DE102012222366A1 - Control system of hybrid vehicle, has switching sequence controller to determine actuating signals for combustion engine and actuating signals for electric machine for controlling the load circuits in gear box of hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs. The invention relates to a control system of a hybrid vehicle.
Ein Hybridfahrzeug umfasst ein Antriebsaggregat, welches einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweist, wobei zwischen das Antriebsaggregat und einen Abtrieb ein Getriebe geschaltet ist. Das Getriebe wandelt Drehzahlen und Drehmomente des Antriebsaggregats und stellt das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats am Abtrieb des Hybridfahrzeugs bereit. A hybrid vehicle comprises a drive unit which has an internal combustion engine and an electric machine, wherein a transmission is connected between the drive unit and an output. The transmission converts speeds and torques of the drive unit and provides the traction power supply of the drive unit at the output of the hybrid vehicle ready.
Abhängig von der Betriebssituation des Hybridfahrzeugs, insbesondere abhängig von einer fahrerseitigen Betätigung eines Fahrpedals und/oder Bremspedals, müssen im Getriebe Gangwechsel bzw. Schaltungen ausgeführt werden. Dabei ist insbesondere die Ausführung von Lastschaltungen unter Aufrechterhaltung eines Antriebsmoments am Abtrieb des Hybridfahrzeugs von Bedeutung. Depending on the operating situation of the hybrid vehicle, in particular depending on a driver-side operation of an accelerator pedal and / or brake pedal, gear changes or circuits must be performed in the transmission. In particular, the execution of load circuits while maintaining a drive torque at the output of the hybrid vehicle is of importance.
Bislang wird die Ausführung von Lastschaltungen in einem Getriebe eines Hybridfahrzeugs derart gesteuert bzw. geregelt, dass in Abhängigkeit einer aktuellen Betriebssituation des Hybridfahrzeugs festgelegte Druckverläufe und/oder Momentverläufe ausgewählt und abhängig von denselben Reibschaltelemente des Getriebes angesteuert werden, wobei diese Druckverläufe und/oder Momentverläufe solange variiert werden, bis sich im Getriebe ein gewünschter Drehzahlverlauf einstellt. Die Applizierung der Druckverläufe und/oder Momentverläufe erfolgt über eine Vielzahl von Parametern und ist daher sehr aufwendig. Es besteht daher Bedarf an einem Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs, welches die Ausführung von Lastschaltungen im Getriebe des Hybridfahrzeugs mit einfacheren Mitteln ermöglicht. So far, the execution of load circuits in a transmission of a hybrid vehicle is controlled or regulated such that depending on a current operating situation of the hybrid vehicle defined pressure curves and / or torque curves are selected and driven by the same friction shift elements of the transmission, these pressure curves and / or torque curves as long be varied until a desired speed curve sets in the transmission. The application of the pressure curves and / or torque curves via a variety of parameters and is therefore very expensive. There is therefore a need for a control system of a hybrid vehicle which enables the implementation of load circuits in the transmission of the hybrid vehicle with simpler means.
Aus dem
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs zu schaffen. On this basis, the present invention based on the object to provide a novel control system of a hybrid vehicle.
