DE102012209081A1

DE102012209081A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebsstrangsystems in Ansprechen auf eine Nebenaggregatslast

Info

Publication number: DE102012209081A1
Application number: DE102012209081A
Authority: DE
Inventors: Michael D. Haggerty; Sean W. Mcgrogan; Adam J. Heisel
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: US8457825B2; CN102806908A; DE102012209081B4; US20120306457A1; CN102806908B

Abstract

Ein Antriebsstrangsystem umfasst eine elektrische Maschine, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist. Ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangsystems umfasst, dass eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs in einem Zustand mit niedriger Last ermittelt wird. Eine zeitliche Änderungsrate in einer Nebenaggregatslast wird durch die elektrische Maschine, die in einem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, in Ansprechen auf die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last gesteuert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Antriebsstrangsysteme, die elektrische Maschinen zum Erzeugen eines Drehmoments verwenden.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen bezogen auf die vorliegende Offenbarung dar. Dementsprechend sollen solche Angaben keine Berechtigung als Stand der Technik darstellen.
Bekannte Fahrzeug-Antriebsstrangsysteme umfassen einen oder mehrere Drehmomentaktuatoren, die mit Getrieben gekoppelt sind, die ein Drehmoment für eine Antriebskraft auf einen Endantrieb übertragen. Bekannte Drehmomentaktuatoren umfassen Verbrennungsmotoren und elektrische Motoren/Generatoren. Bekannte Antriebsstrangsysteme, die elektrische Motoren/Generatoren verwenden, können elektrische Hochspannungssysteme und elektrische Niederspannungssysteme aufweisen. Bekannte elektrische Systeme formen eine elektrische Hochspannungsleistung, die durch einen elektrischen Motor/Generator erzeugt wird, unter Verwendung eines Gleichrichters/Wechselrichters und eines Hilfs-DC/DC-Leistungsmoduls in eine elektrische Niederspannungs-Gleichstromleistung um. Elemente von elektrischen Hochspannungssystemen können unter bestimmten Umständen deaktiviert werden.
Bekannte elektrische Systeme arbeiten in Modi zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung unter Verwendung von Steuerstrategien, die umfassen, dass Hilfs-DC/DC-Leistungsmodule bei konstanter elektrischer Leistungsausgabe an einem festen Spannungs-Einstellpunkt betrieben werden. Die Modi zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung können umfassen, dass der Motor bei Leerlaufdrehzahlen arbeitet und dass eine elektrische Leistung mit dem elektrischen Niederspannungssystem erzeugt wird, um eine elektrische Niederspannungsleistung zum Betreiben von Hilfs-Fahrzeugsystemen zu liefern. Wenn eine Motordrehzahl unter einen Auslösungspunkt fällt, kann ein Steuersystem ein Lastverringerungsschema ausführen, um ein Abwürgen des Motors zu vermeiden. Bekannte Lastverringerungsschemata können häufig aufgrund von Einbrüchen in der Motordrehzahl aktiviert werden, die mit einer Verlangsamung des Fahrzeugs/des Motors und mit einer Rückkehr zum Leerlaufbetrieb verbunden sind. Bekannte Systeme erfahren einen schnellen Anstieg der Motordrehzahl nach dem Auslösen eines Lastverringerungsereignisses, was einen Anstieg in dem Drehmoment des Endantriebs erzeugen kann.
Ein bekanntes Antriebsstrangsystem, das einen elektrischen Motor/Generator verwendet, umfasst ein riemengetriebenes Lichtmaschinen-Startersystem (BAS-System) als einen Drehmomentaktuator anstelle einer Lichtmaschine. Bekannte BAS-Systeme weisen einen Serpentinenriemen auf, um ein Drehmoment zwischen dem Motor und dem Elektromotor/Generator zu übertragen. Bekannte BAS-Systeme verwenden ein Hochspannungs-Energiespeichersystem, das der Motor/Generator-Einheit eine elektrische Hochspannungsleistung über einen Spannungs-Gleichrichter/Wechselrichter zuführt. Bekannte BAS-Systeme verwenden ein elektrisches Niederspannungssystem, um eine elektrische Niederspannungsleistung für den Betrieb von Hilfs-Fahrzeugsystemen zu liefern, wie beispielsweise von Scheinwerfern, Innenbeleuchtungen, Unterhaltungssystemen, elektrisch verstellbaren Sitzen, elektrischen Fenstern und HVAC-Systemen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Antriebsstrangsystem umfasst eine elektrische Maschine, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist. Ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangsystems umfasst, dass eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs in einem Zustand mit niedriger Last ermittelt wird. Eine zeitliche Änderungsrate in einer Nebenaggregatslast wird durch die elektrische Maschine, die in einem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, in Ansprechen auf die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last gesteuert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
1 ein Fahrzeug gemäß der Offenbarung darstellt, das ein Antriebsstrangsystem mit einer elektrischen Maschine umfasst, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist und durch ein Steuersystem gesteuert wird;
2 ein Steuerschema in der Form eines Flussdiagramms zum Betreiben eines Antriebsstrangsystems mit einer elektrischen Maschine, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist, gemäß der Offenbarung darstellt; und
3 gemäß der Offenbarung eine elektrische Leistungsausgabe von einem Hilfsleistungsmodul darstellt und eine Spannung des Hilfsleistungsmoduls sowie eine entsprechende Motordrehzahl umfasst, die dem Betrieb einer Ausführungsform des Antriebsstrangsystems und dem Steuerschema zugeordnet sind, das unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, in denen das Gezeigte nur zu dem Zweck dient, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen darzustellen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, zeigt 1 schematisch ein Fahrzeug 100, das ein Antriebsstrangsystem 20 aufweist, das mit einem Endantrieb 60 gekoppelt ist und durch ein Steuersystem 10 gesteuert wird, das Steuerschemata zum Steuern einer elektrischen Niederspannungs-Leistungsausgabe von einem Hilfsleistungsmodul 34 umfasst. Das Antriebsstrangsystem 20 dient zur Veranschaulichung. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich überall in der Beschreibung auf gleiche Elemente.
