DE102010008786A1 - Multimodus-Hybridgetriebe und Verfahren zum Ausführen eines quasiasynchronen Schaltens in einem Hybridgetriebe - Google Patents

Multimodus-Hybridgetriebe und Verfahren zum Ausführen eines quasiasynchronen Schaltens in einem Hybridgetriebe Download PDF

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Abstract

Es werden hier verbesserte Verfahren zum Ausführen eines quasiasynchronen Kupplung-zu-Kupplung-Schaltens in einem Hybridgetriebe und ein Hybridgetriebe, das diese verwendet, angegeben. Das Verfahren enthält: Vorfüllen der herankommenden Kupplung; Bestimmen, ob das Schalten unter Verwendung der herankommenden oder der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird; Rutschen zuerst der weggehenden Kupplung, falls der Schaltbetrieb die weggehende Kupplung verwendet; Bestimmen eines Schlupfdrehzahl- und eines Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung; Bestimmen, ob die herankommende Kupplung gefüllt ist und ob das Vorzeichen des Schlupfs richtig ist; falls die weggehende Kupplung verwendet wird, Verriegeln der herankommenden Kupplung und Entleeren der weggehenden Kupplung, falls die herankommende Kupplung gefüllt ist und das Vorzeichen des Schlupfs richtig ist; falls die herankommende Kupplung verwendet wird, Bestimmen, ob der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als ein Schlupfschwellenwert ist, und Entleeren der weggehenden Kupplung, falls die herankommende Kupplung gefüllt ist und das Vorzeichen des Schlupfs richtig ist; und Verriegeln der herankommenden Kupplung, falls der Schlupf kleiner als der Schlupfschwellenwert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Hybridantriebsstränge für Kraftfahrzeuge. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf Schaltsteuerverfahren zum Regulieren des Betriebs eines Multimodus-Hybridgetriebes und auf Hybridgetriebe, die sie verwenden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die meisten herkömmlichen motorisierten Fahrzeuge wie etwa das moderne Kraftfahrzeug enthalten einen Antriebsstrang, der so arbeitet, dass er das Fahrzeug vorwärts treibt und die Bordfahrzeugelektronik mit Leistung versorgt. Der Antriebsstrang, der gelegentlich als ein ”Triebstrang” bezeichnet wird, umfasst allgemein eine Maschine, die dem Endantriebssystem des Fahrzeugs (z. B. hinteres Differential, Achse und Räder) über eine Mehrgangkraftübertragung Antriebsleistung zuführt. Herkömmlich werden Kraftfahrzeuge wegen ihrer leichten Verfügbarkeit und verhältnismäßig niedrigen Kosten, ihres niedrigen Gewichts und ihres Gesamtwirkungsgrads allein durch eine Brennkraftmaschine (ICE) vom Typ mit hin und her gehenden Kolben mit Leistung versorgt. Eine solche Maschine umfasst kompressionsgezündete 4-Takt-Dieselmaschinen und funkengezündete 4-Takt-Bezinmaschinen.
  • Andererseits nutzen Hybridfahrzeuge alternative Leistungsquellen, um das Fahrzeug vorwärts zu treiben, den Rückgriff auf die Maschine für die Leis tung zu minimieren und die gesamte Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen. Zum Beispiel enthält ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) sowohl elektrische Energie als auch chemische Energie und wandelt diese in mechanische Leistung um, um das Fahrzeug vorwärts zu treiben und um die Fahrzeugsysteme mit Leistung zu versorgen. Das HEV nutzt allgemein eine oder mehrere Elektromaschinen, die einzeln oder zusammen mit einer Brennkraftmaschine arbeiten, um das Fahrzeug vorwärts zu treiben. Da Hybridfahrzeuge ihre Leistung von anderen Quellen als von der Maschine ableiten können, können die Maschinen in Hybridfahrzeugen abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch die alternative(n) Leistungsquelle(n) vorwärts getrieben wird.
  • Reihenhybridarchitekturen, gelegentlich als Elektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite (REEVs) bezeichnet, sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine in antriebstechnischer Verbindung mit einem Elektrogenerator charakterisiert. Der Elektrogenerator führt wiederum Leistung einem oder mehreren Elektromotoren zu, die so arbeiten, dass sie die Endantriebselemente drehen. In der Tat gibt es zwischen der Maschine und den Endantriebselementen in einem Reihenhybridantriebsstrang keine direkte mechanische Verbindung. Das Fehlen einer mechanischen Verbindung zwischen der Maschine und den Rädern ermöglicht, dass die Maschine, selbst während sich die Fahrzeuggeschwindigkeit ändert, mit einer konstanten und effizienten Rate – z. B. näher dem theoretischen Grenzwert von 37% als dem normalen Durchschnitt von 20% – arbeitet. Der Elektrogenerator kann außerdem in einem Motormodus arbeiten, um eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine bereitzustellen. Dieses System kann ebenfalls ermöglichen, dass der Elektromotor (die Elektromotoren) durch ”Rückgewinnungsbremsung” Energie vom Verlangsamen des Fahrzeugs wiedergewinnt (wiedergewinnen) und sie in der Batterie speichert (speichern).
  • Parallelhybridarchitekturen sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine und durch eine oder mehrere Elektromotor/Generator-Baueinheiten charakterisiert, von denen jede eine direkte mechanische Kopplung zu der Kraftübertragung aufweist. Die meisten Parallelhybridentwürfe kombinieren einen großen Elektrogenerator und einen Motor in einer Einheit, wobei sie Vortriebsleistung bereitstellen und sowohl den herkömmlichen Startermotor als auch die Lichtmaschine ersetzen. Eine solche Parallelhybrid-Antriebsstrangarchitektur umfasst ein kombiniert-leistungsverzweigtes elektromechanisches Zweifachmodusgetriebe, das ein Antriebselement zum Empfangen von Leistung von der ICE und ein Abtriebselement zum Liefern von Leistung von dem Getriebe an die Kardanwelle nutzt. Der erste und der zweite Motor/Generator arbeiten einzeln oder gemeinsam, um die Getriebeabtriebswelle zu drehen. Die Motoren/Generatoren sind elektrisch mit einer Energiespeichervorrichtung verbunden, um zwischen der Speichervorrichtung und dem ersten und dem zweiten Motor/Generator elektrische Leistung auszutauschen. Um den Austausch elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichervorrichtung und den Motoren/Generatoren sowie den Austausch elektrischer Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator zu regulieren, wird eine Steuereinheit genutzt.
  • Elektrisch variable Getriebe (EVT) stellen kontinuierlich variable Übersetzungsverhältnisse bereit, indem sie Merkmale sowohl von Reihen- als auch von Parallelhybrid-Antriebsstrangarchitekturen kombinieren. EVTs sind mit einem direkten mechanischen Weg zwischen der Brennkraftmaschine und dem Endantrieb betreibbar und ermöglichen somit eine verhältnismäßig hohe Getriebeeffizienz und die Anwendung preiswerter, weniger voluminöser Motorhardware. EVTs sind ebenfalls mit einem Maschinenbetrieb, der mechanisch unabhängig von dem Endantrieb ist, in verschiedenen mechanisch/elektrisch verzweigten Beiträgen betreibbar und ermöglichen dadurch kontinuierlich variable Übersetzungsverhältnisse mit hohem Drehmoment, elektrisch dominierte Starts, Rückgewinnungsbremsung, Maschine-aus-Leerlauf und den Zweifachmodusbetrieb.
  • Ein EVT kann etwas verwenden, das üblicherweise als ”Differentialübersetzung” bekannt ist, um zwischen Eingang und Ausgang kontinuierlich variable Drehmoment- und Übersetzungsverhältnisse zu erzielen, ohne die gesamte Leistung durch die variablen Elemente zu schicken. Das EVT kann die Differentialübersetzung nutzen, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch den Elektromotor/Generator (die Elektromotoren/Generatoren) zu schicken. Der Rest seiner Leistung wird über einen anderen, parallelen Weg geschickt, der mechanisch und direkt (d. h. ”festes Übersetzungsverhältnis”) oder alternativ wählbar ist. Eine Form der Differentialübersetzung ist die Epizyklen-Planetengetriebeanordnung. Eine Planetenübersetzung bietet unter allen Mitgliedern des Planetenübersetzungsteilsatzes die Vorteile der Kompaktheit und verschiedener Drehmoment- und Übersetzungsverhältnisse. Allerdings ist es möglich, ein leistungsverzweigtes Getriebe ohne Planetenzahnräder, z. B. wie unter Verwendung von Kegelrädern oder einer anderen Differentialübersetzung, zu entwerfen.
  • Herkömmlich sind eine Anzahl hydraulisch betätigter Drehmomentfestsetzungsvorrichtungen wie etwa Kupplungen und Bremsen (der Begriff ”Kupplung” wird im Folgenden zur Bezugnahme sowohl auf Kupplungen als auch auf Bremsen verwendet) wahlweise einrückbar, um die oben erwähnten Zahnradelemente zu aktivieren, um zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle des Getriebes gewünschte Vorwärts- und Rückwärtsübersetzungsverhältnisse festzusetzen. Das Übersetzungsverhältnis ist allgemein als die Getriebeeingangsdrehzahl, dividiert durch die Getriebeausgangsdrehzahl, definiert. Somit hat ein niedriger Fahrbereich ein ho hes Übersetzungsverhältnis, während ein hoher Fahrbereich ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis hat.
  • Das Schalten von einem Übersetzungsverhältnis zu einem anderen wird allgemein in Ansprechen auf die Maschinendrosselklappe und auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeführt und umfasst normalerweise das Lösen einer oder mehrerer ”abgehender” Kupplungen, die dem gegenwärtigen oder erreichten Übersetzungsverhältnis zugeordnet sind, und das Anlegen einer oder mehrerer ”ankommender” Kupplungen, die dem gewünschten oder angewiesenen Übersetzungsverhältnis zugeordnet sind. Schaltungen, die in der obigen Weise ausgeführt werden, werden als ”Kupplung-zu-Kupplung”-Schaltungen bezeichnet und erfordern eine genaue Zeitgebung, um ein Schalten mit optimaler Qualität zu erzielen, und neigen dazu, eine wahrnehmbare Verzögerung in dem Schaltereignis zu verringern. Ein Schalten, das aus einem höheren Übersetzungsverhältnis in ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis erfolgt, wird allgemein und hier als ein ”Heraufschalten” bezeichnet, während ein Schalten, das aus einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis in ein höheres Übersetzungsverhältnis erfolgt, allgemein und hier als ein ”Herunterschalten” bezeichnet wird. Die Schaltsteuerung enthält das ”Schalten mit anstehender Leistung” und das Schalten ”ohne anstehende Leistung”. Das Schalten mit anstehender Leistung bezieht sich auf einen Schaltbetrieb, der während des Fahrer-”Antippens” [engl: ”tip-in”] – d. h., wenn der Fahrer das Fahrpedal niederdrückt – stattfindet, während sich ein Schalten ohne anstehende Leistung auf einen Schaltbetrieb bezieht, der während des ”Loslassens” [engl: ”tip-off”] stattfindet – d. h., wenn das Fahrpedal teilweise oder vollständig losgelassen wird.
  • Der Prozess des Schaltens von einem Gang zu einem anderen Gang findet in drei unterscheidbaren Phasen statt: (a) Füllphase; (b) Drehmomentpha se; und (c) Trägheitsphase. In der Füllphase wird das herankommende Kupplungselement auf die Drehmomentübertragung vorbereitet, währenddessen die Anlegekammer der herankommenden Kupplung mit Fluid gefüllt wird. Während der Drehmomentphase in Heraufschaltungen mit anstehender Leistung wird das Triebstrangdrehmoment fortschreitend von der herankommenden Kupplung auf die weggehende Kupplung übertragen. In der Drehmomentphase wird der herankommende Druck fortschreitend erhöht, um die Drehmomentkapazität der herankommenden Kupplung zu erhöhen, während der weggehende Druck fortschreitend entlastet wird, um die Drehmomentkapazität der weggehenden Kupplung zu verringern. Anschließend tritt der Gangschaltungsprozess in die Trägheitsphase ein, in der die Schlupfdrehzahl der herankommenden Kupplung auf null fortschreitet. Wenn die Triebstrangdrehzahl ihre Zieldrehzahl erreicht, fällt das weggehende Drehmoment auf das Niveau nach dem Schalten, wobei das Schalten abgeschlossen wird.
  • Im Allgemeinen sollten Übersetzungsverhältnisänderungen in einem Getriebe in der Weise ausgeführt werden, dass Drehmomentstörungen minimiert werden und die Schaltungen ”ruckfrei” und ”einwandfrei” sind. Außerdem sollten das Lösen und Anlegen von Kupplungen in einer Weise ausgeführt werden, die den kleinsten Energiebetrag verbraucht und sich nicht negativ auf die Haltbarkeit der Kupplungen auswirkt. Ein Hauptfaktor, der diese Betrachtungen beeinflusst, ist das Drehmoment bei der Kupplung, die gesteuert wird, das in Übereinstimmung mit solchen Leistungsanforderungen wie Beschleunigung und Fahrzeugbelastung wesentlich variieren kann. In bestimmten EVTs können Schaltdrehmomentverringerungen durch eine Bedingung des Drehmoments null oder nahe null bei den Kupplungen zur Zeit des Anlegens oder Lösens ausgeführt werden, wobei diese Bedingung im Wesentlichen dem Schlupf null über die Kupplung folgt.
