DE102010052241A1

DE102010052241A1 - Drehmomentbefehlsstruktur für einen Elektromotor

Info

Publication number: DE102010052241A1
Application number: DE102010052241A
Authority: DE
Inventors: Adam J. Garden Heisel; William R. Milford Cawthorne; Sean W. Ann Arbor McGrogan; John L. Novi Lahti
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2011-06-09
Also published as: US20110130903A1; CN102079254A

Abstract

Ein Verfahren steuert eine Motorgeneratoreinheit (MGU) an Bord eines Fahrzeugs. Ein Ereignissignal wird unter Verwendung eines Getriebecontrollers erzeugt, wobei das Ereignissignal ein transientes Fahrzeugereignis, z. B. einen Autostart, ein Umschalten des Getriebes, eine zyklische Kraftstoffzufuhr usw. vorhersagt. Das Ereignissignal wird von einem Motorcontroller empfangen, der ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment ermittelt, das während des transienten Fahrzeugereignisses von der MGU benötigt wird. Ein elektromagnetischer Fluss der MGU wird vor dem Beginn des transienten Fahrzeugereignisses auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau erhöht. Die MGU kann zum Regenerieren von Energie während des transienten Fahrzeugereignisses verwendet werden. Die MGU wird dann verwendet, um eine Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses zu ermöglichen. Ein Fahrzeug mit der MGU verwendet einen oder mehrere Controller, um den elektromagnetischen Fluss der MGU vor dem transienten Fahrzeugereignis automatisch unter Verwendung des vorstehend erwähnten Verfahrens zu erhöhen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Drehmomentbefehlsstruktur für einen Elektromotor und insbesondere ein Verfahren und einen Motorcontroller, die zur Steuerung einer Motorgeneratoreinheit (MGU) des Typs, der zum Antreiben eines Fahrzeugs verwendet wird, ausgelegt sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Einige Fahrzeugkonzepte, wie etwa Hybridelektrofahrzeuge (HEV), können selektiv verschiedene Energiequellen verwenden, um die Kraftstoffeffizienz zu optimieren. Beispielsweise kann ein HEV mit einem Vollhybridantriebsstrang entweder eine Brennkraftmaschine oder ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (ESS) oder beide für ein Antriebsdrehmoment verwenden. Derartige HEVs können gewöhnlich unmittelbar beim Starten des HEV und bei relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten elektrisch angetrieben werden. Eine oder mehrere Motor/Generator-Einheiten (MGU) können wechselweise Leistung aus dem ESS entnehmen und Leistung dahin liefern, was bei einer fahrzeugeigenen Regenerierung benötigt wird, wodurch die Kraftstoffsparsamkeit weiter optimiert wird.
Beim Losfahren des Fahrzeugs oder über einer Schwellenwertgeschwindigkeit kann die Maschine unter Verwendung der MGU oder eines kleineren Hilfsstartermotors neu gestartet werden, d. h. ein Autostartereignis, und kann danach mit einem Getriebe in Eingriff gebracht werden, um das benötigte Fahrzeugantriebsdrehmoment an einen Satz von Antriebsrädern zu liefern. Eine MGU an Bord eines typischen HEV kann als eine Permanentmagnetmaschine mit einer relativ hohen Spannung oder eine mehrphasige Wechselstrom-Induktionsmaschine (AC-Induktionsmaschine) ausgestaltet sein. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung kann die MGU die Erzeugung einer kalibrierten Menge an elektromagnetischem Fluss benötigen, um das benötigte Motorabtriebsdrehmoment zu erzeugen. Um den Wirkungsgrad zu optimieren, werden die Flussniveaus von Fahrzeug-MGUs für gewöhnlich auf einem minimalen Niveau gehalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Folglich wird eine Drehmomentbefehlsstruktur bereitgestellt, die ermöglicht, dass eine Motorgeneratoreinheit (MGU), z. B. eine Maschine vom AC-Induktionstyp oder eine beliebige andere MGU-Konstruktion mit der Fähigkeit zur Erhöhung ihrer Drehmomentantwort, wie hier offengelegt ist, verwendet wird, um die Ausführung eines zukünftigen transienten Ereignisses an Bord eines Fahrzeugs zu ermöglichen, wobei sie auch zulässt, dass die MGU Energie während des transienten Ereignisses regeneriert. Gemäß einer Ausführungsform kann ein derartiges Fahrzeug als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) ausgestaltet sein und kann eine Hochspannungs-MGU enthalten, die ausgelegt ist, um das transiente Fahrzeugereignis zu unterstützen, z. B. ein automatisches Starten der Maschine oder ein Autostartereignis sowie andere vorbestimmte transiente Fahrzeugereignisse, wie nachstehend offengelegt ist.
Die Drehmomentbefehlsstruktur kann in der Form eines Algorithmus ausgeführt sein und kann von einem fahrzeugeigenen Controller, z. B. einem Motorcontroller, in Ansprechen auf ein Ereignissignal vom gleichen Controller oder von einem anderen Controller an Bord des Fahrzeugs automatisch ausgeführt werden. Die Ausführung des Algorithmus ermöglicht die Verwendung der MGU als ”schnelles” Stellglied, wie nachstehend definiert wird, um die Ausführung des vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses zu ermöglichen und um zu ermöglichen, dass die MGU während des transienten Ereignisses entweder als Motor oder als Generator arbeitet, so wie es von dem speziellen transienten Ereignis, das ausgeführt wird, benötigt wird.
