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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf das Detektieren der Drehmomentausgabe eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung dar und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
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Eine Betrachtung des Fahrzeugantriebsverhaltens umfasst die Antriebsstrangausgabe und die Fahrzeugantwort auf diese Ausgabe. Die Antriebsstrangausgabe kann als eine als Drehmoment bekannte Drehkraft bezeichnet werden. Das Drehmoment ist die Drehkraft, die von einer Brennkraftmaschine oder von einer anderen Drehmomentquelle, z. B. einem Elektromotor, erzeugt wird, um das Fahrzeug voranzutreiben. Im Fall eines Kraftfahrzeugs oder eines anderen Fahrzeugs mit Antriebsrädern kann Drehmoment über ein Getriebe übertragen, durch ein Differential geteilt und für Räder bereitgestellt werden, um eine Traktionskraft für das Fahrzeug zu schaffen.
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Drehmomentinformationen können in vielen verschiedenen Antriebsstrang-Steuerschemata verwendet werden, z. B. der Kupplungsfüllzeit-Detektion, der Kraftmaschinendrehmoment-Schätzung, der Getriebeschaltglättung und dergleichen, die das Fahrzeugantriebsverhalten unterstützen. Daher können Drehmomentinformationen für eine zusätzliche Steuerung des Antriebsstrangs verwendet werden. Beispielsweise können während einer Beschleunigung und während einer Verzögerung Insassen eines Fahrzeugs Veränderungen des übertragenen Drehmoments, z. B. während Getriebeschaltvorgängen, wahrnehmen. Steuerschemata, die den Getriebeschaltvorgang steuern, können verwendet werden, um Drehmomentstörungen während des Schaltens minimal zu machen. Für den Getriebeschaltvorgang kann ein Steuerschema mit geschlossener Schleife verwendet werden, um einem Steuermodul zu ermöglichen, den Drehmomentbetrag, der in einem momentanen Getriebeübersetzungsverhältnis erzeugt wird, anhand eines Drehmomentbetrags, den die Kraftmaschine bei einer gegebenen Drehzahl erzeugen sollte, zu schätzen. Dies ist jedoch ein theoretisches Drehmoment und stellt nicht notwendig das tatsächliche übertragene Drehmoment dar. Ein Steuerschema kann für die Kraftmaschinen- und Getriebesteuerung anhand eines dedizierten Drehmomentsensors entwickelt werden. Dedizierte Drehmomentsensoren können einen tatsächlichen Betrag des Drehmoments, das übertragen wird, detektieren und Ist-Drehmomentinformationen für das Steuermodul bereitstellen, um ein Getriebeschaltschema anhand momentaner Bedingungen zu bestimmen. Dedizierte Drehmomentsensoren für die Verwendung bei der Produktion von Fahrzeugen erhöhen jedoch die Kosten, den Teileumfang, die Kabelbaumkomplexität, die Masse und Zuverlässigkeitsprobleme.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Antriebsstrang umfasst ein mit einem Endantrieb gekoppeltes Getriebe. Ein Verfahren zur Überwachung von Drehmoment in dem Antriebsstrang umfasst das Überwachen von Signalausgängen von einem ersten Drehsensor und von einem zweiten Drehsensor, die konfiguriert sind, um jeweilige Drehpositionen eines ersten und eines zweiten Ortes eines Endantriebs zu überwachen, das Bestimmen einer räumlichen Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Ort unter Verwendung von Positionsidentifizierern des ersten und des zweiten Drehsensors, das Ableiten eines Verwindungswinkels aus der räumlichen Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Drehsensor, das Berechnen einer Größe eines Endantriebdrehmoments, die dem Verwindungswinkel entspricht, und das Steuern des Fahrzeugantriebsstrangs in Übereinstimmung mit der berechneten Größe des Endantriebdrehmoments.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin:
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeug-Hybridantriebstrang-Systems mit einer Brennkraftmaschine und einem oder mehreren Motoren/Generatoren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine schematische Darstellung des Drehsensors ist, die das gezahnte Element und den Sensor gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
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3 eine graphische Darstellung von beispielhaften Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die die erfasste Zahndetektion während einer spezifischen Zeitdauer von einem Drehsensor zeigen;
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4 eine graphische Darstellung beispielhafter Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die die erfasste Zahndetektion während einer spezifischen Zeitdauer von mehreren Drehsensoren zeigen;
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5 ein beispielhaftes Steuerschema zum Berechnen von Drehmoment anhand von Drehsensordaten gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt; und
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6 graphische Daten gemäß der vorliegenden Offenbarung sind, die einem Betrieb einer Ausführungsform der Offenbarung während des Fahrzeugbetriebs während einer Reihe von Beschleunigungen und Verzögerungen entnommen sind und die das berechnete Drehmoment und das gemessene Drehmoment im zeitlichen Verlauf angeben.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur dem Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck ihrer Beschränkung dienen, zeigt 1 schematisch ein Hybridantriebsstrang-System 26 mit einer Brennkraftmaschine 10 und einem oder mehreren Motoren/Generatoren 12. Es sei angemerkt, dass der Hybridantriebsstrang als diese Offenbarung veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden sollte, da hier verschiedene Typen von Fahrzeugantriebssträngen einschließlich Hybridantriebssträngen und Nichthybridantriebssträngen in Betracht gezogen werden. Die Kraftmaschine 10 kann mit einer Getriebevorrichtung 14 gekoppelt sein, um Traktionsdrehmoment an einen Endantrieb 16 eines Fahrzeugs zu übertragen. Der Endantrieb 16 umfasst eine Differentialgetriebevorrichtung 18, die mit einer ersten Halbachse 20 und einer zweiten Halbachse 21, die mit einem ersten Rad 22 bzw. mit einem zweiten Rad 23 mechanisch gekoppelt sind, in einer Ausführungsform mechanisch gekoppelt ist. Die Differentialgetriebevorrichtung 18 ist mit einem Ausgangselement 24 des Hybridantriebsstrangsystems 26 gekoppelt. Der Endantrieb 16 überträgt Traktionsleistung zwischen dem Getriebe 14 und einer Fahrbahnoberfläche über das erste und das zweite Rad 22, 23.
