DE102011083829A1

DE102011083829A1 - Verfahren und strategie für die erkennung einer sperre des planetengetriebes in hybrid-fahrzeugen mit leistungsverzweigung

Info

Publication number: DE102011083829A1
Application number: DE102011083829A
Authority: DE
Inventors: Ming Lang Kuang; Shailesh S. Kozarekar; Fazal Urrahman Syed; Edward William Haran; Jonathan Andrew Butcher; Kimberly Murphy
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-04-05
Also published as: CN103153664B; WO2012044948A1; US20140031169A1; US20120053010A1; US9180874B2; DE112011103334T5; CN103153664A; US8535201B2

Abstract

System und Verfahren für die Kontrolle einer Hybridfahrzeug-Kraftübertragung mit einem Verbrennungsmotor, einem Generator und einem Elektromotor, die über einen Planetenradsatz verbunden sind, um eine Sperre im Planetenradsatz zu erkennen und die Kraftübertragung als Reaktion zu kontrollieren. Wenn Drehmoment in einem elektrischen Betriebsmodus bei deaktiviertem Verbrennungsmotor übertragen wird, wird der Generator bei mindestens einer Differenz zwischen tatsächlicher Generatordrehzahl und erwarteter Generatordrehzahl, die einen Schwellenwert übersteigt, was auf eine Sperre im Planetenradsatz hinweist, deaktiviert. Wenn der Verbrennungsmotor aktiviert ist und Drehmoment über die Kraftübertragung überträgt, werden der Verbrennungsmotor und der Generator bei mindestens einer Differenz zwischen Motorbeschleunigung und erwarteter Motorbeschleunigung, die einen ersten Schwellenwert übersteigt, und einer Differenz zwischen Motordrehzahl und Hohlraddrehzahl, die niedriger als ein zweiter Schwellenwert ist, deaktiviert.

Description

QUERFERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US-Anmeldung Nr. 61/388,248, die am 30. September 2010 eingereicht wurde. Deren Offenbarung ist in ihrer Gesamtheit hierin als Verweis enthalten.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeug und ein Steuerungssystem für die Kontrolle des Fahrzeugs.
HINTERGRUND
In einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) können ein interner Verbrennungsmotor und ein Elektromotor entweder einzeln oder gemeinsam Energie zu den Rädern des Fahrzeugs übertragen. Viele HEVs umfassen außerdem Planetenradsätze. Zum Beispiel ist in einem Hybrid-Fahrzeug mit Leistungsverzweigung ein Planetenradsatz mit dem Verbrennungsmotor und einem Generator gekoppelt, der Energie für einen Elektromotor und die Batterie erzeugt. Der Planetenradsatz kann ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder in einem Planetenträger enthalten. Drehmoment wird vom Verbrennungsmotor über den Planetenradsatz bereitgestellt, wenn zwei der drei Komponenten verblocken („Sperre”). Es kann zu einer versehentlichen Sperre kommen, bei der Komponenten des Planetenradsatzes zu unerwünschter Zeit sperren. Dadurch kann es sein, das Drehmoment, das vom Motor an den Rädern bereitgestellt wird, unbeabsichtigt gesteigert wird. Es besteht zurzeit die Notwendigkeit, eine Sperre im Planetenradsatz effektiv zu erkennen. Es besteht außerdem die Notwendigkeit, die Sperrbedingung abzumildern und eine zu hohe Drehmomentbereitstellung an den Rädern des Fahrzeugs zu verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren für die Kontrolle eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt. Das Fahrzeug hat einen Verbrennungsmotor und einen Traktionsmotor, die mit einem Antriebsstrang gekoppelt sind. Der Antriebsstrang umfasst einen Planetenradsatz mit einem Hohlrad. Ein Generator ist mit dem Planetenradsatz gekoppelt und elektrisch mit dem Traktionsmotor verbunden. Der Generator wird bei mindestens einer Differenz zwischen Motorbeschleunigung und einer erwarteten Motorbeschleunigung, die einen ersten Schwellenwert übersteigt, deaktiviert. Der Generator wird weiter bei einer Differenz zwischen Motordrehzahl und Hohlraddrehzahl, die geringer als ein zweiter Schwellenwert ist, deaktiviert. Der Vergleich zwischen diesen Differenzen und ihren jeweiligen Schwellenwerten gibt eine Sperre im Planetenradsatz an. Der Generator kann durch Anlegen einer Spannung an einem Rotor deaktiviert werden, der mit Magneten am Rotor im Generator phasenverschoben ist. Alternativ oder in Kombination kann der Generator durch Öffnungsschalter deaktiviert werden, die den elektrischen Strom und die Energieverteilung zum Generator steuern. Der Verbrennungsmotor kann statt oder zusammen mit dem Generator deaktiviert werden, wenn eine Sperre im Planetenradsatz erkannt wird. Der Verbrennungsmotor und/oder der Generator können weiter bei mindestens einer Differenz zwischen der Motordrehzahl und einer Zielmotordrehzahl deaktiviert werden, die einen dritten Schwellenwert übersteigt, und bei einem Generatordrehmoment, das einen vierten Schwellenwert übersteigt.