DE102013100204A1

DE102013100204A1 - Energiemanagement-Steuerungssystem

Info

Publication number: DE102013100204A1
Application number: DE102013100204A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Yamazaki; Fazal Urrahman Syed; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2013-07-11
Also published as: CN103192833A; US9592817B2; CN103192833B; US20130179014A1

Abstract

Es werden ein System und ein Verfahren zum Steuern der Energieverteilung in einem HEV-Antriebsstrang bereitgestellt. Als Reaktion auf eine Eingabe, die eine Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt, wird ein Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswert erzeugt. Als Reaktion auf eine Eingabe, die eine tatsächliche Batterieleistung und die Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt, wird ein Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswert erzeugt. Auf Basis einer Summe des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes und des Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes wird eine Batterie-Leistungsanforderung berechnet.

Description

BEREICH DER TECHNIK
Eine oder mehrere Ausführungsformen betreffen ein Steuerungssystem zum Steuern der Energieverteilung aus einer Batterie in einem Antriebsstrang für ein Hybrid-Elektrofahrzeug.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) setzen eine Kombination von einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor ein, um die Leistung bereitzustellen, die zum Antrieb eines Fahrzeugs benötigt wird. Diese Anordnung liefert verbesserte Kraftstoffverbrauchswerte gegenüber einem Fahrzeug, das nur eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Ein Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte in einem HEV besteht im Abschalten der Kraftmaschine in den Zeiten, in denen die Kraftmaschine ineffizient arbeitet und nicht anderweitig benötigt wird, um das Fahrzeug anzutreiben. In diesen Fällen wird der Elektromotor eingesetzt, um die gesamte Leistung bereitzustellen, die für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird. Vergrößert sich der Fahrer-Leistungsbedarf derart, dass der Elektromotor nicht länger genügend Leistung bereitstellen kann, um den Bedarf zu decken, oder fällt der Batterieladezustand (SOC) unter eine bestimmte Stufe, dann startet die Kraftmaschine schnell und reibungslos in einer Weise, die für den Fahrer nahezu transparent ist. Ein weiteres Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffverbrauchswerte in einem HEV besteht darin, die Kraftmaschine nur in einem Hocheffizienzbereich zu betreiben und den Motor so zu regeln, dass er Leistung hinzufügt oder Leistung aus der Gesamtleistung entnimmt, die zum Decken des Leistungsbedarfs benötigt wird.
Ein modularer Hybrid-Antriebsstrang (MHT) ist ein Antriebsstrang, der Komponenten aus einem herkömmlichen Fahrzeug (z. B. die Kraftmaschine, den Schaltgetriebekasten und das Differenzial) aufweist und die Hybrid-Komponenten (z. B. den Motor, die Hochspannungsbatterie, Kupplungen) einbezieht, um einen HEV bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern der Energieverteilung in einem HEV-Antriebsstrang bereitgestellt. Als Reaktion auf eine Eingabe, die eine Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt, wird ein Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswert erstellt. Als Reaktion auf eine Eingabe, die eine tatsächliche Batterieleistung und die Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt, wird ein Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswert erstellt. Auf Basis einer Summe des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes und des Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes wird eine Batterie-Leistungsanforderung berechnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Steuerungssystem mit einem Steuergerät versehen. Das Steuergerät erstellt auf Basis einer systembegrenzten Summe aus einer Fahrer-Drehmomentanforderung und einem Getriebe-Drehmomentverlustwert eine Fahrer-Leistungsanforderung. Das Steuergerät erstellt auch einen Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswert als eine Funktion der Fahrer-Leistungsanforderung, und einer Kraftmaschinenleistungsanforderung. Das Steuergerät berechnet dann eine Batterie-Leistungsanforderung als Reaktion auf den Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswert.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug mit einer Steuereinheit versehen, die eingerichtet ist, eine Ausgabe zu erzeugen, die als Reaktion auf eine Getriebeeingangsdrehzahl eine Gangwahl anzeigt. Ein Steuergerät kommuniziert mit der Steuereinheit und ist eingerichtet, eine Ausgabe zu erzeugen, die als Reaktion auf eine Eingabe, die eine Fahrer-Drehmomentanforderung und eine tatsächliche Batterieleistung anzeigt, und unabhängig von der Gangwahl einen Kraftmaschinen-Drehmomentbefehl und einen Motor-Drehmomentbefehl anzeigt.
Von daher liefern verschiedene Ausführungsformen einen oder mehrere Vorteile. Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) setzen eine Kombination von einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor ein, um die Leistung bereitzustellen, die zum Antrieb eines Fahrzeugs benötigt wird. Diese Anordnung liefert verbesserte Kraftstoffverbrauchswerte gegenüber einem Fahrzeug, das nur eine Verbrennungskraftmaschine aufweist. Ferner weist das Fahrzeug ein modulares Hybridgetriebe (MHT) mit einem Energiemanagement-Steuerungssystem auf. Das Steuerungssystem vereinfacht die Steuerlogik des Fahrzeugs durch Entkoppeln der Drehzahl- und Drehmomentbestimmungen in zwei unabhängige Steuervariablen (Gangwahl und Batterie-Leistungsanforderung).
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht eines Teils des Hybrid-Elektrofahrzeugs von 1;
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Energiemanagement-Steuerungssystems;
4 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Steuerungssystems von 3;
5A ist ein Teil eines Flussdiagramms, das ein Verfahren zum Ausführen der in 3 dargestellten Steuerungsfunktionen für das Hybrid-Elektrofahrzeug von 1 zeigt;
5B ist ein weiterer Teil des Flussdiagramms von 5A; und
5C ist noch ein weiterer Teil des Flussdiagramms von 5A.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es ist jedoch so zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiele für die Erfindung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert sein, um Details von speziellen Bestandteilen darzustellen. Deshalb dürfen spezielle strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart sind, nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine kennzeichnende Grundlage, um Fachleuten die verschiedenartigen Anwendungen der vorliegenden Erfindung zu vermitteln.
Mit Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt und wird allgemein durch die Ziffer 10 gekennzeichnet. Im Allgemeinen weist das Fahrzeug 10 ein Energiemanagement-Steuerungssystem auf, das gegenüber den existierenden Steuerungssystemen durch Vereinfachung der Steuerung Vorzüge aufweist. Wie nachfolgend mit Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, umfasst diese Vereinfachung das Entkoppeln der Drehzahl- und Drehmomentbestimmungen in zwei unabhängige Steuervariablen (Gangwahl und Batterie-Leistungsanforderung). Ferner kann die Bestimmung der Batterie-Leistungsanforderung weiter vereinfacht werden, indem eine Rückkopplungsschleife in der Steuerung unter bestimmten Betriebsbedingungen deaktiviert wird, wie nachfolgend mit Bezug auf 3–5C beschrieben ist.
Das Fahrzeug 10 ist ein HEV und weist eine Kraftmaschine 12, eine Elektromaschine oder einen Motor/Generator (M/G) 14 und ein Getriebe 16 auf. Vom Getriebe 16 erstreckt sich eine Ausgangswelle 18 und schließt an ein Differenzial 20 an. Vom Differenzial 20 erstreckt sich ein Paar von Achswellen 22, und jede Welle 22 stellt die Verbindung zu einem Antriebsrad 24 her.