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Das Hybridantriebsstrang-System 26 umfasst eine Energiespeichervorrichtung (ESD) 28, z. B. eine Batterie, die elektrische Energie speichert und mit einem oder mehreren Elektromotoren/Generatoren 12 elektrisch verbunden ist, um dazwischen Leistung zu übertragen. Ein Getriebe-Leistungsinverter-Steuermodul (TPIM) 30 ist zwischen der ESD 28 und dem einen oder den mehreren Motoren/Generatoren 12 positioniert und wird verwendet, um Batterieleistung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt umzuwandeln. Der eine oder die mehreren Motoren/Generatoren 12 wandeln gespeicherte Energie in mechanische Leistung um und wandeln mechanische Leistung in Energie um, die in der ESD 28 gespeichert werden kann. Die Kraftmaschine 10 wandelt Kraftstoff in mechanische Leistung um.
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Der eine oder die mehreren Motoren/Generatoren 12 umfassen vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, die einen Stator, einen Rotor und einen oder mehrere Drehmelder 32 enthalten. Der Motorstator für den einen oder die mehreren Motoren/Generatoren 12 ist an einem äußeren Abschnitt eines Getriebegehäuses geerdet und umfasst einen Statorkern mit gewickelten elektrischen Windungen, die sich hiervon erstrecken. Der eine oder die mehreren Rotoren für den einen oder die mehreren Motoren/Generatoren 12 sind so befestigt, dass sie Drehmoment mittels des Getriebes 14 über eine Welle 15 an den Endantrieb 16 übertragen.
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Der eine oder die mehreren Drehmelder 32 umfassen vorzugsweise eine Vorrichtung mit variabler Reluktanz einschließlich eines Drehmelderstators und eines Drehmelderrotors. Der eine oder die mehreren Drehmelder 32 sind an dem einen oder den mehreren Motoren/Generatoren 12 geeignet positioniert und angebracht. Die jeweiligen Statoren der Drehmelder 32 sind mit den Statoren für die Motoren/Generatoren 12 verbunden. Die Drehmelderrotoren sind mit dem Rotor für die Motoren/Generatoren 12 verbunden. Die Drehmelder 32 sind signaltechnisch und betriebstechnisch mit dem TPIM 30 verbunden und erfassen und überwachen die Drehposition des Drehmelderrotors relativ zu dem Drehmelderstator, um so die Ist-Drehposition des einen oder der mehreren Motoren/Generatoren 12 bereitzustellen. Außerdem wird der Signalausgang von dem einen oder den mehreren Drehmeldern 32 interpretiert, um die Drehzahl für den einen oder die mehreren Motoren/Generatoren 12 bereitzustellen. Wenn ein rein elektrischer Modus Drehmoment für den Endantrieb 16 bereitstellt, kann der Drehmelder Drehinformationen ähnlich einem Drehsensor bereitstellen.
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Das Eingangsdrehmoment von der Kraftmaschine 10 und die Motordrehmomente von dem einen oder den mehreren Motoren/Generatoren 12 werden als Folge der Energieumwandlung von Kraftstoff in elektrische potentielle Energie, die in der ESD 28 gespeichert ist, erzeugt. Die ESD 28 ist mit dem TPIM 30 über Gleichstrom-Übertragungsleiter 34 unter Hochspannung gleichstromgekoppelt. Die Übertragungsleiter 34 schaffen einen schaltbaren Fluss von elektrischem Strom zwischen der ESD 28 und dem TPIM 30. Das TPIM 30 überträgt elektrische Leistung zu und von den Motoren/Generatoren 12 über die Übertragungsleiter 36, um Drehmomentbefehle in Ansprechen auf eine Motordrehmomentanforderung zu erfüllen.
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Elektrischer Strom wird zu und von der ESD 28 in Übereinstimmung damit übertragen, ob die ESD 28 geladen oder entladen wird.
