DE102010008787A1 - Multimodus-Hybridgetriebe und Schaltsteuerverfahren für ein Multimodus-Hybridgetriebe - Google Patents

Multimodus-Hybridgetriebe und Schaltsteuerverfahren für ein Multimodus-Hybridgetriebe Download PDF

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Abstract

Hierin sind ein elektrisch verstellbares Multimodus-Hybridgetriebe und verbesserte Schaltsteuerverfahren vorgesehen. Die Ausgestaltung des Hybridgetriebes und die Schaltsteuermethodik, die hierin vorgestellt sind, sorgen für ein Schalten zwischen unterschiedlichen EVT-Modi, wenn die Maschine aus ist, während eine Vortriebsfähigkeit und eine minimale Zeitverzögerung für den Maschinenautostart aufrechterhalten werden. Das Schaltsteuermanöver ist in der Lage, eine Maschinendrehzahl von Null aufrechtzuerhalten, während ein ständiges Ausgangsdrehmoment durch das gesamte Schalten hindurch erzeugt wird, indem der Übergang durch einen Festgangmodus oder einen neutralen Zustand beseitigt wird. Optionale Vorfüllstrategien der herankommenden Kupplung und eine Mittelpunktabbruchlogik minimieren die Zeit, um das Schalten abzuschließen, und verringern die Maschinenstartverzögerung, wenn ein intermittierender Autostartbetrieb eingeleitet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hybridantriebsstränge für motorisierte Fahrzeuge, und genauer Schaltsteuerverfahren zum Regeln des Betriebs eines Multimodus-Hybridgetriebes, und Hybridgetriebe, die selbige verwenden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die meisten herkömmlichen motorisierten Fahrzeuge, wie etwa das moderne Automobil, umfassen einen Antriebsstrang, der arbeitet, um das Fahrzeug voranzutreiben und die an Bord befindliche Fahrzeugelektronik mit Leistung zu beaufschlagen. Der Antriebsstrang, der manchmal als ”Triebstrang” bezeichnet wird, besteht im Allgemeinen aus einer Maschine, die Antriebsleistung an das Achsantriebssystem des Fahrzeugs (z. B. hinteres Differential, Achse und Räder) durch ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe abgibt. Automobile sind traditionell allein durch eine Brennkraftmaschine vom Typ mit hin- und hergehendem Kolben (BKM) wegen ihrer leichten Verfügbarkeit und relativ geringen Kosten, ihres leichten Gewichts und ihres Gesamtwirkungsgrades mit Leistung beaufschlagt worden. Derartige Maschinen umfassen kompressionsgezündete Viertakt-Dieselmaschinen und fremdgezündete Viertakt-Benzinmaschinen.
  • Hybridfahrzeuge benutzen andererseits alternative Leistungsquellen, um das Fahrzeug voranzutreiben, wobei der Rückgriff auf die Maschine für Leistung minimiert wird, wodurch die Gesamtkraftstoffwirtschaftlichkeit erhöht wird. Ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) beispielsweise bezieht sowohl elektrische Energie als auch chemische Energie mit ein und wandelt selbige in mechanische Leistung um, um das Fahrzeug voranzutreiben und die Fahrzeugsysteme mit Leistung zu beaufschlagen. Das HEV wendet im Allgemeinen ein oder mehrere Elektromotoren an, die einzeln oder gemeinsam mit einer Brennkraftmaschine arbeiten, um das Fahrzeug voranzutreiben. Da Hybridfahrzeuge ihre Leistung von anderen Quellen als der Maschine beziehen können, können die Maschinen in Hybridfahrzeugen ausgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch die alternative(n) Leistungsquelle(n) angetrieben wird.
  • Reihenhybridarchitekturen, die manchmal als Range-Extended Electric Vehicles (REEV) bezeichnet werden, zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine in Antriebsverbindung mit einem elektrischen Generator aus. Dieser elektrische Generator wiederum liefert Leistung an einen oder mehrere Elektromotoren, die arbeiten, um die Achsantriebselemente zu rotieren. Tatsächlich gibt es in einem Reihenhybridantriebsstrang keine direkte mechanische Verbindung zwischen der Maschine und den Antriebselementen. Das Fehlen einer mechanischen Verknüpfung zwischen der Maschine und den Rädern lässt zu, dass die Maschine mit einer konstanten und effizienten Rate – z. B. näher bei der theoretischen Grenze von 37% statt dem normalen Mittelwert von 20% – laufen gelassen werden kann, selbst wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit ändert. Der elektrische Generator kann auch in einem Motorantriebsmodus arbeiten, um eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine vorzusehen. Dieses System kann auch zulassen, dass der Elektromotor/die Elektromotoren durch regeneratives Bremsen Energie aus dem Verlangsamen des Fahrzeugs zurückgewinnen und sie in der Batterie speichern.
  • Parallelhybridarchitekturen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine und eine oder mehrere Elektromotor/Generator-Baugruppen aus, die jeweils eine direkte mechanische Kopplung mit dem Lastschaltgetriebe aufweisen. Die meisten Parallelhybridkonstruktionen kombinieren einen großen elektrischen Generator und einen Motor zu einer Einheit, wobei Traktionsleistung bereitgestellt wird und sowohl der herkömmliche Startermotor als auch die Lichtmaschine ersetzt werden. Eine derartige Parallelhybrid-Antriebsstrangarchitektur umfasst ein elektromechanisches Zweimodus-Getriebe mit kombinierter Leistungsverzweigung, das ein Eingangselement zur Aufnahme von Leistung von der BKM und ein Ausgangselement zur Abgabe von Leistung von dem Getriebe an die Antriebswelle benutzt. Ein erster und zweiter Motor/Generator arbeiten einzeln oder gemeinsam, um die Getriebeausgangswelle zu rotieren. Die Motoren/Generatoren sind elektrisch mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen der Speichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator auszutauschen. Es wird eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Energiespeichereinrichtung und den Motoren/Generatoren sowie des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator angewandt.
  • Elektrisch verstellbare Getriebe (EVT) sorgen für stufenlos verstellbare Drehzahlverhältnisse, indem Merkmale von sowohl Reihen- als auch Parallelhybrid-Antriebsstrangarchitekturen kombiniert werden. EVT sind mit einer direkten mechanischen Strecke zwischen der Brennkraftmaschine und dem Achsantrieb betreibbar, wodurch ein relativ hoher Getriebewirkungsgrad und die Anwendung von kostengünstigeren, weniger massiven Motorbauteilen ermöglicht werden. EVT sind auch mit einem Maschinenbetrieb, der mechanisch von dem Achsantrieb unabhängig ist, in verschiedenen mechanischen/elektrischen Teilbeiträgen betreibbar, wodurch stufenlos verstellbare Drehzahlverhältnisse mit hohem Drehmoment, elektrisch dominiertes Anfahren, regeneratives Bremsen, Leerlauf mit ausgeschalteter Maschine und ein Zweimodusbetrieb ermöglicht werden.
  • Ein EVT kann eine gemeinhin als ”Differentialzahnradanordnung” bekannte Einrichtung verwenden, um stufenlos verstellbare Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen dem Eingang und dem Ausgang zu erreichen, ohne die gesamte Leistung durch die verstellbaren Elemente zu schicken. Das EVT kann die Differentialzahnradanordnung dazu benutzen, einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung durch den elektrischen Motor/Generator/die elektrischen Motoren/Generatoren zu schicken. Der Rest seiner Leistung wird durch einen anderen, parallelen Weg geschickt, der mechanisch und direkt (d. h. ”festes Verhältnis”) oder alternativ wählbar ist. Eine Form einer Differentialzahnradanordnung ist die epizyklische Planetenradanordnung. Eine Planetenzahnradanordnung bietet den Vorteil einer Kompaktheit und unterschiedlicher Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Elementen des Planetenradteilsatzes. Es ist jedoch möglich, Getriebe mit Leistungsverzweigung ohne Planetenzahnräder zu konstruieren, beispielsweise durch die Verwendung von Kegelrädern oder einer anderen Differentialzahnradanordnung.
  • Traditionell ist eine Anzahl von hydraulisch betätigten, Drehmoment herstellenden Einrichtungen, wie etwa Kupplungen und Bremsen (der Ausdruck ”Kupplung” wird nachstehend dazu verwendet, um sowohl auf Kupplungen als auch auf Bremsen zu verweisen), selektiv einrückbar, um die vorstehend genannten Zahnradelemente zu aktivieren und somit gewünschte Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnisse bzw. -gänge zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen des Getriebes herzustellen. Ein Schalten von einem Drehzahlverhältnis zu einem anderen wird in Antwort auf die Drosselklappe der Maschine und die Fahrzeuggeschwindigkeit durchgeführt und umfasst im Allgemeinen das Lösen einer oder mehrerer ”weggehenden” Kupplungen, die dem gegenwärtigen oder erzielten Drehzahlverhältnis zugeordnet sind, und das Einrücken einer oder mehrerer ”herankommenden” Kupplungen, die dem gewünschten oder befohlenen Drehzahlverhältnis zugeordnet sind. Das Drehzahlverhältnis ist im Allgemeinen als die Getriebeeingangsdrehzahl dividiert durch die Getriebeausgangsdrehzahl definiert. Somit weist ein niedriger Übersetzungsbereich ein hohes Drehzahlverhältnis auf, wohingegen ein hoher Übersetzungsbereich ein niedriges Drehzahlverhältnis aufweist.
  • Im Allgemeinen sollten Übersetzungsverhältniswechsel in einem Getriebe derart durchgeführt werden, dass Drehmomentstörungen minimiert sind und die Schaltvorgänge ”glatt” und ”störungsfrei” sind. Zusätzlich sollte das Lösen und Einrücken der Kupplungen auf eine Weise durchgeführt werden, die die geringste Menge an Energie verbraucht und die Haltbarkeit der Kupplungen nicht negativ beeinflusst. Ein Hauptfaktor, der diese Erwägungen beeinflusst, ist das Drehmoment an der gesteuerten Kupplung, das gemäß solchen Leistungsanforderungen, wie Beschleunigung und Fahrzeugbelastung, signifikant variieren kann. Bei bestimmten EVT können Schaltdrehmomentverringerungen durch eine Drehmomentbedingung von Null oder nahe bei Null an den Kupplungen zum Zeitpunkt des Einrückens oder Lösens bewerkstelligt werden, wobei der Bedingung ein Schlupf von im Wesentlichen Null über die Kupplung hinweg folgt.
