DE102011111608A1

DE102011111608A1 - Frequency splitting and independent limitation of vehicle torque control

Info

Publication number: DE102011111608A1
Application number: DE102011111608A
Authority: DE
Inventors: Steven M. Hessell; R. Anthony Hansen; Robert L. Morris; Houchun Xia; Gil J. Mendoza
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2031-08-26
Also published as: US20120065821A1; CN102398521B; DE102011111608B4; CN102398521A; US8560154B2

Abstract

Ein Verfahren zum Optimieren einer Drehmomentregelung in einem Fahrzeug, das einen Controller und ein rotierendes Element aufweist, umfasst, dass ein proportionaler Drehmomentgesamtbefehl mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung eines Zustandsraumrückkopplungsabschnitts des Controllers erzeugt wird und der proportionale Drehmomentgesamtbefehl in proportionale Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Drehmomentkomponenten aufgeteilt wird. Ein proportionales Gesamtdrehmoment wird an das rotierende Element weitergeleitet, um eine Endantriebs-Dämpfungsregelung bereitzustellen, wenn eine Drehzahlregelung nicht benötigt wird. Die proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente wird an das rotierende Element weitergeleitet, um eine Endantriebs-Dämpfungsregelung bereitzustellen, und die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente wird mit einem integralen Drehmomentgesamtbefehl an das rotierende Element weitergeleitet, um eine Drehzahlregelung bereitzustellen, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird. Ein Fahrzeug enthält einen Controller mit Proportional-Integral-Steuerungsfähigkeiten und einem Zustandsraumbeobachter und einen Antriebsstrang mit einem rotierenden Element, dessen Drehzahl- und Dämpfungseigenschaften von dem Controller gesteuert werden.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Nutzen der provisorischen US-Patentanmeldung mit der Nummer 61/382,515, die am 14. September 2010 eingereicht wurde und die hiermit durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Aufteilen eines proportionalen Drehmomentgesamtbefehls von einer auf einem Zustandsbeobachter in einem Fahrzeug beruhenden Steuerungsregel auf unterschiedliche Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Drehmomentkomponenten und die unabhängige Begrenzung von Dämpfungs- und Drehzahlregelungsdrehmomenten unter Verwendung dieser Drehmomentkomponenten.
HINTERGRUND
Bestimmte Fahrzeuge können betrieben werden, indem ein oder mehrere elektrische Hochspannungsantriebsmotoren verwendet werden. Hybridelektrofahrzeuge (HEV) mit einem Vollhybrid-Antriebsstrang verwenden selektiv eine Brennkraftmaschine, entweder allein oder in Kombination mit dem bzw. den Antriebsmotoren. Ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) verwendet einen Antriebsmotor als die einzige Leistungsquelle, während ein Elektrofahrzeug mit erhöhter Reichweite (EREV) eine Benzinkraftmaschine verwendet, um einen Generator zu betreiben, wenn zusätzliche elektrische Energie benötigt wird. Typischerweise läuft ein vollständiges HEV bis hin zu einer Schwellenwertfahrzeuggeschwindigkeit in einem Elektrofahrzeug-Betriebsmodus (EV-Betriebsmodus) und startet dann beim Erreichen der Schwellenwertgeschwindigkeit automatisch die Kraftmaschine. Danach wechselt das HEV zumindest teilweise zu einem Kraftmaschinendrehmoment.
Die Drehzahlen der verschiedenen rotierenden Elemente eines HEV-, BEV-, EREV- oder EV-Antriebsstrangs, z. B. eine Eingangsdrehzahl an ein Getriebeeingangselement und/oder eine Kupplungsschlupfdrehzahl von einer oder mehreren der Kupplungen, die in einem Getriebe verwendet werden, können unter Verwendung eines Controllers gesteuert werden, der zu einer Proportional-Integral-Steuerung (PI-Steuerung) oder einer Proportional-Integral-Derivativ-Steuerung (PID-Steuerung) in der Lage ist. Verschiedene PI- oder PID-Controller können verwendet werden, um eine Drehzahl eines gegebenen rotierenden Elements zu verwalten sowie um irgendwelche Schwingungen oder ein Pulsieren am Endantrieb zu dämpfen. Ein Zustandsbeobachter kann als Teil einer Gesamtsteuerungsregel verwendet werden, um eine Zustandsschätzung in einem speziellen physikalischen System, z. B. dem Getriebe, unter Verwendung verschiedener Eingangs- und Ausgangsparameter sowie beliebiger benötigter linearer oder anderer geeigneter Zustandsgleichungen bereitzustellen. Bei einigen Fahrzeugen kann eine gemeinsame Zustandsraum-Steuerungsregel sowohl auf das Drehzahlregelungsdrehmoment als auch das Endantriebs-Dämpfungsregelungsdrehmoment angewendet werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Entsprechend wird hier ein Verfahren offenbart, um einen proportionalen Motordrehmomentgesamtbefehl von einer auf einen Zustandsraumbeobachter beruhenden Steuerungsregel in einem Fahrzeug aufzuteilen, das mindestens einen elektrischen Antriebsmotor aufweist. Der proportionale Drehmomentgesamtbefehl wird zusammen mit einem integralen Drehmomentgesamtbefehl von einem Proportional-Integral-Controller (PI-Controller) oder einem Proportional-Integral-Derivativ-Controller (PID-Controller) erzeugt, wie auf dem Gebiet gut verstanden wird. Der Begriff ”Frequenzaufteilung” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, die selektive Aufteilung des proportionalen Drehmomentgesamtbefehls unter Verwendung von Filterung oder anderer geeigneter Mittel in separate Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Drehmomentkomponenten, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird.