  • Herkömmliche EVTs sind so ausgelegt, dass sie durch die gesteuerte Aktivierung der oben beschriebenen Drehmomentübertragungskupplungen sowohl in Festgangmodi (FG-Modi) als auch in elektrisch variablen Modi (EVT-Modi) arbeiten, wobei sie üblicherweise einen Hydrauliksteuerkreis nutzen, um die Kupplungsbetätigung zu regulieren. Beim Betrieb in einem Festgangmodus ist die Drehzahl des Getriebeabtriebselements ein festes Übersetzungsverhältnis der Drehzahl des Antriebselements von der Maschine, das von der gewählten Anordnung der oben erwähnten Differentialübersetzungs-Teilsätze abhängt. Beim Betrieb in einem EVT-Modus ist die Drehzahl des Getriebeabtriebselements variabel, wobei sie auf den Betriebsdrehzahlen der oben erwähnten Elektromotoren/Generatoren beruht, die über Betätigung einer Kupplung oder durch Direktverbindung mit dem Getriebeausgang verbunden werden können.
  • Im herkömmlichen Getriebebetrieb, in dem Kupplung-zu-Kupplung-Schaltverfahren genutzt werden, werden Heraufschaltungen und Herunterschaltungen üblicherweise während des ”synchronen” Betriebs des Getriebes ausgeführt, in dem herankommende und weggehende Kupplungen mit der Schlupfdrehzahl null und mit der Schlupfdrehzahlbeschleunigung null angelegt werden. Die herankommende Kupplung wird angelegt, während die Schlupfdrehzahl darüber im Wesentlichen auf null gesteuert wird. Anschließend wird die weggehende Kupplung gelöst, während die Schlupfdrehzahl darüber im Wesentlichen auf null gesteuert wird. Allerdings hängt die Verwendung der herankommenden oder weggehenden Kupplung zum Ausführen eines Heraufschaltens oder Herunterschaltens davon ab, ob das Getriebeausgangsdrehmoment positiv oder negativ ist. Zum Beispiel kann ein Heraufschalten mit positivem Ausgangsdrehmoment nur mit der herankommenden Kupplung für das Zielzahnrad ausge führt werden. Die Verwendung der weggehenden Kupplung kann zum Motorrackern und zur Drehmomentumkehr führen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausführen eines Kupplung-zu-Kupplung-Schaltbetriebs in einem Hybridgetriebe dargestellt. Der Anfangsbetriebsmodus, der ein Modus eines elektrisch variablen Getriebes (EVT-Modus) sein kann, ist durch eine weggehende Kupplung charakterisiert, während der Zielbetriebsmodus, der ebenfalls ein EVT-Modus sein kann, durch eine herankommende Kupplung charakterisiert ist. Das Verfahren umfasst: Anweisen, dass Fluid zu der herankommenden Kupplung verteilt wird (d. h. Vorfällen der herankommenden Kupplung); Bestimmen, ob der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung oder der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird; daraufhin Bestimmen, ob ein Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird; Bestimmen des Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung; Bestimmen, ob ein Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist; Bestimmen, ob die herankommende Kupplung gefüllt ist; Berechnen und Anwenden des Drehmoments der weggehenden Kupplung und daraufhin Entleeren der weggehenden Kupplung, falls die herankommende Kupplung gefüllt ist und das Vorzeichen des Schlupfs richtig ist; Bestimmen, ob der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als ein vorgegebener Schlupfschwellenwert ist; und Verriegeln der herankommenden Kupplung, falls der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als der Schlupfschwellenwert ist.
  • Der Schaltbetrieb kann als ein quasiasynchrones Schalten charakterisiert werden, bei dem die Schlupfdrehzahl über die herankommende und über die weggehende Kupplung im Wesentlichen über den gesamten Schaltbetrieb von null verschieden ist. Im Idealfall wird die Schlupfdrehzahl über die herankommende und über die weggehende Kupplung dadurch gesteuert, dass das Eingangsdrehmoment entweder von der Maschine oder von einem Motor, von denen jeder antriebstechnisch mit dem Getriebe verbunden ist, eingestellt wird.
  • Gemäß einem Aspekt dieser besonderen Ausführungsform ist das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis z. B. notwendig, falls der Schaltbetrieb entweder ein Herunterschalten mit anstehender Leistung oder ein Heraufschalten ohne anstehende Leistung ist, das die herankommende Kupplung verwendet. Falls diesbezüglich festgesetzt wird, dass das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, werden das Schlupfdrehzahl- und das Schlupfbeschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung teilweise auf der Grundlage des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses bestimmt. Zum Beispiel hat das Kupplungsschlupfdrehzahlprofil der herankommenden Kupplung zunächst eine Schlupfdrehzahl zum Ziel, die äquivalent der Drehzahl des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses ist, und anschließend wieder erneut null zum Ziel, um die herankommende Kupplung einzurücken, wenn das Kupplungsdrehmoment zwischen der herankommenden und der weggehenden Kupplung ausgetauscht werden soll. Dagegen werden das Schlupf- und das Beschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung ohne das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis bestimmt, falls das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis nicht notwendig ist.
  • In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt gilt das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung als richtig, falls das Vorzeichen des Ausgangsdrehmomentbefehls dasselbe wie das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung ist. Kupplungsdrehmoment und Kupplungsschlupf weisen immer dasselbe Vorzeichen (d. h. entweder beide positiv oder beide negativ) auf, und die Übertragungsfunktion zwischen Kupplungsdrehmoment und Ausgangsdrehmoment weist eine feste Beziehung auf. Somit erzeugt ein positives Kupplungsdrehmoment ein positives Ausgangsdrehmoment, falls der Ausgangsdrehmomentbefehl positiv ist und die Übertragungsfunktion einen positiven Koeffizienten aufweist.
  • Als Teil eines anderen Aspekts dieser Ausführungsform enthält das Verfahren das Bestimmen des Eingangsdrehzahl- und des Eingangsbeschleunigungsprofils, vorzugsweise vor dem Vorfällen der herankommenden Kupplung, oder das Bestimmen, ob die herankommende Kupplung zum Abschließen des Schaltbetriebs verwendet wird. Das Eingangsdrehzahl- und das Eingangsbeschleunigungsprofil beruhen allgemein auf Profilkalibrierungen (z. B. dem Anteil jedes Segments) sowie auf der Anfangs- und auf der Zieldrehzahl der herankommenden Kupplung. Das Eingangsdrehzahl- und das Eingangsbeschleunigungsprofil können eine zeitgestützte Drehzahländerung der herankommenden Kupplung enthalten, die ein Dreisegmentprofil umfasst. Das erste Segment umfasst eine linear ansteigende Drehzahl der herankommenden Kupplung, während das zweite Segment eine stationäre Drehzahländerung der herankommenden Kupplung umfasst und das dritte Segment eine linear abfallende Drehzahl der herankommenden Kupplung umfasst.
  • In Übereinstimmung mit einer abermals anderen Facette dieser Ausführungsform enthält das Verfahren außerdem das Steuern der Getriebeeingangsdrehzahl und der Drehzahl der herankommenden Kupplung durch Einstellen der Drehmomenteingabe von der Maschine, von dem Motor/Generator (den Motoren/Generatoren) oder von beiden. Im Idealfall werden dann, wenn der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird, die Getriebeeingangsdrehzahl und die Drehzahl der herankommenden Kupplung vor Entleeren der weggehenden Kupplung geändert. Im Gegensatz dazu werden die Getriebeeingangsdrehzahl und die Drehzahl der herankommenden Kupplung nach Entleeren der weggehenden Kupplung geändert, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird.
  • In einer anderen Facette dieser Ausführungsform verwendet der Schaltbetrieb nicht die herankommende Kupplung, sondern wird vielmehr unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen. In diesem Fall umfasst das Verfahren ferner: steuerbares Rutschen der weggehenden Kupplung vor Rutschen der herankommenden Kupplung; Bestimmen des Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung, wenigstens teilweise auf der Grundlage des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses; Bestimmen, ob die herankommende Kupplung gefüllt ist und ob das Vorzeichen des Kupplungsschlupfs richtig ist; und, wenn das der Fall ist, Verriegeln der herankommenden Kupplung und Entleeren der weggehenden Kupplung. In diesem Fall werden die Eingangsdrehzahl des Getriebes und die Drehzahl der herankommenden Kupplung vor Anlegen des Drehmoments der weggehenden Kupplung und Entleeren der weggehenden Kupplung gesteuert. Das Rutschen der weggehenden Kupplung kann durch Steuern der gegenwärtigen Drehmomentkapazität der weggehenden Kupplung unter das Gegendrehmoment ausgeführt werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch variables Multimodus-Hybridgetriebe dargestellt. Das Hybridgetriebe enthält zwei Motor/Generator-Baueinheiten und drei Differentialzahnradsätze. Jeder Differentialzahnradsatz weist ein erstes, ein zwei tes und ein drittes Zahnradelement (z. B. ein Sonnenrad, ein Hohlrad und eine Anordnung von Planetenrädern in irgendeiner Reihenfolge) auf. Der erste Motor/Generator ist ununterbrochen mit einem der Differentialzahnradsätze verbunden und steuerbar, um ihm Leistung zuzuführen. Der zweite Motor/Generator ist ununterbrochen mit einem anderen Differentialzahnradsatz verbunden und steuerbar, um ihm Leistung zuzuführen.
  • Das Getriebe enthält außerdem ein Antriebs- und ein Abtriebselement und eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungsvorrichtungen. Das Antriebselement ist antriebstechnisch mit einer Maschine verbunden und ununterbrochen mit einem der oben erwähnten Differentialzahnradsätze verbunden. Das Abtriebselement ist andererseits ununterbrochen mit einem anderen der Differentialzahnradsätze verbunden und vorzugsweise zum Übertragen von Leistung auf ein Endantriebssystem konfiguriert.
  • Die Mehrzahl von Drehmomentübertragungsvorrichtungen enthält eine Anzahl von Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie etwa Kupplungen. Die Drehmomentübertragungsvorrichtungen sind wahlweise zum Bereitstellen verschiedener Betriebszustände in dem Multimodus-Hybridgetriebe betreibbar. In dieser Ausführungsform setzt das Einrücken einer ersten (ankommenden) Kupplung gleichzeitig mit dem Ausrücken einer zweiten (abgehenden) Kupplung einen Anfangsbetriebsmodus fest. In gleicher Weise setzt das Ausrücken der weggehenden Kupplung gleichzeitig mit dem Einrücken der herankommenden Kupplung einen Zielbetriebsmodus fest. Das Überführen der weggehenden und der herankommenden Kupplung aus dem Anfangsbetriebsmodus in den Zielbetriebsmodus enthält eine Füllphase, eine Drehmomentphase und eine Trägheitsphase.
  • Ein Controller steht in funktionaler Verbindung mit den verschiedenen Drehmomentübertragungsvorrichtungen und ist zum Steuern des Be triebs derselben konfiguriert. Der Controller weist ein Ablagemedium und einen programmierbaren Speicher auf. Der Controller ist zum Bestimmen, ob ein quasiasynchrones Schalten angewiesen wurde, und zum Ansprechen auf einen solchen Befehl durch Bestimmen, ob der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung oder der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird, programmiert und konfiguriert. Falls der quasiasynchrone Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird, weist der Controller an, dass die Drehmomentphase der Schaltsequenz der Trägheitsphase vorausgeht. Im Gegensatz dazu weist der Controller an, dass die Trägheitsphase der Drehmomentphase vorausgeht, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der besten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und mit den angefügten Ansprüchen hervor.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangs mit einem elektrisch variablen Multimodus-Hybridgetriebe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Wahrheitstabelle, die für jeden der Betriebsmodi des in 1 veranschaulichten Getriebes die eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismen aufführt;
  • 3 ist eine graphische Darstellung verschiedener Betriebsgebiete in Bezug auf Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des in 1 veranschaulichten Getriebes;
  • 4A und 4B sind graphische Darstellungen, die ein quasiasynchrones Schalten mit der herankommenden Kupplung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulichen;
  • 5A und 5B sind graphische Darstellungen, die ein quasiasynchrones Schalten mit der weggehenden Kupplung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulichen; und
  • 6 ist ein Ablaufplan oder Blockdiagramm, der/das ein Schaltsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung ist hier im Kontext des Antriebsstrangs eines Fahrzeugs vom Hybridtyp mit einem elektrisch variablen Multimodus-Mehrfachdrehzahl-Hybridgetriebe beschrieben, das lediglich eine repräsentative Anwendung bieten soll, durch die die vorliegende Erfindung integriert und verwirklicht werden kann. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung keineswegs auf die in den Zeichnungen gezeigte besondere Antriebsstranganordnung beschränkt. Darüber hinaus ist der hier veranschaulichte Hybridantriebsstrang stark vereinfacht, wobei weitere Informationen hinsichtlich des Standardbetriebs eines Hybridantriebs strangs oder eines Fahrzeugs vom Hybridtyp für diese Frage selbstverständlich im Stand der Technik zu finden sind.
  • In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Ansichten auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines allgemein mit 10 bezeichneten beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangsystems gezeigt. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine neu startbare Maschine 12, die antriebstechnisch über eine elektrisch variable Multimodus-Kraftübertragung 14 vom Hybridtyp mit einem Endantriebssystem 16 verbunden ist oder mit ihm in Leistungsflussverbindung steht. Das Getriebe 14 ist so ausgelegt, dass es wenigstens einen Teil seiner Antriebsleistung, z. B. über ein Antriebselement 18, von der Maschine 12 empfängt. Das Getriebeantriebselement 18, das dem Wesen nach vorzugsweise eine Welle ist, kann die Maschinenabtriebswelle (am häufigsten als eine ”Kurbelwelle” bezeichnet) sein. Alternativ kann zwischen der Maschine 12 und dem Antriebselement 18 des Getriebes 14 ein Übergangsdrehmomentdämpfer oder ein hydrodynamischer Drehmomentwandler (nicht gezeigt) implementiert sein. Die Maschine 12 überträgt, vorzugsweise mittels Drehmoment, Leistung an das Getriebe 14, das das Drehmoment wiederum über ein Getriebeabtriebselement oder eine Getriebeabtriebswelle 20 verteilt, um das Endantriebssystems 16 anzutreiben und dadurch das (hier nicht genau identifizierte) Fahrzeug vorwärts zu treiben.