Die Drehmomentbefehlsstruktur verbessert die Reaktionsgeschwindigkeit der MGU durch Erzeugen separater Drehmomentbefehlssignale, die ein unmittelbares Drehmomentsignal für ein beliebiges unmittelbar benötigtes Motorabtriebsdrehmoment, und ein vorhergesagtes Drehmomentsignal für ein Motorabtriebsdrehmoment, das für das vorhergesagte oder zukünftige transiente Fahrzeugereignis benötigt wird, umfassen. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung auf der Grundlage von Fahrzeugbetriebswerten wie etwa einer Maschinendrehzahl, einer Getriebeabtriebsdrehzahl, einer Gaspedalposition usw. nach einem bevorstehenden vorbestimmten transienten Fahrzeugereignis Ausschau hält, welches als ein transientes Ereignis definiert ist, das noch nicht begonnen hat, aber mit Sicherheit in einem vorbestimmten Zeitrahmen auftreten wird, z. B. in weniger als etwa 500 Millisekunden (ms).
Wenn das bevorstehende transiente Fahrzeugereignis über das Ereignissignal angezeigt wird, wird das vorhergesagte Drehmomentsignal von einem Motorcontroller erzeugt, um ein benötigtes Niveau des Motorabtriebsdrehmoments zu beschreiben, das für die Dauer des bevorstehenden transienten Fahrzeugereignisses benötigt wird. Der elektromagnetische Fluss der MGU wird automatisch auf ein kalibriertes Maximalniveau erhöht, welches das Niveau des unmittelbaren Drehmomentsignals übersteigt. Dadurch wird die MGU zur Verwendung als schnelles Stellglied verfügbar, wodurch eine schnelle Ausführung des vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses ermöglicht wird, z. B. ein Autostartereignis, ein Getriebegangschaltereignis, oder ein zyklisches Kraftstoffzufuhrereignis.
Insbesondere wird ein Verfahren bereitgestellt, um eine MGU an Bord eines Fahrzeugs zu steuern. Das Verfahren umfasst, dass ein Ereignissignal erzeugt wird, wobei das Ereignissignal ein zukünftiges Auftreten eines vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses vorhersagt. Das Signal kann von einem fahrzeugeigenen Controller, z. B. einem Getriebecontroller, einem Motorcontroller oder einem anderen geeigneten Controller erzeugt werden. Das Verfahren umfasst auch, dass das Ereignissignal verarbeitet wird, dass ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment ermittelt wird, welches von der MGU während des vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses benötigt werden wird, und dass ein Betrag an elektromagnetischem Fluss der MGU auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau automatisch erhöht wird, bevor das transiente Fahrzeugereignis beginnt. Die MGU wird dann verwendet, um eine Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses zu ermöglichen.
Es wird hier auch ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine MGU und mindestens einen Controller umfasst, der ausgelegt ist, um das Ereignissignal zu erzeugen und zu verarbeiten, um ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment zu ermitteln, das von der MGU während des vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses benötigt wird, und um die MGU zu steuern, um eine Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses zu ermöglichen. Der Controller enthält einen Algorithmus zum automatischen Erhöhen des elektromagnetischen Flusses der MGU auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau bevor das transiente Fahrzeugereignis beginnt.
Es wird hier auch ein Controller bereitgestellt, um eine MGU an Bord eines Fahrzeugs zu steuern. Der Controller, der ein einziger Controller oder mehrere Controller sein kann, ist ausgelegt, um ein Ereignissignal zu erzeugen, das ein zukünftiges Auftreten eines vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses vorhersagt. Der Controller umfasst eine Hostmaschine und einen Algorithmus zum automatischen Erhöhen eines Betrags an elektromagnetischem Fluss der MGU auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau, bevor das transiente Fahrzeugereignis beginnt. Der Controller verarbeitet das Ereignissignal, um ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment zu ermitteln, das von der MGU während des transienten Fahrzeugereignisses benötigt wird, und steuert die MGU, um eine Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses zu ermöglichen.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeugs, das einen Controller mit einem Algorithmus oder Verfahren zum Bereitstellen einer Drehmomentbefehlsstruktur gemäß der Erfindung aufweist;
2 ist ein graphisches Flussdiagramm, das den Algorithmus beschreibt, der mit dem in 1 gezeigten Fahrzeug verwendbar ist; und