Nach der Trennung kann der Hochfrequenz-Drehmomentkomponente eine niedrigere Priorität zugeordnet werden und sie kann als der Dämpfungsregelungsdrehmomentbefehl verwendet werden, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird, d. h. wenn ein oder mehrere Drehzahlfreiheitsgrade in dem System, das gesteuert wird, vorhanden sind. Die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente kann zu dem integralen Drehmoment hinzugefügt werden, d. h. dem Drehmoment, das von einem Integriererabschnitt des Controllers ausgegeben wird, und als der Drehzahlregelungsdrehmomentbefehl immer dann weitergeleitet werden, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird. Wenn die Drehzahlregelung nicht benötigt wird, kann der proportionale Drehmomentgesamtbefehl durch eine Dämpfungsregelungsstrecke an das rotierende Element weitergeleitet werden und verwendet werden, um eine Endantriebsdämpfung zu steuern. Nach der Frequenzaufteilung können die separaten Drehmomentkomponenten nach Bedarf mit Bezug zueinander unabhängig in der Verstärkung begrenzt werden. Ein derartiges Resultat kann nützlich sein, wenn man mit einer vorbestimmten Beschränkung konfrontiert wird, etwa einer Batterieleistungsgrenze oder einer Antriebsmotordrehmomentgrenze.
Der hier offenbarte Controller leitet die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente des proportionalen Drehmomentgesamtbefehls selektiv durch eine Drehzahlregelungsstrecke zusammen mit dem integralen Drehmomentbefehl und verwendet das kombinierte Drehmoment um nach Bedarf eine Drehzahlregelung für das rotierende Element bereitzustellen. Dies kann mithilfe eines Drehmomentermittlungsmoduls oder eines anderen geeigneten Algorithmus oder einer Softwareunterroutine erledigt werden. Ein kalibriertes Tiefpassfilter kann verwendet werden, um die gewünschte Niederfrequenz-Drehmomentkomponente zu isolieren, wobei ein optionaler Softwareauslöser verwendet wird, um zu ermitteln, wenn eine derartige Filterung benötigt wird. Die Hochfrequenz-Drehmomentkomponente kann berechnet werden, indem die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente vom proportionalen Drehmomentgesamtbefehl subtrahiert wird. Die Hochfrequenz-Drehmomentkomponente kann dann als das Endantriebsdämpfungsdrehmoment verwendet werden, wodurch Instanzen stabilisiert werden, bei denen ein Dämpfungsdrehmoment andernfalls gestutzt oder temporär begrenzt würde, z. B. wegen des Vorhandenseins vorbestimmter Beschränkungen. Das Niederfrequenzdrehmoment und das integrale Gesamtdrehmoment werden weitergeleitet, selbst wenn die Hochfrequenz-Drehmomentkomponente begrenzt ist.
Insbesondere optimiert das vorliegende Verfahren eine Drehmomentregelung in einem Fahrzeug, das einen Controller und einen Antriebsstrang mit einem rotierenden Element aufweist. Der Controller kombiniert selektiv ein integrales Drehmoment und eine proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkornponente, um eine Drehzahlregelung für das rotierende Element bereitzustellen, wobei eine Endantriebs-Dämpfungsregelung mithilfe einer proportionalen Hochfrequenz-Drehmomentkomponente bereitgestellt wird, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird. Das Verfahren umfasst, dass ein proportionaler Drehmomentgesamtbefehl selektiv in Hochfrequenz- und Niederfrequenz-Drehmomentkomponenten aufgeteilt wird, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird, und dann die kombinierte Niederfrequenz-Drehmomentkomponente und ein integrales Gesamtdrehmoment durch eine gemeinsame Drehzahlregelungsstrecke an das rotierende Element weitergeleitet werden. Dies optimiert Steuerungssituationen, bei denen eine Batterieleistungsbeschränkung, eine Kupplungsdrehmomentbeschränkung, eine Motordrehmomentbeschränkung oder eine andere vorbestimmte Beschränkung vorhanden ist.
