DE102014119115A1

DE102014119115A1 - Hybridfahrzeuggetriebeschaltmanagementsystem und -verfahren

Info

Publication number: DE102014119115A1
Application number: DE102014119115.3A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Yamazaki; Zhengyu Dai; Felix Nedorezov; Rajit Johri; Bernard D. Nefcy; Wei Liang; XiaoYong Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2015-07-16
Also published as: CN104773161B; CN104773161A; US20150197242A1; US9718462B2

Abstract

Ein Fahrzeug ist mit einem Antriebsstrang mit einem batteriegetriebenen Elektromotor, einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer Antriebsstrangsteuerung versehen. Die Steuerung ist dazu programmiert, ein Hochschalten einer Getriebegangstufe zu gestatten, während eine Antriebsstrangdrehmomentanforderung geringer ist als ein vorhergesagtes zur Verfügung stehendes Antriebsstrangdrehmoment, das über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus ist die Steuerung dazu programmiert, ein Hochschalten der Gangstufe zu sperren, während die Drehmomentanforderung das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment übersteigt, um aufeinanderfolgende Gangwechsel zu reduzieren. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass ein Ladezustand der Batterie unter einem Schwellenwert liegt, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der zur Bereitstellung einer Wiederaufladung einer Batterie ausreicht. Darüber hinaus kann die Steuerung dazu programmiert sein, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der dazu ausreicht, die Kraftmaschine neu zu starten, während der Antriebsstrang in einem Zugbetrieb bei abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybridfahrzeuge, insbesondere Antriebsstrangsteuersysteme.
HINTERGRUND
Automatikgetriebe sind als Fahrerkomfortmerkmal häufig verwendete Kraftfahrzeuganwendungen. In vielen Getrieben wird ein einziger Getriebeschaltplan zur Bestimmung von Punkten, wann das Getriebe von einem Gang in einen anderen geschaltet wird, verwendet. Der Schaltplan ist vorbestimmt und kann für Kraftstoffökonomie und Leistung für eine bestimmte Fahrzeuglast und mit akzeptablem Fahrverhalten optimiert werden. Die Schaltpunkte sind in der Regel eine Funktion der Drosselklappenstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit und berücksichtigen nicht die Last am Fahrzeug. Die Bereitstellung eines Schlepp- oder Abschleppschalters, der einen anderen Schaltplan aktivieren kann, ist bekannt. Dieser Schleppplan ist wieder vorprogrammiert und ist somit weder eine Funktion der tatsächlichen Last am Fahrzeug, noch kann sie basierend auf anderen Änderungen der Betriebsbedingungen dynamisch aktualisiert werden.
Während des Betriebs eines Automatikgetriebes kann ein Zyklus auftreten, während dessen das Getriebe automatisch hochschaltet, die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt und das Getriebe dann automatisch herunterschaltet. Die Geschwindigkeitsreduzierung kann sich aus erhöhten Lasten oder einer Verringerung der zur Verfügung stehenden Antriebsstrangleistung ergeben. Dieser Zyklus wird manchmal als Antriebsstrangpendeln bezeichnet. Die schnelle Aufeinanderfolge von Gangwechseln kann unerwartet sein und kann abträglich für die Fahrerzufriedenheit sein.
KURZFASSUNG
Ein Fahrzeug ist mit einem Antriebsstrang mit einem batteriebetriebenen Elektromotor, einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe und einer Antriebsstrangsteuerung versehen. Die Steuerung ist dazu programmiert, ein Hochschalten einer Getriebegangstufe zu gestatten, während eine Antriebsstrangdrehmomentanforderung geringer ist als ein vorhergesagtes zur Verfügung stehendes Antriebsstrangdrehmoment, das über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus ist die Steuerung dazu programmiert, ein Hochschalten der Gangstufe zu sperren, während die Drehmomentanforderung das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment übersteigt, um aufeinanderfolgende Gangwechsel zu reduzieren.
Ein Verfahren zur Planung von Gangwechseln in einem Hybridfahrzeuggetriebe umfasst: Empfangen von Signalen, die eine Fahrerdrehmomentanforderung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigen, und Empfangen eines Signals, das von einer Traktionsbatterie über eine bevorstehende vorbestimmte Zeitdauer zur Verfügung stehende Energie anzeigt. Ferner umfasst das Verfahren Vorhersagen eines maximalen zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments, das über die Zeitdauer aufrechterhalten werden kann, basierend auf der Drehmomentanforderung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der von der Batterie zur Verfügung stehenden Energie. Ferner umfasst das Verfahren Vergleichen des maximalen zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments mit einem Plan einer Reihe von Hochschaltschwellwerten und Gestatten eines Hochschaltbefehls an ein Getriebe als Reaktion auf die Fahrerdrehmomentanforderung, während das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment die Fahrerdrehmomentanforderung übersteigt.
Ein Hybridelektrofahrzeug ist mit einem Antriebsstrang mit einem batteriebetriebenen Motor, einer Brennkraftmaschine, einem Getriebe, und einer Steuerung versehen. Die Steuerung ist dazu programmiert, einen Hochschaltbefehl für das Getriebe als Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung zu gestatten, während ein vorhergesagtes über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer zur Verfügung stehendes Antriebstrangdrehmoment einen gespeicherten Hochschaltschwellenwert übersteigt, um eine Gesamtanzahl von Gangstufenwechseln zu reduzieren.
Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass ein Ladezustand der Batterie unter einem ersten Schwellenwert liegt, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der zur Bereitstellung einer Wiederaufladung einer Batterie ausreicht.
Darüber hinaus kann die Steuerung dazu programmiert sein, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der dazu ausreicht, die Kraftmaschine neu zu starten, während der Antriebsstrang in einem Zugbetrieb bei abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 ist ein Flussdiagramm, das einem Verfahren zur Vorhersage eines aufrechterhaltbaren Antriebstrangdrehmoments in einem Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine entspricht.
3 ist ein Flussdiagramm, das einem Verfahren zur Vorhersage eines aufrechterhaltbaren Antriebstrangdrehmoments in einem Betriebsmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine entspricht.
4 ist ein Flussdiagramm, das einem alternativen Verfahren zur Vorhersage eines aufrechterhaltbaren Antriebstrangdrehmoments in einem Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine entspricht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist. Wie für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit anderen Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
Auf 1 Bezug nehmend, zeigt ein Schemadiagramm eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 10 repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten des Fahrzeugs. Die physische Platzierung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das Fahrzeug 10 enthält einen Antriebsstrang 12, der eine Kraftmaschine 14 enthält, die ein Getriebe 16 antreibt. Wie unten ausführlicher beschrieben werden wird, enthält das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie zum Beispiel einen elektrischen Motor/Generator (M/G) 18, eine zugehörige Traktionsbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein Mehrstufenautomatikgetriebe oder -zahnradgetriebe 24.
