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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Steuerungseinrichtungen von dynamischen Systemen für Multi-Mode-Antriebsstrangsysteme, die mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen anwenden.
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HINTERGRUND
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Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung. Folglich sollen solche Aussagen keine Anerkenntnis von Stand der Technik bilden.
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Antriebsstrangsysteme können ausgelegt sein, um Drehmoment, das von mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen ausgeht, durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung auf ein Ausgangselement, das mit einem Endantrieb gekoppelt sein kann, zu übertragen. Derartige Antriebsstrangsysteme umfassen Hybridantriebsstrangsysteme und Elektrofahrzeugsysteme mit verlängerter Reichweite. Steuerungssysteme zum Betreiben derartiger Antriebsstrangsysteme betreiben die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und wenden Drehmomentübertragungs-Bauteile in dem Getriebe an, um in Ansprechen auf vom Bediener befohlene Ausgangsdrehmomentanforderungen Drehmoment zu übertragen, wobei Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Fahrbarkeit und andere Faktoren berücksichtigt werden. Beispielhafte Drehmoment erzeugende Einrichtungen umfassen Brennkraftmaschinen und nicht auf Verbrennung beruhende Drehmomentmaschinen. Die nicht auf Verbrennung beruhenden Drehmomentmaschinen können Elektromaschinen umfassen, die als Motoren oder Generatoren arbeiten, um einen Drehmomenteingang in das Getriebe unabhängig von einem Drehmomenteingang von der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Drehmomentmaschinen können in einem als Rekuperationsbetrieb bezeichneten Vorgang kinetische Energie des Fahrzeugs, die durch den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, in elektrische Energie umwandeln, die in einer Speichereinrichtung für elektrische Energie speicherbar ist. Ein Steuerungssystem überwacht verschiedene Eingänge von dem Fahrzeug und dem Bediener und sorgt für eine funktionale Steuerung des Hybridantriebsstrangs, die das Steuern des Getriebebetriebszustandes und des Gangschaltens, das Steuern der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, und das Regeln des elektrischen Energieaustauschs zwischen der Speichereinrichtung für elektrische Energie und den Elektromaschinen, um Ausgänge des Getriebes, die Drehmoment und Drehzahl umfassen, zu verwalten, umfasst.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Antriebsstrangsystem umfasst eine Brennkraftmaschine, ein Multi-Mode-Getriebe, Drehmomentmaschinen und einen Endantrieb. Ein Verfahren zum Betreiben des Antriebsstrangsystems, um Drehmoment unter der Kraftmaschine, einer Drehmomentmaschine und einem Endantrieb zu übertragen, umfasst das Steuern des Betriebes des Antriebsstrangsystems in einem Pseudo-Gang-Bereich in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung, das das Betreiben des Getriebes in einem Getriebebereich mit variablem Modus und das Steuern eines Betrages des Drehmomentausgangs zu dem Endantrieb in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung und proportional zu einem Betrag des Eingangsdrehrnornents von der Kraftmaschine umfasst.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein beispielhaftes Multi-Mode-Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine, ein Getriebe und einen Endantrieb umfasst, der mit einem Hinterradantriebsdifferenzial ausgestaltet ist, gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
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2 ein beispielhaftes Multi-Mode-Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine, ein Multi-Mode-Getriebe, ein elektrisches Hochspannungssystem und einen Endantrieb umfasst, der mit einer Transaxle-Baugruppe für Vorderradantrieb ausgestaltet ist, gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
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3 ein Suchschema zum Ermitteln einer bevorzugten Drehzahl der Kraftmaschine und einer bevorzugten Schlupfdrehzahl der Kupplung, wenn ein Multi-Mode-Antriebsstrangsystem in einem der Pseudo-Gang-Getriebebereiche in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung betrieben wird, gemäß der Offenbarung veranschaulicht;
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4 eine Leistungskosten-Ermittlungsfunktion, die einen analytischen Rahmen zum Ermitteln von Betriebskosten des Antriebsstrangsystems umfasst, gemäß der Offenbarung veranschaulicht; und
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5 ein Getriebebereichswahlschema, das eine Mehrzahl von Suchschemata und zumindest ein Pseudo-Gang-Suchschema umfasst, gemäß der Offenbarung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei das Gezeigte allein zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck selbige einzuschränken, vorgesehen ist, stellt 1 ein nicht einschränkendes Multi-Mode-Antriebsstrangsystem 100 dar, das eine Brennkraftmaschine (Kraftmaschine) 12, ein Multi-Mode-Getriebe (Getriebe) 10, ein elektrisches Hochspannungssystem 80, einen Endantrieb 90 und einen Controller 5 umfasst. Das Getriebe 10 ist mechanisch mit der Kraftmaschine 12 und einer ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 bzw. 62 gekoppelt und ist ausgelegt, um Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 12, den Drehmomentmaschinen 60, 62 und dem Endantrieb 90 zu übertragen. Wie veranschaulicht ist, sind die erste und zweite Drehmomentmaschine 60, 62 Elektromotoren/Generatoren. Der Endantrieb 90 umfasst ein Differenzialsystem, das eine Fahrzeugkonfiguration mit Hinterradantrieb ermöglicht.
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Das elektrische Hochspannungssystem 80 umfasst eine Speichereinrichtung für elektrische Energie, z. B. eine Hochspannungsbatterie (Batterie) 85, die elektrisch mit einem Getriebeleistungsstromrichter-Steuerungsmodul (TPIM) 82 über einen elektrischen Hochspannungsbus 84 gekoppelt ist, und ist mit geeigneten Vorrichtungen zum Überwachen des elektrischen Stromflusses ausgestaltet, die Vorrichtungen und Systeme zum Überwachen des elektrischen Stromes und der elektrischen Spannung umfassen. Die Batterie 85 kann irgendeine geeignete Hochspannungs-Speichereinrichtung für elektrische Energie, z. B. eine Hochspannungsbatterie, sein und umfasst bevorzugt ein Überwachungssystem, das ein Maß der dem elektrischen Hochspannungsbus 84 zugeführten elektrischen Leistung, die Spannung und elektrischen Strom umfasst, liefert.
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Die Kraftmaschine 12 kann eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine sein, die selektiv in verschiedenen Zuständen betreibbar ist, um Drehmoment über ein Eingangselement 14 auf das Getriebe 10 zu übertragen, und kann entweder eine Fremdzündungsmaschine oder eine Kompressionszündungsmaschine sein. Die Kraftmaschine 12 umfasst eine Kurbelwelle, die mit dem Eingangselement 14 des Getriebes 10 gekoppelt ist. Ein Drehzahlsensor 11 überwacht Kurbelwinkel und Drehzahl des Eingangselements 14. Leistung, die von der Kraftmaschine 12 abgegeben wird, d. h. Drehzahl der Kraftmaschine und Drehmoment der Kraftmaschine, kann sich aufgrund der Platzierung der Drehmoment verbrauchenden Komponenten an dem Eingangselement 14 zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Getriebe 10, z. B. eine Drehmomentmanagementeinrichtung oder eine mechanisch angetriebene Hydraulikpumpe, von der Eingangsdrehzahl und dem Eingangsdrehmoment in das Getriebe 10 unterscheiden. Die Kraftmaschine 12 ist ausgestaltet, um während des fortwährenden Antriebsstrangbetriebes in Ansprechen auf Betriebsbedingungen Autostopp- und Autostart-Betriebsabläufe auszuführen. Der Controller 5 ist ausgestaltet, um Aktoren der Kraftmaschine 12 zu steuern und somit Verbrennungsparameter zu steuern, was das Steuern des Einlassluftmengendurchsatzes, der Zündfunkenzündzeiten, der eingespritzten Kraftstoffmenge, der Kraftstoffeinspritzzeiten, der AGR-Ventilstellung zur Steuerung des Durchflusses von rückgeführten Abgasen, und Einlass- und/oder Auslassventilzeiten und -phasenlagen an so ausgestatteten Kraftmaschinen einschließt. Somit kann die Drehzahl der Kraftmaschine gesteuert werden, indem Verbrennungsparameter, die Luftdurchsatz-Drehmoment und zündfunkeninduziertes Drehmoment umfassen, gesteuert werden. Die Drehzahl der Kraftmaschine kann auch gesteuert werden, indem durch Steuern von Motordrehmomenten der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60, 62 Reaktionsdrehmoment an dem Eingangselement 14 gesteuert wird.