Ein Fahrzeug umfasst einen Controller, der Proportional-Integral-Steuerungsfähigkeiten und einen Zustandsraumbeobachter aufweist, und einen Antriebsstrang, der ein rotierendes Element aufweist, dessen Drehzahl- und Dämpfungseigenschaften vom Controller gesteuert werden. Der Controller ist ausgestaltet, um das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das einen Controller mit einem Zustandsbeobachter und Proportional-Integral-Steuerungsfähigkeiten (PI-Steuerungsfähigkeiten) wie hier offenbart aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung der Drehmoment-Signalaufteilungsfunktionalität des in 1 gezeigten Controllers; und
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren beschreibt, das mit dem in 1 gezeigten Fahrzeug verwendet werden kann.
BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist in 1 ein Fahrzeug 10 schematisch gezeigt. Das Fahrzeug 10 kann zumindest zeitweise in einem Elektrofahrzeug-Antriebsmodus (EV-Antriebsmodus) angetrieben werden, z. B. wie gezeigt als ein Hybridelektrofahrzeug oder ein Batterieelektrofahrzeug oder ein Elektrofahrzeug mit erhöhter Reichweite. Das Fahrzeug 10 enthält einen Controller 11, der mithilfe eines PI-Algorithmus 80 eine Proportional-Integral-Funktionalität (PI-Funktionalität) und mithilfe eines Zustandsbeobachters 90 eine Zustandsraum-Rückkopplungssteuerung bereitstellt, um dadurch ein Drehzahldrehmoment und ein Drehmoment bzgl. einer Endantriebsdämpfung im Fahrzeug 10 zu steuern. Der Zustandsbeobachter 90 stellt eine Zustandsraumdarstellung in der Form eines oder mehrerer mathematischer Modelle der verschiedenen Systeme bereit, die gesteuert werden, wobei die Modelle einen verwandten Satz aus Eingängen, Ausgängen und Zustandsvariablen bilden, wie in dem Gebiet verstanden wird. Die PI-Funktionalität des PI-Algorithmus 80 wird nachstehend im Detail beschrieben.
Wie nachstehend mit Bezug auf 2 und 3 erläutert wird, führt der Controller 11 das vorliegende Verfahren 100 aus, wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird, um selektiv einen proportionalen Drehmomentgesamtbefehl, der von dem PI-Algorithmus 80 erzeugt wird, d. h. den proportionalen Termen (P-Termen) einer PI-Steuerungsregel, in eine proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente und eine proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente aufzuteilen. Der Controller 11 kombiniert eine Drehzahlregelung, d. h. die proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente und die integralen Terme (I-Terme) der PI-Steuerungsregel, mit einer Endantriebs-Dämpfungsregelung, d. h. der proportionalen Hochfrequenz-Drehmomentkomponente der gleichen PI-Steuerungsregel. Die integrale Komponente und die proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente werden an einen Drehmomentermittlungs/Entscheidungsalgorithmus oder eine Unterroutine 66 (siehe 2) weitergeleitet, der bzw. die im Controller 11 vorhanden ist oder andernfalls durch diesen ausgeführt werden kann.
Die Begriffe ”Hochfrequenz” und ”Niederfrequenz” werden, so wie sie hier verwendet werden, mit Bezug auf Fehlerberechnungsverstärkungen ermittelt. Ein proportionales Drehmoment wird als eine Funktion eines verstärkten Fehlers in den mehreren geschätzten Zustanden und Referenz- oder Zielzuständen, die vom Controller 11 erzeugt werden, erzeugt. Beispielsweise kann zum Zeitpunkt (t) das Drehmoment beruhend auf dem verstärkten Fehler von 0 Nm auf 10 Nm springen. Ein plötzlicher Sprung dieser Größe in einem Prozessordurchlauf bzw. einer Prozessorschleife kann als Hochfrequenz betrachtet werden. Bei einer möglichen Ausführungsform kann ein derartiger Durchlauf etwa 6,25 ms dauern, obwohl die Durchlaufzeit mit der Fahrzeugkonstruktion variieren wird. Wenn das Drehmoment für eine vorbestimmte Anzahl nachfolgender Prozessordurchläufe bei 10 Nm bleibt, kann dies als Niederfrequenz betrachtet werden, d. h. die Begriffe ”hoch” und ”nieder” stehen in Beziehung zur Prozessordurchlaufzeit sowie zueinander.
Das Steuern eines Drehzahlziels erfordert typischerweise eine langsamere Reaktionszeit als das Steuern eines Dämpfungsziels. Daher kann der Controller 11 bei einer Ausführungsform eine kalibrierte Filterfrequenz, z. B. etwa 2 Hz, verwenden, sodass ein Drehmoment, das unter diesem Niveau liegt, für eine Drehzahlregelung verwendet wird, und ein Drehmoment, das über diesem Niveau liegt, zur Endantriebsdämpfung verwendet wird. Der kalibrierte Filterfrequenzwert kann während der verschiedenen Betriebszustände des Fahrzeugs 10 nach Bedarf modifiziert werden und kann auf der speziellen Frequenzantwort des Endantriebs beruhen.