Der M/G 14 arbeitet als ein Motor und ein Generator. Der M/G 14 arbeitet als ein Motor, indem er elektrische Leistung aus einer Hochspannungsbatterie 26 aufnimmt und das Drehmoment (T_in) dem Getriebe 16 für den Antrieb des Fahrzeugs 10 zur Verfügung stellt. Der M/G 14 arbeitet als ein Generator, indem er das Kraftmaschinendrehmoment (T_eng) und/oder das Drehmoment vom Getriebe 16 aufnimmt, wodurch die Hochspannungsbatterie 26 aufgeladen wird.
Das Fahrzeug 10 weist einen Anlasser 28 zum Starten der Kraftmaschine 12 auf. Der Anlasser 28 nimmt aus einer Niederspannungsbatterie 30 eine elektrische Leistung auf und stellt der Kraftmaschine 12 das Drehmoment für das Anlassen der Kraftmaschine 12 bereit. In einer oder mehreren Ausführungsformen arbeitet der M/G 14 als ein Anlasser und nimmt aus der Hochspannungsbatterie 26 eine elektrische Leistung auf und stellt das Drehmoment für das Anlassen der Kraftmaschine 12 bereit.
Das Fahrzeug 10 weist Kupplungen für das wahlweise Abtrennen des M/G 14 und/oder der Kraftmaschine 12 von den Antriebsrädern 24 auf. Eine Ausrückkupplung 32 ist zwischen der Kraftmaschine 12 und dem M/G 14 angeordnet. Die Ausrückkupplung 32 wird betätigt, um die Kraftmaschine 12 an den Rest des Antriebsstrangs zu koppeln oder von ihm abzukoppeln. Durch Abkoppeln der Kraftmaschine 12 kann das Fahrzeug 10 durch den M/G 14 in einer elektrischen Betriebsart angetrieben werden. Entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen ist zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 16 eine Startkupplung 34 angeordnet. Die Startkupplung 34 wird betätigt, um den M/G 14 (und die Kraftmaschine 12) an das Getriebe 16 zu koppeln oder von ihm abzukoppeln. Die Startkupplung 34 kann auch so gesteuert werden, dass sie teilweise mit dem Getriebe 16 im Eingriff steht. Dieses teilweise Eingreifen oder ”Schleifen” begrenzt die Übertragung beliebiger Schwingungen im Antriebsstrang an die Antriebsräder 24. Sowohl die Ausrückkupplung 32 als auch die Startkupplung 34 sind entsprechend mindestens einer Ausführungsform als hydraulische Kupplungen eingerichtet. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 10 weisen mechanische oder elektrische Kupplungen auf.
Alternative Ausführungsformen des Fahrzeugs 10 weisen einen Drehmomentwandler 36 anstelle einer Startkupplung 34 auf, der zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 16 angeordnet ist. Ein Drehmomentwandler 36 ist normalerweise weniger effizient als eine Startkupplung 34. Jedoch erfordert die Startkupplung 34 normalerweise eine kompliziertere Steuerungsstrategie. Deshalb kann das Fahrzeug 10 ausgehend von den bevorzugten Verwendungen eine Startkupplung 34 oder einen Drehmomentwandler 36 aufweisen.
Das Fahrzeug 10 weist ein modulares Hybridgetriebe (MHT) auf. Ein MHT ist ein Antriebsstrang, der Komponenten aus einem herkömmlichen Fahrzeug (z. B. Kraftmaschine, Schaltgetriebekasten und Differenzial) aufweist und Hybrid-Komponenten (z. B. Motor, Hochspannungsbatterie, Kupplungen) einbezieht, um einen HEV bereitzustellen. Die Hybridkomponenten werden in 1 allgemein durch die Ziffer 37 gekennzeichnet. Durch den Einsatz vieler herkömmlicher oder ”übernommener” Komponenten kann das Fahrzeug 10 von den ”Kostenvorteilen durch Massenproduktion” profitieren, welche die Gesamtkosten und die Komplexität des Fahrzeugs 10 verringern.
Das Fahrzeug 10 weist eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) zum Steuern verschiedener Fahrzeugsysteme und Untersysteme auf und ist allgemein durch Block 38 in 1 dargestellt. Die VSC 38 umfasst mehrere in Beziehung stehende Algorithmen, die über mehrere Steuergeräte in dem Fahrzeug 10 verteilt sind. Die Algorithmen zum Steuern des MHT-Antriebsstrangs sind zum Beispiel zwischen einer Kraftmaschinensteuereinheit (ECU) 40 und einer Getriebesteuereinheit (TCU) 42 aufgeteilt. Die ECU 40 ist elektrisch mit der Kraftmaschine 12 verbunden, um den Betrieb der Kraftmaschine 12 zu steuern. Die TCU 42 ist elektrisch mit dem M/G 14 und dem Getriebe 16 verbunden, um deren Betrieb zu steuern. Entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen kommunizieren die ECU 40 und TCU 42 miteinander und mit anderen (nicht dargestellten) Steuergeräten über eine Hardline-Fahrzeugverbindung, wobei ein gemeinsames Busprotokoll (z. B. CAN) verwendet wird. Obwohl die dargestellte Ausführungsform zeigt, dass der Funktionsumfang der VSC 38 zum Steuern des MHT-Antriebsstrangs in zwei Steuergeräten (ECU 40 und TCU 42) enthalten ist, weisen andere Ausführungsformen des HEV 10 ein einziges VSC-Steuergerät oder mehr als zwei Steuergeräte zum Steuern des MHT-Antriebsstrangs auf.
Die Algorithmen der VSC 38 zum Steuern des MHT-Antriebsstrangs werden in zwei ”Freiheitsgrade” vereinfacht: Drehzahl und Drehmoment. Die TCU 42 bestimmt eine erste unabhängige Steuervariable (Gangwahl), die der Drehzahl entspricht. Die ECU 40 bestimmt eine zweite unabhängige Steuervariable (Batterie-Leistungsanforderung), die dem Drehmoment entspricht.
2 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm der Algorithmen der VSC 38 zum Bestimmen der zwei unabhängigen Steuervariablen: Gangwahl und Batterie-Leistungsanforderung. Entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen sind die Algorithmen der VSC 38 mit Bezugnahme auf 1 und 2 in der ECU 40 und der TCU 42 enthalten.
Mit Bezugnahme auf 1 und 2 bestimmt die VSC 38 die erste unabhängige Steuervariable (Gangwahl) am Block 43. Die VSC 38 empfängt als Eingabe (ω_oss) und (ω_in), welche die Ausgangswellendrehzahl bzw. die Getriebeeingangsdrehzahl darstellen. Die VSC 38 empfängt auch als Eingabe ein Gaspedalstellungssignal (APPS), das eine Fahreranforderung in Bezug auf ein Raddrehmoment darstellt. Die Eingabe kann direkt als ein Eingabesignal von einzelnen Systemen oder Sensoren (nicht dargestellt) oder indirekt als Eingabedaten über den CAN-Bus empfangen werden. Zum Beispiel können die Ausgangswellendrehzahl (ω_oss) und die Getriebeeingangsdrehzahl (ω_in) als Eingabesignale von Drehzahlsensoren erhalten werden (nicht dargestellt). Am Block 43 bestimmt die VSC 38 die Gangwahl als Reaktion auf die Eingaben (ω_oss), (ω_in) und (APPS) und stellt dem Getriebe 16 die Ausgabe (GEAR_cmd) bereit, die einen Gangwahlbefehl darstellt.
