DE102013106318A1

DE102013106318A1 - Hybridfahrzeug und zugehöriges Kraftmaschinendrehzahlsteuerverfahren

Info

Publication number: DE102013106318A1
Application number: DE102013106318.7A
Authority: DE
Inventors: Qing Wang; Matthew Allan Herrmann; Ming Lang Kuang; Fazal Urrahman Syed; Ryan Abraham McGee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-01-02
Also published as: CN103523019A; US20140000971A1; US8657045B2; CN103523019B

Abstract

Es werden ein Hybridfahrzeug und ein Steuerverfahren offenbart, wobei das Verhältnis von Kraftmaschinendrehzahl zu Fahrzeuggeschwindigkeit unter einigen Betriebsbedingungen ständig variiert und dazu gesteuert wird, unter anderen Betriebsbedingungen eine einer endlichen Anzahl von vorgewählten Gangstufen zu sein. Der Wechsel vom stufenlosen Modus in den Stufenwechselmodus umfasst Auswählen einer virtuellen Gangzahl und Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl in dem entsprechenden Verhältnis zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Nach Eintritt in den Stufenwechselmodus kann die virtuelle Gangzahl als Reaktion auf Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder als Reaktion auf eine Fahreraktivierung von Gangwählern automatisch variieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein die Steuerung der Kraftmaschinendrehzahl und des kombinierten Ausgangsdrehmoments eines Hybridfahrzeugs als Reaktion auf Fahrereingaben.
HINTERGRUND
In einem Fahrzeug mit einem Stufenwechselgetriebe ist die Drehzahl der Getriebeeingangswelle so eingeschränkt, dass sie, außer während des kurzen Intervalls, während das Getriebe von einer Gangstufe zu einer anderen Gangstufe schaltet, bei einem endlichen Satz von Gangstufen proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Wenn der Drehmomentwandler gesperrt ist, ist die Kraftmaschinendrehzahl auch so eingeschränkt, dass sie proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist. In einem Hybridelektrofahrzeug mit einer Leistungsverzweigungsarchitektur wird andererseits keine strenge Beziehung zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit mechanisch durch das Getriebe auferlegt.
Selbst bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe, bei denen die Wahl der Gangstufe oder der Kraftmaschinendrehzahl gewöhnlich durch eine Steuerung bestimmt wird, ziehen einige Fahrer es vor, die Steuerung gelegentlich außer Kraft zu setzen, um einen ähnlichen Betrieb wie bei einem Handschaltgetriebe bereitzustellen. Einige Fahrzeuge sind mit Schaltpaddeln oder anderen Fahrer-Interface-Merkmalen versehen, die es dem Fahrer gestatten, einen Wunsch nach einer höheren oder niedrigeren Gangstufe bezüglich der durch die Fahrzeugsteuerung automatisch gewählten Gangstufe mit einer zugehörigen Änderung der Kraftmaschinendrehzahl und des Fahrzeugdrehmoments zu signalisieren. In einem Stufenwechselgetriebe reagiert die Steuerung auf solch einen Befehl durch Schalten zu einer anderen der diskreten Gangstufen, wodurch die Kraftmaschinendrehzahl entsprechend eingestellt und die zugehörige Drehmomentverstärkung an den Fahrzeugrädern bereitgestellt wird. In einem Fahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe oder einer ähnlichen Kraftübertragungseinrichtung, wie zum Beispiel einem Leistungsverzweigungshybrid, ist die Reaktion komplizierter, da das Getriebe nicht schon an sich diskrete Gangstufen mit zugehöriger unterschiedlicher Drehmomentverstärkung bereitstellt.