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Das veranschaulichte Getriebe 10 ist ein elektromechanisches Four-Mode-Getriebe 10 mit kombinierter Leistungsverzweigung, das drei Planetenradsätze 20, 30 und 40 und fünf einrückbare Drehmoment übertragende Einrichtungen, d. h. Kupplungen C1 52, C2 54, C3 56, C4 58 und C5 50, umfasst. Andere Ausführungsformen des Getriebes werden in Betracht gezogen. Das Getriebe 10 ist mit der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60, 62 gekoppelt. Das Getriebe 10 ist ausgestaltet, um Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 12, den Drehmomentmaschinen 60, 62 und dem Ausgangselement 92 in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung zu übertragen. Die erste und zweite Drehmomentmaschine 60, 62 sind in einer Ausführungsform Motoren/Generatoren, die elektrische Energie anwenden, um Drehmoment zu erzeugen und diesem entgegenzuwirken. Der Planetenradsatz 20 umfasst ein Sonnenradelement 22, ein Hohlradelement 26 und Planetenräder 24, die mit einem Trägerelement 25 gekoppelt sind. Das Trägerelement 25 lagert die Planetenräder 24 drehbar, die in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenradelement 22 als auch dem Hohlradelement 26 angeordnet sind, und ist mit einem drehbaren Wellenelement 16 gekoppelt. Der Planetenradsatz 30 umfasst ein Sonnenradelement 32, ein Hohlradelement 36 und Planetenräder 34, die mit einem Trägerelement gekoppelt sind. Die Planetenräder 34 sind in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenradelement 32 als auch dem Hohlradelement 36 angeordnet. Das Trägerelement ist mit dem drehbaren Wellenelement 16 gekoppelt. Der Planetenradsatz 40 umfasst ein Sonnenradelement 42, ein Hohlradelement 46 und Planetenräder 44, die mit einem Trägerelement 45 gekoppelt sind. Wie gezeigt ist, sind ein erster und zweiter Satz Planetenräder 44 mit dem Trägerelement 45 gekoppelt. Somit ist der Planetenradsatz 40 ein zusammengesetzter Sonnenradelement-Ritzelrad-Ritzelrad-Hohlradelement-Zahnradsatz. Das Trägerelement 45 ist drehbar zwischen Kupplungen C1 52 und C2 54 eingekoppelt. Das Sonnenradelement 42 ist drehbar mit dem drehbaren Wellenelement 16 gekoppelt. Das Hohlradelement 46 ist drehbar mit dem Ausgangselement 92 gekoppelt.
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So wie es hierin verwendet wird, beziehen sich Kupplungen auf Drehmomentübertragungseinrichtungen, die selektiv in Ansprechen auf ein Steuerungssignal eingerückt werden können, und jegliche geeignete Einrichtungen sein können, die beispielsweise einzelne oder zusammengesetzte Plattenkupplungen oder -pakete, Einwegkupplungen, Bandkupplungen und Bremsen umfassen. Ein Hydraulikkreis 72 ist ausgelegt, um Kupplungszustände von jeder der Kupplungen mit Hydraulikdruckfluid zu steuern, das durch eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe 70 zugeführt wird, die durch den Controller 5 funktional gesteuert wird. Kupplungen C2 54 und C4 58 sind hydraulisch angelegte rotierende Reibkupplungen. Kupplungen C1 52, C3 56 und C5 50 sind hydraulisch gesteuerte Bremseneinrichtungen, die an einem Getriebekasten 55 festgelegt werden können. Jede der Kupplungen C1 52, C2 54, C3 56 und C4 58 wird in dieser Ausführungsform unter Verwendung von Hydraulikdruckfluid hydraulisch angelegt, das durch den Hydrauliksteuerungskreis 72 zugeführt wird. Der Hydraulikkreis 72 wird durch den Controller 5 funktional gesteuert, um die vorstehend genannten Kupplungen zu aktivieren und zu deaktivieren, Hydraulikfluid zum Kühlen und Schmieren von Bauteilen des Getriebes zu liefern und Hydraulikfluid zum Kühlen der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 und 62 zu liefern. Hydraulikdruck in dem Hydraulikkreis 72 kann durch Messung unter Verwendung von einem Drucksensor/Drucksensoren, durch Schätzung unter Verwendung von an Bord befindlichen Routinen oder unter Verwendung anderer geeigneter Verfahren ermittelt werden.
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Die erste und zweite Drehmomentmaschine 60 und 62 sind Drei-Phasen-Wechselstrom-Motor/Generator-Maschinen, die jeweils einen Stator, einen Rotor und einen Resolver umfassen. Der Motorstator für jede der Drehmomentmaschinen 60, 62 ist an einem äußeren Abschnitt des Getriebekastens 55 festgelegt und umfasst einen Statorkern mit sich von dort erstreckenden gewendelten elektrischen Wicklungen. Der Rotor für die erste Drehmomentmaschine 60 ist an einem Nabenplattenzahnrad abgestützt, das mechanisch an einer Hohlwelle 18 angebracht ist, die mit dem ersten Planetenradsatz 20 gekoppelt ist. Der Rotor für die zweite Drehmomentmaschine 62 ist fest an einer Hohlwellennabe 19 angebracht, die mechanisch an dem zweiten Planetenradsatz 30 angebracht ist. Jeder der Resolver ist signaltechnisch und funktional mit dem Getriebe-Leistungsstromrichter-Steuerungsmodul (TPIM) 82 verbunden, und jeder erfasst und überwacht die Drehstellung des Resolverrotors relativ zu dem Resolverstator, wodurch die Drehstellung von jeweiligen von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 und 62 überwacht wird. Zusätzlich können die Signale, die von den Resolvern ausgegeben werden, verwendet werden, um Drehzahlen für die erste und zweite Drehmomentmaschine 60 und 62 zu ermitteln.
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Das Ausgangselement 92 des Getriebes 10 ist drehbar mit dem Endantrieb 90 verbunden, um Ausgangsleistung an den Endantrieb 90 zu liefern, die in dieser Ausführungsform auf ein oder eine Mehrzahl von Fahrzeugrädern über ein Differenzialgetriebe oder eine andere geeignete Vorrichtung übertragen wird. Die Ausgangsleistung an dem Ausgangselement 92 wird in Begriffen einer Ausgangsdrehzahl und eines Ausgangsdrehmoments charakterisiert. Ein Getriebeausgangs-Drehzahlsensor 93 überwacht die Drehzahl und Drehrichtung des Ausgangselements 92. Jedes der Fahrzeugräder ist bevorzugt mit einem Sensor ausgestattet, der ausgestaltet ist, um die Raddrehzahl zu überwachen und somit die Fahrzeuggeschwindigkeit und absolute und relative Raddrehzahlen zur Bremsensteuerung, Traktionssteuerung und zum Fahrzeugbeschleunigungsmanagement zu ermitteln.