Die Kraftmaschine 14 und der M/G 18 sind beide in der Lage, Antriebskraft für das HEV 10 bereitzustellen. Die Kraftmaschine 14 stellt allgemein ein Antriebsaggregat dar, das eine Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einen Benzin-, Diesel- oder Erdgasmotor, oder eine Brennstoffzelle enthalten kann. Die Kraftmaschine 14 erzeugt eine Motorleistung und ein entsprechendes Ausgangsdrehmoment, das dem M/G 18 zugeführt wird, wenn eine Trennkupplung 26 zwischen der Kraftmaschine 14 und dem M/G 18 zumindest teilweise eingerückt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige mehrerer Arten von elektrischen Maschinen implementiert werden. Zum Beispiel kann der M/G 18 ein batteriebetriebener permanent erregter Synchronelektromotor sein. Die Leistungselektronik 28 bereitet die von der Batterie 20 bereitgestellte Gleichstromleistung (DC) für die Anforderungen des M/G 18 auf, wie weiter unten beschrieben wird. Die Leistungselektronik kann für den M/G 18 zum Beispiel einen Dreiphasenwechselstrom (AC) bereitstellen.
Wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist, ist ein Leistungsfluss von der Brennkraftmaschine 14 zum M/G 18 oder von dem M/G 18 zur Kraftmaschine 14 möglich. Wenn die Trennkupplung 26 eingerückt ist, kann der M/G 18 zum Beispiel als Generator arbeiten, um Rotationsenergie, die von einer Kurbelwelle 30 durch die M/G-Welle 32 bereitgestellt wird, in in der Batterie 20 zu speichernde elektrische Energie umzuwandeln. In diesem Betriebsmodus beaufschlagt der M/G 18 die Kraftmaschine mit einer Drehmomentlast. Die Trennkupplung 26 kann auch ausgerückt werden, um die Kraftmaschine 14 von dem Rest des Antriebsstrangs 12 zu trennen, so dass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das Fahrzeug 10 fungieren kann. Die Welle 32 erstreckt sich durch den M/G 18. Der M/G 18 ist mit der Welle 32 kontinuierlich antriebsverbunden, wohingegen die Kraftmaschine 14 nur dann mit der Welle 32 antriebsverbunden ist, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist.
Der M/G 18 ist über die Welle 30 auch mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist daher mit der Kraftmaschine 14 verbunden, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler 22 enthält ein Pumpenrad, das an der M/G-Welle 32 befestigt ist, und eine Turbine, die an einer Getriebeeingangswelle 34 befestigt ist. Der Drehmomentwandler 22 stellt auf diese Weise eine hydraulische Kopplung zwischen der Welle 32 und der Getriebeeingangswelle 34 bereit. Des Weiteren kann eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 vorgesehen sein, die, wenn sie eingerückt ist, das Pumpenrad und die Turbine des Drehmomentwandlers 22 reibschlüssig oder mechanisch koppelt, wodurch eine effizientere Leistungsübertragung gestattet wird. Die Überbrückungskupplung 36 des Drehmomentwandlers kann als eine Anfahrkupplung zum Bereitstellen eines sanften Fahrzeuganfahrens betrieben werden. Alternativ dazu oder damit kombiniert kann bei Anwendungen, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 enthalten, eine der Trennkupplung 26 ähnliche Anfahrkupplung zwischen dem M/G 18 und dem Zahnradgetriebe 24 vorgesehen sein. Bei einigen Anwendungen wird die Trennkupplung 26 allgemein als eine vorgeschaltete Kupplung bezeichnet, und die Anfahrkupplung 36 (bei der es sich um eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung handeln kann) wird allgemein als eine nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Zahnradgetriebe 24 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) enthalten, die durch selektives Einrücken von Reibungselementen, wie zum Beispiel Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), zur Herstellung der gewünschten mehreren diskreten oder Stufenübersetzungsverhältnisse selektiv in verschiedene Übersetzungsverhältnisse platziert werden. Die Reibungselemente sind über einen Gangschaltplan steuerbar, der gewisse Elemente der Zahnradsätze verbindet oder trennt, um das Drehmoment/Übersetzungsverhältnis zwischen einer Getriebeausgangswelle 38 und der Getriebeeingangswelle 34 zu steuern. Das Zahnradgetriebe 24 stellt letztendlich ein Antriebsstrangausgangsdrehmoment für die Ausgangswelle 38 bereit.
Es sollte auf der Hand liegen, dass das mit einem Drehmomentwandler 22 verwendete hydraulisch gesteuerte Zahnradgetriebe 24 nur ein Beispiel für eine Zahnradgetriebe- oder Getriebeanordnung ist; jegliches mehrstufige Getriebe, das ein oder mehrere Eingangsdrehmomente von einer Kraftmaschine und/oder einem Motor annimmt und dann einer Ausgangswelle Drehmoment bei den verschiedenen Übersetzungsverhältnissen zuführt, ist zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung akzeptabel. Zum Beispiel kann das Zahnradgetriebe 24 durch ein mechanisches Automatikgetriebe (AMT – automated mechanical (oder manual) transmission), das einen oder mehrere Servomotoren zum Verschieben/Drehen von Schaltgabeln entlang einer Schaltschiene zum Auswählen einer gewünschten Gangstufe enthält, implementiert werden. Wie für einen Durchschnittsfachmann allgemein ersichtlich ist, kann ein AMT zum Beispiel in Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen verwendet werden.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 38 mit einem Differenzial 40 verbunden. Das Differenzial 40 treibt über jeweilige Achsen 44, die mit dem Differenzial 40 verbunden sind, ein Paar Räder 42 an. Das Differenzial überträgt ungefähr ein gleiches Drehmoment auf jedes Rad 42 und gestattet dabei geringfügige Drehzahlunterschiede, z. B. wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Verschiedene Arten von Differenzialen oder ähnliche Vorrichtungen können zur Verteilung von Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder verwendet werden. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung in Abhängigkeit von beispielsweise dem bestimmten Betriebsmodus oder der bestimmten Betriebsbedingung variieren.
Die Kraftmaschine 14 kann auch mit einem Turbolader 46 gekoppelt sein, um eine(n) höhere(n) Luftansaugdruck oder ”Aufladung” bereitzustellen und so ein größeres Luftvolumen in eine Brennkammer der Kraftmaschine 14 zu drücken. Die Druckverstärkung bezieht sich allgemein auf den Betrag, um den der Einlasskrümmerdruck den Atmosphärendruck übersteigt. Die Aufladung ist ferner repräsentativ für einen zusätzlichen Luftdruck, der über den Druck hinausgeht, der ohne Zwangszuführung erreicht werden würde. Bezogen auf den von dem Turbolader 46 der Kraftmaschine 14 zugeführten erhöhten Luftdruck kann eine entsprechende Erhöhung der Kraftstoffverbrennungsrate erzielt werden. Die zusätzliche Luftdruckverstärkung gestattet es daher der Kraftmaschine 14, zusätzliche Ausgangsleistung zu erzielen, und erhöht somit das Kraftmaschinendrehmoment.
