DE102011114223B4 - Fahrzeug mit Steuersystem zum Steuern eines EV-Modus-Übergangs in einem Two-Mode-Hybridfahrzeug - Google Patents

Fahrzeug mit Steuersystem zum Steuern eines EV-Modus-Übergangs in einem Two-Mode-Hybridfahrzeug Download PDF

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Abstract

Fahrzeug (10), umfassend:eine Maschine (12);eine Eingangsbremse (11) zum Festlegen der Maschine (12);einen ersten und zweiten elektrischen Traktionsmotor (16, 18);ein Getriebe (14) mit einem Ausgangselement (38), das über die Traktionsmotoren (16, 18) in einem ersten und einem zweiten rein elektrischen (EV) Betriebsmodus (EV1, EV2) angetrieben ist; undein Steuersystem (40), das ausgestaltet ist, um einen EV-Betriebsmodusübergang zu optimieren, indem die Eingangsbremse und der erste und zweite Traktionsmotor gesteuert werden, wobei das Steuersystem ausgestaltet ist, um:einen Satz Fahrzeugbetriebswerte vor dem EV-Betriebsmodusübergang unter Verwendung des Steuersystems zu ermitteln;die Fahrzeugbetriebswerte zu verarbeiten, um dadurch zu identifizieren, wann der EV-Betriebsmodusübergang bevorsteht; undeinen Übergang in oder aus dem ersten oder zweiten EV-Betriebsmodus (EV1, EV2) als den EV-Betriebsmodusübergang auszuführen,dadurch gekennzeichnet, dassbei dem EV-Betriebsmodusübergang aus dem ersten EV-Betriebsmodus (EV1) in den zweiten EV-Betriebsmodus (EV2) das Steuersystem (40) ausgestaltet ist, um zwischen dem ersten und zweiten EV-Betriebsmodus (EV1, EV2) unter Verwendung mehrerer Drehzahl- und Drehmomentsteuerphasen überzugehen, um dadurch in mehrere dazwischen liegende Nicht-EV-Betriebsmodi (EVT1, EVT2, FG1) einzutreten, wobei die mehreren dazwischen liegenden Nicht-EV-Betriebsmodi ein Paar elektrisch verstellbare Getriebemodi (EVT1, EVT2) mit eingeschalteter Maschine (12) und einen Festgangmodus (FG1) umfassen, und indem die Eingangsbremse (11) selektiv eingerückt und ausgerückt wird und indem zumindest einer von dem ersten und dem zweiten Traktionsmotor (16, 18) verwendet wird, um während des EV-Betriebsmodusübergangs Schlupf über die Eingangsbremse (11) hinweg zu synchronisieren.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit Steuersystem zum Steuern eines rein elektrischen (EV) Fahrzeugmodusübergangs in einem Two-Mode-Hybridelektrofahrzeug.
  • Bestimmte Fahrzeuge können unter Verwendung elektrischer Leistung von einem oder mehreren elektrischen Traktionsmotoren angetrieben sein. Zum Beispiel können Hybrid-Elektrofahrzeuge eine Brennkraftmaschine selektiv trennen, um einen Fahrzeugvortrieb in einem rein elektrischen/ Elektrofahrzeug-(EV)-Betriebsmodus zuzulassen, um Kraftstoff zu sparen, sowie sofortiges Motoreingangsdrehmoment an das Getriebe abzugeben. Ein Two-Mode-Hybridelektrofahrzeug weist ein Paar EV-Modi, um das Leistungsvermögen des Fahrzeugs weiter zu optimieren, sowie verschiedene Festgang- und elektrisch verstellbare Getriebe-(EVT)-Modi auf.
  • In einer Strong-Hybridkonstruktion kann die Maschine oberhalb einer Schwellengeschwindigkeit mit Maschinendrehmoment, das alleine oder in Verbindung mit Motordrehmoment von einem oder beiden von einem Paar Hochspannungs-Elektrotraktionsmotoren zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird, automatisch neu gestartet werden. Andere Fahrzeugkonstruktionen, wie etwa Batterie-Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite benutzen ebenfalls EV-Betriebsmodi, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu maximieren und Auspuffemissionen zu minimieren.
  • Ein Fahrzeug mit einem EVT kann über einen Traktionsmotor angetrieben werden, wenn die Maschine auf einer Drehzahl von Null ist (d.h. elektrischer Antrieb), oder die Maschine kann, während sie mit dem Ausgang verbunden ist, umlaufen, wobei das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit von Null ist (d.h. Anfahren mit eingeschalteter Maschine), oder irgendwo dazwischen. Typischerweise werden mehrere hydraulisch betätigte Bereichskupplungen verwendet, um ein Schalten oder Übergehen zwischen stufenlos verstellbaren Modi, nachstehend als EVT Modi bezeichnet, und mehreren Festgangmodi zuzulassen. In einer Eingangsverzweigungs- oder Seriell-Parallel-Architektur kann ein Traktionsmotor das Fahrzeug antreiben, während der andere Traktionsmotor die Maschine auf einer Drehzahl von Null hält. Dies hilft, Verluste aus Maschinenreibung und Pumpen zu vermeiden. Jedoch hat ein elektrischer Vortrieb mit einem einzigen Motor begrenzte elektrische Anfahr- und Beschleunigungsfähigkeiten relativ zu der Zweimotorkonstruktion eines Two-Mode-Hybridelektrofahrzeugs.
