DE102013209343B4 - Verfahren zum steuern eines multi-mode-getriebes - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Multi-Mode-Getriebes (10), das ausgelegt ist, um Drehmoment zwischen einem Eingangselement (12), Drehmomentmaschinen (56, 72) und einem Ausgangselement (64) zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst:Anwenden eines Drehzahlregelungssystems (200), um Drehmomentbefehle (110, 120, 215, 225) für physikalische Drehmomentaktoren (56, 72), die die Drehmomentmaschinen (56, 72) umfassen, zu ermitteln, das ein Anwenden eines Steuerschemas virtueller Drehmomentaktoren (12, 64), um Drehmomentbefehle (110, 120, 215, 225) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) in Ansprechen auf Ausgangsbefehle für eine Mehrzahl von virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen, umfasst (300), wobei die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) ein Getriebebauteil umfassen, das einen Effekt auf wahrnehmbare Betriebsparameter hat, die einer unabhängigen Steuerfunktion zugeordnet sind,wobei das Getriebebauteil, das einen Effekt auf den wahrnehmbaren Betriebsparameter hat, der der unabhängigen Steuerfunktion zugeordnet ist, das Eingangselement (12) des Multi-Mode-Getriebes (10), das Ausgangselement (64) des Multi-Mode-Getriebes (10), und eine Drehmomentübertragungskupplung (C1 70) des Multi-Mode-Getriebes (10) umfasst,und wobei die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) das Eingangselement (12) des Multi-Mode-Getriebes (10), das Ausgangselement (64) des Multi-Mode-Getriebes (10) und die Drehmomentübertragungskupplung (C1 70) des Multi-Mode-Getriebes (10) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anwenden des Steuerschemas virtueller Drehmomentaktoren (300), um Drehmomentbefehle (110, 120, 215, 225) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) in Ansprechen auf die Ausgangsbefehle für eine Mehrzahl von virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen, umfasst:Überwachen von Betriebsparametern (Ni, No, Na, Nb), die den virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zugeordnet sind;Ermitteln eines Fehlervektors (315), der den überwachten Betriebsparametern (Ni, No, Na, Nb) zugeordnet ist;Anwenden einer ersten Übertragungsfunktion (320), die auf den Fehlervektor (315) wirkt, um Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen;Anwenden von Einschränkungen auf die Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64), um einen eingeschränkten Steuervektor (325) der virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen; undAnwenden einer zweiten Übertragungsfunktion (340), die auf den eingeschränkten Steuervektor (325) der virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) wirkt, um einen eingeschränkten Steuervektor (345) der physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) zu erzeugen, der abschließende Drehmomentbefehle (235, 245) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) umfasst.