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Mechanische Leistung von der Kraftmaschine 10 kann an das Getriebe 14 über eine Welle 13 übertragen werden. Mechanische Leistung von dem einen oder den mehreren Motoren/Generatoren 12 kann an das Getriebe 14 übertragen werden. Mechanische Leistung von dem Endantrieb 16 kann an die Kraftmaschine 10 und an die eine oder die mehreren Drehmomentmaschinen 16 mittels des Getriebes 14 über das Ausgangselement 24 übertragen werden. Die Kraftmaschine 10 wird in Kombination mit dem einen oder den mehreren Motoren/Generatoren 12 verwendet, um Drehmoment an den Endantrieb 16 zu übertragen, um dadurch Traktionsdrehmoment über das erste und das zweite Rad 22, 23 bereitzustellen. Die übertragene mechanische Leistung kann in Form von Traktionsdrehmoment für den Fahrzeugvortrieb und in Form von reaktivem Drehmoment für das Bremsen des Fahrzeugs, dem eine regenerative Bremsfunktionalität zugeordnet ist, vorliegen. Wie dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt ist, können andere Hybridkonfigurationen, z. B. Reihenhybrid-, Parallelhybrid- oder Verbundhybrid- oder aber Nichthybrid-Antriebskonfigurationen sowie Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb verwendet werden, ohne den Schutzumfang der Offenbarung zu verändern.
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Ein erster Ausgangsdrehsensor 38 ist am Ausgangselement 24 vorzugsweise in der Nähe des Getriebes 14 positioniert. In einer ersten Ausführungsform ist ein erster Drehsensor 39 distal in Bezug auf den ersten Ausgangsdrehsensor 38 an einer der Halbachsen positioniert. Es wird erkannt werden, dass der erste Ausgangsdrehsensor 38 mit dem ersten Drehsensor über das Ausgangselement 24 und das Differential 18 rotatorisch gekoppelt ist. In einer zweiten Ausführungsform ist zusätzlich ein zweiter Drehsensor 42 distal in Bezug auf den ersten Ausgangsdrehsensor an der Anderen der Halbachsen positioniert. Es wird erkannt werden, dass der erste Ausgangsdrehsensor 38 mit dem zweiten Drehsensor über das Ausgangselement 24 und das Differential 18 rotatorisch gekoppelt ist. Für den Zweck dieser Beschreibung entspricht der erste Drehsensor 39 der ersten Halbachse 20 und entspricht der zweite Drehsensor 42 der zweiten Halbachse 21. Der erste und der zweite Drehsensor 39, 42 sind vorzugsweise in der Nähe des entsprechenden ersten bzw. zweiten Rades 22, 23 positioniert. In einer nochmals weiteren, dritten Ausführungsform als Alternative zu der ersten oder zu der zweiten Ausführungsform ist ein zweiter Ausgangsdrehsensor 40 distal in Bezug auf den ersten Ausgangsdrehsensor 38, jedoch noch immer am Ausgangselement 24 (z. B. in der Nähe des Differentials 18) positioniert. Daher wird erkannt werden, dass in allen Ausführungsformen der erste Ausgangsdrehsensor 38 mit wenigstens einem zusätzlichen distal positionierten Drehsensor rotatorisch gekoppelt ist. Der erste Ausgangsdrehsensor 38, der erste Drehsensor 39, der zweite Drehsensor 42 und der zweite Ausgangsdrehsensor sind in jedem Fall mit einem Steuermodul 5 signaltechnisch verbunden, um hierfür Signale bereitzustellen. Wenn das Hybridantriebsstrang-System 26 in einem rein elektrischen Modus betrieben wird, können die Drehmelder 32 die Drehinformationen des ersten Ausgangsdrehsensors 38 bereitstellen, wenn Getriebeverluste mit eingerechnet werden. Das Steuermodul 5 ist mit der Kraftmaschine 10 und mit dem TPIM 30 signaltechnisch und betriebstechnisch verbunden, um dazwischen eine Kommunikation und um deren Steuerung zu schaffen.
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Sowohl der erste als auch der zweite Ausgangsdrehsensor 38, 40 und der erste und der zweite Drehsensor 39, 42 sind Drehpositionssensoren, von denen eine Geschwindigkeit abgeleitet werden kann. Signale von den Drehsensoren sind während einer konstanten oder stationären Drehung des Endantriebs im Wesentlichen periodisch. Ein beispielhafter Drehsensor kann ein Zahnrad enthalten, das aus einem ferromagnetischen Material hergestellt ist, das an einem Drehelement, z. B. einer Drehwelle befestigt ist, die sich an einem Hall-Effekt-Sensor vorbeibewegt. Jeder Zahn, der sich an der Hall-Effekt-Vorrichtung vorbeibewegt, erzeugt einen elektrischen Strom, der hinsichtlich Anzahl, Dauer, Auszeit und Amplitude unterschieden werden kann. Ein vollständiges Signal entspricht einer Zahnzeitperiode (z. B. von dem Beginn oder Ende eines Zahns zum Beginn bzw. Ende eines benachbarten Zahns). Ein Teilsignal entspricht einem Abschnitt einer Zahnzeitperiode. Da die Anzahl von Zähnen an dem Zahnrad bekannt ist, kann durch Zählen von Voll- und Teilsignalen, die in einem Abtastfenster erzeugt werden, eine Geschwindigkeit berechnet werden. Andere beispielhafte Sensoren sind eine lagerfreie Radgruppe, ein Radgruppen-Impulsgenerator, optische und ähnliche Raddrehzahlsensoren, die periodische Signale erzeugen.