Die Gangwahl (z. B. erster, zweiter, dritter usw.) legt die Übersetzung des Getriebes 16 fest. Da das Fahrzeug eine Inline-Kraftmaschine 12 und einen M/G 14 sowie ein Getriebe 16 umfasst, das diskrete Übersetzungen (”Übersetzungsstufen”) aufweist, sind die Drehzahlberechnungen über den Antriebsstrang hinweg im Vergleich zu den HEV vom Stand der Technik vereinfacht, die stufenlos verstellbare Getriebe aufweisen, welche unendlich viele Übersetzungen bereitstellen. Ist die Ausrückkupplung 32 zum Beispiel im Eingriff, dann entspricht die Drehzahl des M/G 14 der Kraftmaschinendrehzahl (ω_eng). Die Kraftmaschinendrehzahl (ω_eng) und die Drehzahl des M/G 14 sind einander gleich, wenn die Ausrückkopplung 32 voll im Eingriff steht (kein Schleifen). Die Ausgangswellendrehzahl (ω_oss) entspricht der Drehzahl des M/G 14 und der Übersetzung des Getriebes 16. Die Drehzahl eines jeden Antriebsrades 24 entspricht der Ausgangswellendrehzahl (ω_oss) und der Übersetzung des Differenzials 20. Die Raddrehzahl kann auch mit der Fahrzeuggeschwindigkeit (km/h) in Beziehung stehen.
Am Block 44 bestimmt die VSC 38 eine Raddrehmomentanforderung. Die VSC 38 empfängt als Eingabe (T_regen) und (APPS), die ein regeneratives Bremsdrehmoment bzw. die Fahreranforderung bezüglich eines Raddrehmoments darstellen. Die Eingabe kann direkt als ein Eingabesignal von einzelnen Systemen oder Sensoren (nicht dargestellt) oder indirekt als Eingabedaten über den CAN-Bus empfangen werden. Zum Beispiel kann das regenerative Bremsdrehmoment (T_regen) als ein Eingabesignal von einem Bremssystemsteuergerät erhalten werden (nicht dargestellt). Die Gaspedalstellung (APPS) kann als ein Eingabesignal von einem Gaspedalstellungssensor erhalten werden (nicht dargestellt). Die VSC 38 bestimmt am Block 44 eine Raddrehmomentanforderung als Reaktion auf die Eingaben (T_regen), (APPS) und (ω_oss) und stellt eine Ausgabe (T_req) bereit, die eine Fahrer-Drehmomentanforderung darstellt.
Am Block 46 bestimmt die VSC 38 eine Batterie-Leistungsanforderung. Die VSC empfängt als Eingabe (PSOC), (P_{bat_act}) und (ω_oss), die jeweils den Leistungszustand der Ladungserhaltung, die tatsächliche Batterieleistung und die Ausgangswellendrehzahl darstellen. Die Eingabe kann direkt als ein Eingabesignal von einzelnen Systemen oder Sensoren (nicht dargestellt) oder indirekt als Eingabedaten über den CAN-Bus empfangen werden. Zum Beispiel können der Leistungszustand der Ladungserhaltung (PSOC), die tatsächliche Batterieleistung (P_{bat_act}) und die Ausgangswellendrehzahl (ω_oss) als Eingangssignale von einem Batteriesteuergerät erhalten werden (nicht dargestellt). Am Block 46 empfängt die VSC 38 auch die Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req). Am Block 46 bestimmt die VSC 38 die Batterie-Leistungsanforderung als Reaktion auf die Eingaben (PSOC), (P_{bat_act}) und (ω_oss) sowie die Drehmomentanforderung (T_req) und stellt die Ausgabe (P_{bat_em_des}) bereit, die eine endgültige HV-Batterie-Leistungsanforderung darstellt.
Am Block 47 vergleicht die VSC 38 die Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) mit Systemgrenzwerten, um einen Drehmomentbefehl (T_cmd) zu bestimmen. Die Systemgrenzwerte stellen die vorgegebenen Betriebsgrenzwerte für die Kraftmaschine, den Motor und die Batterie dar. Die Drehmomentaufteilung zwischen der Kraftmaschine 12 und dem M/G 14 wird am Block 48 bestimmt. Die VSC 38 vergleicht den Drehmomentbefehl (T_cmd) mit der endgültigen HV-Batterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}) zusammen mit den vorgegebenen Daten für die Kraftmaschine, um den Drehmomentbeitrag (Aufteilung), der von der Kraftmaschine 12 und vom M/G 14 gefordert wird, zu bestimmen, und stellt die entsprechenden Befehlssignale (T_{cmd_eng}) und (T_{cmd_m}) bereit.
Die Gangwahl-Steuervariable (Gangwahl) wird sowohl durch HEVs als auch Nicht-HEVs bestimmt. HEVs ist die Batterie-Leistungsanforderungs-Steuervariable (P_{bat_em_des}) eigen. Da die Gangwahl-Steuervariable unabhängig von der Batterie-Leistungsanforderungsvariablen bestimmt wird, würden ein HEV 10 und ein entsprechendes Nicht-HEV, die mit der VSC 38 ausgestattet sind, ähnliche Leistungscharakteristiken aufweisen. Zum Beispiel würden sowohl das HEV als auch das Nicht-HEV bei ungefähr der gleichen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Getriebeeingangsdrehzahl (ω_in) einen Gang nach oben schalten. Die unabhängigen Steuervariablen werden auf eine Weise festgelegt, so dass sie die Forderungen des Fahrers innerhalb der Grenzwerte des MHT-Antriebsstrangs und der Untersysteme erfüllen und die gewünschten Fahrzeugleistungsmerkmale (z. B. verringerter Treibstoffverbrauch, niedrige Emissionen, Fahrverhalten, verlängerte Batterielebensdauer usw.) erreichen.
Mit Bezugnahme auf 3 ist ein schematisches Blockdiagramm dargestellt, das entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen den Betrieb eines Energiemanagement-Steuerungssystems oder -Verfahrens zeigt und auf das allgemein mit der Ziffer 50 verwiesen wird. Das Steuerungssystem 50 entspricht den Bestimmungsblöcken 44 und 46 von 2 zur Bestimmung der Batterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}). Entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen ist das Steuerungssystem 50 in der ECU 40 enthalten und kann in einer Hardware- und/oder Software-Steuerlogik realisiert werden, wie hier ausführlicher beschrieben wird.
An der Summierverbindungsstelle 52 bestimmt das Steuerungssystem 50 eine Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}). Das Steuerungssystem 50 empfängt als Eingabe (APPS) und (T_regen) welche die Fahreranforderung bezüglich des Raddrehmoments bzw. das regenerative Bremsdrehmoment repräsentieren. An der Summierverbindungsstelle 52 addiert das Steuerungssystem 50 die Fahrer-Drehmomentanforderung, die aus (APPS) abgeleitet ist, zu (T_regen), um die Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) zu berechnen. Das Steuerungssystem 50 berücksichtigt die Effizienzverluste im Getriebe 16, indem an der Summierverbindungsstelle 54 ein Getriebe-Drehmomentverlust (T_{trans_loss}) zur Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) addiert wird.