KURZDARSTELLUNG
In verschiedenen Ausführungsformen implementiert eine Hybridfahrzeugsteuerstrategie vier verschiedene Betriebsmodi. Die Fahrzeugsteuerung bestimmt, welcher Betriebsmodus zu einem gegebenen Zeitpunkt als Reaktion auf den Betrieb verschiedener Fahrer-Interface-Elemente, einschließlich z. B. eines Schalthebels, Herunterschaltwählers und eines Hochschaltwählers, verwendet wird. In zwei der Betriebsmodi simuliert die Steuerung den Betrieb eines Stufenwechselgetriebes, sowohl hinsichtlich der Kraftmaschinendrehzahl als auch hinsichtlich des kombinierten Ausgangsdrehmoments der Kraftmaschine und eines oder mehrerer Traktionsmotoren. Die Steuerung kann eine unterschiedliche Logik zum Abschalten der Kraftmaschine und zum alleinigen Fahren mit elektrischer Energie verwenden, in Abhängigkeit davon, welcher Betriebsmodus aktiv ist.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs das Steuern einer Kraftmaschine und eines Traktionsmotors zum Betrieb in einem stufenlosen Modus und das Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl als Reaktion auf eine Betätigung eines Herunterschaltwählers, um in einen Stufenwechselmodus zu wechseln, in dem die Kraftmaschine und der Traktionsmotor dazu gesteuert werden, eine einer endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen unabhängig von der Fahrpedalstellung im Wesentlichen beizubehalten. Des Weiteren kann das Verfahren als Reaktion auf eine Fahrerbetätigung eines Hochschaltwählers bei Betrieb im Stufenwechselmodus das Verringern der Kraftmaschinendrehzahl, derart umfassen, dass ein Verhältnis der Kraftmaschinendrehzahl zur Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich einer niedrigeren der endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen ist. Des Weiteren kann das Verfahren als Reaktion auf eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Betrieb im Stufenwechselmodus Einstellen der Kraftmaschinendrehzahl derart umfassen, dass ein Verhältnis der Kraftmaschinendrehzahl zur Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich einer anderen der endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen ist.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können weiterhin eine Steuerung für ein Hybridelektrofahrzeug enthalten mit Eingangskommunikationskanälen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Stellung eines von einem Fahrer betätigten Fahrpedals und Signale, die eine Betätigung eines Herunterschaltwählers und eines Hochschaltwählers anzeigen, empfangen; Ausgangskommunikationskanälen, die zur Steuerung einer Kraftmaschine und mindestens eines Traktionsmotors konfiguriert sind; und einer Steuerlogik, die zur Steuerung der Kraftmaschinendrehzahl in einem stufenlosen Modus und zum Wechsel von dem stufenlosen Modus in einen Stufenwechselmodus als Reaktion auf eine Betätigung des Herunterschaltwählers durch Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl, derart, dass die Kraftmaschinendrehzahl im Wesentlichen gleich einer ausgewählten Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer endlichen Anzahl von vordefinierten Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, unabhängig von der Fahrpedalstellung, konfiguriert ist. Bei einigen Ausführungsformen entspricht jede der vordefinierten Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit einer linearen oder proportionalen Beziehung zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Steuerung weiterhin eine Steuerlogik, die dazu konfiguriert ist, bei Betrieb im Stufenwechselmodus auf Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu reagieren, indem sie die Kraftmaschinendrehzahl so einstellt, dass die Kraftmaschinendrehzahl im Wesentlichen gleich einer anderen der vordefinierten Funktionen ist. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Steuerung weiterhin eine Steuerlogik, die dazu konfiguriert ist, bei Betrieb im Stufenwechselmodus auf eine Betätigung des Herunterschalt- oder Hochschaltwählers zu reagieren, indem sie die Kraftmaschinendrehzahl erhöht bzw. verringert, so dass die Kraftmaschinendrehzahl im Wesentlichen gleich einer anderen vordefinierten Funktion unter der endlichen Anzahl von vordefinierten Funktionen ist.