3 ist ein Satz von Drehmomentkurven für das in 1 gezeigte Fahrzeug.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit einer Maschine (E) 12, die eine Maschinendrehzahl (N_E) aufweist. Das Fahrzeug 10 umfasst auch ein Getriebe (T) 14 mit einem Abtriebselement 24, wobei das Abtriebselement eine Abtriebsdrehzahl (N_O) und ein Abtriebsdrehmoment (T_O) aufweist. Die Steuerungsautorität über die verschiedenen auf den Antriebsstrang bezogenen Prozesse, Funktionen und Operationen des Fahrzeugs 10 kann sich in einem ersten Controller (C_T) 37T, der hier einen Getriebecontroller darstellt, und in einem zweiten Controller (CM) 37 befinden, der hier einen Motorcontroller darstellt. Alternativ können die Controller 37, 37T zu einer einzigen Einrichtung zusammengebaut sein, ohne den beabsichtigen Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Der Controller 37 weist einen Algorithmus 100 auf, der zum Ausführen der Drehmomentbefehlsstruktur über das Verfahren der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, wie nachstehend im Detail offengelegt wird. Das Fahrzeug 10 kann als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) ausgestaltet sein, bei dem ein selektiver Antrieb über eine Motorgeneratoreinheit (MGU) 26 bereitgestellt ist. Bei einer Ausführungsform ist die MGU 26 als eine elektrische Hochspannungswechselstrommaschine (AC-Maschine) vom Induktionstyp ausgestaltet, obwohl auch andere MGU-Konstruktionen, die zur Verwendung mit der hier offenbarten Drehmomentstruktur ausgelegt sind, im Umfang der Erfindung verwendet werden können. Obwohl nur eine MGU 26 gezeigt ist, kann das Fahrzeug 10 auch eine beliebige Anzahl von MGUs enthalten, ohne den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Der Controller 37 und der Algorithmus 100 sind ausgelegt, um einen befohlenen elektromagentischen Fluss (ϕ_M) der MGU 26 mit Bezug auf ein wirkungsgradoptimales oder kalibriertes minimales Flussniveau, d. h. einen unmittelbaren Drehmomentbedarf, automatisch und temporär zu erhöhen, bevor ein vorbestimmtes transientes Fahrzeugereignis startet oder beginnt, was über eine Drehmomentbefehlsstruktur mit zwei Werten bewerkstelligt wird, die in 2 und 3 im Detail erläutert wird.
Das Fahrzeug 10 ist ausgelegt, um ein Flussniveau vor dem Ausführen verschiedener transienter Fahrzeugereignisse aufzubauen. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”transientes Fahrzeugereignis” ein Autostartereignis, d. h. ein Ereignis, bei dem die MGU 26 als Motor verwendet wird, um die Maschine 12 nach einem Maschinenautostoppereignis neu zu starten, ein automatisches Gangschalten des Getriebes 14 und/oder ein Kraftstoffereignis, z. B. ein zyklisches Betreiben eines elektronischen Kraftstoffeinspritzsystems 13. Diese transienten Ereignisse können durch eine plötzliche, große Veränderung beim Motordrehmomentbefehl von Null auf einen relativ großen Drehmomentwert gekennzeichnet sein, d. h., dass bei der Einleitung dieser transienten Ereignisse der Fluss nicht bereits aufgebaut ist. Die MGU 26 kann nach Bedarf als Motor oder Generator arbeiten, wobei eine Regeneration bereitgestellt wird, wenn die MGU als Generator arbeitet.
Im Umfang der Erfindung steuert der Controller 37 mindestens den Betrieb der MGU 26 und insbesondere die Erzeugung des befohlenen Flussniveaus (ϕ_M) und Drehmoments der MGU in Erwartung eines der vorstehend erwähnten vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisse. Dass heißt, dass der Controller 37 über den Algorithmus 100 ein unmittelbar bevorstehendes zukünftiges Auftreten eines transienten Fahrzeugereignisses auf der Grundlage eines Ereignissignals 11 automatisch vorhersagt. Das Ereignissignal 11 kann von dem Controller 37T bereitgestellt werden, wenn an Bord des Fahrzeugs 10 ein verteilter Controller verwendet wird, oder es kann durch den Controller 37 intern erzeugt werden, wenn ein integrierter Controller verwendet wird.
Bei einer Ausführungsform bezeichnet ”unmittelbar bevorstehend” eine Periode von etwa 500 Millisekunden (ms) vor dem Beginn des vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses, wobei das Ereignissignal 11 sowohl die Art des transienten Fahrzeugereignisses als auch die Zeit bis zu seinem Beginn übermittelt. Zeitrahmen, die kürzer oder langer als 500 ms sind, können verwendet werden, ohne den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Die Ausführung des Algorithmus 100 ermöglicht, dass die MGU 26 als ein schnelles Stellglied verwendet werden kann, so wie der Begriff hier definiert ist. Die MGU kann bei einigen transienten Ereignissen als Generator arbeiten, wodurch eine Energieregenerierung oder ein Aufladen eines fahrzeugeigenen Energiespeichersystems (ESS) 25, z. B. eines wiederaufladbaren Batteriemoduls, ermöglicht wird, oder sie kann bei Bedarf als Motor arbeiten. Bei anderen transienten Ereignissen, z. B. einem Autostart, kann die MGU 26 als Motor verwendet werden.
Der Controller 37 kann mit dem Algorithmus 100 programmiert sein oder anderweitig Zugriff auf diesen haben, wobei der Algorithmus nachstehend mit Bezug auf 2 im Detail erläutert wird. Das Fahrzeug 10 enthält ein Gaspedal 15 mit einer detektierbaren Pedalposition (Pfeil P_X), wobei die Pedalposition als ein verfügbares Eingangssignal an den Motorcontroller 37 übertragen und/oder von diesem gelesen wird, um beispielsweise zu ermitteln, wann ein Autostopp/Autostartereignis, das Schalten eines Getriebegangs, ein zyklisches Kraftstoffeinspritzereignis usw. eingeleitet, ausgelöst oder verhindert werden soll. Der Controller 37 kann auch kalibrierte Nachschlagetabellen 60 und 70 enthalten oder Zugriff darauf haben, welche nachstehend mit Bezug auf 2 ebenfalls beschrieben werden.