  • Der Bereichswechsel in manchen EVT wird durch einen Zweikupplungssynchronisations- und -löseprozess gesteuert. Darin transportiert eine erste Kupplung, die einem gegenwärtig aktiven Bereich zugeordnet ist, Drehmoment in einem eingerückten Zustand, während eine zweite Kupplung, die einem gegenwärtig inaktiven zweiten Bereich zugeordnet ist, in einem gelösten Zustand kein Drehmoment transportiert. Ein Schalten von einem ersten Bereich in einen zweiten Bereich wird bewerkstelligt, indem die nicht eingerückte Kupplung auf eine Schlupfdrehzahl von Null gesteuert und die Kupplung eingerückt wird, wodurch das EVT in einen Zweikupplungs-Einrückungszustand versetzt wird. Während des Zweikupplungs-Einrückungszustandes ist die Maschine direkt mechanisch mit dem Getriebeausgang gekoppelt. Durch das Lösen der ersten Kupplung während der Steuerung der ersten Kupplung auf die Schlupfdrehzahl von Null wird dann der Zweikupplungs-Einrückungszustand verlassen und der zweite Bereich bewirkt.
  • Herkömmliche EVT sind konstruiert, um in sowohl Festgang-(FG)-Modi als auch elektrisch verstellbaren (EVT) Modi durch die gesteuerte Aktivierung der oben beschriebenen Drehmomentübertragungskupplungen zu arbeiten, wobei typischerweise ein hydraulischer Steuerkreis angewandt wird, um die Kupplungsbetätigung zu regeln. Wenn in einem Festgangmodus gearbeitet wird, ist die Drehzahl des Getriebeausgangselements ein festes Verhältnis der Drehzahl des Eingangselements von der Maschine, abhängig von der gewählten Anordnung der vorstehend erwähnten Differentialzahnradanordnungs-Teilsätze. Wenn in einem EVT-Modus gearbeitet wird, ist die Drehzahl des Getriebeausgangselements variabel, wobei sie auf den Betriebsdrehzahlen der vorstehend erwähnten elektrischen Motoren/Generatoren beruht, die mit dem Getriebeausgang über die Betätigung einer Kupplung oder durch eine direkte Verbindung verbunden sein können.
  • Viele Elektrohybrid-Getriebekonfigurationen sind zu einem Fahrzeugvortrieb mit gestoppter Maschine in der Lage. Die Funktionalität des Antriebsstrangs muss während des Betriebes mit ausgeschalteter Maschine funktionstüchtig bleiben, um Bedieneranforderungen und sich fortwäh rend ändernden Betriebsbedingungen nachzukommen. Für einen optimalen Wirkungsgrad und ein optimales Leistungsvermögen sollte das Getriebe in der Lage sein, auf der Basis von Fahreranforderungen und der Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen unterschiedlichen EVT-Modi umzuschalten. Typischerweise ist ein Schalten von einem EVT-Modus zu einem anderen EVT-Modus auf eine synchrone Weise unmöglich, wenn die Maschine gestoppt ist, da der Zwischenzustand ein fester Gang ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Hierin sind ein elektrisch verstellbares Multimodus-Hybridgetriebe und verbesserte Schaltsteuerverfahren zum Regeln desselben vorgesehen. Die Hybridgetriebekonfiguration und die Schaltsteuermethodik der vorliegenden Erfindung sorgen für ein Schalten zwischen unterschiedlichen EVT-Modi, wenn die Maschine aus ist, während die Vortriebsfähigkeit und eine minimale Zeitverzögerung für den Maschinenautostart aufrechterhalten werden. Das Schaltsteuermanöver ist in der Lage, die Maschinendrehzahl von Null aufrechtzuerhalten, während ständig Ausgangsdrehmoment durch das gesamte Schalten hindurch erzeugt wird, indem unnötige Übergänge durch einen Festgangmodus oder einen neutralen Zustand beseitigt werden. Optionale Vorfüllstrategien für die herankommende Kupplung minimieren die Zeit, die erforderlich ist, um das Schalten abzuschließen. Eine Mittelpunkt-Abbruchlogik kann implementiert sein, um die Maschinenstartverzögerung zu verringern, wenn ein intermittierender Autostartbetrieb eingeleitet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln des Betriebes eines Multimodus-Hybridgetriebes vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass: eine erste von zumindest zwei weggehenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in einem ersten elektrisch verstellbaren Getriebe-(EVT)-Modus zu steuern, deaktiviert wird; eine erste von zumindest zwei herankommenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in einem zweiten EVT-Modus zu steuern, betätigt wird; eine zweite der zumindest zwei weggehenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in dem ersten EVT-Modus zu steuern, deaktiviert wird; und eine zweite der zumindest zwei herankommenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in dem zweiten EVT-Modus zu steuern, betätigt wird, was dazu dient, dadurch das Getriebe in den zweiten EVT-Modus zu schalten oder zu überführen. Die Maschine befindet sich während der Deaktivierung der ersten und zweiten weggehenden Kupplungen und der Betätigung der ersten und zweiten herankommenden Kupplungen in einem Aus-Zustand.
  • Gemäß einem Aspekt dieser besonderen Ausführungsform arbeitet die Deaktivierung der ersten weggehenden Kupplung, um das Getriebe in den ersten elektrischen Drehmomentwandler-(ETC)-Modus zu überführen. Gleichermaßen schaltet die Betätigung der ersten herankommenden Kupplung das Getriebe in den zweiten ETC-Modus. Ähnlich dient die Deaktivierung der zweiten weggehenden Kupplung dazu, das Getriebe in einen dritten ETC-Modus zu schalten. In dem ETC-Modus arbeitet ein oder arbeiten mehrere Motor/Generator-Baugruppen mit der Differentialzahnradanordnung des Getriebes zusammen, um einen elektrischen Drehmomentwandler (ETC) zu bilden, der ausgebildet ist, um den Betrag an Drehmoment zu steuern, der von der Maschinenbaugruppe durch das Getriebe übertragen wird.
  • Als Teil eines anderen Merkmals dieser Ausführungsform weist das Hybridgetriebe keinen Übergang durch einen neutralen Modus oder einen Festgang-(FG)-Modus auf, wenn es von einem EVT-Modus (d. h. einem ”ersten” oder ”Anfangs-”EVT-Modus) in einen anderen EVT-Modus (d. h. einen ”zweiten” oder ”Ziel-”EVT-Modus) übergeht. In einer ähnlichen Hinsicht erzeugt das Getriebe ständig ein Ausgangsdrehmoment, wenn von dem ersten EVT-Modus in den zweiten EVT-Modus geschaltet wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt umfasst das Verfahren auch: dass bestimmt wird, ob ein Maschinenautostartbetrieb befohlen ist; wenn dies der Fall ist, bestimmt wird, ob ein vorbestimmter Übergangsmittelpunkt erreicht worden ist; und eine Abbruchsequenz befohlen wird, wenn der Maschinenautostartbetrieb befohlen ist und der vorbestimmte Übergangsmittelpunkt nicht erreicht worden ist. Idealerweise liegt der vorbestimmte Übergangsmittelpunkt vor, wenn die erste herankommende Kupplung betätigt wird. In dieser Hinsicht umfasst die Abbruchsequenz das Überführen des Getriebes zurück in den ersten (Anfangs-)EVT-Modus. Das heißt, wenn ein Maschinenautostartbefehl vor dem Mittelpunkt empfangen wird, bricht das Schaltmanöver zurück in den Anfangs-EVT-Modus ab. Bei oder nach dem Übergangsmittelpunkt fährt das Verfahren fort, in Richtung des Ziel-EVT-Modus zu schalten.
  • Als Teil eines anderen Aspekts dieser Ausführungsform umfasst das Deaktivieren der ersten weggehenden Kupplung, dass die erste weggehende Kupplung bis zu einem vorbestimmten Füllniveau entleert wird, bevor die erste herankommende Kupplung betätigt wird. Wenn kein Maschinenautostart eingeleitet und die erste herankommende Kupplung betätigt ist, dann wird die erste weggehende Kupplung vollständig gelöst.
  • Gemäß noch einer anderen Facette dieser Ausführungsform wird das Verfahren zunächst bestimmen, ob eine EVT-in-EVT-Modus-Schaltsequenz befohlen ist, und wenn dies der Fall ist, antworten, indem die beiden herankommenden Kupplungen sofort auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau vorgefüllt werden. Danach werden die erste und zweite herankommende Kupplung betätigt, indem jeweils die erste bzw. zweite herankommende Kupplung synchronisiert und anschließend die synchronisierte erste und zweite herankommende Kupplung eingerückt werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem Anfangs-EVT-Modus in einen Ziel-EVT-Modus in einem elektrisch verstellbaren Multimodus-Hybridgetriebe vorgesehen. Das Hybridgetriebe ist betreibbar, um Leistung von einer Maschine und einer oder mehreren Motor/Generator-Baugruppen aufzunehmen. Der Anfangs-EVT-Modus wird durch die zusammenwirkende Einrückung der ersten und zweiten weggehenden Kupplungen hergestellt, wohingegen der Ziel-EVT-Modus durch die zusammenwirkende Einrückung der ersten und zweiten herankommenden Kupplung hergestellt wird.
  • In dieser Ausführungsform umfasst das Verfahren: dass die erste und zweite herankommende Kupplung auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau gefüllt werden; die erste weggehende Kupplung auf ein vorbestimmtes Füllniveau entleert wird, was dazu dient, das Getriebe in einen ersten ETC-Modus zu schalten oder zu überführen; die erste herankommende Kupplung synchronisiert und eingerückt wird, um dadurch das Getriebe in einen zweiten ECT-Modus zu schalten oder zu überführen; die erste sowie die zweite weggehende Kupplung gelöst werden, was das Getriebe in einen dritten ETC-Modus schaltet oder überführt; und die zweite herankommende Kupplung synchronisiert und eingerückt wird, um dadurch das Getriebe in den Ziel-EVT-Modus zu überführen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch verstellbares Multimodus-Hybridgetriebe vorgestellt. Das Hybridgetriebe umfasst zwei Motor/Generator-Baugruppen und drei Differentialzahnradsätze. Jeder Differentialzahnradsatz weist ein erstes, zweites und drittes Zahnradelement auf. Der erste Motor/Generator ist ständig mit einem der Differentialzahnradsätze verbunden und steuerbar, um Leistung dorthin zu liefern. Der zweite Motor/Generator ist ständig mit einem unterschiedlichen Differentialzahnradsatz verbunden und steuerbar, um Leistung dorthin zu liefern.
  • Das Getriebe umfasst auch Eingangs- und Ausgangselemente und eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen. Das Eingangselement ist antriebstechnisch mit einer Maschine verbindbar und ständig mit einem der vorstehend erwähnten Differentialzahnradsätze verbunden. Das Ausgangselement ist andererseits ständig mit einem anderen der Differentialzahnradsätze verbunden und bevorzugt ausgestaltet, um Leistung auf das Achsantriebssystem zu übertragen.