  • Die DE 10 2007 056 407 A1 offenbart ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Die DE 10 2007 000 051 A1 lehrt das Ermitteln von Fahrzeugbetriebswerten, um Modusübergänge in einem Hybridgetriebe zu bewerkstelligen.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem die Übergangs-/Schaltqualität während eines vorbestimmten Elektrofahrzeug-(EV)-Modusübergangs optimiert ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben,
  • Hierin sind ein Verfahren und ein Steuersystem zur Verwendung in einem Two-Mode-Hybridelektrofahrzeug, das ein Paar elektrische Traktionsmotoren und eine Eingangsbremse aufweist, vorgesehen. Der Two-Mode-Architektur ist die Eingangsbremse hinzugefügt, um vollen Nutzen aus den potenziellen Fähigkeiten des Two-Mode-Systems zu ziehen. Das Verfahren wird automatisch über das Steuersystem ausgeführt, das als ein einzelnes oder verteiltes Steuersystem ausgestaltet sein kann, um die Übergangs-/Schaltqualität während eines vorbestimmten Elektrofahrzeug-(EV)-Modusübergangs zu optimieren.
  • So wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck „EV-Modus-Übergang“ auf einen Zustands- oder Betriebsmodusübergang in einen EV-Betriebsmodus aus einem anderen EV-Betriebsmodus oder aus einem Modus mit eingeschalteter Maschine/einem stufenlos verstellbaren (EVT) Modus. Der Ausdruck „EV-Modusübergang“ kann sich auch auf einen Übergang aus einem EV-Betriebsmodus in einen anderen EV-Betriebsmodus oder in einen Betriebsmodus mit eingeschalteter Maschine/einen EVT-Betriebsmodus. Das vorliegende Verfahren ermöglicht es somit, dass der EV-Modusübergang mit einer optimalen Schaltqualität auftritt, indem die Eingangsbremse und die Getriebeeingangsdrehzahlen/-drehmomente auf die hierin dargelegte Weise gesteuert werden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft beschrieben:
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Two-Mode-Hybridfahrzeugs, das ein System zum Steuern verschiedener rein elektrischer (EV) Modusübergänge aufweist;
    • 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern von EV-Modusübergängen in dem in 1 gezeigten Fahrzeug beschreibt;
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das einen EV-in-EV-Modusübergang über das Verfahren von 2 beschreibt;
    • 4 ist ein Flussdiagramm, das einen anderen EV-in-EV-Modusübergang beschreibt;
    • 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Übergang eines EV-Modus in einen elektrisch verstellbaren Getriebe-(EVT)-Modus mit eingeschalteter Maschine beschreibt;
    • 6 ist ein Flussdiagramm, das einen EVT-in-EV-Modusübergang beschreibt;
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das einen anderen EV-in-EVT-Modusübergang beschreibt; und
    • 8 ist ein Flussdiagramm, das einen anderen EVT-in-EV-Modusübergang beschreibt.
  • In 1 ist ein Fahrzeug 10 gezeigt. Das Fahrzeug 10 kann als ein Two-Mode/Strong-Hybridfahrzeug ausgestaltet sein, das eine Brennkraftmaschine 12 aufweist, die selektiv mit einem Getriebe 14 über eine Kupplungs- und Dämpferanordnung 23 verbunden sein kann. Die Maschine 12 kann verwendet werden, um das Fahrzeug 10 selektiv mit Leistung zu beaufschlagen, und kann selektiv wie notwendig abgeschaltet werden, um zuzulassen, dass das Fahrzeug in einem Elektrofahrzeug-(EV)-Zustand oder -Betriebsmodus vorangetrieben werden kann. Als ein Two-Mode-Hybrid weist das Fahrzeug 10 ein Paar unterschiedliche EV-Modi mit ausgeschalteter Maschine auf, die hierin der Klarheit wegen als EV1 und EV2 bezeichnet sind. Das Fahrzeug 10 weist auch ein Paar stufenlos verstellbare (EVT) Modi, d.h. EVT1 und EVT2, auf, wobei EVT1 einen höheren Drehzahlverhältnisbereich als EVT2 abdeckt. Zusätzlich umfasst das Fahrzeug 10 vier Festgangmodi, d.h. FG1, 2, 3 und 4, die erreicht werden, indem zwei Bereichskupplungen simultan gesperrt werden, wie es nachstehend angegeben ist. Der zweite feste Gang, FG2, ist bei dem Verhältnis von dem Synchronübergangspunkt zwischen EVT1 und EVT2 gelegen, und wird als ein dazwischen liegender oder vorübergehender Modus während eines EV-Übergangs verwendet, wie es nachstehend erläutert wird.
  • Modusschaltvorgänge oder -übergänge in oder aus den EV-Modi (EV1 oder EV2) in irgendeinen anderen Modus können durch ein Steuersystem 40 ermittelt werden, wobei der Übergang gemäß dem vorliegenden Verfahren 80, das unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, ausgeführt wird. Das Verfahren 80 kann durch zugehörige Hardware- und Software-Komponenten des Steuersystems 40 automatisch ausgeführt werden, um den vorliegenden Modus und den befohlenen Modus zu ermitteln, und um aus verschiedenen Übergangsverfahren 100-600 auszuwählen, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf die 3-8 erläutert ist. Das Steuersystem 40 steuert verschiedene Elemente des Fahrzeugs 10 durch unterschiedliche Drehzahl- und Drehmomentsteuerphasen. Wie es in der Technik verstanden wird, bringt eine Drehzahlsteuerphase das Steuern der Eingangsdrehzahl, z.B. von der Maschine 12, mit sich, bis eine Synchronisation über eine bezeichnete Kupplung hinweg erreicht ist. Die Drehmomentsteuerphase bringt eine Drehmomentübertragung von einer weggehenden Kupplung auf eine herankommende Kupplung mit sich, während eine Synchronisation der Kupplungen aufrecht erhalten wird.