Immer noch mit Bezug auf 1 enthält die Maschine 12 eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle und ein Abtriebselement 20. Das Getriebe 14 weist ein Antriebselement 22 und ein Abtriebselement 24 auf. Das Abtriebselement 20 der Maschine 12 kann mit dem Antriebselement 22 des Getriebes 14 über eine(n) oder mehrere Drehmomentübertragungsmechanismen oder Kupplungen 18 selektiv verbunden sein. Das Getriebe 14 kann als ein elektrisch variables Getriebe (EVT), ein herkömmliches Mehrstufengetriebe oder ein beliebiges anderes geeignetes Leistungsgetriebe ausgestaltet sein, das zur Übertragung von Antriebsdrehmoment auf einen Satz von Straßenrädern 16 über das Abtriebselement 24 in der Lage ist. Das Abtriebselement 24 des Getriebes 14 dreht sich mit einer Abtriebsdrehzahl (N_O) und einem Abtriebsdrehmoment (T_O) in Ansprechen auf eine Drehzahlanforderung von einem Fahrer des Fahrzeugs 10, die über das Pedal 15 oder anderweitig eingegeben wird.
Im Umfang der Erfindung ist die MGU 26 als eine mehrphasige elektrische Maschine vom AC-Induktionstyp oder als Induktionsmotor ausgestaltet, wobei die MGU eine Spannungsbemessung aufweist, die ausreicht, um das Fahrzeug 10 anzutreiben, z. B. etwa 60 Volt bis etwa 300 Volt oder mehr in Abhängigkeit von der benötigten Konstruktion. Die MGU 26 kann beispielsweise über einen Gleichspannungsbus (DC-Bus) 29, einen Spannungsinverter oder ein Gleichrichter/Wechselrichtermodul (PIM) 27 und einen Wechselspannungsbus (AC-Bus) 29A mit dem ESS 25 elektrisch verbunden sein. Das ESS 25 kann unter Verwendung der MGU 26 selektiv wieder aufgeladen werden, wenn die MGU in ihrer Eigenschaft als Generator wie vorstehend angemerkt arbeitet, etwa durch Aufnehmen von Energie, wenn die MGU als Stellglied während des transienten Fahrzeugereignisses gemäß dem Algorithmus 100 verwendet wird, während eines Regenerationsereignisses, oder in anderen Fällen.
Bei einer Ausführungsform kann die MGU 26 zum selektiven Drehen eines Riemens 23 der Maschine 12 oder eines anderen geeigneten Teils derselben verwendet werden, wodurch die Maschine während eines Autostartereignisses angekurbelt und gestartet wird, wie der Fachmann versteht. Es können jedoch andere Konstruktionen zum Starten der Maschine 12 verwendet werden, z. B. ein Startermotor, ohne den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Das Fahrzeug 10 kann auch ein Hilfsleistungsmodul (APM) 28 umfassen, z. B. einen DC/DC-Leistungswandler, der über den DC-Bus 29 mit dem ESS 25 elektrisch verbunden ist. Das APM 28 kann über einen Niederspannungsbus 19 auch mit einer Hilfsbatterie (AUX) 41, z. B. einer 12-Volt DC-Batterie, elektrisch verbunden sein und ausgelegt sein, um eines oder mehrere Hilfssysteme 45 an Bord des Fahrzeugs 10 mit Energie zu versorgen. Die spezielle Weise, in der die verschiedenen verbundenen Einrichtungen ausgestaltet sind und arbeiten, beeinträchtigt die in 2 und 3 detailliert beschriebene Drehmomentbefehlsstruktur der vorliegenden Erfindung nicht, wie nachstehend erläutert wird.
Immer noch mit Bezug auf 1 kann der Controller 37 wie vorstehend erwähnt als eine einzige Einrichtung oder eine verteilte Steuerungseinrichtung ausgestaltet sein, die mit der Maschine 12, der MGU 26 und dem ESS 25 sowie dem APM 28, dem PIM 27 und der Hilfsbatterie 41, wenn das Fahrzeug 10 derart ausgestaltet ist, über einen Steuerungskanal 51, der in 1 durch gestrichelte Linien dargestellt ist, elektrisch verbunden ist oder auf andere Weise damit in elektrische Verbindung gestellt ist. Der Steuerungskanal 51 kann beliebige benötigte Übertragungsleitungen umfassen, z. B. drahtgebundene oder drahtlose Steuerungskopplungen oder Pfade, die zum Übertragen und Empfangen der notwendigen elektrischen Steuerungssignale für eine korrekte Leistungsflusssteuerung und Koordination an Bord des Fahrzeugs 10 geeignet sind. Der Controller 37 kann Steuerungsmodule und Fähigkeiten derart enthalten, wie es notwendig sein kann, um die gesamte benötigte Leistungsflusssteuerungsfunktionalität an Bord des Fahrzeugs 10 auf die gewünschte Weise auszuführen.