  • Die Drehmomentübertragungseinrichtungen und der erste und zweite Motor/Generator sind betreibbar, um verschiedene Betriebszustände in dem Multimodus-Hybridgetriebe bereitzustellen. Die Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen umfasst vier Kupplungen. In dieser Ausführungsform stellt die selektive Einrückung einer ersten Kupplung einen ersten (Anfangs-)ETC-Modus her, während die selektive Einrückung einer zweiten Kupplung einen zweiten (letzten) ETC-Modus herstellt, und die selektive Einrückung sowohl der ersten als auch der zweiten Kupplung einen dritten (Zwischen-)ETC-Modus herstellt. In einer ähnlichen Hinsicht stellt die selektive Einrückung sowohl der ersten als auch der dritten Kupplung einen ersten (Anfangs-)EVT-Modus her, und die selektive Einrückung sowohl der zweiten als auch der vierten Kupplung stellt einen zweiten (Ziel-)EVT-Modus her.
  • Ein Controller steht in funktionaler Verbindung mit den verschiedenen Drehmomentübertragungseinrichtungen und ist ausgestaltet, um den Betrieb derselben zu steuern. Der Controller weist ein Speichermedium und einen programmierbaren Speicher auf. Der Controller ist programmiert und ausgestaltet, um zu bestimmen, ob eine EVT-in-EVT-Modus-Schaltsequenz befohlen ist, und antwortet auf einen EVT-in-EVT-Modus-Schaltbefehl durch Vorfällen der zweiten und vierten Kupplung auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau. Der Controller ist auch programmiert und ausgestaltet, um die erste Kupplung auf ein vorbestimmtes Füllniveau zu entleeren und dadurch das Getriebe in den ersten ETC-Modus zu überführen. Anschließend synchronisiert und rückt der Controller die zweite Kupplung ein, wodurch das Getriebe in den zweiten ETC-Modus schaltet. Die erste und dritte Kupplung werden gleichzeitig gelöst, um dadurch das Getriebe in den dritten ETC-Modus zu überführen. Schließlich wird die vierte Kupplung synchronisiert und eingerückt, um das Getriebe in den zweiten EVT-Modus zu schalten.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und besten Arten zur Ausführung der vorliegenden Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und beigefügten Ansprüchen genommen wird, leicht deutlich werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangs mit einem elektrisch verstellbaren Multimodus-Hybridgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Wahrheitstabelle, die die eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismen für jeden der Betriebsmodi des in 1 dargestellten Getriebes auflistet;
  • 3 ist eine graphische Darstellung der verschiedenen Betriebsbereiche mit Bezug auf Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen des in 1 dargestellten Getriebes; und
  • 4 ist ein Flussdiagramm oder Blockdiagramm, das ein Schaltsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung wird hierin im Kontext eines Fahrzeugantriebsstrangs vom Hybridtyp mit einem elektrisch verstellbaren Multimodus-Mehrgang-Hybridgetriebe beschrieben, das allein dafür vorgesehen ist, eine repräsentative Anwendung zu bieten, durch die die vorliegende Erfindung eingesetzt und praktisch ausgeführt werden kann. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die in den Zeichnungen gezeigte besondere Antriebsstranganordnung beschränkt. Darüber hinaus ist der hierin dargestellte Hybridantriebsstrang stark vereinfacht, wobei zu verstehen ist, dass weitere Informationen hinsichtlich des normalen Betriebes eines Hybridantriebsstrangs oder eines Fahrzeugs vom Hybridtyp in der Tat im Stand der Technik zu finden ist.
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten auf gleiche Bauteile beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeugantriebsstrangsystems gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Antriebsstrang 10 umfasst eine wiederstartbare Maschine 12, die antriebstechnisch mit oder in Leistungsflussverbindung mit einem Achsantriebssystem 16 über ein elektrisch verstellbares Lastschaltgetriebe 14 vom Multimodus-Hybridtyp verbunden ist. Das Getriebe 14 ist konstruiert, um zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von der Maschine 12 beispielsweise durch ein Eingangselement 18 aufzunehmen. Das Getriebeeingangselement 18, das vorzugsweise in der Natur einer Welle vorliegt, kann die Maschinenausgangswelle (die am häufigsten als ”Kurbelwelle” bezeichnet wird) sein. Alternativ kann ein Dämpfer für transientes Drehmoment (nicht gezeigt) oder ein hydrodynamischer Drehmomentwandler zwischen der Maschine 12 und dem Eingangselement 18 des Getriebes 14 eingesetzt werden. Die Maschine 12 überträgt Leistung, vorzugsweise mittels Drehmoment, auf das Getriebe 14, das wiederum Drehmoment durch ein Getriebeausgangselement oder eine Getriebeausgangswelle 20 verteilt, um das Achsantriebssystem 16 anzutreiben und somit das Fahrzeug voranzutreiben (das hierin nicht speziell bezeichnet ist).
  • In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 irgendeine von zahlreichen Formen von mit Benzinkraftstoff beaufschlagten Antriebsaggregaten sein, wie etwa eine Brennkraftmaschine vom Typ mit hin- und hergehendem Kolben, die fremdgezündete Benzinmaschinen und kompressionsgezündete Dieselmaschinen umfassen kann. Die Maschine 12 ist leicht anpassbar, um ihre verfügbare Leistung an das Getriebe 14 in einem Bereich von Betriebsdrehzahlen von beispielsweise Leerlauf, bei oder in der Nähe von 600 Umdrehungen pro Minute (U/min), bis über 6000 U/min zu liefern. Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 12 mit dem Getriebe 14 verbunden ist, ist das Eingangselement 18 mit einem Differentialzahnradsatz verbunden, der in dem Getriebe 14 eingeschlossen ist, wie es nachstehend in allen Einzelheiten erläutert wird.
  • Noch unter Bezugnahme auf 1 benutzt das Hybridgetriebe 14 eine oder mehrere Differentialzahnradanordnungen, vorzugsweise in der Natur von drei miteinander verbundenen epizyklischen Planetenradsätzen, die allgemein mit 24, 26 bzw. 28 bezeichnet sind. Jeder Zahnradsatz umfasst drei Zahnradelemente: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Bei dem Verweis auf den ersten, zweiten und dritten Zahnradsatz in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen können diese Sätze in beliebiger Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von links nach rechts, von rechts nach links usw.) mit ”erster” bis ”dritter” gezählt sein. Gleichermaßen können bei dem Verweis auf das erste, zweite und dritte Element jedes Zahnradsatzes in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen diese Elemente in beliebiger Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben, usw.) für jeden Zahnradsatz mit ”erster” bis ”dritter” gezählt sein.
  • Der erste Planetenradsatz 24 weist drei Zahnradelemente auf: ein erstes, zweites bzw. drittes Element 30, 32 bzw. 34. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das erste Element 30 aus einem äußeren Zahnradelement (das typischerweise als ein ”Hohlrad” bezeichnet wird), das das dritte Element 34 umgibt, das aus einem inneren Zahnradelement (das üblicherweise als ein ”Sonnenrad” bezeichnet wird) bestehen kann. In diesem Fall wirkt das zweite Element 32 als ein Planetenträger. Das heißt, eine Mehrzahl von Planetenradelementen (die in der Technik auch als ”Planetenräder” bezeichnet werden) ist drehbar an dem zweiten Element/Planetenträger 32 montiert. Jedes Planetenradelement steht kämmend mit sowohl dem ersten Element/Hohlrad 30 als auch dem dritten Element/Sonnenrad 34 in Eingriff.
  • Der zweite Planetenradsatz 26 weist auch drei Zahnradelemente auf: ein erstes, zweites bzw. drittes Element 40, 42 bzw. 44. Gemäß der oben mit Bezug auf den ersten Planetenradsatz 24 besprochenen bevorzugten Ausführungsform ist das erste Element 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ein äußeres ”Hohlradelement”, das das dritte Element 44, das ein inneres ”Sonnenradelement” ist, umgibt. Das Hohlradelement 40 ist koaxial ausgerichtet und mit Bezug auf das Sonnenradelement 44 drehbar. Eine Mehrzahl von Planetenradelementen ist an dem zweiten Element 42 drehbar montiert, das als ein Planetenträgerelement wirkt, so dass jedes Planetenrad kämmend mit sowohl dem Hohlradelement 40 als auch dem Sonnenradelement 44 in Eingriff steht.
  • Der dritte Planetenradsatz 28 weist ähnlich wie der erste und zweite Zahnradsatz 24, 26 auch ein erstes, zweites bzw. drittes Element 50, 52 bzw. 54 auf. In dieser Anordnung ist jedoch das zweite Element 52 vorzugsweise das äußere ”Hohlrad”, das das dritte Element oder innere ”Sonnenrad” 54 umgibt. Das Hohlradelement 52 ist koaxial ausgerichtet und mit Bezug auf das Sonnenradelement 54 drehbar. Das erste Element 50 ist in diesem besonderen Zahnradsatz der Planetenträger. Somit sind eine Mehrzahl von Planeten- oder Ritzelradelementen drehbar an dem Träger 50 montiert, wobei ein jedes ausgerichtet ist, um kämmend mit sowohl dem Hohlradelement 52 als auch dem Sonnenradelement 54 in Eingriff zu stehen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen der erste und zweite Planetenradsatz 24, 26 jeweils einfache Planetenradsätze, wohingegen der dritte Planetenradsatz einen zusammengesetzten Planetenradsatz um fasst. Jedoch kann jedes der oben beschriebenen Trägerelemente entweder eine (einfache) Einzelplaneten-Trägerbaugruppe oder eine (zusammengesetzte) Doppelplaneten-Trägerbaugruppe sein. Es sind auch Ausführungsformen mit langen Planeten möglich.
  • Der erste, zweite und dritte Planetenradsatz 24, 26, 28 sind darin zusammengesetzt, dass das zweite Element 32 des ersten Planetenradsatzes 24 mit dem zweiten Element 42 des zweiten Planetenradsatzes 26 und dem dritten Element 54 des dritten Planetenradsatzes 28, etwa durch eine zentrale Welle 36, zusammengefügt ist (d. h. ständig damit verbunden ist). Daher sind diese drei Zahnradelemente 32, 42, 54 starr zur gemeinsamen Rotation angebracht.