Am Systemkomparator 56 wird ein Drehmomentbefehl (T_{cmd_unf}) bestimmt. Die Summe aus der Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) und dem Getriebe-Drehmomentverlust (T_{trans_loss}) wird mit den System-Drehmomentgrenzwerten (T_{sys_max}, T_{sys_min}) verglichen. Die System-Drehmomentgrenzwerte sind eine Funktion der Kraftmaschinen-Drehmomentgrenzwerte (T_{eng_max}, T_{eng_min}), der Motor-Drehmoment-grenzwerte (T_{m_inst_max}, T_{m_inst_min}), der Batteriegrenzwerte (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}), der elektrischen Effizienz (P_{sys_loss}) und der Motordrehzahl (ω_m). Entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen ist das maximale Systemdrehmoment (T_{sys_max}) eine Funktion von (T_{eng_max}, T_{m_inst_max}, P_{elec_dch_lim}, P_{sys_loss}, ω_m) und das minimale Systemdrehmoment (T_{sys_min}) eine Funktion von (T_{eng_min}, T_{m_inst_min}, P_{elec_chg_lim}, P_{sys_loss}, ω_m).
Das Steuerungssystem 50 wertet die Anforderung des Fahrers bezüglich des Fahrzeugantriebs eher im Drehmomentbereich statt im Leistungsbereich aus, was eine verbesserte Fahrzeugsteuerung ermöglicht. Steuerungssysteme für Hybridfahrzeuge vom Stand der Technik (nicht dargestellt) werten häufig die Anforderung des Fahrers im Leistungsbereich aus, was zu Berechnungsfehlern führen kann, wenn die Drehzahl null ist. Diese Steuerungssysteme vom Stand der Technik, die im Leistungsbereich arbeiten, berechnen das Drehmoment, indem sie die Leistung durch die Drehzahl dividieren, was fehlerhafte Drehmomentwerte von null beim Starten ergeben könnte, wenn die Drehzahl null und das Drehmoment ungleich null ist. Um diese Berechnung auszugleichen, weisen die Leistungsbereich-Steuerungssysteme vom Stand der Technik für bestimmte Betriebsarten (z. B. Motorstart) oft Ersatzdrehmomentwerte auf.
Der Drehmomentbefehl (T_{cmd_unf}) wird in den Leistungsbereich überführt, indem (T_{cmd_unf}) an der Multiplikationsverbindungsstelle 58 mit der Ausgangswellendrehzahl (ω_oss) multipliziert wird. Dieses Produkt wird an der Summierverbindungsstelle 60 zum Systemleistungsverlust (P_{sys_loss}) addiert, um die Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) zu bestimmen. Der Systemleistungsverlust (P_{sys_loss}) stellt die Effizienzverluste im M/G 14 und in der (nicht dargestellten) Leistungselektronik dar.
Am Block 62 wird eine gewünschte Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{des_bat_pwrreq}) bestimmt. Die Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (PP_{des_bat_pwrreq}) wird auf Basis der Optimierung der Systemeffizienz bestimmt und ist eine Funktion der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}), des Leistungszustandes der Ladungserhaltung (PSOC) und der Motordrehzahl (ω_m). Der Leistungszustand der Ladungserhaltung (PSOC) stellt die elektrische Leistung dar, die sowohl aus der Batterie als auch aus dem M/G 14 (wenn er als ein Generator arbeitet) verfügbar ist. Das Fahrzeug 10 weist einen (nicht dargestellten) Sensor zum Bereitstellen eines Ausgangssignals (ω_m) auf, das die Ausgangsdrehzahl des M/G 14 darstellt.
Am Kraftmaschinenkomparator 64 wird eine Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) bestimmt. An der Summierverbindungsstelle 66 wird die Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{des_bat_pwrreq}) von der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) subtrahiert. Diese Differenz wird dann am Kraftmaschinen-Komparatorblock 64 mit den maximalen und minimalen Leistungsgrenzwerten der Kraftmaschine (P_{eng_max}, P_{eng_min}) verglichen, um die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) zu bestimmen. Die Kraftstoffverbrauchswerte des HEV 10 werden durch Betreiben der Kraftmaschine 12 in einem Hocheffizienzbereich optimiert. Die Kraftmaschinengrenzwerte (P_{eng_max}, P_{eng_min}) entsprechen diesem Hocheffizienzbereich.
Am Batteriekomparator 68 bestimmt das Steuerungssystem 50 eine systembegrenzte Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung (P_{bat_pwr_ff}). An der Summierverbindungsstelle 70 wird die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) von der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) subtrahiert. Diese Differenz wird dann am Batteriekomparator 68 mit den Batterie-Lade- und -Entlade-Leistungsgrenzwerten (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}) verglichen, um den systembegrenzten Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistungswert (P_{bat_pwr_ff}) zu bestimmen. Die Lebensdauer der HV-Batterie 26 wird vergrößert, indem der Batterie-SOC in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Die Batteriegrenzwerte (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}) entsprechen diesem Bereich.
Das Steuerungssystem 50 weist eine Rückkopplungsschleife auf, auf die in 3 allgemein durch Ziffer 71 Bezug genommen wird. Die Rückkopplungsschleife 71 stellt einen Korrekturweg für die Bestimmung von Drehmoment und Leistung bereit. Unter bestimmten Bedingungen kann das Steuerungssystem 50 die Rückkopplungsschleife 71 umgehen, wie nachfolgend mit Bezugnahme auf 4 dargelegt wird.
Am Kraftmaschinenkomparator 72 wird eine Kraftmaschinenleistungsschätzung (P_{eng_pwr_est}) bestimmt. Der Funktionsblock 74 empfängt die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) zusammen mit einer Kraftmaschinen-Zeitverzögerung (τ_eng), einem Kraftmaschinen-Bremsdrehmomentwert (T_{eng_brk}) und einem Kraftmaschinen-Drehzahlwert (ω_eng) und bestimmt einen erreichbaren Kraftmaschinen-Leistungswert (P_{eng_ach}). Die Kraftmaschinen-Zeitverzögerung (τ_eng) stellt die Zeitverzögerung oder den Nachlauf zwischen dem Bereitstellen eines Drehmomentbefehls an die Kraftmaschine und dem Zeitpunkt dar, zu dem das Kraftmaschinen-Ausgangsdrehmoment dem Befehl entspricht. Das Kraftmaschinen-Bremsdrehmoment (T_{eng_brk}) stellt den Wert des Kraftmaschinen-Drehmoments dar, das durch den M/G 14 in Elektrizität umgewandelt wird, wenn er als ein Generator zum Aufladen der Batterie arbeitet. Die Kraftmaschinen-Drehzahl (ω_eng) stellt die Ausgangsdrehzahl der Kraftmaschine 12 dar. Am Kraftmaschinenkomparator 72 wird die erreichbare Kraftmaschinenleistung (P_{eng_ach}) mit den Kraftmaschinengrenzwerten verglichen, um die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) zu bestimmen.