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 irgendeine von zahlreichen Formen mit Erdölkraftstoff beaufschlagter Antriebsmaschinen wie etwa eine Brennkraftmaschine vom Typ mit hin- und hergehendem Kolben sein, die funkengezündete Benzinmaschinen und kompressionsgezündete Dieselmaschinen enthalten kann. Die Maschine 12 ist leicht anpassbar, um ihre verfügbare Leistung in einem Bereich von Be triebsdrehzahlen, z. B. von Leerlauf bei oder nahe 600 Umdrehungen pro Minute (min–1) bis mehr als 6.000 min–1, für das Getriebe 14 bereitzustellen. Unabhängig von dem Mittel, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebe 14 verbunden ist, ist das Antriebselement 18 mit einem Differentialzahnradsatz verbunden, der, wie im Folgenden in ausführlicher Einzelheit erläutert ist, in das Getriebe 14 eingebaut ist.
  • Immer noch anhand von 1 nutzt das Hybridgetriebe 14 eine oder mehrere Differentialzahnradanordnungen, dem Wesen nach vorzugsweise drei miteinander verbundene Epizyklen-Planetenradsätze, die mit 24, 26 bzw. 28 bezeichnet sind. Jeder Zahnradsatz enthält drei Zahnradelemente: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. In Bezug auf den ersten, auf den zweiten und auf den dritten Zahnradsatz können diese Sätze in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von links nach rechts, von rechts nach links usw.) als ”erster” bis ”dritter” gezählt werden. Gleichfalls können in Bezug auf das erste, auf das zweite und auf das dritte Element jedes Zahnradsatzes in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen diese Elemente in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben usw.) für jeden Zahnradsatz als ”erstes” bis ”drittes” gezählt werden.
  • Der erste Planetenradsatz 24 weist drei Zahnradelemente auf: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, in dieser Reihenfolge 30, 32 und 34. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Element 30 aus einem Außenzahnradelement (üblicherweise als ein ”Hohlrad” bezeichnet), das das dritte Element 34, das aus einem Innenzahnradelement (üblicherweise als ein ”Sonnenrad” bezeichnet) bestehen kann, umschreibt. In diesem Fall wirkt das zweite Element 32 als ein Planetenradträgerelement. Das heißt, an dem zweiten Element/Planetenradträger 32 sind drehbar eine Mehrzahl von Planetenradelementen (im Gebiet auch als ”Ritzelzahnräder” bezeichnet) angebracht. Jedes Planetenradelement ist sowohl mit dem ersten Element/Hohlrad 30 als auch mit dem dritten Element/Sonnenrad 34 ineinander greifend in Eingriff.
  • Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls drei Zahnradelemente auf: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, in dieser Reihenfolge 40, 42 und 44. In Übereinstimmung mit der oben diskutierten bevorzugten Ausführungsform in Bezug auf den ersten Planetenradsatz 24 ist das erste Element 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ein äußeres ”Hohl”-Radelement, das das dritte Element 44 umschreibt, das ein inneres ”Sonnen”-Radelement ist. Das Hohlradelement 40 ist auf das Sonnenradelement 44 koaxial ausgerichtet und in Bezug auf dieses drehbar. Eine Mehrzahl von Planetenradelementen sind drehbar an dem zweiten Element 42 angebracht, das als ein Planetenradträgerelement wirkt, so dass jedes Planetenrad sowohl mit dem Hohlradelement 40 als auch mit dem Sonnenradelement 44 ineinandergreifend in Eingriff ist.
  • Der dritte Planetenradsatz 28 weist ähnlich dem ersten und dem zweiten Zahnradsatz 24, 26 ebenfalls ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, in dieser Reihenfolge 50, 52 und 54, auf. Allerdings ist in dieser Anordnung das zweite Element 52 vorzugsweise ein äußeres ”Hohl”-Rad, das das dritte Element oder das innere ”Sonnen”-Rad 54 umschreibt. Das Hohlradelement 52 ist koaxial auf das Sonnenradelement 54 ausgerichtet und in Bezug auf dieses drehbar. Das erste Element 50 ist in diesem besonderen Zahnradsatz der Planetenradträger. Somit sind eine Mehrzahl von Planeten- oder Ritzelzahnradelementen drehbar an dem Trägerelement 50 angebracht, wobei jedes so ausgerichtet ist, dass es sowohl mit dem Hohlradelement 52 als auch mit dem Sonnenradelement 54 ineinandergreifend in Eingriff ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen der erste und der zweite Planetenradsatz 24, 26 jeweils einfache Planetenradsätze, während der dritte Planetenradsatz einen kombinierten Planetenradsatz umfasst. Allerdings kann jedes der oben beschriebenen Trägerelemente entweder eine (einfache) Ein-Ritzel-Trägerbaueinheit oder eine (kombinierte) Doppel-Ritzel-Trägerbaueinheit sein. Ausführungsformen mit langen Ritzeln sind ebenfalls möglich.
  • Der erste, der zweite und der dritte Planetenradsatz 24, 26, 28 sind dahingehend kombiniert, dass das zweite Element 32 des ersten Planetenradsatzes 24 mit dem zweiten Element 42 des zweiten Planetenradsatzes 26 und mit dem dritten Element 54 des dritten Planetenradsatzes 28, etwa durch eine Mittelwelle 36, verknüpft (d. h. ununterbrochen verbunden) ist. Somit sind diese drei Zahnradelemente 32, 42, 54 zur gemeinsamen Drehung starr befestigt.
  • Die Maschine 12 ist, z. B. durch eine einteilige Kupplungsnabe 38, zur gemeinsamen Drehung damit mit dem ersten Planetenradsatz 24, d. h. mit dem ersten Element 30, ununterbrochen verbunden. Das dritte Element 34 des ersten Planetenradsatzes 24 ist, z. B. durch eine erste Hohlwelle 46, ununterbrochen mit einer ersten Motor/Generator-Baueinheit 56 verbunden, die hier auch als ”Motor A” bezeichnet ist. Das dritte Element 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist, z. B. durch eine zweite Hohlwelle 48, ununterbrochen mit einer zweiten Motor/Generator-Baueinheit 58 verbunden, die hier auch als ”Motor B” bezeichnet ist. Das zweite Element 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist, z. B. durch eine einteilige Kupplungsnabe, ununterbrochen mit dem Getriebeabtriebselement 20 verbunden. Die erste und die zweite Hohlwelle 46, 48 können die Mittelwelle 36 umschreiben.
  • Eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 (oder Kupplung ”C1”) verbindet wahlweise das erste Zahnradelement 50 mit einem feststehenden Element, das in 1 durch das Getriebegehäuse 60 dargestellt ist. Die zweite Hohlwelle 48 und somit das Zahnradelement 44 und der Motor/Generator 58 können über das wahlweise Einrücken einer zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 72 (oder Kupplung ”C2”) wahlweise mit dem ersten Element 50 des dritten Planetenradsatzes 28 verbunden werden. Eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 74 (oder Kupplung ”C3”) verbindet wahlweise das erste Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 mit dem Getriebegehäuse 60. Die erste Hohlwelle 46 und somit das dritte Zahnradelement 34 und der erste Motor/Generator 56 können ebenfalls durch das wahlweise Einrücken einer vierten Drehmomentübertragungsvorrichtung 76 (oder Kupplung ”C4”) wahlweise mit dem ersten Element 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden werden. Eine optionale fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 78 (oder Kupplung ”C5”) verbindet wahlweise die Maschine 12 und das erste Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 mit dem Getriebegehäuse 60. Die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, 72 können als ”Ausgangskupplungen” bezeichnet werden, während die dritte und die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 74, 76 als ”Haltekupplungen” bezeichnet werden können. Die Verwendung dieser Terminologie wie ”erste Kupplung”, ”zweite Kupplung”, ”dritte Kupplung” usw. in den Ansprüchen soll diese Ansprüche nicht auf C1, C2 bzw. C3 beschränken, sondern irgendeine der oben erwähnten Drehmomentübertragungsvorrichtungen angeben.
  • In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die verschiedenen Drehmomentübertragungsvorrichtungen 70, 72, 74, 76, 78 alle Reibkupplungen. Allerdings wird ebenfalls betrachtet, dass andere herkömmliche Kupplungskonfigurationen wie etwa Klauenkupplungen, Hebelkupplungen usw. genutzt werden können. Jede Kupplung ist vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie Druckhydraulikfluid von einer Pumpe (nicht gezeigt) empfängt. Die hydraulische Betätigung der Kupplungen C1–C5 wird z. B. unter Verwendung eines herkömmlichen Hydraulikfluidsteuerkreises ausgeführt. Da der Steuerkreis an sich nicht Gegenstand dieser Erfindung ist, wird er hier nicht ausführlich beschrieben, wobei weitere Informationen hinsichtlich des Standardbetriebs eines Hydraulikfluidsteuerkreises selbstverständlich im Stand der Technik zu finden sind.
  • In der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, in der der Hybridantriebsstrang 10 als ein Bodenkraftfahrzeug verwendet wird, ist die Getriebeabtriebswelle 20 funktional mit dem Endantriebssystem (oder ”Endantriebsstrang”) verbunden, das ein vorderes oder hinteres Differential oder eine andere Drehmomentübertragungsvorrichtung, die über jeweilige Fahrzeugachsen oder -halbwellen (von denen keine explizit veranschaulicht ist) eine Drehmomentausgabe an eines oder an mehrere Räder bereitstellt, umfassen kann. Die Räder können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie genutzt werden, oder sie können ein Hinterachswellenrad eines Zugfahrzeugs sein. Obgleich dies in 1 nicht spezifisch veranschaulicht ist, sollte gewürdigt werden, dass das Endantriebssystem im Umfang der vorliegenden Erfindung irgendeine bekannte Konfiguration einschließlich Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) umfassen kann.
  • Alle Planetenradsätze 24, 26, 28 sowie der erste und der zweite Motor/Generator 56, 58 sind vorzugsweise, wie um die axial angeordnete Zwischenmittelwelle 36, koaxial orientiert. Die Motoren/Generatoren 56, 58 können eine ringförmige Konfiguration annehmen, die zulässt, dass sie allgemein die drei Planetenradsätze 24, 26, 28 umschreiben. Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende, d. h. Durchmesser- und Längsdimension, des Hybridgetriebes 14 minimiert ist.
  • Das Hybridgetriebe 14 empfängt im Ergebnis der Energieumwandlung von in einem Kraftstofftank gelagertem Kraftstoff oder von in einer elektrischen Energiespeichervorrichtung gespeichertem elektrischen Potential (von denen keines explizit dargestellt ist) von einer Mehrzahl von ”Drehmomenterzeugungsvorrichtungen”, die die Maschine 12 und die Motoren/Generatoren 56, 58 enthalten, ein Eingangsantriebsdrehmoment. Das heißt, die Maschine 12, der Motor A und der Motor B arbeiten einzeln oder zusammen in Verbindung mit den Planetenradsätzen und den oben hervorgehobenen wahlweise einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen, um die Getriebeabtriebswelle 20 zu drehen. Darüber hinaus sind die Motor/Generator-Baueinheiten A, B vorzugsweise so konfiguriert, dass sie wahlweise sowohl als ein Motor als auch als ein Generator arbeiten. Zum Beispiel können die Motor/Generator-Baueinheiten A, B (z. B. während des Fahrzeugvortriebs) elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln und (z. B. während der Rückgewinnungsbremsung) mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln.
  • Weiter anhand von 1 ist eine elektronische Steuervorrichtung (oder ein ”Controller”), die eine verteilte Controllerarchitektur umfasst, in einer beispielhaften Ausführungsform schematisch als eine mikroprozessorgestützte elektronische Steuereinheit (ECU) 80 gezeigt. Die ECU 80 weist ein Ablagemedium mit einer geeigneten Menge programmierbarem Speicher, der gemeinsam bei 82 dargestellt ist, auf, das so programmiert ist, dass es unter anderem einen Algorithmus oder ein Verfahren 100 zum Regulieren des Betriebs eines Multimodus-Hybridgetriebes, wie er/es im Folgenden in Bezug auf 6 ausführlicher diskutiert wird, enthält. Die Steuervorrichtung aus 1 ist wie im Folgenden beschrieben betreibbar, um eine koordinierte Systemsteuerung des hier gezeigten und beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Die Bestandteile der Steuervorrichtung umfassen einen Teilsatz eines Gesamtfahrzeugsteuersystems. Das Steuersystem ist betreibbar, um relevante Informationen und Eingaben zu synthetisieren und Steuerverfahren und -algorithmen zum Steuern verschiedener Aktuatoren zum Erzielen von Steuerzielen einschließlich solcher Parameter wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung, Antriebsverhalten und zum Schutz der Triebstranghardware wie etwa, aber sicher nicht beschränkt auf, der Maschine 12, des Getriebes 14, des ersten und des zweiten Motors/Generators 56, 58 und des Endantriebs 16 auszuführen.