  • Das Steuersystem 40 ist ausgestaltet, um das Verfahren 80 über einen Satz Steuersignale (Pfeil 42) selektiv auszuführen. Der Satz Steuersignale (Pfeil 42) stellt automatisierte Drehzahl- und Drehmomentsteuerbefehle während der Drehzahl- und Drehmomentsteuerphasen der Modusübergangssteuerung dar, die auf die verschiedenen Antriebsstrangkomponenten übertragen werden, die während eines besonderen Modusübergangs beeinflusst sind. Derartige Antriebsstrangkomponenten umfassen ein Getriebe 14, das hier zur Darstellungsklarheit in Hebeldiagrammform gezeigt ist. Eine mögliche Ausführungsform des Getriebes 14 umfasst einen jeweiligen ersten und zweiten Planetenradsatz 20 und 30. Der erste Planetenradsatz 20 kann drei Knoten 22, 24 und 26 aufweisen, wie es gezeigt ist. Gleichermaßen kann der zweite Planetenradsatz 30 drei Knoten 32, 34 und 36 aufweisen.
  • Das Getriebe 14 von 1 weist drei Bremskupplungen auf, die eine Eingangsbremse 11, eine erste Bremse 13 und eine zweite Bremse 21 umfassen. Die Eingangsbremse 11 kann eine aktiv betätigte Reibbremseneinrichtung sein oder sie kann alternativ als passiv betätigte Einwegkupplung 111 ausgestaltet sein, d.h. eine passive Freilaufeinrichtung, die Drehmoment in einer Richtung hält und in der anderen Richtung frei rotiert, wie es nachstehend beschrieben ist. Alle Bremskupplungen verbinden bezeichnete Elemente des Getriebes 14 selektiv mit einem feststehenden Element 25.
  • Das Getriebe 14 weist auch drei rotierende Kupplungen auf, d.h. eine erste, zweite und dritte Kupplung 15, 17 bzw. 19, wobei Kupplung 19 den Knoten 26 des ersten Planetenradsatzes 20 selektiv mit Knoten 36 des zweiten Planetenradsatzes 30 verbindet, wie es gezeigt ist. Die Eingangsbremse 11 bremst die Drehung der Maschine 12 an Knoten 24 des ersten Planetenradsatzes 20, wobei die Eingangsbremse die primäre Kupplung ist, die über das Verfahren 80 während des EV-Modusübergangs gesteuert wird.
  • Noch unter Bezugnahme auf 1 treiben ein erster und ein zweiter elektrischer Traktionsmotor 16 und 18 die Planetenradsätze 20 bzw. 30 während EV1 und EV2, sowie in zwei EVT-Modi mit eingeschalteter Maschine, d.h. EVT1 und EVT2, an. Wie es gezeigt ist, kann der erste Traktionsmotor 16 mit Knoten 26, z.B. einem Sonnenrad, verbunden sein, und der Traktionsmotor 18 kann mit Knoten 32 verbunden sein, der in der gleichen Ausführungsform auch ein Sonnenrad sein kann. Die Motoren 16, 18 können Mehrphasen-Hochspannungs- oder Permanentmagnet-Elektroarbeitsmaschinen mit Nennwerten von annähernd 60VDC bis 300VDC oder mehr abhängig von der Fahrzeugkonstruktion sein. Ein Getriebeausgangselement 38 ist mit Knoten 34 des zweiten Planetenradsatzes 30, z.B. einem Trägerelement, verbunden, wobei Ausgangsdrehmoment auf einen Satz Antriebsräder (nicht gezeigt) über das Ausgangselement übertragen wird. Der Pfeil von Ausgangselement 38 soll die Richtung des Ausgangsdrehmoments zu den Antriebsrädern des Fahrzeugs 10 angeben, wobei die Räder der Einfachheit halber aus 1 weggelassen sind.
  • Wie es oben angeführt wurde, kann das Fahrzeug 10 als ein Two-Mode-Hybridelektrofahrzeug mit zwei unterschiedlichen EV-Modi, oder EV1 und EV2, ausgestaltet sein. In EV1 wird bei ausgeschalteter/nicht mit Kraftstoff beaufschlagter Maschine 12 und bei vollständig eingerückter Eingangsbremse 11 eingetreten. Das Getriebe 14 befindet sich bei eingerückter Eingangsbremse 11 und zweiter Bremse 21 in einem ersten rein elektrischen Modus (EV1). Die erste Kupplung 15 wird in jedem EV-Modus angewandt. Bei eingerückter Eingangsbremse 11, die somit ausreichend Gegenwirkungsdrehmoment an dem ersten Planetenradsatz 20 liefert, können beide Traktionsmotoren 16 und 18 positiven Vortrieb oder negatives regeneratives Bremsdrehmoment wie notwendig liefern.
  • In EV2 bleibt die Maschine 12 aus und die Eingangsbremse 11 bleibt vollständig eingerückt. In diesem zweiten EV-Modus (EV2) ist die dritte Kupplung 19 eingerückt. Wie bei EV1 können beide Traktionsmotoren 16 und 18 positiven Vortrieb oder negatives regeneratives Bremsdrehmoment in EV2 liefern.