Das dargestellte Antriebsstrangsystem 20 umfasst eine elektrische Maschine 35, die mit einem Verbrennungsmotor 40 mechanisch gekoppelt ist, der mechanisch an ein Getriebe 50 ankoppelt, vorzugsweise mittels eines Drehmomentwandlers 55. Die elektrische Maschine 35 und der Verbrennungsmotor 40 sind Drehmomentaktuatoren. Die elektrische Maschine 35 koppelt vorzugsweise mittels eines riemengetriebenen Lichtmaschinen-Startermechanismus 38 mechanisch an den Motor 40 an, welcher Mechanismus an eine Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 40 mechanisch ankoppelt und einen mechanischen Leistungsweg dazwischen liefert. Die Kurbelwelle 32 des Verbrennungsmotors 40 koppelt mechanisch an ein Ausgangselement 33 an, das mittels des Drehmomentwandlers 55 mechanisch an das Getriebe 50 ankoppelt. Das Getriebe 50 weist ein Ausgangselement 62 auf, das an den Endantrieb 60 ankoppelt. Bei einer Ausführungsform weist der riemengetriebene Lichtmaschinen-Startermechanismus 38 einen Serpentinenriemen auf, der zwischen einer Riemenscheibe, die an der Kurbelwelle 32 des Motors 40 angebracht ist und einer anderen Riemenscheibe geführt wird, die an einer rotierenden Welle angebracht ist, die mit einem Rotor der elektrischen Maschine 35 gekoppelt ist. Die zuvor erwähnten Elemente bilden ein riemengetriebenes Lichtmaschinen-Startersystem (BAS-System). Das dargestellte Antriebsstrangsystem 20 ist eine Ausführungsform eines Antriebsstrangsystems, bei dem Steuerschemata wie beispielsweise das Steuerschema 200, das unter Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, verwendet werden können.
Der Motor 40 ist vorzugsweise ein Mehrzylinder-Verbrennungsmotor, der Kraftstoff durch einen Verbrennungsprozess in mechanische Leistung umwandelt. Der Motor 40 ist mit mehreren Aktuatoren und Detektionseinrichtungen zum Überwachen des Betriebs und zum Zuführen von Kraftstoff ausgestattet, um eine Verbrennungsladung zum Erzeugen eines Drehmoments zu bilden, das auf eine Drehmomentanforderung eines Bedieners anspricht. Der Motor 40 umfasst vorzugsweise einen mit einem Niederspannungs-Solenoid betätigten elektrischen Anlasser 39 zum Starten in Ansprechen auf ein Ankurbelereignis mit Schlüssel. Der Motor 40 ist ausgebildet, um Autostart- und Autostopp-Steuerschemata und ein Kraftstoffabschalt-Steuerschema (FCO-Schema) während des laufenden Betriebs des Fahrzeugs 100 auszuführen. Definitionsgemäß wird angenommen, dass sich der Motor 40 in einem AUS-Zustand befindet, wenn er nicht mit Kraftstoff versorgt wird und sich nicht dreht. Es wird angenommen, dass sich der Motor 40 in einem FCO-Zustand befindet, wenn er sich dreht, aber nicht mit Kraftstoff versorgt wird. Es ist einzusehen, dass ein Autostartereignis nach einer Ausführung eines Autostoppereignisses ausgeführt wird, um den Motorbetrieb während eines laufenden Betriebs des Antriebsstrangs zu starten oder erneut zu starten. Der Motor 40 kann gestartet werden, um ein Traktionsdrehmoment auf den Endantrieb 60 zu übertragen und/oder um eine Leistung zur Erzeugung von elektrischer Energie an die elektrische Maschine 35 zu liefern, welche in einer Hochspannungsbatterie 25 und in einer Niederspannungsbatterie 27 gespeichert werden kann.