  • Die Maschine 12 ist ständig mit dem ersten Planetenradsatz 24, nämlich dem ersten Element 30, beispielsweise durch eine integrale Nabenplatte 38, zur gemeinsamen Rotation damit verbunden. Das dritte Element 34 des ersten Planetenradsatzes 24 ist ständig, beispielsweise durch eine erste Hohlwelle 46, mit einer ersten Motor/Generator-Baugruppe 56, die hierin auch als ”Motor A” bezeichnet wird, verbunden. Das dritte Element 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist ständig beispielsweise durch eine zweite Hohlwelle 48, mit einer zweiten Motor/Generator-Baugruppe 58, die hierin auch als ”Motor B” bezeichnet wird, verbunden. Das zweite Element 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist ständig mit dem Getriebeausgangselement 20 beispielsweise durch eine integrale Nabenplatte verbunden. Die erste und zweite Hohlwelle 46, 48 können die zentrale Welle 36 umgeben.
  • Eine erste Drehmomentübertragungseinrichtung 70 (oder Kupplung ”C1”) verbindet das erste Zahnradelement 50 selektiv mit einem feststehenden Element, das in 1 durch ein Getriebegehäuse 60 dargestellt ist. Die zweite Hohlwelle 48, und somit das Zahnradelement 44 und der Motor/Generator 58, ist selektiv mit dem ersten Element 50 des dritten Planetenradsatzes 28 durch die selektive Einrückung einer zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung 72 (oder Kupplung ”C2”) verbindbar. Eine dritte Drehmomentübertragungseinrichtung 74 (oder Kupplung ”C3”) verbindet das erste Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Die erste Hohlwelle 46 und somit das dritte Zahnradelement 34 und der erste Motor/Generator 56, sind auch selektiv mit dem ersten Element 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 durch die selektive Einrückung einer vierten Drehmomentübertragungseinrichtung 76 (oder Kupplung ”C4”) verbindbar. Eine optionale fünfte Drehmomentübertragungseinrichtung 78 (oder Kupplung ”C5”) verbindet die Maschine 12 und das erste Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 selektiv mit dem Getriebegehäuse 60. Die erste und zweite Drehmomentübertragungseinrichtung 70, 72 können als ”Ausgangskupplungen” bezeichnet werden, wohingegen die dritte und vierte Drehmomentübertragungseinrichtung 74, 76 als ”Haltekupplungen” bezeichnet werden können. Die Verwendung einer solchen Terminologie wie ”erste Kupplung”, ”zweite Kupplung”, ”dritte Kupplung” usw. in den Ansprüchen soll derartige Ansprüche nicht auf C1, C2 bzw. C3 beschränken, sondern kann irgendeine der vorstehend genannten Drehmomentübertragungseinrichtungen angeben.
  • In der beispielhaften in 1 gezeigten Ausführungsform sind die verschiedenen Drehmomentübertragungseinrichtungen 70, 72, 74, 76, 78 alle Reibungskupplungen. Es ist jedoch in Betracht zu ziehen, dass andere herkömmliche Kupplungskonfigurationen angewandt werden können, wie etwa Klauenkupplungen, Kipphebelkupplungen usw. Jede Kupplung ist vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie unter Druck gesetztes Hydraulikfluid von einer Pumpe (nicht gezeigt) aufnimmt. Eine hydrauli sche Betätigung der Kupplungen C1–C5 wird beispielsweise unter Verwendung eines herkömmlichen hydraulischen Fluidsteuerkreises bewerkstelligt. Da der Steuerkreis per se nicht Gegenstand dieser Erfindung ist, wird er hierin nicht ausführlich beschrieben, wobei zu verstehen ist, dass weitere Information hinsichtlich des normalen Betriebes eines hydraulischen Fluidsteuerkreises im Stand der Technik zu finden ist.
  • In der beispielhaften hierin beschriebenen Ausführungsform, bei der der Hydridantriebsstrang 10 als ein Landfahrzeug verwendet wird, ist die Getriebeausgangswelle 20 funktional mit einem Achsantriebssystem (oder ”Endantrieb”) verbunden, das aus einem vorderen oder hinteren Differential oder einer anderen Drehmomentübertragungseinrichtung bestehen kann, die einen Drehmomentausgang an eines oder mehrere Räder durch jeweilige Fahrzeugachsen oder Fahrzeughalbwellen (von denen keine explizit dargestellt ist) liefert. Die Räder können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie angewandt werden, oder sie können ein Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Obwohl es in 1 nicht spezifisch dargestellt ist, ist festzustellen, dass das Achsantriebssystem jede bekannte Ausgestaltung umfassen kann, die innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung einen Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) umfasst.
  • Alle Planetenradsätze 24, 26, 28, sowie der erste und zweite Motor/Generator 56, 58 sind vorzugsweise koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete, dazwischen liegende, zentrale Welle 36. Die Motoren/Generatoren 56, 58 können eine ringförmige Ausgestaltung annehmen, die zulässt, dass diese im Allgemeinen die drei Planetenradsätze 24, 26, 28 umgeben. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende, d. h. die Durchmesser- und Längsabmessungen, des Hybridgetriebes 14 minimiert sind.
  • Das Hybridgetriebe 14 nimmt Eingangsbewegungsdrehmoment von einer Mehrzahl von ”Drehmomentübertragungseinrichtungen” auf, die die Maschine 12 und Motoren/Generatoren 56, 58 umfassen, infolge einer Energieumwandlung aus Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, oder elektrischem Potential, das in einer Speichereinrichtung für elektrische Energie gespeichert ist (keine von diesen ist explizit dargestellt). Das heißt, die Maschine 12, der Motor A und der Motor B arbeiten einzeln oder gemeinsam in Verbindung mit den Planetenradsätzen und selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen, die oben hervorgehoben wurden, um die Getriebeausgangswelle 20 zu rotieren. Darüber hinaus sind die Motor/Generator-Baugruppen A, B vorzugsweise ausgestaltet, um selektiv sowohl als Motor als auch als Generator zu arbeiten. Beispielsweise sind die Motor/Generator-Baugruppen A, B in der Lage, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln (z. B. während des Fahrzeugvortriebs) und mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln (z. B. während des regenerativen Bremsens).
  • Weiterhin unter Bezugnahme auf 1 ist eine elektronische Steuervorrichtung (oder ein ”Controller”), der eine verteilte Controller-Architektur umfasst, in einer beispielhaften Ausführungsform schematisch als eine auf einen Mikroprozessor beruhende elektronische Steuereinheit (ECU) 80 gezeigt. Die ECU 80 weist ein Speichermedium mit einer geeigneten Menge an programmierbaren Speicher auf, die gemeinsam bei 82 gezeigt sind, der programmiert ist, um, neben anderen Dingen, einen Algorithmus oder ein Verfahren 100 zum Regeln des Betriebs eines Multimodus-Hybridgetriebes zu umfassen, wie es nachstehend mit Bezug auf 4 weiter besprochen werden wird. Die Steuervorrichtung von 1 ist, wie es nachstehend beschrieben wird, betreibbar, um eine koordinierte Systemsteuerung des hierin gezeigten und beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Die Bestandteilelemente der Steuervorrichtung umfassen einen Teilsatz eines gesamten Fahrzeugsteuersystems. Das Steuersystem ist betreibbar, um zweckmäßige Informationen und Eingänge zu synthetisieren und Steuerverfahren und Steueralgorithmen auszuführen, um verschiedene Aktuatoren zum Erreichen von Steuerzielen zu steuern, die solche Parameter umfassen, wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahrbarkeit und den Schutz von Triebstrang-Bauteilen, wie etwa, aber sicherlich nicht beschränkt auf, die Maschine 12, das Getriebe 14, den ersten und zweiten Motor/Generator 56, 58 und den Achsantrieb 16.
  • Die verteilte Controller-Architektur – d. h. die ECU 80 – kann ein Getriebesteuermodul (TCM), ein Maschinensteuermodul (ECM), ein Getriebeleistungswechselrichtermodul (TPIM), ein Batteriepaketsteuermodul (BPCM) oder irgendeine Kombination davon umfassen. Ein Hybridsteuermodul (HCP) kann integriert sein, um eine Gesamtsteuerung und -koordination der vorstehend erwähnten Controller zu bieten. Eine Benutzerschnittstelle (UI) ist funktional mit einer Mehrzahl von Einrichtungen (die nicht einzeln gezeigt sind) verbunden, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Antriebsstrangs steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingänge in die UI umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung. Jeder der vorstehend erwähnten Controller kommuniziert mit anderen Controller, Sensoren, Aktuatoren usw. beispielsweise über einen Local Area Network (LAN) Bus. Der LAN-Bus sorgt für eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Controllern. Das spezifische benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise, und sicherlich nicht ein schränkend, ist ein Kommunikationsprotokoll der Society of Automotive Engineers Standard J1939. Der LAN-Bus und die geeigneten Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Multi-Controller-Schnittstellenbildung zwischen den vorstehend erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
  • Das ECM ist funktional mit der Maschine 12 verbunden. Das ECM ist ausgestaltet, um über eine Mehrzahl von diskreten Leitungen Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktuatoren der Maschine 12 zu steuern. Das ECM empfängt einen Maschinensteuerbefehl von dem HCP, erzeugt ein Soll-Achsdrehmoment und eine Angabe eines Ist-Maschinendrehmoments, die zu dem HCP übermittelt werden. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschineneingangsdrehzahl des Getriebes, den Krümmerdruck, und die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsluftdruck. Verschiedene Aktuatoren, die von dem ECM gesteuert werden können, umfassen beispielsweise Kraftstoffeinspritzventile, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule.
  • Das TCM ist funktional mit dem Getriebe 14 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssignale an das Getriebe 14 zu liefern. Eingänge von dem TCM in das HCP können geschätzte Kupplungsdrehmomente für jede der Kupplungen C1–C5 und die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 20 umfassen. Zusätzliche Aktuatoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Information von dem TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern.
  • Jeder der vorstehend erwähnten Controller ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D)- und eine Digital/Analog-(D/A)-Schaltung und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtung (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung umfasst. Jeder Controller weist einen Satz Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers vorzusehen. Eine Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des vorstehend erwähnten LAN bewerkstelligt.
  • In Antwort auf eine Bedienereingabe, wie sie von der UI erfasst wird, bestimmen der überwachende HCP-Controller und einer oder mehrere der anderen oben mit Bezug auf 1 beschriebenen Controller das erforderliche Getriebeausgangsdrehmoment. Selektiv betätigte Bauteile des Hybridgetriebes 14 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf die Bedieneranforderung zu antworten. Wenn der Bediener beispielsweise in der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, bestimmt das HCP ein Ausgangsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Eine abschließende Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Variablen beeinflusst, die solche Faktoren, wie etwa Straßenlast, Straßensteigung und Fahrzeugmasse, umfassen. Das HCP überwacht die parametrischen Zustände der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und bestimmt den Ausgang des Getriebes, der erforderlich ist, um zu dem Soll-Drehmomentausgang zu gelangen. Unter der Anweisung des HCP arbeitet das Getriebe 14 über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von langsam bis schnell, um der Bedieneranforderung nachzukommen.