Diese Aufgabe wird durch ein Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Steuerungssystem umfasst eine Schaltablaufsteuerung und eine übergeordnete Hybrid- und Schaltstrategiesteuerung, wobei zur Ausführung einer Lastschaltung die Schaltablaufsteuerung sowohl Stellsignale für die Schaltelemente des Getriebes als auch Stellsignale für den Verbrennungsmotor und Stellsignale für die elektrische Maschine derart ermittelt, dass die Schaltelemente des Getriebes die Lastschaltung reibleistungsfrei ausführen, wobei hierzu die Schaltablaufsteuerung abhängig von einem Antriebsstrangmodell des Hybridfahrzeugs, abhängig von der aktuellen Betriebssituation des Hybridfahrzeugs und abhängig von physikalischen Randbedingungen und steuerungsseitigen Randbedingungen die Stellsignale für den Verbrennungsmotor und die Stellsignale für die elektrische Maschine ermittelt. This object is achieved by a control system of a hybrid vehicle according to
Beim erfindungsgemäßen Steuerungssystem für ein Hybridfahrzeug handelt es sich um ein modellbasiertes Steuerungssystem, welches auf Grundlage eines Antriebsstrangmodells des Hybridfahrzeugs Stellsignale für den Verbrennungsmotor und Stellsignale für die elektrische Maschine derart ermittelt, dass die Schaltelemente des Getriebes eine Lastschaltung reibleistungsfrei ausführen. Daher können im Getriebe sowohl reibschlüssige Schaltelemente als auch formschlüssige Schaltelemente für die Schaltungsausführung genutzt werden. Die Ermittlung der Stellsignale für den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine erfolgt dabei auf Basis des Antriebstrangmodells abhängig von der aktuellen Betriebssituation des Hybridfahrzeugs und abhängig von physikalischen Randbedingungen und steuerungsseitigen Randbedingungen. Bei den physikalischen Randbedingungen handelt es sich insbesondere um Grenzen, nämlich maximale und minimale zulässige Stellmomente, des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine. Mit einem solchen Steuerungssystem lassen sich die Stellsignale für den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine zur reibleistungsfreien Schaltungsausführung von Lastschaltungen im Getriebe eines Hybridfahrzeugs besonders einfach und vorteilhaft ermitteln. The control system according to the invention for a hybrid vehicle is a model-based control system which, on the basis of a powertrain model of the hybrid vehicle, determines control signals for the internal combustion engine and control signals for the electric machine such that the shifting elements of the transmission execute a load circuit without friction. Therefore, both frictional switching elements and positive switching elements can be used for the circuit design in the transmission. The determination of the control signals for the internal combustion engine and the electric machine takes place on the basis of the powertrain model depending on the current operating situation of the hybrid vehicle and dependent on physical boundary conditions and control-side boundary conditions. The physical boundary conditions are, in particular, limits, namely maximum and minimum permissible setting torques of the internal combustion engine and the electrical machine. With such a control system, the control signals for the internal combustion engine and the electric machine for the friction-free circuit design of load circuits in the transmission of a hybrid vehicle can be determined in a particularly simple and advantageous manner.
Nach einer Weiterbildung ermittelt die Schaltablaufsteuerung über das Antriebsstrangmodell abhängig von Eingangsgrößen des Antriebsstrangmodells als Ausgangsgrößen ein Stellmoment für den Verbrennungsmotor und ein Stellmoment für die elektrische Maschine, wobei das Antriebsstrangmodell als Eingangsgrößen physikalische Randbedingungen, nämlich ein maximal zulässiges Stellmoment des Verbrennungsmotors, ein minimal zulässiges Stellmoment des Verbrennungsmotors, ein maximal zulässiges Stellmoment der elektrischen Maschine sowie ein minimal zulässiges Stellmoment der elektrischen Maschine, und ferner einen Ist-Zustand der Schaltelemente des Getriebes und eine Ist-Beschleunigung einer Ausgangswelle des Getriebes berücksichtigt. Diese Ermittlung der Stellmomente für den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine ist besonders vorteilhaft. In a further development, the shift sequence control determines via the drive train model depending on input variables of the powertrain model as output variables a control torque for the internal combustion engine and a control torque for the electric machine, wherein the powertrain model as input physical boundary conditions, namely a maximum permissible actuating torque of the internal combustion engine, a minimum permissible actuating torque of Internal combustion engine, a maximum permissible actuating torque of the electric machine and a minimum permissible actuating torque of the electric machine, and also takes into account an actual state of the switching elements of the transmission and an actual acceleration of an output shaft of the transmission. This determination of the control moments for the Internal combustion engine and the electric machine is particularly advantageous.