  • Das Steuersystem 40 von 1 kann einen oder mehrere digitale Computer umfassen, die als Host-Maschinen oder Server wirken, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, ausreichend Nurlesespeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltung und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (E/A) sowie eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung aufweisen. Das Steuersystem 40 kann jegliche erforderlichen Steuermodule oder Prozessoren umfassen, wie etwa, jedoch nicht darauf begrenzt, jegliche Prozessoren, die zur Motorsteuerung, Hybridsteuerung auf oberstem Niveau, Maschinensteuerung, Bremssteuerung usw. erforderlich sind.
  • Jeder Satz Algorithmen oder Code, der sich in dem Steuersystem 40 befindet oder leicht dadurch zugänglich ist, einschließlich jegliche Algorithmen oder Computercode, die/der zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens 80 und jeglicher der Modusübergangsverfahren 100-600 notwendig sind/ist, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf die 2-8 erläutert ist, kann in nicht vorübergehendem oder greifbarem Speicher als ein Satz durch einen Computer ausführbare Anweisungen oder Code gespeichert sein und wie von der Host-Maschine oder anderen Hardware-Komponenten des Steuersystems 40 notwendig ausgeführt werden, um die jeweilige Funktionalität eines jeden residenten Steuermoduls zur Verfügung zu stellen.
  • Unter Bezugnahme auf 2 schreitet das vorliegende Verfahren 80 in ein paar breiten Schritten fort, um in Schritt 82 die Fahrzeugbetriebswerte, die zum Identifizieren des vorliegenden Betriebsmodus notwendig sind, den angeforderten Betriebsmodus und das erforderliche Übergangsverfahren zum Erreichen des angeforderten Betriebsmodus zu ermitteln. Schritt 82 kann umfassen, dass die vorliegende Fahrzeuggeschwindigkeit, z.B. unter Verwendung von Raddrehzahl- oder Getriebeausgangsdrehzahlsensoren (nicht gezeigt), ermittelt wird, und/oder indem das angeforderte Ausgangsdrehmoment berechnet wird, indem eine Fahrereingabe, wie etwa Drosselklappenniveau, Bremssignale usw., verarbeitet wird. Sobald die erforderlichen Fahrzeugbetriebswerte ermittelt worden sind, schreitet Verfahren 80 zu Schritt 84 fort.
  • Bei Schritt 84 ermittelt das Steuersystem 40 den vorliegenden Getriebebetriebsmodus, d.h. den Modus oder Zustand des Getriebes 14, der unter Verwendung irgendeines geeigneten Mittels bewerkstelligt werden kann. Zum Beispiel kann sich das Steuersystem 40 auf einen Hybridsteuerprozessor, Motorsteuerprozessor, und/oder irgendwelche anderen Fahrzeugsteuermodule beziehen, ob sie sich nun in dem Steuersystem 40 befinden oder separat davon sind, um den vorliegende Getriebebetriebsmodus zu ermitteln. Sobald er ermittelt worden ist, schreitet das Verfahren 80 zu Schritt 86 fort.
  • Bei Schritt 86 verarbeitet das Steuersystem 40 die Informationen von den Schritten 82 und 84 und wählt einen angeforderten Getriebebetriebsmodus aus. Dies ist der Modus, in den das Steuersystem 40 bei Schritt 88 übergehen wird. Bei Schritt 86 wählt das Steuersystem 40 eine Unterroutine oder ein Zustandsübergangsverfahren aus den verschiedenen nachstehend beschriebenen Verfahren 100-600 aus und schreitet zu Schritt 88 fort.
  • Bei Schritt 88 führt das Steuersystem 40 das ausgewählte Zustandsübergangsverfahren von Schritt 86 aus und kehrt dann zu Schritt 82 zurück. Jeder der Zustands- oder EV-Modusübergänge wird nun unter Bezugnahme auf die 3-8 beschrieben.
  • Nun unter Bezugnahme auf 3 ist ein Verfahren 100 zum Ausführen eines ersten EV-Modusübergangs vorgesehen, der ein EV-in-EV-Zustandsübergang ist, in welchem das Steuersystem 40 von EV1 in EV2 übergeht. Zum Beispiel kann ein derartiger Übergang in dem Fahrzeug 10 von 1 bei annähernd 0,15 g Beschleunigung und einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 25 mph/40 km/h auftreten. Dieser besondere EV-Modusübergang schreitet in acht Stufen fort und kann unter Bezugnahme auf die in 1 gezeigte Struktur erläutert werden.
  • Beginnend bei Schritt 102 umfasst Stufe 1, dass das Steuersystem 40 verwendet wird, um das Ausgangsdrehmoment von dem Traktionsmotor 16 auf Null abnehmen zu lassen und dann die Eingangskupplung 11 zu entlasten. Schritt 102 kann umfassen, dass eine kalibrierte Rampenverringerungsrate auf den Traktionsmotor 16 angewandt wird, bis das Ausgangsdrehmoment von dem Motor 16 geringer als ein kalibrierter Schwellenwert, z.B. annähernd 0,5 Nm in einer möglichen Ausführungsform, ist. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 104 fort, wenn das Ausgangsdrehmoment unter den kalibrierten Schwellenwert abfällt.
  • Bei Schritt 104, oder Stufe 2, wird die Eingangsbremse 11 gelöst oder ausgerückt. Das Fahrzeug 10 ist nun in einem Zustand, in welchem die Maschine 12 ausgeschaltet und nicht mit Kraftstoff beaufschlagt ist und der Traktionsmotor 16 durch seine Drehmomentsteuerphase arbeitet. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 106 fort.