Betriebszustände des Antriebsstrangs 12 können von einer Steuerung vorgeschrieben werden, etwa einer Antriebsstrangsteuereinheit (PCU – Powertrain Control Unit). Auch wenn die PCU als eine einzelne Steuerung dargestellt ist, kann sie Teil eines größeren Steuersystems sein und von verschiedenen anderen Steuerungen überall im Fahrzeug 10 beeinflusst werden, wie zum Beispiel von einer Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller) 48. Beispiele für solche anderen Steuerungen, die in der VSC 48 enthalten sind, sind ein Bremssystemsteuermodul (BSCM – Brake System Control Module), eine Hochspannungsbatteriesteuerung (BECM – High Voltage Battery Controller) sowie andere kommunizierende Steuerungen, die für verschiedene Fahrzeugfunktionen verantwortlich sind. Die eine oder die mehreren anderen Steuerungen können zusammengefasst als eine ”Steuerung” bezeichnet werden, die als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren Befehle an verschiedene Aktuatoren erteilt. Die Reaktion der VSC 48 kann dazu dienen, eine Reihe von Fahrzeugfunktionen vorzuschreiben oder zu beeinflussen, etwa das Starten/Stoppen der Kraftmaschine 14, den Betrieb des M/G 18, um Raddrehmoment bereitzustellen oder die Traktionsbatterie 20 wieder aufzuladen, Fahrzeuggetriebegangwechsel zu wählen oder zu planen usw. Die VSC 48 kann ferner einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) aufweisen, der/die mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung beispielsweise in Festwertspeichern (ROM – Read-Only Memory), Speichern mit wahlfreiem Zugriff (RAM – Random-Access Memory) und Erhaltungsspeichern (KAM – Keep-Alive Memory) umfassen. Der KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, solange die CPU ausgeschaltet ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können mithilfe einer beliebigen aus mehreren bekannten Speichervorrichtungen implementiert werden, etwa PROMs (PROM – Programmable Read-Only Memory/programmierbarerer Festwertspeicher), EPROMs (elektrische PROMs), EEPROMs (Electrically Erasable PROMs/elektrisch löschbare PROMs), Flash-Speicher oder beliebige andere elektrische, magnetische, optische oder kombinierte Speichervorrichtungen, die Daten speichern können, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, welche von der Steuerung zum Steuern der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs genutzt werden.
Die VSC 48 kommuniziert mit verschiedenen Kraftmaschinen/Fahrzeugsensoren und -aktuatoren über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O-Schnittstelle), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle implementiert werden kann, welche eine verschiedenartige Rohdaten- oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umsetzung, einen Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ dazu können ein oder mehrere zweckgebundene Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um spezielle Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wie in dem Ausführungsbeispiel von 1 allgemein dargestellt, kann die VSC 48 Signale zu und/oder von der Kraftmaschine 14, dem Turbolader 46, der Trennkupplung 26, dem M/G 18, der Anfahrkupplung 36, dem Zahnradgetriebe 24 des Getriebes und der Leistungselektroniksteuerung 28 kommunizieren. Obgleich nicht explizit dargestellt, wird der Durchschnittsfachmann verschiedene von der VSC 48 steuerbare Funktionen oder Komponenten in jedem der oben identifizierten Untersysteme erkennen. Zu repräsentativen Beispielen für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt durch von der Steuerung ausgeführte Steuerlogik betätigt werden können, zählen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, -rate und -dauer, Drosselklappenstellung, Zündkerzenzündzeitpunkt (bei Fremdzündungskraftmaschinen), Einlass-/Auslassventilsteuerzeiten und -dauer, Vorbaunebenaggregatantrieb(FEAD – Front-End Accessory Drive)-Komponenten, wie z. B. eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, Batterieladung, regeneratives Bremsen, M/G-Betrieb, Kupplungsdrücke für die Trennkupplung 26, die Anfahrkupplung 36 und das Zahnradgetriebe 24 des Getriebes und dergleichen. Sensoren, die eine Eingabe durch die I/O-Schnittstelle übertragen, können verwendet werden, um beispielsweise Turboladeraufladedruck, Turboladerdrehzahl, Kurbelwellenstellung, Kraftmaschinendrehzahl (RPM), Raddrehzahlen, Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur, Einlasskrümmerdruck, Fahrpedalstellung, Zündschalterstellung, Drosselventilstellung, Lufttemperatur, Abgassauerstoffgehalt oder eine andere Abgaskomponentenkonzentration oder -anwesenheit, Einlassluftstrom, Getriebegang, -übersetzung oder -modus, Getriebeöltemperatur, Getriebeturbinendrehzahl, Status der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36, Abbrems- oder Schaltmodus anzugeben.
Ein Fahrer des Fahrzeugs 10 kann eine Eingabe am Fahrpedal 50 bereitstellen und eine Drehmomentanforderung, eine Leistungsanforderung oder einen Fahrbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs 10 erzeugen. Allgemein erzeugt das Niederdrücken und Loslassen des Pedals 50 ein Fahrpedaleingabesignal, das von der VSC 48 als Anforderung einer höheren Leistung bzw. niedrigeren Leistung interpretiert werden kann. Basierend auf mindestens einer Eingabe vom Fahrpedal 50 kann die Steuerung 48 Drehmomentbefehle zwischen der Kraftmaschine 14 und/oder dem M/G 18 zuweisen, um das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zu erfüllen. Die VSC 48 enthält weiterhin ein Drehmomentsteuerlogikmerkmal, das Fahrerwünsche interpretieren und basierend auf den bestimmten Fahrzeugbetriebsbedingungen reagieren kann. Diese Bedingungen können zum Beispiel Gangwahl (PRNDL), Fahrpedaleingaben, Batterietemperatur, Spannung, Strom und Batterieladezustand (SOC – state of charge) umfassen.
Wie oben erwähnt, kann die VSC 48 zur Steuerung der zeitlichen Koordinierung von Gangwechseln im Zahnradgetriebe 24 sowie des Einrückens oder Ausrückens der Trennkupplung 26 und der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 programmiert sein. Die VSC 48 kann ein Gangwahlbefehlssignal an das Zahnradgetriebe des Getriebes basierend auf einer abgeleiteten Drehmomentanforderung ausgeben. Wie die Trennkupplung 26 kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 über einen Bereich zwischen der eingerückten und ausgerückten Stellung moduliert werden. Dies erzeugt einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zu dem durch die hydrodynamische Kopplung zwischen dem Pumpenrad und der Turbine erzeugten variablen Schlupf. Als Alternative dazu kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 ohne Verwendung eines modulierten Betriebsmodus in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung als gesperrt oder geöffnet betrieben werden.