Nach einer weiteren Weiterbildung ermittelt die Schaltablaufsteuerung das Stellmoment für den Verbrennungsmotor und das Stellmoment für die elektrische Maschine für mehrere Schaltungsphasen, nämlich für eine Entlastungsphase des zu öffnenden Schaltelements, eine Synchronisierungsphase des zu schließenden Schaltelements und eine Belastungsphase des zu schließenden Schaltelements. According to a further development, the shift sequence control determines the actuating torque for the internal combustion engine and the actuating torque for the electric machine for a plurality of circuit phases, namely for a discharge phase of the switching element to be opened, a synchronization phase of the switching element to be closed and a load phase of the switching element to be closed.
Für die Entlastungsphase des zu öffnenden Schaltelements ermittelt das Antriebsstrangmodell der Schaltablaufsteuerung das Stellmoment für den Verbrennungsmotor und das Stellmoment für die elektrische Maschine weiterhin abhängig von einem Soll-Abtriebsmoment und abhängig von einer Ausgangsgröße einer Momentvorgabe, wobei die Momentvorgabe abhängig von einem Ist-Moment des zu öffnenden Schaltelements als Ausgangsgröße ein Soll-Moment des zu öffnenden Schaltelements bestimmt. For the discharge phase of the switching element to be opened, the drive train model of the shift sequence control determines the actuating torque for the internal combustion engine and the actuating torque for the electric machine further depending on a target output torque and dependent on an output of a torque specification, the torque setting depending on an actual torque of the opening switching element as the output variable determines a desired torque of the switching element to be opened.
Für die Synchronisierungsphase des zu schließenden Schaltelements ermittelt das Antriebsstrangmodell der Schaltablaufsteuerung das Stellmoment für den Verbrennungsmotor und das Stellmoment für die elektrische Maschine weiterhin abhängig von einem Soll-Abtriebsmoment weiterhin abhängig von einem steuerungsseitigen Anteil und einem regelungsseitigen Anteil einer Beschleunigungsvorgabe für das zu schließende und zu synchronisierende Schaltelement. For the synchronization phase of the switching element to be closed, the drive train model of the shift sequence control further determines the actuating torque for the internal combustion engine and the actuating torque for the electric machine depending on a target output torque depending on a control-side portion and a control-side portion of an acceleration default for the closed and to be synchronized switching element.
Für die Belastungsphase des zu schließenden Schaltelements ermittelt das Antriebsstrangmodell der Schaltablaufsteuerung das Stellmoment für den Verbrennungsmotor und das Stellmoment für die elektrische Maschine weiterhin abhängig von Ausgangsgrößen einer Momentangleichung, wobei die Momentangleichung abhängig von einem Soll-Abtriebsmoment, abhängig von einem Ist-Moment des Verbrennungsmotors und abhängig von einem Ist-Moment der elektrischen Maschine als Ausgangsgrößen ein Soll-Moment des Verbrennungsmotor und ein Soll-Moment der elektrischen Maschine bestimmt. For the load phase of the closing element to be closed, the drive train model of the shift sequence control determines the control torque for the engine and the control torque for the electric machine further depending on output variables of a moment equalization, the instantaneous adjustment depends on a target output torque, depending on an actual torque of the engine and depending on an actual torque of the electric machine as output variables, a desired torque of the internal combustion engine and a desired torque of the electrical machine determined.
Diese Ermittlung der Stellmomente für den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine abhängig von den Schaltphasen einer auszuführenden Schaltung ist besonders vorteilhaft und daher bevorzugt. This determination of the control torques for the internal combustion engine and the electric machine as a function of the switching phases of a circuit to be executed is particularly advantageous and therefore preferred.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: Preferred developments emerge from the subclaims and the following description. Embodiments of the invention will be described, without being limited thereto, with reference to the drawings. Showing:
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerungssystem eines Hybridfahrzeugs zur Steuerung bzw. Regelung des Hybridfahrzeugs bei der Ausführung einer Schaltung bzw. eines Gangwechsels, nämlich einer Lastschaltung. The present invention relates to a control system of a hybrid vehicle for controlling the hybrid vehicle in the execution of a shift or a gear change, namely a load circuit.