  • Bei Schritt 106, oder Stufe 3, synchronisiert das Steuersystem 40 die Drehzahl des Motors 16 auf Null. Dies kann das Synchronisieren der dritten Kupplung 19 mit sich bringen, bis die Schlupfdrehzahl über die dritte Kupplung hinweg annähernd Null beträgt, d.h. geringer als eine kalibrierte untere Schlupfdrehzahlgrenze ist. Das Getriebe 14 ist in dem EVT1-Zustand, und die Maschine 12 wird während der Drehzahlphase des Synchronisierens der Drehzahl des Traktionsmotors 16 auf Null gestartet, aber nicht mit Kraftstoff beaufschlagt. Das Verfahren 100 schreitet zu Schritt 108 fort, sobald das Getriebe 14 in EVT1 ist.
  • Bei Schritt 108, oder Stufe 4, rückt das Steuersystem 40 die dritte Kupplung 19 ein, um das Getriebe 14 in einen vorbestimmten Festgangmodus, z.B. den zweiten Gang oder FG2, zu versetzen. Dieser Modus bildet einen vorübergehenden Gangzustand für den EV-Modusübergang. Bei vollständig eingerückter dritter Kupplung 19 schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 110 fort.
  • Bei Schritt 110, oder Stufe 5, wird die zweite Bremse 21 gelöst und entlastet unter Verwendung von Drehmoment von dem Traktionsmotor 16 . Bei ausgerückter zweiter Bremse 21 und eingerückter dritter Kupplung 19 wird die Drehzahlsteuerphase an dem Traktionsmotor 16 und dem Traktionsmotor 18 ausgeführt. Wenn dies im Gange ist, schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 112 fort.
  • Bei Schritt 112, oder Stufe 6, ist das Getriebe 14 in einem zusätzlichen Betriebsmodus mit eingeschalteter Maschine, EVT2, bei einer gewünschten Maschinendrehzahl. Die Maschinendrehzahl und Getriebeeingangsdrehzahl werden anschließend unter Verwendung eines kalibrierten Drehzahlprofils für die Eingangsbremse 11 auf Null synchronisiert, wodurch die Anfangs- und Endbeschleunigung gesteuert werden. Der Absolutwert jedes Kupplungsschlupfes über die Eingangsbremse 11 hinweg kann unter einer unteren Schwellenschlupfgrenze, z.B. unter annähernd 20 U/min in einer möglichen Ausführungsform, gehalten werden.
  • Bei Schritt 114, oder Stufe 7, und nach dem Synchronisieren der Maschinen- und Getriebeeingangsdrehzahl auf Null bei Schritt 112 wird die Eingangsbremse 11 wieder eingerückt. Die Drehzahl und Beschleunigung des Traktionsmotors 16 können automatisch gesteuert werden, wobei eine Kompensation für Trägheitsmoment wie notwendig durch den anderen Motor, d.h. Traktionsmotor 18, vorgesehen ist. Bei vollständig eingerückter Eingangsbremse 11 schreitet das Verfahren 100 zu Schritt 116 fort.
  • Bei Schritt 116 wird das Motordrehmoment von Traktionsmotoren 16 und 18 wie notwendig verändert, um das erforderliche Motorausgangsdrehmoment bereitzustellen. Das Getriebe 14 ist nun in EV2, und das Verfahren 100 wird beendet.
  • Als eine Zusammenfassung des EV-Übergangs von Verfahren 100, das oben umrissen wurde, fährt das Fahrzeug 10 anfänglich mit einer niedrigen Geschwindigkeit in EV1. Um in den gewünschten EV2-Zustand zu schalten, wird die Eingangsbremse 11 zunächst in einen ersten vorübergehenden Zustand gelöst. Die Maschinendrehzahl wird daraufhin durch diesen ersten vorübergehenden Zustand erhöht, um einen EVT-Zustand mit eingeschalteter Maschine, d.h. EVT1, mit einer optimalen Maschinendrehzahl zu erreichen. Danach geht das Getriebe 14 durch Übergang durch mehrere Drehmoment- und Drehzahlsteuerphasen durch den vorbestimmten Festgangzustand, wie FG2, über und erreicht einen zusätzlichen Betriebszustand mit eingeschalteter Maschine, oder EVT2, mit einer gewünschten Maschinendrehzahl.
  • Die Maschine 12 wird dann auf Null verringert, und die Eingangsbremse 11 wird eingerückt, wenn Schlupf über die Bremse hinweg nahe bei Null liegt. Während dieses gesamten EV1-in-EV2-Modusübergangs verändert sich die Maschinendrehzahl von Null auf eine synchrone FG2-Drehzahl und dann zurück auf Null, und die Maschine wird nicht mit Kraftstoff beaufschlagt (d.h. ist aus, jedoch möglicherweise rotierend). Das Verfahren 100 schreitet wie oben erläutert fort, es sei denn, ein Schaltabbruch wird während des Modusübergangs infolge einer durch eine fahrerdrehmomentinduzierte Maschineneinschalt- oder einer anderen Maschinen-autostartbedingung, z.B. einen niedrigen Batterieladezustand oder eine hohe Motortemperatur, befohlen.
  • Nun unter Bezugnahme auf 4 wird der Rückwärtsübergang über Verfahren 200 erläutert, d.h. einen EV-Modusübergang, der sich aus EV2 zurück zu EV1 bewegt. Bei Schritt 202, oder Stufe 1, wird die Eingangsbremse 11 mit einer kalibrierten Rampenrate entlastet, und bei Schritt 204 (Stufe 2) wird die Eingangsbremse gelöst. Die Maschinendrehzahl liegt während des Lösens der Eingangsbremse 11 bei Null. Bei ausgerückter Eingangsbremse 11 schreitet das Verfahren 200 zu Schritt 206 fort.