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren für die Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, einem Traktionsmotor und einem Generator bereitgestellt. Der Generator ist selektiv durch einen Radsatz mit Traktionsrädern gekoppelt. Das Drehmoment wird in einem elektrischen Betriebsmodus weitergegeben, wobei verhindert wird, dass der Verbrennungsmotor die Traktionsräder antreibt. Der Generator wird bei mindestens einer Differenz zwischen tatsächlicher Generatordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl, die einen Schwellenwert übersteigt, deaktiviert.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein System für die Kontrolle einer Kraftübertragung eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das System umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Planetenradsatz, der mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Der Planetenradsatz hat ein Hohlrad und gibt in einem ersten Betriebsmodus das Drehmoment an die Traktionsräder weiter. Ein Generator ist mit dem Planetenradsatz gekoppelt. Ein Traktionsmotor ist elektrisch mit dem Generator verbunden. Der Elektromotor überträgt in einem zweiten Betriebsmodus, bei dem er Verbrennungsmotor deaktiviert ist, Energie zu den Traktionsrädern. Ein Systemcontroller deaktiviert im ersten und im zweiten Betriebsmodus den Verbrennungsmotor und/oder den Generator selektiv. Wenn im ersten Betriebsmodus die Motorbeschleunigung größer als eine erwartete Motorbeschleunigung ist und die Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Hohlraddrehzahl niedriger als ein erster Schwellenwert ist, werden der Verbrennungsmotor und/oder der Generator deaktiviert. Wenn im zweiten Betriebsmodus die Differenz zwischen der Generatordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen zweiten Schwellenwert übersteigt, werden der Verbrennungsmotor und/oder der Generator deaktiviert.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können verschiedene Vorteile bieten. Zum Beispiel kann eine Sperrerkennung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bei einem größeren Bereich der Betriebsbedingungen eingesetzt werden, als einige frühere Erkennungsstrategien, die auf Fahrzeuggeschwindigkeiten über einem bestimmten Schwellenwert oder auf geparkte Fahrzeuge beschränkt waren. Die Erkennung der Sperre und die Kontrolle des Verbrennungsmotors und/oder des Generators als Reaktion darauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung reduziert oder verringert die Bereitstellung von übermäßigem Drehmoment an den Fahrzeugrädern. Die effektive Überwachung der Sperre kann außerdem Zug und Vibrationen verringern oder verhindern, wenn das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird, und es kann den gesamten Betriebswirkungsgrad des Fahrzeugs steigern.
Die oben genannten Vorteile und andere Vorteile und Merkmale werden leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorteilhaften Ausführungsformen offensichtlich, wenn sie im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems mit Leistungsverzweigung und Sperrerkennung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens für die Erkennung und Abschwächung einer Sperre in einem Planetenradsatz in mehreren Fahrzeugbetriebsmodi gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens für die Erkennung und Abschwächung einer Sperre in einem Planetenradsatz eines Fahrzeugs, während das Fahrzeug im elektrischen Modus gefahren wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens für die Erkennung und Abschwächung einer in einem Planetenradsatz eines Fahrzeugs, während das Fahrzeug zumindest teilweise von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier offenbart. Es ist aber selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele einer Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von speziellen Komponenten zu zeigen. Deshalb sollen spezielle hier offenbarte Details nicht als Begrenzung verstanden werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um Fachleute zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedenartig zu verwenden. Fachleute werden verstehen, dass verschiedene Merkmale der veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren mit in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulichten Merkmalen kombiniert werden können, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Jedoch können verschiedene Kombinationen und Modifikationen der mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung konsistenten Merkmale für spezielle Anwendungen oder Implementierungen gewünscht sein. Die repräsentativen Ausführungsformen, die in den Illustrationen verwendet werden, beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren für die Erkennung einer Sperre in Planetenradsätzen in einem Hybridfahrzeug mit Leistungsverzweigung. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung können jedoch auch in anderen Anwendungen verwendet werden. Fachleute können ähnliche Anwendungen oder Implementierungen bei anderen Fahrzeugkonfigurationen oder Technologien erkennen.