Die elektrische Maschine 35 ist vorzugsweise ein elektrischer Mehrphasen-Motor/Generator, der ausgebildet ist, um gespeicherte elektrische Energie in mechanische Leistung umzuwandeln und um mechanische Leistung in elektrische Energie umzuwandeln, die in einer Hochspannungsbatterie 25 gespeichert werden kann. Die elektrische Maschine 35 weist einen Rotor und einen Stator sowie einen begleitenden Drehmelder 37 auf. Der Drehmelder 37 ist eine Einrichtung mit variabler Reluktanz, die einen Drehmelderstator und einen Drehmelderrotor aufweist, die an dem Rotor bzw. an dem Stator der elektrischen Maschine 35 angebracht sind.
Die Hochspannungsbatterie 25 ist mittels eines Hochspannungs-Gleichstrombusses 29 elektrisch mit einem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 32 verbunden, um eine elektrische Hochspannungs-Gleichstromleistung in Ansprechen auf Steuersignale zu liefern, die von dem Steuermodul 12 ausgehen. Der Gleichrichter/Wechselrichter 32 ist mittels eines Mehrphasen-Leistungsbusses 31 elektrisch mit der elektrischen Maschine 35 verbunden. Der Gleichrichter/Wechselrichter 32 ist mit geeigneten Steuerschaltungen ausgebildet, die Leistungstransistoren zum Umformen von elektrischer Hochspannungs-Gleichstromleistung in elektrische Hochspannungs-Wechselstromleistung und zum Umformen von elektrischer Hochspannungs-Wechselstromleistung in elektrische Hochspannungs-Gleichstromleistung umfassen. Der Gleichrichter/Wechselrichter 32 verwendet vorzugsweise eine pulsweitenmodulierte Steuerung, um gespeicherte elektrische Gleichstromleistung, die von der Hochspannungsbatterie 25 ausgeht, in elektrische Wechselstromleistung zum Antreiben der elektrischen Maschine 35 umzuwandeln, um ein Drehmoment zu erzeugen. Auf ähnliche Weise wandelt der Gleichrichter/Wechselrichter 32 mechanische Leistung, die auf die elektrische Maschine 35 übertragen wird, in elektrische Gleichstromleistung um, um elektrische Energie zu erzeugen, die als Teil einer regenerativen Steuerstrategie in einer Hochspannungsbatterie 25 speicherbar ist. Es ist einzusehen, dass der Gleichrichter/Wechselrichter 32 ausgebildet ist, um Elektromotor-Steuerbefehle zu empfangen und um Zustände des Gleichrichters/Wechselrichters zu steuern, um die Elektromotor-Antriebsfunktionalität und die Regenerationsfunktionalität zu liefern.
Ein Hilfsleistungsmodul (APM) 34 ist mittels des Hochspannungs-Gleichstromleistungsbusses 29 elektrisch mit dem Hochspannungs-Energiespeichersystem 25 verbunden. Das APM 34 umfasst einen elektrischen DC/DC-Leistungswandler, der mittels eines Niederspannungs-Gleichstromleistungsbusses 28 mit der Niederspannungsbatterie 27 elektrisch verbunden ist. Die Niederspannungsbatterie 27 ist vorzugsweise eine Niederspannungs-Energiespeichereinrichtung, wie beispielsweise eine nominelle 12 V-Gleichstrombatterie, und sie ist geeignet, um elektrische Niederspannungsleistung an den Anlasser 39 und ein Niederspannungs-Hilfssystem 45 an Bord des Fahrzeugs zu liefern. Das Niederspannungs-Hilfssystem 45 ist mit Nebenaggregatkomponenten und -systemen verbunden, die unter Verwendung einer elektrischen Niederspannungsleistung arbeiten, die in einer Schaltung zugeführt wird, welche die Niederspannungsbatterie 27 umfasst. Beispielhafte Nebenaggregatkomponenten und -systeme umfassen beispielsweise Scheinwerfer und Innenbeleuchtungen 46, ein Radio- oder Audiosystem 48, elektrisch verstellbare Sitze 50 und elektrische Fenster sowie HVAC-Komponenten 52. Das APM 34 ist als ein DC/DC-Leistungswandler ausgebildet, der elektrische Gleichstromleistung von einem Hochspannungsniveau auf ein Niederspannungsniveau umwandelt und umgekehrt. Der Betrieb des APM 34 wird durch das Steuermodul 12 gesteuert, das Steuersignale zum Steuern der Leistungsausgabe von diesem erzeugt, was umfasst, dass entweder ein Niederspannungsstrom oder eine Spannung oder beides gesteuert wird. Somit wandelt das APM 34 eine Leistung bei hoher Spannung, die von dem Hochspannungs-Energiespeichersystem 25 ausgeht, in eine Niederspannungsleistung um, die zum Aufladen der Niederspannungsbatterie 27 und/oder zum Betreiben eines oder mehrerer der Systeme geeignet ist, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind, wenn es erforderlich ist. Das Steuermodul 12 steuert den elektrischen Leistungsfluss an Bord des Fahrzeugs von dem Hochspannungs-Energiespeichersystem 25 und der Niederspannungsbatterie 27, um die erforderliche elektrische Funktionalität zu liefern.
