DE102013224074A1

DE102013224074A1 - Verfahren und vorrichtung zur begrenzung eines kraftmaschinendrehmoments zum schutz einer trennkupplung in einem hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102013224074A1
Application number: DE102013224074.0A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Yamazaki; Bernard D. Nefcy; Daniel Scott Colvin; Francis Thomas Connolly; Walter Joseph Ortmann
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-06-05
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: US20140148305A1; US8911324B2; DE102013224074B4; CN103847498B; CN103847498A

Abstract

Ein Antriebsstrang, umfassend eine Kraftmaschine, einen Motor, eine zwischen der Kraftmaschine und dem Motor verbundene Trennkupplung und ein Getriebe. Das Getriebe ist durch eine Anfahrkupplung mit dem Motor verbunden und wird durch die Trennkupplung gezielt und indirekt mit der Kraftmaschine verbunden. Eine Steuerung empfängt ein Kraftmaschinendrehmomentausgangssignal und reduziert die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine auf den Kupplungskapazitätsgrenzwert. Weiterhin werden ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs für ein Hybridfahrzeug bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Antriebsstränge von Hybridfahrzeugen, die eine Kraftmaschine und eine elektrische Maschine oder einen Motor/Generator haben, die gemeinsam oder getrennt Drehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellen. Getriebe für Fahrzeuge mit einer Brennkraftmaschine werden durch eine Schnittstelle geschützt, die das Eingangsdrehmoment zum Getriebe begrenzt. Bei einigen Hybridfahrzeugen stehen eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine oder ein Motor/Generator beide zur Drehmomenterzeugung zur Verfügung und sind durch eine Trennkupplung trennbar. Die Summe des durch die Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine bereitgestellten Drehmoments wird durch eine Anfahrkupplung zum Eingang des Getriebes übertragen. Die Anfahrkupplung muss zum Halten des Drehmoments von der Kraftmaschine und der elektrischen Maschine, einschließlich Trägheitsmomenten, ausgelegt sein.
Es sind Getriebe-Schnittstellen erhältlich, die das Drehmoment zum Eingang des Getriebes zum Schutz einer Anfahrkupplung, die den Drehmomenterzeuger, zum Beispiel eine Brennkraftmaschine, mit dem Getriebe verbindet, begrenzen. Diese Getriebe-Schnittstellen begrenzen das Kraftmaschinendrehmoment nicht getrennt von dem Drehmoment der elektrischen Maschine in einem Hybridfahrzeug-Antriebsstrang, der mehr als eine Drehmomentquelle hat. Infolgedessen ist die Trennkupplung durch Verwendung von derzeitigen Getriebe-Schnittstellen ungeschützt. Zum Ausgleich für diesen Mangel an Schutz kann es erforderlich sein, dass die Systemsteuerung das Gesamteingangsdrehmoment unter den Fahrerwunsch reduziert, um die Trennkupplung vor übermäßigen Drehmomentlasten zu schützen.
Diese Offenbarung fokussiert sich auf das obige Problem und andere Probleme, die mit dem Schutz der Trennkupplung vor übermäßigem Drehmoment in Verbindung stehen. Den obigen Problemen wird durch Schaffung eines getrennten Untersystems, das die Trennkupplung enthält, die in das Hybridgetriebe integriert sein kann, begegnet. Es werden Schnittstellen geschaffen, die die Begrenzungen der Trennkupplung auf die Fahrzeugsystemsteuerung übertragen. Die Fahrzeugsystemsteuerung begrenzt das Kraftmaschinendrehmoment und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine während des Fahrzeugbetriebs. Im Falle eines begrenzten Kraftmaschinendrehmoments kann dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment durch Hinzufügen des Drehmoments der elektrischen Maschine entsprochen werden. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Antriebsstrang offenbart, der eine Kraftmaschine, einen Motor, eine zwischen der Kraftmaschine und dem Motor verbundene Trennkupplung und ein Getriebe umfasst. Das Getriebe ist durch eine Anfahrkupplung mit dem Motor verbunden und wird durch die Trennkupplung gezielt und indirekt mit der Kraftmaschine verbunden. Eine Steuerung empfängt ein Kraftmaschinendrehmomentausgangssignal und reduziert die Drehmomentausgabe der Kraftmaschine auf den Kupplungskapazitätsgrenzwert.