden. - Speichermedium nach Anspruch 19, wobei das Programm ferner einen Code zum Ausführen einer Maschinen-Start/Stopp-Operation zum Erreichen des bevorzugten Maschinenzustands umfasst.
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