  • Die ECU 80 empfängt auch Frequenzsignale von Sensoren zur Verarbeitung zur Drehzahl, Ni, des Eingangselements 18 und zur Drehzahl, No, des Ausgangselements 20 zur Verwendung bei der Steuerung des Getriebes 14. Der System-Controller kann auch Drucksignale von Druckschaltern (nicht separat dargestellt) zum Überwachen der Kupplungseinrückkammerdrücke empfangen und verarbeiten. Alternativ können Druckwandler für eine Weitbereichs-Drucküberwachung angewandt werden. PWM- und/oder binäre Steuersignale werden von dem Controller 80 zu dem Getriebe 14 zur Steuerung der Füllung und Entleerung der Kupplungen C1–C5 für deren Einrücken und Lösen übertragen. Zusätzlich kann der Controller 80 Temperaturdaten des Getriebefluidsumpfes, etwa von einem herkömmlichen Thermoelementeingang (nicht gezeigt) empfangen, um eine Sumpftemperatur abzuleiten, und ein PWM-Signal liefern, das von der Eingangsdrehzahl Ni und der Sumpftemperatur abgeleitet wird, zur Steuerung des Leitungsdrucks über einen geeigneten Regler.
  • Das Füllen und Entleeren der Kupplungen C1–C5 wird beispielsweise mittels solenoidgesteuerter Schiebeventile bewirkt, die auf PWM- und binäre Steuersignale ansprechen, wie es oben erwähnt wurde. Es werden vorzugsweise Trennventile angewandt, die Solenoide mit variabler Entleerung verwenden, um eine genaue Platzierung des Schiebers innerhalb des Ventilkörpers und dementsprechend eine genaue Steuerung des Kupplungsdrucks während der Einrückung vorzusehen. Ähnlich kann ein Leitungsdruckregler (nicht gezeigt) von einer solenoidgesteuerten Art angewandt werden, um einen geregelten Leitungsdruck gemäß dem beschriebenen PWM-Signal herzustellen. Kupplungsschlupfdrehzahlen über Kupplungen hinweg werden beispielsweise von der Getriebeausgangsdreh zahl, der Drehzahl des Motors A und der Drehzahl des Motors B abgeleitet.
  • Das elektrisch verstellbare Multimodus-Hybridgetriebe arbeitet in verschiedenen Getriebebetriebsmodi. Die in 2 vorgesehene Wahrheitstabelle stellt den Einrückungsplan der Drehmomentübertragungsmechanismen C1–C5 dar, um das Feld von Betriebszuständen oder -modi zu erreichen. Anders gesagt geben die verschiedenen Getriebebetriebsmodi, die in der Tabelle beschrieben sind, an, welche der spezifischen Kupplungen C1–C5 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt und welche gelöst oder deaktiviert sind.
  • Es gibt vier neutrale Modi, die in 2 dargestellt sind. In Neutral 1, sind alle Kupplungen gelöst. Neutral 1 kann sein, wenn das gesamte Fahrzeug in einem Aus-Zustand gestoppt ist und es somit keine Leistungsverteilung, elektrisch, mechanisch oder auf andere Weise, gibt, die aktiv durch den Antriebsstrang 10 verteilt wird. In diesem Fall kann eine normale 12-Volt-Starterbatterie oder Starter-, Licht- und Zündbatterie (SLI-Batterie) zum Start der Maschine verwendet werden. In Neutral 2 ist nun die Kupplung C3 eingerückt, und der Motor A und der Motor B bringen die Maschine zum Start oder Laden in Reaktion. Ähnlich wie Neutral 2, bringen der Motor A und der Motor B, wenn das Getriebe 14 in Neutral 3 ist, die Maschine zum Start oder Laden in Reaktion, mit Kupplung C4 als die einzige eingerückte Drehmomentübertragungseinrichtung. In Neutral 4 sind die dritte und vierte Kupplung C3, C4 beide in einem aktivierten Zustand. In diesem Fall ist der Motor A gesperrt oder ”auf Masse festgelegt” und der Motor B ist mit der Maschine 12 für den Maschinenstart übersetzt.
  • Der erste und zweite Planetenradsatz 24, 26 wirken mit dem ersten und zweiten Motor/Generator 56, 58 gemeinsam mit der selektiven Einrückung der ersten und zweiten Kupplung C1, C2 zusammen, um einen elektrischen Drehmomentwandler (ETC) zu bilden. Lediglich beispielhaft und nicht einschränkend, kann, wenn das Getriebe 14 in einem ”ETC-Modus” arbeitet, der elektrische Ausgang von Motor A und/oder Motor B, abhängig von dem aktiven Steuerplan, ausgebildet sein, um die Übertragung von Drehmoment von der Maschine 12 durch die Getriebedifferentialzahnradanordnung auf das Ausgangselement 20 zu steuern. Wenn das Fahrzeug gestartet wird, wird der ETC1-Modus hergestellt, indem die erste Kupplung C1 eingerückt wird. Im ETC1-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und dritten Planetenradsatz 24, 28 in Reaktion und der Motor B läuft frei. In diesem ETC-Modus kann das stehende Fahrzeug glatt bzw. gleichmäßig gestartet werden, wobei die Maschine 12 auf einer geeigneten Drehzahl gehalten wird, indem der Betrag an elektrischer Leistung, der von dem Motor A erzeugt wird – d. h. die Reaktionskraft des Motors A – allmählich erhöht wird.
  • Es sind zwei andere alternative ETC-Modi verfügbar, wobei die hierin dargestellte Getriebekonfiguration benutzt wird. ETC2-Modus, der auch als ”kombinierter ETC” bekannt ist, kann eingeleitet werden, indem die Kupplung C2 eingerückt und die übrigen Kupplungen ausgerückt werden. In dem ETC2-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und dritten Planetenradsatz 24, 26 in Reaktion, während der Motor B die Maschine 12 und den Motor A an dem Abtriebselement 20 in Reaktion bringt. Die Verteilung des Maschinendrehmoments wird durch das zusammenwirkende Management des Betrages an elektrischem Leistungsausgang, der von Motor A und Motor B erzeugt wird, manipuliert. Alternativ kann der ETC12-Modus eingeleitet werden, indem sowohl Kupplung C1 als auch Kupplung C2 eingerückt werden. Ähnlich wie der ETC1-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und dritten Planetenradsatz 24, 28 in Reaktion. Jedoch ist in diesem Fall der Motor B an dem Getriebegehäuse 60 auf Masse festgelegt. In diesem ETC-Modus kann das Fahrzeug gleichmäßig beschleunigt werden, wobei die Maschine 12 auf einer geeigneten Drehzahl gehalten wird, indem die Reaktionskraft, die von dem Motor A erzeugt wird, allmählich erhöht wird.
  • In einem anderen Fall, wenn die Maschine 12 in einem Aus-Zustand ist, kann das Getriebe den Kupplungssteuerplan des ETC-Modus benutzen, um die Menge an elektrischer Energie, die von dem Motor A erzeugt wird, zu verändern und somit allmählich das Antriebsdrehmoment des Motors A und/oder des Motors B zu erhöhen. Wenn beispielsweise das Getriebe 14 in den ETC1-Modus geschaltet wird, und die Maschine 12 sich in einem Aus-Zustand befindet, wird die Maschine 12 eine Reaktionskraft mittels des Eingangselements 18 erzeugen. Der Antriebsausgang des Motors A kann dann gesteuert werden, und es wird ein ständiges und ununterbrochenes Getriebeausgangsdrehmoment aufrechterhalten, ohne die Maschine 12 einschalten zu müssen.
  • Der Antriebsstrang 10 weist auch drei Festgang-(FG)- oder ”direkte” Betriebsmodi auf. In allen Festgangmodi wird das Fahrzeug durch den Betrieb der Maschine 12 in der Vorwärtsrichtung angetrieben. Die gleichzeitige Einrückung der Kupplungen C1, C3 und C4 schaltet das Getriebe 14 in den FG1-Modus. In FG1 ist der Motor A auf Masse festgelegt, und die Maschine treibt den ersten Planetenradsatz 24 an den dritten Planetenradsatz 28 und somit das Ausgangselement 20 an. Der FG2-Modus wird durch die selektive Einrückung der Kupplungen C1, C2 und C4 erreicht. In FG2 ist der Motor B auf Masse festgelegt, und die Maschine 12 treibt den ersten und zweiten Planetenradsatz 24, 26 an den dritten Planetenradsatz 28 und somit das Abtriebselement 20 an. Gleichermaßen wird der FG3-Modus durch die gleichzeitige Einrückung der Kupplungen C2, C3 und C4 erreicht. In FG3 ist der Motor A gesperrt und die Maschine treibt den ersten Planetenradsatz 24 an den zweiten und dritten Planetenradsatz 26, 28 und das Abtriebselement 20 an. Wenn in einem FG-Betriebsmodus gearbeitet wird, ist die Ausgangselementdrehzahl No direkt proportional zur Eingangselementdrehzahl Ni und dem ausgewählten Übersetzungsverhältnis: Ni = No × GR.
  • Mit fortgesetztem Bezug auf 2 ist das Getriebe 14 auch betreibbar, um in vier elektrisch verstellbaren Getriebe-(EVT)-Modi zu arbeiten. Elektrisch verstellbare Betriebsmodi können in vier allgemeine Klassen eingeteilt werden: Modus mit Eingangsleistungsverzweigung, Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung, Modus mit kombinierter Leistungsverzweigung und Reihenmodus. In einem Modus mit Eingangsleistungsverzweigung ist ein Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl proportional zum Getriebeausgang variiert und der andere Motor/Generator wird derart übersetzt, dass seine Drehzahl eine Linearkombination der Eingangs- und Ausgangselementdrehzahlen ist. In einem Betriebsmodus mit Ausgangsleistungsverzweigung ist ein Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl direkt proportional zu dem Getriebeeingangselement variiert, und der andere Motor/Generator ist derart übersetzt, dass seine Drehzahl eine Linearkombination der Eingangselement- und der Ausgangselementdrehzahlen ist. Bei einem Modus mit kombinierter Leistungsverzweigung sind andererseits beide Motoren/Generatoren derart übersetzt, dass ihre Drehzahlen Linearkombinationen der Eingangs- und Ausgangselementdrehzahlen sind, aber keine direkt proportional zu entweder der Drehzahl des Eingangselements oder der Drehzahl des Ausgangselements ist. Wenn schließlich in einem Reihenmodus gearbeitet wird, ist ein Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl direkt proportional zur Drehzahl des Getriebeeingangselements variiert, und der andere Motor/Generator ist derart übersetzt, dass seine Drehzahl direkt proportional zu der Drehzahl des Getriebeausgangselements variiert. Es gibt keine direkte mechanische Leistungsübertragungsstrecke zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen, wenn in dem Reihenmodus gearbeitet wird, und daher muss die gesamte Leistung elektrisch übertragen werden.