Ein Hybridfahrzeug umfasst ein Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor
Dem Verbrennungsmotor
Ein erfindungsgemäßes Steuerungssystem für ein solches Hybridfahrzeug umfasst eine Schaltablaufsteuerung
Gemäß
Dann, wenn das Hybridfahrzeug außerhalb einer Schaltung bzw. eines Gangwechsels, also mit einem fest eingelegten Gang, betrieben wird, werden entsprechende Stellmomente für den Verbrennungsmotor
Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun solche Details des erfindungsgemäßen Steuerungssystems, welches die Schaltablaufsteuerung
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine konkrete Ausführung eines Getriebes bzw. eine konkrete Ausführung eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs beschränkt ist. So kann die Erfindung bei Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, die als ein Getriebe ein konventionelles Automatikgetriebe oder ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein leistungsverzweigtes Getriebe oder ein mehrstufiges Gruppengetriebe umfassen. It should be noted that the invention is not limited to a specific embodiment of a transmission or a specific embodiment of a drive train of a hybrid vehicle. Thus, the invention may be applied to hybrid vehicles comprising, as a transmission, a conventional automatic transmission or a dual-clutch transmission or a power-split transmission or a multi-stage group transmission.
Zur Ausführung einer Lastschaltung im Getriebe
Das Antriebsstrangmodell
Neben diesen Eingangsgrößen werden weitere Eingangsgrößen von dem Antriebsstrangmodell
In der Entlastungsphase des zu öffnenden Schaltelements wird das zu öffnende Schaltelement entlastet, wobei dieses Schaltelement dann geöffnet wird, wenn dasselbe näherungsweise kein bzw. ein geringes Moment mehr überträgt. In der sich anschließenden Synchronisierungsphase des zu schließenden Schaltelements wird die Differenzdrehzahl an dem für den Gangwechsel zu schließenden Schaltelement reduziert. Hierbei wird ein stetiger Beschleunigungsverlauf vorgegeben, nämlich derart, dass am Ende dieser Synchronisierungsphase die Differenzdrehzahl und die Differenzbeschleunigung für das zu schließende Schaltelement Null betragen. Sobald die Drehzahldifferenz Null beträgt, kann das zu schließende Schaltelement reibleistungsfrei geschlossen werden. In der sich hieran anschließenden Belastungsphase des zu schließenden Schaltelements erfolgt eine Momentangleichung zum neuen Gang. In the discharge phase of the switching element to be opened, the switching element to be opened is relieved, wherein this switching element is opened when the same transmits approximately no or a small moment more. In the subsequent synchronization phase of the switching element to be closed, the differential rotational speed is reduced at the switching element to be closed for the gear change. In this case, a steady acceleration curve is specified, namely such that at the end of this synchronization phase the differential rotational speed and the differential acceleration for the switching element to be closed are zero. As soon as the speed difference is zero, the switching element to be closed can be closed without friction. In the subsequent load phase of the switching element to be closed, an instantaneous adjustment takes place to the new gear.
Bevor nachfolgend unter Bezugnahme auf
Als weitere Eingangsgröße dient in der Entlastungsphase dem Antriebsstrangmodell
Für die Entlastungsphase des zu öffnenden Schaltelements wird demnach im Block Momentvorgabe
Zusätzlich zu den bereits erwähnten physikalischen Randbedingungen berücksichtigt das Antriebsstrangmodell
Als weitere Eingangsgröße für das Antriebsstrangmodell
Der steuerungsseitige Anteil ∆ώSYN-S der Beschleunigungsvorgabe bzw. Differenzbeschleunigungsvorgabe ∆ώSYN-STELL für das zu schließende Schaltelement wird von einer Sollverlaufvorgabe
Der regelungsseitige Anteil ∆ώSYN-R der Beschleunigungsvorgabe bzw. Differenzbeschleunigungsvorgabe ∆ώSYN-STELL wird von einem Drehzahlregler
Von der Sollverlaufvorgabe
Bei den Anti-Windup-Maßnahmen werden der Sollverlaufvorgabe
So werden als weitere Eingangsgrößen des Antriebsstrangmodells
Ausgehend von den Ist-Momenten MVM-IST und MEM-IST von Verbrennungsmotor
So sind in
Die Entlastungsphase des zu öffnenden Schaltelements erstreckt sich zwischen den Zeitpunkten t0 und t1, also im Zeitintervall ∆t1. The discharge phase of the switching element to be opened extends between the times t0 and t1, ie in the time interval Δt1.