Der SOC der Traktionsbatterie 20 zeigt die Ladungsmenge der Batterie an und kann folglich zumindest teilweise zur Bestimmung der von der Batterie erhältlichen Energie verwendet werden. Der SOC ist ein abgeleiteter Wert und kann als ein Prozentanteil der Ladekapazität der Batterie ausgedrückt werden. Er könnte einer Ladungsanzeige für die Batterie entsprechen. Ein SOC von 100% kann zum Beispiel voll geladen sein, und 0% kann voll entladen sein. Mit Abfall des SOC während des Entladens reduziert sich auch die von der Batterie bereitgestellte Spannung. Es kann wünschenswert sein, die Entladetiefe zu begrenzen und ein Wiederaufladen der Batterie bereitzustellen, bevor der SOC unter einen kritischen Schwellenwert fällt. Dies kann dazu beitragen, die Batteriezellen instandzuhalten und die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.
Zum Antrieb des Fahrzeugs mit der Kraftmaschine 14 als Antriebskraft wird die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt, um mindestens einen Teil des Kraftmaschinendrehmoments durch die Trennkupplung 26 zu dem M/G 18 und dann von dem M/G 18 durch den Drehmomentwandler 22 und das Zahnradgetriebe 24 zu übertragen. Der M/G 18 kann Drehmomentunterstützung für die Kraftmaschine 14 durch Zufuhr von zusätzlicher Drehmomentenergie zur Drehung der Welle 32 bereitstellen. Dieser Betriebsmodus kann als ein ”Hybridmodus” oder ein ”Modus mit Elektromotorunterstützung” bezeichnet werden.
Zum Antrieb des Fahrzeugs 10 mit dem M/G 18 als alleinige Antriebsquelle bleibt der Leistungsfluss derselbe mit der Ausnahme, dass die Trennkupplung 26 die Kraftmaschine 14 vom übrigen Antriebsstrang 12 trennt. Die Verbrennung in der Kraftmaschine 14 kann während dieser Zeit deaktiviert oder anderweitig AUS sein, beispielsweise um Kraftstoff zu sparen. Die Traktionsbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie über Kabel 52 zur Leistungselektronik 28, die einen Inverter sowie einen DC/DC-Wandler enthalten kann. Die Leistungselektronik 28 kann Hochspannungsgleichstrom von der Batterie 20 in Wechselstrom zur Verwendung durch den M/G 18 umwandeln. Darüber hinaus kann die Leistungselektronik die Hochspannung auf eine Niederspannung einstellen, die zur Verwendung durch andere Fahrzeugkomponenten geeignet ist. Die VSC 48 kann ferner Befehle an die Leistungselektronik 28 ausgeben, so dass der M/G 18 zur Zuführung von positivem oder negativem Drehmoment zur Welle 32 befähigt wird. Dieser Betriebsmodus kann als Zugbetriebsmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine bezeichnet werden.
Alternativ kann der M/G 18 in einem Generatormodus arbeiten, um kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in in der Batterie 20 zu speichernde elektrische Energie umzuwandeln. Der M/G 18 kann beispielsweise als Generator fungieren, während die Kraftmaschine 14 die alleinige Antriebskraft für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Die Kraftmaschinendrehmomentabgabe durch die Welle 32 legt bei Beaufschlagung des M/G 18 eine Drehmomentlast an die Kraftmaschine 14 an. Dies kann wiederum zur Verfügung stehende Gesamtdrehmomentabgabe reduzieren. Der M/G 18 kann darüber hinaus zu Zeiten regenerativen Bremsens, in denen Drehenergie von den drehenden Rädern 42 durch das Zahnradgetriebe 24 zurückgeleitet und in elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 20 umgewandelt wird, als Generator wirken. Auf diese Weise kann Drehmomentlast von dem als Generator dienenden M/G 18 zur Verlangsamung des Fahrzeugs beitragen.
Es versteht sich, dass die in 1 veranschaulichte schematische Darstellung rein beispielhaft und in keiner Weise als einschränkend aufzufassen ist. Es werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, die selektiven Einsatz sowohl einer Kraftmaschine als auch eines Motors zur Übertragung durch ein Getriebe verwenden. Beispielsweise kann ein M/G 18 von der Kurbelwelle 30 versetzt sein, ein zusätzlicher Motor kann zum Starten der Kraftmaschine 14 vorgesehen sein, und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Zahnradgetriebe 24 vorgesehen sein. Es kommen auch andere Konfigurationen in Betracht, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die zeitliche Koordinierung von Schaltungen zwischen verschiedenen Getriebegangstufen kann durch Verwendung eines gespeicherten Plans von Schaltschwellwerten bestimmt werden. Die Schaltschwellwerte können auf der Getriebeausgangswellendrehzahl (RPM) und/oder der Beschleunigungsanforderung basieren. Eine Reihe von RPM- und Drehmomentkombinationen kann ein Schwellenprofil über Fahrzeugbetriebsbedingungen umfassen. Hochschalt- und Herunterschaltschwellprofile bestehen für Schaltungen in zur Verfügung stehende Gangstufen sowie aus diesen heraus.
Die VSC kann zum Sperren von Getriebehochschaltungen in einen höheren Gang, wenn das Hochschalten eine Fahrzeugbeschleunigung in dem höheren Gang verhindern würde, konfiguriert sein. Gibt es beispielsweise einen mit Batterieentladung und/oder Motorleistungsverringerung in Verbindung stehenden Leistungsabfall, kann die Fahrzeuggeschwindigkeit abnehmen und ein anschließendes Herunterschalten verursachen. Die Implementierung von in dieser Offenbarung beschriebenen Strategien kann zur Vermeidung eines Hochschaltens in einen höheren Gang, eines Abfalls des zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments und eines anschließenden Herunterschaltens in einen niedrigeren Gang, jeweils in schneller Abfolge, verwendet werden. Auf diese Weise können unnötige aufeinanderfolgende Gangwechsel reduziert oder vermieden werden.
In Zusammenhang mit der vorübergehenden Natur der Leistungsabgabe durch den Elektromotor kann eine Prognose oder Vorhersage über die Höhe des Drehmoments gemacht werden, das über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer aufrechterhalten werden kann. Drehmoment vom Motor wird durch Abgabe von Hochspannungselektrizität von der Traktionsbatterie erreicht. Mit zunehmender Batterieentladung kann die zur Verfügung stehende Leistung zusammen mit dem Motorausgangsdrehmoment reduziert werden. Die Steuerung kann dynamische Parameter des elektrischen Systems zum Ableiten einer vorhergesagten Leistung, die von der Batterie über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer zur Verfügung steht, verwenden. Bei bestimmten Ausführungsformen wird die kumulative von der Batterie zur Verfügung stehende Energiemenge bei der Motordrehmomentvorhersage verwendet. Als Alternative dazu kann die Vorhersage Bestimmen eines Momentanmotordrehmoments, das nach der vorbestimmten Zeitdauer zur Verfügung steht, umfassen. Die Motordrehmomentvorhersage berücksichtigt Hochspannungsbatterie- und Motorleistungsvermögen.