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Das Eingangsdrehmoment von der Kraftmaschine 12 und die Motordrehmomente von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 und 62 werden infolge einer Energieumwandlung von Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in der Speichereinrichtung für elektrische Energie (Batterie) 85 gespeichert ist, erzeugt. Die Batterie 85 ist mit dem TPIM 82 über den elektrischen Hochspannungsbus 84 hochspannungs-gleichstromgekoppelt, der bevorzugt einen Schützschalter umfasst, der den Fluss elektrischen Stromes zwischen der Batterie 85 und dem TPIM 82 gestattet oder verbietet. Das TPIM 82 umfasst bevorzugt ein Paar Leistungs-Stromrichter und jeweilige Motorsteuerungsmodule, 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 eine Mehrzahl von Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) zum Umwandeln von Gleichstromleistung von der Batterie 85 in Wechselstromleistung zur Beaufschlagung einer jeweiligen von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 und 62 durch Umschalten mit hohen Frequenzen. Die IGBTs bilden ein Schaltnetzteil, das ausgestaltet ist, um Steuerungsbefehle zu empfangen. Jede Phase von jeder der Drei-Phasen-Elektromaschinen umfasst ein Paar IGBTs. Zustände der IGBTs werden gesteuert, um eine mechanische Motorantriebsleistungserzeugung oder Rekuperationsfunktionalität für elektrische Energie vorzusehen. Die Drei-Phasen-Stromrichter empfangen oder liefern elektrische Gleichstromenergie über Gleichstrom-Übertragungsleiter 27 und wandeln diese in oder aus Drei-Phasen-Wechselstromenergie, die zu oder von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 und 62 zum Betrieb als Motoren oder Generatoren jeweils über Übertragungsleiter geleitet wird. Das TPIM 82 überträgt elektrische Leistung zu und von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 60 und 62 durch die Leistungs-Stromrichter und jeweiligen Motorsteuerungsmodule in Ansprechen auf die Motordrehmomentbefehle. Elektrischer Strom wird über den elektrischen Hochspannungsbus 84 zu und von der Batterie 85 übertragen, um die Batterie 85 zu laden und zu entladen.
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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, was das Synthetisieren von Informationen und Eingängen und das Ausführen von Algorithmen umfasst, um Aktoren zu steuern und somit Steuerungsziele zu erreichen, die mit Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahrbarkeit und Schutz von Bauteilen, die Batterien der Batterie 85 und die erste und zweite Drehmomentmaschine 60 und 62 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 Steuerungsmodulsystem umfassen, das einzelne Steuerungsmodule enthält, die ein überwachendes Steuerungsmodul, ein Kraftmaschinen-Steuerungsmodul, ein Getriebesteuerungsmodul, ein Batteriepaket-Steuerungsmodul und das TPIM 82 umfassen. Eine Benutzerschnittstelle 13 ist bevorzugt signaltechnisch mit einer Mehrzahl von Einrichtungen verbunden, durch die ein Fahrzeugbediener den Betrieb des Antriebsstrangsystems lenkt und befiehlt, und umfasst das Befehlen einer Ausgangsdrehmomentanforderung und das Wählen eines Getriebebereiches. Die Einrichtungen umfassen bevorzugt ein Gaspedal 112, ein Bedienerbremspedal 113, eine Getriebebereichswähleinrichtung 114 (PRNDL) und ein Fahrzeuggeschwindigkeits-Fahrtregelungssystem 116. Die Getriebebereichswähleinrichtung 114 kann eine diskrete Zahl von von einem Bediener wählbaren Stellungen aufweisen, die das Angeben der Richtung der vom Bediener beabsichtigten Bewegung des Fahrzeugs und somit das Angeben der bevorzugten Drehrichtung des Ausgangselements 92 von entweder einer Vorwärts- oder einer Rückwärtsrichtung umfassen. Es ist festzustellen, dass das Fahrzeug sich aufgrund eines Zurückrollens, das durch die Lage des Fahrzeugs, z. B. an einem Berg, verursacht wird, noch in einer anderen Richtung als der angegebenen, vom Bediener beabsichtigten Bewegungsrichtung bewegen kann. Die vom Bediener wählbaren Stellungen der Getriebebereichswähleinrichtung 114 können direkt einzelnen Getriebebereichen entsprechen, die unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben sind, oder können Teilsätzen der Getriebebereiche entsprechen, die unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben sind. Die Benutzerschnittstelle 13 kann eine einzige Einrichtung umfassen, wie es gezeigt ist, oder kann alternativ eine Mehrzahl von Benutzerschnittstelleneinrichtungen umfassen, die direkt mit einzelnen Steuerungsmodulen verbunden sind.
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Die vorstehend erwähnten Steuerungsmodule kommunizieren mit anderen Steuerungsmodulen, Sensoren und Aktoren über die Kommunikationsverbindung 15, die eine strukturierte Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuerungsmodulen bewirkt. Das besondere Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Die Kommunikationsverbindung 15 und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Schnittstellen für mehrere Steuerungsmodule zwischen den vorstehend erwähnten Steuerungsmodulen und anderen Steuerungsmodulen, die eine Funktionalität, die z. B. Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität umfasst, bereitstellen. Es können mehrere Kommunikationsbusse 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 Steuerungsmodulen kann auch unter Verwendung einer drahtlosen Verbindung, z. B. eines drahtlosen Nahbereichs-Funkkommunikationsbusses, bewirkt werden. Einzelne Einrichtungen können auch direkt verbunden sein.
