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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung einer Brennkraftmaschinenstabilität für ein Hybridelektrofahrzeug.
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HINTERGRUND
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Die Antriebsräder eines Fahrzeugs können während bestimmter Fahrzeugmanöver blockieren, beispielsweise dann, wenn ein hartes Bremsmanöver auf einer Oberfläche mit geringer Reibung ausgeführt wird. Dies kann wiederum eine Zustandsaktivierung in einem Controller für ein Antiblockiersystem (ABS-Controller) auslösen. Um das Blockieren der Antriebsräder aufzuheben, weist der aktive ABS-Controller automatisch einen Satz von Hochfrequenz-Bremsdruckoszillationen an.
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In der
DE 10 2005 002 993 A1 sind ein Hybridelektrofahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und Traktionsmotoren sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Fahrzeugs beschrieben, bei denen das Übertragen eines Reaktionsdrehmoments, das an den Rädern des Fahrzeugs erzeugt wird, über den Antriebsstrang auf die Brennkraftmaschine und die Traktionsmotoren mittels einer Rutschkupplung verhindert wird.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Hybridelektrofahrzeug und ein Verfahren zum Steuern eines solchen zu schaffen, bei denen die Stabilität einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs auch bei schnellen Änderungen einer Last an einem Antriebsstrang des Fahrzeugs sichergestellt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Hierin wird ein Verfahren zur Verwendung an Bord eines Hybridelektrofahrzeugs offenbart, das ein Steuersystem, einen Traktionsmotor und eine Brennkraftmaschine aufweist. Die Antriebswelle der Brennkraftmaschine kann sich während bestimmter Fahrzeugmanöver in Rückwärtsrichtung drehen. Das vorliegende Verfahren umfasst daher, dass ein Aktivierungssignal während eines vorbestimmten Fahrzeugmanövers automatisch erzeugt wird, und insbesondere während eines harten Bremsmanövers auf einer Oberfläche mit einem niedrigen Schwellenwert-Reibungskoeffizienten. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Optimalwert-Drehmoment von dem Traktionsmotor oder von mehreren Traktionsmotoren, wenn das Fahrzeug derart ausgebildet ist, in den Antriebsstrang eingespeist oder an diesen weitergeleitet wird. Das Optimalwert-Drehmoment wird in derselben Richtung wie das Brennkraftmaschinendrehmoment weitergeleitet, um zu verhindern, dass sich die Antriebswelle während des Manövers in Rückwärtsrichtung dreht.
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Ein Hybridelektrofahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine, die zum Ausgeben eines Brennkraftmaschinendrehmoments mittels einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, einen ersten und einen zweiten Traktionsmotor und ein Steuersystem. Das Steuersystem ist ausgebildet, um das vorbestimmte Fahrzeugmanöver, das vorstehend erwähnt wurde, zu detektieren und um ein Optimalwert-Drehmoment selektiv einzuspeisen, um zu verhindern, dass sich die Antriebswelle während des Manövers in Rückwärtsrichtung dreht.
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Ein Steuersystem für ein Hybridelektrofahrzeug umfasst zumindest ein Fahrzeugsteuermodul, das mit der Brennkraftmaschine und den Traktionsmotoren in Verbindung steht. Das Steuermodul wird verwendet, um das vorbestimmte Fahrzeugmanöver zu detektieren, um ein Aktivierungssignal in Ansprechen auf das detektierte vorbestimmte Fahrzeugmanöver zu erzeugen und um das Optimalwert-Drehmoment selektiv in den Antriebsstrang einzuspeisen, wie vorstehend erläutert wurde.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der besten Weisen zum Ausführen der Erfindung leicht offensichtlich, wenn sie mit den begleitenden Zeichnungen in Verbindung gebracht wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs mit einem verteilten Steuersystem, welches das vorliegende Steuerverfahren während eines Schwellenwert-Fahrzeugmanövers ausführt; und
- 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschinenstabilität an Bord des in 1 gezeigten Hybridelektrofahrzeugs während des Schwellenwert-Fahrzeugmanövers beschreibt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ein Hybridelektrofahrzeug 10 ist in 1 gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein verteiltes Steuersystem 50, das ausgebildet ist, um die Stabilität einer Brennkraftmaschine 12 während eines vorbestimmten Fahrzeugmanövers selektiv zu steuern. Das Steuersystem 50 erreicht dies, indem ein Verfahren 100 (siehe 2) mittels eines Satzes von Steuersignalen (Pfeil 40) ausgeführt wird. Das Steuersystem 50 führt das Verfahren 100 in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal (Pfeil 25) aus, welches das vorbestimmte Fahrzeugmanöver angibt, wie nachstehend im Detail erläutert wird. Die Steuersignale (Pfeil 40) werden durch verschiedene Teile des Steuersystems 50 automatisch erzeugt und/oder verarbeitet, und sie werden anschließend verwendet, um zu verhindern, dass während des Manövers eine Drehung der Brennkraftmaschine auftritt.