Description

• Diese Offenbarung betrifft Drehmomentübertragungseinrichtungen, die Multi-Mode-Getriebe umfassen, die in Antriebsstrangsystemen angewandt werden.
• Hybridantriebsstrangsysteme umfassen Drehmoment erzeugende Einrichtungen, z.B. Brennkraftmaschinen und nicht auf Verbrennung beruhende Motoren, die Drehmoment durch eine Getriebeeinrichtung auf ein Ausgangselement übertragen, das mit einem Endantrieb gekoppelt sein kann. Steuersysteme zum Betreiben von Hybridantriebsstrangsystemen steuern die Ausgänge der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und die Anwendung von Drehmomentübertragungselementen in dem Getriebe, um Drehmoment in Ansprechen auf vom Bediener befohlene Ausgangsdrehmomentanforderungen, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Fahrbarkeit und andere Faktoren berücksichtigen, zu übertragen.
• Die DE 10 2009 037 191 A1 und die DE 10 2007 013 336 A1 offenbaren jeweils ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Es ist die Aufgabe der Erfindung, die ein alternatives Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Multi-Mode-Getriebes zur Verfügung zu stellen
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist in dem abhängigen Anspruch angegeben.
• Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
• 1 ein Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine, ein Multi-Mode-Getriebe, einen Endantrieb und einen Controller umfasst, gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
• 2-1 und 2-2 Hebeldiagramme, die Eingänge von physikalischen Drehmomentaktoren bzw. virtuellen Drehmomentaktoren bei einem Multi-Mode-Getriebe darstellen, gemäß der Offenbarung veranschaulichen;
• 3 eine Implementierung eines Steuerschemas zum Steuern des Betriebes eines beispielhaften Multi-Mode-Getriebes, das ausgelegt ist, um Drehmoment zwischen einem Eingangselement, Drehmomentmaschinen und einem Ausgangselement zu übertragen, gemäß der Offenbarung veranschaulicht; und
• 4 ein Drehzahlregelungssystem, das ausgelegt ist, um eine erste und zweite Übertragungsfunktion zum Regeln des Betriebes des beispielhaften Multi-Mode-Getriebes anzuwenden, gemäß der Offenbarung veranschaulicht.
• 1 zeigt ein Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine (Kraftmaschine) 14, ein Multi-Mode-Getriebe (Getriebe) 10, einen Endantrieb 90 und einen Controller 5 umfasst. Das Getriebe 10 ist mechanisch mit der Kraftmaschine 14 und einer Mehrzahl von Drehmomentmaschinen gekoppelt und ist ausgelegt, um Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 14, den Drehmomentmaschinen und dem Endantrieb 90 zu übertragen. Wie veranschaulicht, umfassen die Drehmomentmaschinen eine erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72, die in einer Ausführungsform Elektromotoren/Generatoren sind.
• Die Kraftmaschine 14 kann jede geeignete Brennkrafteinrichtung sein und umfasst eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die selektiv in verschiedenen Zuständen betreibbar ist, um Drehmoment über ein Eingangselement 12 auf das Getriebe 10 zu übertragen, und kann entweder eine Fremdzündungsmaschine oder eine Kompressionszündungsmaschine sein. Die Kraftmaschine 14 umfasst eine Kurbelwelle, die funktional mit dem Eingangselement 12 des Getriebes 10 gekoppelt ist. Ein Drehzahlsensor 11 überwacht Kurbelwinkel und Drehzahl des Eingangselements 12. Leistung, die von der Kraftmaschine 14 abgegeben wird, d.h. Drehzahl und Kraftmaschinen-Drehmoment, kann sich aufgrund der Platzierung der Drehmoment verbrauchenden Komponenten an dem Eingangselement 12 zwischen der Kraftmaschine 14 und dem Getriebe 10, z.B. einer Drehmomentmanagementeinrichtung, von der Eingangsdrehzahl und dem Eingangsdrehmoment in das Getriebe 10 unterscheiden.
• Das veranschaulichte Getriebe 10 ist ein elektromechanisches Two-Mode-Getriebe 10 mit kombinierter Leistungsverzweigung, das drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 und vier einrückbare Drehmomentübertragungseinrichtungen, d.h. Kupplungen C1 70, C2 62, C3 73 und C4 75, umfasst. Es können stattdessen andere Multi-Mode-Getriebe angewandt werden. So wie es hierin verwendet wird, beziehen sich Kupplungen auf Drehmomentübertragungseinrichtungen, die selektiv in Ansprechen auf ein Steuersignal eingerückt werden können und jegliche geeignete Vorrichtungen sein können, die beispielsweise einzelne oder zusammengesetzte Plattenkupplungen oder -pakete, Einwegkupplungen, Bandkupplungen und Bremsen umfassen. Ein Hydraulikkreis 42 ist ausgelegt, um Kupplungszustände von jeder der Kupplungen mit Hydraulikdruckfluid zu steuern, das durch eine mit elektrischer Leistung beaufschlagte Hydraulikpumpe 17 zugeführt wird, die durch den Controller 5 funktional gesteuert wird. Kupplungen C2 62 und C4 75 sind hydraulisch eingerückte rotierende Reibkupplungen. Kupplungen C1 70 und C3 73 sind hydraulisch gesteuerte Bremseneinrichtungen, die an einem Getriebekasten 68 festgelegt werden können. Jede der Kupplungen C1 70, C2 62, C3 73 und C4 75 wird unter Verwendung von Hydraulikdruckfluid, das durch den hydraulischen Steuerkreis 42 zugeführt wird, hydraulisch eingerückt. Der Hydraulikkreis 42 wird durch den Controller 5 funktional gesteuert, um die vorstehend genannten Kupplungen zu aktivieren und zu deaktivieren, Hydraulikfluid zur Kühlung und Schmierung von Elementen des Getriebes zu liefern und Hydraulikfluid zum Kühlen der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 zu liefern. Hydraulikdruck in dem Hydraulikkreis 42 kann durch Messung unter Verwendung von einem Drucksensor /Drucksensoren, durch Schätzen unter Verwendung von an Bord befindlichen Routinen oder unter Verwendung anderer geeigneter Verfahren ermittelt werden.
• Die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 sind Drei-Phasen-Wechselstrom-Motor/Generator-Maschinen, die jeweils einen Stator und einen Rotor und jeweilige Resolver 80 und 82 umfassen. Der Motorstator für jede Maschine ist an einem äußeren Abschnitt des Getriebekastens 68 festgelegt und umfasst einen Statorkern mit sich von dort erstreckenden gewendelten elektrischen Wicklungen. Der Rotor für die erste Drehmomentmaschine 56 ist an einem Nabenplattenzahnrad abgestützt, das funktional an der Welle 60 über den zweiten Planetenradsatz 26 angebracht ist. Der Rotor für die zweite Drehmomentmaschine 72 ist fest an einer Hohlwellennabe 66 angebracht. Jeder der Resolver 80 und 82 ist signaltechnisch und funktional mit einem Getriebestromrichter-Steuermodul (TPIM) 19 verbunden und jeder erfasst und überwacht die Drehstellung des Resolverrotors relativ zu dem Resolverstator, wodurch die Drehstellung der entsprechenden der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 überwacht wird. Zusätzlich können die Signale, die von den Resolvern 80 und 82 ausgegeben werden, verwendet werden, um Drehzahlen für die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 zu ermitteln.
• Das Getriebe 10 umfasst ein Ausgangselement 64, z.B. eine Welle, die mit dem Endantrieb 90 drehbar verbunden ist, um Ausgangsleistung an den Endantrieb 90 zu liefern, die auf die Fahrzeugräder 93 übertragen wird, von denen eines in 1 gezeigt ist. Die Ausgangsleistung an dem Ausgangselement 64 wird in Begriffen einer Ausgangsdrehzahl und eines Ausgangsdrehmoments charakterisiert. Ein Getriebeausgangs-Drehzahlsensor 84 überwacht die Drehzahl und Drehrichtung des Ausgangselements 64. Jedes der Fahrzeugräder 93 ist bevorzugt mit einem Sensor 94 ausgestattet, der ausgebildet ist, um die Raddrehzahl zu überwachen und somit die Fahrzeuggeschwindigkeit und absolute und relative Raddrehzahlen zur Bremsensteuerung, Zugkraftsteuerung und zum Fahrzeugbeschleunigungsmanagement zu ermitteln.