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Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten irgendeines von 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 Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen/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 Begriffe bedeuten jegliche Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen einschließen. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden ausgeführt, etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit, um Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuerungsmodulen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, die als Schleifenzyklen bezeichnet werden, 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 Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Der Multi-Mode-Antriebsstrang
100 ist ausgestaltet, um in einem von einer Mehrzahl von Antriebsstrangzuständen zu arbeiten, die eine Mehrzahl von Getriebebereichen und Kraftmaschinenzuständen umfassen, um Drehmoment zu erzeugen und auf den Endantrieb
90 zu übertragen. Die Kraftmaschinenzustände umfassen einen EIN-Zustand, einen AUS-Zustand und einen Kraftstoffabschaltungszustand (FCO-Zustand). Wenn die Kraftmaschine in dem Aus-Zustand arbeitet, wird sie nicht mit Kraftstoff beaufschlagt, zündet nicht und läuft nicht um. Wenn die Kraftmaschine in dem Ein-Zustand arbeitet, wird sie mit Kraftstoff beaufschlagt, zündet und läuft um. Wenn die Kraftmaschine in dem FCO-Zustand arbeitet, läuft sie um, wird aber nicht mit Kraftstoff beaufschlagt und zündet nicht. Der EIN-Zustand der Kraftmaschine kann ferner einen Alle-Zylinder-Zustand (ALLE) umfassen, wobei alle Zylinder mit Kraftstoff beaufschlagt werden und zünden, und einen Zylinderdeaktivierungszustand (DEAC), wobei ein Teil der Zylinder mit Kraftstoff beaufschlagt wird und zündet und die restlichen Zylinder nicht mit Kraftstoff beaufschlagt werden und nicht zünden. Die Getriebebereiche umfassen eine Mehrzahl von Festgang-(Gang#)-Bereichen und variablen Bereichen, die erreicht werden, indem die Kupplungen C1
50, C2
52, C3
54, C4
56 und C5
58 selektiv aktiviert werden. Die Festgangbereiche umfassen jene Getriebebereiche, bei denen die Drehzahl des Ausgangselements
92 aufgrund von Zahnradanordnungsbeziehungen zwischen in Eingriff stehenden Zahnrädern der Planetenradsätze, die durch Aktivieren von spezifischen der vorstehend erwähnten Kupplungen bewirkt werden, direkt proportional zu der Drehzahl des Eingangselements
14 ist. Die variablen Bereiche umfassen jene Getriebebereiche, bei denen die Drehzahl des Ausgangselements
92 in Relation zu der Eingangsdrehzahl der Kraftmaschine
12 und den Drehzahlen der ersten und zweiten Drehmomentmaschine
60,
62 variiert. Die variablen Bereiche umfassen elektrisch verstellbaren Modus (EVT-Modus#), Elektrofahrzeugmodus (EV#) und Übergangs- und Pseudo-Gang-Modi (EV-Übergangszustand# und Pseudo-Gang#) und Neutral (neutral). Tabelle 1 zeigt eine Mehrzahl von Getriebebereichen und Kraftmaschinenzuständen zum Betreiben des Multi-Mode-Antriebsstrangs
100. Tabelle 1
| Bereich | Kraftmaschinenzustand | C1 | C2 | C3 | C4 | C5 |
| Neutral 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | | | | | |
| Neutral 2 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | | | x | | |
| Neutral 3 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | | | | x | |
| Pseudo-Gang 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | x | | | | |
| Pseudo-Gang 2 | EIN(ALLE/DEAO/FCO) | | x | | | |
| Neutral | AUS | | | | | x |
| EVT-Modus 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | x | | x | | |
| EVT-Modus 2 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | x | | | x | |
| EVT-Modus 3 | EIN(ALLE/DEAL/FCO)/AUS | | x | | x | |
| EVT-Modus 4 | EIN(ALLE/DEAL/FCO)/AUS | | x | x | | |
| EV-Übergangszustand 1 | AUS | x | | | | x |
| EV-Übergangszustand 2 | AUS | | x | | | x |
| Gang 1 | EIN(ALLE/DEAL/FCO) | x | | x | x | |
| Gang 2 | EIN(ALLE/DEAL/FCO) | x | x | | x | |
| Gang 3 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | | x | x | x | |
| EV1 | AUS | x | | x | | x |
| EV2 | AUS | x | | | x | x |
| EV3 | AUS | | x | | x | x |
| EV4 | AUS | | x | x | | x |
| EV-Übergangszustand 3 | AUS | x | x | | | x |
| Neutral | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | | | x | x | |
| Pseudo-Gang 3 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | x | x | | | |
| Neutral | AUS | | | x | | x |
| Neutral | AUS | | | | x | x |
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Multi-Mode-Antriebsstrangsystems, die mit 200 bezeichnet ist und eine Brennkraftmaschine (Kraftmaschine) 112, ein Multi-Mode-Getriebe (Getriebe) 110, ein elektrisches Hochspannungssystem 180, einen Endantrieb 190 und einen Controller 105 umfasst. Die Benutzerschnittstelle 13 ist signaltechnisch mit dem Controller 105 verbunden. Der Endantrieb 190 umfasst ein Transaxle-System, das eine Fahrzeugkonfiguration mit Vorderradantrieb ermöglicht.
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Das Multi-Mode-Antriebsstrangsystem 200 hat viele Merkmale gemeinsam mit dem unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Multi-Mode-Antriebsstrangsystem 100. Das Getriebe 110 ist mechanisch mit der Kraftmaschine 112 und der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 160 bzw. 162 gekoppelt und ist ausgestaltet, um Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 112, den Drehmomentmaschinen 160, 162 und dem Endantrieb 190 zu übertragen. Wie veranschaulicht ist, sind die erste und zweite Drehmomentmaschine 160, 162 Elektromotoren/Generatoren. Das elektrische Hochspannungssystem 180 umfasst eine Speichereinrichtung für elektrische Energie, z. B. eine Hochspannungsbatterie (Batterie) 185, die elektrisch mit einem Getriebeleistungsstromrichter-Steuerungsmodul (TPIM) 182 gekoppelt ist, und ist mit geeigneten Einrichtungen zum Überwachen des elektrischen Stromflusses ausgestaltet, die Einrichtungen und Systeme zum Überwachen des elektrischen Stromes und der elektrischen Spannung umfassen. Das TPIM 182 umfasst Drei-Phasen-Stromrichter, die ausgestaltet sind, um elektrische Gleichstromenergie über Gleichstrom-Übertragungsleiter zu empfangen oder zu liefern und diese in oder aus Drei-Phasen-Wechselstromenergie zu wandeln, die zu oder von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 160 und 162 zum Betrieb als Motoren oder Generatoren jeweils über Übertragungsleiter geleitet wird.
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Die Kraftmaschine 112 kann jede geeignete Brennkrafteinrichtung sein, die Drehmoment auf das Getriebe 110 über Eingangselement 118 überträgt. In einer Ausführungsform kann die Konfiguration eine mechanische Diode 119 und/oder einen Drehmomentwandler 117 zwischen der Kraftmaschine 112 und dem Getriebe 110 umfassen. Die mechanische Diode 119 ist in einer Ausführungsform eine wählbare Einwegkupplung. Die mechanische Diode 119 zwischen der Kraftmaschine 112 und dem Getriebe 110 lässt zu, dass die Kraftmaschine 112 Drehmoment auf das Getriebe 110 in einer ersten Drehrichtung überträgt und bewirkt, dass das Eingangselement 118 freiläuft, wenn es in einer zweiten, entgegengesetzten Drehrichtung umläuft.