  • Die verteilte Controllerarchitektur – d. h. ECU 80 – kann ein Getriebesteuermodul (TCM), ein Maschinensteuermodul (ECM), ein Getriebeleistungs-Wechselrichter/Gleichrichter-Modul (TPIM), ein Batteriegruppensteuermodul (BPCM) oder irgendeine Kombination davon umfassen. Um eine Gesamtsteuerung und -koordinierung der oben erwähnten Controller zu bieten, kann ein Hybridsteuermodul (HCP) integriert sein. Mit einer Mehrzahl der Vorrichtungen (einzeln nicht gezeigt) ist eine Nutzerschnittstelle (UI) funktional verbunden, durch die ein Fahrzeugbetreiber üblicherweise den Betrieb des Antriebsstrangs steuert oder leitet. Beispielhafte Fahrzeugbetreibereingabeeinrichtungen in die UI enthalten ein Fahrpedal, ein Bremspedal, einen Getriebewählhebel und die Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung. Jeder der oben erwähnten Controller steht, z. B. über den Bus eines lokalen Netzes (LAN-Bus), in Verbindung mit anderen Controller, Sensoren, Aktuatoren usw. Der LAN-Bus ermöglicht die strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Controllern. Das spezifische genutzte Kommunikationsproto koll ist anwendungsspezifisch. Beispielhaft und sicher nicht als Beschränkung ist ein Kommunikationsprotokoll die Norm J 1839 der Society of Automotive Engineers. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle stellen eine robuste Mitteilungsübermittlung und Mehr-Controller-Schnittstellen zwischen den oben erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität bereitstellen, bereit.
  • Das ECM ist funktional mit der Maschine 12 verbunden. Das ECM ist so konfiguriert, dass es über eine Mehrzahl diskreter Leitungen Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst bzw. eine Vielzahl von Aktuatoren der Maschine 12 steuert. Das ECM empfängt einen Maschinendrehmomentbefehl von dem HCP und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment und eine Angabe des tatsächlichen Maschinendrehmoments, die an das HCP übermittelt wird. Verschiedene andere Parameter, die durch das ECM erfasst werden können, enthalten die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschineneingangsdrehzahl in das Getriebe, den Krümmerdruck und die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsluftdruck. Verschiedene Aktuatoren, die durch das ECM gesteuert werden können, enthalten z. B. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Zündmodule und Drosselsteuermodule.
  • Das TCM ist funktional mit dem Getriebe 14 verbunden und arbeitet so, dass es Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst und Befehlssignale für das Getriebe 14 bereitstellt. Die Eingaben von dem TCM in das HCP können geschätzte Kupplungsdrehmomente für jede der Kupplungen C1–C5 und die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle 20 enthalten. Es können zusätzliche Aktuatoren und Sensoren verwendet werden, um zu Steuerzwecken zusätzliche Informationen von dem TCM für das HCP bereitzustellen.
  • Jeder der oben erwähnten Controller ist vorzugsweise ein Universaldigitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, Nur-Lese-Speicher (ROM), Schreib-Lese-Speicher (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen schnellen Taktgeber, Analog-digital-(A/D-) und Digital-analog-(D/A-)Schaltungen und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -vorrichtungen (E/A) und geeignete Signalaufbereitungs- und -Pufferschaltungen umfasst. Jeder Controller 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 ausgeführt.
  • In Ansprechen auf eine wie durch die UI erfasste Betreibereingabe bestimmen der Überwachungs-HCP-Controller und einer oder mehrere der anderen oben in Bezug auf 1 beschriebenen Controller das geforderte Getriebeausgangsdrehmoment. Die wahlweise betriebenen Komponenten des Hybridgetriebes 14 werden geeignet gesteuert und manipuliert, um auf die Betreiberanforderung anzusprechen. Wenn z. B. in der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Betreiber einen Vorwärtsfahrbereich gewählt hat und entweder das Fahrpedal oder das Bremspedal manipuliert, bestimmt das HCP ein Ausgangsdrehmoment für das Getriebe, das sich darauf auswirkt, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Die endgültige Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Variablen einschließlich solcher Faktoren wie Norm-Fahrwiderstand, Straßenqualität und Fahrzeugmasse beeinflusst. Das HCP überwacht die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und bestimmt die Ausgabe des Getriebes, die erforderlich ist, um die gewünschte Drehmomentausgabe zu erreichen. Das Getriebe 14 arbeitet unter der Leitung des HCP über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Betreiberanforderung zu erfüllen.
  • Außerdem empfangt die ECU 80 Frequenzsignale von Sensoren zur Verarbeitung zur Drehzahl Ni des Antriebselements 18 und zur Drehzahl No des Abtriebselements 20 zur Verwendung bei der Steuerung des Getriebes 14. Außerdem kann der Systemcontroller Drucksignale von Druckschaltern (nicht getrennt veranschaulicht) empfangen und verarbeiten, um Kupplungsanlegekammer-Drücke zu überwachen. Alternativ können Druckwandler für die Weitbereichs-Drucküberwachung genutzt werden. Durch den Controller 80 werden PWM- und/oder binäre Steuersignale an das Getriebe 14 übertragen, um das Füllen und Entleeren der Kupplungen C1–C5 für ihr Anlegen und Lösen zu steuern. Außerdem kann der Controller 80 Getriebefluidwannen-Temperaturdaten wie etwa von einem herkömmlichen Thermoelementeingang (nicht gezeigt) empfangen, um eine Wannentemperatur abzuleiten und ein PWM-Signal bereitzustellen, das zur Steuerung des Leitungsdrucks über einen geeigneten Regler von der Eingangsdrehzahl Ni und von der Wannentemperatur abgeleitet werden kann.
  • Das Füllen und das Entleeren der Kupplungen C1–C5 werden z. B. durch solenoidgesteuerte Schieberventile, die auf PWM- und auf binäre Steuersignale wie oben erwähnt ansprechen, ausgeführt. Vorzugsweise werden Abstimmventile genutzt, die Solenoide mit veränderlichem Durchlass verwenden, um eine genaue Anordnung des Schiebers innerhalb des Ventilgehäuses und dementsprechend eine genaue Steuerung des Kupplungsdrucks während des Anlegens sicherzustellen. Ähnlich kann ein Leitungsdruckregler (nicht gezeigt) von einer solenoidgesteuerten Art zum Festsetzen des geregelten Leitungsdrucks in Übereinstimmung mit dem beschriebenen PWM-Signal sein. Kupplungsschlupfdrehzahlen über die Kupplun gen werden z. B. von der Getriebeausgangsdrehzahl, von der Drehzahl des Motors A und von der Drehzahl des Motors B abgeleitet.
  • Das elektrisch variable Multimodus-Hybridgetriebe arbeitet in mehreren Getriebebetriebsmodi. Die in 2 dargestellte Wahrheitstabelle stellt den Einrückplan der Drehmomentübertragungsmechanismen C1–C5 dar, um die Anordnung von Betriebszuständen oder -modi zu erzielen. Mit anderen Worten, die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsmodi geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1–C5 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt sind und welche gelöst oder deaktiviert sind.
  • In 2 sind vier Neutralmodi dargestellt. In Neutral 1 sind alle Kupplungen gelöst. Neutral 1 kann vorliegen, wenn das gesamte Fahrzeug in einem [engl: ”an in an”] Aus-Zustand angehalten ist und wenn es somit keine Leistungsverteilung – elektrisch, mechanisch oder auf andere Weise – gibt, die aktiv über den Antriebsstrang 10 verteilt wird. In diesem Fall kann für den Maschinenstart eine Standard-12-Volt-Starterbatterie (Standard-12-Volt-SLI-Batterie) verwendet werden. In Neutral 2 ist nur die Kupplung C3 eingerückt und lassen der Motor A und der Motor B die Maschine für den Start oder für die Ladung reagieren. Ähnlich Neutral 2 lassen der Motor A und der Motor B die Maschine mit der Kupplung C4 als der einzigen eingerückten Drehmomentübertragungsvorrichtung für den Start oder für die Ladung reagieren, wenn das Getriebe 14 in Neutral 3 ist. In Neutral 4 sind die dritte und die vierte Kupplung C3, C4 beide in einem aktivierten oder angelegten Zustand. In diesem Fall ist der Motor A verriegelt oder ”geerdet” und ist der Motor B für den Maschinenstart mit der Maschine 12 in Eingriff.
  • Außerdem kann das Getriebe 14 in einem oder in mehreren Modi mit drei Drehzahlfreiheitsgraden (im Folgenden der Einfachheit halber als ”DOF” abgekürzt) arbeiten. Diese Modi können eine oder keine Gegendrehmomentquelle enthalten, so dass das Getriebe ein Ausgangsdrehmoment erzeugen kann, das proportional zum Maschinendrehmoment oder zum Motordrehmoment ist. Falls ein Modus mit drei Drehzahl-DOF ein Ausgangsdrehmoment erzeugen kann, sind die Drehmomente der Maschine und irgendeines als Reaktion auf das Maschinendrehmoment verbundenen Motors allgemein proportional zu dem Ausgangsdrehmoment. Falls ein Motor nicht als Reaktion auf das Maschinendrehmoment verbunden ist, kann sein Drehmoment angewiesen werden, seine Drehzahl unabhängig von der Getriebeeingangs- und -ausgangsdrehzahl zu steuern.
  • In einem Modus mit drei Drehzahl-DOF ist es im Allgemeinen nicht möglich, die Batterieleistung leicht unabhängig vom Ausgangsdrehmoment zu steuern. Dieser Modustyp erzeugt ein Ausgangsdrehmoment, das proportional zu jeder der Gegendrehmomentquellen in dem System ist. Der Bruchteil der Gesamtausgangsleistung, der durch jede der drei Drehmomentquellen bereitgestellt wird, kann durch Ändern der Drehzahlen der Motoren und des Eingangs eingestellt werden. In Anerkennung der Tatsache, dass Leistung zu oder von der ESD als Funktion [engl: ”is a function”] des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl der Maschine, des Ausgangs und eines der Motoren fließt, werden diese Modi im Folgenden als Modi des elektrischen Drehmomentwandlers (ETC-Modi) bezeichnet. Mathematisch können die Drehzahl- und Drehmomentgleichungen dieser Klasse von Modi die folgende Form annehmen:
    Figure 00270001
    wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebeübersetzung bestimmt sind.
  • Falls a11 von null verschieden ist, dient der Motor A als ein Gegenwirkungselement und ist sein Drehmoment beim Betrieb im ETC-Modus proportional zum Ausgangsdrehmoment. Falls a11 null ist, ist der Motor A getrennt und ist sein Drehmoment nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Falls a12 von null verschieden ist, dient der Motor B als ein Gegenwirkungselement und ist sein Drehmoment beim Betrieb im ETC-Modus proportional zum Ausgangsdrehmoment. Falls a12 null ist, ist der Motor B getrennt und ist sein Drehmoment nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Falls a13 von null verschieden ist, kann die Maschine während des Betriebs im Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Falls a13 null ist, ist der Eingang getrennt und ist das Drehmoment nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Falls a11, a12 und a13 alle null sind, ist der Modus ein Neutralmodus, der kein Ausgangsdrehmoment erzeugen kann.
  • In der hier dargestellten Ausführungsform wirken der erste und der zweite Planetenradsatz 24, 26 mit dem ersten und mit dem zweiten Motor/Generator 56, 58, gemeinsam mit dem wahlweisen Einrücken der ersten und der zweiten Kupplung C1, C2, zusammen, um einen elektrischen Drehmomentwandler (ETC) zu bilden. Beispielhaft und nicht als Beschränkung können dann, wenn das Getriebe 14 in einem ”ETC-Modus” ist, die elektrische Ausgabe des Motors A und/oder des Motors B in Abhängigkeit von dem aktiven Steuerplan so ausgelegt werden, dass sie die Übertragung des Drehmoments von der Maschine 12 über die Getriebedifferentialübersetzung auf das Abtriebselement 20 steuern. Wenn das Fahrzeug gestartet wird, wird durch Einrücken der ersten Kupplung C1 der ETC1-Modus festgesetzt. Im ETC1-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem dritten Planetenradsatz 24, 28 zum Reagieren und läuft der Motor B im Freilauf. In diesem ETC-Modus kann das feststehende Fahrzeug ruckfrei gestartet werden, wobei die Maschine 12 durch allmähliches Erhöhen der Menge der durch den Motor A erzeugten elektrischen Leistung – d. h. der Reaktionskraft des Motor A – auf einer geeigneten Drehzahl gehalten wird.
  • Es sind zwei weitere alternative ETC-Modi verfügbar, die die hier dargestellte Getriebekonfiguration nutzen. Der ETC2-Modus, auch als ”kombiniert ETC” bekannt, kann durch Einrücken der Kupplung C2 und durch Ausrücken der verbleibenden Kupplungen initiiert werden. Im ETC2-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem dritten Planetenradsatz 24, 26 zur Reaktion, während der Motor B die Maschine 12 und den Motor A mit dem Abtriebselement 20 zur Reaktion bringt. Die Verteilung des Maschinendrehmoments wird durch das zusammenwirkende Management der Menge der elektrischen Leistungsausgabe manipuliert, die durch den Motor A und durch den Motor B erzeugt wird. Alternativ kann der ETC12-Modus durch Einrücken sowohl der Kupplung C1 als auch der Kupplung C2 initiiert werden. Ähnlich dem ETC1-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem dritten Planetenradsatz 24, 28 zur Reaktion. Allerdings wird in diesem Fall der Motor B zu dem Getriebegehäuse 60 geerdet. In diesem ETC-Modus kann das Fahrzeug ruckfrei beschleunigt werden, wobei die Maschine 12 durch allmähliches Erhöhen der durch den Motor A erzeugten Reaktionskraft auf einer geeigneten Drehzahl gehalten wird.