Die Controller 37, 37T können als ein digitaler Rechner ausgestaltet sein, der einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog/Digital- und Digital/Analog-Schaltungen (A/D- und D/A-Schaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Einrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen aufweist. Jeder im Controller 37 vorhandene oder für diesen zugängliche Algorithmus einschließlich des Algorithmus 100, der die Drehmomentbefehlsstruktur ermöglicht, wie nachstehend mit Bezug auf 2 beschrieben ist, kann im ROM gespeichert sein und vom dem Controller automatisch ausgeführt werden, um die benötigte Funktionalität bereitzustellen.
Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”schnelles Stellglied” die selektive Verwendung der MGU 26, um die Ausführung eines oder mehrerer transienter Fahrzeugereignisse zu ermöglichen, z. B., um ein negatives Drehmoment auf einen speziellen Teil des Fahrzeugs 10 aufzubringen oder dieses zu verzögern, um ein positives Drehmoment aufzubringen, wenn ein Drehmomentanstieg benötigt wird usw., im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren oder Betätigungssystemen, um dadurch das transiente Ereignis zu ermöglichen. Wie der Fachmann versteht, befinden sich fahrzeugbasierte AC-Induktionsmaschinen, wie etwa die MGU 26, immer dann auf ihrem Niveau mit höchstem Energiewirkungsgrad, wenn der elektromagnetische Fluss minimiert ist.
Der elektromagnetische Fluss wird daher für gewöhnlich jederzeit auf einem kalibrierten minimalen Niveau gehalten, wobei das Niveau für den unmittelbaren Drehmomentbedarf geeignet ist. Bei den vorstehend erwähnten transienten Fahrzeugereignissen umfassen herkömmliche Betätigungsverfahren das Schließen eines elektronischen Drosselventils zur Kraftstoffregelung, die Drosselsteuerung bei einem Getriebegangschalten usw. Im Vergleich zu der Verwendung der MGU 26 als Stellglied werden derartige Verfahren hier als ”langsame” Stellglieder relativ zu der möglichen Geschwindigkeit und dem unmittelbar verfügbaren Drehmoment der MGU bezeichnet.
Die MGU 26, die im Umfang der Erfindung als ein ”schnelles” Stellglied agiert, kann in etwa 25 Millisekunden (ms) bis etwa 50 ms agieren, während herkömmliche oder ”langsame” Stellgliedverfahren etwa 100 ms oder mehr zur Durchführung benötigen können. Der Controller 37 führt folglich den Algorithmus 100 in Erwartung eines transienten Fahrzeugereignisses wie oben beschrieben aus, bei einer Ausführungsform z. B. weniger als etwa 500 ms vor dem Beginn des transienten Fahrzeugereignisses.
Die Ausführung des Algorithmus 100 erzeugt ein Paar verschiedener Motordrehmomentbefehle, d. h. ein unmittelbares Drehmoment und ein vorhergesagtes Drehmoment, und erhöht den elektromagnetischen Fluss (Φ_M) der MGU 26 derart, dass die MGU als schnelles Stellglied verwendet werden kann, z. B. um falls gewünscht bei Bedarf ein Drehmoment der MGU schneller zu erhöhen oder zu verringern, um ein relativ glattes Gangschalten des Getriebes 14 zu erzielen, um sicher zu stellen, dass ein Zündfunkenniveau auf einem optimalen Niveau gehalten wird, d. h., um zu verhindern, dass ein Funkenfang auftritt. Wenn die MGU 26 als Generator wirkt, kann sie bei einigen transienten Fahrzeugereignissen auch zum Wiederaufladen des ESS 25 verwendet werden.
Mit Bezug auf 2 beginnt eine Ausführung des Algorithmus 100 mit Schritt 102, bei dem das Ereignissignal 11 automatisch erzeugt wird. Wenn ein verteilter Controller verwendet wird, kann Schritt 102 umfassen, dass das Ereignissignal 11 vom Controller 37T an den Controller 37 zur Verarbeitung durch den Controller 37 übertragen wird, oder wenn ein einziger oder integrierter Controller verwendet wird, kann das Ereignissignal von dem Controller 37 intern erzeugt und verarbeitet werden. Unabhängig davon, wie das Ereignissignal 11 erzeugt wird, zeigt es den unmittelbar bevorstehenden Beginn eines von mehreren vorbestimmten transienten Fahrzeugereignissen wie vorstehend erwähnt an.
Bei einer Ausführungsform ist das vorbestimmte transiente Fahrzeugereignis entweder ein Autostart der Maschine 12 oder ein Schaltvorgang des Getriebes 14 oder ein Kraftstoffereignis, z. B. ein zyklisches Einspritzen von Kraftstoff des Einspritzsystems 13, das in 1 gezeigt ist, obwohl auch andere transiente Fahrzeugereignisse, die von der MGU 26 unterstützt werden können, ausgeführt werden können, ohne den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Das Ereignissignal 11 kann in Ansprechen auf einen kollektiven Satz von Schwellenwerten erzeugt werden, z. B. der Pedalposition (P_X), der Maschinendrehzahl (N_E), der Getriebeabtriebsdrehzahl (N_O), dem Getriebeabtriebsdrehmoment (T_O) usw., wie in 1 gezeigt ist. Nachdem das Ereignissignal 11 erzeugt worden ist, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 104 weiter.