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs, der eine Kraftmaschine und einen Motor enthält, die durch eine Trennkupplung getrennt sind und einem Getriebe Drehmoment zuführen, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst teilweises Reduzieren von durch die Kraftmaschine erzeugtem Drehmoment auf eine Trennkupplungskapazitätsgrenze. Gemäß weiteren Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird ein System zur Steuerung eines Antriebsstrangs für ein Hybridfahrzeug bereitgestellt. Der Antriebsstrang enthält eine Kraftmaschine, einen mit der Kraftmaschine verbundenen Motor und ein mit dem Motor verbundenes Getriebe. Eine Trennkupplung ist zwischen der Kraftmaschine und dem Motor wirkverbunden und zum Trennen der Kraftmaschine von dem Motor betätigbar. Die Kraftmaschine und der Motor können gezielt mit dem Getriebe verbunden werden. Eine Steuerung reduziert durch die Kraftmaschine erzeugtes Drehmoment auf eine Trennkupplungskapazitätsgrenze. Der Antriebsstrang, das Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs und das System zur Steuerung des Antriebsstrangs, der bzw. das zuvor beschrieben wurde, können auch zusätzliche Merkmale enthalten, wobei die Steuerung den Motor zur Erhöhung der Drehmomentausgabe vom Motor zur Entsprechung des Fahrerdrehmomentwunsches und zum Ausgleich der Reduzierung der Drehmomentausgabe der Kraftmaschine ansteuern kann. Wenn die Anfahrkupplung geöffnet ist oder rutscht, kann die Steuerung das Motordrehmoment auf einen negativen Trennkupplungskapazitätsgrenzwert reduzieren. Das Kraftmaschinenausgangsdrehmomentsignal entspricht der Summe des durch die Kraftmaschine erzeugten Drehmoments und des Kraftmaschinenträgheitsmoments. Das Motordrehmomentsignal ist die Summe des durch den Motor erzeugten Drehmoments und des Motorträgheitsmoments. Das Kraftmaschinenausgangsdrehmomentsignal kann die Summe des durch die Kraftmaschine erzeugten Drehmoments und des Kraftmaschinenträgheitsmoments sein. Die Steuerung vergleicht das Kraftmaschinenausgangsdrehmomentsignal mit einem Trennkupplungskapazitätsgrenzwert. Die obigen Aspekte der vorliegenden Offenbarung und andere Aspekte werden in der ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeug-Antriebsstrangs;
2 ist eine vereinfachte schematische Ansicht des in 1 gezeigten Antriebsstrangs mit einer eingerückten Anfahrkupplung;
3 ist ein Drehmomentdiagramm, das die Steuerung zeigt, die das Kraftmaschinendrehmoment auf eine Trennkupplungskapazität begrenzt;
4 ist ein Drehmomentdiagramm, das die Steuerung zeigt, die das Kraftmaschinendrehmoment auf die Trennkupplungskapazitätsgrenze begrenzt und den Motor zur Erzeugung von zusätzlichem Drehmoment, einschließlich Trägheitsmoment, zur Entsprechung des Fahrerwunsches, ansteuert; und
5 ist ein vereinfachtes Diagramm des in 1 gezeigten Antriebsstrangs mit geöffneter oder rutschender Anfahrkupplung, wobei das Kraftmaschinendrehmoment auf die Trennkupplungskapazität begrenzt wird und das Drehmoment der elektrischen Maschine durch die negative Trennkupplungsgrenze begrenzt wird.
6 zeigt ein vereinfachtes Diagramm des in 1 gezeigten Antriebsstrangs mit geöffneter oder rutschender Anfahrkupplung wobei das Kraftmaschinendrehmoment, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, begrenzt wird, um die Trennkupplung 20 vor dem Überschreiten seiner positiven Grenze 42 zu schützen Unten wird eine detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die offenbarten Ausführungsformen sind Beispiele für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich. Einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von besonderen Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die in dieser Anmeldung offenbart werden, sollen daher nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die Erfindung auszuüben ist.
Auf 1 Bezug nehmend, wird ein Antriebsstrang 10 für ein Hybridelektrofahrzeug schematisch dargestellt. Eine Kraftmaschine 12 und ein Motor 14 führen dem Antriebsstrang 10 getrennt oder gemeinsam eine Drehmomenteingabe zu. Ein Getriebe 16 empfängt Drehmoment von der Kraftmaschine 12 und von dem Motor 14. Zwischen der Kraftmaschine 12 und dem Motor 14 ist eine Trennkupplung 20 vorgesehen. Die Trennkupplung 20 gestattet die Zuführung des Drehmoments durch die Kraftmaschine 12, den Motor 14 oder sowohl durch die Kraftmaschine 12 als auch den Motor 14. Des Weiteren gestattet die Trennkupplung 20 die Verbindung der Kraftmaschine 20 mit dem Motor 14 zum Laden.