  • Bei jedem der vier Typen von elektrisch verstellbaren Betriebsmodi, die oben angeführt sind, sind die Drehzahlen der Motoren Na und Nb Linearkombinationen der Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen Ni und No. Somit haben diese Modi zwei Freiheitsgrade (nachstehend der Einfachheit halber als ”FrGr” abgekürzt). Mathematisch nehmen die Drehzahl- und Drehmomentgleichungen dieser Modusklasse die Form an:
    Figure 00290001
    wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebezahnradanordnung bestimmt sind. Der Typ von EVT-Modus kann aus der Struktur der Matrix von B-Koeffizienten ermittelt werden. Das heißt, wenn b21 = b12 = 0 oder b11 = b22 = 0 ist der Modus ein Reihenmodus. Wenn b11 = 0 oder b12 = 0 ist der Modus ein Modus mit Eingangsleistungsverzweigung. Wenn b21 = 0 oder b22 = 0, ist der Modus ein Modus mit Ausgangsleistungsverzweigung. Wenn ein jeder von b11, b12, b21 und b22 beispielsweise nicht Null ist, ist der Modus ein Modus mit kombinierter Leistungsverzweigung.
  • Ein elektrisch verstellbares Getriebe kann auch einen oder mehrere Festgang-(FG)-Modi enthalten. Im Allgemeinen resultieren FG-Modi aus dem Schließen (d. h. Betätigen) einer zusätzlichen Kupplung als die Zahl, die erforderlich ist, um einen elektrisch verstellbaren Modus auszuwählen. In FG-Modi sind die Drehzahlen des Eingangs Ni und jedes Motors Na, Nb proportional zu der Drehzahl des Ausgangs No. Somit haben diese Modi nur einen Drehzahlfreiheitsgrad. Mathematisch nehmen die Drehzahl- und Drehmomentgleichungen dieser Klasse von Modi die Form an:
    Figure 00300001
    wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebezahnradanordnung bestimmt werden. Wenn b11 nicht Null ist, kann der Motor A während des Betriebes in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn b12 nicht Null ist, kann der Motor B während des Betriebes in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn b13 nicht Null ist, kann die Maschine während des Betriebes in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn b13 Null ist, ist der Modus ein nur elektrischer Festgangmodus.
  • Ein EVT kann auch einen oder mehrere Modi mit drei Drehzahl-FrGr enthalten. Diese Modi können Reaktionsdrehmomentquellen enthalten oder nicht, so dass das Getriebe in der Lage ist, Ausgangsdrehmoment proportional zum Maschinendrehmoment oder Motordrehmoment zu erzeugen. Wenn ein Modus mit drei Drehzahl-FrGr in der Lage ist, Ausgangsdrehmoment zu erzeugen, werden die Drehmomente der Maschine und jedes Motors, der als eine Reaktion auf das Maschinendrehmoment verbunden ist, im Allgemeinen proportional zum Ausgangsdrehmoment sein. Wenn ein Motor nicht als eine Reaktion auf das Maschinendrehmoment verbunden ist, kann sein Drehmoment derart angewiesen werden, dass seine Drehzahl unabhängig von der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes gesteuert wird.
  • In einem Modus mit drei Drehzahl-FrGr ist es im Allgemeinen nicht möglich, die Batterieleistung unabhängig von dem Ausgangsdrehmoment leicht zu steuern. Dieser Typ von Modus erzeugt ein Ausgangsdrehmoment, das proportional zu jeder der Reaktionsdrehmomentquellen in dem System ist. Der Bruchteil der Gesamtausgangsleistung, die von jeder dieser drei Drehmomentquellen geliefert wird, kann durch Verändern der Drehzahlen der Motoren und des Eingangs eingestellt werden. Diese Modi werden nachstehend als elektrische Drehmomentwandler-(ETC)-Modi in Anerkennung der Tatsache bezeichnet, dass die Leistung zu oder von dem ESD als eine Funktion des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl der Maschine, des Ausgangs und einem der Motoren fließt. Mathematisch nehmen die Drehzahl- und Drehmomentgleichungen dieser Klasse von Modi die Form an:
    Figure 00310001
    wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebezahnradanordnung bestimmt werden. Wenn all nicht Null ist, dient der Motor A als Reaktionselement, und sein Drehmoment ist proportional zu dem Ausgangsdrehmoment, wenn in dem ETC-Modus gearbeitet wird. Wenn all Null ist, ist der Motor A getrennt, und sein Drehmoment wird nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Wenn a12 nicht Null ist, dient der Motor B als Reaktionselement und sein Drehmoment ist proportional zu dem Ausgangsdrehmoment, wenn in dem ETC-Modus gearbeitet wird.
  • Wenn a12 Null ist, ist der Motor B getrennt und sein Drehmoment wird nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Wenn a13 nicht Null ist, kann die Maschine während des Betriebes in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn a13 Null ist, ist der Eingang getrennt und sein Drehmoment wird nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Wenn alle von a11, a12 und a13 Null sind, ist der Modus ein neutraler Modus, der nicht in der Lage ist, Ausgangsdrehmoment zu erzeugen.
  • In EVT1 und EVT4 arbeitet das Getriebe 14 in einem gemeinhin als ”Eingangsleistungsverzweigung” bekannten Modus, wobei die Ausgangsdrehzahl No des Getriebes 14 proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator ist. Genauer wird der EVT1-Modus durch gleichzeitige Einrückung der ersten und dritten Kupplungen C1 und C3 erreicht. In EVT1 fungiert der Motor A, um die Maschine 12 mit dem ersten Planetenradsatz 24 an dem dritten Planetenradsatz 28 und dem Ausgangselement 20 in Reaktion zu bringen, während der Motor B den zweiten und dritten Planetenradsatz 26, 28 antreibt. Der Motor A treibt das Fahrzeug in EVT1 voran. Alternativ kann das Getriebe 14 selektiv in den EVT4-Modus geschaltet werden, indem die Kupplung C2 und die Kupplung C3 betätigt werden. In EVT4 fungiert der Motor A, um die Maschine 12 mit dem ersten Planetenradsatz 24 an dem zweiten und dritten Planetenradsatz 26, 28 und dem Ausgangselement 20 in Reaktion zu bringen, während der Motor B den zweiten und dritten Planetenradsatz 26, 28 antreibt. Der Motor B treibt das Fahrzeug in EVT4 voran.
  • In EVT2 und EVT3 arbeitet das Getriebe 14 in einem gemeinhin als Betriebsmodus mit ”kombinierter Leistungsverzweigung” bekannten Modus, wobei die Ausgangsdrehzahl No des Getriebes 14 nicht proportional zu der Drehzahl eines einzelnen Motors/Generators ist, sondern vielmehr eine algebraische Linearkombination der Drehzahlen beider Motoren/Generatoren ist. Genauer wird EVT2 durch die zusammenwirkende Einrückung der ersten und vierten Kupplung C1, C4 erreicht. Bei diesem Manöver arbeiten der Motor A und der Motor B, um die Maschine 12 mit dem ersten und zweiten Planetenradsatz 24, 26 in Reaktion zu bringen. Alternativ kann das Getriebe 14 selektiv in den EVT3-Modus geschaltet werden, indem die Kupplung C2 und die Kupplung C4 betätigt werden. Wenn in dem EVT3-Modus gearbeitet wird, bringen die beiden Motor/Generator-Baugruppen 56, 58 die Maschine 12 mit allen drei Planetenradsätzen 24, 26, 28 in Reaktion.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Ausdruck der Getriebeausgangsdrehzahl No längs der horizontalen Achse über die Eingangsdrehzahl Ni über die vertikale Achse hinweg dargestellt. 3 ist eine graphische Darstellung der bevorzugten Betriebsbereiche für jeden Betriebsmodus mit Bezug auf Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen des Getriebes 14. Beispielsweise ist ein synchroner Betrieb in FG1, d. h., die Eingangsdrehzahl- und Ausgangsdrehzahlbeziehungen, wobei die Kupplungen C1, C3 und C4 gleichzeitig mit einer Schlupfdrehzahl von im Wesentlichen Null darüber hinweg arbeiten, durch Linie 91 dargestellt. Somit stellt Linie 91 die Eingangs- und Ausgangsdrehzahlbeziehungen dar, wobei im Wesentlichen ein synchrones Schalten zwischen Modi auftreten kann, oder wo eine direkte mechanische Kopplung vom Eingang zum Ausgang durch gleichzeitige Einrückung der Kupplungen C1, C3 und C4 – d. h. ein festes Übersetzungsverhältnis – bewirkt werden kann. Ein synchroner Betrieb in FG2, d. h. die Eingangsdrehzahl- und Ausgangsdrehzahlbeziehungen, wobei die Kupplungen C1, C2 und C4 gleichzeitig mit einer Schlupfdrehzahl von im Wesentlichen Null darüber hinweg arbeiten, ist durch Linie 93 dargestellt. Gleichermaßen sind die Beziehungen zwischen der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl während des Betriebes in FG3, wobei die Kupplungen C2, C3 und C4 gleichzeitig mit einer Schlupfdrehzahl von im Wesentlichen Null darüber hinweg arbeiten, durch Linie 95 dargestellt.
  • Links von der Schaltverhältnislinie 91 befindet sich ein bevorzugter Betriebsbereich für den ersten EVT-Modus – d. h. EVT1 –, der in 3 als ”Modus 1” gekennzeichnet ist, wobei C1 sowie C3 eingerückt und C2 und C4 gelöst sind. Rechts von der Schaltverhältnislinie 91 und links von der Schaltverhältnislinie 93 befindet sich ein bevorzugter Betriebsbereich für den zweiten EVT-Modus – d. h. EVT2 –, der in 3 als ”Modus 2” gekennzeichnet ist, wobei C1 und C4 eingerückt und C2 und C3 gelöst sind. Rechts von der Schaltlinie 93 und links von der Schaltlinie 95 befindet sich ein bevorzugter Betriebsbereich für den dritten EVT-Modus – d. h. EVT3 –, der in 3 als ”Modus 3” gekennzeichnet ist, bei dem C2 sowie C4 eingerückt und C1 und C3 gelöst sind. Rechts von der Schaltverhältnislinie 95 befindet sich ein bevorzugter Betriebsbereich für den vierten EVT-Modus – d. h. EVT4 –, der in 3 als ”Modus 4” gekennzeichnet ist, wobei C2 und C3 eingerückt und C1 und C4 gelöst sind. So wie es hierin mit Bezug auf die Kupplungen C1–C5 verwendet wird, gibt der Ausdruck ”eingerückt” oder ”betätigt” eine wesentliche Drehmomentübertragungskapazität über die jeweilige Kupplung hinweg an. Im Gegensatz dazu gibt der Ausdruck ”gelöst” oder ”deaktiviert” eine unwesentliche oder keine Drehmomentübertragungskapazität über die jeweilige Kupplung hinweg an.