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können auch ein Fahrzeug umfassen, das Folgendes enthält: ein Getriebe mit einem Planetenradsatz, wobei Elemente des Planetenradsatzes mit einer Kraftmaschine, einem ersten Traktionsmotor und einem Satz von Rädern antriebsverbunden sind, einen zweiten Traktionsmotor, der mit dem Satz von Rädern antriebsverbunden ist, und eine Steuerung, die mit der Kraftmaschine, den Traktionsmotoren, einem Fahrpedal, einem Hochschaltwähler und einem Herunterschaltwähler in Verbindung steht. Bei solchen Ausführungsformen kann die Steuerung dazu programmiert sein, die Kraftmaschine in einem stufenlosen Modus zu betreiben, die Kraftmaschine in einem Stufenwechselmodus zu betreiben und als Reaktion auf eine Betätigung des Herunterschaltwählers von dem stufenlosen Modus in den Stufenwechselmodus zu wechseln, wobei der Wechsel Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl, derart, dass die Kraftmaschinendrehzahl im Wesentlichen gleich einer ausgewählten Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit unter der endlichen Anzahl von vordefinierten Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, umfasst. Bei einigen Ausführungsformen entspricht jede der vordefinierten Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit einer linearen oder proportionalen Beziehung zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit über einen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich. Bei einigen Ausführungsformen ist die Steuerung weiterhin dazu programmiert, bei Betrieb im Stufenwechselmodus auf Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit zu reagieren, indem sie die Kraftmaschinendrehzahl so einstellt, dass die Kraftmaschinendrehzahl im Wesentlichen gleich einer anderen der endlichen Anzahl von vordefinierten Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Bei einigen Ausführungsformen ist die Steuerung weiterhin dazu programmiert, bei Betrieb im Stufenwechselmodus auf eine Betätigung des Herunterschalt- oder Hochschaltwählers zu reagieren, indem sie die Kraftmaschinendrehzahl erhöht bzw. verringert, so dass die Kraftmaschinendrehzahl im Wesentlichen gleich einer anderen der endlichen Anzahl von vordefinierten Funktionen der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere Vorteile bieten. Zum Beispiel können Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Handschalt- oder Select-Shift-Modus eines Stufenautomatikgetriebes in einem Hybridfahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe oder einer ähnlichen Kraftübertragungseinrichtung imitieren oder emulieren. Darüber hinaus stellen verschiedene Strategien der vorliegenden Offenbarung Fahrern von Hybridfahrzeugen interaktivere Steuerungen zur manuellen Ansteuerung von Antriebsstrangdrehzahl und -beschleunigung zur Bereitstellung von verbesserten Komfortmerkmalen und sportlichem Fahrgefühl bereit.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schemadiagramm, das einen Fahrzeugantriebsstrang, eine Steuerung und Benutzer-Interface-Merkmale eines Ausführungsbeispiels eines Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist ein Zustandsübergangsdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Normal-Betriebsmodus darstellt;
4 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrpedalstellung und Drehmomentbefehl eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen im LID-Betriebsmodus (LID – Live-In-Drive) darstellt;
6 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, virtueller Gangzahl und Kraftmaschinendrehzahl eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
7 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrpedal-Iststellung, virtueller Gangzahl oder Betriebsmodus sowie modifizierter Pedalstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
8 ist ein Flussdiagramm, das die Auswahl einer anfänglichen virtuellen Gangzahl beim Wechsel in den LID- oder SST(Select Shift Transmission)-Betriebsmodus einer Ausführungsform der Offenbarung darstellt;
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung im Sport-Betriebsmodus darstellt;
10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Strategie zum Abschalten und Neustarten des Motors in bestimmten Betriebsmodi verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung darstellt; und
11 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens im SST-Betriebsmodus gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu zeigen. Deshalb sollen spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine veranschaulichende Basis, um einem Fachmann die verschiedenartigen Verwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren.
In 1 wird ein Antriebsstrang für ein Hybridelektrofahrzeug schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang enthält eine Brennkraftmaschine 20, die mit einem Planetenträger 22 antriebsverbunden ist, einen Generator 24, der mit einem Sonnenrad 26 antriebsverbunden ist, und eine Ausgangswelle 28, die mit einem Hohlrad 30 antriebsverbunden ist. Elemente sind antriebsverbunden, wenn zwischen ihnen ein mechanischer Kraftstoffflussweg besteht, so dass die Drehzahlen der Elemente so eingeschränkt sind, dass sie im Wesentlichen proportional sind. Der Planetenträger 22 stützt einen Satz von Planetenrädern 32, derart, dass jedes Planetenrad in kontinuierlichem Kämmeingriff mit dem Sonnenrad 26 und dem Hohlrad 30 steht. Die Ausgangswelle 28 treibt die Fahrzeugräder direkt oder indirekt, wie zum Beispiel über eine Differenzialanordnung, an.