Eine Anfahrkupplung 22 ist zwischen dem Motor 14 und dem Getriebe 16 vorgesehen. Die Anfahrkupplung 22 wird immer dann eingerückt, wenn von dem Getriebe 16 Drehmoment angefordert wird, und wird ausgerückt, wenn sich das Fahrzeug in Parken oder Neutral befindet. Eine Fahrzeugsystemsteuerung 24 empfängt Signale, die dem Fahrerwunschmoment entsprechen, und steuert die Kraftmaschine 12 und den Motor 14 zur Erzeugung von Drehmoment als Reaktion auf das Fahrerwunschdrehmoment.
Eine Batterie 26 ist mit dem Motor 14 elektrisch verbunden. Die Batterie 26 führt Energie zum Antrieb des Motors 14 zu. Der Motor 14 führt der Batterie Energie zur Speicherung zu, wenn die Kraftmaschine 12 in Betrieb ist und die Trennkupplung 20 die Kraftmaschine 12 mit dem Motor 14 verbindet, um den Motor 14 als Generator zu betreiben.
Drehmoment von dem Getriebe 16 wird einem Differenzial 28 zum Antrieb der Räder 30 zugeführt.
Auf 2 Bezug nehmend, wird ein vereinfachtes Antriebsstrangdiagramm gezeigt, in dem eine Kraftmaschine 12 durch eine Trennkupplung 20 mit dem Motor 14 verbunden werden kann. Die Trennkupplung 20 ist, wie in 2 dargestellt, geöffnet. Drehmoment wird dem Getriebe durch die Anfahrkupplung 22 zugeführt, die in 2 geschlossen dargestellt wird.
Auf 3 Bezug nehmend, wird eine graphische Darstellung der Fahrzeugsystemsteuerung 24 bereitgestellt, die das zugeführte Kraftmaschinendrehmoment auf eine positive Trennkupplungsgrenze begrenzt. Das begrenzte Kraftmaschinendrehmoment wird durch Linie 32 dargestellt. Das angeforderte Motordrehmoment wird durch Linie 34 dargestellt. Das Motordrehmoment wird durch Linie 36 dargestellt. Eine Nulldrehmomentlinie wird durch Linie 40 dargestellt.
Linie 32 nimmt anfangs zu, bis die positive Trennkupplungsgrenzlinie 42 erreicht ist. Da das angeforderte Motordrehmoment die Trennkupplungsgrenzlinie 42 übersteigt, wie durch die gestrichelte Linie 34 gezeigt, ist Drehmoment von der Kraftmaschine 12 jedoch begrenzt. Die Motordrehmomentlinie 36 ist anfangs unter der Nulldrehmomentlinie 40 reduziert, was anzeigt, dass die Batterie mit einer höheren Rate lädt als das Kraftmaschinendrehmoment zunimmt. Das Motordrehmoment 36 nimmt zu, um den Mangel an Drehmoment bezüglich des vom Fahrer angeforderten Drehmoments auszugleichen, bis die Kraftmaschinendrehmomentlinie 32 die positive Trennkupplungsgrenzlinie 42 überschreitet. Das Kraftmaschinendrehmoment wird reduziert, nachdem das Motordrehmoment die Höhe erreicht hat, auf der der Anforderung entsprochen wird.
Das durch die Kraftmaschine 12 erzeugte Drehmoment, einschließlich des Trägheitsmoments, wird durch die Trennkupplung 20 übertragen. Der Motor 14 kann Drehmoment, einschließlich Trägheitsmoment, erzeugen, das erforderlich ist, um dem Fahrerwunsch zu entsprechen, und nicht durch die Trennkupplungskapazität beschränkt wird. Die Fahrzeugsystemsteuerung 24 reduziert das Kraftmaschinendrehmoment, einschließlich des Trägheitsmoments, um die Trennkupplung 20 zu schützen. Das Kraftmaschinendrehmoment, einschließlich des Trägheitsmoments, wird durch die Trennkupplungskapazität begrenzt. Die Trennkupplungskapazität kann für einen bestimmten Gang oder während bestimmter Gangwechsel unterschiedlich sein.