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Das veranschaulichte Getriebe 110 ist ein elektromechanisches Two-Mode-Getriebe 110 mit kombinierter Leistungsverzweigung, das zwei Planetenradsätze 140 und 150 und zwei einrückbare Drehmomentübertragungseinrichtungen, d. h. Kupplungen C1 151 und C2 155, umfasst. Es werden andere Ausführungsformen des Getriebes in Betracht gezogen. Der Planetenradsatz 140 umfasst ein Sonnenradelement 142, ein Hohlradelement 148 und Planetenräder 146, die mit einem Trägerelement 144 gekoppelt sind. Das Trägerelement 144 lagert die Planetenräder 146 drehbar, die in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenradelement 142 als auch dem Hohlradelement 148 angeordnet sind, und ist mit einem drehbaren Wellenelement 167 gekoppelt. Das Eingangselement 118 ist mit dem Hohlradelement 148 drehbar gekoppelt. Das Sonnenrad 142 ist mit dem Wellenelement 168 drehbar gekoppelt. Der Planetenradsatz 150 umfasst ein Sonnenradelement 152, ein Hohlradelement 158 und Planetenräder 156, die mit einem Trägerelement 154 gekoppelt sind. Die Planetenräder 156 sind in kämmender Beziehung mit sowohl dem Sonnenradelement 152 als auch dem Hohlradelement 158 angeordnet. Das Trägerelement 154 ist mit dem drehbaren Wellenelement 167 gekoppelt. Das Sonnenradelement 152 ist über Wellenelement 164 mit einem Rotor der zweiten Drehmomentmaschine 162 gekoppelt. Das Hohlradelement 158 ist mit der zweiten Kupplung C2 155 gekoppelt. Das Hohlradelement 158 ist auch mit dem drehbaren Wellenelement 177 gekoppelt, das mit einer Seite der ersten Kupplung C1 151 gekoppelt ist. Die zweite Kupplung C2 155 ist eine Bremskupplung, die das Hohlradelement 158 und das drehbare Wellenelement 177 an Getriebemasse 111 festlegt. Eine zweite Seite der ersten Kupplung C1 151 ist mit einem Wellenelement 139 gekoppelt, das mit dem Wellenelement 168 drehbar gekoppelt ist und auch mit einem Rotor der ersten Elektromaschine 160 drehbar gekoppelt ist. Das Ausgangselement 192 ist mit dem Endantrieb 190 drehbar verbunden, um Ausgangsleistung an den Endantrieb 190 in der Form von Drehmoment und Drehzahl zu liefern, die in dieser Ausführungsform auf ein oder eine Mehrzahl von Fahrzeugrädern über eine Transaxle-Baugruppe oder eine andere geeignete Einrichtung übertragen wird. Der vorstehend erwähnte Controller 105 kommuniziert mit anderen Steuerungsmodulen, Sensoren und Aktoren über eine Kommunikationsverbindung 115, die eine strukturierte Kommunikation zwischen den verschiedenen Steuerungsmodulen bewirkt. Das besondere Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch.
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Wenn das Multi-Mode-Antriebsstrangsystem
200 nur das Eingangselement
118 zwischen der Kraftmaschine
112 und dem Getriebe
110 umfasst, ist der Multi-Mode-Antriebsstrang
200 ausgestaltet, um in einem von einer Mehrzahl von Antriebsstrangzuständen zu arbeiten, die unter Bezugnahme auf Tabelle 2 beschrieben sind. Die Antriebsstrangzustände umfassen eine Mehrzahl von Getriebebereichen und Kraftmaschinenzuständen, um Drehmoment zu erzeugen und auf den Endantrieb
190 zu übertragen. Die Kraftmaschinenzustände umfassen einen EIN-Zustand, einen AUS-Zustand und einen Kraftstoffabschaltungszustand (FCO-Zustand). Die Getriebebereiche umfassen Festgang-(Gang#)- und variable Bereiche, die erreicht werden, indem die erste und zweite Kupplung C1
151 und C2
155 selektiv aktiviert werden. Die Festgangbereiche umfassen jene Getriebebereiche, bei denen die Drehzahl des Ausgangselements
192 aufgrund von Zahnradanordnungsbeziehungen zwischen in Eingriff stehenden Zahnrädern der Planetenradsätze, die durch Aktivieren von spezifischen der vorstehend erwähnten Kupplungen bewirkt werden, direkt proportional zu der Drehzahl des Eingangselements
118 ist. Die variablen Bereiche umfassen jene Getriebebereiche, bei denen die Drehzahl des Ausgangselements
192 in Relation zu der Eingangsdrehzahl der Kraftmaschine
112 und den Drehzahlen der ersten und zweiten Drehmomentmaschine
160,
162 variiert. Die variablen Bereiche umfassen elektrisch verstellbaren Modus (EVT-Modus#), Elektrofahrzeugmodus (EV#) und Pseudo-Gang-Bereiche (Pseudo-Gang#) und Neutral (neutral). Tabelle 2 zeigt eine Mehrzahl von Getriebebereichen und Kraftmaschinenzuständen zum Betreiben des Multi-Mode-Antriebsstrangs
200. Tabelle 2
| Bereich | Kraftmaschinenzustand | C1 | C2 |
| Neutral 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | | |
| Pseudo-Gang 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | | |
| EVT-Modus 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | x | |
| EVT-Modus 2 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | | x |
| EV-Modus 1 | AUS | x | |
| EV-Modus 2 | AUS | | x |
| Gang 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | x | x |
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Wenn der Multi-Mode-Antriebsstrang 200 das Eingangselement 118 und die mechanische Diode 119 zwischen der Kraftmaschine 112 und dem Getriebe 110 umfasst, ist das Multi-Mode-Antriebsstrangsystem 200 ausgestaltet, um in einem von einer Mehrzahl von Antriebsstrangzuständen zu arbeiten, die unter Bezugnahme auf Tabelle 3 beschrieben sind. Die Antriebsstrangzustände umfassen eine Mehrzahl von Getriebebereichen und Kraftmaschinenzuständen, um Drehmoment zu erzeugen und auf den Endantrieb 190 zu übertragen. Die Kraftmaschinenzustände umfassen einen EIN-Zustand, einen AUS-Zustand und einen Kraftstoffabschaltungszustand (FCO-Zustand).
-
Die Getriebebereiche umfassen Festgang- (Gang#) und variable Bereiche, die erreicht werden, indem die erste und zweite Kupplung C1
151 und C2
155, wie es zuvor beschrieben wurde, und die mechanische Diode
119, die als Kupplung C3 bezeichnet wird, selektiv aktiviert werden. Tabelle 3
| Bereich | Kraftmaschinenzustand | C1 | C2 | C3 |
| Neutral 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO)/AUS | | | |
| Pseudo-Gang 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | | | |
| EVT-Modus 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | x | | |
| EVT-Modus 2 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | | x | |
| Neutral 2 | AUS | | | x |
| Gang 1 | EIN(ALLE/DEAC/FCO) | x | x | |
| EV1 | AUS | x | | x |
| EV2 | AUS | | x | x |
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Das Multi-Mode-Antriebsstrangsystem kann in einem der Pseudo-Gang-Bereiche arbeiten, um während des fortwährenden Betriebes Drehmoment auf den Endantrieb zu übertragen. Das Betreiben einer Ausführungsform des Multi-Mode-Antriebsstrangsystems in einem der Pseudo-Gang-Bereiche umfasst das Betreiben des Multi-Mode-Getriebes in einem der variablen Bereiche, die hierin unter Bezugnahme auf eine der Tabellen 1, 2 und 3 beschrieben sind, und das Steuern des Betrages des Drehmomentausgangs von dem Getriebe zu dem Endantrieb, so dass er direkt proportional zu dem Betrag des Eingangsdrehmoments der Kraftmaschine ist, wobei Drehmomentverluste, die den Drehmoment verbrauchenden Komponenten an dem Eingangselement zugeordnet sind, berücksichtigt werden.
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Ein Pseudo-Gang-Bereich kann als ein Zwischengetriebebereich während Schaltungen zwischen EVT-Modus-Bereichen und auch während eines stationären Getriebebetriebes angewandt werden.
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Das Betreiben des Multi-Mode-Antriebsstrangsystems in einem Pseudo-Gang-Bereich umfasst das Betreiben mit drei Freiheitsgraden mit Hinblick auf die Getriebedrehzahlen. Die drei Freiheitsgrade mit Hinblick auf die Drehzahl umfassen bevorzugt die Eingangsdrehzahl, die Ausgangsdrehzahl und die Kupplungsdrehzahl einer gewählten der Kupplungen.