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Das vorbestimmte Fahrzeugmanöver kann als ein beliebiges Fahrzeugereignis verkörpert werden, das eine Aktivierung eines Controllers 21 für ein Antiblockiersystem (ABS-Controllers) auslöst oder das äquivalente ABS-Fähigkeiten auslöst, die in einem anderen Steuermodul vorhanden sind. Das vorbestimmte Fahrzeugmanöver kann ein hartes Bremsereignis umfassen, das auf einer Straßenoberfläche mit einem geringen Schwellenwert-Reibungskoeffizienten (µ) ausgeführt wird, d.h. auf einer Oberfläche mit geringem µ. Typische Oberflächen mit geringem µ umfassen nasse, vereiste, ölige oder mit Kieseln bedeckte Straßenoberflächen. Wenn ein hartes Bremsmanöver, z.B. ein kraftvolles Niederdrücken eines Bremspedals durch den Fahrer, auf einer Oberfläche ausgeführt wird, die glatt genug ist, um eine Aktivierung des ABS-Controllers 21 auszulösen, wird diese hierin als eine Schwellenwert-Oberfläche mit geringem µ angesehen. Das Steuersystem 50 spricht auf ein solches Manöver an, indem ein Optimalwert-Drehmoment von einem Traktionsmotor 16 und/oder 18 in der Richtung des Brennkraftmaschinendrehmoments in bzw. an den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingespeist bzw. weitergeleitet wird, um zu verhindern, dass eine Rückwärtsdrehung der Brennkraftmaschine auftritt, d.h. eine Rückwärtsdrehung einer Antriebswelle 15.
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Das Fahrzeug 10 umfasst eine Brennkraftmaschine 12, ein Getriebe 14 und die Traktionsmotoren 16 und 18, die als schnelle Aktuatoren arbeiten. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs können einen einzelnen Traktionsmotor verwenden. Das Getriebe 14 kann selektiv durch die Brennkraftmaschine 12, den Traktionsmotor 16, den Traktionsmotor 18 oder eine beliebige Kombination von diesen angetrieben werden, was von dem Getriebebetriebsmodus oder -zustand abhängt, wie er durch einen Schaltungssteueralgorithmus oder eine Schaltungssteuerlogik (nicht gezeigt) ermittelt wird. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Energiespeichersystem (ESS) 20, z.B. eine wiederaufladbare Batteriepackung, die mit den Traktionsmotoren 16 und 18 mittels eines Traktionsleistungs-Wandlermoduls (TPIM) 22 elektrisch verbunden ist. Das Getriebe 14 weist mehrere Betriebsmodi oder -zustände auf, jeder mit einem zugeordneten Antriebsstrang-Trägheitsniveau.
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Das ESS 20 kann während des Betriebs des Fahrzeugs 10 mittels des regenerativen Bremsens wieder aufgeladen werden, und es kann optional mittels einer Spannungsversorgung außerhalb des Fahrzeugs (nicht gezeigt) wieder aufgeladen werden, wenn das Fahrzeug nicht aktiv ist und als ein Hybridelektrofahrzeug mit Anschluss ausgebildet ist. Wie in der Technik verstanden wird, wandelt ein Leistungswandler eine elektrische Leistung von einem Wechselstrom (AC) in einen Gleichstrom (DC) und umgekehrt um, um die Verwendung von Permanentmagneten- oder Induktionseinrichtungen mit Mehrphasenwechselstrom zu ermöglichen, d.h. der Traktionsmotoren 16 und 18 mit einer Gleichstrombatterie, z.B. dem ESS 20.