Das Getriebe 50 umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Differentialgetriebesätze und aktivierbare Kupplungen, die ausgebildet sind, um die Drehmomentübertragung in einem von mehreren Betriebsmodi mit festem Übersetzungsverhältnis über einen Bereich von Drehzahlverhältnissen zwischen dem Motor 40 und dem Ausgangselement 62 zu beeinflussen. Das Getriebe 50 umfasst eine beliebige geeignete Konfiguration, und es ist vorzugsweise als ein Automatikgetriebe ausgebildet, um automatisch zwischen Betriebsmodi mit festem Übersetzungsverhältnis umzuschalten, um bei einem Übersetzungsverhältnis zu arbeiten, das eine bevorzugte Übereinstimmung zwischen einer Drehmomentanforderung eines Bedieners und einem Motorbetriebspunkt erreicht. Das Getriebe 50 führt automatisch Hochschaltungen aus, um in einen Betriebsmodus mit niedrigerem numerischem Vervielfältigungsverhältnis (Übersetzungsverhältnis) umzuschalten, und es führt Hochschaltungen aus, um in einen Betriebsmodus mit höherem numerischem Vervielfältigungsverhältnis umzuschalten. Ein Hochschalten des Getriebes erfordert eine Verringerung in der Motordrehzahl, damit die Motordrehzahl an die Getriebeausgangsdrehzahl multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis bei einem Übersetzungsverhältnis angepasst wird, das dem Ziel-Betriebsmodus zugeordnet ist. Ein Herunterschalten des Getriebes erfordert eine Zunahme in der Motordrehzahl, damit die Motordrehzahl an die Getriebeausgangsdrehzahl multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis bei einem Übersetzungsverhältnis angepasst wird, das dem Ziel-Betriebsmodus zugeordnet ist. Eine ungenaue Anpassung der Motordrehzahl und des Motordrehmoments mit der Getriebedrehzahl und dem Getriebedrehmoment kann bei der Ausführung des Getriebeschaltereignisses zu einem Einbruch in der Fahrzeuggeschwindigkeit oder in der Drehmomentausgabe oder zu einem Kupplungsschlupf führen.
Der Endantrieb 60 kann eine Differentialgetriebeeinrichtung 65 aufweisen, die mechanisch mit einer Achse 64 gekoppelt ist oder bei einer Ausführungsform mit einer Halbwelle gekoppelt ist, die mechanisch mit einem Rad 66 gekoppelt ist. Der Endantrieb 60 überträgt Traktionsleistung zwischen dem Getriebe 50 und einer Straßenoberfläche. Es ist einzusehen, dass das Antriebsstrangsystem 20 der Veranschaulichung dient.
Das Steuersystem 10 umfasst ein Steuermodul 12, das signaltechnisch mit einer Bedienerschnittstelle 14 verbunden ist. Das Steuermodul 12 ist vorzugsweise signaltechnisch und funktional mit einzelnen Elementen des Antriebsstrangsystems 20 entweder direkt oder mittels eines Kommunikationsbusses 18 verbunden. Das Steuermodul 12 ist signaltechnisch mit den Detektionseinrichtungen für jedes von der Hochspannungsbatterie 25, dem Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 32, der elektrischen Maschine 35, dem Motor 40 und dem Getriebe 50 verbunden, um deren Betrieb zu überwachen und deren parametrische Zustände zu ermitteln. Die Bedienerschnittstelle 14 des Fahrzeugs 100 umfasst mehrere Mensch/Maschinen-Schnittstelleneinrichtungen, durch die der Fahrzeugbediener den Betrieb des Fahrzeugs 100 steuert und die beispielsweise einen Zündschalter, um einem Bediener das Ankurbeln und Starten des Motors 40 zu ermöglichen, ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebebereichs-Auswahleinrichtung (PRNDL), ein Lenkrad und einen Scheinwerferschalter umfassen. Ein Befehl des Fahrzeugbedieners von Interesse ist die Drehmomentanforderung des Bedieners, die mittels Bedienereingaben an das Gaspedal und das Bremspedal ermittelt werden kann.
Das Antriebsstrangsystem 20 weist ein Kommunikationsschema auf, das umfasst, dass der Kommunikationsbus 18 Kommunikationen in der Form von Sensorsignalen und Aktuator-Befehlssignalen zwischen dem Steuersystem 10 und Elementen des Antriebsstrangsystems 20 bewirkt. Es ist einzusehen, dass das Kommunikationsschema eine Informationsübertragung zu dem Steuersystem 10 und von diesem unter Verwendung eines oder mehrerer Kommunikationssysteme und einer oder mehrerer Kommunikationseinrichtungen bewirkt, die beispielsweise den Kommunikationsbus 18, eine direkte Verbindung, einen Bus eines Nahbereichsnetzes, einen Bus einer seriellen peripheren Schnittstelle und Drahtloskommunikationen umfassen.