• Das Eingangsdrehmoment von der Kraftmaschine 14 und die Motordrehmomente von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 werden als Ergebnis einer Energieumwandlung von Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrische Energie (ESD) 74 gespeichert ist, erzeugt. Die ESD 74 ist mit dem TPIM 19 über Gleichstrom-Übertragungsleiter 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Die Übertragungsleiter 27 umfassen einen Schützschalter 38. Wenn der Schützschalter 38 im Normalbetrieb geschlossen ist, kann elektrischer Strom zwischen der ESD 74 und dem TPIM 19 fließen. Wenn der Schützschalter 38 geöffnet ist, ist der Fluss elektrischen Stromes zwischen der ESD 74 und dem TPIM 19 unterbrochen. Das TPIM 19 umfasst bevorzugt ein Paar Stromrichter und entsprechende Motorsteuermodule, die ausgestaltet sind, um Drehmomentbefehle zu empfangen und Stromrichterzustände daraus zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Rekuperationsfunktionalität vorzusehen, um den Motordrehmomentbefehlen nachzukommen. Die Leistungs-Stromrichter umfassen komplementäre Drei-Phasen-Leistungselektronikeinrichtungen, und jeder umfasst mehrere Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate zum Umwandeln von Gleichstromleistung von der ESD 74 in Wechselstromleistung zur Beaufschlagung einer jeweiligen von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 durch Umschalten mit hohen Frequenzen. Die Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate bilden ein Schaltnetzteil, das ausgestaltet ist, um Steuerbefehle zu empfangen. Jede Phase von jeder der Drei-Phasen-Elektromaschinen umfasst ein Paar Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate. Zustände der Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate werden gesteuert, um eine mechanische Motorantriebsleistungserzeugung oder elektrische Leistungsrekuperationsfunktionalität vorzusehen. Die Drei-Phasen-Stromrichter empfangen oder liefern elektrische Gleichstromleistung über Gleichstrom-Übertragungsleiter 27 und wandeln diese in oder aus Drei-Phasen-Wechselstromleistung, die zu oder von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 zum Betrieb als Motoren oder Generatoren jeweils über Übertragungsleiter 29 bzw. 31 geleitet wird.
• Das TPIM 19 überträgt elektrische Leistung zu und von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 durch das Paar Leistungs-Stromrichter und jeweilige Motorsteuermodule in Ansprechen auf die Motordrehmomentbefehle. Elektrischer Strom wird zu und von der ESD 74 dementsprechend übertragen, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.
• Der Controller 5 ist mit verschiedenen Aktoren und Sensoren in dem Antriebsstrangsystem über eine Kommunikationsverbindung 15 signaltechnisch und funktional verknüpft, um den Betrieb des Antriebsstrangsystems zu überwachen und zu steuern, umfassend Synthetisieren von Informationen und Eingängen und Ausführen von Algorithmen, um Aktoren zu steuern und somit Steuerungsziele zu erreichen, die mit Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahrbarkeit und Schutz von Bauteilen, die Batterien der ESD 74 und die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 umfassen, in Beziehung stehen. Der Controller 5 ist ein Teilsatz einer gesamten Controller-Architektur des Fahrzeugs und stellt eine koordinierte Systemsteuerung des Antriebsstrangsystems zur Verfügung. Der Controller 5 kann ein verteiltes Steuermodulsystem umfassen, das einzelne Steuermodule umfasst, die ein überwachendes Steuermodul, ein Kraftmaschinen-Steuermodul, ein Getriebesteuermodul, ein Batteriepaket-Steuermodul und das TPIM 19 umfassen. Eine Benutzerschnittstelle 13 ist bevorzugt signaltechnisch mit mehreren Einrichtungen verbunden, durch die ein Fahrzeugbediener den Betrieb des Antriebsstrangsystems lenkt und anweist. Die Einrichtungen umfassen bevorzugt ein Gaspedal 113, ein Bedienerbremspedal 112, eine Getriebebereichswähleinrichtung 114 (PRNDL) und eine Fahrzeug-Fahrtregelung. Die Getriebebereichswähleinrichtung 114 kann eine diskrete Zahl von durch einen Bediener auswählbaren Positionen aufweisen, die die Drehrichtung des Ausgangselements 64 umfassen, um eine Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung zu ermöglichen. Die Benutzerschnittstelle 13 kann eine einzige Vorrichtung umfassen, wie es gezeigt ist, oder kann alternativ mehrere Benutzerschnittstelleneinrichtungen umfassen, die direkt mit einzelnen Steuermodulen verbunden sind.
• Die vorstehend erwähnten Steuermodule kommunizieren mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Aktoren über die Kommunikationsverbindung 15, die eine strukturierte Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuermodulen bewirkt. Das spezifische Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Die Kommunikationsverbindung 15 und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Multi-Steuermodul-Schnittstellenbildung zwischen den vorstehend erwähnten Steuermodulen und anderen Steuermodulen, die eine Funktionalität, die z.B. Antiblockierbremsen, Zugkraftsteuerung und Fahrzeugstabilität umfassen, bereitstellen. Mehrere Kommunikationsbusse können verwendet werden, um die Kommunikationsgeschwindigkeit zu verbessern und einen gewissen Grad an Signalredundanz und -integrität bereitzustellen, die direkte Verbindungen und serielle Peripherieschnittstellenbusse (SPI-Busse) umfassen. Eine Kommunikation zwischen einzelnen Steuermodulen kann auch unter Verwendung einer drahtlosen Verbindung, z.B. einen drahtlosen Nahbereichs-Funkkommunikationsbus bewirkt werden. Einzelne Einrichtungen können auch direkt verbunden sein.
• Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten irgendeines oder verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises / anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), einem elektronischen Schaltkreis / elektronischen Schaltkreisen, einer zentralen Verarbeitungseinheit / zentralen Verarbeitungseinheiten (bevorzugt einem Mikroprozessor / Mikroprozessoren) und zugehöriger Speicher und Ablage (Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher usw.) der / die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -routinen ausführt / ausführen, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis / kombinatorische logische Schaltkreise, einen Eingabe-/Ausgabeschaltkreis und eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung / Eingabe-/Ausgabeschaltkreise und Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen, eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten irgendwelche von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen einschließen. Das Steuermodul weist einen Satz Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen vorzusehen. Routinen werden ausgeführt, etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und sind betreibbar, um Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Kraftmaschinen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt werden. Alternativ können Routinen in Antwort auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
• Das Getriebe 10 ist ausgestaltet, um in einem von mehreren Zuständen zu arbeiten, die in Begriffen von Kraftmaschinenzuständen, die einen von einem Zustand mit eingeschalteter Kraftmaschine (EIN) und einem Zustand mit ausgeschalteter Kraftmaschine (AUS) umfassen, und Getriebebereichen beschrieben werden können, die Festgang- und verstellbare (EVT) Modi umfassen, die unter Bezugnahme auf Tabelle 1 unten beschrieben sind. Tabelle 1