  • Wenn in einem anderen Fall die Maschine 12 in einem Aus-Zustand ist, kann das Getriebe den ETC-Modus-Kupplungssteuerplan nutzen, um die Menge der durch den Motor A erzeugten elektrischen Energie so zu än dern, dass das Antriebsdrehmoment des Motors A und/oder des Motors B allmählich erhöht wird. Falls z. B. das Getriebe 14 in den ETC1-Modus geschaltet wird, wenn die Maschine 12 in einem Aus-Zustand ist, erzeugt die Maschine 12 über das Antriebselement 18 eine Reaktionskraft. Daraufhin kann die Antriebsausgabe des Motors A gesteuert werden und ein kontinuierliches und ununterbrochenes Getriebeausgangsdrehmoment aufrechterhalten werden, ohne dass die Maschine 12 eingeschaltet werden muss.
  • Außerdem weist der Antriebsstrang 10 drei Festgang-Betriebsmodi (FG-Betriebsmodi) oder ”Direkt”-Betriebsmodi auf. In allen Festgangmodi wird das Fahrzeug durch den Betrieb der Maschine 12 in Vorwärtsrichtung angetrieben. Im Allgemeinen ergeben sich FG-Modi aus dem Schließen (d. h. Betätigen) einer zusätzlichen Kupplung zu der Anzahl, die zur Auswahl eines elektrisch variablen Modus erforderlich ist. In FG-Modi sind die Drehzahlen des Eingangs Ni und die jedes Motors Na, Nb proportional zur Drehzahl des Ausgangs No. Somit weisen diese Modi nur einen Drehzahl-DOF auf. Mathematisch nehmen die Drehzahl- und Drehmomentgleichungen dieser Klasse von Modi die folgende Form an:
    Figure 00300001
    wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebeübersetzung bestimmt sind. Falls b11 von null verschieden ist, kann der Motor A während des Betriebs im Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Falls b12 von null verschieden ist, kann der Motor B während des Betriebs im Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Falls b13 von null verschieden ist, kann die Maschine während des Betriebs im Fest gangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Falls b13 von null verschieden ist, kann der Modus ein nur elektrischer Festgangmodus sein.
  • Das gleichzeitige Einrücken der Kupplungen C1, C3 und C4 schaltet das Getriebe 14 in den FG1-Modus. In FG1 ist der Motor A geerdet und treibt die Maschine den ersten Planetenradsatz 24 zu dem dritten Planetenradsatz 28 und somit zu dem Abtriebselement 20 an. Der FG2-Modus wird durch das wahlweise Einrücken der Kupplungen C1, C2 und C4 erzielt. In FG2 ist der Motor B geerdet und treibt die Maschine 12 den ersten und den zweiten Planetenradsatz 24, 26 zu dem dritten Planetenradsatz 28 und somit zu dem Abtriebselement 20 an. Gleichfalls wird der FG3-Modus durch das gleichzeitige Einrücken der Kupplungen C2, C3 und C4 erzielt. In FG3 ist der Motor A verriegelt und treibt die Maschine den ersten Planetenradsatz 24 zu dem zweiten und zu dem dritten Planetenradsatz 26, 28 und zu dem Abtriebselement 20 an. Beim Betrieb in einem FG-Betriebsmodus ist die Drehzahl No des Abtriebselements direkt proportional zur Drehzahl Ni des Antriebselements und ist das gewählte Übersetzungsverhältnis: Ni = No·GR.
  • Weiter anhand von 2 ist das Getriebe 14 ebenfalls für den Betrieb in vier elektrisch variablen Getriebemodi (EVT-Modi) betreibbar. Elektrisch variable Betriebsmodi können in vier allgemeine Klassifizierungen aufgeteilt werden: eingangsleistungsverzweigter Modus, ausgangsleistungsverzweigter Modus, kombiniert-leistungsverzweigter Modus und Reihenmodus. In einem eingangsleistungsverzweigten Modus ist ein Motor/Generator so in Eingriff, dass sich seine Drehzahl direkt proportional zur Getriebeausgabe ändert, und ist ein anderer Motor/Generator so in Eingriff, dass seine Drehzahl eine Linearkombination der Drehzahlen des Antriebs- und der Abtriebselements ist. In einem ausgangsleistungsverzweigten Be triebsmodus ist ein Motor/Generator so in Eingriff, dass sich seine Drehzahl direkt proportional zu der des Getriebeantriebselements ändert, und ist der andere Motor/Generator so in Eingriff, dass seine Drehzahl eine Linearkombination der Drehzahlen des Antriebselements und des Abtriebselements ist. Andererseits sind bei einem kombiniert-leistungsverzweigten Modus beide Motoren/Generatoren so in Eingriff, dass ihre Drehzahlen Linearkombinationen der Drehzahlen des Antriebs- und der Abtriebselements sind, wobei aber keine direkt proportional entweder zur Drehzahl des Antriebselements oder zur Drehzahl des Abtriebselements ist. Schließlich ist beim Betrieb in einem Reihenmodus ein Motor/Generator so in Eingriff, dass sich seine Drehzahl direkt proportional zur Drehzahl des Getriebeantriebselements ändert, und ist ein anderer Motor/Generator so in Eingriff, dass sich seine Drehzahl direkt proportional zur Drehzahl des Getriebeabtriebselements ändert. Beim Betrieb im Reihenmodus gibt es keinen direkten mechanischen Leistungsübertragungsweg zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebselement und muss somit die gesamte Leistung elektrisch übertragen werden.
  • In jedem der vier oben angegebenen Typen elektrisch variabler Betriebsmodi sind die Drehzahlen Na und Nb der Motoren Linearkombinationen der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl Ni und No. Somit weisen diese Modi zwei Drehzahl-DOF auf. Mathematisch nehmen die Drehzahl- und Drehmomentgleichungen dieser Klasse von Modi die folgende Form an:
    Figure 00320001
    wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebeübersetzung bestimmt sind. Der Typ des EVT-Modus kann aus der Struktur der Matrix der B-Koeffizienten bestimmt werden. Das heißt, falls b21 = b12 = 0 oder b11 = b22 = 0 ist, ist der Modus ein Reihenmodus. Falls b11 = 0 oder b12 = 0 ist, ist der Modus ein eingangsleistungsverzweigter Modus. Falls b21 = 0 oder b22 = 0 ist, ist der Modus ein ausgangsleistungsverzweigter Modus. Falls b11, b12, b21 und b22 sämtlich von null verschieden sind, ist der Modus ein kombiniert-leistungsverzweigter Modus.
  • Im EVT1 und EVT4 arbeitet das Getriebe 14 in etwas, das als ein ”eingangsleistungsverzweigter” Betriebsmodus bekannt ist, in dem die Ausgangsdrehzahl No des Getriebes 14 proportional zur Drehzahl eines Motors/Generators ist. Genauer wird der EVT-1-Modus durch das gleichzeitige Einrücken der ersten und der dritten Kupplung C1 und C3 erreicht. Im EVT1 wirkt der Motor A so, dass er die Maschine 12 mit dem ersten Planetenradsatz 24, zu dem dritten Planetenradsatz 28 und zu dem Abtriebselement 20 zur Reaktion bringt, während der Motor B den zweiten und den dritten Planetenradsatz 26, 28 antreibt. Im EVT1 treibt der Motor A das Fahrzeug vor. Alternativ kann das Getriebe 14 durch Betätigen der Kupplung C2 und der Kupplung C3 wahlweise in den Modus EVT4 geschaltet werden. Im EVT4 wirkt der Motor A so, dass er die Maschine 12 mit dem ersten Planetenradsatz 24, zu dem zweiten und zu dem dritten Planetenradsatz 26, 28 und zu dem Abtriebselement 20 zur Reaktion bringt, während der Motor B den zweiten und den dritten Planetenradsatz 26, 28 antreibt. Im EVT4 treibt der Motor B das Fahrzeug vor.
  • Im EVT2 und im EVT3 arbeitet das Getriebe 14 in etwas, das als ein ”kombiniert-leistungsverzweigter” Betriebsmodus bekannt ist, in dem die Ausgangsdrehzahl No des Getriebes 14 nicht proportional zur Drehzahl eines einzelnen Motors/Generators, sondern vielmehr eine algebraische Linearkombination der Drehzahlen beider Motoren/Generatoren ist. Genauer wird der EVT2 durch das zusammenwirkende Einrücken der ersten und der vierten Kupplung C1, C4 erreicht. In diesem Manöver arbeiten der Motor A und der Motor B so, dass sie die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem zweiten Planetenradsatz 24, 26 zur Reaktion bringen. Alternativ kann das Getriebe 14 durch Betätigen der Kupplung C2 und der Kupplung C4 wahlweise in den EVT3-Modus geschaltet werden. Beim Betrieb im EVT3-Modus bringen die zwei Motor/Generator-Baueinheiten 56, 58 die Maschine 12 mit allen drei Planetenradsätzen 24, 26, 28 zur Reaktion.
  • Anhand von 3 ist eine graphische Darstellung der Getriebeausgangsdrehzahl No entlang der horizontalen X-Achse gegenüber der Eingangsdrehzahl Ni entlang der vertikalen Y-Achse veranschaulicht. 3 ist eine graphische Darstellung der bevorzugten Betriebsbereiche jedes Betriebsmodus in Bezug auf die Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes 14. Zum Beispiel ist der synchrone Betrieb in FG1, d. h. diejenigen Beziehungen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl, bei denen die Kupplungen C1, C3 und C4 im Wesentlichen mit der Schlupfdrehzahl null darüber gleichzeitig arbeiten, durch die Linie 81 dargestellt. Somit repräsentiert die Linie 81 im Wesentlichen die Beziehungen der Eingangs- und der Ausgangsdrehzahl, bei denen ein synchrones Schalten zwischen den Modi auftreten kann oder bei denen durch gleichzeitiges Einrücken der Kupplungen C1, C3 und C4 – d. h. festes Übersetzungsverhältnis – eine direkte mechanische Kopplung vom Eingang zum Ausgang bewirkt werden kann. Der synchrone Betrieb in FG2, d. h. diejenigen Beziehungen zwischen Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl, bei denen die Kupplungen C1, C2 und C4 im Wesentlichen mit dem Schlupf null darüber gleichzeitig arbeiten, ist durch die Linie 83 dargestellt. Gleichfalls sind diejenigen Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl während des Betriebs in FG3, bei denen die Kupplungen C2, C3 und C4 im Wesentlichen mit dem Schlupf null darüber gleichzeitig arbeiten, durch die Linie 85 dargestellt.
  • Links von der Schaltübersetzungsverhältnislinie 81 liegt ein bevorzugtes Betriebsgebiet für den ersten EVT-Modus – d. h. EVT1, in 3 als ”Modus 1” identifiziert –, bei dem sowohl C1 als auch C3 angelegt ist und C2 und C4 gelöst sind. Rechts von der Schaltübersetzungsverhältnislinie 81 und links von der Schaltübersetzungsverhältnislinie 83 liegt ein bevorzugtes Betriebsgebiet für den zweiten EVT-Modus – d. h. EVT2, in 3 als ”Modus 2” identifiziert –, in dem C1 und C4 angelegt sind und C2 und C3 gelöst sind. Rechts von der Schaltlinie 83 und links von der Schaltübersetzungsverhältnislinie 85 liegt ein bevorzugtes Betriebsgebiet für den dritten EVT-Modus – d. h. EVT3, in 3 als ”Modus 3” identifiziert –, in dem sowohl C2 als auch C4 angelegt sind und C1 und C3 gelöst sind. Rechts von der Schaltübersetzungsverhältnislinie 85 liegt ein bevorzugtes Betriebsgebiet für den vierten EVT-Modus – d. h. EVT4, in 3 als ”Modus 4” identifiziert –, bei dem C2 und C3 angelegt sind und C1 und C4 gelöst sind. Wie der Begriff ”angelegt” oder ”betätigt” in Bezug auf die Kupplungen C1–C5 hier verwendet ist, bedeutet er eine wesentliche Drehmomentübertragungskapazität über die jeweilige Kupplung. Im Gegensatz dazu bezeichnet der Begriff ”gelöst” oder ”deaktiviert” eine unwesentliche oder keine Drehmomentübertragungskapazität über die jeweilige Kupplung.
  • Obgleich die oben angegebenen bevorzugten Betriebsgebiete für den Betrieb des Hybridgetriebes 14 allgemein bevorzugt sind, soll das nicht bedeuten, dass sich die verschiedenen in 3 gezeigten EVT-Betriebsgebiete nicht überlappen können oder nicht überlappen. Im Allgemeinen ist es aber bevorzugt, in den spezifizierten Gebieten zu arbeiten, da diese besonderen Modi vorzugsweise Zahnradsätze und Motorhardware nutzen, die in verschiedenen Aspekten (z. B. Masse, Größe, Kosten, Trägheitskapazitäten usw.) für dieses Gebiet besonders gut geeignet sind. Obgleich die oben spezifizierten einzelnen Betriebsgebiete für die angegebenen besonderen Betriebsmodi allgemein besonders bevorzugt sind, soll das ähnlich nicht bedeuten, dass die Betriebsgebiete für die einzelnen EVT-Modi nicht umgeschaltet werden können. Ein Schalten in den Modus 1 wird als ein ”Herunterschalten” betrachtet und ist in Übereinstimmung mit dem Verhältnis von Ni/No einem höheren Übersetzungsverhältnis zugeordnet. Im Gegensatz dazu wird ein Schalten von dem [engt: ”from into”] Modus 4 als ein ”Heraufschalten” betrachtet und ist in Übereinstimmung mit dem Verhältnis von Ni/No einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis zugeordnet. Andere Modus-zu-Modus-Schaltsequenzen sind möglich. Beispielhaft ist ein Schalten vom EVT1 zum EVT3 ebenfalls ein Heraufschalten, während ein Schalten vom EVT4 zum EVT2 als ein Herunterschalten angesehen wird.