Auf 4 Bezug nehmend, wird der Betrieb eines Antriebsstrangs 10 gezeigt, wobei der Motor 14 Drehmoment hinzufügt, um die Begrenzung des Kraftmaschinendrehmoments auszugleichen, wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Eine verstärkte Motordrehmomentlinie 46 stellt das Drehmoment dar, das durch den Motor 14 zugeführt wird, um das Schützen der Trennkupplung 20 durch Reduzieren des durch die Kraftmaschine 12 zugeführten Drehmoments auf die positive Trennkupplungsgrenzhöhe 42 auszugleichen. Eine nicht verstärkte Motordrehmomentlinie 48 stellt die Höhe des Drehmoments dar, die durch den Motor 14 normalerweise zugeführt werden würde, wenn das Kraftmaschinendrehmoment nicht zum Schützen der Trennkupplung 20 begrenzt wäre. Die Summe des Kraftmaschinendrehmoments als die begrenzte Linie 32 und die verstärkte Motordrehmomentlinie 46 werden kombiniert, um Linie 50 des angeforderten und zugeführten Drehmoments bereitzustellen.
Auf 5 Bezug nehmend, enthält die Darstellung eines vereinfachten Diagramms des Antriebsstrangs die durch die Trennkupplung 20 mit dem Motor 14 verbunden Kraftmaschine 12. Die zwischen dem Motor 14 und dem Getriebe 16 wirkverbundene Anfahrkupplung 22 ist in 5 geöffnet, um einen geöffneten oder rutschenden Anfahrkupplungszustand darzustellen. Wenn der Motor die (in 1 gezeigte) Batterie 25 in den Betriebsmodi Neutral, Parken oder Kriechen auflädt, kann die Anfahrkupplung geöffnet sein oder rutschen. In dieser Situation muss die Fahrzeugsystemsteuerung 24 sowohl das Kraftmaschinendrehmoment als auch das Motordrehmoment, einschließlich der jeweiligen Trägheitsmomente, begrenzen, um die Trennkupplung 20 zu schützen.
Auf 6 Bezug nehmend, wird das Kraftmaschinendrehmoment, wie unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, begrenzt, um die Trennkupplung 20 vor dem Überschreiten seiner positiven Grenze 42 zu schützen. Die Linie 52 zeigt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine begrenzt ist. Das Drehmoment der elektrischen Maschine kann beim Laden die negative Trennkupplungsgrenze 44 nicht überschreiten. Infolgedessen ist das begrenzte Motordrehmoment 54 weniger negativ als das angeforderte Motordrehmoment 54. Die Trennkupplung 20 wird durch Begrenzen sowohl des Kraftmaschinendrehmoments als auch des Drehmoments der elektrischen Maschine vor Überschreiten seiner positiven Grenzlinie 42 geschützt. Die Trennkupplung 20 wird davor geschützt, seine durch Linie 44 dargestellte negative Grenze zu überschreiten.
Die Kupplungskapazitätsgleichung ist eine Funktion des an die Kupplung angelegten Drucks. Die Kupplungskapazitätsgleichung ist der Absolutwert von (Kraftmaschinendrehmoment – Kraftmaschinenträgheitsmoment) = Absolutwert von (Motordrehmoment – Motorträgheitsmoment – Anlasskupplungsdrehmoment). Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der offenbarten Einrichtung und des offenbarten Verfahrens beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen eher der Darstellung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung gemäß den Ansprüchen abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der offenbarten Konzepte zu bilden.

Claims

System zur Steuerung eines Antriebsstrangs, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; einen mit der Kraftmaschine verbundenen Motor; ein mit dem Motor verbundenes Getriebe; eine Trennkupplung, die zwischen der Kraftmaschine und dem Motor wirkverbunden und zum Trennen der Kraftmaschine von dem Motor betätigbar ist, wobei die Kraftmaschine und der Motor gezielt mit dem Getriebe verbunden werden können; und eine Steuerung, die durch die Kraftmaschine erzeugtes Drehmoment auf eine Trennkupplungskapazitätsgrenze reduziert.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung den Motor zur Erhöhung der Drehmomentausgabe vom Motor zur Entsprechung des Fahrerdrehmomentwunsches und zum Ausgleich der Reduzierung der Drehmomentausgabe der Kraftmaschine ansteuert.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung, wenn die Anfahrkupplung geöffnet ist oder rutscht, das durch den Motor erzeugte Drehmoment auf einen negativen Trennkupplungskapazitätsgrenzwert reduziert.
System nach Anspruch 3, wobei das Kraftmaschinenausgangsdrehmomentsignal die Summe des durch die Kraftmaschine erzeugten Drehmoments und des Kraftmaschinenträgheitsmoments ist und wobei das Motordrehmomentsignal die Summe des durch den Motor erzeugten Drehmoments und des Motorträgheitsmoments ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Kraftmaschinenausgangsdrehmomentsignal die Summe des durch die Kraftmaschine erzeugten Drehmoments und des Kraftmaschinenträgheitsmoments ist.