Immer noch mit Bezug auf 1 kann der Controller 11 anfänglich Drehmomentbefehle priorisieren, beispielsweise in der folgenden Reihenfolge: (1) Drehzahlregelung, die durch die kombinierte integrierte Drehmomentkomponente und die proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente bereitgestellt wird; (2) Antriebsdrehmoment, d. h. Getriebeausgangsdrehmoment; und (3) Endantriebs-Dämpfungsdrehmoment, welches zumindest die proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente ist. Der Controller 11 kann ermitteln, ob Batterieleistungsgrenzen, Motordrehmomentgrenzen oder eine andere vorbestimmte Beschränkung vorhanden ist bzw. sind. Die Drehmomentkomponente, die die niedrigste Priorität aufweist, wird während einer derartigen Beschränkung temporär gestutzt oder anderweitig begrenzt. Dies ist das Endantriebs-Dämpfungsdrehmoment oder das proportionale Hochfrequenz-Drehmoment. Es wurde hier jedoch beobachtet, dass das Weiterleiten nur des integralen Gesamtdrehmoments ohne die proportionale Drehmomentkomponente bei bestimmten Betriebsbedingungen zu einer Systeminstabilität führen kann. Der Controller 11 und das vorliegende Verfahren 100 sind daher so strukturiert, dass sie dieses Problem ansprechen.
Bei einer Ausgestaltung als Hybridelektrofahrzeug, wie es in 1 gezeigt ist, kann eine Brennkraftmaschine 12 mithilfe einer Eingangskupplungs- und Dämpferanordnung 15 selektiv mit einem Getriebe 14 verbunden werden. Die Kupplungs- und Dämpferanordnung 15 kann betrieben werden, um ein transientes Pulsieren aus der Verbindung zwischen einer rotierenden Kurbelwelle 13 der Kraftmaschine 12 und einer Eingangswelle 17 des Getriebes 14 zu dämpfen. Elektrische Hochspannungsantriebsmotoren. 16, 116 liefern nach Bedarf selektiv Motordrehmoment an das Getriebe 14 und versorgen dadurch das Fahrzeug 10 in einem EV-Antriebsmodus mit Leistung. Dies kann bis hin zu einer Schwellenwertgeschwindigkeit des Fahrzeugs auftreten. Über der Schwellenwertgeschwindigkeit kann die Kraftmaschine 12 automatisch neu gestartet werden und danach kann ein Kraftmaschinenausgangsdrehmoment verwendet werden, um die Eingangswelle 17 anzutreiben.
Das Getriebe 14 weist eine Ausgangswelle 19 auf, die mit einem Satz von Antriebsrädern 20 verbunden ist. Das Getriebe 14 kann als ein elektrisch verstellbares Getriebe (EVT) oder ein beliebiges anderes geeignetes Getriebe ausgestaltet sein, das in der Lage ist, Drehmoment mithilfe der Ausgangswelle 19 an die Räder 20 zu übertragen. Die Ausgangswelle 19 liefert das Ausgangsdrehmoment (Pfeil 33) in Ansprechen auf eine Drehmomentanforderung von einem Fahrer des Fahrzeugs 10, z. B. auf ein Niederdrücken eines Gaspedals.
Die Antriebsmotoren 16, 116 können bei einer möglichen Ausführungsform als eine mehrphasige elektrische Maschine mit etwa 60 VAC bis etwa 300 VAC oder mehr in Abhängigkeit von der benötigten Konstruktion ausgestaltet sein. In Abhängigkeit von den Fahrzeugkonstruktionen können andere Ausführungsformen verwendet werden, z. B. Induktionsmotoren. Jeder Antriebsmotor 16, 116 ist mithilfe eines Hochspannungs-DC-Busses, eines Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 25 und eines Hochspannungs-AC-Busses mit einem Energiespeichersystem (ESS) 26 elektrisch verbunden. Ein DC/DC-Wandler (nicht gezeigt) kann verwendet werden, um die Spannung an einem 12 VDC-Zusatzleistungssystem an Bord des Fahrzeugs zu regeln.