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Die Kupplung(en) werden aktiviert, wie es unter Bezugnahme auf eine der Tabellen 1, 2 oder 3 beschrieben ist (entsprechen der Antriebsstrangkonfiguration), und der Betrieb der ersten und zweiten Drehmomentmaschine
60,
62 wird gemäß der folgenden Drehmomentausgleichsgleichung gesteuert:
wobei
- Te
- ein Drehmomentbefehl für die Kraftmaschine ist,
- TA
- ein Drehmomentbefehl für die erste Drehmomentmaschine ist,
- TB
- ein Drehmomentbefehl für die zweite Drehmomentmaschine ist,
- To
- die Ausgangsdrehmomentanforderung ist,
- Tc
- Kupplungsdrehmoment für eine der Kupplungen ist,
- A1, A2, A3 und A4
- skalare Werte sind (wobei A3 ein skalarer Nicht-Null-Wert ist, wenn in einem Pseudo-Gang-Bereich gearbeitet wird),
- Bn
- eine Matrix von anwendungsspezifischen skalaren Werten ist, die Zahnradanordnungsverhältnissen zugeordnet sind,
- Nidot
- eine zeitliche Änderung der Eingangsdrehzahl ist,
- Ncdot
- eine zeitliche Änderung der Kupplungsdrehzahl ist,
- Nodot
- eine zeitliche Änderung der Ausgangsdrehzahl ist,
- Tc_n
- Kupplungsdrehzahlen für die nicht aktivierten Kupplungen angibt,
- Ni
- eine Eingangsdrehzahl ist,
- Nc_n
- Kupplungsdrehzahlen der nicht aktivierten Kupplungen ist, und
- No
- eine Ausgangsdrehzahl ist.
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Wenn die Antriebsstrangkonfiguration das unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Multi-Mode-Getriebe 10 ist, beziehen sich Tc, Nc und Ncdot auf Kupplungsdrehmoment, Kupplungsdrehzahl und zeitliche Änderung der Kupplungsdrehzahl für Kupplung C3 56. Wenn die Antriebsstrangkonfiguration das unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Multi-Mode-Getriebe 110 ist, beziehen sich Tc, Nc und Ncdot auf Kupplungsdrehmoment, Kupplungsdrehzahl und zeitliche Änderung der Kupplungsdrehzahl für Kupplung C1 151. Gl. 1 kann auch angewandt werden, um den Betrieb in einem der Neutral-Bereiche zu charakterisieren, indem der A3-Term gleich null gesetzt wird.
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3 zeigt schematisch ein Pseudo-Gang-Suchschema 300 zum Ermitteln einer bevorzugten Drehzahl 352 der Kraftmaschine und einer bevorzugten Schlupfdrehzahl der Kupplung 354 innerhalb eines vorbestimmten Eingangsdrehzahlbereichs 302 und Schlupfdrehzahlbereichs 304 der Kupplung, wenn eine Ausführungsform des Multi-Mode-Antriebsstrangsystems in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung 306 in einem der Pseudo-Gang-Bereiche 307 betrieben wird. Wenn die Kraftmaschine in dem Alle-Zylinder-Zustand betrieben wird, reicht der Eingangsdrehzahlbereich 302 von einer Leerlaufdrehzahl der Kraftmaschine, z. B. 800–1000 U/min, bis zu einer maximalen erreichbaren Drehzahl der Kraftmaschine, d. h. rote Linie. Die maximale erreichbare Drehzahl der Kraftmaschine ist spezifisch für eine Kraftmaschinen-Konfiguration und kann im Bereich von 5000 U/min bis 8000 U/min liegen. Wenn die Kraftmaschine in dem Zylinderdeaktivierungszustand betrieben wird, verläuft der Eingangsdrehzahlbereich 302 zwischen einer minimalen Drehzahl, z. B. 1000 U/min, und einer maximalen Schwellen-Drehzahl der Kraftmaschine bei Zylinderdeaktivierung, die geringer ist als die maximale erreichbare Drehzahl der Kraftmaschine in dem Alle-Zylinder-Zustand und spezifisch für eine Kraftmaschinen-Konfiguration ist. Wie gezeigt ist, beträgt die Schwellen-Drehzahl der Kraftmaschine bei Zylinderdeaktivierung 3000 U/min. Der Schlupfdrehzahlbereich 304 der Kupplung verläuft zwischen einer Null-Schlupfdrehzahl und einer maximalen zulässigen Schlupfdrehzahl.
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Das Pseudo-Gang-Suchschema 300 ermittelt die bevorzugte Eingangsdrehzahl 352 und die bevorzugte Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung, um die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 zu erreichen, während in dem Pseudo-Gang-Bereich 307 gearbeitet wird, auf der Basis eines Minimums einer Mehrzahl von Kandidat-Kosten 345. Der Eingangsdrehzahlbereich 302 und der Schlupfdrehzahlbereich 304 der Kupplung werden der zweidimensionalen Suchmaschine (Suchmaschine) 310 geliefert. Die Suchmaschine 310 erzeugt iterativ Kandidat-Drehzahlen Ne(j) 312 der Kraftmaschine über den Eingangsdrehzahlbereich 302 hinweg, und Kandidat-Schlupfdrehzahlen Nc(j) 314 der Kupplung über den Schlupfdrehzahlbereich 304 hinweg, die jeweils in eine Iterationsschleife 350 eingegeben werden. Die Bezeichnung (j) gibt eine einzelne Iteration an. Die Iterationsschleife 350 wendet ein Systemdrehmoment-Ermittlungsschema 320 und ein Kostenmodell 330 an, um Kandidat-Kosten Pcost(j) 345 für jede Kandidat-Drehzahl Ne(j) 312 der Kraftmaschine und jede Kandidat-Schlupfdrehzahl Nc(j) 314 der Kupplung zu berechnen. Die Suchmaschine 310 überwacht die Kandidat-Kosten Pcost(j) 345 für alle Iterationen. Die Kandidat-Drehzahl Ne(j) 312 der Kraftmaschine und die Kandidat-Schlupfdrehzahl Nc(j) 314 der Kupplung, die ein Minimum der Kandidat-Kosten Pcost(j) 345 in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung erreichen, werden durch die Suchmaschine 310 als die bevorzugte Drehzahl 352 der Kraftmaschine und bevorzugte Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung gewählt. Die minimalen Kosten 356 und die entsprechende bevorzugte Drehzahl 352 der Kraftmaschine und die bevorzugte Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung werden auf der Basis der Ausführung einer Mehrzahl von Iterationsschleifen über den Eingangsdrehzahlbereich 302 und den Schlupfdrehzahlbereich 304 der Kupplung hinweg identifiziert.