Die Synchronisierungsphase des zu schließenden Schaltelements erstreckt sich zwischen den Zeitpunkten t1 und t6, also im Zeitintervall ∆t2. The synchronization phase of the switching element to be closed extends between the times t1 and t6, ie in the time interval Δt2.
Die Belastungsphase des zu schließenden Schaltelements erstreckt sich zwischen den Zeitpunkten t6 und t7, also im Zeitintervall ∆t3. The loading phase of the switching element to be closed extends between the times t6 and t7, ie in the time interval Δt3.
Weiterhin sind in
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 steigen die steuerungsseitigen Randbedingungen auf den jeweiligen Maximalwert kontinuierlich an, werden zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 konstant gehalten und zwischen den Zeitpunkten t4 und t6 werden diese steuerungsseitigen Randbedingungen wiederum rampenartig auf Null reduziert.
Als Randbedingungen können weiterhin zulässige Schaltzeiten, nämlich eine maximal zulässige Schaltzeit und eine minimal zulässige Schaltzeit berücksichtigt werden. Diese Schaltzeiten ergeben sich aus den maximal zulässigen und minimal zulässigen Differenzbeschleunigungen ∆ώSYN-MAX und ∆ώSYN-MIN für das zu synchronisierende Schaltelement. As boundary conditions permissible switching times, namely a maximum permissible switching time and a minimum permissible switching time can be taken into account. These switching times result from the maximum permissible and minimum allowable differential accelerations Δώ SYN-MAX and Δώ SYN-MIN for the switching element to be synchronized.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 22
- elektrische Maschine electric machine
- 33
- Getriebe transmission
- 44
- Abtrieb output
- 55
- Steuerungseinrichtung control device
- 66
- Steuerungseinrichtung control device
- 77
- Steuerungseinrichtung control device
- 88th
- Schaltablaufsteuerung Shifting sequence control
- 99
- Hybrid- und Schaltstrategiesteuerung Hybrid and shift strategy control
- 1010
- Antriebsstrangmodell Drivetrain model
- 1111
- Momentvorgabe torque specification
- 1212
- Momentangleichung moment approximation
- 1313
- Randbedingungsvorgabe Constraint specification
- 1414
- Sollverlaufvorgabe Desired course setting
- 1515
- Regler regulator
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Artikel "Modellbasierte Steuerungsberechnung für Doppelkupplungsgetriebe als Teil eines neuen Gesamtkonzepts zur Getriebesteuerung und -regelung, AT-Automatisierungstechnik, 5/2009, S. 230 bis 237" [0005] Article "Model-based control calculation for dual-clutch transmissions as part of a new overall concept for transmission control and regulation, AT automation technology, 5/2009, pp. 230 to 237" [0005]
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Andreas Michalka et alia: Modellbasierte Steuerungsberechnung für Doppelkupplungsgetriebe als Teil eines neuen Gesamtkonzepts zur Getriebesteuerung und -regelung. In: at – Automatisierungstechnik, 57 (2009) 5, 230-237. - ISSN keine. http://www.oldenbourg-link.com/doi/pdf/10.1524/auto.2009.0767 [abgerufen am 09.08.2013] |
Artikel "Modellbasierte Steuerungsberechnung für Doppelkupplungsgetriebe als Teil eines neuen Gesamtkonzepts zur Getriebesteuerung und -regelung, AT-Automatisierungstechnik, 5/2009, S. 230 bis 237" |
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