  • Das allgemeine Ziel von Heraufschaltungen und Herunterschaltungen, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden, ist der ruckfreie Übergang von einem Modus zu einem anderen Modus mit minimalen Drehmomentstörungen. In der beispielhaften Multimodus-Hybridgetriebeanordnung aus 1 ist es möglich, entweder mit der herankommenden oder mit der weggehenden Kupplung von einem EVT-Modus zu einem anderen EVT-Modus zu schalten, während die gewünschten Drehmomentrichtungen aufrechterhalten werden. 4A–4B und 5A–5B zeigen jeweils graphisch ein beispielhaftes quasiasynchrones Gangschaltereignis, das durch die oben erwähnte Antriebsstrang-, Endantriebsstrangsystem- und Controllerarchitektur ausgeführt wird. Die Y-Achse in 4A–5B umfasst verschiedene Steuerbefehle und gemessene Variablen, die jeweils als eine Funktion der Zeit auf der X-Achse dargestellt sind. Es ist festzustellen, dass anwendungsspezifische Massen, Trägheiten, Reibungsfaktoren und andere Eigenschaften und Parameter des Endantriebsstrangs verschiedene Betriebszustände des Antriebs strangs und des Endantriebsstrangs beeinflussen. Somit sollen die in 4A, 4B, 5A und 5B dargestellten Reaktionszeiten und Beträge beispielhaft sein, während sie dennoch den Gesamtbetrieb des Antriebsstrangsystems beschreiben.
  • Im Gesamtbetrieb umfasst das Ausführen eines quasiasynchronen Schaltens von einem Anfangsbetriebsmodus zu einem Endbetriebsmodus in dem beispielhaften Getriebe des beispielhaften Antriebsstrangsystems den Betrieb des Getriebes in einem Anfangsbetriebsmodus und, wenn ein Schalten angewiesen wird, den Übergang des Getriebes über einen Zwischenbetriebsmodus ohne wesentliche Überlappung in den Endbetriebsmodus. Das asynchrone Schalten kann dadurch charakterisiert werden, dass der jeweilige Schlupf über die weggehende und über die herankommende Kupplung während des gesamten Schaltbetriebs nicht gleich null ist. Dabei kann die hier dargestellte Getriebeanordnung bei unnötiger Synchronisierung eines Zwischenbetriebsmodus zwischen zwei Betriebsmodi übergehen, was aus der folgenden ausführlichen Beschreibung besser zu erkennen ist.
  • Zunächst übergehend zu 4A umfasst die als 88 gezeigte Linie die Eingangsdrehzahl des Getriebes, wenn der Antriebsstrang in einem Festgangmodus arbeitet. Zum Beispiel ist beim Betrieb in FG1, in dem die Kupplungen C1, C3 und C4 betätigt sind, die Eingangsdrehzahl Ni gleich der Ausgangsdrehzahl No, multipliziert mit dem ersten Übersetzungsverhältnis GR1 – d. h. Ni = No·GR1. Die als 90 gezeigte Linie zeigt die Eingangsdrehzahl Ni, dargestellt als Funktion der Zeit, während das Getriebe 14 unter Nutzung der herankommenden Kupplung von einem ersten Betriebsmodus – z. B. EVT1 – über den Betrieb im FG-Modus in einen zweiten Betriebsmodus – z. B. EVT2 – übergeht, um ein quasiasynchrones Schaltschema in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszuführen. Beispielhaft kann das Getriebe vom EVT1, bei dem die Kupplungen C1 und C3 gleichzeitig aktiv sind, in den EVT2, bei dem die Kupplungen C1 und C4 gleichzeitig aktiv sind, übergehen, ohne in dem Prozess FG1 vollständig zu synchronisieren, bei dem die Kupplungen C1, C3 und C4 gleichzeitig aktiv sind.
  • In Ansprechen auf einen Schaltbefehl von der Controllerarchitektur, z. B. von der ECU 80 aus 1, wird die Drehmomentkapazität der weggehenden Kupplung, in diesem Beispiel C3, die in 4B als Linie 96 gezeigt ist, durch Verringern des Hydraulikdrucks in der Kupplungsfüllkammer von C3 verringert. Während die Drehmomentkapazität verringert wird, wird sie gleich der Größe des Gegendrehmoments der Kupplung C3. Das Gegendrehmoment ist üblicherweise als eine Größe des über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung übertragenen Drehmoments definiert. Die Drehmomentkapazität ist üblicherweise als ein Maximalbetrag des über eine Kupplung übertragbaren Drehmoments definiert und beruht allgemein auf der Größe des Kupplungsdrucks und auf der Kupplungsreibung. Wenn die Größe des Kupplungsdrehmoments die Drehmomentkapazität übersteigt, tritt ein Kupplungs-”Schlupf” auf. Das Gegendrehmoment ist immer kleiner oder gleich der Drehmomentkapazität. Der Kupplungsdruck wird durch Steuern der Größe des an die Kupplung angelegten Hydraulikdrucks durch den Hydraulikkreis des Getriebes erzeugt.
  • Um das Gegendrehmoment zu der weggehenden Kupplung C3 zu verringern, ohne dass sich dies nachteilig auf die Drehmomentausgabe des Antriebsstrangs auswirkt, wird der TPIM-Controller angewiesen, ausreichend Energie zu den Motoren A und B zu übertragen, so dass ihre Ausgaben oder Antriebsdrehmomente gleich dem Gegendrehmoment über die weggehende Kupplung sind und somit das Ausgangsdrehmoment bei der Wel le 20 des Getriebes 14 aufrechterhalten können. Daraufhin kann die Drehmomentausgabe der Motoren A und B bei weiterer Verringerung der Kupplungsdrehmomentkapazität und des Gegendrehmoments gleichzeitig erhöht werden. Wenn die Motorausgangsdrehmomente das Getriebeausgangsdrehmoment ausreichend aufrechterhalten können, ist das Gegendrehmoment über C3 im Wesentlichen gleich null. Wenn das Gegendrehmoment über die weggehende Kupplung C3 im Wesentlichen gleich null ist, kann der Hydraulikdruck, der die C3 betätigt, ohne sofortige Änderung des Drehmoments über das Kupplungspaket in C3 abgeschaltet werden.
  • Das Betätigen der herankommenden Kupplung, in diesem Beispiel C4, wird wie folgt ausgeführt. Die Drehzahlen der herankommenden und der weggehenden Kupplung – z. B. C3 und C4 – im Modusbetrieb sind bekannt und in 4A als Linie 92 bzw. 94 gezeigt. Die Drehzahländerung der herankommenden Kupplung C4 ist ebenfalls bekannt. Unter Verwendung von einfacher Algebra kann das Steuersystem die bekannte Drehzahl der Kupplung C4 zu irgendeinem Zeitpunkt und die Drehzahländerung der Kupplung C4 kombinieren, um eine verstrichene Zeitdauer zu bestimmen, die notwendig ist, damit die Drehzahlen der Reaktions- und Reibscheiben der Kupplung C4 im Wesentlichen äquivalent sind. Wenn diese Bedingungen erreicht sind, ist die Drehzahl der Antriebswelle mit der Drehzahl der Kupplung C4 im Wesentlichen synchronisiert. Dies umfasst einen Punkt, an dem die Betätigung der Kupplung C4 ausgeführt werden kann, ohne Drehmomentstörungen in dem Endantriebsstrang zu induzieren.
  • Nach dem Zeitpunkt, bei dem die Eingangsdrehzahl des Getriebes und die Drehzahl der herankommenden Kupplung synchronisiert worden sind, kann der Drehmomentaustausch zwischen der herankommenden und der weggehenden Kupplung ausgeführt werden. Die in 4B als Linie 98 gezeigte Drehmomentkapazität der herankommenden Kupplung C4 wird durch Erhöhen des Systemhydraulikdrucks dazu erhöht und die Kupplung C4 kann durch Anlegen des Gegendrehmoments betätigt werden. Die Drehmomentbeiträge der Motoren A und B werden verringert, während die Größe des Gegendrehmoments der herankommenden Kupplung C4 zunimmt, wobei das System wie zuvor diskutiert über den FG-Modus zu dem Ziel-EVT-Betriebsmodus übergeht.
  • Wenn das Gegendrehmoment kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird die weggehende Kupplung C3 im Wesentlichen deaktiviert oder ausgerückt. In der beispielhaften Anwendung aus 4A und 4B ist der bevorzugte vorgegebene Wert für ein Gegendrehmoment, bei dem die weggehende Kupplung deaktiviert werden kann, ein Gegendrehmomentwert, der im Wesentlichen null ist. Wenn die weggehende Kupplung deaktiviert worden ist, beginnt das Antriebsstrangsystem mit dem Betrieb im ETC-Modus, in dieser Ausführungsform ETC1, wobei eine einzelne Kupplung – z. B. C1 – die einzige aktive Drehmomentübertragungsvorrichtung ist.
  • Das oben beschriebene quasiasynchrone Schalten weist zwei verschiedene Vorteile auf: Zunächst verweilt die Eingangsdrehzahl beim Ausführen des quasiasynchronen Schaltens nicht bei irgendeinem festen Übersetzungsverhältnis, was einen rockärmeren Eingangsdrehzahlübergang zulässt; zweitens können die Kupplungsleistung und -energie wegen der Tatsache, dass der Kupplungsschlupf niedrig ist, wenn der Kupplungsdruck angewendet wird, sehr niedrig sein. Dieses innovative Schaltverfahren ist so ausgelegt, dass es andere Schalttypen einschließlich synchroner Schaltungen und ETC-Schaltungen ergänzt, um mehrere Wege von einem EVT-Modus zu einem anderen EVT-Modus zuzulassen, ohne den Fahrzeugvortrieb zu verlieren, und um die Systemhaltbarkeit aufrechtzuerhalten.
  • Nun anhand von 5A stellt die als 89 gezeigte Linie die Eingangsdrehzahl des Getriebes dar, wenn der Antriebsstrang in einem Festgangmodus – z. B. FG 1 – arbeitet. Die als 91 gezeigte Linie zeigt die Eingangsdrehzahl Ni, dargestellt als Funktion der Zeit, während das Getriebe 14 unter Nutzung der weggehenden Kupplung von einem ersten Anfangsbetriebsmodus – z. B. EVT1 – über den Betrieb im FG-Modus und in einen Zielbetriebsmodus – z. B. EVT2 – übergeht, um ein quasiasynchrones Schalten auszuführen.
  • In Ansprechen auf einen Schaltbefehl von der Controllerarchitektur wird die Drehmomentkapazität der weggehenden Kupplung, die in 5B als Linie 97 gezeigt ist, durch Verringern des Hydraulikdrucks in der Kupplungsfüllkammer der weggehenden Kupplung verringert. Während die Drehmomentkapazität verringert wird, wird sie gleich der Größe des Gegendrehmoments der Kupplung C3. Um das Gegendrehmoment zu der weggehenden Kupplung zu verringern, ohne dass sich dies nachteilig auf die Drehmomentausgabe des Antriebsstrangs auswirkt, kann der Systemcontroller anweisen, dass der erste und der zweite Motor 56, 58 ihre jeweiligen Ausgaben ändern, damit sie gleich dem Gegendrehmoment über die weggehende Kupplung werden. Daraufhin kann die Drehmomentausgabe der Motoren A und B bei weiterer Verringerung der Kupplungsdrehmomentkapazität und des Gegendrehmoments gleichzeitig erhöht werden. Wenn die Motorausgangsdrehmomente das Getriebeausgangsdrehmoment ausreichend aufrechterhalten können, ist das Gegendrehmoment über die weggehende Kupplung im Wesentlichen gleich null. Wenn das Gegendrehmoment über die weggehende Kupplung im Wesentlichen gleich null ist, kann der Hydraulikdruck, der die weggehende Kupplung betätigt, oh ne sofortige Änderung des Drehmoments über das Kupplungspaket darin ausgeschaltet werden.
  • Die Drehzahlen der herankommenden und der weggehenden Kupplung sind bekannt und in 5A als Linie 93 bzw. 95 gezeigt. Die Drehzahländerung der herankommenden Kupplung ist ebenfalls bekannt. Unter Verwendung von einfacher Algebra kann das Steuersystem die bekannte Drehzahl und Drehzahländerung der herankommenden Kupplung kombinieren, um eine verstrichene Zeitdauer zu bestimmen, die notwendig ist, damit die Drehzahlen der Reaktions- und Reibscheiben der herankommenden Kupplung im Wesentlichen äquivalent sind. Wenn diese Bedingungen erreicht sind, ist die Drehzahl der Antriebswelle mit der Drehzahl der herankommenden Kupplung im Wesentlichen synchronisiert.
  • Nach dem Zeitpunkt, zu dem die Eingangsdrehzahl des Getriebes und die Drehzahl der herankommenden Kupplung synchronisiert worden sind, wird die Drehmomentkapazität der herankommenden Kupplung, die in 5B als Linie 99 gezeigt ist, durch Erhöhen des Systemhydraulikdrucks dazu erhöht und kann sie durch Anwenden des Gegendrehmoments betätigt werden. Die Drehmomentbeiträge der Motoren A und B werden verringert, während die Größe des Gegendrehmoments der herankommenden Kupplung zunimmt, wobei das System wie zuvor diskutiert über den FG-Modus zu dem Ziel-EVT-Betriebsmodus übergeht. Wenn das Gegendrehmoment kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist, wird die weggehende Kupplung nachfolgend deaktiviert oder ausgerückt. Wenn die weggehende Kupplung deaktiviert worden ist, beginnt das Antriebsstrangsystem mit dem Betrieb im ETC-Modus, wobei eine einzelne Kupplung die einzige aktive Drehmomentübertragungsvorrichtung ist.