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Das Systemdrehmoment-Ermittlungsschema 320 führt Gl. 1 aus, um einen Kandidat-Arbeitspunkt 325 des Antriebsstrangs, der bevorzugte Motordrehmomentbefehle Ta, Tb für die erste und zweite Drehmomentmaschine umfasst, um die Ausgangsdrehmomentanforderung To 306 in Ansprechen auf die Kandidat-Drehzahl Ne(j) 312 der Kraftmaschine und das Kandidat-Drehmoment Nc(j) 314 der Kraftmaschine zu erreichen, wenn in dem gewählten Pseudo-Gang-Bereich 307 gearbeitet wird, und auf der Basis von Betriebsparametern 308 des Antriebsstrangsystems. Die Betriebsparameter 308 des Antriebsstrangsystems umfassen Betriebsgrenzen für die erste und zweite Drehmomentmaschine, z. B. minimale und maximale Drehmomente und minimale und maximale Drehzahlen, und Betriebsgrenzen für die Batterie, z. B. Batterieleistungsgrenzen, die maximale Entladegrenzen und maximale Ladegrenzen umfassen. Der Kandidat-Arbeitspunkt 325 des Antriebsstrangs umfasst bevorzugte Betriebsparameter für die erste und zweite Drehmomentmaschine, z. B. Drehmomente und Drehzahlen, und bevorzugte Betriebsparameter für die Batterie, z. B. Batterieleistung, in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306, wenn die Kraftmaschine bei der Kandidat-Drehzahl Ne(j) 312 der Kraftmaschine bei der Kandidat-Schlupfdrehzahl Te(j) 314 der Kupplung arbeitet und das Getriebe in dem gewählten Pseudo-Gang-Bereich 307 arbeitet.
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Das Kostenmodell 330 umfasst eine Leistungskostenfunktion, die Kandidat-Kosten P(j) 345 zum Betreiben des Antriebsstrangs bei dem Kandidat-Arbeitspunkt 325 des Antriebsstrangs ermittelt. Eine beispielhafte Leistungskostenfunktion wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Die Suchmaschine 310 wählt die bevorzugte Drehzahl 352 der Kraftmaschine und die bevorzugte Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung auf der Basis der Kandidat-Leistungskosten P(j) 345 für alle Kandidat-Drehzahlen Ne(j) 312 der Kraftmaschine und Kandidat-Schlupfdrehzahlen Nc(j) 314 der Kupplung. Die bevorzugte Drehzahl 352 der Kraftmaschine und Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung sind die Kandidat-Drehzahl Ne(j) 312 der Kraftmaschine und die Kandidat-Schlupfdrehzahl Nc(j) 314 der Kupplung, die ein Minimum der Kandidat-Leistungskosten P(j) 345 zum Betreiben des Multi-Mode-Antriebsstrangsystems in dem gewählten Pseudo-Gang-Bereich 307 in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 ergeben. Das Multi-Mode-Antriebsstrangsystem wendet das Pseudo-Gang-Suchschema 300 an, um den Betrieb in dem gewählten Pseudo-Gang-Bereich 307 bei der bevorzugten Drehzahl 352 der Kraftmaschine und der bevorzugten Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 zu steuern.
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5 zeigt schematisch ein Getriebebereichswahlschema 500, das eine Mehrzahl von Suchschemata 200 ... und zumindest ein Pseudo-Gang Suchschema 300 umfasst, das unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wird. Es kann mehr als eines der Pseudo-Gang Suchschemata 300 bei Systemen geben, die mehrere Pseudo-Gang-Bereiche aufweisen, wie es z. B. unter Bezugnahme auf Tabelle 1 beschrieben ist. Jedes der Suchschemata 200 ... wendet eine Suchmaschine 210 an, um innerhalb eines vorbestimmten Drehzahl/Drehmoment-Suchfensters zu suchen, das einen Eingangsdrehzahlbereich 202 und einen Eingangsdrehmomentbereich 204 definiert, während das Antriebsstrangsystem bei in einem der Kandidat-Getriebebereiche 207 arbeitendem Getriebe in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 betrieben wird. Das Pseudo-Gang-Suchschema 300 wendet eine Suchmaschine 310 an, um einen Eingangsdrehzahlbereich 302 und den Schlupfdrehzahlbereich 304 der Kupplung zu suchen, während das Antriebsstrangsystem betrieben wird, wobei das Getriebe in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 in einem der Kandidat-Pseudo-Gang-Bereiche 307 arbeitet. Beispielhafte Kandidat-Getriebebereiche 207 und Kandidat-Pseudo-Gang-Bereiche 307 sind unter Bezugnahme auf die Tabellen 1, 2 und 3 beschrieben.
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Das Getriebebereichswahlschema 500 wählt einen Kandidat-Getriebebereich auf der Basis eines Minimums der Leistungskosten 256, ... 356 für jeden der Kandidat-Getriebebereiche, wenn das Antriebsstrangsystem 100 in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 und die Ausgangsdrehzahl betrieben wird, wie es gezeigt ist. Die Suchschemata 200, ... und das Pseudo-Gang Suchschema 300 werden bevorzugt gleichzeitig, d. h. innerhalb des gleichen Schleifenzyklus, ausgeführt. Es ist eines der Suchschemata 200 gezeigt, aber es ist festzustellen, dass die Menge der Suchschemata jede beliebige geeignete Zahl sein kann, die mit der Menge der verfügbaren Getriebebereiche übereinstimmt. Ein Wahl/Arbitrierungs-Schema 260 identifiziert einen der Kandidat-Getriebebereiche 207 oder einen der Pseudo-Gang-Bereiche 307 als einen bevorzugten Getriebebereich 265 und steuert den Betrieb des Antriebsstrangsystems 100 in Ansprechen darauf.
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Der Eingangsdrehzahlbereich 202 und Eingangsdrehmomentbereich 204 werden der zweidimensionalen Suchmaschine (Suchmaschine) 210 geliefert. Die Suchmaschine 210 erzeugt iterativ eine Mehrzahl von Kandidat-Drehzahl Ne(j) 212 der Kraftmaschine über den Eingangsdrehzahlbereich 302 hinweg und eine Mehrzahl von Kandidat-Drehmomenten 204 Te(j) 214 der Kraftmaschine, von denen jedes in eine Iterationsschleife 250 eingegeben wird. Die Bezeichnung (j) gibt eine einzelne Iteration an. Die Iterationsschleife 250 wendet ein Systemdrehmoment-Ermittlungsschema 220 und ein Kostenmodell 230 an, um Kandidat-Leistungskosten Pcost(j) 245 für jede Kandidat-Drehzahl Ne(j) 212 der Kraftmaschine und jedes Kandidat-Drehmoment T(j) 214 der Kraftmaschine zu berechnen.
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Die Suchmaschine 210 überwacht die Kandidat-Leistungskosten Pcost(j) 245 für alle Iterationen. Die Kandidat-Drehzahl der Kraftmaschine Ne(j) 212 und das Kandidat-Drehmoment der Kraftmaschine Te(j) 214, die ein Minimum der Kandidat-Leistungskosten Pcost(j) 245 erreichen, werden durch die Suchmaschine 210 als die bevorzugte Drehzahl 252 der Kraftmaschine und die bevorzugte Schlupfdrehzahl 254 der Kupplung gewählt. Die minimalen Kosten 256 und die entsprechende bevorzugte Drehzahl 252 der Kraftmaschine und das bevorzugte Drehmoment 254 der Kraftmaschine werden auf der Basis der Ausführung einer Mehrzahl von Iterationsschleifen über den Eingangsdrehzahlbereich 202 und den Drehmomentbereich 204 der Kraftmaschine hinweg identifiziert.