  • Bei Schritt 206, oder Stufe 3, wird die Drehzahl des Traktionsmotors 16 auf Null synchronisiert, d.h. der Schlupf über die zweite Kupplung 17 hinweg wird unter einen Schwellenwert gesteuert. Bei Schritt 208, oder Stufe 4, wird die zweite Kupplung 17 eingerückt. Das Verfahren 200 schreitet zu Schritt 210 fort.
  • Schritt 210, oder Stufe 5, umfasst das Lösen der dritten Kupplung 19, und Schritt 212 (Stufe 6) umfasst das Steuern der Maschinendrehzahl auf Null, d.h. bis der Schlupf über die Eingangsbremse 11 hinweg geringer als eine kalibrierte untere Grenze ist. Bei Schritt 214, oder Stufe 7, wird das Drehmoment des Traktionsmotors 16 auf Null verringert und die Eingangsbremse 11 wird wieder eingerückt. Ausgangsdrehmoment kann unter Verwendung von Ausgangsdrehmoment von dem Traktionsmotor 18 bei entlasteter Eingangsbremse 11 aufrecht erhalten werden. Das Getriebe 14 ist nun im ersten EV-Modus (EV1), und das Verfahren 200 wird beendet.
  • Nun unter Bezugnahme auf 5 ist ein anderer EV-Modusübergang, der von dem Steuersystem 40 gemäß dem vorliegenden Verfahren 80 (siehe 2) wählbar ist, ein Modusschalten oder -übergang aus dem zweiten EV-Modus (EV2) in den zweiten EVT-Modus (EVT2), d.h. Verfahren 300. Dies tritt mit einem Maschinenstartereignis oberhalb einer Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit oder einer anderen Maschinen-Autostartbedingung, z.B. ein fahrerdrehmomentinduziertes Ereignis, einen niedrigen Batterieladezustand oder eine hohe Motortemperatur, während der Arbeit in EV2 auf.
  • Beginnend mit Schritt 302, und während der Arbeit in EV2, wird die Eingangsbremse 11 zunächst mit einer kalibrierten Rampenrate entlastet und das Drehmoment des Traktionsmotors 16 wird auf Null verringert. Das Verfahren 300 schreitet zu Schritt 304 fort, bei dem die Eingangsbremse 11 gelöst wird, wenn die Maschinendrehzahl annähernd Null beträgt. Bei Schritt 306 wird dann die Maschine 12 auf eine kalibrierte Kraftstoffbeaufschlagungsdrehzahl angedreht, und anschließend wird die Maschine mit Kraftstoff beaufschlagt und gezündet. Das Verfahren 300 schreitet dann zu Schritt 308 fort, bei dem das Getriebe 14 nun in EVT2 ist, wobei das Maschinendrehmoment/die Maschinendrehzahl auf gewünschte Werte unter Verwendung des Steuersystems 40 gesteuert wird. Das Verfahren 300 wird beendet.
  • Nun unter Bezugnahme auf 6 kann ein Modusübergang eines Schaltens aus EVT2 zurück in EV2 über Verfahren 400 erreicht werden. Bei Schritt 402 wird das Maschinendrehmoment auf Null verringert, während die Maschinendrehzahl durch die Drehzahlphase in Richtung Null gesteuert wird. Bei Schritt 404 wird die Kraftstoffbeaufschlagung der Maschine ausgeschaltet, wenn die Maschinendrehzahl unter einer kalibrierten Kraftstoffbeaufschlagungsdrehzahl liegt. Der Drehmomentausgang der Traktionsmotoren 16 und/oder 18 wird durch das Steuersystem 40, z.B. über Motorsteuerprozessoren davon, eingestellt, um das Ausgangsdrehmoment auf einem gewünschten Niveau zu halten. Schlupf über die Eingangsbremse 11 hinweg wird dann gesteuert, bis er kleiner als eine kalibrierte Schlupfgrenze ist, und das Verfahren 400 schreitet zu Schritt 406 fort. Bei Schritt 406 wird die Eingangsbremse 11 vollständig eingerückt. Das Getriebe 14 ist dann in dem zweiten EV-Modus, d.h. EV2. Das Verfahren 400 wird beendet, sobald EV2 erreicht ist.
  • Nun unter Bezugnahme auf 7 ist ein anderer EV-Modusübergang ein Übergang aus EV1 in EVT1, d.h. ein Maschinenstartereignis, das auftritt, wenn das Fahrzeug 10 in EV1 arbeitet. Dies kann über Verfahren 500 erreicht werden. Bei Schritt 502 von Verfahren 500 wird Drehmoment von dem Traktionsmotor 16 auf Null verringert, und die Eingangsbremse 11 wird entlastet. Das Verfahren 500 schreitet zu Schritt 504 fort, bei dem die Eingangsbremse 11 gelöst wird. Die Maschinendrehzahl ist bei Null, wenn dies auftritt. Bei Schritt 506 wird die Maschine 12 auf eine kalibrierte Kraftstoffbeaufschlagungsdrehzahl angedreht, und das Verfahren 500 schreitet zu Schritt 508 fort. Bei Schritt 508 wird die Maschine 12 mit Kraftstoff beaufschlagt und gezündet, und das Maschinendrehmoment/ die Maschinendrehzahl wird auf den gewünschten Wert gesteuert. Das Getriebe 14 ist nun im ersten EV-Modus, d.h. EV1, und das Verfahren 500 wird beendet.