Bei Schritt 104 verarbeitet der Algorithmus 100 das Ereignissignal 11, um ein vorhergesagtes Motorabtriebsdrehmoment zu ermitteln, das während des bevorstehenden transienten Fahrzeugereignisses benötigt wird, z. B. über eine Berechnung und/oder durch einen Zugriff auf eine Nachschlagetabelle 60, wie in 1 gezeigt ist. Das Verarbeiten umfasst das automatische und schnelle Erhöhen des Flusses (Φ_M) der MGU 26 auf einen kalibrierten Maximalwert (CAL_MAX), der zum Einhalten des vorhergesagten Motorabtriebsdrehmomentniveaus geeignet ist. Das heißt, dass ein Flussbetrag erzeugt wird, der dem vorhergesagten Drehmomentbefehl entspricht. Die Erhöhung des Flusses tritt zu einer kalibrierten Zeitspanne oder einem Zeitpunkt vor einem Einleiten und Auftreten des transienten Fahrzeugereignisses auf und nicht gleichzeitig damit, wie bei herkömmlichen Systemen.
Der Anstieg des Flusses an der MGU 26 ist ausreichend, um zumindest das während des transienten Fahrzeugereignisses maximal benötigte vorhergesagte Drehmoment einzuhalten. Bei einer Ausführungsform beispielsweise, bei der etwa –30 Nm an unmittelbarer Drehmomentanforderung für ein spezielles transientes Fahrzeugereignis benötigt werden, kann der Algorithmus 100 den Fluss der MGU 26 so erhöhen, dass zwischen –30 Newtonmeter (Nm) und etwa –50 Nm oder mehr an Drehmomentanforderung bereitgestellt wird, um sicher zu stellen, dass genügend Drehmoment verfügbar ist. Das heißt, der Motorwirkungsgrad wird temporär zugunsten des schnellen Motorverhaltens aufgegeben. Auf jeden Fall kann die MGU 26 mit dem erhöhten Fluss bei Bedarf ein Drehmoment zwischen etwa +50 Nm und –50 Nm oder mehr/weniger bereitstellen.
Bei einer Ausführungsform beträgt die kalibrierte Dauer vor der Einleitung des transienten Ereignisses wie vorstehend erwähnt mindestens etwa 500 Millisekunden, wodurch sichergestellt wird, dass sich der Fluss in dem Moment, in dem das transiente Fahrzeugereignis beginnt, auf einem Maximalwert befindet. Der für die MGU 26 benötigte Betrag an Fluss (Φ_M), damit sie wie ein schnelles Stellglied funktioniert, kann mit dem Typ des transienten Fahrzeugereignisses variieren und kann daher als kalibrierte Werte in einer Nachschlagetabelle 70 (siehe 1) gespeichert sein, auf die der Controller 37 schnell zugreifen kann. Magnetflusswerte können jedoch auch sofort vom Controller 37 unter Verwendung der verschiedenen vorstehend erwähnten Fahrzeugbetriebswerte berechnet werden, ohne den beabsichtigten erfinderischen Umfang zu verlassen.
Bei Schritt 106 betätigt der Controller 37 die MGU 26, d. h. er betreibt die MGU als schnelles Stellglied, um die Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses unter Verwendung des unmittelbaren Drehmomentbefehls zu ermöglichen. Die vorausschauende Flusserzeugung durch Schritt 104 ermöglicht, dass eine derartige Betätigung relativ schnell auftritt. Schritt 106 kann beispielsweise umfassen, dass die MGU 26 zum Verzögern oder Verlangsamen der Maschine 12 verwendet wird, ohne die Zündfunkensequenz zu verändern, d. h. während die Maschinenzündfunken auf einem optimalen Niveau gehalten werden, oder sie kann in Abhängigkeit vom Betriebsmodus das Kurbelwellendrehmoment nach Bedarf vermehren oder erhöhen. Schritt 106 kann auch umfassen, dass die MGU 26 zum Starten der Maschine 12 während eines Autostartereignisses verwendet wird, oder um ein Blinddrehmoment bereitzustellen oder die Wahrnehmung eines Getriebeschaltereignisses zu glätten. Wenn die MGU 26 als schnelles Stellglied wirkt, kann sie dies bei einigen transienten Ereignissen in ihrer Eigenschaft als Generator tun, und bei anderen als Motor, z. B. bei Autostartereignissen. Schritt 106 kann daher eine Energieregenerierung umfassen, d. h. das Aufnehmen von Energie durch die MGU 26 während des transienten Fahrzeugereignisses und das selektive Aufladen des ESS 25, wenn die MGU als Generator arbeitet.
Bei Schritt 108 ermittelt der Algorithmus 100, ob das transiente Fahrzeugereignis abgeschlossen ist, wieder unter Verwendung des Ereignissignals 11. Schritt 108 fährt in einer Schleife mit Schritt 106 fort, bis ermittelt wird, dass das transiente Fahrzeugereignis abgeschlossen ist, und der Algorithmus 100 geht zu diesem Zeitpunkt zu Schritt 110 weiter.
Bei Schritt 110 ermittelt der Controller 37, dass nach Abschluss des transienten Ereignisses stationäre Bedingungen existieren und senkt den Magnetfluss der MGU 26 automatisch auf ein kalibriertes Niveau ab. Wenn der Algorithmus 100 nicht aktiv ist, sind die vorhergesagten und unmittelbaren Drehmomentbefehle einander gleichgesetzt, wie sich aus der vorstehenden Offenbarung ergibt. Das kalibrierte Niveau kann sich so ändern, dass es ausreichend bleibt, um beliebige unmittelbare Drehmomentanforderungen zu erfüllen.