Steuermodul, Modul, Controller, Prozessor und ähnliche Ausdrücke bedeuten eine beliebige geeignete oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, eines elektronischen Schaltkreises oder mehrerer elektronischer Schaltkreise, einer zentrale Verarbeitungseinheit oder mehrerer zentraler Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise ein Mikroprozessor bzw. Mikroprozessoren) und eines zugeordneten Speichers und einer zugeordneten Archivierung (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Festplatte usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eines Schaltkreises der Schaltungslogik oder mehrerer Schaltkreise der Schaltungslogik, einer oder mehrerer Eingabe/Ausgabe-Schaltung(en) und -Einrichtungen, geeigneter Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen sowie anderer geeigneter Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten beliebige durch einen Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen umfassen. Das Steuermodul weist einen Satz von Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen zu schaffen. Die Routinen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Die Routinen werden beispielsweise von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Detektionseinrichtungen und anderen Steuermodulen im Netzwerk zu überwachen sowie Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktuatoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise jede 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können die Routinen in Ansprechen auf ein Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Das Antriebsstrangsystem 20 ist ausgebildet, um in einem von mehreren Betriebsmodi zu arbeiten, die einen Modus zur Erzeugung von elektrischer Niederspannungsleistung umfassen. Das Antriebsstrangsystem 20 kann in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung arbeiten, wenn eine Störung in dem Hochspannungssystem vorliegt, die bewirkt, dass der Hochspannungs-Gleichstrombus 29 von der Hochspannungsbatterie 25 getrennt wird, oder in Ansprechen auf andere Bedingungen. Wenn in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung gearbeitet wird, erzeugt die elektrische Maschine 35 eine elektrische Leistung, die in dem APM 34 in elektrische Niederspannungsleistung umgewandelt wird, die den Leistungskomponenten und -systemen zugeführt werden kann, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind. Dies kann Betriebszustände umfassen, bei denen der Motor 40 in Zuständen mit niedriger Last betrieben wird, wie beispielsweise im Leerlauf. Wie hierin verwendet, bedeutet ein Zustand mit niedriger Last eine Last unterhalb einer vorbestimmten Last.
Der Motor 40 kann einem Abwürgen ausgesetzt sein, wenn in Zuständen mit niedriger Last oder im Leerlauf gearbeitet wird, wenn sich ein Lastzustand mit einer Rate ändert, auf die der Motor 40 nicht ansprechen kann. Dies umfasst, dass in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung gearbeitet wird, wobei die elektrische Maschine 35 das Motordrehmoment verwendet, um elektrische Leistung zu erzeugen, die durch das APM 35 in elektrische Niederspannungsleistung umgewandelt wird, um die Komponenten und Systeme, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind, in Ansprechen auf eine oder mehrere Nebenaggregatslasten mit Leistung zu versorgen. Die Größe der Nebenaggregatslast (P_acc) ist der elektrischen Leistungsanforderung der Komponenten und Systeme zugeordnet, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind, und entspricht dieser.
Es kann eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs im Leerlauf oder in einem Zustand mit niedriger Last ermittelt werden.
Die Motorleistung kann durch die Kurbelwellenbeschleunigung angegeben werden. Eine Gleichung, welche die Kurbelwellenbeschleunigung beschreibt, kann wie folgt ausgedrückt werden, wobei Drehverluste außerhalb des Motors und mit einem entriegelten Drehmomentwandler ignoriert werden, wie es nachstehend in Gleichung 1 dargelegt ist: J_csṄ_E = T_E + 2.4T_A + T_{TrqCnvrtr,pump} [1] wobei

T_{TrqCnvrtr,pump}: das Drehmoment ist, das durch den Drehmomentwandler auf Kurbelwelle ausgeübt wird,
T_E: das Motordrehmoment ist,
N_E: die Motordrehzahl ist,
Ṅ_E: die Motorbeschleunigung ist,
J_cs: eine Kurbelwellenleistung ist und
T_A: eine Elektromotor-Drehmomentausgabe von der elektrischen Maschine 35 ist.