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Das Steuersystem 50 wird an Bord des Fahrzeugs 10 verwendet, um die Steuerung über die Brennkraftmaschine 12, das Getriebe 14 und jeden der Traktionsmotoren 16 und 18 aufrecht zu erhalten. Die Steuersignale (Pfeil 40) werden an die betroffenen Fahrzeugsysteme übertragen, wenn dies erforderlich ist, z.B. mittels eines Controller-Area-Netzes (CAN), eines seriellen Busses, eines Datenrouters und/oder eines anderen geeigneten Mittels. Das Steuersystem 50 kann so viele verschiedene Fahrzeugsteuermodule aufweisen, wie erforderlich sind, um eine optimale Steuerung aufrecht zu erhalten, einschließlich des ABS-Controllers 21, eines Bremssteuermoduls (BCM) 24, von Motorsteuerprozessoren (MCP) 26 und 28, eines Hybridsteuermoduls (HCM) 30, eines Brennkraftmaschinen-Steuermoduls (ECM) 32 und eines Batterie- oder ESS-Steuermoduls 34. Der Einfachheit und Klarheit halber ist das Steuersystem 50 in 1 als eine einzelne Einrichtung dargestellt, obwohl separate Controller, entweder bzgl. der Funktionalität oder bzgl. der Struktur, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Die Hardwarekomponenten des verteilten Steuersystems 50 von Fig. 1 können einen oder mehrere Digitalcomputer oder Host-Maschinen aufweisen, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Schaltungen zur Analog-Digital-Umwandlung (A/D) und zur Digital-Analog-Umwandlung (D/A) und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen aufweisen. Jeder Satz von Algorithmen oder jeder Code, die in dem Steuersystem 50 resident sind oder für dieses leicht zugreifbar sind, einschließlich beliebiger Algorithmen oder eines beliebigen Computercodes, die zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens 100 erforderlich sind, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert wird, können in einem zugreifbaren/nicht flüchtigen computerlesbaren Speicher 36 gespeichert sein und durch eine Host-Maschine oder andere geeignete Hardwareteile des Steuersystems 50 ausgeführt werden, wie es erforderlich ist, um die offenbarte Funktionalität bereitzustellen.
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Das Fahrzeug 12 ist in der Lage, einen ausreichenden Betrag oder ein ausreichendes Niveau eines Brennkraftmaschinendrehmoments zum Drehen einer Antriebswelle 15 selektiv zu erzeugen. Eine Eingangsbaugruppe 11 kann verwendet werden, um die Brennkraftmaschine 12 mit einem Eingangselement 13 des Getriebes 14 zu verbinden. Die spezielle Ausbildung der Eingangsbaugruppe 11 kann mit der Fahrzeugkonstruktion variieren. Beispielsweise kann die Eingangsbaugruppe 11 eine Kupplungs- oder Dämpferbaugruppe sein, welche die Brennkraftmaschine 12 mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs selektiv verbindet und von diesem trennt, wie es erforderlich ist, oder sie kann eine erdende Kupplung oder Bremse sein, welche die Antriebswelle 15 selektiv bremst, wenn die Brennkraftmaschine nicht läuft.
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Jeder der Traktionsmotoren 16 und 18 weist eine entsprechende Motorausgangswelle 17 und 19 auf. Daher kann das Eingangsdrehmoment des Getriebes 14 durch die Brennkraftmaschine 12 als ein Brennkraftmaschinendrehmoment und/oder durch die Traktionsmotoren 16, 18 als ein Motordrehmoment erzeugt und geliefert werden. Ein Ausgangsdrehmoment von dem Getriebe 14 kann mittels eines Ausgangselements 23 an einen Satz von Antriebsrädern 39 geliefert werden. Die tatsächliche Ausbildung des Getriebes 14 kann in Abhängigkeit von der Konstruktion des Fahrzeugs 10 variieren, und sie kann einen oder mehrere Planetenradsätze, ein elektrisch variables Getriebe, rotierende Kupplungen, bremsende Kupplungen, hydraulische oder elektromechanische Aktivierungskomponenten usw. umfassen.