  • Obgleich die bevorzugten Betriebsbereiche, die oben spezifiziert sind, im Allgemeinen für den Betrieb des Hybridgetriebes 14 favorisiert werden, soll dies nicht bedeuten, dass impliziert wird, dass die verschiedenen EVT-Betriebsbereiche, die in 3 gezeigt sind, sich nicht überlappen können oder sich nicht überlappen. Im Allgemeinen ist es jedoch bevorzugt, in den spezifizierten Bereichen zu arbeiten, da diese besonderen Betriebsmodi vorzugsweise Zahnradsätze und Motorbauteile anwenden, die besonders gut für die verschiedenen Aspekte (z. B. Masse, Größe, Kosten, Trägheitsfähigkeiten usw.) für diesen Bereich geeignet sind. Während ähnlich die einzelnen Betriebsbereiche, die oben spezifiziert sind, im Allgemeinen für die besonderen, angegebenen Betriebsmodi bevorzugt sind, soll dies nicht bedeuten, dass impliziert wird, dass die Betriebsbereiche für die einzelnen EVT-Modi nicht umgeschaltet werden können. Ein Schalten in den Modus 1 wird als ein ”Herunterschalten” betrachtet und ist einem höheren Übersetzungsverhältnis gemäß der Beziehung Ni/No zugeordnet. Im Gegensatz dazu wird ein Schalten von in den Modus 4 als ein ”Hochschalten” angesehen und ist einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis gemäß der Beziehung Ni/No zugeordnet. Wie es oben hervorgehoben wurde, sind andere Modus-in-Modus-Schaltsequenzen machbar. Beispielhaft ist ein Schalten von EVT1 in EVT3 ebenfalls ein Hochschalten, während ein Schalten von EVT4 in EVT2 als ein Herunterschalten betrachtet wird.
  • Nun unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte Flussdiagramm ist ein Steueralgorithmus zum Regeln des Betriebes eines Multimodus-Hybridgetriebes, nämlich ein verbessertes Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem ersten Anfangs-EVT-Modus in einen zweiten Ziel-EVT-Modus allgemein bei 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Verfahren oder der Algorithmus 100 ist hierin mit Bezug auf den in 1 dargestellten Aufbau beschrieben und wird vorzugsweise als Algorithmus in Controller des vorstehend beschriebenen Steuersystems ausgeführt, um den Betrieb des anhand von 1 beschriebenen Systems zu steuern. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch in andere Antriebsstranganordnungen eingebaut werden, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der beanspruchten Erfindung abzuweichen.
  • Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 101, bei dem eine eingeleitete Schaltsequenz detektiert wird. Wenn keine Schaltsequenz eingeleitet wird, beispielsweise durch einen Bedienerbefehl oder eine Änderung der Fahrzeugbetriebsbedingungen, endet der Algorithmus und das Getriebe 14 wird in seinem gegenwärtigen Betriebszustand fortfahren. Wenn eine Schaltsequenz eingeleitet ist – z. B. über eine ”Gasgabe” des Bedieners, wird die ECU 80 in Schritt 103 bestimmen, ob das Schaltmanöver ein EVT-in-EVT-Übergang sein sollte. Das heißt, auf der Basis der gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen, Fahrzeuggeschwindigkeit, Betrag der Soll-Drehmomentänderung usw. wird die ECU 80 bestimmen, ob das optimale Schaltmanöver von einem EVT-Betriebsmodus in einen anderen EVT-Betriebsmodus ist. Wenn nicht, wird die ECU 80, nämlich das TCM, zu einer alternativen Schaltsequenz (oder einem ”Schaltsteuerbefehl”) fortfahren, der für ein optimales Schalten unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen sorgen wird, wie es in Schritt 105 von 4 angegeben ist. Das heißt, es sei denn, dass ein Schalten durch den ETC-Modus durch den Schaltplan bevorzugt ist. Zum Beispiel kann das hierin vorgestellte EVT10 ein EVT1-in-EVT2-Schalten durch entweder ETC1 oder FG1 durchführen. FG1 kann bevorzugt sein, aber es kann Bedingungen geben, bei denen ein Schalten durch ETC wünschenswert ist.
  • Vor, gleichzeitig mit oder nach den Schritten 101 und 103 kann das HCP bei 107 bestimmen, ob die Maschine in einem Aus-Zustand ist. Obwohl die in 4 vorgestellte Schaltsteuermethodik während eines Fahrzeugbetriebs mit eingeschalteter Maschine oder ausgeschalteter Maschine angewandt werden kann, ist es am günstigsten, wenn sie bei ausgeschalteter Maschine 12 verwendet wird. Wenn die Maschine ein ist, wird somit das Verfahren 100 zu Schritt 109 fortschreiten und zu einer alternativen Schaltsequenz fortfahren, die für ein optimales Schalten unter den gegenwärtigen Betriebsbedingungen sorgen wird.
  • Wenn eine EVT-in-EVT-Schaltsequenz unter einem Fahrzeugbetrieb mit ausgeschalteter Maschine eingeleitet wird, wird das TCM wie in Schritt 111 angegeben, antworten, indem die ”herankommenden” Kupplungen, die zu dem Ziel-EVT-Modus gehören, sofort auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau vorgefüllt werden. Wenn beispielhaft das Getriebe 14 dabei ist, ein EVT1-in-EVT3-Hochschalten vorzunehmen, sind die weggehenden Kupplungen, die zu dem anfänglichen, aktiven EVT-Modus gehören, C1 und C3, während die herankommenden Kupplungen, die zu dem Ziel-Soll-EVT-Modus gehören, C2 und C4. Das Kupplungsvolumen für jeden herankommenden Kupplungsmechanismus, wie etwa C2 und C4, kann auf 80–90% gefüllt werden, ohne eine Drehmomentkapazität oder einen übermäßigen Betrag an Schlupf zu erreichen, der sonst den gegenwärtigen Betriebsmodus stören würde. Diese Vorfüllstrategie hilft, die Gesamtschaltzeit des EVT-in-EVT-Manövers zu verkürzen, indem sequentielle Füllzeiten verringert werden.
  • Während des Vorfüllstadiums (Schritt 111) wird die erste ”weggehende” Kupplung, die zu dem gegenwärtigen oder Anfangs-EVT-Modus gehört, von dem TCM in Schritt 113 auf ein vorbestimmtes Füllniveau entleert. In der oben vorgestellten beispielhaften Ausführungsform würde dies bedeuten, dass das Fluid in dem Kupplungsvolumen für Kupplung C3 auf ein vorbestimmtes Füllniveau verringert wird. Dieses besondere Niveau kann gleich dem oben mit Bezug auf die Kupplungen C2 und C4 in Schritt 111 besprochenen Vorfüllniveau oder ein unterschiedliches Füllniveau sein, solange das Kupplungsvolumen für C3 hinreichend entleert wird, um zuzulassen, dass das Getriebe in einen ersten ETC-Modus, in diesem Fall ETC1, schalten oder übergehen kann und der Gesamtwirkungsgrad nicht abnimmt.
  • Sobald der erste ETC-Modus erreicht ist, beispielsweise durch das Entlasten der Kupplung C3, wird das TCM die erste herankommende Kupplung, in diesem Fall Kupplung C2, in Schritt 119 anweisen, zu synchronisieren, zu füllen und zu sperren. Dabei wird das Getriebe 14 durch die gleichzeitige Einrückung der ersten und zweiten Kupplung C1, C2 in einen zweiten ETC-Modus, nämlich ETC12-Modus (siehe 2), geschaltet. Sobald das Getriebe 14 in den zweiten ETC-Modus schaltet, wird C3 von dem Vorfüllzustand aus vollständig entleert. Anschließend wird C1 gelöst, um zuzulassen, dass das System in den dritten ETC-Modus, nämlich ETC2, übergeht, wobei nur C2 eingerückt ist. Schließlich wird in Schritt 123 die zweite herankommende Kupplung, in diesem Fall die Kupplung C4, synchronisiert, gefüllt und gesperrt. Durch die koordinierte Einrückung sowohl der ersten als auch der zweiten herankommenden Kupplung, wie etwa C2 und C4 in der beispielhaften Ausführungsform, wird das Getriebe 14 in den Ziel-EVT-Modus oder EVT3-Modus geschaltet.
  • Die oben beschriebene Methodik lässt zu, dass ein elektrisch verstellbares Multimodus-Hybridgetriebe zwischen unterschiedlichen EVT-Modi schaltet, wenn die Maschine aus ist, während eine Vortriebsfähigkeit und eine minimale Zeitverzögerung für den Autostart der Maschine aufrechterhalten werden. Das Schaltsteuermanöver ist in der Lage, eine Maschinendrehzahl von Null aufrechtzuerhalten, während ein ständiges Ausgangsdrehmoment durch das EVT-in-EVT-Schalten erzeugt wird, indem Übergänge durch Festgang- oder neutrale Modi beseitigt werden, wobei stattdessen vorübergehende ETC-Modi benutzt werden. Die optionalen Vorfüllstrategien der herankommenden Kupplung minimieren die Zeit, die erforderlich ist, um das Schalten abzuschließen.
  • Es kann eine Mittelpunkt-Abbruchlogik eingesetzt werden, um die Startverzögerung der Maschine zu verringern, wenn ein intermittierender Auto startbetrieb eingeleitet wird. Während des normalen Betriebes eines Hybridfahrzeugs ist es üblich, dass das Steuersystem die Maschinenbaugruppe während des Fahrzeugvortriebs intermittierend ein- und ausschaltet. Entsprechend kann das System während der Schaltsequenz von dem Anfangs-EVT-Modus in den Ziel-EVT-Modus anfordern, dass die Maschine 12 wieder eingeschaltet wird (”Maschinenautostart”), was in 4 bei 115 schematisch dargestellt ist. Wenn dies auftritt, muss das Getriebe in einen EVT-Modus schalten, bevor die Maschine wieder gestartet werden kann. Wenn dementsprechend ein Maschinenautostartbefehl empfangen wird, nachdem das EVT-in-EVT-Schaltmanöver befohlen worden ist (d. h. 115 = ja), wird das TCM ansprechen, indem eine Abbruchsequenz eingeleitet wird, die bei 117 dargestellt ist.
