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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Steuersysteme für Brennkraftmaschinen und Hybridantriebsstrangsysteme.
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HINTERGRUND
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Die Angaben in diesem Abschnitt liefern nur auf die vorliegende Offenbarung bezogene Hintergrundinformation und stellen möglicherweise keinen Stand der Technik dar.
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Bekannte Architekturen von Hybridantriebssträngen umfassen Drehmoment erzeugende Einrichtungen, die Brennkraftmaschinen und Drehmomentmaschinen ohne Verbrennung umfassen, z. B. Elektromaschinen, welche ein Traktionsdrehmoment vorzugsweise über eine Getriebeeinrichtung auf ein Ausgangselement übertragen können. Ein beispielhafter Hybridantriebsstrang umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und zusammengesetzter Leistungsverzweigung, das ein Eingangselement zum Aufnehmen des Traktionsdrehmoments von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, und ein Ausgangselement verwendet. Das Ausgangselement kann mit einem Endantrieb für ein Kraftfahrzeug funktional verbunden sein, um das Traktionsdrehmoment auf diesen zu übertragen. Die Elektromaschinen sind als Motoren oder Generatoren betreibbar, und sie können gesteuert werden, um Drehmomenteingaben für das Getriebe unabhängig von einer Drehmomenteingabe von der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Elektromaschinen können eine mechanische Leistung der Kraftmaschine und die kinetische Energie des Fahrzeugs, die durch den Endantrieb des Fahrzeugs übertragen wird, in elektrische Energie umwandeln, die in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung speicherbar ist. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingaben von dem Fahrzeug und dem Bediener und liefert eine Betriebssteuerung des Antriebsstrangs, die umfasst, dass ein Getriebe-Betriebsbereichszustand und eine Gangumschaltung gesteuert werden, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen gesteuert werden und dass der Austausch der elektrischen Leistung zwischen der elektrischen Energiespeichereinrichtung und der Elektromaschine geregelt wird, um Ausgaben des Getriebes zu steuern, einschließlich des Drehmoments und der Drehzahl.
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Bekannte Hybridantriebsstrangsysteme betreiben Elektromaschinen als Motoren, um Drehmomenteingaben zum Ankurbeln und Starten der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Dies umfasst, dass ein Brennkraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel und ein Autostartereignis während des laufenden Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Ein Kraftmaschinen-Startereignis mit Schüssel kann einen Kaltstart umfassen, bei dem sich die Brennkraftmaschine, die Elektromaschine und/oder die elektrische Energiespeichereinrichtung bei oder in der Nähe einer Umgebungstemperatur befinden.
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Die Leistungsgrenzen und die Möglichkeiten für den Fluss elektrischer Leistung bekannter elektrischer Energiespeichereinrichtungen sind bei niedrigen Umgebungstemperaturen eingeschränkt. Es ist bekannt, dass der Betrag des Drehmoments, der zum Ankurbeln und Starten einer Brennkraftmaschine erforderlich ist, bei niedrigeren Kraftmaschinen- und Umgebungstemperaturen zunimmt, wodurch die Kaltstartfähigkeit einer Brennkraftmaschine beeinträchtigt wird.
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Bekannte Brennkraftmaschinen umfassen Systeme zur direkten Kraftstoffeinspritzung, die Hochdruck-Kraftstoffsysteme aufweisen. Ein Hochdruck-Kraftstoffsystem kann bezüglich der Masse des unter Druck stehenden Kraftstoffs begrenzt sein, die unter Bedingungen mit niedriger Leistung und bei kalten Umgebungsbedingungen geliefert wird, einschließlich während Kraftmaschinen-Ankurbelereignissen. Die Kraftmaschinen- und Betriebsbedingungen können ausgedehnte Ankurbelzeiten erfordern, um einen ausreichenden Kraftstoffdruck zu erreichen, um die Kraftmaschine mit Kraftstoff zu versorgen. Bekannte Systeme zur direkten Kraftstoffeinspritzung können eine zweite Niederdruck-Kraftstoffpumpe verwenden, die während der Kaltstartereignisse der Kraftmaschine arbeitet, um einen ausreichenden Kraftstoffdruck zu erreichen, um die Kraftmaschine mit Kraftstoff zu versorgen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Hybridantriebsstrang umfasst eine elektrische Drehmomentmaschine, die mit einer Brennkraftmaschine mechanisch