Das Verfahren 100 kann als ein von einem Computer ausführbarer Satz von Anweisungen oder Code programmiert sein und in einem konkreten/nicht transitorischen computerlesbaren Medium oder in verteilten Medien gespeichert sein. Derartige Anweisungen oder Code können dann von zugehörigen Hardwarekomponenten des Controllers 11 selektiv ausgeführt werden, z. B. einer Hostmaschine oder einer Computereinrichtung, die wie nachstehend offengelegt ausgestaltet ist. Der Controller 11. kann eine einzelne Steuerungseinrichtung oder eine verteilte vernetzte Steuerungseinrichtung sein, die mithilfe geeigneter Steuerungskanäle mit der Kraftmaschine 12, den Antriebsmotoren 16 und 116 und dem Getriebe 14 elektrisch verbunden ist oder auf andere Weise in elektrischer Verbindung damit steht. Derartige Steuerungskanäle können beliebige benötigte Übertragungsleitungen umfassen, die eine festverdrahtete oder drahtlose Steuerungskopplung bereitstellen, welche geeignet ist, um die für eine korrekte Leistungsflusssteuerung und Koordination an Bord des Fahrzeugs 10 notwendigen elektrischen Steuersignale zu übertragen und zu empfangen. Der Controller 11 kann zusätzliche Steuerungsmodule und Fähigkeiten in dem Umfang enthalten, wie es notwendig sein kann, um die benötigte Leistungsflusssteuerungsfunktionalität an Bord des Fahrzeugs 10 auf die gewünschte Weise auszuführen.
Immer noch mit Bezug auf 1 kann der Controller 11 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-Umsetzerschaltungen (A/D- und D/A-Umsetzerschaltungen) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen umfassen. Beliebige Algorithmen und Referenztabellen, die im Controller 11 vorhanden sind oder für diesen zugänglich sind, welche beliebige Algorithmen und Referenztabellen enthalten, die zum Ausführen des vorliegenden Verfahrens 100 benötigt werden, können im Speicher 18 gespeichert. sein, d. h. in nicht transitorischen und konkreten computerlesbaren Medien, und automatisch von den Hardwarekomponenten des Controllers 11 ausgeführt werden, z. B. einer Hostmaschine, um die jeweilige Funktionalität bereitzustellen.
Der vom Controller 11 verwendete Speicher 18 kann ein beliebiges nicht transitorisches Medium enthalten, das am Bereitstellen von computerlesbaren Daten oder Verarbeitungsanweisungen beteiligt ist. Ein derartiges Medium kann viele Formen annehmen, welche umfassen, aber nicht beschränkt sind nicht flüchtige Medien und flüchtige Medien. Nicht flüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten, Flashspeicher und anderen persistenten Speicher umfassen. Flüchtige Medien können beispielsweise dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) umfassen, der einen Hauptspeicher bilden kann. Derartige Anweisungen können durch ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, welche Koaxiallabel, Kupferdrähte und Glasfaser umfassen, einschließlich der Drähte, die einen Systembus umfassen, der mit einem Prozessor eines Computers gekoppelt ist. Der Speicher 18 kann auch eine Diskette, eine flexible Platte, eine Festplatte, ein Magnetband oder ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium usw. umfassen.
Wie vorstehend angemerkt, stellt der Controller 11 eine Proportional-Integral-Steuerungsfunktionalität und Zustandsraumbeobachtungsfähigkeiten bereit. Beide Begriffe werden in dem Gebiet gut verstanden. Die Zustandsraumbeobachterqualitäten des Controllers 11 umfassen die Fähigkeit des Modellierens eines physikalischen Systems, z. B. von Kupplungszuständen oder anderen gewünschten Zuständen des Antriebsstrangs oder des Getriebes 14, das in 1 gezeigt ist, um eine Schätzung des internen Zustands des Systems unter Verwendung verschiedener Eingangs- und Ausgangsmesswerte bereitzustellen, sowie von Zustandsvariablen, welche durch Differentialgleichungen erster Ordnung in Bezug stehen. Eingänge an den Controller 11 können die gemessene Kraftmaschinendrehzahl, Drehzahlen der Antriebsmotoren 16, 116 und eine tatsächliche oder geschätzte Ausgangsdrehzahl des Getriebes 14 umfassen. Der Controller 11 gibt einen Drehmomentgesamtbefehl 21 an eine gegebene rotierende Komponente aus, die gesteuert wird, z. B. die Antriebsmotoren 16, 116, um sowohl die Drehzahl des Elements als auch das Niveau der Endantriebsdämpfung, die durch dieses Element bereitgestellt wird, zu steuern.
Mit Bezug auf 2 kann der Abschnitt der gemeinsamen Zustandsraumrückkopplung des Controllers 11 verwendet werden, um einen proportionalen Drehmomentbefehl 52 mit geschlossenem Regelkreis für die Dämpfungsregelungsdrehmomente zu erzeugen, der auf einen gewählten der Antriebsmotoren 16, 116 von 1 angewendet wird. Wie in dem Gebiet verstanden wird, unterliegen Motordrehmomentbefehle mit offenem Regelkreis verschiedenen Beschränkungen, z. B. Batterieleistungsgrenzen und/oder Motordrehmomentgrenzen. Motordrehmomentbefehle mit geschlossenem Regelkreis werden jedoch nicht in derartigen Beschränkungen betrachtet. Als Folge kann der proportionale Drehmomentbefehl 52 mit geschlossenem Regelkreis die Beschränkungen zeitweilig verletzen. Das Verfahren 100 wird somit angewendet, um diese Situation anzusprechen.