Der Traktionsmotor 34 ist mit der Ausgangswelle 28 antriebsverbunden. Sowohl der Generator 24 als auch der Traktionsmotor 34 sind umsteuerbare elektrische Maschinen, die elektrische Energie in mechanische Drehenergie oder mechanische Drehenergie in elektrische Energie umwandeln können. Die Begriffe Generator und Motor sollten lediglich als Bezeichnungen für eine leichtere Beschreibung betrachtet werden und schränken die Funktion oder den Betrieb einer der elektrischen Maschinen nicht ein. Der Generator 24 und der Traktionsmotor 34 sind beide mit der Batterie 36 elektrisch verbunden.
Die Drehzahl des Sonnenrads 26, des Trägers 22 und des Hohlrads 30 stehen in einer linearen Beziehung, so dass die Drehzahl des Trägers 22 ein gewichteter Durchschnitt der Drehzahl des Sonnenrads 26 und des Hohlrads 30 ist. Folglich ist bei dieser Anordnung die Drehzahl der Kraftmaschine 20 nicht darauf eingeschränkt, proportional zu der Drehzahl der Ausgangswelle 28 zu sein. Stattdessen kann die Kraftmaschinendrehzahl unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt und gesteuert werden, indem die Generatordrehzahl entsprechend eingestellt wird. Kraft fließt von der Kraftmaschine zu der Ausgangswelle durch eine Kombination von mechanischer Energieübertragung und elektrischer Energieübertragung. Unter einigen Betriebsbedingungen kann die Kraftmaschine 20 mehr Energie erzeugen, als der Ausgangswelle 28 zugeführt wird, wobei die Differenz unter Vernachlässigung von Wirkungsgradverlusten, der Batterie 36 zugeführt wird. Unter anderen Betriebsbedingungen kann die Batterie 36 in Kombination mit dem Generator 24 und/oder dem Traktionsmotor 34 die durch die Kraftmaschine 20 gelieferte Energie ergänzen, so dass der Ausgangswelle 28 mehr Energie zugeführt wird.
Die Kraftmaschine 20, der Generator 24 und der Traktionsmotor 34 reagieren alle auf Steuersignale von der Steuerung 38. Diese Steuersignale bestimmen die Höhe des erzeugten Drehmoments. Des Weiteren empfängt die Steuerung Drehzahlsignale von der Kraftmaschine 20, dem Generator 24 und dem Traktionsmotor 34 und ein Ladezustandssignal von der Batterie 36. Die Steuerung akzeptiert die Fahrerabsicht anzeigende Eingangssignale von einem Bremspedal 40, einem Fahrpedal 42, einem Schalthebel 44, einem Lenkrad 46, einem Herunterschaltwähler 48, einem Hochschaltwähler 50 und einem Geschwindigkeitsregelknopf 51. Der Schalthebel 44 gestattet dem Fahrer, Parken, Rückwärtsgang, Neutralstellung, Drive und Sportfahrmodi auszuwählen.