  Beschreibung	Kraftmaschinenzustand	Getriebebereich	Eingerückte Kupplungen
  M1_Eng_Off	AUS	EVT-Modus 1	C170
  M1_Eng_On	EIN	EVT-Modus 1	C170
  G1	EIN	Festgangverhältnis 1	C1 70 C4 75
  G2	EIN	Festgangverhältnis 2	C1 70 C2 62
  M2_Eng_Off	AUS	EVT-Modus 2	C262
  M2_Eng_On	EIN	EVT-Modus 2	C262
  G3	EIN	Festgangverhältnis 3	C2 62 C4 75
  G4	EIN	Festgangverhältnis 4	C2 62 C3 73
  Neutral	EIN/AUS	Neutral	-

• Die Getriebebereiche in Tabelle 1 geben die spezifische(n) angelegte(n) der Kupplungen C1 70, C2 62, C3 73 und C4 75 für jeden der Bereiche an. Zu Zwecken dieser Beschreibung ist, wenn der Kraftmaschinenzustand AUS ist, die Kraftmaschinen-Eingangsdrehzahl gleich 0 Umdrehungen pro Minute, d.h. die Kraftmaschinen-Kurbelwelle rotiert nicht. Ein Festgangbetrieb stellt einen Betrieb mit festem Verhältnis von Eingangsdrehzahl zu Ausgangsdrehzahl des Getriebes 10 bereit. In Ansprechen auf eine Bedienereingabe über das Gaspedal 113, das Bremspedal 112 und die Getriebebereichswähleinrichtung 114, wie sie durch die Benutzerschnittstelle 13 erfasst wird, ermittelt das Steuermodul 5 Drehmomentbefehle, um die Drehmomentaktoren zu steuern, die die Kraftmaschine 14 und die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 umfassen, um der Ausgangsdrehmomentanforderung an dem Ausgangselement 64 zur Übertragung auf den Endantrieb 90 nachzukommen.
• 2-1 veranschaulicht schematisch ein erstes Hebeldiagramm 100, das Eingänge von physikalischen Drehmomentaktoren bei einem Multi-Mode-Getriebe, das in einem der EVT-Modi arbeitet, darstellt. Die physikalischen Drehmomentaktoren sind die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 für Getriebe 10, die jeweils einen ersten und zweiten Motordrehmomentbefehl Ta 110 bzw. Tb 120 umfassen.
• 2-2 veranschaulicht schematisch ein zweites Hebeldiagramm 100', das dem ersten Hebeldiagramm 100 entspricht und Eingänge von virtuellen Drehmomentaktoren bei einem Multi-Mode-Getriebe, das in einem der EVT-Modi arbeitet, darstellt. Die virtuellen Drehmomentaktoren sind das Eingangselement 12 und das Ausgangselement 64 für das beispielhafte Getriebe 10, die jeweils einen Eingangsdrehmomentbefehl Ti 115 bzw. einen Ausgangsdrehmomentbefehl To 125 umfassen. Das erste und zweite Hebeldiagramm 100 und 100' werden verwendet, um Gleichungen der Systemdynamik wie folgt zu entwickeln.
• Die Arbeitsweise der physikalischen Drehmomentaktoren kann mit einer ersten Gleichung der Systemdynamik wie folgt beschrieben werden: $$\text{x}\left(\text{k}+1\right)=\text{A}*\text{x}\left(\text{k}\right)+{\text{B}}_{\text{ab}}*\left[{\text{u}}_{\text{ab}}\left(\text{k}\right)\right]$$