Bezugnehmend auf 1 umfasst ein Hybridfahrzeug (HEV) eine Kraftübertragung mit Leistungsverzweigung 10. Ein Fahrzeugsystemcontroller (VSC) und ein Kraftübertragungkontrollmodul (PCM) 12 steuern eine elektrische Traktionsbatterie 14. Die Batterie 14 hat eine elektrische Zwei-Wege-Verbindung, über die sie elektrische Energie empfängt und speichert und außerdem Energie zu einem elektrischen Traktionsmotor 16 liefert. Der Controller 12 steuert außerdem den Betrieb eines internen Verbrennungsmotors (ICE) 18. Sowohl der Elektromotor 16 als auch der Verbrennungsmotor 18 können ein Getriebe 20 antreiben, das schließlich Drehmoment an den Rädern des Fahrzeugs bereitstellt.
Verbrennungsmotor 18 liefert Energie für eine Drehmomenteingangswelle 22, die über eine Ein-Wege-Kupplung mit einem Planetenradsatz 24 verbunden ist. Eingangswelle 22 versorgt den Planetenradsatz 24 mit Energie, der ein Hohlrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Planetenträgerbaugruppe 30 umfasst. Eingangswelle 22 ist antriebsverbunden mit der Trägerbaugruppe 30, um dem Planetenradsatz 24 Energie zu liefern. Sonnenrad 28 ist mit einem Generator 32 antriebsverbunden. Generator 32 kann in das Sonnenrad 28 eingerastet sein, sodass Generator 32 sich entweder mit dem Sonnenrad 28 drehen kann oder nicht. Wenn die Ein-Wege-Kupplung den Verbrennungsmotor 18 mit dem Planetenradsatz 24 koppelt, erzeugt der Generator 32 Energie als reaktionäres Element für den Betrieb des Planetenradsatzes 24. Elektrische Energie, die vom Generator 32 erzeugt wird, wird über die elektrischen Verbindungen 36 zur Batterie 14 übertragen. Batterie 14 empfängt und speichert außerdem elektrische Energie über regeneratives Bremsen, wie allgemein bekannt. Batterie 14 liefert dem Elektromotor 16 die gespeicherte elektrische Energie für den Betrieb. Der Teil der Energie, die vom Verbrennungsmotor 18 zum Generator 32 geliefert wird, kann auch direkt zu Elektromotor 16 übertragen werden. Batterie 14, Elektromotor 16 und Generator 32 sind jeweils in einem elektrischen Zwei-Wege-Strömungspfad über elektrische Verbindungen 36 verbunden.
Das Fahrzeug kann von Verbrennungsmotor 18 allein, von Batterie 14 und Elektromotor 16 allein oder durch eine Kombination aus Verbrennungsmotor 18 mit Batterie 14 und Elektromotor 16 angetrieben werden. In einem ersten Betriebsmodus wird Verbrennungsmotor 18 aktiviert, um Drehmoment über den Planetenradsatz 24 bereitzustellen. Hohlrad 26 gibt Drehmoment an die Stufenverhältniszahnräder 38 weiter, die aus in Eingriff stehenden Antriebselementen 40, 42, 44 und 46 bestehen. Räder 42, 44 und 46 sind an einer Vorlegewelle montiert und Rad 46 gibt Drehmoment an Rad 48 weiter. Rad 48 gibt dann Drehmoment an eine Drehmomentausgangswelle 50 weiter. Im ersten Betriebsmodus kann Elektromotor 16 auch aktiviert werden, um Verbrennungsmotor 18 zu unterstützen. Wenn Elektromotor 16 aktiv unterstützt, gibt Rad 52 Drehmoment an Rad 44 und die Vorlegewelle weiter. In einem zweiten Betriebsmodus oder EV-Modus ist Verbrennungsmotor 18 deaktiviert oder wird sonst gehindert, Drehmoment an die Drehmomentausgangswelle 50 weiterzugeben. Im zweiten Betriebsmodus liefert Batterie 14 Elektromotor 16 Energie, um Drehmoment über die Stufenverhältniszahnräder 38 und zur Drehmomentausgangswelle 50 weiterzugeben. Die Drehmomentausgangswelle 50 ist mit einem Differential- und Achsenmechanismus 56 verbunden, der Drehmoment an die Traktionsräder 58 weitergibt. Controller 12 steuert Batterie 14, Verbrennungsmotor 18, Elektromotor 16 und Generator 32, um Drehmoment an die Räder 58 entweder im ersten Betriebsmodus oder im zweiten Betriebsmodus weiterzugeben.