Zur Erleichterung von Schaltungsplanung speichert die VSC eine Tabelle mit maximalem Schwellgetriebeausgangsdrehmoment, das für einen Getriebeeingangsdrehzahlbereich zur Verfügung steht. Ferner berechnet die VSC das über eine bevorstehende Zeitdauer zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment. Die Vorhersage berücksichtigt mehrere Faktoren, die für Hybridfahrzeuge einzigartig sind. Betriebsmodi mit eingeschalteter oder abgeschalteter Kraftmaschine sowie verschiedene Zustände des SOC der Batterie können jeweils die Höhe des über die bevorstehende Zeitdauer zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments beeinflussen. Deshalb können Einstellungen des vorhergesagten Drehmomentwerts für den Vergleich mit dem Hochschaltplan zwecks Berücksichtigung verschiedener Fahrzeugbetriebsbedingungen verwendet werden.
Die Berechnung der vorhergesagten Leistung kann innerhalb der Leistungselektronik erfolgen oder alternativ durch einen einen Teil der Traktionsbatterieanordnung bildenden Prozessor durchgeführt werden. Die Leistungselektronik kann eine Anforderung senden, die die vorherzusagende Zeitdauer anzeigt, und der Batterieprozessor kann einen Wert zurücksenden, der die Energie darstellt, die die Batterie über die angeforderte Zeitdauer abgeben kann. Das zur Verfügung stehende Motordrehmoment kann dann von der vorhergesagten zur Verfügung stehenden Batterieenergie abgeleitet werden.
Das Kraftmaschinendrehmoment kann auch über die bevorstehende Zeitdauer vorhergesagt werden. Es kann ein periodischer ”Ping” zur Abfrage des zur Verfügung stehenden Kraftmaschinendrehmoments abgegeben werden. Zum Beispiel kann die Abtastrate des Pings ca. 100 ms betragen. Die VSC kann dann anhand der aktuellen Drehmomentabgabe eine vorhergesagte Abgabe unter Berücksichtigung einer Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer ableiten. Allgemein kann das vorhergesagte Kraftmaschinendrehmoment mit dem vorhergesagten Motordrehmoment kombiniert werden, um ein vorhergesagtes Gesamtantriebstrangdrehmoment zu bestimmen.
Es gibt mehrere andere Faktoren, die bei der genauen Vorhersage eines bevorstehenden aufrechterhaltbaren Antriebstrangdrehmoments eine Rolle spielen können. Wenn das Fahrzeug in einem Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird, kann zum Beispiel ein für einen Neustart der Kraftmaschine ausreichender Teil der Motordrehmomentabgabe reserviert werden. Auf diese Weise wird das Neustartdrehmoment von der Berechnung des zur Verfügung stehenden aufrechterhaltbaren Antriebstrangdrehmoments subtrahiert und steht zur Verwendung bei der Schaltungsplanung nicht zur Verfügung. Diese Einstellung vermeidet ein Szenarium, in dem ein Hochschalten erfolgt, der Batterie-SOC dann entladen wird, so dass er ein Erfordernis eines Neustarts der Kraftmaschine verursacht, und das zum Neustart des Motors erforderliche Drehmoment ein Herunterschalten verursacht, alles in schneller Abfolge.
Ein anderer Fahrzeugbetriebszustand, der von den Strategien dieser Offenbarung profitiert, ist ein Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine, in dem ein niedriger SOC vorliegt. Wenn der SOC unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, kann der Motor in den Generatormodus geschaltet werden und dadurch die Kraftmaschine mit einem negativen Drehmoment beaufschlagen, um die Batterie wieder aufzuladen. Auf diese Weise kann ausreichendes Drehmoment reserviert werden, um dem Wiederaufladen Rechnung zu tragen. Das zum Wiederaufladen der Batterie erforderliche Drehmoment wird von der Berechnung des vorhergesagten zur Verfügung stehenden aufrechterhaltbaren Drehmoments subtrahiert und steht zur Verwendung bei der Schaltungsplanung nicht zur Verfügung. Diese Einstellung vermeidet ein Szenarium, in dem ein Hochschalten erfolgt, der Motor aufgrund eines niedrigen SOC abgeschaltet wird und dann ein Herunterschalten bewirkt wird, alles in schneller Abfolge.
Ein weiterer Fahrzeugbetriebszustand, der von den Strategien dieser Offenbarung profitiert, ist ein Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine, in dem ein hoher SOC vorliegt. In diesem Fall kann das Fahrzeug, wie oben besprochen, in einen Modus mit Motorunterstützung eintreten. Die VSC kann dann durch den Motor zugeführtes erhöhtes zur Verfügung stehendes Antriebstrangdrehmoment berücksichtigen. Das Unterstützungsdrehmoment wird der Berechnung des zur Verfügung stehenden Drehmoments hinzugefügt und steht zur Verwendung bei der Schaltungsplanung zur Verfügung. Das zusätzliche Drehmoment kann einen größeren Bereich von aufrechterhaltbaren Hochschaltungen bereitstellen, wodurch die Fahrzeugbeschleunigungsfähigkeit verbessert wird.
In jeglichem Szenarium, in dem der batteriebetriebene Motor als Antriebsaggregat verwendet wird, können elektrische Verluste zur Verfügung stehendes Motordrehmoment abträglich sein. Solche Verluste können aus mehreren Quellen stammen. Zum Beispiel können mit dem Wirkungsgrad des Motors selbst in Verbindung stehende Verluste, DC-DC-Spannungsminderungen, DC-AC-Umwandlungen jeweils zur Verfügung stehender Kraftmaschinenleistung abträglich sein. Darüber hinaus können die Hochspannungstraktionsbatterie belastende zusätzliche elektrische Verbraucher des Fahrzeugs weiter zu elektrischen Verlusten beitragen. Schließlich können elektrische Verluste bei der Vorhersage des zur Verfügung stehenden Drehmoments durch Subtrahieren der Summe von elektrischen Verlusten von dem vorhergesagten Motordrehmoment berücksichtigt werden.
Das eingestellte endgültige vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment, das über die bevorstehende Zeitdauer aufrechterhalten werden kann, kann zum Vergleich mit dem Getriebeschaltplan verwendet werden. Die VSC kann einen Hochschaltbefehl gestatten, um die Getriebegangstufe zu erhöhen, während vom Fahrer angefordertes Antriebstrangdrehmoment kleiner ist als das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment. Es wird eine geeignete Zeitdauer verwendet, so dass ein Hochschalten nicht zu häufig erfolgt und der Kundenzufriedenheit einer Fahrt abträglich ist. Beispielsweise kann eine vorhergesagte Dauer von 10 Sekunden die Bereitstellung eines sanften Gangschaltens bei Fahrereignissen gewährleisten.