Das heißt, dass der Controller 37, wenn der Algorithmus 100 nicht aktiv ist, aber der Fluss immer noch dynamisch ist, einen Fluss befiehlt, um beliebige unmittelbare Drehmomentanforderungen zu erfüllen. Wenn sich der unmittelbare Drehmomentbefehl verändert, während der Algorithmus 100 nicht aktiv ist, verändert der Controller 37 sein Flussziel immer noch auf die übliche Weise, d. h., dass eine Zeitverzögerung zwischen der Veränderung beim Flussziel und dem tatsächlichen Flussniveau wie vorstehend erwähnt auftreten wird. Auf diese Weise arbeitet die MGU 26 im stationären Zustand mit einem relativ hohen Wirkungsgrad, während sie dennoch beliebige unmittelbare Drehmomentanforderungen erfüllt.
Mit Bezug auf 3 kann die durch den Algorithmus 100 von 2 ermöglichte Drehmomentbefehlsstruktur mit zwei Werten als ein Satz von Drehmomentkurven 30 dargestellt werden, die mit Bezug auf das Ereignissignal 11 aufgezeichnet sind. Das Ereignissignal 11, das bei Schritt 102 von Algorithmus 100 (siehe 2) erzeugt wird, kann ein Ein/Aus-Zustandssignal sein, das in 3 als ein Eins-Zustand bzw. ein Null-Zustand dargestellt ist. Ein Ereignissignal 11 mit einem Nullwert (0-Wert) zeigt einen stationären Betrieb der MGU 26 an, der bis zum Punkt A auftritt. Bei Punkt A ändert das Ereignissignal 11 seinen Zustand und bleibt aktiv, d. h. ein Eins-Wert (1-Wert) bis zum Punkt B, bei dem das transiente Ereignis abgeschlossen wird. Danach kehrt das Ereignissignal 11 zu einem Null-Zustand (0-Zustand) zurück.
Die durch die Drehmomentkurven 30 bereitgestellte Drehmomentbefehlsstruktur liefert zwei verschiedene Drehmomentbefehle an die MGU 26, wie vorstehend erwähnt wurde, d. h. ein unmittelbares Motorabtriebsdrehmoment, das durch Linie 34 dargestellt ist, und ein vorhergesagtes Motorabtriebsdrehmoment, das durch Linie 35 dargstellt ist. Die Achse 40 von 3 stellt ein Motorabtriebsdrehmoment von Null dar. Daher folgen das unmittelbare und das vorhergesagte Motorabtriebsdrehmoment von Linie 34 bzw. 35 einander bis zum Punkt A und können innerhalb eines kalibrierten Bereichs um die Achse 40 herum gehalten werden.
Bei einer Zustandsänderung des Ereignissignals 11, d. h. wenn ein zukünftiges transientes Fahrzeugereignis vorhergesagt wird, aber noch nicht begonnen hat, steigt das vorhergesagte Motorabtriebsdrehmoment (Linie 35) unmittelbar auf einen kalibrierten Maximalwert an, d. h. CAL_MAX, der zum Einhalten des vorhergesagten Drehmomentniveaus geeignet ist, das während des transienten Ereignisses benötigt wird. Das heißt, dass der Fluss bei der MGU 26 vor dem transienten Fahrzeugereignis schnell erhöht wird, weil die tatsächliche Drehmomentkapazität zum Aufbauen Zeit benötigt, sodass das vorhergesagte Drehmoment unmittelbar verfügbar ist, wenn das transiente Ereignis beginnt. Herkömmliche Systeme fahren damit fort, einen minimalen Flusswert beizubehalten, um unmittelbare Drehmomentanforderungen zu erfüllen, d. h. einen Wert mit höchstem Wirkungsgrad, und verwenden andere Einrichtungen als die MGU, um die während des transienten Ereignisses benötige Unterstützung bereitzustellen. Bei einer Verwendung von herkömmlichen Flusssteuerverfahren kann das transiente Ereignis bereits vorüber oder im Wesentlichen vorüber sein, bevor das unmittelbare Drehmoment ausreichend erhöht werden kann, um die Drehmomentanforderung einzuhalten.
Wenn erwartet wird, dass das maximal erwartete unmittelbare Drehmoment (Linie 34) während des transienten Fahrzeugereignisses beispielsweise gleich –30 Nm ist, kann der Motorcontroller 27 den Fluss bei der MGU 26 so erhöhen, dass mindestens –30 Nm Drehmoment bereitgestellt werden, und sogar 200% oder mehr des erwarteten benötigten Drehmoments, um ein schnelles Aufbringen von Drehmoment von der MGU sicher zu stellen. Die tatsächliche Varianz zwischen dem unmittelbaren Motorabtriebsdrehmoment (Linie 34) und dem vorhergesagten Motorabtriebsdrehmoment (Linie 35), wenn das vorhergesagte Motorabtriebsdrehmoment bei dem kalibrierten Maximalwert (CAL_MAX) liegt, kann mit der beabsichtigten Konstruktion variieren, wobei der Wirkungsgradverlust umso größer ist, je größer die Differenz ist, jedoch eine potentiell verbesserte Reaktionszeit erreicht wird.