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Das Systemdrehmoment-Ermittlungsschema 220 ermittelt einen Kandidat-Arbeitspunkt des Antriebsstrangs 225, der Motordrehmomentbefehle Ta, Tb für die erste und zweite Drehmomentmaschine umfasst, um die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 in Ansprechen auf die Kandidat-Drehzahl Ne(j) 212 der Kraftmaschine und das Kandidat-Drehmoment Te(j) 214 der Kraftmaschine zu erreichen, wenn in dem gewählten Getriebebereich 207 gearbeitet wird und auf der Basis von Betriebsparametern 308 des Antriebsstrangsystems. Die Betriebsparameter 308 des Antriebsstrangsystems umfassen Betriebsgrenzen für die erste und zweite Drehmomentmaschine, z. B. minimale und maximale Drehmomente und minimale und maximale Drehzahlen, und Betriebsgrenzen für die Batterie, z. B. Batterieleistungsgrenzen, die maximale Entladegrenzen und maximale Ladegrenzen umfassen. Der Kandidat-Arbeitspunkt 225 des Antriebsstrangs umfasst bevorzugte Betriebsparameter für die erste und zweite Drehmomentmaschine, z. B. Drehmoment und Drehzahl, und bevorzugte Betriebsparameter für die Batterie, z. B. Batterieleistung, in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306, wenn die Kraftmaschine bei der Kandidat-Drehzahl Ne(j) 212 der Kraftmaschine und dem Kandidat-Drehmoment Te(j) 214 der Kraftmaschine arbeitet und das Getriebe in dem gewählten Getriebebereich 207 arbeitet.
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Das Kostenmodell 230 ermittelt Kandidat-Leistungskosten P(j) 245 zum Betreiben des Antriebsstrangs an dem Kandidat-Arbeitspunkt 225 des Antriebsstrangs. Eine beispielhafte Leistungskostenfunktion wird unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Das Suchschema 200 ermittelt minimale Leistungskosten 256 und eine entsprechende bevorzugte Drehzahl 252 der Kraftmaschine und einen bevorzugten Drehmomentausgang 254 der Kraftmaschine, wenn das Antriebsstrangsystem 100 in Ansprechen auf die Ausgangsdrehmomentanforderung 306 bei sich in dem Kandidat-Getriebebereich 207 befindlichem Getriebe 10 betrieben wird.
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Die vorstehend erwähnten minimalen Leistungskosten 256, ... 356, die den Kandidat-Getriebebereichen 207, ... zugeordnet sind, und Kandidat-Pseudo-Gang-Bereich(e) 307 werden in den Wahl/Arbitrierungs-Block 260 eingegeben, der wirkt, um den Kandidat-Getriebebereich 207 oder Kandidat-Pseudo-Gang-Bereich(e) 307, der ein Minimum der minimalen Leistungskosten 256, ... 356 aufweist, als einen bevorzugten Getriebebereich 265 zum Steuern des Getriebes 10 zu wählen, wobei der Betrieb der Kraftmaschine gesteuert wird, indem die entsprechende Drehzahl 252 und das entsprechende Drehmoment 254 oder die entsprechende bevorzugte Drehzahl 352 der Kraftmaschine und eine bevorzugte Schlupfdrehzahl 354 der Kupplung angewandt werden. Der Wahl/Arbitrierungs-Block 260 wendet Hysterese und andere Taktiken an, um Schalthäufigkeit zu minimieren. Die bevorzugte Drehzahl 252 der Kraftmaschine und das bevorzugte Drehmoment 254 der Kraftmaschine können angewandt werden, um den Betrieb der Kraftmaschine 12 in dem gewählten Getriebebereich 207 mit einem diesem entsprechenden Betrieb des Antriebsstrangsystems 100 zu steuern.
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4 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte Leistungskostenfunktion 400, die einen analytischen Rahmen zum Ermitteln von Betriebskosten des Antriebsstrangsystems umfasst, der unter Bezugnahme auf das anhand von 1 beschriebene Multi-Mode-Antriebsstrangsystem 100 beschrieben wird. Antriebsstrangelemente umfassen Kraftmaschine 12, Getriebe 10, nicht auf Verbrennung beruhende Drehmomentmaschinen 60, 62, Batterie 85, Umrichter 82, Radbremsen 98, Endantrieb 90 und ein Kraftstoffspeicherungssystem 8. Pseudoelemente umfassen eine Trägheitslast 17, die ein Element ist, das konstruiert ist, um Systemträgheiten zu berücksichtigen, und elektrische Hochspannungslast 86, die ein Element ist, das konstruiert ist, um Hochspannungslasten in dem Fahrzeug außerhalb derjenigen Last zu berücksichtigen, die zum Vortrieb des Antriebsstrangsystems 100 verwendet wird. Leistungsflusswege umfassen einen ersten Leistungsflussweg 9 von dem Kraftstoffspeichersystem 8, um Kraftstoffenergie auf die Kraftmaschine 12 zu übertragen, einen zweiten Leistungsflussweg 14 zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Getriebe 10, und einen dritten Leistungsflussweg 84 zwischen der Batterie 85 und dem Umrichter 82, einen vierten Leistungsflussweg 83 zwischen dem Umrichter 82 und der elektrischen Hochspannungslast 86, und einen fünften Leistungsflussweg 27 zwischen dem Umrichter 82 und den nicht auf Verbrennung beruhenden Drehmomentmaschinen 60, 62, einen sechsten Leistungsflussweg 23 zwischen den nicht auf Verbrennung beruhenden Drehmomentmaschinen 60, 62 und dem Getriebe 10, und einen siebten Leistungsflussweg 7 zwischen der Trägheitslast 17 und dem Getriebe 20, einen achten Leistungsflussweg 92 zwischen dem Getriebe 10 und den Radbremsen 98, und einen neunten Leistungsflussweg 99 zu dem Endantrieb 90. Leistungsverluste umfassen Leistungsverluste 95 der Kraftmaschine, Leistungsverluste 81 der Batterie, mechanische Leistungsverluste 87, Verluste 89 der Elektromotoren und Leistungsverluste 97 der Bremsen. Die Leistungskosteneingänge in die Leistungskostenfunktion 400 werden auf der Basis von Faktoren ermittelt, die mit Fahrbarkeit des Fahrzeugs, Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen und Batteriegebrauch in Beziehung stehen. Leistungskosten sind Kraftstoff- und Stromverbrauch zugewiesen und zugeordnet und spezifischen Arbeitspunkten des Multi-Mode-Antriebsstrangs zugeordnet. Niedrigere Betriebskosten können niedrigeren Kraftstoffverbrauch bei hohen Umwandlungswirkungsgraden, niedrigerem Batterieenergiegebrauch und niedrigeren Emissionen für jeden Drehzahl/Last-Arbeitspunkt der Kraftmaschine zugeordnet sind und berücksichtigen den Kandidat-Betriebszustand der Kraftmaschine 14. Die Leistungskosten können die Leistungsverluste 95 der Kraftmaschine, Leistungsverluste 89 der Elektromotoren, Leistungsverluste 81 der Batterien, Leistungsverluste 97 der Bremsen und mechanischen Leistungsverluste 87, die dem Betreiben des Multi-Mode-Antriebsstrangs bei spezifischen Arbeitspunkten für die Kraftmaschine 10 und die nicht auf Verbrennung beruhenden Drehmomentmaschinen 60, 62 zugeordnet sind, umfassen. Die Leistungskostenfunktion 400 kann angewandt werden, um Gesamtleistungskosten für ein Betreiben bei einem ausgewählten Arbeitspunkt der Kraftmaschine zu ermitteln, während das Antriebsstrangsystem in Ansprechen auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung betrieben wird.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können Dritten beim Lesen und Verstehen der Beschreibung deutlich werden. Daher ist beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die besondere(n) Ausführungsform(en), die als die beste Art und Weise, die zum Ausführen dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird/werden, offenbart ist/sind, begrenzt ist, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