Die Steuerungzustände oberster Ebene werden in 2 dargestellt. Die Steuerung startet in Zustand 60 und wechselt in den Normal-Modus 62, sobald der Fahrer unter Verwendung des Schalthebels 44 die Drive(D)-Stellung auswählt. Durch das Flussdiagramm von 3 wird der Betrieb im Normal-Modus dargestellt. Im Normal-Modus führt die Steuerung wiederholt die Operationen zur Einstellung des Ausgangsdrehmoments 66, Einstellung des Kraftmaschinenmodus 68 und Einstellung der Kraftmaschinendrehzahl 70 durch. Im Normal-Modus wird das Sollausgangsdrehmoment in Schritt 66 auf Grundlage der Fahrpedalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung einer Tabelle, wie zum Beispiel der in 4 dargestellten, berechnet. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch die Traktionsmotordrehzahl- oder Raddrehzahlsensoren berechnet werden. Der Kraftmaschinenmodus wird in Schritt 68 unter Verwendung der verschiedensten Eingangssignale, einschließlich Batterieladezustand, Ausgangsleistungsanforderung, Fahrpedalstellung und Fahrzeuggeschwindigkeit, entweder auf in Betrieb oder angehalten eingestellt. Wenn der Kraftmaschinenmodus in Betrieb ist, wird eine Kraftmaschinensolldrehzahl berechnet, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, während das Sollausgangsdrehmoment zugeführt wird und die Batterie auf einem Sollladezustand gehalten wird. In diesem CVT-Modus (CVT – Continuously Variable Transmission/stufenloses Getriebe) variiert die Kraftmaschinendrehzahl ständig im Gegensatz zu der Variation in diskreten Schritten als Reaktion auf Änderungen der Fahrpedalstellung und Fahrzeuggeschwindigkeit. Schließlich werden die Betriebsparameter der Kraftmaschine, des Generators und des Traktionsmotors so eingestellt, dass das Istausgangsdrehmoment und die Kraftmaschinen-Istdrehzahl zu den ausgewählten Sollwerten neigen.
Erneut auf 2 Bezug nehmend, wechselt die Steuerung immer dann aus dem Normalmodus 62 in den Live-In-Drive(LID)-Modus 72, wenn der Fahrer den Herunterschaltwähler 48 aktiviert. Der LID-Modus simuliert das Erlebnis des Fahrens eines Fahrzeugs mit einem Stufenwechselgetriebe. Der Betrieb im LID-Modus wird durch das Flussdiagramm von 5 dargestellt. Bei Eintritt in den LID-Modus wählt die Steuerung in Schritt 74 eine anfängliche virtuelle Gangstufe aus und führt dann wiederholt die Operationen des Einstellens des Ausgangsdrehmoments in den Schritten 76 und 66', Einstellens der Kraftmaschinendrehzahl in Schritt 78 und der Aktualisierung der virtuellen Gangstufe in den Schritten 80 und 82 durch. Jede dieser Operationen wird unten mit zusätzlichen Details besprochen. Wie in 2 gezeigt, bewirken mehrere Bedingungen, dass die Steuerung in den Normal-Modus 62 zurück wechselt, darunter, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen niedrigen Schwellwert abfällt, oder ein automatisch gewähltes Herunterschalten. Darüber hinaus kann ein Wechsel ausgelöst werden, wenn die Steuerung eine Bedingung des Fahrens mit konstanter Geschwindigkeit detektiert, wie durch Aktivierung des Geschwindigkeitsreglers 51 angezeigt, oder eine Tip-Out-Bedingung, die durch eine Verringerung der Fahrpedalstellung angezeigt wird, und der Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer anhält. Diese letztere Bedingungsart führt jedoch nicht zu einem Wechsel, wenn die Steuerung in Schritt 84 eine hohe Fahrerbelastung detektiert, wie zum Beispiel durch starke Bewegungen des Lenkrads 46, starkes Gieren, Nicken oder hohe Wankraten oder starke Längs- oder Querbeschleunigungen angezeigt werden könnte.
Wie auch in 5 gezeigt, wird die Kraftmaschinendrehzahl in Schritt 78 im LID-Modus 72 auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und der virtuellen Gangzahl, wie in 6 dargestellt, berechnet. Für eine bestimmte virtuelle Gangzahl (1. bis 8. in dem dargestellten Ausführungsbeispiel) ist die Kraftmaschinendrehzahl (We) direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit (V), wie dies bei einem Stufengetriebe der Fall wäre. Wenn die feste Übersetzung jedoch zu einer Kraftmaschinendrehzahl (We) führen würde, die unter einer Kraftmaschinenmindestdrehzahl (We_min) liegt, wird die Kraftmaschinendrehzahl (We) auf die Kraftmaschinenmindestdrehzahl (We_min) eingestellt. Ebenso wird die Kraftmaschinendrehzahl (We) nicht höher eingestellt als eine Kraftmaschinenhöchstdrehzahl (We_max). Sowohl die Kraftmaschinenmindest- als auch -höchstdrehzahl kann eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) sein.