Wenn das transiente Fahrzeugereignis bei Punkt B abgeschlossen ist, d. h. Schritt 108 von 2, verringert der Algorithmus 100 den Fluss der MGU 26 sofort, wie durch die Linie 35 angezeigt ist und vorstehend mit Bezug auf Schritt 110 erörtert wurde. Es ist zu beachten, dass sich die Linie 35 der Linie 34 nach dem Abschluss des transienten Ereignisses annähert. Wie der Fachmann versteht, kann die Ausführung des Algorithmus 100 die Regenerierung an Bord des Fahrzeugs 10 optimieren, während Reaktionszeiten und/oder die Wahrnehmung des transienten Ereignisses potentiell verbessert wird.
Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Motorgeneratoreinheit (MGU) an Bord eines Fahrzeugs, das einen Controller aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Ereignissignal unter Verwendung des Controller erzeugt wird, wobei das Ereignissignal ein Auftreten eines vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses vorhersagt; das Ereignissignal unter Verwendung des Controllers verarbeitet wird, um dadurch ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment zu ermitteln, das von der MGU während des transienten Fahrzeugereignisses benötigt wird; ein Betrag an elektromagnetischem Fluss der MGU automatisch auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau erhöht wird, bevor das transiente Fahrzeugereignis beginnt, wobei das kalibrierte Schwellenwertniveau ausreicht, um das vorhergesagte Niveau an Motorabtriebsdrehmoment zu erzeugen; und die MGU verwendet wird, um eine Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses zu ermöglichen, wobei die MGU als Generator verwendet wird, um das ESS während des transienten Fahrzeugereignisses selektiv wieder aufzuladen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug ferner eine Maschine mit einer Maschinendrehzahl, ein Getriebe mit einer Getriebeabtriebsdrehzahl und ein Gaspedal mit einer Gaspedalposition umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: die Maschinendrehzahl und/oder die Getriebeabtriebsdrehzahl und/oder die Gaspedalposition ermittelt werden, bevor das Ereignissignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das transiente Fahrzeugereignis ein Autostartereignis und/oder ein Getriebegangschaltereignis und/oder ein zyklisches Kraftstoffeinspritzereignis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln eines vorhergesagten Niveaus an Motorabtriebsdrehmoment ein Berechnen des vorhergesagten Niveaus an Motorabtriebsdrehmoment unter Verwendung des Ereignissignals oder ein Zugreifen auf eine erste Nachschlagetabelle über den Controller umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das automatische Erhöhen eines Betrags an elektromagnetischem Fluss der MGU auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau umfasst, dass über den Controller auf eine zweite Nachschlagetabelle zugegriffen wird, das kalibrierte Schwellenwertniveau aus der zweiten Nachschlagetabelle gewählt wird und der Betrag an elektromagnetischem Fluss erhöht wird, bis das kalibrierte Schwellenwertniveau erreicht ist.
Fahrzeug, umfassend: eine Motorgeneratoreinheit (MGU); und einen Controller, der zum Erzeugen und Verarbeiten eines Ereignissignals, das ein Auftreten eines vorbestimmten transienten Fahrzeugereignisses vorhersagt, ausgelegt ist, wobei der Controller ausgelegt ist, um durch ein Verarbeiten des Ereignissignals ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment zu ermitteln, das von der MGU während des transienten Fahrzeugereignisses benötigt wird, und um die MGU so zu steuern, dass eine Ausführung des transienten Fahrzeugereignisses ermöglicht wird; wobei der Motorcontroller einen Algorithmus umfasst, der ausgelegt ist, um einen Betrag an elektromagnetischem Fluss der MGU automatisch auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau zu erhöhen, das ausreicht, um das vorhergesagte Niveau an Motorabtriebsdrehmoment zu erzeugen, bevor das transiente Fahrzeugereignis beginnt.
Fahrzeug nach Anspruch 6, ferner ein Energiespeichersystem (ESS) umfassend, wobei der Controller das ESS unter Verwendung der MGU als Generator während des transienten Fahrzeugereignisses automatisch auflädt.
Fahrzeug nach Anspruch 6, ferner eine Maschine mit einer Maschinendrehzahl, ein Getriebe mit einer Getriebeabtriebsdrehzahl und ein Gaspedal mit einer Gaspedalposition umfassend, wobei das Ereignissignal unter Verwendung der Maschinendrehzahl und/oder der Getriebeabtriebsdrehzahl und/oder der Gaspedalposition ermittelt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Controller ausgelegt ist, um ein vorhergesagtes Niveau an Motorabtriebsdrehmoment über ein Berechnen des vorhergesagten Niveaus an Motorabtriebsdrehmoment unter Verwendung des Ereignissignals und/oder ein Zugreifen auf eine erste Nachschlagetabelle über den Motorcontroller zu ermitteln.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Controller ausgelegt ist, um einen Betrag an elektromagnetischem Fluss der MGU automatisch auf ein kalibriertes Schwellenwertniveau zu erhöhen, indem er auf eine zweite Nachschlagetabelle zugreift, das kalibrierte Schwellenwertniveau aus der zweiten Nachschlagetabelle wählt und den Betrag an elektromagnetischem Fluss automatisch erhöht, bis das kalibrierte Schwellenwertniveau erreicht ist.