Wenn in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung mit einer Batterieleistung bei Null gearbeitet wird (Pbat = 0), ist die Nebenaggregatslast P_acc gleich einer Leistungsausgabe der elektrischen Maschine 35 plus einem elektrischen Leistungsverlust P_loss, wie es nachstehend in Gleichung 2 dargelegt ist: P_acc = N_A·T_A + P_loss [2] wobei die Leistungsausgabe der elektrischen Maschine 35 als die Elektromotor-Drehmomentausgabe T_A von der elektrischen Maschine 35 multipliziert mit der Drehzahl N_A der elektrischen Maschine ermittelt wird. Der elektrische Leistungsverlust P_loss wird vorzugsweise ignoriert. Die Leistungsausgabe der elektrischen Maschine 35, d. h. die Nebenaggregatslast P_acc des Niederspannungs-Hilfssystems 45, kann daher unter Verwendung von Gleichung 1 und Gleichung 2 durch die mechanische Leistung angenähert werden, wie nachstehend in Gleichung 3 dargelegt ist. P_acc = N_A·T_A = 2.4·N_E·T_A [3]
Gleichung 3 kann in Gleichung 1 eingesetzt werden, und es kann das Drehmoment T_{TrqCnvrtr,pump}, das durch den Drehmomentwandler auf die Kurbelwelle ausgeübt wird, ignoriert werden. Es ist einzusehen, dass das Ignorieren des Drehmoments T_{TrqCnvrtr,pump}, das durch den Drehmomentwandler auf die Kurbelwelle ausgeübt wird, zu einem Ergebnis führt, das konservativer als erforderlich ist, da dann, wenn die Motordrehzahl N_E abnimmt, die Last, die durch den Drehmomentwandler auf die Kurbelwelle ausgeübt wird, ebenso abnimmt. Die resultierende Gleichung nach Einsetzen von Gleichung 3 in Gleichung 1 ist nachstehend in Gleichung 4 dargelegt.
Die Analyse umfasst, dass angenommen wird, dass der Motor 40 bei einem MBT-Zündfunken betrieben wird, wobei der Motor keine Zündfunkenreserve aufweist und ansonsten nicht in der Lage ist, sein Drehmoment unter Verwendung eines schnellen Aktuators zu erhöhen.
Die Motorphysik begrenzt den Motorbetrieb auf einen maximalen Wert einer zeitlichen Änderungsrate in dem Motordrehmoment
die hierin als Ṫ_E,max bezeichnet wird. Ein Befehl, das Motordrehmoment mit einer Rate größer als Ṫ_E,max zu erhöhen, um beliebigen Zunahmen in der Nebenaggregatslast P_acc entgegenzuwirken, kann bewirken, dass der Motor 40 abgewürgt wird.
Gleichung 4 kann differenziert werden, um einen Ausdruck zu erhalten, der eine zeitliche Änderungsrate in dem Motordrehmoment Ṫ_E umfasst, wie nachstehend in Gleichung 5 dargelegt ist:
wobei Ṗ_acc eine zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast P_acc ist.
Es ist bevorzugt, dass keine zeitliche Änderungsrate in der Motorbeschleunigung in Gleichung 5 auftritt, d. h. N .._E = 0. Das Ergebnis dafür ist nachstehend in Gleichung 6 dargelegt.
Es ist einzusehen, dass sich sowohl die Nebenaggregatslast P_acc als auch die Motordrehzahl N_E ändern können. Die Nebenaggregatslast P_acc ist leicht steuerbar, indem die Lastanforderung einer oder mehrerer der Nebenaggregatkomponenten und -systeme gesteuert wird, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind. Eine Beschränkung auf eine maximale Zunahmerate in der Nebenaggregatslast P_acc kann ermittelt werden, wie nachstehen in Gleichung 7 dargelegt ist:
Gleichung 7 kann verwendet werden, um eine zeitliche Änderungsrate in der Motorleistung zu berechnen, die erforderlich ist, um das Auftreten eines Abwürgens des Motors zu verhindern, was hierin als eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors bezeichnet wird. Die Rate der Zunahme in der Nebenaggregatslast P_acc, d. h. Ṗ_acc, kann unter Verwendung der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors gesteuert werden. Die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors, die unter Verwendung von Gleichung 7 ermittelt wird, umfasst den ersten Term N_EṪ_E,max und den zweiten Term
Der erste Term N_EṪ_E,max gibt an, dass der Motor ein Abwürgen verhindern kann, das durch eine Zunahme in der Nebenaggregatslast verursacht werden kann, indem dessen eigenes Drehmoment erhöht wird. Der zweite Term
gibt an, dass die Nebenaggregatslast erhöht werden kann, ohne ein Abwürgen des Motors zu verursachen, wenn die Motordrehzahl beschleunigt, sogar wenn Ṫ_E,max gleich Null ist.
2 ist ein Steuerschema 200 in der Form eines Flussdiagramms zum Betreiben eines Antriebsstrangsystems mit einer elektrischen Maschine, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mechanisch an ein Getriebe ankoppelt, z. B. des Antriebsstrangsystems 20, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Insgesamt umfasst das Steuerschema 200, das eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs in einem Zustand mit niedriger Last ermittelt wird. Eine zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast, die durch die elektrische Maschine geliefert wird, welche in einem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, wird in Ansprechen auf die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last gesteuert. Die Nebenaggregatslast entspricht einer Nebenaggregatslast, die durch die Nebenaggregatkomponenten und -systeme angefordert wird, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind. Der Betrieb der elektrischen Maschine 35 in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung in Ansprechen auf die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors umfasst, dass eine maximale zeitliche Änderungsrate in der Motorleistung auferlegt wird und dass dadurch eine zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast gesteuert wird, die durch das Niederspannungs-Hilfssystem 45 angefordert wird.