Das Steuerungssystem 50 bestimmt an der Summierverbindungsstelle 76 eine Fahrer-Leistungsabschätzung (P_drv). Ein gewichteter Mittelungsfilter 78 empfängt die Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) und beseitigt jegliche schnelle stufenförmige Veränderungen im Signal, um eine gefilterte Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) bereitzustellen. Nachfolgend berücksichtigt das Steuerungssystem 50 die Effizienzverluste im Getriebe 16, indem an der Summierverbindungsstelle 80 der Getriebe-Drehmomentverlust (T_{trans_loss}) zur gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) addiert wird. Die gefilterte Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) wird am Systemkomparator 82 mit den Gesamtsystemgrenzwerten verglichen und dann in den Leistungsbereich überführt, indem sie an der Multiplikationsverbindungsstelle 83 mit der Ausgangswellendrehzahl (ω_oss) multipliziert wird. Dieses Produkt wird an der Summierverbindungsstelle 76 zum Systemleistungsverlust (P_{sys_loss}) addiert, um die Fahrer-Leistungsabschätzung (P_drv) zu erhalten.
Die Ausgabe der Rückkopplungsschleife 71 ist ein Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}), der durch einen Proportional-Integral(PI)-Regler 84 bestimmt wird. An der Summierverbindungsstelle 86 wird die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) von der Fahrer-Leistungsanforderung (P_drv) subtrahiert. Die Differenz wird am Batteriekomparator 88 mit den Batteriegrenzwerten verglichen, um eine Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_reqpwrfb}) zu bestimmen. Die Spannung und der Strom der Hochspannungsbatterie 26 werden gemessen, und ein tatsächlicher Batterieleistungswert (P_{bat_act}) wird berechnet. Die tatsächliche Batterieleistung (P_{bat_act}) wird an der Summierverbindungsstelle 90 von (P_{bat_reqpwrfb}) subtrahiert. Der PI-Regler 84 empfängt diese Differenz und bestimmt den Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}).
Das Steuerungssystem 50 bestimmt am Batteriekomparator 92 die endgültige Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}). Der systembegrenzte Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistungswert (P_{bat_pwr_ff}) und der Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}) werden an der Summierverbindungsstelle 94 zueinander addiert. Diese Summe wird am Batteriekomparator 92 mit den Batteriegrenzwerten verglichen, um den endgültigen Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderungswert (P_{bat_em_des}) zu bestimmen.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht des PI-Reglers 84. Der PI-Regler 84 empfängt aus der Summierverbindungsstelle 90 die Differenz zwischen der Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_reqpwrfb}) und der tatsächlichen Batterieleistung (P_{bat_act}). Der PI-Regler 84 weist zwei parallele Berechnungswege auf. Auf dem ersten Weg wird die Differenz (P_{bat_reqpwrfb} – P_{bat_act}) an der Multiplikationsverbindungsstelle 95 mit einer Verhältniskonstanten (Kp) multipliziert. Auf dem zweiten Weg wird die Differenz (P_{bat_reqpwrfb} – P_{bat_act}) an der Multiplikationsverbindungsstelle 96 mit einer Integrationskonstanten (Ki) multipliziert und am Integrationsblock 97 integriert. Der PI-Regler 84 addiert dann an der Summierverbindungsstelle 98 die Werte von beiden Wegen, um den Rückkopplungs-Hochspannungsleistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}) zu bestimmen.
Die Berechnungen, die vom PI-Regler 84 ausgeführt werden, um den Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}) zu bestimmen, werden durch die Gleichung 1 zusammengefasst, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{bat_pwrmod} = (P_{bat_reqpwrfb} – P_{bat_act})K_p + ∫(P_{bat_reqpwrfb} – P_{bat_act})K_idt
Der Vorwärtskopplungsweg des Steuerungssystems 50 ist der Hauptweg, wohingegen die Rückkopplungsschleife 71 optional ist und unter bestimmten Betriebsbedingungen umgangen werden kann. Beide Konstanten (Kp) und (Ki) sind kalibrierbar und können durch die ECU 40 gleich null gesetzt werden. Wie durch die obige Gleichung 1 gezeigt wird, würde (P_{bat_pwrmod}) durch das Nullsetzen der Konstanten (Kp) und (Ki) gleich null werden. Die Rückkopplungsschleife 71 ermöglicht dem Steuerungssystem 50 eine Korrektur beliebiger Differenzen zwischen gewünschten und tatsächlichen Werten. Stellt die ECU 40 fest, dass derartige Differenzen vernachlässigbar sind, dann kann die ECU 40 die Konstanten (Kp) und (Ki) gleich null setzen, um die Bestimmung der endgültigen Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}) weiter zu vereinfachen.
Die 5A–5C zeigen ein Verfahren 100 zur Realisierung des Energiemanagement-Steuerungssystems 50 der 2–4 entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Steuerungssystem 50 ist ein Teil der Gesamt-VSC 38 und wird entsprechend einer oder mehreren Ausführungsformen durch die ECU 40 von 1 ausgeführt. Die ECU 40 weist im Allgemeinen eine beliebige Zahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speichern (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) auf, die mit Softwarecode zusammenwirken, um die Arbeitsschritte des Verfahrens 100 auszuführen. Das Verfahren 100 umfasst acht Bestimmungsblöcke, wobei jeder Block eine Reihe von Arbeitsschritten aufweist, um eine Variable oder einen Wert zu bestimmen.
Im Arbeitsschritt 102, empfängt die ECU 40 Eingaben von einzelnen Systemen oder Sensoren des Fahrzeugs. Die Eingaben umfassen: die Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}), die mechanischen Getriebeverluste (T_{trans_loss}), die Systemgrenzwerte (T_{sys_min}, T_{sys_max}), die Ausgangswellendrehzahl (ω_oss), die elektrischen Systemverluste (P_{sys_loss}), den Leistungszustand der Ladungserhaltung (PSOC), die Motordrehzahl (ω_m), die Kraftmaschinengrenzwerte (P_{eng_min}, P_{eng_max}), die Batteriegrenzwerte (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}) und die tatsächliche Batterieleistung (P_{bat_act}). Nach dem Empfang der Eingaben geht das Steuerungssystem 50 zum Block 104 über.
Im Block 104 bestimmt die ECU 40 die Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}). Die Summe aus der Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) und den mechanischen Getriebeverlusten (T_{trans_loss}) wird mit den Systemgrenzwerten (T_{sys_min}, T_{sys_max}) verglichen. Dann wird auf Basis des Vergleichs eine Gleichung für die Berechnung der Fahrer-Leitungsanforderung ausgewählt.