gekoppelt ist und mittels eines Gleichrichters/Wechselrichters mit einer Hochspannungsbatterie elektrisch gekoppelt ist. Ein Verfahren zum Starten der Brennkraftmaschine umfasst, dass ein Temperaturzustand des Hybridantriebsstrangs überwacht wird, dass eine Grenze für eine maximale Entladungsleistung der Hochspannungsbatterie ermittelt wird, die dem Temperaturzustand des Hybridantriebsstrangs entspricht, dass ein Kraftmaschinen-Schleppmoment geschätzt wird, das dem Temperaturzustand des Hybridantriebsstrangs zugeordnet ist, dass eine bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl ausgewählt wird, die dem geschätzten Kraftmaschinen-Schleppmoment zugeordnet ist und mit weniger als der Grenze für die maximale Entladungsleistung der Hochspannungsbatterie erreichbar ist, und dass die elektrische Drehmomentmaschine gesteuert wird, um einen Betrag einer Motordrehmomentausgabe zu erzeugen, der zum Ankurbeln der Brennkraftmaschine bei der bevorzugten Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl ausreichend ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
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1 ein Diagramm eines Fahrzeugs, das ein Hybridantriebsstrangsystem mit einer Kraftmaschine, einem Getriebe, einer Drehmomentmaschine und einem Endantrieb aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch zeigt;
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2 eine Drehzahl-/Drehmoment-Kalibrierung einer Kraftmaschine zum Ausführen eines Kraftmaschinenstarts in Ansprechen auf einen Kraftmaschinen-Startbefehl mit Schlüssel für ein Hybridantriebsstrangsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch zeigt; und
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3 in Flussdiagrammform ein Steuerschema zum Ausführen eines Kraftmaschinen-Startereignisses mit Schlüssel für ein Hybridantriebsstrangsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte zu dem Zweck dient, lediglich bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, zeigt 1 schematisch ein Fahrzeug 100, das ein Steuersystem 10, ein Hybridantriebsstrangsystem 20 und einen Endantrieb 60 aufweist. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in der Beschreibung auf gleiche Elemente. Das Hybridantriebsstrangsystem 20 umfasst eine Brennkraftmaschine 40, die nachstehend als Kraftmaschine 40 bezeichnet wird, und eine Drehmomentmaschine bzw. Drehmomentmaschinen 30, die mit einem Getriebe 35 mechanisch gekoppelt sind. Das Steuersystem 10 steht mittels beliebiger geeigneter Kommunikationseinrichtungen 92, die beispielsweise einen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus 18 umfassen, mit den Elementen des Hybridantriebsstrangs 20 in Verbindung. Die Kraftmaschine 40, die Drehmomentmaschine(n) 30, das Getriebe 35 und der Endantrieb 60 sind ausgebildet, um ein Drehmoment zwischen diesen unter Verwendung geeigneter mechanischer Kopplungseinrichtungen 94 zu übertragen, die beispielsweise ein Eingangselement 32, ein Ausgangselement 62 und eine Welle 64 umfassen. Eine elektrische Hochspannungsleistung wird unter Verwendung eines geeigneten Hochspannungs-Leistungsbusses 96 übertragen.
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Die Kraftmaschine 40 wandelt Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, durch einen Verbrennungsprozess in mechanische Leistung um. Die Kraftmaschine 40 ist eine beliebige geeignete Brennkraftmaschine, und sie ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern und direkter Kraftstoffeinspritzung. Die Kraftmaschine 40 ist mit mehreren Aktuatoren und Detektionseinrichtungen zum Überwachen des Betriebs und zum Liefern von Kraftstoff ausgestattet, um eine Verbrennungsladung zum Erzeugen eines Drehmoments zu bilden, das auf eine Drehmomentanforderung eines Bedieners anspricht. Bei einer Ausführungsform ist die Kraftmaschine 40 ausgebildet, um als eine Kraftmaschine mit Funkenzündung zu arbeiten, bei welcher der Zeitpunkt der Verbrennung und das zugeordnete Kraftmaschinendrehmoment gesteuert werden, indem der Funkenzündungszeitpunkt nach früh oder nach spät verstellt wird. Alternativ ist die Kraftmaschine 40 ausgebildet, um als eine Kraftmaschine mit Kompressionszündung zu arbeiten, bei welcher der Zeitpunkt der Verbrennung und das zugeordnete Kraftmaschinendrehmoment gesteuert werden, indem der Zeitpunkt von Kraftstoffeinspritzungsereignissen nach früh oder nach spät verstellt wird. Es ist einzusehen, dass es für einen Kraftmaschinen-Betriebspunkt einen bevorzugten Verbrennungszeitpunkt gibt, der mit einem Kraftmaschinenbetrieb verbunden ist, der einem