Wie vorher beschrieben, gibt es zwei Energiequellen für den Antriebsstrang. Die erste Energiequelle ist Verbrennungsmotor 18, der Drehmoment an die Planetenradsätze 24 weitergibt. Die andere Energiequelle umfasst nur das elektrische Antriebssystem, das Elektromotor 16, Generator 32 und Batterie 14 umfasst, wobei Batterie 14 als Energiespeichermedium für Generator 32 und Elektromotor 16 dient. Generator 32 kann vom Planetenradsatz 24 angetrieben werden und kann alternativ als Elektromotor fungieren und Planetenradsatz 24 Energie liefern.
Controller 12 empfängt Informationen von Sensoren (nicht dargestellt), sodass Controller 12 die Drehzahlen ω des Elektromotors 16, des Verbrennungsmotors 18 und/oder des Generators 32 überwachen kann. Selbstverständlich können eine oder mehrere Drehzahlen auf Basis bekannter Beziehungen und/oder Verhältnisse unter den verschiedenen Komponenten festgestellt, gefolgert oder berechnet werden. Außerdem können entsprechende Drehmomente τ des Elektromotors 16, des Generators 32, des Hohlrads 26, des Sonnenrads 28, der Trägerbaugurppe 30 und der Antriebswelle 50 mithilfe einer beliebigen Anzahl bekannter Techniken berechnet, gemessen oder sonst festgestellt werden. Unter normalen Betriebsbedingungen und unter der Annahme, dass Elektromotor 16 und Generator 32 das angeforderte Drehmoment bereitstellen, kann das tatsächliche Antriebswellendrehmoment an den Rädern wie folgt dargestellt werden:
wobei T₁ das Übersetzungsverhältnis von der Vorlegewelle zur Hohlradwelle, T₂ das Übersetzungsverhältnis von der Motorwelle zur Vorlegewelle, T_g das Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle zur Vorlegewelle, ρ das Übersetzungsverhältnis vom Verbrennungsmotor zum Generator, J_{mot_lumped} das konzentrierte Trägheitsmoment eines Rotors des Elektromotors, des Hohlrads und aller Zahnräder ist, repräsentiert durch:
Wenn jedoch eine Sperre im Planetenradsatz 30 erfolgt und nicht erkannt wird, kann das tatsächliche Raddrehmoment vom vorgegebenen Raddrehmoment abweichen. Eine Sperre erfolgt, wenn bestimmte relative Drehzahlen des Hohlrads 26, des Sonnenrads 28 und des Planetenträgers 30 dazu führen, dass die Räder in Eingriff sind und „sperren” und damit Drehmoment vom Verbrennungsmotor 18 zum Getriebe 20 übertragen. Dies kann letztendlich zu unerwünschtem Drehmoment (positive oder negative Richtung) an Rädern 58 aufgrund zusätzlicher Drehmomenteingänge von Verbrennungsmotor 18 führen. Dies kann außerdem unerwünschten Zug verursachen, da eine Sperre im Planetenradsatz 24 im EV-Modus dazu führt, dass der Fahrer des Fahrzeugs Zug von Kraftübertragung 10 und Vibration im Verbrennungsmotor 18 spürt, da Verbrennungsmotor 18 als Reibungslast gedreht wird. Eine unerwünschte Steigerung des Drehmoments kann auftreten, wenn Controller 12 Verbrennungsmotor 18 das nächste Mal zum Starten anweist. Wenn Planetenradsatz 24 gesperrt ist und die Sperre nicht erkannt wird, kann das tatsächliche Raddrehmoment wie folgt dargestellt werden.
Das tatsächliche Raddrehmoment ist größer als das vom Fahrer vorgegebene Drehmoment wegen der unerkannten Sperre im Planetenradsatz 24 und der zusätzlichen Bedingungen [(T₁ × T₂ × (1 + 1 / ρ ) × τ_gen) + T₁ × T₂ × τ_gen], die in der Gleichung (3) enthalten sind.