Wenn eine Drehzahlregelung benötigt wird, wird vom Controller 11 eine Frequenzaufteilungsroutine 50 (siehe 1) ausgeführt, die potentiell umfasst, dass ein kalibriertes Tiefpassfilter verwendet wird, um den proportionalen Drehmomentbefehl 52 mit geschlossenem Regelkreis, d. h. den proportionalen Gesamtterm der Proportional-Integral-Steuerungsregel, der vom Controller 11 bereitgestellt wird, automatisch in unterschiedliche Frequenzkomponenten aufzuteilen. Diese umfassen eine Hochfrequenz-Drehmomentkomponente 56, die für das Dämpfungsdrehmoment verwendet wird, und eine Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58, die für das Drehzahlregelungsdrehmoment verwendet wird. Bei einer Batterieleistungsbeschränkung, einer Motordrehmomentbeschränkung, einer Kupplungsdrehmomentbeschränkung oder anderen vorbestimmten Beschränkungen kann der Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 selektiv eine höhere Priorität als der Hochfrequenzkomponente 56 zugeordnet werden, um eine benötigte Eingangsdrehzahl an das Getriebe 14, das in 1 gezeigt ist, sowie eine Kupplungsschlupf-Drehzahlregelung innerhalb des Getriebes 14 beizubehalten.
Die Frequenzaufteilungsroutine 50 kann die Niederfrequenzkomponente 58 isolieren, indem sie den Motordrehmomentbefehl 52 mit geschlossenem Regelkreis durch ein geeignetes Tiefpassfilter 60 leitet. Sofern sie nicht temporär abgeschaltet wird, z. B. durch einen Softwareauslöser 51 oder ein anderes selektiv aktiviertes Signal, wird die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 dann an einen Berechnungsknoten 54 weitergeleitet.
Die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 sinkt auf einen Nullwert ab, wenn das Tiefpassfilter 60 zurückgesetzt wird oder auf andere Weise durch den Softwareauslöser 51 signalisiert wird. Der Effekt des Absinkprozesses besteht in der Verschiebung des Niederfrequenzabschnitts des proportionalen Drehmomentbefehls 52 von der Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 zu der Hochfrequenz-Drehmomentkomponente 56 in Form einer Vermischung. Mit anderen Worten geht das gesamte proportionale Drehmoment, sobald es vollständig auf Null abgesunken ist, zu der Hochfrequenz-Drehmomentkomponente 56 und bildet den gesamten proportionalen Drehmomentbefehl 52. Wenn dies passiert, ist die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 gleich 0 Nm und die integrale Drehmomentkomponente 63, d. h. die Drehzahlregelungsdrehmomente, sind ebenfalls gleich 0 Nm, wodurch das Drehzahlregelungsdrehmoment 64 gleich 0 Nm gesetzt wird.
Bei Knoten 54 wird die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 vom proportionalen Drehmomentbefehl 52 mit geschlossenem Regelkreis subtrahiert, um den Hochfrequenz-Drehmomentbefehl 56 zu berechnen. Die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 wird dann zu einem Berechnungsknoten 62 gesendet, wo sie mit der integralen Drehmomentkomponente 63, d. h. den Drehzahlregelungsdrehmomenten, kombiniert wird. Der resultierende Drehmomentbefehl 64 wird an ein Drehmomentermittlungsmodul 66 des Steuerungssystems 11 weitergeleitet. Auf diese Weise empfangt ein gewähltes rotierendes Element des Fahrzeugs 10, z. B. das Eingangselement 17 des in 1 gezeigten Getriebes 14 immer dann, wenn die vorbestimmte Beschränkung vorhanden ist, noch die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58 durch eine gemeinsame Drehzahlregelungsstrecke. Wenn die Beschränkung nicht mehr vorhanden ist, kann die Hochfrequenz-Drehmomentkomponente 56 ebenfalls bereitgestellt werden.
Diese zwei Drehmomentwerte können nach Bedarf unterstromig des Knotens 54 unabhängig beschränkt werden. Dies ermöglicht, dass die Eingangsdrehzahl des Getriebes 14 von 1 sowie eine Kupplungsschlupf-Drehzahlregelung, z. B. wenn das Fahrzeug 10 von 1 gegen Beschränkungen beim Motordrehmoment, beim Kupplungsdrehmoment und/oder bei der Batterieleistung läuft, beibehalten werden. Mit anderen Worten kann es zugelassen werden, dass die Drehzahlregelungsdrehmomente, welche im Allgemeinen aber nicht unbedingt auf den integralen Steuerungsterm und den proportionalen Niederfrequenz-Steuerungsterm begrenzt sind, nach Bedarf Priorität über die proportionalen Hochfrequenz-Steuerungsterme übernehmen, um die Beschränkung nicht zu verletzen.