  

  wobei A ein anwendungsspezifischer skalarer Vektor ist;
  x(k) ein Antwortvektor für das Getriebe ist;
  B_ab ein anwendungsspezifischer Vektor ist, der den physikalischen Drehmomentaktoren zugeordnet ist; und
  u_ab(k) ein Steuervektor ist, der den physikalischen Drehmomentaktoren zugeordnet ist.
• Die Arbeitsweise der virtuellen Drehmomentaktoren kann mit einer zweiten Gleichung der Systemdynamik wie folgt beschrieben werden: $$\text{x}\left(\text{k}+1\right)=\text{A}*\text{x}\left(\text{k}\right)+{\text{B}}_{\text{io}}*\left[{\text{u}}_{\text{io}}\left(\text{k}\right)\right]$$

  

  wobei
  A der anwendungsspezifische skalare Vektor ist;
  x(k) der Antwortvektor für das Getriebe ist;
  Bio ein anwendungsspezifischer Vektor ist, der den virtuellen Drehmomentaktoren zugeordnet ist; und
  u_io(k) ein Steuervektor ist, der den virtuellen Drehmomentaktoren zugeordnet ist.
• Für ein gegebenes System ist der Ausgangs- oder Antwortvektor x(k+1) von den virtuellen Drehmomentaktoren (Gl. 2) gleich wie der Antwortvektor x(k+1) von den physikalischen Drehmomentaktoren (Gl. 1) und somit sind die Terme B_ab[ua_b(k)] und Bio[uio(k)] äquivalent. Diese beiden Terme können wie folgt multipliziert werden: $${\text{B}}_{\text{ab}}{}^{\text{T}}{\text{B}}_{\text{ab}}\left[{\text{u}}_{\text{ab}}\left(\text{k}\right)\right]={\text{B}}_{\text{ab}}{}^{\text{T}}{\text{B}}_{\text{io}}\left[{\text{u}}_{\text{io}}\left(\text{k}\right)\right]$$

  

  wobei Ba_b ^T der transponierte B_ab-Term ist.
• Gl. 3 kann dann wie folgt ausgedrückt werden: $${\text{u}}_{\text{ab}}\left(\text{k}\right)={\text{T}}_{\text{io2ab}}*{\text{u}}_{\text{io}}\left(\text{k}\right)$$

  

  wobei T_io2ab eine Übertragungsfunktion zwischen den virtuellen Drehmomentaktoren und den physikalischen Drehmomentaktoren ist. Diese Übertragungsfunktion T_io2ab kann gemäß der folgenden Beziehung definiert werden. $${\text{T}}_{\text{io2ab}}=\text{inv}\left({\text{B}}_{\text{ab}}{}^{\text{T}}{\text{B}}_{\text{ab}}\right){\text{B}}_{\text{ab}}{}^{\text{T}}{\text{B}}_{\text{io}}$$

  

  Somit kann T_ab2io, d.h. eine Übertragungsfunktion zwischen den physikalischen Drehmomentaktoren und den virtuellen Drehmomentaktoren, gemäß der folgenden Beziehung definiert werden. $${\text{T}}_{\text{ab2io}}=\text{inv}\left({\text{T}}_{\text{io2ab}}\right)$$

  
• Rückführungsverstärkungen K_ab und Kio können gemäß den folgenden Beziehungen definiert werden. $${\text{K}}_{\text{ab}}={\text{T}}_{\text{io2ab}}*{\text{K}}_{\text{io}}$$

  

  $${\text{K}}_{\text{io}}={\text{T}}_{\text{ab2io}}*{\text{K}}_{\text{ab}}$$

  
• TI-Eingangsmatrizen können gemäß den folgenden Beziehungen definiert werden. $${\text{B}}_{\text{io}}={\text{B}}_{\text{ab}}*{\text{T}}_{\text{io2ab}}$$

  

  $${\text{B}}_{\text{ab}}={\text{B}}_{\text{io}}*{\text{T}}_{\text{ab2io}}$$

  
• Somit kann der Steuervektor für die physikalischen Drehmomentaktoren zu einem Steuervektor für die virtuellen Drehmomentaktoren unter Verwendung einer Transformationsmatrize oder Übertragungsfunktion transformiert werden, die wie folgt gezeigt ist: $${\text{u}}_{\text{ab}}\left(\text{k}\right)={\text{T}}_{\text{io2ab}}*{\text{u}}_{\text{io}}\left(\text{k}\right)$$

  

  wobei $${\text{T}}_{\text{io2ab}}=\text{inv}\left({\text{B}}_{\text{ab}}{}^{\text{T}}{\text{B}}_{\text{ab}}\right){\text{B}}_{\text{ab}}{}^{\text{T}}{\text{B}}_{\text{io}}$$