Um eine Bereitstellung von übermäßigem Drehmoment zu verringern oder zu beseitigen, überwachen und erkennen verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung die Sperre im Planetenradsatz. Die effektive Überwachung der Sperre kann außerdem Zug und Vibrationen verhindern, wenn das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird. Die Erkennung der Sperre gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erleichtert außerdem die Überwachung und Erkennung, wenn das Fahrzeug in einem der mehreren Betriebsmodi betrieben wird.
2–4 bieten Ablaufdiagramme, die den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens für die Erkennung der Sperre und die Kontrolle eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenlegung veranschaulichen. Wie Fachleute wissen, können die in den Ablaufdiagrammblöcken dargestellten Funktionen durch Software und/oder Hardware durchgeführt werden. Je nach besonderer Verarbeitungsstrategie, zum Beispiel ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert usw., können die verschiedenen Funktionen in einer anderen Reihenfolge oder Abfolge durchgeführt werden, als in den Figuren dargestellt, oder sie können ausgelassen werden. In ähnlicher Weise können ein oder mehrere Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden, auch wenn dies nicht ausdrücklich dargestellt ist. In einer Ausführungsform werden die dargestellten Funktionen hauptsächlich durch Software, Anweisungen oder Code implementiert, die auf einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert sind, und durch einen mikroprozessorbasierten Computer oder Controller ausgeführt, um den Betrieb des Fahrzeugs zu kontrollieren. Es ist weiter offensichtlich, dass Controller 12 ein einzelner Fahrzeugsystemcontroller oder eine Kombination aus einem getrennten Motorsteuermodul, Motorcontroller, Generatorcontroller und/oder Batteriecontroller sein kann.
Bezugnehmend auf 2 wird ein Ablaufdiagramm gezeigt, das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens für die Erkennung und Abschwächung einer Sperre in Planetenrädern in verschiedenen Betriebsmodi veranschaulicht. Sensoren (nicht dargestellt) erfassen und kommunizieren Informationen zum Controller 12. Je nach spezieller Anwendung und Implementierung kann Controller 12 verschiedene Fahrzeugbetriebsparameter von einem oder mehreren Sensoren berechnen, folgern oder sonst feststellen. Bei Schritt 100 werden die aktuellen Betriebsdrehzahlen von Verbrennungsmotor, Generator und Elektromotor erkannt oder festgestellt. Eine Motorzieldrehzahl wird auf Basis einer Gaspedalposition, der verfügbaren Energie im Elektromotor, des Batterieladezustands und anderer, Fachleuten bekannter Faktoren berechnet. Ein entsprechendes Drehmoment des Verbrennungsmotors und des Generators wird ebenfalls festgestellt. Der aktuelle Betriebsmodus der Kraftübertragung wird ebenfalls festgestellt. Repräsentative Betriebsmodi können zum Beispiel einen Motoranlassvorgang, einen laufenden Motor, einen Elektromotorabschaltvorgang und einen rein elektrischen (EV) Modus umfassen, bei dem der Verbrennungsmotor deaktiviert und das Fahrzeug nur von der elektrischen Batterie und dem Elektromotor angetrieben wird. Nach diesen Feststellungen wird die Drehzahl von Hohlrad 26 des Planetenradsatzes 24 bei 102 festgestellt. Es können je nach Betriebsmodus des Fahrzeugs und Hohlraddrehzahl verschiedene Erkennungs- und Abschwächungsverfahren für die Sperre implementiert werden.
Bei 104 wird festgestellt, ob das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird. Beim Betrieb im EV-Modus wird die Sperrerkennung und -abschwächung bei 106 implementiert. Falls das Fahrzeug nicht im EV-Modus betrieben wird, wird festgestellt, ob der Verbrennungsmotor bei 108 startet oder nicht, und falls ja, wird die Sperrerkennung und -abschwächung für das Motorstartverfahren bei 110 implementiert. Falls das Fahrzeug nicht in einem Motorstartverfahren betrieben wird, wird festgestellt, ob der Motor des Fahrzeugs bei 112 läuft, und falls ja, wird die Sperrerkennung und -abschwächung für den laufenden Motor bei 114 implementiert. Bei 116 wird festgestellt, ob das Fahrzeug in einem Elektromotorabschaltvorgang betrieben wird, und falls ja, wird die Sperrerkennung und -abschwächung für den Abschaltvorgang bei 118 implementiert. Der Prozess endet bei 120 und wird während des gesamten Fahrzeugbetriebs ganz wiederholt, sodass der Controller ständig feststellt, ob eine Sperre im Planetenradsatz vorliegt, und die Sperre wird je Fahrzeugbetriebsmodus abschwächt.