Tabelle 1 ist als ein Schlüssel vorgesehen, wobei die numerisch bezeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt dargelegt sind und dem Steuerschema 200 von 2 entsprechen. Tabelle 1
Während des laufenden Betriebs des Antriebsstrangs wird eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors berechnet, vorzugsweise unter Verwendung einer Ausführungsform von Gleichung 7, die in einen ausführbaren Code reduziert wurde (202). Der Betrieb des Antriebsstrangsystems 20 umfasst, dass in einem Modus zur Erzeugung einer elektrischen Niederspannungsleistung gearbeitet wird, wobei die elektrische Maschine 35 in einem Modus zur Erzeugung einer elektrischen Leistung arbeitet und wobei die erzeugte elektrische Leistung in eine elektrische Niederspannungsleistung umgewandelt wird, die in Ansprechen auf Nebenaggregatslast geliefert wird, die durch Nebenaggregatkomponenten und -systeme angefordert wird, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind. Dies kann Betriebszustände umfassen, bei denen der Motor 40 im Leerlauf arbeitet.
Die Nebenaggregatslasten werden regelmäßig und periodisch überwacht, und es wird eine zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast des Antriebsstrangsystems berechnet oder auf andere Weise ermittelt (204). Es wird eine Überschussrate für die Nebenaggregatslast ermittelt, und diese ist eine Differenz zwischen der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors und der zeitlichen Änderungsrate in der Nebenaggregatslast (206). Eine Änderungsrate der Nebenaggregatslast wird in Ansprechen auf die Überschussrate der Nebenaggregatslast ermittelt (208). Die Änderungsrate in der Nebenaggregatslast wird unter Verwendung geeigneter Integrationsverfahren über die Zeit integriert (210).
Es wird eine Änderung in der elektrischen Leistungsausgabe von dem APM 34 in Ansprechen auf die Integration der zeitlichen Änderungsrate in der Nebenaggregatslast ausgeführt (212). Dieser Vorgang weist keine Auswirkung auf die elektrische Leistungsausgabe von dem APM 34 auf, wenn die zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast kleiner als die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors ist. Dieser Vorgang umfasst, dass die elektrische Leistungsausgabe von dem APM 34 an eine oder mehrere der Nebenaggregatkomponenten und -systeme begrenzt wird, die mit dem Niederspannungs-Hilfssystem 45 verbunden sind, wenn die zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors überschreitet. Die elektrische Leistungsausgabe von dem APM 34 wird derart gesteuert, dass sie kleiner als die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last ist, wenn die elektrische Maschine in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben wird. Dieser Vorgang umfasst, dass die zuvor begrenzte elektrische Leistungsausgabe von dem APM 34 anschließend erhöht wird, wenn die zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast anschließend kleiner als die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors ist. Die Größe der Begrenzung der elektrischen Leistungsausgabe von dem APM 34 entspricht der Größe der Differenz zwischen der zeitlichen Änderungsrate in der Nebenaggregatslast und der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors.
3 umfasst graphisch gleichzeitig eine Spannung (310) und eine Motordrehzahl (320), die an y-Achsen gezeigt und über der verstrichenen Zeit (330) aufgetragen sind, die an der x-Achse gezeigt ist.
Die Daten umfassen eine elektrische Leistungsausgabe anhand einer APM-Steuerspannung 314 und eine entsprechende Motordrehzahl 324, die dem Betrieb einer Ausführungsform des Antriebsstrangsystems 20 zugeordnet ist, das unter Bezugnahme auf 1 gezeigt und ausgebildet ist, um eine Ausführungsform des Steuerschemas 200 auszuführen, das unter Bezugnahme auf 2 gezeigt ist. Die Daten umfassen ferner eine elektrische Leistungsausgabe von einem bekannten System aus dem Stand der Technik, und sie umfassen eine Hilfssteuerspannung 312 und eine entsprechende Motordrehzahl 322, die einer Ausführungsform eines analogen Antriebsstrangsystems zugeordnet sind, das ohne die Vorteile des Steuerschemas 200 arbeitet.
Anfänglich wird der Motor bei einer nominellen Motorleerlaufdrehzahl um 900 RPM betrieben, und sowohl die Hilfssteuerspannung 312 als auch die APM-Steuerspannung 314 befinden sich bei nominellen Einstellpunkten von ungefähr 15 V.
Der Betrieb des Antriebsstrangsystems 20, das unter Bezugnahme auf 1 gezeigt ist und eine Ausführungsform des Steuerschemas 200 ausführt, das unter Bezugnahme auf 2 gezeigt ist, umfasst einen Motorbetrieb, der umfasst, dass die APM-Steuerspannung 314 bei einem festen Niveau aufrecht erhalten wird, z. B. bei 15 V, während die Motordrehzahl 322 in Ansprechen auf eine zunehmende Nebenaggregatslast abfällt. Zu dem Zeitpunkt T2 340 wird eine Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors verletzt, und die APM-Steuerspannung 314 wird um eine entsprechende Größe verringert. Die Motordrehzahl 324 nimmt entsprechend aufgrund der abnehmenden Nebenaggregatslast zu, wobei die Motordrehzahl 324 auf eine kontrollierte Weise zu der nominellen Motorleerlaufdrehzahl zurückkehrt. Gleichzeitig nimmt die APM-Steuerspannung 314 in Ansprechen auf die Integration der Änderungsrate in der Nebenaggregatslast zu.