  
• Die Transformationsmatrize oder Übertragungsfunktion transformiert das dynamische System aus einem, das physikalische Motoren als Aktoren verwendet, in eines, das virtuelle Drehmomentaktoren verwendet, die an auswählbaren Punkten in dem Endantrieb angewandt werden. Diese virtuellen Drehmomentaktoren können derart gewählt sein, dass sie mit unabhängigen, den Bediener interessierenden Steuerfunktionen abgestimmt werden können, oder derart, dass sie mit unabhängigen interessierenden Steuerfunktionen in dem Steuersystem abgestimmt werden können. Dies lässt zu, dass jede der Steuerfunktionen unter ihren eigenen Randbedingungen bzw. Einschränkungen ausgeführt werden kann, ohne den Ausgang der anderen Steuerfunktion zu beeinflussen, wodurch einer der virtuellen Drehmomentaktoren unabhängig von den anderen virtuellen Drehmomentaktoren gesteuert wird. Die Darstellung benutzt eine Transformationsmatrize oder Übertragungsfunktion, um zwischen einem Steuervektor für die physikalischen Drehmomentaktoren und einem Steuervektor für die virtuellen Drehmomentaktoren zu transformieren, wobei physikalische Drehmomentaktoren des ersten und zweiten Drehmomentaktors und virtuelle Drehmomentaktoren des Eingangselements und des Ausgangselements verwendet werden. Andere Transformationsmatrizen oder Übertragungsfunktionen können entwickelt werden, um zwischen einem Steuervektor für die physikalischen Drehmomentaktoren und einem Steuervektor für die virtuellen Drehmomentaktoren zu transformieren, wobei die virtuellen Drehmomentaktoren ohne Einschränkung ausgewählte Elemente von dem Eingangselement, einer ausgewählten Kupplung, dem Ausgangselement und anderen Aktoren oder Knoten bei einem repräsentativen Getriebehebeldiagramm umfassen.
• 3 zeigt schematisch eine Implementierung eines Steuerschemas virtueller Drehmomentaktoren 300 zum Steuern eines Betriebes eines physikalischen Systems 350, das ein beispielhaftes Multi-Mode-Getriebe ist, das ausgelegt ist, um in einer Ausführungsform Drehmoment zwischen einem Eingangselement, einer ersten und zweiten Drehmomentmaschine und einem Ausgangselement zu übertragen. Das Steuerschema virtueller Drehmomentaktoren 300 liefert einen Mechanismus, um eine koinzidente, unabhängige Steuerung mehrerer virtueller Drehmomentaktoren auszuführen. Die virtuellen Drehmomentaktoren stellen auswählbare Bauteile in dem Getriebe oder Antriebsstrangsystem dar, die einen Effekt auf einen wahrnehmbaren Parameter haben, der für den Fahrzeugbediener von Interesse sein kann. Ein virtueller Drehmomentaktor wird bevorzugt so ausgewählt, dass er mit einer unabhängigen Steuerfunktion abgestimmt ist, wodurch zugelassen wird, dass jede ausgewählte Steuerfunktion unter ihren eigenen Randbedingungen bzw. Einschränkungen ausgeführt werden kann, ohne den Ausgang des anderen virtuellen Drehmomentaktors zu beeinflussen. Der wahrnehmbare Parameter kann temporär, d.h. nur für einen Zeitraum, von Interesse sein. Virtuelle Drehmomentaktoren umfassen beispielsweise das Eingangselement 12, das von Interesse ist, um eine Eingangsdrehzahlsteuerung während Autostart- und Autostopp-Betriebsabläufen der Kraftmaschine zu bewirken, das Ausgangselement 64, das von Interesse ist, um eine Endantriebsdämpfung zu handhaben, und Kupplungsdrehmoment von einer der Kupplungen, z.B. Kupplung C1 70, die für eine Kupplungsschlupfsteuerung von Interesse ist.
• Insgesamt transformiert das Steuerschema virtueller Drehmomentaktoren 300 eine Gleichung eines dynamischen Systems, die das Getriebe darstellt, in eine Gleichung eines dynamischen Systems, die die virtuellen Drehmomentaktoren darstellt. Die virtuellen Drehmomentaktoren des physikalischen Systems 350 können das Eingangselement 12, das Ausgangselement 64, eine angelegte Kupplung oder einen anderen interessierenden Drehmomentknoten in dem Multi-Mode-Getriebe und einen zugeordneten Steuervektor umfassen, der einen oder mehrere von einem Eingangsdrehmomentbefehl Ti, einem Ausgangsdrehmomentbefehl To, einem Kupplungsdrehmomentbefehl T_C1, z.B. Kupplung C1 70, und einen anderen Drehmomentbefehl, der dem interessierenden Getriebeknoten zugeordnet ist, umfasst. Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren werden ermittelt und reagieren auf die Ausgangsdrehmomentanforderung und umfassen Endantriebs-Dämpfungssteuerung, Drehzahlregelungen, die Autostart- und Autostopp-Betriebsabläufen der Kraftmaschine zugeordnet sind, und Kupplungsdrehmomentsteuerungen. Es werden Drehmomenteinschränkungen auf die Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren angewandt, um eingeschränkte Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren zu ermitteln. Die eingeschränkten Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren werden in Drehmomentbefehle für das physikalische System 350 transformiert, die Drehmomentbefehle zum Steuern der physikalischen Drehmomentaktoren, d.h. der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 56 und 72 umfassen können. Somit werden die erste und zweite Drehmomentmaschine in Antwort auf Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren gesteuert.
• Dies umfasst ein Ermitteln eines Eingangs- oder Befehlsvektors r(k) 305, der bevorzugt eine Mehrzahl von bevorzugten oder befohlenen Drehzahl- und Drehmomentparametern umfasst, die dem Betrieb des Antriebsstrangsystems zugeordnet sind, die bevorzugte Zustände für die Getriebeeingangsdrehzahl Ni, die Getriebeausgangsdrehzahl No und die Drehzahlen für die erste und zweite Drehmomentmaschine Na und Nb umfassen.
• Der Befehlsvektor r(k) 305 wird mathematisch mit einem Antwortvektor x(k) 355 verglichen, um einen Fehlervektor e(k) 315 zu erzeugen. Der Antwortvektor x(k) 355 umfasst eine Mehrzahl von Betriebsparametern, die dem Betrieb des Antriebsstrangsystems zugeordnet sind, die Betriebsparameter umfassen, die den virtuellen Drehmomentaktoren zugeordnet sind, die die Getriebeeingangsdrehzahl Ni, die Getriebeausgangsdrehzahl No und die Drehzahlen für die erste und zweite Drehmomentmaschine Na und Nb umfassen.
• Der Fehlervektor e(k) 315 ist als ein Eingang in eine erste Übertragungsfunktion 320 vorgesehen, die virtuelle Regelungsverstärkungen auf die unabhängigen virtuellen Drehmomentaktoren wie folgt anwendet: $${\text{u}}_{\text{io}}\left(\text{k}\right)={\text{K}}_{\text{io}}*\text{e}\left(\text{k}\right)$$