Bezugnehmend auf 3 ist ein System für die Erkennung einer Sperre im Planetenradsatz 24 während des Fahrzeugbetriebs im EV-Modus veranschaulicht. Im EV-Modus ist Verbrennungsmotor 18 deaktiviert und die Batterie 14 und Elektromotor 16 treiben die Traktionsräder 58 ohne Unterstützung von Verbrennungsmotor 18 an. Um eine Sperre in den Planetenrädern im EV-Modus zu erkennen, wird eine erwartete Generatordrehzahl bei 130 festgestellt. Die Drehzahl von Generator 32 ist mit der Drehzahl von Hohlrad 26 auf Basis des Planetenübersetzungsverhältnisses verbunden. Insbesondere kann die erwartete Generatordrehzahl wie folgt festgestellt werden:
wobei ρ das Planetenübersetzungsverhältnis zwischen Sonnenrad 28 und Hohlrad 26 ist.
Auf Basis der erwarteten Generatordrehzahl kann eine Sperre bei 132 erkannt werden. Falls die Differenz zwischen der tatsächlichen Generatordrehzahl und der erwarteten Generatordrehzahl größer als eine Kalibrierung oder ein Schwellenwert ist, sind die Bedingungen für das Vorhandensein einer Sperre im Planetenradsatz 24 vorhanden. Falls eine Sperre erkannt wird, weist Controller 12 einen reinen Betrieb im EV-Modus an, bei dem Generator 32 deaktiviert ist. Das Steuerungssystem kehrt dann zu 136 zurück, um ein konstantes Erkennungs- und Abschwächungsverfahren während des gesamten Betriebs des Fahrzeugs im EV-Modus sicherzustellen.
Generator 32 kann auf verschiedene Weise deaktiviert werden. Zum Beispiel kann eine Spannung von Batterie 14 angelegt werden, die phasenverschoben mit den Magneten in Generator 32 ist. Dies hebt im Grunde einen Teil des Magnetfelds in einem als Feldschwächung bekannten Prozess auf. Feldschwächung wird bevorzugt eingesetzt, um den Generator bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten im EV-Modus „aktiv” zu deaktivieren, während eine „passive” Deaktivierung bevorzugt bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten eingesetzt wird. Bei einer passiven Deaktivierung des Generators können Schalter in einem Wandler, der mit Generator 32 verbunden ist, geöffnet werden, um den die Stromversorgung von Generator 32 zu verhindern. Es ist offensichtlich, dass, während Verbrennungsmotor 18 im EV-Betriebsmodus deaktiviert ist, Controller 12 ein weiteres Signal senden kann, um Verbrennungsmotor 18 anzuweisen, sich zu deaktivieren, falls Verbrennungsmotor 18 in der Tat versehentlich läuft. Die Deaktivierung von Verbrennungsmotor 18 kann als Ergebnis dessen erfolgen, dass Controller 12 verhindert, dass Kraftstoff in die Brennräume von Verbrennungsmotor 18 gelangt.
Bezugnehmend auf 4 wird ein Ablaufdiagramm gezeigt, das den Betrieb eines Systems oder Verfahrens für die Erkennung und Abschwächung einer Sperre in Planetenrädern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Diese Strategie kann für Nicht-EV-Betriebsmodi eingesetzt werden, z. B. Motorstartverfahren, laufenden Motor und Motorabschaltverfahren. Sensoren im Fahrzeug kommunizieren mit Controller 12, um die Motorbeschleunigung (a_e) und die Generatorbeschleunigung (a_g) bei 140 festzustellen. Eine erwartete Motorbeschleunigung (a_{e_exp}) wird bei 142 mithilfe der Beschleunigung des Generators wie folgt berechnet:
wobei J_eng&carrier das zusammengefasste Trägheitsmoment von Verbrennungsmotor 18 und Trägerbaugruppe 30, T_eng2gen das Übersetzungsverhältnis zwischen Verbrennungsmotor und Generator über den Planetenradsatz, T_g das Generatordrehmoment und J_gen&sun das kombinierte Trägheitsmoment von Generator 32 und Sonnenrad 28 ist. Falls der Motor des Fahrzeugs läuft, wobei Verbrennungsmotor 18 Drehmoment an die Räder 58 bereitstellt, kann die erwartete Motorbeschleunigung wie folgt berechnet werden:
wobei τ_g das Drehmoment des Verbrennungsmotors ist.