Im Arbeitsschritt 106 bestimmt die ECU 40, ob die Summe aus der Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) und den mechanischen Getriebeverlusten (T_{trans_loss}) kleiner als das minimale Systemdrehmoment (T_{sys_min}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 106 positiv, dann beschränkt die ECU 40 das Drehmoment auf das minimale Systemdrehmoment (T_{sys_min}) und berechnet im Arbeitsschritt 108 die Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) gemäß Gleichung 2, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{drv_unf} = (T_{sys_min}·ω_oss) + P_{sys_loss} Glg. 2
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 106 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 110 über. Im Arbeitsschritt 110 bestimmt die ECU 40, ob die Summe aus der Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) und den mechanischen Getriebeverlusten (T_{trans_loss}) größer als das maximale Systemdrehmoment (T_{sys_max}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 110 positiv, dann beschränkt die ECU 40 das Drehmoment auf das maximale Systemdrehmoment (T_{sys_max}) und berechnet im Arbeitsschritt 112 die Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) gemäß Gleichung 3, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{drv_unf} = (T_{sys_max}·ω_oss) + P_{sys_loss} Glg. 3
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 110 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 114 über. Im Arbeitsschritt 114 berechnet die ECU 40 die Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) gemäß Gleichung 4, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{drv_unf} = ((T_{req_unf} + T_{trans_loss})·ω_oss) + P_{sys_loss} Glg. 4
Die ECU 40 geht zum Block 116 über, sobald sie im Block 104 die Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) bestimmt hat. Im Block 116 bestimmt die ECU 40 die gewünschte Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{des_bat_pwrreq}) als eine Funktion der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}), des Leistungszustands der Ladungserhaltung (PSOC) und der Motordrehzahl (ω_m). Nach dem Block 116 geht das Steuerungssystem zum Block 118 über.
Im Block 118 bestimmt die ECU 40 die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}). Zuerst wird die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der gewünschten Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{des_bat_pwrreq}) mit den Kraftmaschinengrenzwerten (P_{eng_min}, P_{eng_max}) verglichen. Dann wird auf Basis des Vergleichs eine Gleichung zur Berechnung der Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) ^ausgewählt ^.
Im Arbeitsschritt 120 bestimmt die ECU 40, ob die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der gewünschten Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{des_bat_pwrreq}) kleiner als die minimale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_min}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 120 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 122 die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung auf die minimale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_pwr_tot} = P_{eng_min}). Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 120 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 124 über. Im Arbeitsschritt 124 bestimmt die ECU 40, ob die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der gewünschten Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{des_bat_pwrreq}) größer als die maximale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_max}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 124 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 126 die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung auf die maximale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_pwr_tot} = P_{eng_max}).
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 124 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 128 über. Im Arbeitsschritt 128 berechnet die ECU 40 die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) gemäß Gleichung 5, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{eng_pwr_tot} = P_{drv_unf} – P_{des_bat_pwrreq} Glg. 5
Die ECU 40 geht zum Block 130 über, sobald sie im Block 118 die Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung bestimmt hat. Im Block 130 bestimmt die ECU 40 den systembegrenzten Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistungswert (P_{bat_pwr_ff}). Die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) wird mit den Batteriegrenzwerten (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}) verglichen. Dann wird auf Basis des Vergleichs eine Gleichung zur Berechnung des systembegrenzten Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistungswerts (P_{bat_pwr_ff}) ausgewählt.
Im Arbeitsschritt 132 bestimmt die ECU 40, ob die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) kleiner als der Batterieleistungs-Ladegrenzwert (P_{elec_chg_lim}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 132 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 134 die systembegrenzte Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung auf den Batterieleistungs-Ladegrenzwert (P_{bat_pwr_ff} = P_{elec_chg_lim}). Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 132 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 136 über. Im Arbeitsschritt 136 bestimmt die ECU 40, ob die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der Kraftmaschinen-Gesamtleistungsanforderung (P_{eng_pwr_tot}) größer als der Batterieleistungs-Entladegrenzwert (P_{elec_dch_lim}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 136 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 138 die systembegrenzte Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung auf den Batterieleistungs-Entladegrenzwert (P_{bat_pwr_ff} = P_{elec_dch_lim}).
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 136 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 140 über. Im Arbeitsschritt 140 berechnet die ECU 40 die systembegrenzte Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung (P_{bat_pwr_ff}) gemäß Gleichung 6, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{bat_pwr_ff} = P_{drv_unf} – P_{eng_pwr_tot} Glg. 6
Die ECU 40 geht zum Arbeitsschritt 141 über, sobald sie im Block 130 die systembegrenzte Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung (P_{bat_pwr_ff}) bestimmt hat. Im Arbeitsschritt 141 bestimmt die ECU 40, ob die Rückkopplungsschleife 71 (3) aktiviert ist. In einer oder mehreren Ausführungsformen erfolgt diese Bestimmung auf der Basis kalibrierter Werte, die mit der Proportionalkonstanten (Kp) und der Integrationskonstanten (Ki) des PI-Reglers 84 verbunden sind (wie in 3 dargestellt ist). Sind zum Beispiel beide Konstanten (Kp und Ki) gleich null, dann wird die Rückkopplung nicht aktiviert. Ist jedoch mindestens eine der Konstanten ungleich null, dann wird die Rückkopplung aktiviert. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 141 positiv, dann geht die ECU 40 zum Block 142 über.
Im Block 142 bestimmt die ECU 40 die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}). Zuerst wird die Funktion f(P_{eng_pwr_tot}, τ_eng, T_{eng_brk}, ω_eng), die durch den Funktionsblock 74 (2) bestimmt wurde, mit den Kraftmaschinengrenzwerten (P_{eng_min}, P_{eng_max}) verglichen. Dann wird auf Basis des Vergleichs eine Gleichung zur Berechnung der Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) ausgewählt.
Im Arbeitsschritt 144 bestimmt die ECU 40, ob die Funktion f(P_{eng_pwr_tot}, τ_eng, T_{eng_brk}, ω_eng) kleiner als die minimale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_min}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 144 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 146 die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung auf die minimale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_pwr_est} = P_{eng_min}). Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 144 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 148 über. Im Arbeitsschritt 148 bestimmt die ECU 40, ob die Funktion f(P_{eng_pwr_tot}, τ_eng, T_{eng_brk}, ω_eng) größer als die maximale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_max}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 148 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 150 die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung auf die maximale Kraftmaschinenleistung (P_{eng_pwr_est} = P_{eng_max}).
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 148 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 152 über. Im Arbeitsschritt 152 berechnet die ECU 40 die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) gemäß Gleichung 7, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{eng_pwr_est} = f(P_{eng_pwr_tot}, τ_eng, T_{eng_brk}, ω_eng) Glg. 7
Die ECU 40 geht zum Block 154 über, sobald sie im Block 142 die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) berechnet hat. Im Block 154 bestimmt die ECU 40 die Fahrer-Leistungsabschätzung (P_drv) auf Basis der gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req). Zuerst wird die Fahrer-Drehmomentanforderung (T_{req_unf}) durch das gewichtete Mittelungsfilter 78 gefiltert (wie in 3 dargestellt ist). Die Summe der gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) und der mechanischen Getriebeverluste (T_{trans_loss}) wird mit den Systemgrenzwerten (T_{sys_min}, T_{sys_max}) verglichen. Dann wird auf Basis des Vergleichs eine Gleichung zur Berechnung der Fahrer-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) ausgewählt.