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Steuermodul, Modul, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Ausdrücke haben die Bedeutung von geeigneten anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) mit zugeordnetem Speicher und Ablagespeicher (Festwert-, programmierbarer Festwert-, Schreib/Lese-, Festplattenspeicher usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, Schaltungen für kombinatorische Logik, Eingangs/Ausgangs-Schaltungen und Vorrichtungen, die für die Signalaufbereitung und als Pufferschaltungsanordnung geeignet sind, sowie anderen geeigneten Komponenten, um die beschriebene Funktionalität zu schaffen, oder verschiedenen Kombinationen aus einer oder mehreren hiervon. Das Steuermodul 5 besitzt eine Menge von Steueralgorithmen einschließlich residenter Softwareprogramm-Befehle und Kalibrierungen, die im Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während im Voraus festgelegter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden etwa durch eine Zentraleinheit ausgeführt und können betriebstechnisch Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern, ausführen. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise nach jeweils 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des fortgesetzten Kraftmaschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Das Steuermodul 5 kann das Hybrid-Antriebsstrangsystem 26 steuern, um in Ansprechen auf eine Bediener-Drehmomentanforderung Drehmoment zu erzeugen. Das Steuermodul 5 steuert die Kraftmaschine 10, den einen oder die mehreren Motoren/Generatoren 12 und das Getriebe 14 in Kombination, um die Bediener-Drehmomentanforderung zu erzeugen. Das Steuermodul 5 kann der Kraftmaschine 10 und dem einen oder den mehreren Motoren/Generatoren 12 befehlen, das angeforderte Drehmoment einzeln oder in Kombination zu erzeugen. Das Getriebe 14 wird gesteuert, um Drehmoment wahlweise an den Endantrieb 16 zu übertragen, und umfasst mehrere Übersetzungsverhältnisse, die als ein Drehmomentvervielfacher wirken, um die endgültige Bediener-Drehmomentanforderung zu erzielen. Die Drehmomentausgabe kann verwendet werden, um den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems 26 in Ansprechen auf die Bediener-Drehmomentanforderung unter Verwendung eines geeigneten Drehmomentsteuerschemas zu steuern.
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2 ist eine schematische Darstellung der Drehsensoren, z. B. des ersten und des zweiten Ausgangsdrehsensors 38 bzw. 40, die das Zahnelement 82 und den Sensor 84 zeigt. Das Zahnelement 82 befindet sich an einem Drehelement wie etwa dem Ausgangselement 24 und enthält mehrere Zähne 88, die voneinander gleichmäßig beabstandet sind. Jeder Zahn 88 ist von benachbarten Zähnen durch einen Zwischenraum 90 beabstandet und besitzt eine Anstiegsflanke 52 und eine Abstiegsflanke 56, wenn eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn in 2 angenommen wird. Der Sensor 84 befindet sich in der Nähe des Zahnelements 82 und überwacht die einzelnen Zähne 88 des Zahnelements 82. Ein Abtastfenster 68 ist als gestrichelte Linie graphisch dargestellt, wobei eine bestimmte Anzahl von Zähnen 88 innerhalb einer bestimmten Abtastzeitperiode, in diesem Beispiel 25 ms, detektiert wird, wenn sich das Zahnelement 82 mit einer bekannten Geschwindigkeit dreht.
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Innerhalb des Abtastfensters 68 ist ein Positionsidentifizierer 86 gezeigt. Der Positionsidentifizierer 86 ist einer der Zähne 88, der hinsichtlich Konstruktion oder Anordnung relativ zu den anderen Zähnen 88 an dem Zahnelement 82 als verschieden unterscheidbar ist. Der Positionsidentifizierer 86 ist ein ähnlich geformter Zahn 88 wie verbleibenden Zähne 88, er ist jedoch näher an dem vorhergehenden Zahn 88' und weiter entfernt von dem folgenden Zahn 88'' positioniert, z. B. ist der Zwischenraum 90' zwischen dem vorhergehenden Zahn 88' und dem Positionsidentifizierer 86 geringer als die verbleibenden Zwischenräume 90 und ist der Zwischenraum 90'' zwischen dem Positionsidentifizierer 86 und dem folgenden Zahn 88'' größer als die verbleibenden Zwischenräume 90, Der Positionsidentifizierer 86 kann jedoch auch eine andere Form haben, z. B. breiter, kürzer und höher als die verbleibenden Zähne 88 sein, sofern der Sensor 84 ein ihm zugeordnetes verschiedenes Profil detektieren kann.