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Wie vorstehend angemerkt wurde, ist das in 1 gezeigte verteilte Steuersystem 50 ausgebildet, um das vorliegende Verfahren 100 (siehe 2) auszuführen, um eine Brennkraftmaschinenstabilität bei niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahlen während eines Schwellenwert-Fahrzeugmanövers zu optimieren, z.B. bei einem Manöver, bei dem der ABS-Controller 21 in einen aktiven Zustand eintritt. Ein solches Manöver kann als ein hartes Bremsmanöver auf einer Oberfläche mit niedrigem µ, wie es vorstehend erläutert wurde, als ein Blockieren eines Rades beim Auftreffen auf ein Hindernis, wie beispielsweise ein Schlagloch, oder als ein beliebiges anderes Ereignis verkörpert sein, bei dem der ABS-Controller 21 aktiv wird. Dies führt wiederum zu der Erzeugung des Aktivierungssignals (Pfeil 25), ganz gleich, ob durch den ABS-Controller 21 oder durch ein anderes Steuermodul.
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Die Hauptkomponenten eines typischen ABS-Systems umfassen einen Raddrehzahlsensor 54, der in enger Nachbarschaft zu jedem Antriebsrad 39 positioniert ist, und beliebige erforderliche hydraulische, elektrische und/oder elektromechanische Bremskomponenten 48. Bei einer möglichen Ausführungsform können die Bremskomponenten 48 Bremsscheiben, Bremszangen, Bremstrommeln, Bremskissen, Bremsrotoren usw. umfassen, wie in der Technik verstanden wird, wie auch beliebige Fluid- oder elektromechanische Aktivierungseinrichtungen. Die Raddrehzahlsensoren 54 liefern gemeinsam Raddrehzahlsignale (Pfeil 52) an das BCM 24. Wenn sich ein beliebiges der Antriebsräder 39 einem blockierten Zustand nähert, werden die Bremskomponenten 48 automatisch gesteuert, um den Bremsdruck einzeln zu modulieren, der auf jedes Rad ausgeübt wird, wodurch verhindert wird, dass die Räder blockieren, oder abgesehen davon das Blockieren eines beliebigen blockierten Rades anschließend aufgehoben wird.
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Das verteilte Steuersystem 50, das in 1 gezeigt ist, kann auch verschiedene andere Eingabesignale empfangen und verarbeiten, einschließlich des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 12, des Motordrehmoments, der Drehmomentrichtung und der Drehzahl der Traktionsmotoren 16 und 18, der Drossel- oder Gaspedalposition, usw., ohne auf diese beschränkt zu sein. Das Steuersystem 50 und insbesondere das HCM 30 erreichen anschließend ein Ziel-Übersetzungsverhältnis oder einen Ziel-Getriebebetriebsmodus oder -zustand auf die effizienteste Weise, indem die Brennkraftmaschinendrehzahl und die Motordrehzahlen auf eine Weise abgestimmt werden, die von der gegenwärtigen Getriebebetriebsstrategie abhängt.
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Unter Bezugnahme auf 2 kann das vorliegende Verfahren 100 durch das Steuersystem 50 von 1 ausgeführt werden, um den Zustand zu behandeln, bei dem das vorbestimmte Fahrzeugmanöver bewirkt, dass die Räder 39 blockieren, was wiederum den ABS-Controller 21 aktivieren kann. Die schwere Motorträgheit verkompliziert die Fähigkeit beliebiger zu dem ABS gehörender Teile des verteilten Steuersystems 50, das Blockieren der Räder 39 aufzuheben. Zusätzlich besteht bei bestimmten Getriebebetriebsmodi bei niedrigen Drehzahlen eine Möglichkeit, dass sich die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 12 dann, wenn ein vorbestimmtes Fahrzeugmanöver ausgeführt wird, zumindest vorübergehend in Rückwärtsrichtung drehen oder rotieren wird. Das vorliegende Verfahren 100 wird daher durch das Steuersystem 50 ausgeführt, um eine solche Drehung der Brennkraftmaschine zu verhindern und die Brennkraftmaschine 12 dadurch während dieses Manövers zu schützen.