  • Unter Bezugnahme auf 8 ist ein anderer EV-Modusübergang, der über das Verfahren 80 von 2 steuerbar ist, ein Übergang von EVT1 zurück zu EV1, d.h. die Ausführung eines Maschinenstoppereignisses, während Fahrzeug 10 in EVT1 arbeitet. Dies kann über Verfahren 600 erreicht werden. Bei Schritt 602 wird die Drehzahl des Traktionsmotors 16 auf Null verringert, während die Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 12 unterbrochen ist. Das Verfahren 600 schreitet anschließend zu Schritt 604 fort. Bei Schritt 604 wird Drehmoment von den Traktionsmotoren 16 und 18 gesteuert, um den Ausgang von den Motoren auf einem gewünschten Niveau zu halten. Schlupf über die Eingangsbremse 11 hinweg ist geringer als ein Schwellenwert. Sobald dies erreicht ist, schreitet das Verfahren 600 zu Schritt 606 fort, bei dem die Eingangsbremse 11 wieder eingerückt wird. Das Getriebe 14 ist nun in EV1, und das Verfahren 600 wird beendet.
  • Wieder unter Bezugnahme auf 1 kann die optionale Einwegkupplung 111 anstelle der Eingangsbremse 11 wie oben angeführt mit einer gewissen geringfügigen Abwandlung der Art und Weise ihrer Verwendung verwendet werden. Während der Drehmomentphase der Kupplungsentlastung wird Drehmoment von dem Traktionsmotor 16 auf Null verringert, und die Einwegkupplung 111 wird automatisch entlastet. Die Eingangsbremse 11 erfordert im Gegensatz dazu eine Steuerungstätigkeit an dem Teil des Steuersystems 40. Danach wird die Maschine 12 auf eine gewünschte Drehzahl durch die Drehzahlphase unter Verwendung beider Traktionsmotoren 16 und 18 gesteuert.
  • Vor der Drehmomentphase der Belastung der Einwegkupplung 111 wird der Schlupf über die Einwegkupplung hinweg durch die Drehzahlphase der Steuerung durch beide Motoren 16 und 18 nahe zu Null gebracht. Anschließend wird während der Drehmomentphase der Belastungserhöhung der Einwegkupplung 111 der Traktionsmotor 16 in EVT1 oder der Traktionsmotor 18 in EVT2 allmählich das Eingangsdrehmoment umkehren, um die Einwegkupplung 111 automatisch zu belasten.
  • Unter Verwendung des Steuersystems 40 zum Steuern der Eingangskupplung 11 während der EV-Modusübergänge wie oben dargelegt wird ein Two-Mode-EV-Vortrieb mit gesteigerten EV-Antriebsfähigkeiten ermöglicht. Eine elektromotorunterstütze, synchrone Modusübergangssteuerung zwischen zwei EV-Modi, d.h. EV1 und EV2, wird ermöglicht, indem mehrere Drehmoment- und Drehzahlphasen mit einer Motorentlastung der verschiedenen Kupplungen während der Drehmomentphasen und einer motorunterstützten Synchronisation während der verschiedenen Drehzahlphasen der Steuerung durchlaufen werden. Während der Drehmomentphase wird Kupplungsschlupfenergie nahe bei Null erzeugt, wobei der Kupplungsschlupf mit Null-Schlupf die Schaltqualität verbessert. Die Übergänge aus EV1 in EV2, EV2 in EV1, EV1 in EVT1, EVT1 in EV1, EV2 in EVT2 und EVT2 in EV2 werden somit vollständig ermöglicht.
  • Zusätzlich ist das Steuersystem 40 ausgestaltet, um den EV-Modusübergang in Ansprechen auf eine Schwellenbedingung automatisch abzubrechen. Derartige Bedingungen können umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, ein Schwellenwertanforderungs-Ausgangsdrehmoment oder eine Maschinenautostartbedingung, wie etwa ein niedriger Batterieladezustand oder eine hohe Motortemperatur. Das Steuersystem 40 ist ferner ausgestaltet, um automatisch in einen befohlenen Bereichszustand mit eingeschalteter Maschine oder ausgeschalteter Maschine überzugehen, nachdem der EV-Modusübergang abgebrochen ist. D.h. obwohl bestimmte Übergänge, wie etwa ein EV1-in-EV2-Übergang, relativ komplex sind, lassen die vorliegende Schaltausführungslogik des Verfahrens 80 und seine Bestandteilverfahren 100 und 200 zu, dass der Modusübergang in jedem Moment während des Übergangs in Ansprechen auf sich ändernde Bedingungen abgebrochen werden kann. Das Steuersystem 40 kann in jeden möglichen Bereichszustand mit eingeschalteter Maschine oder ausgeschalteter Maschine, der durch irgendwelche Leistungsmanagement-Optimierungsalgorithmen des Steuersystems 40 angefordert wird und/ oder wie es durch irgendeine Schaltablaufsteuerungslogik befohlen wird, übergehen.