In Schritt 76 wird eine modifizierte Fahrpedalstellung unter Verwendung einer Tabelle, wie zum Beispiel die in 7 dargestellte, anhand der gemessenen Fahrpedalstellung berechnet. Diese modifizierte Fahrpedalstellung wird anstelle der Istpedalstellung in Schritt 66' zur Berechnung des Sollausgangsdrehmoments verwendet. Die Kurven in 7 werden dazu ausgewählt, die Ausgangsdrehmomentfähigkeit eines Antriebsstrangs bei einem Stufenwechselgetriebe zu simulieren. Mit Zunahme der virtuellen Gangzahl (1. bis 8. in diesem Beispiel) ist insbesondere das sich ergebende Sollausgangsdrehmoment für eine gegebene Fahrpedalstellung von ungleich null niedriger. Die kombinierte Wirkung der Schritte 76 und 66' ist Betrieb der Kraftmaschine und mindestens eines Traktionsmotors, derart, dass das kombinierte Ausgangsdrehmoment einer mehrerer Ausgangsdrehmomentfunktionen entspricht, wobei jede Ausgangsdrehmomentfunktion bei einem Maximalwert der Fahrpedalstellung für eine zugehörige Fahrzeuggeschwindigkeit ein verschiedenes Ausgangsdrehmoment hat.
Wie auch in 5 gezeigt, überprüft die Steuerung in Schritt 80 auf Betätigungen entweder des Hochschaltwählers oder des Herunterschaltwählers und stellt die virtuelle Gangzahl entsprechend ein. In Schritt 82 bestimmt die Steuerung, ob Bedarf nach automatischer Einstellung der virtuellen Gangzahl besteht. Insbesondere kann ein Hochschalten durch eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelöst werden. Analog dazu kann ein Herunterschalten angezeigt werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Wie zuvor erwähnt, wechselt die Steuerung jedoch in den Normal-Modus 62 zurück, wenn ein automatisches Herunterschalten angezeigt wird. Die Kriterien für ein automatisches Schalten sind so kalibriert, dass automatische Wechsel der virtuellen Gangzahl weniger häufig sind als Wechsel in einem herkömmlichen automatischen Stufenwechselgetriebe.
Die Algorithmen zur Berechnung der Sollkraftmaschinendrehzahl und des Sollausgangsdrehmoments verwenden beide die virtuelle Gangzahl. Deshalb wird bei Wechsel in den LID-Modus eine anfängliche virtuelle Gangzahl bestimmt. In Schritt 74 wählt die Steuerung die anfängliche virtuelle Gangzahl aus, die zu einer Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl führt. Die Vorgehensweise zur Einstellung der anfänglichen Gangzahl wird in dem Flussdiagramm von 8 näher dargestellt. In Schritt 84 berechnet die Steuerung We_max, die Kraftmaschinenhöchstdrehzahl bei der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit, zum Beispiel unter Verwendung einer Formel oder eine Nachschlagetabelle. Als nächstes berechnet die Steuerung in Schritt 86 Gang_min, die niedrigste virtuelle Gangzahl, für die die Kraftmaschinensolldrehzahl bei der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit unter We_max liegen würde. Dieser Schritt kann entweder mit einem iterativen Algorithmus oder unter Verwendung einer Nachschlagetabelle durchgeführt werden. Als nächstes berechnet die Steuerung die Kraftmaschinensolldrehzahl, die Gang_min bei der Fahrzeug-Istgeschwindigkeit entspricht W(V, Gear_min). In Schritt 88 wird sie mit der Kraftmaschinen-Istdrehzahl We_current, verglichen. Wenn We_current größer als W(V, Gear_min) ist, dann wird die Kraftmaschinensolldrehzahl durch die Kraftmaschinenhöchstdrehzahl eingeschränkt. Folglich wird in Schritt 90 der Sollgang auf Gear_min – 1 eingestellt, und die Kraftmaschinensolldrehzahl wird auf We_max eingestellt. In dem typischeren Fall, in dem We_current unter W(V, Gear_min) liegt, wählt Schritt 92 jedoch die höchste virtuelle Gangzahl, was zu einer Zunahme der Kraftmaschinendrehzahl bezüglich der Kraftmaschinen-Istdrehzahl führt.