Die Sperrerkennung wird bei 144 fortgesetzt, wobei ein Vergleich zwischen der Motorbeschleunigung und der erwarteten Motorbeschleunigung erfolgt. Insbesondere erfolgt ein Vergleich zwischen dem absoluten Wert der Motorbeschleunigung und dem absoluten Wert der erwarteten Motorbeschleunigung, ob dieser größer als eine erste Kalibrierung oder ein erster Schwellenwert ist (|a_e| – |a_{e_exp}| > cal1), oder ob die Motorbeschleunigung größer als die erwartete Motorbeschleunigung ist (|a_e| – |a_{e_exp}|). Außerdem erfolgt ein Vergleich zwischen der Motordrehzahl und der Hohlraddrehzahl. Der absolute Wert der Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Hohlraddrehzahl, der kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist (|ω_e – ω_ring| < cal2), weist in Kombination mit dem Vergleich zur Beschleunigung des Verbrennungsmotors darauf hin, dass eine Sperre im Radsatz vorhanden ist. Sollte dieser Schritt „nein” ergeben, fährt das Steuerungssystem mit Schritt 148 fort, sonst fährt das Steuerungssystem mit Schritt 150 fort. Bei Schritt 148 erfolgt ein Vergleich zwischen Hohlraddrehzahl und Motordrehzahl ähnlich wie bei Schritt 144. Des Weiteren ist, falls die Differenz zwischen Motordrehzahl und einer gewünschten Motordrehzahl einen vierten Schwellenwert übersteigt (|ω_e – ω_{e_target}| > cal4) und das Drehmoment des Generators einen fünften Schwellenwert übersteigt (|τ_g|> cal5), eine Sperre im Radsatz vorhanden. Bei 148 sollte selbstverständlich sein, dass statt Verwendung eines absoluten Werts beim Vergleich der Motordrehzahl oder beim Drehmomentvergleich die Vergleiche getrennt und mit einem negativen Schwellenwert oder einem positiven Schwellenwert verglichen werden können, je nachdem, ob der Verbrennungsmotor sich schneller oder langsamer als gewünscht dreht. Falls eine Sperre entweder aus Schritt 144 oder aus Schritt 148 erkannt wird, wird der Generator bei 150 durch vorher beschriebene Verfahren deaktiviert. Bei 152 weist Controller 12 einen reinen EV-Betrieb an, bei dem Verbrennungsmotor 18 durch oben beschriebene Verfahren deaktiviert wird. Dies ermöglicht ein Antreiben der Räder 58 des Fahrzeugs durch Batterie 14 und Elektromotor 16 ohne Unterstützung durch Verbrennungsmotor 18 und damit eine Verhinderung einer Steigerung des Drehmoments von Elektromotor 18 aufgrund einer Sperre im Planetenradsatz 24.
Wie oben veranschaulicht und beschrieben können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung verschiedene Vorteile in Verbindung mit der Erkennung einer Sperre in Planetenradsätzen bieten, zum Beispiel eine robustere Erkennung unter einem breiteren Bereich der Betriebsbedingungen, zum Beispiel beim Fahren mit geringer Fahrzeuggeschwindigkeit oder wenn das Fahrzeug geparkt ist. Die Erkennung der Sperre und die Kontrolle des Verbrennungsmotors und/oder des Generators als Reaktion darauf gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung reduziert oder verringert die Bereitstellung von übermäßigem Drehmoment an den Fahrzeugrädern. Die effektive Überwachung der Sperre kann außerdem Zug und Vibrationen verringern oder verhindern, wenn das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird, und es kann den gesamten Betriebswirkungsgrad des Fahrzeugs steigern.