Im Arbeitsschritt 156 bestimmt die ECU 40, ob die Summe aus der gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) und den mechanischen Getriebeverlusten (T_{trans_loss}) kleiner als das minimale Systemdrehmoment (T_{sys_min}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 156 positiv, dann beschränkt die ECU 40 das Drehmoment auf das minimale Systemdrehmoment und berechnet im Arbeitsschritt 158 die Fahrer-Leistungsabschätzung (P_drv) gemäß Gleichung 8, wie nachfolgend dargestellt ist: P_drv = (T_{sys_min}·ω_oss) + P_{sys_loss} Glg. 8
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 156 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 160 über. Im Arbeitsschritt 160 bestimmt die ECU 40, ob die Summe aus der gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung (T_req) und den mechanischen Getriebeverlusten (T_{trans_loss}) größer als das maximale Systemdrehmoment (T_{sys_max}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 160 positiv, dann beschränkt die ECU 40 das Drehmoment auf das maximale Systemdrehmoment und berechnet im Arbeitsschritt 162 die Fahrer-Leistungsabschätzung (P_drv) gemäß Gleichung 9, wie nachfolgend dargestellt ist: P_drv = (T_{sys_max}·ω_oss) + P_{sys_loss} Glg. 9
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 160 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 164 über. Im Arbeitsschritt 164 berechnet die ECU 40 die Fahrer-Leistungsabschätzung (P_drv) gemäß Gleichung 10, wie nachfolgend dargestellt ist: P_drv = ((T_req + T_{trans_loss})·ω_oss) + P_{sys_loss} Glg. 10
Das Steuerungssystem geht zum Block 166 über, sobald es im Block 154 die Fahrer-Leistungsabschätzung bestimmt hat. Im Block 166 bestimmt die ECU 40 den Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwr_mod}). Die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung (P_{drv_unf}) und der Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) wird mit den Batteriegrenzwerten (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}) verglichen. Auf Basis des Vergleichs wird eine Gleichung zur Berechnung der Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_reqpwrfb}) ausgewählt. Dann verwendet die ECU 40 den PI-Regler 84 (wie in 4 dargestellt ist), um den Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}) auf Basis der Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_reqpwrfb}) zu berechnen.
Im Arbeitsgang 168 bestimmt die ECU 40, ob die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsabschätzung (P_{drv_unf}) und der Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) kleiner als der Batterieleistungs-Ladegrenzwert (P_{elec_chg_lim}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 168 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 170 die Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung auf den Batterieleistungs-Ladegrenzwert (P_{bat_reqpwrfb} = P_{elec_chg_lim}). Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 168 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 172 über. Im Arbeitsschritt 172 bestimmt die ECU 40, ob die Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsabschätzung (P_{drv_unf}) und der Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung (P_{eng_pwr_est}) größer als der Batterieleistungs-Entladegrenzwert (P_{elec_dch_lim}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 172 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 174 die Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung auf den Batterieleistungs-Entladegrenzwert (P_{bat_reqpwrfb} = P_{elec_dch_lim}).
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 172 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 176 über. Im Arbeitsschritt 176 berechnet die ECU 40 die Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_reqpwrfb}) gemäß Gleichung 11, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{bat_reqpwrfb} = P_drv – P_{eng_pwr_est} Glg. 11
Die ECU 40 geht zum Arbeitsschritt 178 über, sobald sie im Arbeitsschritt 170, 174 oder 176 die Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung bestimmt hat. Im Arbeitsschritt 178 verwendet die ECU 40 den PI-Regler 84 (wie in 3 und 4 dargestellt ist), um den Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwr_mod}) gemäß Gleichung 1 zu berechnen, wie oben dargestellt und nachfolgend wiedergegeben ist: P_{bat_pwrmod} = (P_{bat_reqpwrfb} – P_{bat_act})K_p + ∫(P_{bat_reqpwrfb} – P_{bat_act})K_idt
Die ECU 40 geht zum Block 180 über, sobald sie im Block 166 den Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswert (P_{bat_pwrmod}) bestimmt hat. Außerdem wird dann, wenn die Bestimmung im Arbeitsschritt 141 negativ ist, diese Rückkopplung nicht aktiviert; die ECU 40 geht dann zum Block 180 über, was die Rückkopplungsschleife (Blöcke 142, 154 und 166) umgeht. Im Block 180 bestimmt die ECU 40 die endgültige Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des})·
Im Block 180 wird die Summe der systembegrenzten Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung (P_{bat_pwr_ff}) und des Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswertes (P_{bat_pwr_mod}) mit den Batteriegrenzwerten (P_{elec_chg_lim}, P_{elec_dch_lim}) verglichen. Auf Basis des Vergleichs wird eine Gleichung zum Berechnen der endgültigen Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}) ausgewählt.
Im Arbeitsschritt 182 bestimmt die ECU 40, ob die Summe der systembegrenzten Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung (P_{bat_pwr_ff}) und des Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswertes (P_{bat_pwr_mod}) kleiner als der Batterieleistungs-Ladegrenzwert (P_{elec_chg_lim}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 182 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 184 die endgültige Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung auf den Batterieleistungs-Ladegrenzwert (P_{bat_em_des} = P_{elec_chg_lim}). Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 182 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 186 über. Im Arbeitsschritt 186 bestimmt die ECU 40, ob die Summe der systembegrenzten Vorwärtskopplungs-Hochspannungsbatterieleistung (P_{bat_pwr_ff}) und des Rückkopplungs-Hochspannungsbatterie-Leistungsmodifikationswertes (P_{bat_pwr_mod}) größer als der Batterieleistungs-Entladegrenzwert (P_{elec_dch_lim}) ist. Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 186 positiv, dann beschränkt die ECU 40 im Arbeitsschritt 188 die endgültige Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung auf den Batterieleistungs-Entladegrenzwert (P_{bat_em_des} = P_{elec_dch_lim})
Ist die Bestimmung im Arbeitsschritt 186 negativ, dann geht die ECU 40 zum Arbeitsschritt 190 über. Im Arbeitsschritt 190 berechnet die ECU 40 die endgültige Hochspannungsbatterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}) gemäß Gleichung 12, wie nachfolgend dargestellt ist: P_{bat_em_des} = P_{bat_pwr_ff} + P_{bat_pwr_mod} Glg. 12
Von daher erbringen verschiedene Ausführungsformen einen oder mehrere Vorteile. Zum Beispiel vereinfacht das Energiemanagement-Steuerungssystem die Steuerlogik des Fahrzeugs. Wie mit Bezugnahme auf 2 beschrieben ist, umfasst diese Vereinfachung das Entkoppeln der Drehzahl- und Drehmomentbestimmungen in zwei unabhängige Steuervariable (GEAR_cmd und P_{bat_em_des}). Ferner kann die Bestimmung der Batterie-Leistungsanforderung (P_{bat_em_des}) weiter vereinfacht werden, indem unter bestimmten Betriebsbedingungen die Rückkopplungsschleife 71 (3) deaktiviert wird, wie mit Bezugnahme auf 3–5C beschrieben ist.
Obwohl oben Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Im Gegenteil, die in der Beschreibung verwendeten Wörter sind eher Wörter zur Darstellung als zur Einschränkung, und es ist zu verstehen, dass verschiedene Abänderungen ausgeführt werden können, ohne vom Grundgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale der verschiedenen realisierenden Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.