  • Wie oben angeführt ist das EV1-in-EV2-Schalten relativ lang und komplex, und kann nur mit geeigneten Schaltabbruchstrategien implementiert werden, die ausgestaltet sind, um mit sich drastisch ändernden Ausgangsdrehmomentanforderungen in der Mitte des EV-Modusübergangs umzugehen. Es ist anzumerken, dass in EV1 ein gewünschter Übergang in EV2 ein Lösen der Eingangsbremse 11 erfordert, wobei die Maschine 12 startet, um nach dem Lösen hochzudrehen. Wenn ein Fahrer dann entscheidet, in einen Zustand mit hohem Drehmoment überzugehen, der die Verwendung der Maschine 12 erfordert, ist die Eingangsbremse 11 in der ersten Drehmomentphase bereits gelöst worden. Von diesem Punkt an kann das Steuersystem 40 jeden gewünschten EVT-Zustand oder Festgangzustand erreichen.

Claims (7)

  1. Fahrzeug (10), umfassend: eine Maschine (12); eine Eingangsbremse (11) zum Festlegen der Maschine (12); einen ersten und zweiten elektrischen Traktionsmotor (16, 18); ein Getriebe (14) mit einem Ausgangselement (38), das über die Traktionsmotoren (16, 18) in einem ersten und einem zweiten rein elektrischen (EV) Betriebsmodus (EV1, EV2) angetrieben ist; und ein Steuersystem (40), das ausgestaltet ist, um einen EV-Betriebsmodusübergang zu optimieren, indem die Eingangsbremse und der erste und zweite Traktionsmotor gesteuert werden, wobei das Steuersystem ausgestaltet ist, um: einen Satz Fahrzeugbetriebswerte vor dem EV-Betriebsmodusübergang unter Verwendung des Steuersystems zu ermitteln; die Fahrzeugbetriebswerte zu verarbeiten, um dadurch zu identifizieren, wann der EV-Betriebsmodusübergang bevorsteht; und einen Übergang in oder aus dem ersten oder zweiten EV-Betriebsmodus (EV1, EV2) als den EV-Betriebsmodusübergang auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem EV-Betriebsmodusübergang aus dem ersten EV-Betriebsmodus (EV1) in den zweiten EV-Betriebsmodus (EV2) das Steuersystem (40) ausgestaltet ist, um zwischen dem ersten und zweiten EV-Betriebsmodus (EV1, EV2) unter Verwendung mehrerer Drehzahl- und Drehmomentsteuerphasen überzugehen, um dadurch in mehrere dazwischen liegende Nicht-EV-Betriebsmodi (EVT1, EVT2, FG1) einzutreten, wobei die mehreren dazwischen liegenden Nicht-EV-Betriebsmodi ein Paar elektrisch verstellbare Getriebemodi (EVT1, EVT2) mit eingeschalteter Maschine (12) und einen Festgangmodus (FG1) umfassen, und indem die Eingangsbremse (11) selektiv eingerückt und ausgerückt wird und indem zumindest einer von dem ersten und dem zweiten Traktionsmotor (16, 18) verwendet wird, um während des EV-Betriebsmodusübergangs Schlupf über die Eingangsbremse (11) hinweg zu synchronisieren.
  2. Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (40) ferner ausgestaltet ist, um: eine Drehzahl des ersten Traktionsmotors (16) auf Null zu verringern; die Eingangsbremse (11) zu entlasten und zu lösen; die Drehzahl des ersten Traktionsmotors (16) mit einer Ausgangsdrehzahl einer rotierenden Kupplung (19) zu synchronisieren, die zwischen einem ersten und einem zweiten Planetenradsatz (20, 30) des Getriebes (14) angeordnet ist, wobei eine zusätzliche Bremse (21) den zweiten Planetenradsatz (30) mit einem feststehenden Element verbindet; die rotierende Kupplung (19) einzurücken, um ein Element (26) des ersten Planetenradsatzes (20) mit einem Element (36) des zweiten Planetenradsatzes (30) zu verbinden; die zusätzliche Bremse (21) zu lösen, um dadurch das Element (36) des zweiten Zahnradsatzes (30) von dem feststehenden Element zu trennen; die Maschinendrehzahl mit einer Ausgangsdrehzahl der Eingangsbremse (11) zu synchronisieren; und die Eingangsbremse (11) einzurücken.
  3. Fahrzeug (10) nach Anspruch 2, wobei das Steuersystem (40) das Ausgangsdrehmoment von einem jeden von dem ersten und zweiten Traktionsmotor (16, 18) automatisch steuert, um ein Schwellenwert-Ausgangsdrehmoment zu erreichen.
  4. Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei die Eingangsbremse (11) eine von einer aktiv betätigten Reibkupplung und einer passiv betätigten Einwegkupplung ist.
  5. Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (40) ferner ausgestaltet ist, um: die Eingangsbremse (11) zu lösen, wenn die Maschinendrehzahl Null ist; die Maschine (12) auf eine Schwellenwert-Kraftstoffbeaufschlagungsdrehzahl anzudrehen; und als den EV-Betriebsmodusübergang die Maschinendrehzahl und das Maschinendrehmoment unter Verwendung des Steuersystems (40) zu steuern, um dadurch einen elektrisch verstellbaren Getriebemodus (EVT1, EVT2) mit eingeschalteter Maschine (11) aus einem der EV-Betriebsmodi (EV1, EV2) zu erreichen.
  6. Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (40) ferner ausgestaltet ist, um den EV-Betriebsmodusübergang in Ansprechen auf eine Schwellenbedingung automatisch abzubrechen.
  7. Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuersystem (40) ferner ausgestaltet ist, um automatisch in einen befohlenen Bereichszustand mit eingeschalteter Maschine (11) oder ausgeschalteter Maschine (11) überzugehen, nachdem der EV-Betriebsmodusübergang abgebrochen ist.
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