  • Anhand des in 6 gezeigten Ablaufplans ist nun ein Steueralgorithmus zum Regulieren des Betriebs eines Multimodus-Hybridgetriebes, d. h. ein verbessertes Verfahren zum Ausführen eines quasiasynchronen Kupplung-zu-Kupplung-Schaltbetriebs von einem ersten ”Anfangs”-Betriebsmodus zu einem ”Ziel”-Betriebsmodus, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung allgemein bei 100 gezeigt. Das Verfahren oder der Algorithmus 100 ist hier in Bezug auf die in 1 veranschaulichte Struktur beschrieben, wobei es vorzugsweise als Algorithmen in den oben beschriebenen Controllern des Steuersystems ausgeführt wird, um den Betrieb des anhand von 1 beschriebenen Systems zu steuern. Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch in andere Antriebsstranganordnungen integriert werden, ohne von dem beabsichtigten Umfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
  • Falls, z. B. über ein Fahrer-Antippen oder -Loslassen, eine Schaltsequenz initiiert wird, beginnt das Verfahren 100 bei Schritt 101, wobei der Systemcontroller wie etwa das HCP bestimmt, ob ein quasiasynchrones Schalten zum Abschließen der Schaltsequenz gemäß den gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen optimal ist. Wenn das der Fall ist, weist das HCP das TCM an, zu Schritt 103 überzugehen und das Eingangsdrehzahl- und das Eingangsbeschleunigungsprofil zu bestimmen. Das Eingangsdrehzahl- und das Eingangsbeschleunigungsprofil beruhen allgemein auf der Anfangs- und auf der Zieldrehzahl der herankommenden Kupplung sowie auf bestimmten Kalibrierungen, die die ”Ablenkpunkte” des Profils charakterisieren. Diese Informationen werden verwendet, um ein ”S-förmiges” Drehzahlprofil zu erzeugen, so dass die Motordrehzahl ruckfrei von der gegenwärtigen Drehzahl starten und eine ”weiche Landung” bei der Zieldrehzahl ausführen kann.
  • Das oben erwähnte S-förmige Profil besteht aus einer Drehzahländerung der herankommenden Kupplung auf Zeitgrundlage, die drei Hauptsegmente umfasst. Das erste Segment weist eine linear ansteigende Drehzahl der herankommenden Kupplung und eine sich linear ändernde Beschleunigung von null auf einen konstanten Beschleunigungspegel auf. Das zweite Segment weist andererseits eine stationäre Drehzahländerung der herankommenden Kupplung und somit einen konstanten Beschleunigungspegel auf. Das dritte Segment weist einen sich linear ändernden Beschleunigungspegel vom Segment zwei auf null und somit einen linearen Abfall der Drehzahl der herankommenden Kupplung auf. Die Kalibrierungen, die die ”Ablenkpunkte” des Profils charakterisieren, enthalten den Gesamtabschnitt oder die Prozentsätze des ersten und des dritten Segments. Zum Beispiel kann das Segment eins 15% der Gesamtdrehzahlphasenzeit umfassen, während das Segment drei 20% beträgt. Das zweite Segment wird dann zu 65% berechnet. Wenn dies bestimmt worden ist, kann der Beschleunigungspegel für das Segment zwei auf der Grundlage der Gesamtdrehzahlphasenzeit und des für den Schwenk notwendigen Delta Drehzahl berechnet werden.
  • Vor den, gleichzeitig mit den oder nach den Schritten 101 und 103 kann der Systemcontroller bei 105 bestimmen, ob der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung oder der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten zum Ausführen des quasiasynchronen Schaltens: die Verwendung der herankommenden Kupplung oder die der weggehenden Kupplung. Jede Option weist bestimmte Vorteile und Nachteile auf. Wie in 107 angegeben ist, weist der Controller dabei an, dass Fluid an die herankommende Kupplung verteilt wird, wobei die herankommende Kupplung auf einen vorgegebenen Vorfüllpegel, der kleiner als der zum Erzielen der vollen Drehmomentkapazität ist, vorgefüllt wird.
  • Falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird, bestimmt der Controller in Schritt 109, ob ein ”Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis” notwendig ist. Ein Fall eines Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses liegt vor, wenn die Motordrehzahl über/unter das Zielübersetzungsverhältnis erhöht/verringert wird. In einem Beispiel eines ”Unter-Übersetzungsverhältnisses”, in dem das Zielübersetzungsverhältnis 1,00 ist, wenn die Ausgangsdrehzahl 1000 min–1 ist, wird die Motordrehzahl bei einem Heraufschalten von 2000 auf 800 min–1 gebracht. Falls die Eingangsdrehzahl in demselben Beispiel für das Heraufschalten von 800 auf 1200 min–1 gebracht wird, wird dies als ein ”Über-Übersetzungsverhältnis” angesehen.
  • Das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis ist z. B. notwendig, falls der Schaltbetrieb entweder ein Herunterschalten mit anstehender Leistung oder ein Heraufschalten ohne anstehende Leistung unter Verwendung der herankommenden Kupplung ist. Im Gegensatz dazu ist unter einem Einschaltfall (d. h. positives Ausgangsdrehmoment), in dem die herankommende Kupplung zum Abschließen des Heraufschaltens verwendet wird, kein Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig. Das Über-Übersetzungsverhältnis ist im Fall des Herunterschaltens mit anstehender Leistung notwendig, da das Drehmoment der herankommenden Kupplung während der ”unterrationierten” Zeitdauer nur ein positives Ausgangsdrehmoment erzeugt. Falls die weggehende Kupplung verwenden wird ist der Fall genau entgegengesetzt.
  • Wenn bestimmt worden ist, ob ein Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, tritt der Schaltbetrieb in die ”Drehmomentphase” ein und enthält das Verfahren daraufhin in Schritt 111 und 113 das Bestimmen des Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung. Falls diesbezüglich festgesetzt wird, dass ein Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, werden das Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung wie in Schritt 111 angegeben teilweise anhand des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses bestimmt. Zum Beispiel wird das Schlupfdrehzahlprofil der herankommenden Kupplung zunächst auf eine Zielschlupfdrehzahl eingestellt, die äquivalent der Drehzahl des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses ist, und anschließend wieder auf den Zielwert null eingestellt, um die herankommende Kupplung einzurücken, wenn das Kupplungsdrehmoment zwischen der herankommenden und der weggehenden Kupplung ausgetauscht werden soll. Wenn dagegen das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis nicht notwendig ist, geht die Schaltsequenz zu Schritt 113 über und werden das Schlupf- und das Beschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung ohne das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis bestimmt. Wenn die Schritte 109 bis 113 abgeschlossen sind, werden die Antriebsstrang-”Drehmomenterzeugungsvorrichtungen”, die die Maschine 12 und die Motoren/Generatoren 56, 58 enthalten, wie oben beschrieben zum Ändern der Getriebeeingangsdrehzahl verwendet.
  • In den Schritten 117 und 119 bestimmt der Systemcontroller, ob das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist und ob die herankommende Kupplung gefüllt ist. Das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung gilt als richtig, falls das Vorzeichen des Ausgangsdrehmomentbefehls dasselbe wie das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung ist. Kupplungsdrehmoment und Kupplungsschlupf haben immer dasselbe Vorzeichen (d. h. entweder beide positiv oder beide negativ), und die Übertragungsfunktion zwischen dem Kupplungsdrehmoment und dem Ausgangsdrehmoment weist eine feste Beziehung auf. Somit erzeugt ein positives Kupplungsdrehmoment ein positives Ausgangsdrehmoment, falls der Ausgangsdrehmomentbefehl positiv ist und die Übertragungsfunktion einen positiven Koeffizienten aufweist. Falls die Schritte 117 oder 119 ein negatives Signal zurückgeben – d. h., falls das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung falsch ist oder falls deren Anlegekammer nicht gefüllt ist –, kehrt das System zu Schritt 115 zurück und stellt die Eingangsdrehzahl ein, bis 117 und 119 positive Signale zurückgeben.
  • Falls die herankommende Kupplung gefüllt ist und der Controller feststellen kann, dass das Vorzeichen des Schlupfs richtig ist, berechnet das TCM in Schritt 121 auf der Grundlage des Ausgangsdrehmomentbefehls das Drehmoment der weggehenden Kupplung und legt es an und schließt daraufhin die Drehmomentphase der Schaltsequenz durch Entleeren der weggehenden Kupplung ab. Die Übertragungsfunktion zwischen dem Drehmoment der weggehenden Kupplung zum Ausgangsdrehmoment ist ähnlich wie oben in Bezug auf Schritt 117 beschrieben festgelegt, wobei das Drehmoment der weggehenden Kupplung bestimmt werden kann, wenn der Ausgangsdrehmomentbefehl bekannt ist.
  • Weiter anhand von 6 geht der Schaltbetrieb daraufhin in die Drehzahl- oder ”Trägheits”-Phase über. Das Ausführen eines Kupplung-zu-Kupplung-Schaltens findet in zwei verschiedenen Phasen statt: einer Drehmomentphase und einer Trägheitsphase. Die Drehmomentphase bezieht sich auf die Zeitdauer, in der die weggehende Kupplung entladen und gelöst wird. In herkömmlichen Getrieben erfolgt dies unter Verwendung des Drehmoments der herankommenden Kupplung zum Entlasten der weggehenden Kupplung und aller zugehörigen Hydrauliksteuerungen während des Drehmomentaustauschs. Während der Drehmomentphase bleibt die Drehzahl der Antriebswelle allgemein konstant. Im Gegensatz dazu gibt es während der Trägheitsphase ein Ansprechen auf den Schaltbetrieb und ändert sich die Drehzahl der Antriebswelle. Die Drehzahlphase bezieht sich auf die Zeitdauer, wenn die Eingangsdrehzahl unter Verwendung der herankommenden oder weggehenden Kupplung vom alten Übersetzungsverhältnis zu dem neuen Übersetzungsverhältnis gesteuert wird. Zum Beispiel kann die Drehzahl bei einem Heraufschalten verringert werden; für ein Herunterschalten kann die Drehzahl erhöht werden.
  • In Schritt 123 werden die Antriebsstrang-Drehmomenterzeugungsvorrichtungen zum Steuern der Getriebeeingangsdrehzahl Ni und der Drehzahl NC_ON der herankommenden Kupplung, z. B. durch Einstellen der Drehmomenteingabe von der Maschine, von dem Motor/Generator (dem Motoren/Generatoren) oder Kombinationen davon, verwendet. In Schritt 125 überwacht das System, erfasst es oder bestimmt es auf andere Weise, ob der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als ein vorgegebener Schlupfschwellenwert ist. Falls der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als der Schlupfschwellenwert ist, spricht das TCM durch Verriegeln der herankommenden Kupplung und Verlassen der Sequenz an.
  • Die hier beschriebenen Schaltbetriebe können als ein quasiasynchrones Schalten charakterisiert werden, da die Schlupfdrehzahl über die herankommende und über die weggehende Kupplung im Wesentlichen während des gesamten Schaltbetriebs von null verschieden ist. Falls das Schalten wie oben erläutert EVT-zu-EVT erfolgt, verweilt somit die Eingangsdrehzahl nicht bei irgendeinem der festen Übersetzungsverhältnisse. Im Idealfall wird die Schlupfdrehzahl über die herankommende und weggehende Kupplung durch Einstellen des Eingangsdrehmoments entweder von der Maschine oder von einem der Motoren gesteuert.
  • Falls in Schritt 105 bestimmt wird, dass der quasiasynchrone Schaltbetrieb die weggehende Kupplung verwenden soll, tritt zunächst die Drehzahlphase auf und kommt die herankommende Kupplung während der Drehmomentphase an. Dementsprechend muss die weggehende Kupplung, wie bei 129 angegeben ist, vor dem Rutschen der herankommenden Kupplung steuerbar rutschen. Genauer wird die herankommende Kupplung auf einen vorgegebenen Vorfüllpegel, der kleiner als der zum Erzielen der vollen Drehmomentkapazität oder des Kupplungsschlupfs ist, vorgefüllt. Gleichzeitig damit kann die weggehende Kupplung durch Steuern der Drehmomentkapazität der weggehenden Kupplung unter das Gegendrehmoment rutschen gelassen werden.
  • Wenn die weggehende Kupplung rutschen gelassen wird, tritt die Sequenz in die Drehzahlphase ein. In Schritt 131 werden ähnlich dem oben beschriebenen Schritt 113 das [engl: ”the the”] Schlupfdrehzahl- und das Schlupfbeschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung wenigstens teilweise auf der Grundlage des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses bestimmt. Falls der Schaltbetrieb im Idealfall unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird, werden die Getriebeeingangsdrehzahl Ni und die Drehzahl NC_ON der herankommenden Kupplung wie in Schritt 133 angegeben vor dem Entleeren der weggehenden Kupplung geändert. Dies steht im Gegensatz zu der oben dargestellten Reihenfolge, in der die Getriebeeingangsdrehzahl und die Drehzahl der herankommenden Kupplung nach Entleeren der weggehenden Kupplung geändert werden, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird.
  • Im Übereinstimmung mit der Ausführungsform aus 6 enthält der Schritt 135 das Berechnen und Anwenden des Drehmoments der weggehenden Kupplung auf der Grundlage des Ausgangsdrehmomentbefehls auf ähnliche Weise, wie oben in Bezug auf Schritt 121 beschrieben wurde. Im Gegensatz zu Schritt 121 schließt aber der Schritt 135 die Drehzahlphase ab und enthält somit nicht das Entleeren der weggehenden Kupplung. Nachfolgend tritt die Schaltsequenz in die Drehmomentphase ein und bestimmt der Systemcontroller in den Schritten 137 und 139, ob das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist und ob die herankommende Kupplung gefüllt ist. Wenn das der Fall ist, spricht der Controller in Schritt 141 dadurch an, dass er das TCM anweist, die herankommende Kupplung zu verriegeln und die weggehende Kupplung zu entleeren und die Schaltsequenz anschließend zu verlassen.