Punkt der besten Kraftstoffeffizienz entspricht. Bei einer Ausführungsform wird dieser Punkt der besten Kraftstoffeffizienz als ein Punkt des maximalen Bestdrehmoments (MBT-Punkt) bezeichnet. Die Kraftmaschinen-Detektionseinrichtungen umfassen vorzugsweise einen Temperatursensor, der ausgebildet ist, um eine Kühlmitteltemperatur zu überwachen, und einen Kurbelpositionssensor, der ausgebildet ist, um eine Drehzahl der Kraftmaschine zu überwachen. Kraftmaschinenaktuatoren umfassen vorzugsweise Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Luftströmungscontroller, Funkenzündungssysteme bei Kraftmaschinen, die damit ausgestattet sind, und andere Einrichtungen, die der Steuerung des Motorbetriebs zugeordnet sind, um die zuvor erwähnten Kraftmaschinenzustände zu steuern. Dies umfasst, dass der Kraftmaschinenbetrieb gesteuert wird, um einen MBT-Punkt zu erreichen, wie vorstehend beschrieben wurde. Dies umfasst, dass der Zeitpunkt der Verbrennung und die entsprechende Drehmomentausgabe von der Kraftmaschine 40 gesteuert werden, indem der Funkenzündungszeitpunkt nach früh oder nach spät verstellt wird. Alternativ umfasst dies, dass der Zeitpunkt der Verbrennung, welcher der Drehmomentausgabe von der Kraftmaschine 40 entspricht, gesteuert wird, indem der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzungsereignisse nach früh oder nach spät verstellt wird. Aktuatoren, die dem Getriebe 35 zugeordnet sind, umfassen beispielsweise Solenoideinrichtungen zum Betätigen von Drehmomentübertragungskupplungen, um den Betrieb des Getriebes in Zuständen in speziellen Bereichen zu beeinflussen, die beispielsweise Betriebszustände mit festem Gang und Betriebszustände in einem elektrisch variablen Modus umfassen.
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Eine Hochspannungsbatterie 25 speichert potentielle elektrische Energie und ist mittels eines Gleichrichters/Wechselrichters 27 mit der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 elektrisch verbunden, um elektrische Leistung zwischen diesen unter Verwendung einer geeigneten Konfiguration, z. B. von elektrischen Hochspannungs-Leistungsbussen 96, zu übertragen. Die Hochspannungsbatterie 25 ist eine beliebige geeignete elektrische Energiespeichereinrichtung, die mehrere elektrische Zellen, Ultrakondensatoren und andere Einrichtungen aufweisen kann, die ausgebildet sind, um elektrische Energie in dem Fahrzeug zu speichern. Eine beispielhafte Hochspannungsbatterie 25 umfasst mehrere Lithium-Ionen-Zellen. Die Hochspannungsbatterie 25 umfasst vorzugsweise einen Temperatursensor, der ausgebildet ist, um deren Betriebstemperatur zu überwachen. Parametrische Zustände, die der Hochspannungsbatterie 25 zugeordnet sind, umfassen einen Ladungszustand, eine Temperatur, eine verfügbare Spannung und eine verfügbare Batterieleistung, die durch das Steuersystem 10 überwacht werden. Die verfügbare Batterieleistung beschreibt Batterieleistungsgrenzen, die einen zulässigen Bereich zwischen einer minimalen und einer maximalen zulässigen Batterieleistung umfassen, die als eine maximale Aufladungsleistung und eine maximale Entladungsleistung beschrieben werden. Es ist einzusehen, dass die Batterieleistung anhand eines Parameters gemessen wird, der regelmäßig überwacht werden kann, z. B. anhand des Ladungszustands (SOC) oder eines anderen geeigneten Parameters. Die Grenzen für die zulässige Batterieleistung werden vorzugsweise bei Schwellenwertniveaus festgelegt, um entweder ein Überladen oder ein Überentladen der Hochspannungsbatterie 25 zum Vermeiden einer Beschädigung zu verhindern, die deren Lebensdauer verringert.
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Die Drehmomentmaschine(n) 30 umfasst bzw. umfassen vorzugsweise elektrische Mehrphasen-Motoren/Generatoren, die mit dem Gleichrichter/Wechselrichter 27 elektrisch verbunden sind. Die Drehmomentmaschine(n) 30 wechselwirkt bzw. Wechselwirken mit dem Gleichrichter/Wechselrichter 27, um die gespeicherte Energie in mechanische Leistung umzuwandeln und um mechanische Leistung in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Hochspannungsbatterie 25 gespeichert werden kann.
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Mechanische Leistung, die von der Kraftmaschine 40 stammt, kann mittels eines Eingangselements 32 und unter Verwendung des Getriebes 35 auf das Ausgangselement 62 und die Drehmomentmaschine(n) 30 übertragen werden. Betriebsparameter, die einer solchen Eingangsleistung von der Kraftmaschine 40 zugeordnet sind, umfassen ein Kraftmaschinendrehmoment und eine Kraftmaschinendrehzahl.