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3 ist eine graphische Darstellung beispielhafter Daten eines beispielhaften Drehsensors, der konfiguriert ist, um ein Drehelement einschließlich eines gezahnten Elements über eine spezifizierte Zeitdauer, z. B. 25 ms, die in 2 dargestellt ist, zu überwachen. Beispielhafte Drehsensoren umfassen den ersten und den zweiten Ausgangsdrehsensor 38 und 40. Beispielhafte Drehelemente umfassen das Ausgangselement 24, die erste Halbachse 20 und die zweite Halbachse 21. Beispielhafte Zahnelemente umfassen das gezahnte Element 82. Wenn sich das Drehelement dreht, dreht sich das Zahnelement 82. Ein Ausgangssignal 50 wird bei jeder Vorbeibewegung der Zähne 88 an dem Drehsensor erzeugt. Ein vollständiges Signal hat ein Profil, das einen Startpunkt 52, eine Spitze 54, einen Endpunkt 56 und eine Auszeit 70 umfasst. Die verstrichene Zeit zwischen dem Startpunkt 52 und dem Endpunkt 56 ist die Signaldauer 72. Die verstrichene Zeit zwischen dem Endpunkt 56 eines Ausgangssignals 50 und dem Startpunkt 52 eines benachbarten, nachfolgenden Ausgangssignals 50 ist die Auszeit 70. Die Kombination aus Signaldauer 72 und Auszeit 70 ist eine Signalperiode 60.
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Wenn sich das drehbare Element mit konstanter Geschwindigkeit dreht, entsteht ein periodisches Muster. Wenn die Drehzahl zunimmt, nehmen die Signaldauer 72 und die Auszeit 70 zwischen jedem erfassten Zahn ab, wodurch eine kürzere Signalperiode hervorgerufen wird. Wenn die Drehzahl zunimmt, nimmt auch die Anzahl der Zähne, die während eines gegebenen Abtastfensters 68 erfasst werden, zu. Wenn die Drehzahl abnimmt, nehmen die Signaldauer 72 und die Auszeit 70 zwischen jedem Ausgangssignal zu, wodurch eine längere Signalperiode hervorgerufen wird. Wenn die Drehzahl abnimmt, nimmt auch die Anzahl von Zähnen, die während des gegebenen Abtastfensters 68 erfasst werden, ab.
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Der Positionsidentifizierer 86 erzeugt ein Signal, das eine ähnliche Form wie die verbleibenden Zähne 88 besitzt, er erzeugt jedoch eine anfängliche Identifiziererauszeit 70', die geringer als die verbleibenden Auszeiten 70 ist. Der Positionsidentifizierer 86 hat ein erfasstes Profil mit ähnlicher Amplitude und ähnlicher Signaldauer 72 wie die verbleibenden Zähne 88.
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Ebenso erzeugt der nachfolgende Zahn 88'' eine nachfolgende Identifiziererauszeit 70'', die einem Identifiziererprofil 50' folgt, das länger als die verbleibenden Auszeiten 70 ist. Der Controller 5 kann die Änderung sowohl der anfänglichen als auch der nachfolgenden Identifiziererauszeiten 70', 70'' identifizieren, um dadurch den Positionsidentifizierer 86 und daher die Drehposition des Ausgangselements 24 eindeutig zu lokalisieren. Der Controller 5 kann dann einen Korrekturfaktor berechnen, um jeglichen Fehler, der durch Rechnung oder einen Zahnradschlupf eingeführt werden könnte, einzustellen, wenn der Controller 5 eine exakte Drehposition des Zahnelements 82 identifizieren kann. Es wird erkannt werden, dass, obwohl die Beschreibung eine kurze anfängliche Auszeit 70' enthält, die anfängliche Auszeit 70' stattdessen lang sein kann und die nachfolgende Auszeit 70'' kurz sein kann. Es wird ferner erkannt werden, dass das Steuermodul 5 den Betrieb in Bezug auf eine Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Ausgangselements aufgrund der asymmetrischen Natur der Auszeiten in der Nähe des Positionsidentifizierers 86 detektieren kann.
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4 ist eine graphische Darstellung beispielhafter Daten, die eine Detektion eines erfassten Zahns während einer spezifischen Zeitdauer, z. B. 25 ms, von mehreren Drehsensoren, z. B. dem ersten und dem zweiten Ausgangsdrehsensor 38 bzw. 40, zeigen. Der obere Graph stellt Daten von einem ersten Drehsensor, z. B. dem ersten Ausgangsdrehsensor 38 dar, während der untere Graph Daten von einem zweiten Drehsensor, z. B. dem zweiten Ausgangsdrehsensor 40, darstellt. Der erste und der zweite Ausgangsdrehsensor, z. B. 38 und 40, sind als am Ausgangselement 24 befestigt indexiert, so dass das Steuermodul 5 eine Referenz bezüglich der Orte des jeweiligen Positionsidentifizierers 86 in Bezug zueinander in einem Zustand ohne Drehmoment hat. Außerdem kann das Steuermodul 5 eine Lernperiode haben, in der das Steuermodul 5 eine relative Position der Positionsidentifizierer 86 lokalisiert. In jedem Fall zeichnet das Steuermodul 5 eine räumliche Beziehung 74 zwischen den zwei Positionsidentifizierern 86 auf.