Der Betrieb des bekannten Systems aus dem Stand der Technik umfasst einen Motorbetrieb, der das Aufrechterhalten der Hilfssteuerspannung 312 bei einem festen Niveau umfasst, z. B. bei 15 V, während die Motordrehzahl 322 in Ansprechen auf eine zunehmende Nebenaggregatslast abfällt. Zu dem Zeitpunkt T1 350 wird ein Schwellenwert für die Motordrehzahl verletzt, der mit einem Abwürgen des Motors verbunden ist, und die Hilfssteuerspannung 312 wird in einem gestuften Ansprechen verringert. Die Motordrehzahl 322 nimmt entsprechend aufgrund der verringerten Nebenaggregatslast zu, wobei die Motordrehzahl 322 über die nominelle Motorleerlaufdrehzahl hinausschießt, bevor anschließend die nominelle Motorleerlaufdrehzahl wieder erreicht wird.
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.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangsystems, das eine elektrische Maschine umfasst, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist, umfassend, dass: eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs in einem Zustand mit niedriger Last ermittelt wird; und eine zeitliche Änderungsrate einer Nebenaggregatslast, die durch die elektrische Maschine geliefert wird, welche in einem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, in Ansprechen auf die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit geringer Last gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last umfasst, dass die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs in einem Leerlaufzustand ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last umfasst, dass die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors berechnet wird gemäß:
wobei N_E eine Motordrehzahl angibt, Ṅ_E eine Motorbeschleunigung angibt, Ṫ_E,max einen maximalen Wert einer zeitlichen Änderungsrate in einem Motordrehmoment angibt und P_acc eine Nebenaggregatsleistung angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last umfasst, dass eine zeitliche Änderungsrate in einer Motorleistung während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last ermittelt wird, welcher einem Zustand bei einem Abwürgen des Motors entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern der zeitlichen Änderungsrate in der Nebenaggregatslast, die durch die elektrische Maschine geliefert wird, welche in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben wird, umfasst, dass eine elektrische Leistung gesteuert wird, die für Niederspannungs-Hilfssysteme verfügbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern der zeitlichen Änderungsrate in der Nebenaggregatslast, die durch die elektrische Maschine geliefert wird, welche in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, in Ansprechen auf die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs in dem Zustand mit niedriger Last umfasst, dass die Nebenaggregatslast begrenzt wird, wenn die zeitliche Änderungsrate in der Nebenaggregatslast die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors überschreitet.
Verfahren zum Steuern einer zeitlichen Änderungsrate einer Drehmomentausgabe einer elektrisch angetriebenen Drehmomentmaschine in einem Antriebsstrangsystem, das die Drehmomentmaschine umfasst, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist, umfassend, dass: eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs im Leerlauf ermittelt wird, wenn die Drehmomentmaschine in einem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung betrieben wird; und eine zeitliche Änderungsrate einer Nebenaggregatslast, die durch die Drehmomentmaschine geliefert wird, welche in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird, derart gesteuert wird, dass sie kleiner als die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs im Leerlauf, wenn die Drehmomentmaschine in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung betrieben wird, umfasst, dass die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors berechnet wird gemäß:
wobei N_E eine Motordrehzahl angibt, N_E eine Motorbeschleunigung angibt, T_E,max einen maximalen Wert einer zeitlichen Änderungsrate in einem Motordrehmoment angibt und P_acc eine Nebenaggregatsleistung angibt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln der Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors während des Motorbetriebs im Leerlauf, wenn die Drehmomentmaschine in dem Modus zur Erzeugung elektrischer Niederspannungsleistung betrieben wird, umfasst, dass eine zeitliche Änderungsrate in einer Motorleistung während des Motorbetriebs im Leerlauf ermittelt wird, welcher einem Zustand bei einem Abwürgen des Motors entspricht.
Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangsystems, das eine elektrische Maschine umfasst, die mit einem Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelt ist, der mit einem Getriebe mechanisch gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine ausgebildet ist, um eine elektrische Leistung für ein Niederspannungs-Nebenaggregatsystem zu erzeugen, umfassend, dass: eine Schwellenwertrate für ein Abwürgen des Motors während eines Motorbetriebs in einem Zustand mit niedriger Last ermittelt wird, wenn die elektrische Maschine in einem Modus zur Erzeugung elektrischer Leistung betrieben wird; und eine elektrische Last des Niederspannungs-Nebenaggregatsystems mit einer zeitliche Änderungsrate gesteuert wird, die kleiner als die Schwellenwertrate für das Abwürgen des Motors ist.