Mit Bezug auf 3 beginnt das vorliegende Verfahren 100 mit Schritt 102, wobei das in 1 gezeigte Steuerungssystem 10 den proportionalen Drehmomentgesamtbefehl 52 von 2 erzeugt. Bei Schritt 104 ermittelt der Controller 11, ob für einen speziellen Betriebszustand eine Drehzahlregelung nicht benötigt wird. Wenn die Drehzahlregelung nicht benötigt wird, führt der Controller 11 Schritt 106 aus. Jedoch wird Schritt 108 ausgeführt, wenn die Drehzahlregelung benötigt wird.
Eine Drehzahlregelung kann immer dann benötigt werden, wenn es mindestens einen Drehzahlfreiheitsgrad gibt. Der Begriff ”Drehzahlfreiheitsgrad” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, die Anzahl der Drehzahlen, die unabhängig gesteuert werden können. Mit der Drehzahlregelung können bis zu zwei Drehzahlen bei einem gegebenen Zeitpunkt gesteuert werden, z. B. eine Kupplungseingangsdrehzahl und ein Kupplungsschlupf oder zwei Kupplungsschlupfe in einem Neutralzustand (zwei Drehzahlfreiheitsgrade). Ein Drehzahlfreiheitsgrad ist in einem Moduszustand vorhanden, z. B. nur die Eingangsdrehzahl. In einem Fall mit einem festen Gang kann es überhaupt keine gesteuerten Drehzahlen geben, d. h. null Freiheitsgrade, da die Drehzahlen vom Fahrzeug vorgegeben werden. Daher wird bei einer Ausführungsform ermittelt, dass eine Drehzahlregelung in einem neutralen Zustand und einem beliebigen Moduszustand benötigt wird, und in einem Zustand mit festem Gang nicht benötigt wird.
Bei Schritt 106 wird der proportionale Drehmomentbefehl 52 nicht aufgeteilt und das vollständige proportionale Drehmoment im geschlossenen Regelkreis liefert nach Bedarf die Endantriebsdämpfung. Da die Drehmomentaufteilung effektiv ausgeschaltet ist, wird das Tiefpassfilter 60 von 2 abgesenkt, sodass das gesamte proportionale Drehmoment zu der Hochpassseite wechselt, wie vorstehend mit Bezug auf 2 erwähnt wurde. Zum Beispiel kann der optionale Softwareauslöser 51, der in 2 gezeigt ist, ausgelöst werden, wenn eine Fahrzeugbedingung vorhanden ist, bei der eine Drehzahlregelung nicht benötigt wird, wobei ein Eingang an das Tiefpassfilter 60 von 2 auf Null gesetzt wird, wenn diese Bedingung auftritt. Ein Filterkoeffizient des Tiefpassfilters 60 kann dann auf eine relativ schnelle Reaktion gesetzt werden, um den Absenkprozess zu beschleunigen.
Andere Bedingungen oder Modi können außerdem dort existieren, wo ein Antriebsmotor zur Drehzahlregelung verwendet wird und der andere Antriebsmotor nicht. Mit anderen Worten betrifft der Drehzahlfreiheitsgrad den einen Motor, während die Drehzahl des anderen Motors durch eine andere Drehzahl vorgegeben wird. Dies ist normalerweise dort der Fall, wo der Motor, der dem Eingang am nächsten Liegt, zur Drehzahlregelung verwendet wird, während der Motor, der dem Ausgang am nächsten liegt, zur Dämpfungsregelung verwendet wird.