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Sobald die räumliche Beziehung 74 hergestellt ist, kann das Steuermodul 5 sie als Referenz bei der Detektion einer Veränderung der Drehposition zwischen den zwei jeweiligen Positionsidentifizierern 86 und den verbleibenden Zähnen 88 verwenden und geeignete Phasenkorrekturen je nach Anforderung vornehmen. Die Drehpositionsveränderung kann als ein Verwindungswinkel beschrieben werden, der ein Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangsdrehsensor, z. B. 38 und 40, ist, aus dem die Größe eines Endantriebdrehmoments, das über das Drehelement, z. B. das Ausgangselement 24, übertragen wird, bestimmt werden kann. Es wird erkannt werden, dass, obwohl hier ein einziger Positionsidentifizierer 86 für jedes Zahnelement 82 im Einzelnen diskutiert wird, an einem einzigen Zahnelement auch mehrere Positionsidentifizierer 86 vorhanden sein könnten.
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Wenn der Positionsidentifizierer 86 in dem Abtastfenster sowohl für den ersten als auch für den zweiten Ausgangsdrehsensor 38, 40 nicht erscheint, kann ein Drehwinkel Θ anhand eines Vergleichs eines gemeinsamen Abtastfensters, z. B. 25 ms, für jeden Sensor bestimmt werden. Der Drehwinkel Θ ist die Größe der Wellendrehung, die in Winkelgrad gemessen wird. Andere geeignete Metriken wie etwa Radian können verwendet werden. Durch Vergleichen der Drehwinkel Θ von den zwei Drehsensoren, z. B. von dem Ausgangsdrehsensor 38 und dem ersten Drehsensor 40, kann ein Verwindungswinkel dazwischen bestimmt werden und kann der Wert des damit in Beziehung stehenden Drehmoments berechnet werden. Ein Drehwinkel Θ kann durch Bestimmen eines Phasenwinkels ø ein Anfangssignal und ein Endsignal, øinit bzw. øfinal und der Anzahl von Zwischensignalen in dem Abtastfenster 68 bestimmt werden. Der Anfangsphasenwinkel øinit wird anhand der Kenntnis einer ersten Signalperiode t1 (die vom Beginn des Abtastfensters 68 mm Endpunkt des ersten erfassten Zahnausgangs gemessen wird), einer Referenz-Vollsignalperiode (vorzugsweise die nachfolgende oder vorhergehende benachbarte Signalperiode – z. B. P1 – die vom Startpunkt des ersten vollständigen erfassten Zahnausgangs zum Startpunkt des nächsten erfassten Zahnausgangs gemessen wird, oder alternativ eine zeitlich nahe nachfolgende oder vorhergehende Signalperiode oder ein Durchschnitt aus zeitlich nahen vollständigen Signalperioden) und der Gesamtzahl von Zähnen Nt am Sensor durch die folgende Gleichung bestimmt. Es wird anerkannt werden, dass die Anfangssignalperiode t1 nur einen Abschnitt einer vollständigen Signalperiode umfassen kann. øinit = [ t1 / (Nt·P1)]360 [1]
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Ein Endphasenwinkel øfinal wird durch Kenntnis einer letzten Signalperiode t2 (die vom Startpunkt des letzten erfassten Zahnausgangs zum Ende des Abtastfensters 68 gemessen wird), einer Referenz-Vollsignalperiode (vorzugsweise die nachfolgende oder vorhergehende Signalperiode – z. B. P2 – die vom Startpunkt des letzten vollständigen erfassten Zahnausgangs zum Startpunkt des letzten erfassten Zahnausgangs gemessen wird oder alternativ eine zeitlich nahe nachfolgende oder vorhergehende Signalperiode oder ein Durchschnitt zeitlich naher vollständiger Signalperioden) und der Gesamtzahl von Zähnen Nt am Sensor durch die folgende Gleichung bestimmt. Es wird anerkannt werden, dass die letzte Signalperiode t2 nur einen Abschnitt einer vollständigen Signalperiode umfassen kann. øfinal = [ t2 / (Nt·P2)]360 [2]
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Der Gesamtdrehwinkel Θr(i) während der Abtastperiode 68 kann für den bestimmten Sensor als Summe aus dem Anfangs- und dem Endphasenwinkel und einem Zwischenphasenwinkel gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: Φr(i) = øinit(i) + øfinal(i) + ( Nw(i) / Nt)·360 [3] wobei i der Index des Abtastfensters, z. B. 25 ms ist und Nw(i) die Anzahl erfasster vollständiger Zähne ist und (Nw(i)/Nt)·360 der Zwischenphasenwinkel ist. Daher kann eine akkumulierte Drehung im zeitlichen Verlauf der jüngsten bestimmten Referenz mittels der Positionsidentifizierer anhand der folgenden Gleichung berechnet werden: Θr(N) = ΣΦr(i) [4]
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Da der Anfangs- und der Endphasenwinkel unter Verwendung der vollständigen Signalperioden in der Nähe der Grenzen des Abtastfensters 68 geschätzt werden, können Fehler eingeführt werden, da sich Signalperioden während des Abtastfensters ändern können. Daher wird auf die folgende Weise eine Beschränkung eingeführt, um sicherzustellen, dass die Summe aus einem Endphasenwinkel eines vorhergehenden Abtastfensters 68 und aus einem Anfangsphasenwinkel des momentanen Abtastfensters 68 zu dem Drehwinkel einer vollständigen Signalperiode äquivalent ist: øinit(i+1) + øfinal(i) = 360 / Nt [5]
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Wenn der Positionsidentifizierer 86 in dem Abtastfenster entweder für den ersten oder für den zweiten Ausgangsdrehsensor 38, 40 detektiert wird, kann der Drehwinkel am Sensor ähnlich wie oben durch Berücksichtigen der Änderungen in der anfänglichen und/oder nachfolgenden Identifiziererauszeit 70', 70'' berechnet werden.