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Mechanische Leistung, die von der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 stammt, kann unter Verwendung des Getriebes 35 auf das Ausgangselement 62 und die Kraftmaschine 40 übertragen werden. Betriebsparameter, die einer solchen mechanischen Leistungsübertragung zugeordnet sind, umfassen ein Motordrehmoment und eine Motordrehzahl. Es ist einzusehen, dass die Drehmomentmaschine(n) 30 ausgebildet sein kann, um mechanische Leistung unter Verwendung von Leistungsübertragungsmechanismen, die beispielsweise ein direktes Zahnrad-Antriebssystem und ein Riemen-Antriebssystem umfassen, zum Ankurbeln der Kraftmaschine 40 zu übertragen.
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Mechanische Leistung kann zwischen dem Getriebe 35 und dem Endantrieb 60 mittels des Ausgangselements 62 übertragen werden. Die Betriebsparameter, die einer solchen mechanischen Leistungsübertragung zugeordnet sind, umfassen ein Ausgangsdrehmoment und eine Ausgangsdrehzahl.
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Der Endantrieb 60 kann eine Differentialeinrichtung 65 umfassen, die bei einer Ausführungsform mit einer Achse 64 oder einer Halbachse mechanisch gekoppelt ist, die mit einem Rad 66 mechanisch gekoppelt ist. Der Endantrieb 60 überträgt eine Traktionsleistung zwischen dem Getriebe 35 und einer Straßenoberfläche.
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Das Steuersystem 10 umfasst ein Steuermodul 12, das signaltechnisch mit einer Bedienerschnittstelle 14 verbunden ist. Das Steuermodul 12 umfasst ein Steuerschema 11 zum Steuern des Betriebs des Antriebsstrangsystems 20. Das Steuerschema 11 steuert den Betrieb des Hybridantriebsstrangsystems 20 während eines Kraftmaschinen-Startereignisses und liegt in der Form von ausführbarem algorithmischem Code und Kalibrierungen vor. Ein Bedienerschnittstellensystem 14 umfasst mehrere Mensch/Maschinen-Schnittstelleneinrichtungen, durch die der Fahrzeugbediener den Betrieb des Fahrzeugs 100 steuert und die beispielsweise einen Starterschalter, der es einem Bediener ermöglicht, die Kraftmaschine 40 einzuschalten, anzukurbeln und zu starten, ein Gaspedal, ein Bremspedal und eine Getriebebereichs-Auswahleinrichtung (PRNDL) umfassen. Obwohl das Steuermodul 12 und die Bedienerschnittstelle 14 als einzelne diskrete Elemente gezeigt sind, dient eine solche Darstellung der Vereinfachung der Beschreibung. Es ist einzusehen, dass die beschriebenen Funktionen, wie sie durch das Steuermodul 12 ausgeführt werden, in einer oder mehreren Einrichtungen kombiniert werden können, z. B. implementiert in einer Software, Hardware und/oder einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) sowie in Hilfsschaltungen, die von dem Steuermodul 12 separiert und eigenständig sind. Es ist einzusehen, dass die Informationsübertragung zu dem Steuermodul 12 und von diesem unter Verwendung von einem oder mehreren Kommunikationspfaden ausgeführt werden kann, z. B. des Kommunikationsbusses 18, der eines oder mehrere von einer direkten Verbindung, einem Bus eines lokalen Bereichsnetzes und einem Bus einer seriellen Peripherieschnittstelle umfassen kann.
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Das Steuermodul 12 ist vorzugsweise signaltechnisch und funktional mit einzelnen Elementen des Hybridantriebsstrangs 20 mittels des Kommunikationsbusses 18 verbunden. Das Steuermodul 12 ist signaltechnisch mit den Detektionseinrichtungen für jedes von der Hochspannungsbatterie 25, der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30, der Kraftmaschine 40, dem Gleichrichter/Wechselrichter bzw. den Gleichrichtern/Wechselrichtern 27 und dem Getriebe 35 verbunden, um den Betrieb zu überwachen und parametrische Zustände von diesen zu ermitteln. Die überwachten parametrischen Zustände der Kraftmaschine 40 umfassen vorzugsweise die Kraftmaschinendrehzahl, das Kraftmaschinendrehmoment oder die Kraftmaschinenlast sowie die Temperatur. Die überwachten parametrischen Zustände des Getriebes 35 umfassen vorzugsweise die Drehzahl und den hydraulischen Druck an mehreren Orten, anhand derer parametrische Zustände, welche die Anwendung von speziellen Drehmomentübertragungskupplungen umfassen, ermittelt werden können. Die überwachten parametrischen Zustände der Drehmomentmaschine(n) 30 umfassen vorzugsweise eine Drehzahl bzw. Drehzahlen und einen Leistungsfluss bzw. Leistungsflüsse, z. B. einen elektrischen Stromfluss, anhand derer ein parametrischer Zustand für die Motordrehmomentausgabe(n) von der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 ermittelt werden kann. Die überwachten parametrischen Zustände der Hochspannungsbatterie 25 umfassen eine Batterieleistung und eine Batterietemperatur.