Erneut auf 2 Bezug nehmend, wechselt die Steuerung immer dann aus dem Normal-Modus 62 in den Sport-Modus 94, wenn der Fahrer den Schalthebel 44 in die Sport(S)-Stellung bewegt. Der Betrieb im Sport-Modus wird durch das Flussdiagramm von 9 dargestellt. Die Steuerung führt wiederholt die Operationen zur Einstellung des Ausgangsdrehmoments 96 und 66'', Einstellung der Kraftmaschinendrehzahl 99 und Einstellung des Kraftmaschinenmodus 98 durch. Zur Bereitstellung einer sportlicheren Reaktion auf Fahrpedalbewegungen wird das Sollausgangsdrehmoment auf Grundlage einer modifizierten Fahrpedalstellung berechnet, wie durch die obere fett gedruckte Linie 238 in 7 dargestellt. Das Kennlinienfeld zwischen der Fahrpedal-Iststellung und der modifizierten Fahrpedalstellung wird so gewählt, dass der Wert bei den Minimalwerten 237 und Maximalwerten 239 gleich, aber der modifizierte Wert für alle Zwischenniveaus höher ist.
Wie weiterhin in 9 gezeigt, wird die Kraftmaschinensolldrehzahl in Schritt 99 unter Verwendung eines ähnlichen Algorithmus wie der im Normal-Modus verwendete eingestellt. Die Kraftmaschinensolldrehzahl wird jedoch um ein bestimmtes Ausmaß, wie zum Beispiel 10–20%, bezüglich des Wertes, der im Normal-Modus verwendet werden würde, nach oben skaliert. Im Gegensatz zu dem Algorithmus zur Einstellung des im Normal-Modus verwendeten Kraftmaschinenmodus hält der im Sport-Modus verwendete Algorithmus, wie in Schritt 98 gezeigt, die Kraftmaschine nur an, wenn das Fahrzeug stationär ist und das Bremspedal niedergedrückt ist. Der modifizierte Algorithmus zur Einstellung des Kraftmaschinenmodus wird in 10 dargestellt. Wenn die Kraftmaschine aktuell angehalten ist 100, dann wird die Kraftmaschine in Schritt 102 neu gestartet, wenn sich das Fahrzeug bewegt 104 oder das Bremspedal freigegeben ist 106. Wenn die Kraftmaschine aktuell im Betrieb ist, dann wird die Kraftmaschine analog dazu in Schritt 108 nur dann angehalten, wenn das Fahrzeug stationär ist 110 und das Bremspedal gedrückt ist 112.