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Der Drehwinkel Θ wird für den ersten Ausgangsdrehsensor 38 als Θom und für den zweiten Ausgangsdrehsensor 40 als Θd bestimmt. Der Verwindungswinkel ΔΘ ist durch die Differenz zwischen Θom und Θd dargestellt und die Drehmomentveränderung für das Ausgangselement 24 während des Abtastfensters kann durch die folgende Gleichung bestimmt werden: Tom = Keq·ΔΘ = Keq·(Θom – Θd) [6] wobei Tom das Drehmoment am Ausgangselement 24 ist, Keq die repräsentative Steifigkeit zwischen dem ersten Ausgangssensor 38 und dem zweiten Ausgangsdrehsensor 40 ist, Θom der Drehwinkel am Ausgangsdrehsensor 38, der sich am Ausgangselement 24 befindet, während des Abtastfensters ist, und Θd der Drehwinkel am zweiten Ausgangsdrehsensor 40, der sich am Ausgangselement 24 befindet, während des Abtastfensters ist. Da sich beide Drehsensoren am Ausgangselement 24 befinden, wird der Koeffizient Keq auf die Steifigkeit des Ausgangselements oder Kom eingestellt. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass Keq von der besonderen Endantriebskonfiguration und von den Orten der Drehsensoren abhängt.
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Nachdem das Steuermodul 5 die relative Position der Positionsidentifizierer 86 von beiden Ausgangsdrehsensoren 38, 40 lokalisiert hat, kann die räumliche Beziehung 74 verwendet werden, um die Referenz des Verwindungswinkels ΔΘ in Gleichung (6) zu korrigieren. Die Drehwinkelverfolgung und die Referenzkorrektur über die Positionsidentifizierer kann zeitlich geplant werden, um die Genauigkeit bei der Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Welle zwischen beiden Ausgangsdrehsensoren 38, 40 für die Schätzung des Endantriebsdrehmoments maximal zu machen.
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Es wird erkannt werden, dass irgendein Ausgang von einem Drehsensor für die obigen Drehwinkelberechnungen verwendet werden kann. Die Berechnungen erfordern nur eine Zwischen-Vollsignalperiode und eine anfängliche und eine letzte Teilsignalperiode in dem Abtastfenster. Es ist erkennbar, dass wie oben beschrieben die obigen anfänglichen und letzten Teilsignalperioden vollständige Signalperioden umfassen können.
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Das Abtastfenster 68 kann anhand des zu überwachenden bestimmten Fahrzeugs, der Fahrzeuggeschwindigkeit und anderer Entwurfsbetrachtungen eingestellt werden. In einer Ausführungsform wird das Abtastfenster 68 anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit eingestellt. Das Abtastfenster 68 kann ununterbrochen eingestellt werden oder in diskreten Abtastfensterinkrementen anhand der momentanen Geschwindigkeit eingestellt werden. In jedem Fall wird das Abtastfenster 68 so bemessen, dass wenigstens eine Signalperiode detektiert wird. Eine Signalperiode ist notwendig, um die Winkeldrehung zu berechnen, weshalb sie notwendig ist, um das Drehmoment zu berechnen. Daher beruht eine Einstellung des Abtastfensters 68 auf der Geschwindigkeit, z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Wellendrehzahl, und umfasst die Verwendung längerer Abtastfenster für geringere Geschwindigkeiten und kürzerer Abtastfenster für höhere Geschwindigkeiten sowohl für zunehmende als auch für abnehmende Geschwindigkeiten.