Während die beste Art im Detail beschrieben worden ist, werden diejenigen, die mit der Technik vertraut sind, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen im Rahmen der folgenden Ansprüche erkennen. Während verschiedene Ausführungsformen als Vorteile bereitstellend oder als bevorzugt vor anderen Ausführungsformen in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Eigenschaften beschrieben worden sein können, kann, wie Fachleute wissen, bei einem oder mehreren Eigenschaften ein Kompromiss geschlossen werden, um die Attribute des gewünschten Gesamtsystems zu erreichen, die von der speziellen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Instandsetzungskosten während der Nutzungsdauer, Absetzbarkeit, Erscheinungsform, Aufmachung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit, usw. Die hier beschriebenen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Verfahren für die Kontrolle eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem Traktionsmotor, die über einen Antriebsstrang gekoppelt sind, umfassend einen Generator und einen Planetenradsatz mit einem Hohlrad, umfassend: Deaktivierung des Generators bei mindestens: einer Differenz zwischen Motorbeschleunigung und einer erwarteten Motorbeschleunigung, die einen ersten Schwellenwert übersteigt; und einer Differenz zwischen Motordrehzahl und Hohlraddrehzahl, die geringer als ein zweiter Schwellenwert ist, was auf eine Sperre im Planetenradsatz hinweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Generator mit dem Planetenradsatz gekoppelt und elektrisch mit dem Traktionsmotor verbunden ist, das Verfahren weiter umfassend die Deaktivierung des Verbrennungsmotors, wenn eine Sperre im Planetenradsatz angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Deaktivierung des Generators die Deaktivierung des Generators bei mindestens Folgendem umfasst: einer Differenz zwischen der Motordrehzahl und einer Zielmotordrehzahl, die einen dritten Schwellenwert übersteigt, und einem Generatordrehmoment, das einen vierten Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Bereitstellung von Drehmoment vom Traktionsmotor an den Fahrzeugrädern nach Deaktivierung des Generators.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Deaktivierung des Generators das Anlegen einer Spannung an einem Rotor umfasst, der phasenverschoben mit Magneten am Rotor im Generator ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Deaktivierung des Generators das Öffnen von Schaltern umfasst, die die Energieübertragung zum Generator kontrollieren.
Ein Verfahren für die Kontrolle eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, Traktionsmotor und Generator, die selektiv durch Radsätze mit Traktionsrädern gekoppelt sind, umfassend: das Weitergeben des Drehmoments in einem elektrischen Betriebsmodus, wobei verhindert wird, dass der Verbrennungsmotor die Traktionsräder antreibt; und das Deaktivieren des Generators bei mindestens einer Differenz zwischen tatsächlicher Generatordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl, die einen Schwellenwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Radsatz einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, Hohlrad und Planetenrädern umfasst, das Verfahren weiter umfassend die Deaktivierung des Generators als Reaktion auf die Hohlraddrehzahl.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Radsatz einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, Hohlrad und Planetenrädern umfasst, wobei die erwartete Generatordrehzahl der Hohlraddrehzahl entspricht.
Ein System für die Kontrolle einer Kraftübertragung eines Fahrzeugs, umfassend: einen Verbrennungsmotor; einen Planetenradsatz mit Hohlrad und gekoppelt mit dem Verbrennungsmotor für die Weitergabe des Drehmoments an die Traktionsräder in einem ersten Betriebsmodus; einen Generator, der mit dem Planetenradsatz gekoppelt ist; einen Traktionsmotor, der elektrisch mit dem Generator gekoppelt ist, um Energie zu den Traktionsrädern in einem zweiten Betriebsmodus zu übertragen, in dem der Verbrennungsmotor deaktiviert ist; und einen Systemcontroller, der mindestens den Verbrennungsmotor oder den Generator bei Folgendem deaktiviert: wenn im ersten Betriebsmodus die Motorbeschleunigung größer als eine erwartete Motorbeschleunigung ist und die Differenz zwischen der Motordrehzahl und der Hohlraddrehzahl niedriger als ein erster Schwellenwert ist, und wenn im zweiten Betriebsmodus die Differenz zwischen der Generatordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen zweiten Schwellenwert übersteigt.
System nach Anspruch 10, wobei der Systemcontroller den Generator im ersten Betriebsmodus bei Folgendem deaktiviert: einer Differenz zwischen der Motordrehzahl und einer Zielmotordrehzahl, die einen dritten Schwellenwert übersteigt, und einem Generatordrehmoment, das einen vierten Schwellenwert übersteigt.
System nach Anspruch 10, wobei der Controller verhindert, dass Kraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors gelangt.
System nach Anspruch 10, wobei der Controller den Generator durch das Anlegen einer Spannung an einen Rotor deaktiviert, der phasenverschoben mit Magneten am Rotor im Generator ist.
System nach Anspruch 10, wobei der Systemcontroller den Generator deaktiviert und das Deaktivieren des Generators das Öffnen von Schaltern umfasst, die die Energieübertragung zum Generator kontrollieren.
System nach Anspruch 10, wobei der Traktionsmotor nach Deaktivierung des Verbrennungsmotors oder des Generators Energie für die Traktionsräder bereitstellt.
System nach Anspruch 10, wobei der Traktionsmotor im ersten Betriebsmodus Energie für die Traktionsräder bereitstellt.