2 zeigt ein Verfahren 100 zur Steuerung der zeitlichen Koordinierung von Gangstufenschaltung. Schritt 102 umfasst eine Bestimmung, ob sich das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit eingeschalteter oder ausgeschalteter Kraftmaschine befindet. Wird das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine betrieben, umfasst Schritt 104 Empfangen eines Signals, das einen Ladezustand (SOC) der Batterie anzeigt. In Schritt 106 wird bestimmt, ob sich der SOC über einem ersten Schwellenwert C₁ befindet oder nicht. Befindet sich der SOC der Batterie unter C₁, kann das Fahrzeug in einen reinen Kraftmaschinen-Betriebsmodus eintreten, in dem der M/G in Generatorbetrieb geht. In Schritt 108 wird die Drehmomenthöhe T_RECHARGE bestimmt, die zum Drehen der Motorwelle zum Wiederaufladen der Batterie im regenerativen Betriebsmodus erforderlich ist. In Schritt 110 wird mit anderen elektrischen Verlusten des Fahrzeugs in Verbindung stehender Drehmomentverlust T_LOSS bei der gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet. Diese Verluste können als ein Drehmoment ausgedrückt werden und umfassen mehrere Eingaben, wie zum Beispiel unter anderem Motorverlust, DC-DC-Wandlerlverlust und elektrische Last des Klimakompressors.
Obgleich sich das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine und einem niedrigen SOC unter C₁ befindet, wird in Schritt 112 eine Vorhersage des über eine bevorstehende vorbestimmte Zeitdauer von k Sekunden zur Verfügung stehenden Kraftmaschinendrehmoments T_ENGMAX getätigt. Schließlich wird das Gesamtantriebstrangdrehmoment T_POWERTRAIN durch Subtrahieren jeder der Drehmomentlasten von dem zur Verfügung stehenden Kraftmaschinendrehmoment berechnet. Diese Berechnung kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: T_POWERTRAIN = T_ENGMAX – T_LOSS – T_RECHARGE
Das zur Verfügung stehende über die bevorstehenden k Sekunden aufrechterhaltbare maximale Antriebstrangdrehmoment T_POWERTRAIN wird anschließend in dem Getriebeschaltplan verwendet. T_POWERTRAIN wird mit einem Hochschaltschwellenprofil für gegebene Fahrzeuggeschwindigkeiten verglichen. Wenn das zur Verfügung stehende T_POWERTRAIN kleiner ist als die vom Fahrer angeforderte Beschleunigung, wird ein Hochschalten von der aktuellen Gangstufe in den nächsthöheren Gang verhindert, um ein schnelles aufeinanderfolgendes Schalten innerhalb der bevorstehenden k Sekunden zu vermeiden.
Wenn in Schritt 106 der SOC über dem Hubschwellenwerts C₁ liegt, bleibt der M/G in einem Betriebsmodus mit Motorunterstützung, in dem der Motor zu dem Gesamtantriebsstrangantriebsdrehmoment beiträgt. In Schritt 116 wird eine Vorhersage der von der Traktionsbatterie über die bevorstehende vorbestimmte Zeit von k Sekunden zur Verfügung stehende Energie erzeugt. Ähnlich dem obigen werden andere elektrische Verluste T_LOSS des Fahrzeugs in Schritt 118 für die gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. In dem Modus mit Motorunterstützung ist T_LOSS der Drehmomentabgabe durch den M/G abträglich. In Schritt 120 wird das mögliche maximale Drehmoment Motordrehmomentabgabe T_MOTORMAX bestimmt.
Da die Motordrehmomentabgabe durch Grenzen bei der elektrischen Leistung oder durch die Leistungsfähigkeit des Motors selbst begrenzt sein kann, wird in Schritt 122 der limitierende Faktor für die Motordrehmomentabgabe bestimmt. Basierend darauf, welche Begrenzung wirksam ist, erfolgt eine Berechnung des zur Verfügung stehenden Motordrehmoments T_MOTORCALC, das über die bevorstehenden k Sekunden aufrechterhalten werden kann. Ist zur Verfügung stehende elektrische Leistung der limitierende Faktor, wird in Schritt 124 basierend auf der Batterieleistung und auf elektrischen Verlusten das Motordrehmoment bestimmt. Ähnlich dem obigen wird in Schritt 126 das über die bevorstehenden k Sekunden zur Verfügung stehende Kraftmaschinendrehmoment T_ENGMAX bestimmt.
Das Gesamtantriebstrangdrehmoment T_POWERTRAIN wird bei 128 durch Addieren jeder der Drehmomenteingaben von der verfügbaren Kraftmaschine sowie dem Motor berechnet. Die Berechnung kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: T_POWERTRAIN = T_ENGMAX + T_MOTORCALC
Basiert der limitierende Faktor des Motordrehmomentabgabe auf dem Leistungsvermögen des Motors in Schritt 122, kann das in Schritt 130 berechnete zur Verfügung stehende aufrechterhaltbare Motordrehmoment T_MOTORCALC die angegebene maximale Motorabgabe minus dem mit elektrischen Verlusten T_LOSS verbundenen Drehmoment sein. Ähnlich dem obigen wird in Schritt 132 das über die bevorstehenden k Sekunden zur Verfügung stehende Kraftmaschinendrehmoment T_ENGMAX bestimmt. Schließlich wird in Schritt 134 das für die Schaltplanung verwendete Gesamtantriebstrangdrehmoment T_POWERTRAIN durch Addieren jeder der Drehmomenteingaben von der verfügbaren Kraftmaschine sowie dem Motor berechnet.
In Schritt 102 wird der Algorithmus zu dem in 3 gezeigten Verfahren 200 umgeleitet, wenn sich das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine befindet. In Schritt 202 wird eine zum Neustart der Kraftmaschine T_RESTART erforderliche Drehmomenthöhe berechnet. In Schritt 204 wird der Ladezustand der Batterie SOC gemessen. In Schritt 206 wird die SOC-Höhe mit einem zweiten Schwellenwert C₂ verglichen, bei dem es sich um einen kritischen Schwellenwert handeln kann, der niedriger ist als der Wiederaufladungsschwellenwert C₁. Wenn der SOC kleiner ist als C₂, wird die Kraftmaschine in Schritt 208 neu gestartet. An diesem Punkt ist das Fahrzeug in den Betrieb mit eingeschalteter Kraftmaschine zurückgekehrt und kehrt deshalb zu einem Teil der Routine von Verfahren 100 zurück. Nach dem Neustart der Kraftmaschine kann die Routine zum Beispiel bei Schritt 108 fortfahren.
Wenn der SOC in Schritt 206 über C₂ liegt, kann das Fahrzeug in einem Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine bleiben. In Schritt 210 wird eine Vorhersage über die über die bevorstehende vorbestimmte Zeit von k Sekunden von der Traktionsbatterie zur Verfügung stehende Energie erzeugt. Ähnlich dem obigen werden in Schritt 212 andere elektrische Verluste T_LOSS des Fahrzeugs für die gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. In jeglichem Betriebsmodus, in dem der Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs aktiv ist, können T_LOSS der Drehmomentabgabe durch den Motor abträglich sein. In Schritt 214 wird das mögliche maximale Drehmoment Motordrehmomentabgabe T_MOTORMAX bestimmt.