Wenn der Fahrer im Sport-Modus 94 entweder den Hochschalt- oder den Herunterschaltwähler aktiviert, dann wechselt die Steuerung in den SST-Modus (SST – Select Shift Transmission) 114, wie in 2 gezeigt. Im SST-Modus sind das Kraftmaschinensolldrehmoment und die Kraftmaschinensolldrehzahl dazu eingestellt, ein Stufenwechselgetriebe zu simulieren, wie bezüglich des LID-Modus beschrieben. Die Steuerung bleibt jedoch im SST-Modus, bis der Fahrer entweder durch Halten eines Schaltwählers 48 oder 50 für mehrere Sekunden oder durch Zurückbewegen des Schalthebels 44 in die Drive(D)-Stellung den Wunsch anzeigt, diesen Modus zu verlassen. Der Betrieb im SST-Modus wird durch das Flussdiagramm von 11 dargestellt. Im SST-Modus wird die virtuelle Gangzahl in Schritt 80' als Reaktion auf die Aktivierung des Herunterschaltwählers 48 und des Hochschaltwählers 50 auf die gleiche Weise wie im LID-Modus eingestellt. Darüber hinaus kann die Steuerung als Reaktion auf Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Fahrpedalstellung die virtuelle Gangzahl entweder nach oben oder nach unten automatisch einstellen. Dieses Automatikmerkmal stellt die virtuelle Gangzahl auf den 1. Gang ein, wenn das Fahrzeug zum Halten kommt. Der Fahrer kann diese Auswahl jedoch in Schritt 118 durch Betätigung der Schaltwähler, während das Fahrzeug stationär ist, übersteuern. Im SST-Modus hängt der Kraftmaschinenmodus von der virtuellen Gangzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrpedalstellung ab. In Schritt 120 berechnet die Steuerung eine Kraftmaschineabschaltgrenze, die einer Fahrpedalstellung entspricht, unter der der elektrische Antrieb aktiviert ist. Die Abschaltgrenze ist eine Funktion der Ausgangsleistungsanforderung, der virtuellen Gangzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Abschaltgrenzen für mehrere Gangstufen bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und die Ausgangsleistungsanforderung werden in 7 durch schwarze Kreise dargestellt. Wenn eine der höheren virtuellen Gangzahlen, das heißt 5.–7., aktiv ist und die Fahrpedalstellung unter der Abschaltgrenze liegt, wird der Algorithmus 68' für den normalen Kraftmaschinenmodus des Normal-Modus verwendet. Wenn eine niedrigere virtuelle Gangzahl, das heißt 1.–4., aktiv ist oder wenn die Fahrpedalstellung über der Kraftmaschinenabschaltgrenze liegt, dann wird der eingeschränktere Algorithmus 98' der Sport- und LID-Modi verwendet.
Wie durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dargestellt, können verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung einen oder mehrere Vorteile bieten, wie zum Beispiel das Emulieren eines manuellen oder Select-Shift-Modus eines automatischen Stufengetriebes in einem Hybridfahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe oder einer ähnlichen Kraftübertragungseinrichtung. Darüber hinaus stellen verschiedene Strategien der vorliegenden Offenbarung für die Fahrer von Hybridfahrzeugen interaktivere Steuerungen zur manuellen Ansteuerung von Antriebsstrangdrehzahl und -beschleunigung zur Bereitstellung von verbesserten Komfortmerkmalen und sportlichem Fahrgefühl bereit.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Systemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die hier bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, das Folgendes umfasst: Steuern einer Kraftmaschine und eines Traktionsmotors zum Betrieb in einem stufenlosen Modus; und Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl, um in einen Stufenwechselmodus zu wechseln, in dem die Kraftmaschine und der Traktionsmotor dazu gesteuert werden, eine einer endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen unabhängig von der Fahrpedalstellung im Wesentlichen beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wechsel als Reaktion auf eine Betätigung eines Herunterschaltwählers eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: als Reaktion auf eine Fahrerbetätigung eines Herunterschaltwählers bei Betrieb im Stufenwechselmodus Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl, derart, dass ein Verhältnis der Kraftmaschinendrehzahl zur Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich einer höheren der endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: als Reaktion auf eine Fahrerbetätigung eines Hochschaltwählers bei Betrieb im Stufenwechselmodus Verringern der Kraftmaschinendrehzahl, derart, dass ein Verhältnis der Kraftmaschinendrehzahl zur Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich einer niedrigeren der endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Folgendes umfasst: als Reaktion auf eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei Betrieb im Stufenwechselmodus, Einstellen der Kraftmaschinendrehzahl derart, dass ein Verhältnis der Kraftmaschinendrehzahl zur Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen gleich einer anderen der endlichen Anzahl von vorgewählten virtuellen Gangstufen ist.