Bei Schritt 108 leitet der Controller 11 von 1 die Frequenzaufteilungsroutine 50 ein, um dadurch den proportionalen Drehmomentgesamtbefehl 52 in die Hochfrequenz-Drehnmomentkomponente 56 und die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente 58, die in 2 gezeigt sind, aufzuteilen. Diese Drehmomentbefehle werden wie vorstehend offengelegt verarbeitet und angelegt, d. h., wobei die Hochfrequenz-Drehmomentkomponente 56 verwendet wird, um Endantriebsschwingungen zu dämpfen und die Kombination aus der Niederfrequenz-Drehmomentkomponente und dem integralen Drehmoment verwendet werden, um bei Bedarf eine Drehzahlregelung bereitzustellen.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen 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 Optimieren einer Drehmomentregelung in einem Fahrzeug, das ein Steuerungssystem und ein rotierendes Element aufweist, wobei das Steuerungssystem mit einem Proportional-Integral-Steuerungsalgorithmus (PI-Steuerungsalgorithmus) und einer Steuerungsregel mit Zustandsraumrückkopplung ausgestaltet ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein proportionaler Drehmomentgesamtbefehl mit geschlossenem Regelkreis unter Verwendung der Steuerungsregel mit Zustandsraumrückkopplung erzeugt wird; ein integraler Drehmomentgesamtbefehl durch Ausführen des PI-Steuerungsalgorithmus erzeugt wird; der proportionale Drehmomentgesamtbefehl selektiv in eine proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente und eine proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente aufgeteilt wird, wenn eine Drehzahlregelung des rotierenden Elements benötigt wird; ein proportionales Gesamtdrehmoment von dem Controller an das rotierende Element weitergeleitet wird, um eine Endantriebs-Dämpfungsregelung bereitzustellen, wenn die Drehzahlregelung nicht benötigt wird; und die proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente an das rotierende Element weitergeleitet wird, um eine Endantriebs-Dämpfungsregelung bereitzustellen, und die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente und der integrale Drehmomentgesamtbefehl durch eine gemeinsame Drehzahlregelungsstrecke an das rotierende Element weitergeleitet werden, wenn die Drehzahlregelung benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufteilen des proportionalen Drehmomentgesamtbefehls umfasst, dass der proportionale Drehmomentgesamtbefehl durch ein kalibriertes Tiefpassfilter geleitet wird, um dadurch die proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente zu isolieren.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: ein Tiefpassfilter, das verwendet wird, um den proportionalen Drehmomentgesamtbefehl aufzuteilen, beim Detektieren des Vorhandenseinseines Zustands mit festem Gang des Fahrzeugs selektiv zurückgesetzt oder auf Null abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: separate Verstärkungsbegrenzer auf die Hochfrequenz-Drehmomentkomponente und die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente während einer vorbestimmten Fahrzeugbeschränkung angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Fahrzeugbeschränkung eine Batterieleistungsgrenze oder eine Kupplungsdrehmomentgrenze oder eine Antriebsmotordrehmomentgrenze ist.
Fahrzeug, das umfasst: einen Controller, der einen Proportional-Integral-Steuerungsalgorithmus (PI-Steuerungsalgorithmus) und einen Zustandsraumbeobachter, der eine Steuerungsregel mit Zustandsraumrückkopplung bereitstellt, aufweist; und einen Antriebsstrang, der ein rotierendes Element aufweist, dessen Drehzahl- und Dämpfungseigenschaften von dem Controller gesteuert werden; wobei der Controller ausgestaltet ist, um: einen proportionalen Drehmomentgesamtbefehl unter Verwendung der Steuerungsregel mit Zustandsraumrückkopplung des Zustandsraumbeobachters zu erzeugen; einen integralen Drehmomentgesamtbefehl durch Ausführen des PI-Steuerungsalgorithmus zu erzeugen; den proportionalen Drehmomentgesamtbefehl selektiv in eine proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente und eine proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente aufzuteilen, wenn eine Drehzahlregelung des rotierenden Elements benötigt wird; und wenn die Drehzahlregelung benötigt wird: die proportionale Niederfrequenz-Drehmomentkomponente und der integrale Drehmomentgesamtbefehl durch eine gemeinsame Drehzahlregelungsstrecke an das rotierende Element geleitet werden, um dadurch eine Drehzahlregelung für das rotierende Element bereitzustellen; und die proportionale Hochfrequenz-Drehmomentkomponente an das rotierende Element geleitet wird, um eine Endantriebs-Dämpfungsregelung mithilfe des rotierenden Elements bereitzustellen; und wenn die Drehzahlregelung nicht benötigt wird: das proportionale Steuerungsgesamtdrehmoment an das rotierende Element weiterzuleiten, um eine Endantriebs-Dämpfungsregelung bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei das selektive Aufspalten eines proportionalen Drehmomentgesamtbefehls umfasst, dass ein Tiefpassfilter verwendet wird, und wobei zugelassen wird, dass eine Filterfrequenz des Tiefpassfilters mit dem Betriebsmodus des Fahrzeugs variiert.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei das rotierende Element ein elektrischer Antriebsmotor ist, der verwendet wird, um eine Eingangsdrehzahl an ein Getriebe zu steuern.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Controller ausgestaltet ist, um eine Frequenzaufteilungsroutine auszuführen, um den proportionalen Drehmomentgesamtbefehl in die Hochfrequenz- und die Niederfrequenzkomponente aufzuteilen, und um während einer vorbestimmten Fahrzeugbeschränkung der Niederfrequenzkomponente selektiv eine höhere Priorität zuzuweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei der Controller ausgestaltet ist, um die Niederfrequenz-Drehmomentkomponente auf einen Nullwert abzusenken, wenn das Tiefpassfilter mithilfe eines Softwareauslösers zurückgesetzt wird.