  • Vorzugsweise enthält das Verfahren 100 wenigstens die Schritte 101–123. Allerdings liegt es im Umfang und Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung, Schritte auszulassen, zusätzliche Schritte aufzunehmen und/oder die in 4 dargestellte Reihenfolge zu ändern. Ferner wird angemerkt, dass das Verfahren 100 eine einzelne Schaltfolge darstellt. Wie oben angegeben wurde, wird allerdings erwartet, dass das Verfahren 100 auf systematische und wiederholte Weise angewendet wird. Schließlich soll die Verwendung einer solchen Terminologie wie ”Erfassen”, ”Detektieren”, ”Messen”, ”Berechnen” oder auf andere Weise ”Bestimmen” nicht einschränkend sein und als verhältnismäßig austauschbar angesehen werden.
  • Obgleich die besten Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen. Legende zu den Fig. 6
    101 Quasiasynchrones Schalten angewiesen?
    103 Bestimme Eingangsdrehzahl- und Eingangsbeschleunigungsprofil
    105 Herankommende Kupplung verwenden?
    107 Herankommende Kupplung vorfüllen
    109 Ist Über/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig?
    111 Berechne Schlupf- und Beschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung mit Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis
    113 Berechne Schlupf- und Beschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung ohne Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis
    115 Verwende Motoren und Maschine zum Steuern von Ni
    117 Ist das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig?
    119 Ist die herankommende Kupplung gefüllt?
    121 Berechne auf der Grundlage des Ausgangsdrehmomentbefehls Kupplungsdrehmoment und wende es an; entleere die weggehende Kupplung
    123 Verwende Motoren und Maschine zum Steuern von Ni und Nc
    125 Ist der Schlupf der herankommenden Kupplung < Schwellenwert?
    127 Beaufschlage die herankommende Kupplung mit vollem Druck, um sie zu verriegeln
    129 Fülle herankommende Kupplung vor und steuere Kapazität der weggehenden Kupplung unter das Gegendrehmoment, um Kupplungsschlupf zu erzeugen
    131 Berechne Schlupf- und Beschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung mit Über/ Unter-Übersetzungsverhältnis
    133 Verwende Motor und Maschine zum Steuern von Ni und Nc
    135 Berechne auf der Grundlage des Ausgangsdrehmomentbefehls das Drehmoment der weggehenden Kupplung und wende es an
    137 Ist das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig?
    139 Ist die herankommende Kupplung gefüllt?
    141 Beaufschlage die herankommende Kupplung mit vollem Druck, um sie zu verriegeln, und entleere die weggehende Kupplung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Norm J 1839 [0048]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Ausführen eines Kupplung-zu-Kupplung-Schaltens in einem Hybridgetriebe von einem Anfangsbetriebsmodus, der durch eine weggehende Kupplung charakterisiert ist, zu einem Zielbetriebsmodus, der durch eine herankommenden Kupplung charakterisiert ist, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen, dass Fluid zu der herankommenden Kupplung verteilt wird; Bestimmen, ob das Schalten unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird; Bestimmen, ob ein Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird; Bestimmen des Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung; Bestimmen, ob ein Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist; Bestimmen, ob die herankommende Kupplung gefüllt ist; Berechnen eines Drehmoments der weggehenden Kupplung und Entleeren der weggehenden Kupplung, falls das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist und die herankommende Kupplung gefüllt ist; Bestimmen, ob der Schlupf einer herankommenden Kupplung kleiner als ein vorgegebener Schlupfschwellenwert ist; und Verriegeln der herankommenden Kupplung, falls der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als der vorgegebene Schlupfschwellenwert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Schlupfdrehzahl über die herankommende und über die weggehende Kupplung im Wesentlichen über den gesamten Schaltbetrieb von null verschieden ist, und bei dem insbesondere die Schlupfdrehzahl über die herankommende und über die weggehende Kupplung durch Einstellen des Eingangsdrehmoments von einer Maschine und/oder von einem Motor, die/der jeweils funktional mit dem Getriebe verbunden ist, gesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird und falls der Schaltbetrieb ein Herunterschalten mit anstehender Leistung oder ein Heraufschalten ohne anstehende Leistung ist, und/oder bei dem das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist, falls ein Vorzeichen des Ausgangsdrehmomentbefehls dasselbe wie das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung ist, und/oder das ferner umfasst: Steuern einer Eingangsdrehzahl des Getriebes; und Steuern der Drehzahl einer herankommenden Kupplung; wobei die Getriebeeingangsdrehzahl und die Drehzahl der herankommenden Kupplung über eine Maschine und/oder über einen Motor gesteuert werden, die/der jeweils funktional mit dem Getriebe verbunden ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Schlupfdrehzahl- und das Schlupfbeschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung we nigstens teilweise auf der Grundlage des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses bestimmt werden, falls das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, und bei dem das Schlupf- und das Beschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung ohne das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis bestimmt werden, falls das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis nicht notwendig ist, und bei dem insbesondere das Schlupfdrehzahlprofil der herankommenden Kupplung zunächst ein Schlupfdrehzahlziel hat, das äquivalent dem Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis ist, und nachfolgend wieder das Ziel null hat, um die herankommende Kupplung einzurücken, wenn ein Kupplungsdrehmoment zwischen der herankommenden und der weggehenden Kupplung ausgetauscht wird, falls das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Bestimmen des Eingangsdrehzahl- und des Eingangsbeschleunigungsprofils, und bei dem insbesondere das Bestimmen des Eingangsdrehzahl- und des Eingangsbeschleunigungsprofils wenigstens teilweise auf Profilkalibrierungen und auf einer Eingangsdrehzahl und auf einer Zieldrehzahl der herankommenden Kupplung beruht, und bei dem insbesondere das Eingangsdrehzahl- und das Eingangsbeschleunigungsprofil eine zeitgestützte Drehzahländerung der herankommenden Kupplung enthalten, die ein Dreisegmentprofil umfasst, wobei ein erstes Segment einen linearen Anstieg der Drehzahl der herankommenden Kupplung umfasst, ein zweites Segment eine stationäre Drehzahländerung der herankommenden Kupplung umfasst und ein drittes Segment einen linearen Abfall der Drehzahl der herankommenden Kupplung umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren, falls der Schaltbetrieb nicht unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird, ferner umfasst: Rutschenlassen der weggehenden Kupplung; Bestimmen des Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung wenigstens teilweise auf der Grundlage des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses; Bestimmen, ob das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist; Bestimmen, ob die herankommende Kupplung gefüllt ist; und Verriegeln der herankommenden Kupplung und Entleeren der weggehenden Kupplung, falls das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist und die herankommende Kupplung gefüllt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Rutschen der weggehenden Kupplung das Steuern einer gegenwärtigen Drehmomentkapazität der weggehenden Kupplung unter das Gegendrehmoment enthält, und/oder bei dem die weggehende Kupplung vor dem Rutschenlassen der herankommenden Kupplung steuerbar rutschen gelassen wird, falls der Schaltbetrieb nicht unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird, und/oder das ferner umfasst: Steuern einer Eingangsdrehzahl des Getriebes und der Drehzahl einer herankommenden Kupplung vor Anlegen des Drehmoments der weggehenden Kupplung; wobei die Getriebeeingangsdrehzahl und die Drehzahl der herankommenden Kupplung über eine Maschine und/oder über einen Motor gesteuert werden, die/der jeweils funktional mit dem Getriebe verbunden ist.
  8. Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem Anfangsbetriebsmodus zu einem Zielbetriebsmodus in einem elektrisch variablen Multimodus-Hybridgetriebe mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Kupplung und das zum Empfangen eines Drehmoments von einer Maschine und von wenigstens einer Motor/Generator-Baueinheit betreibbar ist, wobei der Anfangsbetriebsmodus durch die erste (abgehende) Kupplung in einem angelegten Zustand, gleichzeitig mit der zweiten (ankommenden) Kupplung in einem gelösten Zustand, charakterisiert ist und der Zielbetriebsmodus durch die erste Kupplung in einem gelösten Zustand, gleichzeitig mit der zweiten Kupplung in einem angelegten Zustand, charakterisiert ist, wobei das Verfahren umfasst: Füllen der herankommenden Kupplung auf einen vorgegebenen Vorfüllpegel; Bestimmen, ob das Schalten unter Verwendung der herankommenden Kupplung oder der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird; Rutschenlassen der weggehenden Kupplung vor dem Rutschenlassen der herankommenden Kupplung, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird; Bestimmen, ob ein Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird; Bestimmen des Schlupfdrehzahl- und des Schlupfbeschleunigungsprofils der herankommenden Kupplung auf der Grundlage des Über-/Unter-Übersetzungsverhältnisses, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird oder falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird und falls das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis notwendig ist, wobei das Schlupfdrehzahl- und das Schlupfbeschleunigungsprofil der herankommenden Kupplung ohne das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis bestimmt werden, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird und das Über-/Unter-Übersetzungsverhältnis nicht notwendig ist; Bestimmen, ob das Vorzeichen des Schlupfs einer herankommenden Kupplung richtig ist; Bestimmen, ob die herankommende Kupplung gefüllt ist; Berechnen und Anlegen des Drehmoments einer weggehenden Kupplung wenigstens teilweise auf der Grundlage eines Ausgangsdrehmomentbefehls; Verriegeln der herankommenden Kupplung und Entleeren der weggehenden Kupplung, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird, das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist und die herankommende Kupplung gefüllt ist; Bestimmen, ob der Schlupf einer herankommenden Kupplung kleiner als ein vorgegebener Schlupfschwellenwert ist, und Entleeren der weggehenden Kupplung, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird, das Vorzeichen des Schlupfs der herankommenden Kupplung richtig ist und die herankommende Kupplung gefüllt ist; und Verriegeln der herankommenden Kupplung, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird und der Schlupf der herankommenden Kupplung kleiner als der vorgegebene Schlupfschwellenwert ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Steuern einer Eingangsdrehzahl des Getriebes und der Drehzahl einer herankommenden Kupplung durch Einstellen der Drehmomenteingabe der Maschine und/oder der Motor/Generator-Baueinheit; wobei das Steuern der Getriebeeingangsdrehzahl und der Drehzahl der herankommenden Kupplung vor Entleeren der weggehenden Kupplung ausgeführt wird, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird; und wobei das Steuern der Getriebeeingangsdrehzahl und der Drehzahl der herankommenden Kupplung nach Entleeren der weggehenden Kupplung ausgeführt wird, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem eine Schlupfdrehzahl über die herankommende und über die weggehende Kupplung im Wesentlichen während des gesamten Schaltbetriebs von null verschieden ist, und/oder das ferner umfasst: Bestimmen des Eingangsdrehzahl- und des Eingangsbeschleunigungsprofils vor dem Bestimmen, ob der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung oder der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird.
  11. Elektrisch variables Multimodus-Hybridgetriebe, das umfasst: einen ersten und einen zweiten Motor/Generator; einen ersten, einen zweiten und einen dritten Differentialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, ein zweites und ein drittes Element aufweisen, wobei der erste und der zweite Motor/Generator ununterbrochen mit jeweiligen der Differentialzahnradsätze verbunden sind und steuerbar sind, um ihnen Leistung zuzuführen; eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungsvorrichtungen; ein Antriebselement, das antriebstechnisch mit einer Maschine verbunden werden kann und ununterbrochen mit einem der Differentialzahnradsätze verbunden ist; ein Abtriebselement, das ununterbrochen mit einem anderen der Differentialzahnradsätze verbunden ist; wobei die Mehrzahl der Drehmomentübertragungsvorrichtungen eine erste und eine zweite Kupplung enthält, wobei das Einrücken der ersten Kupplung gleichzeitig mit dem Ausrücken der zweiten Kupplung einen Anfangsbetriebsmodus festsetzt, wobei das Ausrücken der ersten Kupplung gleichzeitig mit dem Einrücken der zweiten Kupplung einen Zielbetriebsmodus festsetzt, und wobei das Überführen der ersten und der zweiten Kupplung von dem Anfangsbetriebsmodus zu dem Zielbetriebsmodus eine Drehmomentphase und eine Trägheitsphase enthält; einen Controller in funktionaler Verbindung mit der Mehrzahl der Drehmomentübertragungsvorrichtungen und der zum Steuern von deren Betrieb so konfiguriert ist, wobei der Controller ein Ablagemedium und eine programmierbaren Speicher aufweist; wobei der Controller dafür konfiguriert ist zu bestimmen, ob ein quasiasynchrones Schalten angewiesen worden ist, und darauf, dass ein quasiasynchrones Schalten angewiesen worden ist, dadurch zu reagieren, dass er bestimmt, ob der Schaltbetrieb unter Verwendung der ersten Kupplung, die weggehend [engl: ”off-doing”] ist, oder der zweiten Kupplung, die herankommend ist, abgeschlossen wird; und wobei der Controller so konfiguriert ist, dass er anweist, dass die Drehmomentphase der Trägheitsphase vorausgeht, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der herankommenden Kupplung abgeschlossen wird, und anweist, dass die Trägheitsphase der Drehmomentphase vorausgeht, falls der Schaltbetrieb unter Verwendung der weggehenden Kupplung abgeschlossen wird.
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