  

  wobei
  u_io(k) ein Steuervektor der virtuellen Aktoren ist; und K_io eine Verstärkungsfaktormatrix für die unabhängigen virtuellen Drehmomentaktoren ist.
• Der Steuervektor der virtuellen Aktoren u_io(k) umfasst die Drehmomentbefehle für die interessierenden virtuellen Drehmomentaktoren. In einer Ausführungsform umfasst der Steuervektor der virtuellen Aktoren Drehmomentbefehle, die dem Eingangselement und dem Ausgangselement zugeordnet sind, wodurch Ausgänge der Drehzahlsteuerung des Eingangselements und die Dämpfungssteuerung des Ausgangselements unabhängig gesteuert werden, d.h.
  u_io(k) =[Ti(Drehzahlsteuerung); To(Dämpfung)]. Die Regelungsverstärkungen, die auf die erste Übertragungsfunktion 320 angewandt werden, sind relativ zu Kosten konstruiert, die den interessierenden virtuellen Drehmomentaktoren zugeordnet sind, und sorgen für deren unabhängige Steuerung.
• Die erste Übertragungsfunktion 320 erzeugt den Steuervektor der virtuellen Aktoren u_io(k) 325, der in eine virtuelle Einschränkungsfunktion 330 eingegeben wird. Die virtuelle Einschränkungsfunktion 330 wendet unabhängig ermittelte Einschränkungen bzw. Randbedingungen auf die virtuellen Drehmomentaktoren an, indem der Steuervektor der virtuellen Drehmomentaktoren u_io(k) eingeschränkt wird, um einen eingeschränkten Steuervektor der virtuellen Aktoren u_io(k)' 335 zu erzeugen. Die unabhängig ermittelten Einschränkungen können Einschränkungen umfassen, die einer Drehzahlregelung der Drehzahl des Eingangselements für Autostart- und Autostopp-Betriebsabläufe der Kraftmaschine, einer Drehzahlregelung der Drehzahl des Ausgangselements zur Endantriebsdämpfung oder einer Drehzahlregelung der Kupplungsdrehzahl von einer der Kupplungen zugeordnet sind.
• Der eingeschränkte Steuervektor der virtuellen Aktoren u_io(k)' 335 wird in den physikalischen Bereich unter Verwendung einer Übertragungsfunktion 340 gemäß der folgenden Beziehung transformiert: $${\text{u}}_{\text{ab}}\left(\text{k}\right)={\text{K}}_{\text{io2ab}}*{\text{u}}_{\text{io}}\left(\text{k}\right)\text{'}$$

  

  wobei
  u_ab(k) den eingeschränkten Steuervektor der physikalischen Aktoren 345 für die physikalische Drehmomentaktoren, die die Parameter Ta und Tb umfassen, darstellt; und
  T_io2ab eine Übertragungsfunktion von den virtuellen Drehmomentaktoren, d.h. dem Eingangselement 12 und dem Ausgangselement 64, in die physikalischen Drehmomentaktoren, d.h. die erste und zweite Elektromaschine 56 und 72, darstellt.
• Somit wird eine Steuerung des physikalischen Systems 350, d.h. eine Steuerung der physikalischen Drehmomentaktoren des elektromechanischen Getriebes 10 erreicht, indem der eingeschränkte Steuervektor der physikalischen Aktoren 345 für die physikalischen Drehmomentaktoren, die jeweils Drehmomentbefehle für den ersten bzw. zweiten Motordrehmomentbefehl Ta 110 bzw. Tb 120, d.h. u_ab(k), umfassen, auf das physikalische System 350 angewandt wird, wie es unter Verwendung der vorstehend erwähnten GI. 1 dargestellt ist, was nachstehend wiederholt wird. Das physikalische System 350 erzeugt den Antwortvektor x(k) 355. $$\text{x}\left(\text{k}+1\right)=\text{A}*\text{x}\left(\text{k}\right)+{\text{B}}_{\text{ab}}*{\text{u}}_{\text{ab}}\left(\text{k}\right)$$