  • Das TCM wird überwachen, detektieren oder auf andere Weise ermitteln, ob ein vorbestimmter Übergangsmittelpunkt erreicht worden ist. Idealerweise ist der vorbestimmte Übergangsmittelpunkt, wenn die erste herankommende Kupplung gefüllt und gesperrt ist und das Getriebe in den zweiten ETC-Modus geschaltet hat. Wenn ein Maschinenstartbefehl vor dem Mittelpunkt empfangen wird, wird das System zurück in den Anfangs-EVT-Modus (z. B. EVT1) abbrechen. Wenn jedoch der Befehl während oder nach dem Passieren des Mittelpunkts empfangen wird, wird das Verfahren fortfahren, in Richtung des Ziel-EVT-Modus zu schalten. Um den Abbruch zurück in den Anfangs-EVT-Modus zu ermöglichen, wird die erste weggehende Kupplung in Schritt 113 nicht vollständig entleert, sondern bleibt vielmehr in einem teilweise gefüllten Zustand, in dem Fall, dass sie wieder gefüllt werden muss. Die erste weggehende Kupplung wird vollständig entleert, sobald der vorbestimmte Mittenübergangspunkt passiert worden ist, um jeden Kupplungswiderstand zu verringern, der die Systemeffizienz nachteilig beeinflussen kann.
  • Das Verfahren 100 umfasst vorzugsweise zumindest die Schritte 101–123. Es liegt jedoch innerhalb des Schutzumfangs und Gedankens der vorliegenden Erfindung, Schritte wegzulassen, zusätzliche Schritte einzuschließen und/oder die in 4 dargestellte Reihenfolge abzuwandeln. Es ist darüber hinaus anzumerken, dass das Verfahren 100 eine einzelne Schaltsequenz darstellt. Es ist jedoch zu erwarten, wie es oben angegeben ist, dass das Verfahren 100 auf eine systematische und sich wiederholende Weise angewandt wird. Schließlich soll die Verwendung einer solchen Terminologie wie ”Erfassen”, ”Detektieren”, ”Messen”, ”Berechnen” oder auf andere Weise ”Bestimmen” nicht als einschränkend genommen werden, sondern sollte als relativ austauschbar betrachtet werden.
  • Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
  • 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
    • - Kommunikationsprotokoll der Society of Automotive Engineers Standard J1939 [0047]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Regeln des Betriebes eines Multimodus-Hybridgetriebes, das antriebstechnisch mit einer Maschine verbindbar ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine erste von zumindest zwei weggehenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in einem ersten elektrisch verstellbaren Getriebe-(EVT)-Modus zu steuern, deaktiviert wird; eine erste von zumindest zwei herankommenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in einem zweiten EVT-Modus zu steuern, betätigt wird; eine zweite der zumindest zwei weggehenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in dem ersten EVT-Modus zu steuern, deaktiviert wird; eine zweite der zumindest zwei herankommenden Kupplungen, die betreibbar ist, um das Getriebe in dem zweiten EVT-Modus zu steuern, betätigt wird, um dadurch das Getriebe in den zweiten EVT-Modus zu überführen; wobei die Maschine während der Deaktivierung der ersten und zweiten weggehenden Kupplung und der Betätigung der ersten und zweiten herankommenden Kupplung in einem Aus-Zustand ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Deaktivieren der ersten weggehenden Kupplung das Getriebe in einen ersten elektrischen Drehmomentwandler-(ETC)-Modus überführt, und wobei insbesondere eine Betätigung der ersten herankommenden Kupplung das Getriebe in einen zweiten ETC-Modus überführt, und wobei insbesondere eine Deaktivierung der zweiten weggehenden Kupplung das Getriebe in einen dritten ETC-Modus überführt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überführen von dem ersten EVT-Modus in den zweiten EVT-Modus sich durch das Fehlen eines Übergangs durch einen neutralen Modus auszeichnet, und/oder wobei das Überführen von dem ersten EVT-Modus in den zweiten EVT-Modus sich durch ein Fehlen eines Übergangs durch einen Festgang-(FG)-Modus auszeichnet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Getriebe kontinuierlich ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, wenn es von dem ersten EVT-Modus in den zweiten EVT-Modus übergeht, und/oder das ferner umfasst, dass: bestimmt ist, ob ein Maschinenautostartbetrieb befohlen ist; bestimmt wird, ob ein vorbestimmter Übergangsmittelpunkt erreicht worden ist; und eine Abbruchsequenz befohlen wird, wenn der Maschinenautostartbetrieb befohlen ist und der vorbestimmte Übergangsmittelpunkt nicht erreicht worden ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der vorbestimmte Übergangsmittelpunkt umfasst, dass die erste herankommende Kupplung betätigt ist, und/oder wobei die Abbruchsequenz umfasst, dass das Getriebe zurück in den ersten EVT-Modus überführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Deaktivieren der ersten weggehenden Kupplung umfasst, dass die erste weggehende Kupplung vor dem Betätigen der ersten herankommenden Kupplung auf ein vorbestimmtes Füllniveau entleert wird und die erste weggehende Kupplung nach dem Betätigen der ersten herankommenden Kupplung gelöst wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfasst, dass: bestimmt wird, ob eine EVT-in-EVT-Modus-Schaltsequenz befohlen ist; die zumindest zwei herankommenden Kupplungen auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau befüllt werden, wenn eine EVT-in-EVT-Modus-Schaltsequenz befohlen ist; und wobei insbesondere das Betätigen der ersten und zweiten herankommenden Kupplung jeweils umfasst, dass die erste und zweite herankommende Kupplung synchronisiert werden und danach die synchronisierte erste und zweite herankommende Kupplung eingerückt werden.
  8. Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem Anfangs-Modus eines elektrisch verstellbaren Getriebes (EVT) zu einem Ziel-EVT-Modus in einem elektrisch verstellbaren Multimodus-Hybridgetriebe, das betreibbar ist, um Leistung von einer Maschine und zumindest einer Motor/Generator-Baugruppe aufzunehmen, wobei der Anfangs-EVT-Modus zusammenwirkend durch eine erste und zweite weggehende Kupplung hergestellt wird und der Ziel-EVT-Modus zusammenwirkend durch eine erste und zweite herankommende Kupplung hergestellt wird, wobei das Verfahren umfasst, dass: die erste und zweite herankommende Kupplung auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau befüllt werden; die erste weggehende Kupplung auf ein vorbestimmtes Füllniveau entleert wird, um dadurch das Getriebe in einen ersten elektrischen Drehmomentwandler-(ETC)-Modus zu überführen; die erste herankommende Kupplung synchronisiert und eingerückt wird, um dadurch das Getriebe in einen zweiten ETC-Modus zu überführen; die erste und zweite weggehende Kupplung gelöst werden, um dadurch das Getriebe in einen dritten ETC-Modus zu überführen; und die zweite herankommende Kupplung synchronisiert und eingerückt wird, um dadurch das Getriebe in den Ziel-EVT-Modus zu überführen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Maschine während des Schaltens von dem Anfangs-EVT-Modus in den Ziel-EVT-Modus in einem Aus-Zustand ist, und/oder wobei das Schalten von dem Anfangs-EVT-Modus in den Ziel-EVT-Modus sich durch ein Fehlen eines Übergangs durch einen neutralen Modus oder einen Festgang-(FG)-Modus auszeichnet, und/oder das ferner umfasst, dass: bestimmt wird, ob ein Maschinenautostartbetrieb eingeleitet ist; bestimmt wird, ob die erste herankommende Kupplung synchronisiert und eingerückt ist, wenn der Maschinenautostartbetrieb befohlen ist; dem Getriebe befohlen wird, zurück in den Anfangs-EVT-Modus zu schalten, wenn die erste herankommende Kupplung nicht synchronisiert oder eingerückt ist.
  10. Elektrisch verstellbares Multimodus-Hybridgetriebe, umfassend: einen ersten und zweiten Motor/Generator; einen ersten, zweiten und dritten Differentialzahnradsatz, die jeweils ein erstes, zweites und drittes Element aufweisen, wobei der erste und zweite Motor/Generator ständig mit jeweiligen der Differentialzahnradsätze verbunden und steuerbar sind, um Leistung dorthin zu liefern; eine Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen; ein Eingangselement, das antriebstechnisch mit einer Maschine verbindbar und ständig mit einem der Differentialzahnradsätze verbunden ist; ein Ausgangselement, das ständig mit einem anderen der Differentialzahnradsätze verbunden ist; wobei die Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen eine erste, zweite, dritte und vierte Kupplung umfasst, wobei die selektive Einrückung der ersten Kupplung einen ersten elektrischen Drehmomentwandler-(ETC)-Modus herstellt, die selektive Einrückung der zweiten Kupplung einen zweiten ETC-Modus herstellt, die selektive Einrückung der ersten und zweiten Kupplung einen dritten ETC-Modus herstellt, die selektive Einrückung der ersten und dritten Kupplung einen ersten elektrisch verstellbaren Getriebe-(EVT)-Modus herstellt, und die selektive Einrückung der zweiten und vierten Kupplung einen zweiten EVT-Modus herstellt; einen Controller in Wirkverbindung mit der Mehrzahl von Drehmomentübertragungseinrichtungen, der ausgestaltet ist, den Betrieb derselben zu steuern, wobei der Controller ein Ablagemedium und einen programmierbaren Speicher aufweist; wobei der Controller programmiert und ausgestaltet ist, um zu bestimmen, ob eine EVT-in-EVT-Modus-Schaltsequenz befohlen ist, und um darauf, dass die EVT-in-EVT-Modus-Schaltsequenz befohlen ist, zu antworten, indem die zweite und vierte Kupplung auf ein vorbestimmtes Vorfüllniveau vorgefüllt werden; und wobei der Controller programmiert und ausgestaltet ist, um die erste Kupplung auf ein vorbestimmtes Füllniveau zu entleeren und dadurch das Getriebe in den ersten ETC-Modus zu überführen, die zweite Kupplung zu synchronisieren und einzurücken und dadurch das Getriebe in den zweiten ETC-Modus zu überführen, die erste und dritte Kupplung zu lösen und dadurch das Getriebe in den dritten ETC-Modus zu überführen, und die vierte Kupplung zu synchronisieren und einzurücken und dadurch das Getriebe in den zweiten EVT-Modus zu überführen.
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