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Das Steuermodul 12 ist funktional mit den Aktuatoren jedes von der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30, der Kraftmaschine 40 und dem Getriebe 35 verbunden, um deren Betrieb gemäß den ausgeführten Steuerschemata zu steuern, die in der Form von Algorithmen und Kalibrierungen gespeichert sind. Die Aktuatoren, die der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 zugeordnet sind, umfassen vorzugsweise den bzw. die Gleichrichter/Wechselrichter 27. Es ist einzusehen, dass der bzw. die Gleichrichter/Wechselrichter 27 elektrische Leistung in einer Weise umformen, die für die Erzeugung eines Drehmoments mit der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 geeignet ist, und dass dieser bzw. diese mechanische Leistung in einer Weise umformt bzw. umformen, die zum Erzeugen von elektrischer Leistung mit der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 geeignet ist, was von den Betriebsbedingungen abhängt. Es ist einzusehen, dass das Steuermodul 12 den bzw. die Gleichrichter/Wechselrichter 27 steuert, um einen elektrischen Leistungsfluss zwischen der Hochspannungsbatterie 25 und der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 zu steuern, was umfasst, dass der elektrische Stromfluss gesteuert wird, der die Hochspannungsbatterie 25 zum Erzeugen einer Traktionsleistung in der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 entlädt. Es ist einzusehen, dass das Steuermodul 12 den bzw. die Gleichrichter/Wechselrichter 27 steuert, um einen elektrischen Leistungsfluss zwischen der Hochspannungsbatterie 25 und der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 zu steuern, was umfasst, dass die Drehmomenteingabe für die Drehmomentmaschine(n) 30 in einen elektrischen Stromfluss zum Aufladen der Hochspannungsbatterie 25 umgeformt wird. Das Umformen der Drehmomenteingabe für die Drehmomentmaschine(n) 30, um einen elektrischen Stromfluss zum Entladen der Hochspannungsbatterie 25 zu erzeugen, umfasst, dass entweder das Kraftmaschinendrehmoment von der Kraftmaschine 40 oder das regenerative Bremsmoment von dem Endantrieb 60 oder beide umgeformt werden.
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Das Steuermodul 12 führt Steuerschemata zum Steuern des Betriebs der Kraftmaschine 40 aus, die mit dem Steuern des Gesamtbetriebs des Hybridantriebsstrangsystems 20 abgestimmt sind, um die Übertragung von mechanischer Leistung auf den Endantrieb 60 zu regulieren und um den elektrischen Leistungsfluss zu der Hochspannungsbatterie 25 zu regulieren. Solche Steuerschemata umfassen, dass der Betrieb der Kraftmaschine 40 mit den Grenzen für die zulässige Batterieleistung ausbalanciert wird, die der Hochspannungsbatterie 25 zugeordnet sind, während ein Ausgangsdrehmoment für den Endantrieb 60 erreicht wird, das auf eine Drehmomentanforderung eines Bedieners anspricht. Dies umfasst das Steuern des Betriebs der Kraftmaschine 40, um eine bevorzugte Kraftmaschinendrehzahl zu erreichen, die einer Spitzeneffizienz oder einer auf andere Weise bevorzugten Effizienz zugeordnet ist.
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Ein Kraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel wird in Ansprechen auf eine Bedienereingabe an dem Starterschalter ausgeführt, beispielsweise dann, wenn ein Bediener zum ersten Mal in ein Fahrzeug eintritt, um eine Fahrt zu beginnen. Es ist einzusehen, dass ein Kraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel ein entferntes Startereignis und andere ähnliche Betriebsweisen umfasst. Das Steuersystem 10 steuert die Drehmomentmaschine(n) 30, um eine mechanische Leistung zum Ankurbeln der Kraftmaschine 40 entweder direkt oder mittels des Getriebes 35 zu übertragen. Es ist einzusehen, dass das Kraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel umfasst, dass andere Kraftmaschinen-Steuerfunktionen ausgeführt werden, die das Ankurbeln, die Kraftstoffzufuhr und das Zünden der Kraftmaschine 40 betreffen.
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2 zeigt graphisch eine Drehzahl-/Drehmoment-Kalibrierung 108 einer Kraftmaschine, um einen Kraftmaschinenstart in Ansprechen auf einen Kraftmaschinen-Startbefehl mit Schlüssel für ein Hybridantriebsstrangsystem auszuführen, z. B. für die Kraftmaschine 40 des Hybridantriebsstrangsystems 20, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Die Drehzahl-/Drehmoment-Kalibrierung 108 der Kraftmaschine ist graphisch dargestellt, wobei das Drehmoment (in Einheiten von Nm) an der vertikalen Achse (105) gezeigt ist und die Drehzahl (in Einheiten von RPM) an der horizontalen Achse (115) gezeigt ist. Die Drehzahl-/Drehmoment-Kalibrierung 108 der Kraftmaschine kann verwendet werden, um eine bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl auszuwählen, die einem geschätzten Kraftmaschinen-Schleppmoment zugeordnet ist, das die Leistungsgrenzen der Hochspannungsbatterie 25 und den Betrieb des Hybridantriebsstrangsystems 20 mit der Kraftmaschine 40 und der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 berücksichtigt.