Claims

Verfahren zum Steuern der Energieverteilung in einem HEV-Antriebsstrang, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen eines Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes als Reaktion auf die Eingabe, die eine Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt; Erzeugen eines Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes als Reaktion auf die Eingabe, welche die tatsächliche Batterieleistung und die Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt; und Berechnen einer Batterie-Leistungsanforderung auf Basis einer Summe des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes und des Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner ein wahlweises Deaktivieren der Rückkopplung umfassend, indem der Rückkopplungs-Leistungs-modifikationswert gleich null gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Empfangen eines Getriebe-Drehmomentverlustes, der mechanische Effizienzverluste anzeigt; und Berechnen eines Drehmomentbefehls auf Basis einer systembegrenzten Summe aus der Fahrer-Drehmomentanforderung und dem Getriebe-Drehmomentverlust.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Empfangen eines Systemleistungsverlustes, der elektrische Effizienzverluste anzeigt; und Erzeugen einer Fahrer-Leistungsanforderung auf Basis der elektrischen Systemverluste, des Drehmomentbefehls und der Eingabe, die eine Getriebe-Ausgangswellendrehzahl anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend: Erzeugen einer Kraftmaschinen-Leistungsanforderung auf Basis einer Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung und einer gewünschten Batterie-Leistungsanforderung; wobei das Erzeugen des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes ferner ein Berechnen des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes auf Basis einer Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung und der Kraftmaschinen-Leistungsanforderung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen einer Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung auf Basis der Kraftmaschinen-Zeitverzögerung, des Kraftmaschinen-Brems-drehmoments und der Kraftmaschinendrehzahl; Filtern der Fahrer-Drehmomentanforderung unter Verwendung eines Filters, um eine gefilterte Fahrer-Drehmomentanforderung zu erzeugen; Erzeugen einer Fahrer-Leistungsabschätzung auf Basis eines Produkts der gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung und einer Getriebe-Ausgangswellendrehzahl; und wobei das Erzeugen des Batterieleistungsmodifikationswertes ferner ein Berechnen des Batterieleistungsmodifikationswertes auf Basis einer Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsabschätzung und der Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erzeugen einer Raddrehmomentanforderung als Reaktion auf die Eingabe, die einen regenerativen Drehmomentwert und die Fahrer-Drehmomentanforderung anzeigt; und Vergleichen der Raddrehmomentanforderung mit der Batterie-Leistungsanforderung, um einen Kraftmaschinen-Drehmomentbefehl und einen Motor-Drehmomentbefehl zu erzeugen.
Steuerungssystem mit: einem Steuergerät, das eingerichtet ist zum: Erzeugen einer Fahrer-Leistungsanforderung auf Basis einer systembegrenzten Summe einer Fahrer-Drehmomentanforderung und eines Getriebe-Drehmomentverlustwertes, Erzeugen eines Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes auf Basis der Fahrer-Leistungsanforderung und einer Kraftmaschinen-Leistungsanforderung und Erzeugen einer Batterie-Leistungsanforderung als Reaktion auf den Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswert.
Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, eine gewünschte Batterie-Leistungsanforderung auf Basis einer Motordrehzahl, eines Batteriestatus und der Fahrer-Leistungsanforderung zu erzeugen.
Steuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die Kraftmaschinen-Leistungsanforderung auf einer Differenz zwischen der Fahrer-Leistungsanforderung und der gewünschten Batterie-Leistungsanforderung basiert.
Steuerungssystem nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist zum: Empfangen einer Eingabe, die eine Fahrer-Leistungsabschätzung und eine Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung anzeigt, und Erzeugen einer Ausgabe, die einen Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswert anzeigt; Berechnen der Batterie-Leistungsanforderung auf Basis einer Summe des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes und des Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes.
Steuerungssystem nach Anspruch 11, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, wahlweise die Rückkopplung zu deaktivieren, indem der Rückkopplungs-Leistungsmodifikationswert gleich null gesetzt wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 11, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist zum: Filtern der Fahrer-Drehmomentanforderung unter Verwendung eines Filters, um eine gefilterte Fahrer-Drehmomentanforderung zu erzeugen; Erzeugen der Fahrer-Leistungsabschätzung auf Basis eines Produkts der gefilterten Fahrer-Drehmomentanforderung und einer Getriebe-Ausgangswellendrehzahl.
Steuerungssystem nach Anspruch 13, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist, die Kraftmaschinen-Leistungsabschätzung auf Basis der Kraftmaschinen-Leistungsanforderung und einer Eingabe zu erzeugen, welche die Kraftmaschinen-Zeitverzögerung, das Kraftmaschinen-Bremsdrehmoment und die Kraftmaschinendrehzahl anzeigt.
Hybrid-Elektrofahrzeug mit: einer Steuereinheit, die eingerichtet ist, eine Ausgabe zu erzeugen, die eine Gangwahl als Reaktion auf eine Getriebeeingangsdrehzahl anzeigt; und einem Steuergerät, das mit der Steuereinheit kommuniziert und eingerichtet ist, eine Ausgabe zu erzeugen, die als Reaktion auf eine Eingabe, die eine Fahrer-Drehmomentanforderung und eine tatsächliche Batterieleistung anzeigt, und unabhängig von der Gangwahl einen Kraftmaschinen-Drehmomentbefehl und einen Motor-Drehmomentbefehl anzeigt.
Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 15, ferner mit: einem Motor, der eine Motorausgangswelle aufweist, die sich von ihm erstreckt, wobei der Motor mit dem Steuergerät kommuniziert und ein Motordrehmoment als Reaktion auf den Motor-Drehmomentbefehl bereitstellt; und einem Getriebe, das eine Getriebeeingangswelle aufweist, die geeignet ist, wahlweise an der Motorausgangswelle anzugreifen, um das Motordrehmoment aufzunehmen, wobei das Getriebe an mindestens zwei Antriebsräder gekoppelt ist, um das Motordrehmoment auf die Antriebsräder für den Antrieb des Fahrzeugs zu übertragen.
Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 16, ferner mit: einer Kraftmaschine, die eine Kraftmaschinenausgangswelle aufweist, die sich von ihr erstreckt, wobei die Kraftmaschine mit dem Steuergerät kommuniziert und ein Kraftmaschinendrehmoment als Reaktion auf den Kraftmaschinen-Drehmomentbefehl bereitstellt; wobei der Motor ferner eine Eingangswelle aufweist, die geeignet ist, wahlweise an der Kraftmaschinenausgangswelle anzugreifen, und wobei der Motor eingerichtet ist, dem Getriebe das Motordrehmoment und das Kraftmaschinendrehmoment insgesamt bereitzustellen.
Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 15, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist zum: Erzeugen einer Batterie-Leistungsanforderung als Reaktion auf die Fahrer-Drehmomentanforderung und die tatsächliche Batterieleistung; Erzeugen der Ausgabe, die den Kraftmaschinen-Drehmomentbefehl und den Motor-Drehmomentbefehl als Reaktion auf die Batterie-Leistungsanforderung anzeigt.
Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 18, wobei das Steuergerät ferner eingerichtet ist zum: Erzeugen eines Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes als Reaktion auf die Fahrer-Drehmomentanforderung; Erzeugen eines Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes als Reaktion auf die Fahrer-Drehmomentanforderung und die Batterieleistung; und Berechnen der Batterie-Leistungsanforderung auf Basis einer Summe des Vorwärtskopplungs-Batterieleistungswertes und des Rückkopplungs-Batterieleistungsmodifikationswertes.
Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 15, wobei die Fahrer-Drehmomentanforderung eine Gaspedalstellung anzeigt und wobei die tatsächliche Batterieleistung auf eine Batteriespannungsmessung und eine Batteriestrommessung hinweist.