  
• 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Drehzahlregelungssystems 200, das eine Ausführungsform des Steuerschemas virtueller Drehmomentaktoren 300 zum Steuern des Betriebes einer Ausführungsform des Multi-Mode-Getriebes 10 anwendet. Das Drehzahlregelungssystem 200 umfasst das vorstehend erwähnte Antriebsstrangsystem 10, einen Antriebsstrangsystemschätzer 10' und das Steuerschema virtueller Drehmomentaktoren 300. Der Schätzer 10' ist ausgestaltet, um verschiedene Antriebsstrangzustände, d.h. die Betriebsparameter, die dem Betrieb des Antriebsstrangsystems zugeordnet sind, die die Getriebeeingangsdrehzahl Ni, die Getriebeausgangsdrehzahl No und die Drehzahlen der ersten und zweiten Drehmomentmaschine Na und Nb, die in dem Antwortvektor x(k) 355 enthalten sind, umfassen, jeweils auf der Basis des ersten und zweiten abschließenden Motordrehmomentbefehls 235 bzw. 245 und der überwachten verzögerten Ausgangszustände 255 zu schätzen. Die geschätzten Antriebsstrangzustände von dem Antwortvektor x(k) 355 werden mit bekannten Referenzzuständen verglichen, die bevorzugt die Mehrzahl von bevorzugten oder befohlenen Betriebsparametern des Befehlsvektors r(k) 305 umfassen.
• Eingänge in das Drehzahlregelungssystem 200 umfassen Steuerungs-Motordrehmomentbefehle Ta 215 und Tb 225, die in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung ermittelt werden. Das Kraftmaschinen-Drehmoment 125 wird geschätzt. Die Steuerungs-Motordrehmomente Ta 215 und Tb 225 werden mit einem ersten und zweiten Drehmomentbefehlsfehler 237 und 247 kombiniert, um den ersten und zweiten abschließenden Motordrehmomentbefehl 235 und 245 zu ermitteln, die verwendet werden, um die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 zu steuern. Das Steuerschema virtueller Drehmomentaktoren 300 arbeitet wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, um die eingeschränkten Ausgangssteuerparameter für die physikalischen Drehmomentaktoren, d.h. u_ab(k), 345 zu erzeugen, was Parameter Ta und Tb umfasst, die jeweils als erster und zweiter Drehmomentbefehlsfehler 237 bzw. 247 angewandt werden. Dies ist ein iterativer Prozess, wobei das Drehzahlregelungssystem 200 und all die zugeordneten Bauteile und Regelungsschemata während einem der vorstehend erwähnten Schleifenzyklen ausgeführt werden, um den ersten und zweiten abschließenden Motordrehmomentbefehl 235 und 245 zu ermitteln, die verwendet werden, um die erste und zweite Drehmomentmaschine 56 und 72 zu steuern.

Claims (2)

1. Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Multi-Mode-Getriebes (10), das ausgelegt ist, um Drehmoment zwischen einem Eingangselement (12), Drehmomentmaschinen (56, 72) und einem Ausgangselement (64) zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst: Anwenden eines Drehzahlregelungssystems (200), um Drehmomentbefehle (110, 120, 215, 225) für physikalische Drehmomentaktoren (56, 72), die die Drehmomentmaschinen (56, 72) umfassen, zu ermitteln, das ein Anwenden eines Steuerschemas virtueller Drehmomentaktoren (12, 64), um Drehmomentbefehle (110, 120, 215, 225) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) in Ansprechen auf Ausgangsbefehle für eine Mehrzahl von virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen, umfasst (300), wobei die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) ein Getriebebauteil umfassen, das einen Effekt auf wahrnehmbare Betriebsparameter hat, die einer unabhängigen Steuerfunktion zugeordnet sind, wobei das Getriebebauteil, das einen Effekt auf den wahrnehmbaren Betriebsparameter hat, der der unabhängigen Steuerfunktion zugeordnet ist, das Eingangselement (12) des Multi-Mode-Getriebes (10), das Ausgangselement (64) des Multi-Mode-Getriebes (10), und eine Drehmomentübertragungskupplung (C1 70) des Multi-Mode-Getriebes (10) umfasst, und wobei die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) das Eingangselement (12) des Multi-Mode-Getriebes (10), das Ausgangselement (64) des Multi-Mode-Getriebes (10) und die Drehmomentübertragungskupplung (C1 70) des Multi-Mode-Getriebes (10) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Anwenden des Steuerschemas virtueller Drehmomentaktoren (300), um Drehmomentbefehle (110, 120, 215, 225) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) in Ansprechen auf die Ausgangsbefehle für eine Mehrzahl von virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen, umfasst: Überwachen von Betriebsparametern (Ni, No, Na, Nb), die den virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zugeordnet sind; Ermitteln eines Fehlervektors (315), der den überwachten Betriebsparametern (Ni, No, Na, Nb) zugeordnet ist; Anwenden einer ersten Übertragungsfunktion (320), die auf den Fehlervektor (315) wirkt, um Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen; Anwenden von Einschränkungen auf die Drehmomentbefehle für die virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64), um einen eingeschränkten Steuervektor (325) der virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zu erzeugen; und Anwenden einer zweiten Übertragungsfunktion (340), die auf den eingeschränkten Steuervektor (325) der virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) wirkt, um einen eingeschränkten Steuervektor (345) der physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) zu erzeugen, der abschließende Drehmomentbefehle (235, 245) für die physikalischen Drehmomentaktoren (56, 72) umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des Fehlervektors (315), der den überwachten Betriebsparametern (Ni, No, Na, Nb) zugeordnet ist, ein Vergleichen eines Befehlsvektors (305), der eine Mehrzahl von befohlenen Parametern umfasst, die den virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zugeordnet sind, und eines Antwortvektors (355), der die überwachten Betriebsparameter (Ni, No, Na, Nb) umfasst, die den virtuellen Drehmomentaktoren (12, 64) zugeordnet sind, umfasst.

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