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Wie es dargestellt ist, sind die elektrische Entladung und das Drehmoment, das in der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 erzeugt wird, als größer als Null, d. h. positiv, dargestellt. Auf ähnliche Weise ist das Drehmoment, das zum Drehen der Kraftmaschine 40 aufgewendet wird, ebenfalls als größer als Null, d. h. positiv, dargestellt. Wie es dargestellt ist, sind die elektrische Aufladung und das Drehmoment, das in der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 aufgenommen wird, als kleiner als Null, d. h. negativ, dargestellt. Auf ähnliche Weise ist das Drehmoment, das durch die Kraftmaschine 40 erzeugt wird, ebenso als kleiner als Null, d. h. negativ, dargestellt. Batterieleistungsgrenzen werden festgelegt, um entweder ein Überentladen oder ein Überladen der Hochspannungsbatterie 25 zu verhindern, und sie sind der Form einer Grenze 104 für eine maximale Entladungsleistung und einer Grenze 102 für eine maximale Ladungsleistung gezeigt. Die Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung und die Grenze 102 für die maximale Aufladungsleistung werden basierend auf der Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 und anderen Faktoren ermittelt, die Fachleuten bekannt sind. Andere Faktoren, welche die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl beeinflussen, umfassen eine maximale und eine minimale Systemresonanzfrequenz 160 bzw. 150, die einen Kraftmaschinen-Drehzahlbereich zwischen einer hohen Kraftmaschinendrehzahl und einer niedrigen Kraftmaschinendrehzahl umfassen, in welchem die Kraftmaschine 40 vorzugsweise nicht für ausgedehnte Zeitdauern arbeitet, um nicht akzeptierbare Niveaus einer durch die Kraftmaschine ausgelösten Schwingung in dem Endantrieb zu verhindern. Eine andere Begrenzung umfasst ein maximales Ankurbeldrehmoment 106, das eine maximale Drehmomentausgabefähigkeit der Drehmomentmaschine(n) 30 zum Drehen der Kraftmaschine 40 angibt. Es gibt Grenzen für ein erwartetes Kraftmaschinendrehmoment 110 und ein angewiesenes Kraftmaschinendrehmoment 112.
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Die Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung und die Grenze 102 für die maximale Aufladungsleistung, die maximale bzw. die minimale Systemresonanzfrequenz 160 bzw. 150 und das maximale Ankurbeldrehmoment 106 zum Drehen der Kraftmaschine 40 umschreiben einen Drehzahl- und Drehmoment-Betriebsbereich für die Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl, und sie werden verwendet, um die Kalibrierung 108 für die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl zu definieren. Die Kalibrierung 108 für die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl umfasst mehrere Zustände einer maximalen Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl, die einem Bereich von Kraftmaschinen-Schleppmomenten zugeordnet sind und innerhalb von Batterieleistungsgrenzen, welche die Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung und die Grenze 102 für die maximale Anfladungsleistung umfassen, sowie außerhalb der Systemresonanzfrequenzen liegen, welche die maximale und die minimale Systemresonanzfrequenz 160 bzw. 150 umfassen. Es kann eine einzige Kalibrierung oder mehrere Kalibrierungen für die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl geben, von denen jede unterschiedlichen Betriebstemperaturen zugeordnet ist. Die Kalibrierung bzw. die Kalibrierungen für die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl kann bzw. können ein Feld bzw. Felder von Zuständen der Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl umfassen, die Zuständen des Ankurbeldrehmoments zugeordnet sind, die vorkalibriert und in dem Steuermodul 12 gespeichert sein können, um während des laufenden Fahrzeugbetriebs verwendet zu werden.
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Das Kraftmaschinen-Schleppmoment ist ein Betrag eines ausgeübten Drehmoments, das erforderlich ist, um die Motorreibung, die Zylinderkompression, die Federkraft zum Schließen von Ventilen und andere Widerstandsquellen zu überwinden, die das Drehen einer nicht zündenden Kraftmaschine beeinflussen und die mit der Kraftmaschinendrehzahl variieren können. Der Betrag des Kraftmaschinen-Schleppmoments kann mit der Kraftmaschinentemperatur und anderen Faktoren korreliert sein, wie Fachleute einsehen werden. Bei einer Ausführungsform wird das Kraftmaschinen-Schleppmoment unter Verwendung eines Drehmomentmodells geschätzt, das in dem Steuermodul 12 ausgeführt werden kann. Alternativ kann das Kraftmaschinen-Schleppmoment direkt gemessen oder während eines Kraftmaschinen-Ankurbelereignisses unter Verwendung einer direkten Drehmomentmessung oder eines anderen geeigneten Mechanismus auf andere Weise ermittelt werden.