Wie oben unter Bezugnahme auf den Hybridmodus mit Motorunterstützung besprochen, kann die Motorabgabe entweder durch die von der Batterie zur Verfügung stehende Leistung oder durch das Drehmomentleistungsvermögen des Motors selbst bei einer gegebenen Geschwindigkeit begrenzt sein. In Schritt 216 wird der limitierende Faktor der Drehmomentabgabe des Motors bestimmt. Steht mehr als ausreichende Batterieleistung zur Verfügung, kann sich die Motordrehmomentabgabe auf dem vollen Leistungsvermögen des Motors befinden. In diesem Fall kann in Schritt 220 das über die bevorstehenden k Sekunden zur Verfügung stehende Motordrehmoment T_MOTORCALC bestimmt werden. Wenn alternativ die von der Batterie zur Verfügung stehende Leistung der limitierende Faktor ist, wird durch Verwenden der in Schritt 210 berechneten Batterieenergie und Abziehen von Drehmomentverlust T_LOSS aufgrund von elektrischen Verlusten das Motordrehmoment T_MOTORCALC berechnet.
Demgemäß wird in Schritt 222 das Gesamtantriebstrangdrehmoment durch Subtrahieren des Kraftmaschinenneustartdrehmoments T_RESTART berechnet und kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: T_POWERTRAIN = T_MOTORCALC – T_RESTART
In Schritt 224 wird T_POWERTRAIN mit dem von dem Fahrer infolge von Beschleunigungseingaben angeforderten Drehmoment verglichen. Wenn das zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment T_POWERTRAIN zum Erfüllen der Drehmomentanforderung angemessen ist, kann das Fahrzeug in Schritt 226 in dem Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine bleiben und zum Antrieb des Fahrzeugs nur den Motor verwenden.
Wenn in Schritt 224 T_POWERTRAIN kleiner ist als die Fahreranforderung, kann die Kraftmaschine in Schritt 228 neu gestartet werden. Nach dem Neustart der Kraftmaschine kann die Steuerstrategie zu dem Hybridbetriebsmodus zurückgeleitet werden. Zum Beispiel kann das Verfahren in Schritt 116, wie oben angeführt, wieder aufgenommen werden. Durch Verwendung der obigen Technik zur Vorhersageneinstellung verwendet das Verfahren 200 effektiv einen Plan von Hochschaltschwellenwerten, der sich zwischen den Betriebsmodi mit eingeschalteter und mit abgeschalteter Kraftmaschine unterscheidet.
Es kann ein alternatives Verfahren 300 zum Verwalten des Betriebs mit abgeschalteter Kraftmaschine zur Verfügung stehen. Im Gegensatz zu vorherigen Ausführungsformen kann ein einziger Plan von Hochschaltschwellenwerten sowohl für den Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine als auch für den mit abgeschalteter Kraftmaschine verwendet werden. Das Verfahren 300 kann beispielsweise annehmen, dass Kraftmaschinendrehmoment immer zur Verfügung steht, und einen schnellen Kraftmaschinenneustart nur dann verwenden, wenn die Fahreranforderung das zur Verfügung stehende Motordrehmoment übersteigt. Der schnelle Neustart kann aktiviert werden, bevor der Motor sein Spitzendrehmoment erreicht, in einem Versuch, eine nahtlosere Fahrzeugbeschleunigung bereitzustellen.
In Schritt 102 kann der Algorithmus zu dem in 4 gezeigten alternativen Verfahren 300 umgeleitet werden, wenn sich das Fahrzeug in einem Betriebsmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine befindet. In Schritt 302 wird eine für einen schnellen Neustart der Kraftmaschine erforderliche Drehmomenthöhe T_RESTART berechnet. In Schritt 304 wird der Batterieladezustand SOC gemessen. In Schritt 306 wird die SOC-Höhe mit einem zweiten Schwellenwert C₂ verglichen. Wenn der SOC kleiner ist als C₂, wird die Kraftmaschine in Schritt 308 neu gestartet. An diesem Punkt befindet sich das Fahrzeug im Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine und kehrt deshalb zu einem Teil der Routine von Verfahren 100 zurück. Nach dem Neustart der Kraftmaschine kann die Routine zum Beispiel bei Schritt 108 fortfahren.
Wenn der SOC in Schritt 306 über C₂ liegt, kann das Fahrzeug in einem Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine bleiben. In Schritt 310 wird eine Vorhersage über die über die bevorstehende vorbestimmte Zeit von k Sekunden von der Traktionsbatterie zur Verfügung stehende Energie erzeugt. Ähnlich dem obigen werden in Schritt 312 andere elektrische Verluste T_LOSS des Fahrzeugs für die gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit berücksichtigt. In jeglichem Betriebsmodus, in dem der Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs aktiv ist, können T_LOSS der Drehmomentabgabe durch den Motor abträglich sein. In Schritt 314 wird das mögliche maximale Drehmoment Motordrehmomentabgabe T_MOTORMAX bestimmt.
In dem alternativen Verfahren 300 wird in Schritt 316 eine Vorhersage über ein angenommenes Kraftmaschinendrehmoment T_ENGMAX, das über eine bevorstehende vorbestimmte Zeitdauer von k Sekunden zur Verfügung steht, erzeugt. Obgleich die Kraftmaschine deaktiviert ist, kann das angenommene Kraftmaschinendrehmoment immer noch in der Berechnung des über die bevorstehende Zeitdauer zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments mit einbezogen werden.
In Schritt 318 wird der limitierende Faktor der Drehmomentabgabe des Motors bestimmt. Steht mehr als ausreichende Batterieleistung zur Verfügung, kann sich die Motordrehmomentabgabe auf dem vollen Leistungsvermögen des Motors befinden. In diesem Fall kann in Schritt 322 das über die bevorstehenden k Sekunden zur Verfügung stehende Motordrehmoment T_MOTORCALC bestimmt werden. Wenn alternativ die von der Batterie zur Verfügung stehende Leistung der limitierende Faktor ist, wird durch Verwenden der in Schritt 310 berechneten Batterieenergie und Abziehen von Drehmomentverlust T_LOSS aufgrund von elektrischen Verlusten sowohl des zur Durchführung eines schnellen Neustarts der Kraftmaschine erforderlichen Drehmoments T_RESTART das Motordrehmoment T_MOTORCALC berechnet.
Demgemäß wird in Schritt 324 das Gesamtantriebstrangdrehmoment durch Summieren des zur Verfügung stehenden Kraftmaschinen- und Motordrehmoments berechnet und kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden: T_POWERTRAIN = T_ENGMAX + T_MOTORCALC
In Schritt 326 wird T_POWERTRAIN mit dem von dem Fahrer infolge von Beschleunigungseingaben angeforderten Drehmoment verglichen. Wenn das zur Verfügung stehende Motordrehmoment T_MOTORCALC dazu ausreicht, selbst die Drehmomentanforderung zu erfüllen, kann das Fahrzeug in Schritt 328 in dem Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine bleiben und zum Antrieb des Fahrzeugs nur den Motor verwenden. Wenn das durch den Fahrer angeforderte Drehmoment jedoch den Anteil des Motors am zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoment in Schritt 326 übersteigt, kann in Schritt 330 ein schneller Kraftmaschinenneustart aktiviert werden. Infolgedessen kehrt das Fahrzeug in den Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine zurück und kann erneut in das Verfahren 100 eintreten. Das Verfahren kann zum Beispiel mit Schritt 116 fortfahren.