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Es wird erkannt werden, dass Gl. [6] die Drehung anhand eines Winkelinkrements der jeweiligen Zähne der Drehsensoren berechnet. Da die räumliche Beziehung 74 zwischen den zwei Positionsidentifizierern 86 für die Referenzkorrektur verwendet wird, ist das berechnete Drehmoment ein absolutes Drehmoment. Bei Fehlen der Positionsidentifizierer und der bekannten räumlichen Beziehung werden relative Drehmomentbestimmungen gemacht. Weitere Einzelheiten bezüglich der relativen Drehmomentbestimmung finden sich in der gemeinsamen und gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung Nr. 12/892,832 (Anwaltsakte Nr. P007738-RD-MJL), deren Inhalte hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
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5 zeigt ein beispielhaftes Steuerschema zum Berechnen von Drehmoment aus Drehsensordaten in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Offenbarung. Wenn das Fahrzeug zu beschleunigen beginnt, erzeugen der erste und der zweite Ausgangsdrehsensor, z. B. 38, 40, erste Geschwindigkeitsdaten 44 bzw. zweite Geschwindigkeitsdaten 48, die zusammen als Geschwindigkeitsdaten 95 bezeichnet werden. Die ersten Geschwindigkeitsdaten 44 werden zu einem Zeitgeber 100 und zu einem ersten Geschwindigkeitspuffer 110 ausgegeben. Die zweiten Geschwindigkeitsdaten 48 werden zum Zeitgeber 100 und zu einem zweiten Geschwindigkeitspuffer 115 ausgegeben. Der Zeitgeber 100 überwacht die Geschwindigkeitsdaten 95 bei 105. Falls die Geschwindigkeitsdaten bei 95 nicht wenigstens eine vollständige Signalperiode zusätzlich zu einer vorhergehenden Teilsignalperiode (die einem vorhergehenden Zahn 88' entspricht) und einer nachfolgenden Teilsignalperiode (die einem nachfolgenden Zahn 88'' entspricht) enthält, setzt der Zeitgeber 100 die Überwachung 120 fort. Der Zeitgeber 100 bestimmt eine Hauptabtastzeit in der Weise, dass die Geschwindigkeitsdaten 95 einen vollständigen erfassten Zahn, d. h. Startpunkt 52, Spitze 54 und Endpunkt 56, enthält, bei 105 für den ersten und für den zweiten Drehsensor 38, 40, die in einen Berechnungsblock 140 eingegeben wird.
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Wenn der Zeitgeber 100 einen vollständigen erfassten Zahn 125 detektiert, schaltet der Zeitgeber 100 einen ersten Schalter 130 und einen zweiten Schalter 135 zum ersten Geschwindigkeitspuffer 110 bzw. zum zweiten Geschwindigkeitspuffer 115. Die gepufferten Daten von dem ersten Geschwindigkeitspuffer 110 und von dem zweiten Geschwindigkeitspuffer 115 werden zu einem Berechnungsblock 140 geschickt, um eine relative Position der Welle und dann das absolute Drehmoment 145 zu berechnen, wenn die Positionsidentifizierer 86 wie oben beschrieben detektiert werden. Der Berechnungsblock 140 berechnet auch eine Phasenkorrektur, wenn bestimmt worden ist, dass ein Rechenfehler die Positionsidentifizierer 86 als außer Phase bestimmt. Das berechnete Drehmoment 145 wird für die Verwendung durch das Steuermodul 5 bei der Steuerung des Hybridantriebsstrangsystems 26 in Ansprechen auf eine Bediener-Drehmomentanforderung unter Verwendung eines geeigneten Drehmomentsteuerschemas ausgegeben.
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6 zeigt graphische Daten, die einem Betrieb einer Ausführungsform der Offenbarung während des Fahrzeugbetriebs über eine Abfolge von Beschleunigungen und Verzögerungen entnommen worden sind und die das berechnete Drehmoment 150 und das gemessene Drehmoment 155 im Lauf der Zeit angeben. Das Fahrzeug wird beschleunigt und dann durch Schließen der Drosselklappe verzögert. Das Fahrzeug wird erneut beschleunigt, gefolgt von einer Reihe schneller Drosselklappenschließ- und Drosselklappenhebeprozeduren, bis ein Rollen im Leerlauf erfolgt. Das Fahrzeug wird dann beschleunigt und eine konstante Geschwindigkeit wird beibehalten. Während des gesamten Fahrzeugtests stimmt das berechnete Drehmoment 150 eng mit dem gemessenen Drehmoment 155 überein, was eine enge Korrelation zwischen dem berechneten Drehmoment 150 und dem gemessenen Drehmoment 155 zur Folge hat.
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Dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet wird deutlich sein, dass, obwohl hier ein Endantrieb für ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb dargestellt worden ist, die Offenbarung nicht darauf beschränkt ist. Der Hinterradantriebsentwurf wurde um der bequemen Erläuterung der geeigneten Funktion willen gewählt, wobei beabsichtigt ist, dass sie in anderen Endantriebskonfigurationen verwendet wird, einschließlich Vorderradantrieb, Allradantrieb und Vierradantrieb, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben. Anderen können weitere Abwandlungen und Veränderungen deutlich werden, wenn sie diese Beschreibung lesen und verstehen. Daher ist beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die eine oder die mehreren besonderen Ausführungsformen, die als die beste Art für die Ausführung dieser Offenbarung offenbart worden sind, eingeschränkt ist, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, umfasst.