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Die Elemente 120 und 130 stellen Betriebspunkte dar, die innerhalb aller der zuvor erwähnten Antriebsstrang-Betriebsbeschränkungen liegen. Der Betrieb des Antriebsstrangsystems bei Kraftmaschinendrehzahlen, die größer als die dargestellte Betriebsdrehzahl sind, erfordert eine gewisse Form einer Drehmomentabschwächung, um den Betrag des erzeugten Kraftmaschinendrehmoments zu begrenzen, dem die Drehmomentmaschine(n) 30 entgegenwirkt bzw. entgegenwirken und das in der Hochspannungsbatterie 25 gespeichert wird. Dies kann umfassen, dass der Funkenzündungszeitpunkt nach spät verstellt wird oder dass der Zeitpunkt von Kraftstoffeinspritzungsereignissen nach spät verstellt wird, um einen Kraftmaschinenbetrieb bei einer verringerten Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe zu ermöglichen, bis die Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 ausreichend aufgewärmt ist, um Zunahmen in den Grenzen der zulässigen Batterieleistung zuzulassen.
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Das Element 140 stellt einen Betriebspunkt dar, der die zuvor erwähnten Kraftmaschinen-Betriebsbeschränkungen erreicht, aber die Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung verletzt, und es ist daher kein akzeptierbarer Antriebsstrang-Betriebszustand zum Starten der Kraftmaschine.
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3 stellt in Flussdiagrammform das Steuerschema 11 dar, das in dem Steuermodul 12 ausgeführt wird und sich auf ein Starten einer Brennkraftmaschine eines Hybridantriebsstrangsystems in Ansprechen auf ein Kraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel bezieht (210), z. B. der Brennkraftmaschine 40 des Hybridantriebsstrangsystems 20, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Das Kraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel umfasst, dass eine Temperatur bzw. Temperaturen der Kraftmaschine 40 und vorzugsweise der Hochspannungsbatterie 25 überwacht werden (211). Das Überwachen der Temperatur(en) der Kraftmaschine 40 kann umfassen, dass eine Kühlmitteltemperatur oder ein anderer geeigneter Parameter überwacht wird, der die Kraftmaschinentemperatur angibt. Das Überwachen der Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 umfasst vorzugsweise, dass eine Eingabe von dem Temperatursensor überwacht wird.
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Batterieleistungsgrenzen in der Form der Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung und der Grenze 102 für die maximale Aufladungsleistung, die der Hochspannungsbatterie 25 zugeordnet sind, entsprechen der überwachten Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 (212). Bei einer Ausführungsform gibt es Feld von Zuständen für die Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung und die Grenze 102 für die maximale Aufladungsleistung sowie ein zugeordnetes Feld von Temperaturen, welche in einer Speichereinrichtung gespeichert sind, um während des Kraftmaschinen-Startereignisses mit Schlüssel abgerufen zu werden. Es ist einzusehen, dass andere System- und Komponententemperaturen überwacht und als Ersatz für die überwachte Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 verwendet werden können.
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Der Betrag des Kraftmaschinen-Schleppmoments wird basierend auf der überwachten Temperatur der Kraftmaschine 40 ermittelt (214).
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Es wird eine bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl ausgewählt (216). Die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl wird bezogen auf die Batterieleistungsgrenzen, welche die Grenze 104 für die maximale Entladungsleistung und die Grenze 102 für die maximale Aufladungsleistung umfassen, den Betrag des Kraftmaschinen-Schleppmoments und andere Informationen ausgewählt, die sich auf den Gesamtbetrieb des Hybridantriebsstrangs 100 beziehen, der unter Bezugnahme auf die Drehzahl-/Drehmoment-Kalibrierung 108 der Kraftmaschine beschrieben ist, die unter Bezugnahme auf 2 dargelegt ist. Die ausgewählte bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl ist die maximale Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl, die erreichbar ist, während das Kraftmaschinen-Schleppmoment überwunden wird, ohne dass die Batterieleistungsgrenzen bei der gegenwärtigen Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 verletzt werden.