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Mit Schritt 102 beginnend und auf die Struktur des in 1 gezeigten und vorstehend erläuterten Fahrzeugs 10 Bezug nehmend, erfasst das Steuersystem 50 einen vorläufigen Satz von Fahrzeuginformationen. Schritt 102 kann umfassen, dass Bremssignale, die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Raddrehzahlen mittels des BCM 24 oder eines anderen geeigneten Moduls verarbeitet werden, dass ein Radschlupf mittels der Raddrehzahlsignale 52 berechnet wird, dass der Aktivierungszustand des ABS-Controllers 21 und die Getriebeausgangsdrehzahl ermittelt werden usw. Das Verfahren 100 schreitet anschließend zu Schritt 104 voran.
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Bei Schritt 104 ermittelt das Steuersystem 50, ob die bei Schritt 102 erfassten Informationen einem vorbestimmten Fahrzeugmanöver entsprechen oder nicht, wie beispielsweise einem harten Schwellenwert-Bremsmanöver, das auf einer Oberfläche mit niedrigem µ ausgeführt wird. Der Schritt 104 kann in dem BCN 24 oder in einem anderen beliebigen Steuermodul stattfinden, und er kann umfassen, dass die Informationen von Schritt 102 mit kalibrierten Schwellenwerten verglichen werden. Andere Faktoren, die bei Schritt 104 evaluiert werden könnten, umfassen eine schnelle Verlangsamung des Eingangselements 13 des Getriebes 14 in Verbindung mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder mit Raddrehzahlen, die innerhalb eines kalibrierten Bereichs relativ konstant bleiben oder die ansonsten nicht mit einer Rate abnehmen, die durch ein solches schnelles Abbremsen angezeigt werden würde.
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Wenn das vorbestimmte Fahrzeugmanöver bei Schritt 104 nicht detektiert wird, wiederholt das Verfahren 100 den Schritt 102. Ansonsten umfasst das Verfahren 100, dass die Ergebnisse von Schritt 104 von dem BCM 24 zu dem HCM 30 oder zu einem anderen Steuermodul, wenn dieses verwendet wird, über eine serielle Datenverbindung oder einen anderen geeigneten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationskanal weitergeleitet werden. Das Verfahren 100 schreitet anschließend zu Schritt 106 voran.
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Bei Schritt 106 berechnet das Steuersystem 50 einen geeigneten Betrag eines Optimalwert-Drehmoments für den Fahrzeug-Antriebsstrang und speist diesen unter Verwendung der Traktionsmotoren 16 und/oder 18 in der Richtung des Brennkraftmaschinendrehmoments ein. Da die Brennkraftmaschine 12 relativ zu der Betätigungsgeschwindigkeit der Traktionsmotoren 16 und 18 ein langsamer Aktuator ist, kann es eine beträchtliche Zeit dauern, um ein ausreichendes Brennkraftmaschinendrehmoment zu erzeugen. Ein schnelles Ereignis, wie beispielsweise eine Last an dem Antriebsstrang, der ein hartes Schwellenwert-Bremsereignis auf einer Oberfläche mit geringem µ folgt, könnte bewirken, dass sich die Brennkraftmaschine 12 rückwärts dreht, bevor sich die Brennkraftmaschine selbst schützen kann. Dies kann besonders problematisch sein, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet wird. Daher wird bei Schritt 106 ein Drehmoment in der Richtung des Brennkraftmaschinendrehmoments mittels der schnell betätigenden Traktionsmotoren 16 und/oder 18 in den Antriebsstrang eingespeist, um zu verhindern, dass sich die Brennkraftmaschine 12 rückwärts dreht, und um dadurch die Brennkraftmaschinenstabilität zu steuern.
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Der Betrag des Optimalwert-Drehmoments kann beispielweise auf eine Weise berechnet werden, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Brennkraftmaschinendrehzahl, dem Getriebebetriebsmodus oder -zustand usw. abhängt. Das Optimalwert-Drehmoment kann unter Verwendung von kalibrierten Verstärkungen oder mittels eines beliebigen anderen geeigneten Ansatzes berechnet werden. Das Verfahren 100 schreitet anschließend zu Schritt 108 voran.
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Bei Schritt 108 verifiziert das HCM 30, ob eine kalibrierte Dauer verstrichen ist. Wenn ja, wird das Optimalwert-Drehmoment abgeschaltet, und das Verfahren 100 wird beendet. Wenn nein, können die Schritte 106 bis 108 in einer geschlossenen Schleife wiederholt werden, bis die kalibrierte Dauer verstrichen ist.
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Obgleich die besten Weisen zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute, welche diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche auszuüben.