Die hier offenbarten Prozesse, Methoden oder Algorithmen können zu einer Verarbeitungseinrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, die eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eigens vorgesehene elektronische Steuereinheit umfassen können, lieferbar sein oder durch sie implementiert werden. Ebenso können die Prozesse, Methoden oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die durch eine Steuerung oder einen Rechner ausführbar sind, in vielen Formen gespeichert werden, darunter, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Einrichtungen, permanent gespeichert sind, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, veränderbar gespeichert sind. Die Prozesse, Methoden oder Algorithmen können auch in einem ausführbaren Softwareobjekt implementiert werden. Als Alternative können die Prozesse, Methoden oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung von geeigneten Hardwarekomponenten, wie etwa ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder -einrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, realisiert werden.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen der Darstellung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Antriebsstrang, der einen batteriegetriebenen Elektromotor, eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe enthält; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist ein Hochschalten einer Getriebegangstufe zu gestatten, während eine Antriebsstrangdrehmomentanforderung geringer ist als ein vorhergesagtes zur Verfügung stehendes Antriebsstrangdrehmoment, das über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer aufrechterhalten werden kann; und ein Hochschalten der Gangstufe zu sperren, während die Drehmomentanforderung das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment übersteigt, um aufeinanderfolgende Gangwechsel zu reduzieren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Traktionsbatterie, die mit dem Elektromotor elektrisch verbunden ist, wobei das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment auf einer vorhergesagten von der Batterie zur Verfügung stehenden Leistung und/oder einem vorhergesagten Batterieladezustand über die bevorstehende Zeitdauer basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Batterieladezustand unter einem ersten Schwellenwert liegt, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der zu Bereitstellung einer Wiederaufladung der Traktionsbatterie ausreicht.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die von der Batterie zur Verfügung stehende Leistung eine kumulative Leistung ist, die von der Batterie über die bevorstehende Zeitdauer geliefert werden kann.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Batterieladezustand über einem ersten Schwellenwert liegt, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um eine Höhe an vom Motor zur Verfügung stehender Drehmomentunterstützung zu erhöhen, was zu einer Entladung der Batterie führt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Antriebsstrang in einem Zugmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen ausreichenden Betrag zum Neustart der Kraftmaschine zu reduzieren.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf das Detektieren einer elektrischen Fahrzeuglast das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einem Betrag zu reduzieren, der der elektrischen Fahrzeuglast entspricht.
Verfahren zur Planung von Gangwechseln in einem Hybridfahrzeuggetriebe, umfassend: Empfangen eines Signals, das eine Fahrerdrehmomentanforderung und eine Fahrzeuggeschwindigkeit anzeigt; Empfangen eines Signals, das von einer Traktionsbatterie über eine bevorstehende vorbestimmte Zeitdauer zur Verfügung stehende Energie anzeigt; Vorhersagen eines maximalen zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments, das über die Zeitdauer aufrechterhalten werden kann, basierend auf der Drehmomentanforderung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der von der Batterie zur Verfügung stehenden Energie; Vergleichen des maximalen zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments mit einem Plan einer Reihe von Hochschaltschwellwerten; und Gestatten eines Hochschaltbefehls an ein Getriebe als Reaktion auf die Fahrerdrehmomentanforderung, während das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment die Fahrerdrehmomentanforderung übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Reduzieren des maximalen zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments um einen zum Neustart der Kraftmaschine ausreichenden Betrag als Reaktion darauf, dass das Fahrzeug in einem Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die von der Batterie zur Verfügung stehende Energie eine kumulative Menge über die bevorstehende vorbestimmte Zeitdauer ist, und ferner umfassend Subtrahieren der mit einer elektrischen Fahrzeuglast Verbindung stehenden Energie von der kumulativen Energiemenge.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Reduzieren des maximalen zur Verfügung stehenden Antriebstrangdrehmoments um einen zum Wiederaufladen der Batterie mit einer Drehmomentabgabe von einer Kraftmaschine des Fahrzeugs ausreichenden Betrag als Reaktion darauf, dass ein Ladezustand der Traktionsbatterie geringer als ein erster Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Speichern eines speziellen Plans einer Reihe von Hochschaltschwellenwerten für jeweils einen Modus mit eingeschalteter Kraftmaschine und einen Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein einziger Plan von Hochschaltschwellenwerten sowohl einem Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine als auch einem Betriebsmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine Rechnung trägt und als Reaktion darauf, dass die Fahrerdrehmomentanforderung – im Modus mit abgeschalteter Kraftmaschine – ein zur Verfügung stehendes Motordrehmoment übersteigt, ein schneller Neustart der Kraftmaschine eingeleitet wird, um eine Antriebstrangdrehmomentunterstützung bereitzustellen.
Hybridelektrofahrzeug, umfassend: einen Antriebsstrang, der einen batteriegetriebenen Motor, eine Brennkraftmaschine und ein Getriebe enthält; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, einen Hochschaltbefehl für das Getriebe als Reaktion auf eine Beschleunigungsanforderung zu gestatten, während ein vorhergesagtes über eine vorbestimmte bevorstehende Zeitdauer zur Verfügung stehendes Antriebstrangdrehmoment einen gespeicherten Hochschaltschwellenwert übersteigt, um eine Gesamtanzahl von Gangstufenwechseln zu reduzieren.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment auf einer vorhergesagten von einer Batterie zur Verfügung stehenden Leistung und/oder einem vorhergesagten Batterieladezustand über die bevorstehende Zeitdauer basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Batterieladezustand unter einem ersten Schwellenwert liegt, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der zu Bereitstellung einer Wiederaufladung einer Batterie ausreicht.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Batterieladezustand über einem ersten Schwellenwert liegt, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag an vom Motor zur Verfügung stehender Drehmomentunterstützung zu erhöhen, was zu einer Entladung der Batterie führt.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, das vorhergesagte zur Verfügung stehende Antriebstrangdrehmoment um einen Betrag zu reduzieren, der dazu ausreicht, die Kraftmaschine neu zu starten, während der Antriebsstrang in einem Zugmodus bei abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei ein einziger Plan von Hochschaltschwellenwerten sowohl einem Betriebsmodus mit eingeschalteter Kraftmaschine als auch einem Betriebsmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine Rechnung trägt und als Reaktion darauf, dass die Beschleunigungsanforderung – in einem Zugmodus mit abgeschalteter Kraftmaschine – ein zur Verfügung stehendes Drehmoment vom Motor übersteigt, einen schnellen Neustart der Kraftmaschine einleitet, um eine Antriebstrangdrehmomentunterstützung bereitzustellen.