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Der Gleichrichter/Wechselrichter 27 wird gesteuert, um einen ausreichenden Betrag an elektrischer Leistung an die Drehmomentmaschine(n) 30 zu übertragen, um eine Motordrehmomentausgabe von der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 zu erzeugen, die das Kraftmaschinen-Schleppmoment überwindet und die Kraftmaschine 40 dreht, vorzugsweise bei der bevorzugten Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl, die in dem vorhergehenden Schritt, d. h. bei Schritt 216, ausgewählt wurde. Der Kraftstoff und die Punkenzündung zum Ankurbeln werden bei Systemen, die derart ausgestattet sind, während des Ankurbelns der Kraftmaschine an die Kraftmaschine 40 geliefert, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Beginn des Ankurbelns der Kraftmaschine (218). Ein Fachmann ist in der Lage, die erforderliche Kraftstoffmasse und den erforderlichen Zeitpunkt der Funkenzündung zu ermitteln. Die Kraftmaschinendrehzahl wird während des Ankurbelns der Kraftmaschine überwacht (220).
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Während des Ankurbelns der Kraftmaschine wird der Betrag der Motordrehmomentausgabe von der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 adaptiv gesteuert, um die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl zu erreichen (222). Dieser Betrieb umfasst vorzugsweise, dass eine Rückkopplung der überwachten Kraftmaschinendrehzahl zum Steuern des Gleichrichters/Wechselrichters 27 verwendet wird, um den Leistungsfluss zu der Drehmomentmaschine bzw. den Drehmomentmaschinen 30 zu steuern.
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Während des Ankurbelns der Kraftmaschine wird bzw. werden die Drehmomentmaschine(n) 30 gesteuert, um zu ermöglichen, dass die Kraftmaschinendrehzahl bis zu einer Drehzahl zunimmt, die größer als die bevorzugte Kraftmaschinen-Ankurbeldrehzahl ist, was beispielsweise auftreten kann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl bei dem Zünden der Kraftmaschine aufbraust (224). Ein solcher Betrieb der Drehmomentmaschine(n) 30 ist temporär und berücksichtigt die Batterieleistungsgrenzen der Hochspannungsbatterie 25. Folglich wird bzw. werden die Drehmomentmaschine(n) 30 während des Ankurbelns der Kraftmaschine nicht in einem elektrischen Leistungserzeugungsmodus gesteuert, um die Drehzahl während des Ankurbelns der Kraftmaschine zu begrenzen, wenn ein solcher Betrieb dazu führt, dass die Batterieleistungsgrenzen der Hochspannungsbatterie 25 verletzt werden.
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Während des Ankurbelns der Kraftmaschine und des nachfolgenden Kraftmaschinenbetriebs werden die Kraftmaschine 40 und die Drehmomentmaschine(n) 30 gesteuert, um die Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe an die Drehmomentmaschine 30 zu regulieren (226). Ein solcher Betrieb der Kraftmaschine 40 soll die Erzeugung von elektrischer Leistung verhindern, die zu einem Überladen der Hochspannungsbatterie 25 führt. Der Kraftmaschinenbetrieb nach dem Zünden wird gesteuert, um das Kraftmaschinendrehmoment zu begrenzen, was umfasst, dass der Betrag des Kraftmaschinendrehmoments begrenzt wird, dem die Drehmomentmaschine(n) 30 entgegenwirken kann bzw. können, wenn sie durch die maximale bzw. minimale Leistungsgrenze 104, 102 der Hochspannungsbatterie 25 beschränkt ist bzw. sind. Die Batterieleistungsgrenzen der Hochspannungsbatterie 25 sind weiterhin bezogen auf die Betriebstemperatur der Hochspannungsbatterie 25 beschränkt. Folglich muss der Betrag des erzeugten Kraftmaschinendrehmoment, dem die Drehmomentmaschine(n) 30 entgegenwirkt bzw. entgegenwirken und das in der Hochspannungsbatterie 25 gespeichert wird, durch das Steuern des Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoments begrenzt werden. Dies umfasst, dass der Funkenzündungszeitpunkt nach spät verstellt wird oder der Zeitpunkt von Kraftstoffeinspritzungsereignissen nach spät verstellt wird, um einen Kraftmaschinenbetrieb bei einer verringerten Kraftmaschinen-Drehmomentausgabe zu ermöglichen, bis die Temperatur der Hochspannungsbatterie 25 ausreichend aufgewärmt ist, um Zunahmen in den Grenzen der zulässigen Batterieleistung zuzulassen.
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Die Ausführung des Steuerschemas 11 ermöglicht ein Kraftmaschinen-Startereignis mit Schlüssel, das die verfügbare Batterieleistung, das Kraftmaschinen-Schleppmoment und andere Bedingungen berücksichtigt und ausgedehnte verstrichene Ankurbelzeiten ermöglicht, um das Starten der Kraftmaschine zu beeinflussen.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und deren Modifikationen beschrieben. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen während des Lesens und Verstehens der Beschreibung auffallen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die spezielle Ausführungsform bzw. die speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Weise offenbart wird bzw. werden, die für die Ausführung dieser Offenbarung in Erwägung gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
