DE102014202395A1

DE102014202395A1 - Hybridfahrzeug und damit in zusammenhang stehendes kraftmaschinendrehzahlsteuerverfahren

Info

Publication number: DE102014202395A1
Application number: DE201410202395
Authority: DE
Inventors: Qing Wang; Ming Lang Kuang; Ryan Abraham McGee; Jason Meyer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2014-08-21
Also published as: CN103991452A; CN103991452B

Abstract

Ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, das eine Brennkraftmaschine und mindestens einen Traktionsmotor enthält, die so gesteuert werden, dass die Kraftmaschinendrehzahl eine Funktion von Fahrzeuggeschwindigkeit und Kraftmaschinensollleistung ist. Kraftmaschinensollleistung ist wiederum eine Funktion von Sollraddrehmoment, Fahrzeuggeschwindigkeit und Batterieladezustand. Sollraddrehmoment ist wiederum eine Funktion von Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrpedalstellung. In einem Select-Shift-Modus werden diese Berechnungen auf der Basis einer virtuellen Gangzahl, die als Reaktion auf Fahrerbetätigung von Schaltwählern variiert, angepasst. Die Anpassungen führen zu einer verringerten Kraftmaschinendrehzahl und verringertem Raddrehmoment, wenn höhere virtuelle Gangzahlen für gegebene Fahrpedalstellungen und Fahrzeuggeschwindigkeiten gewählt werden. Das Verhältnis von Kraftmaschinendrehzahl zu Fahrzeuggeschwindigkeit ist bei Betrieb im Select-Shift-Modus nicht notwendigerweise konstant.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf die Steuerung der Kraftmaschinendrehzahl und des kombinierten Ausgangsdrehmoments eines Hybridfahrzeugs als Reaktion auf Fahrereingaben. Bei einem Fahrzeug ist die Drehzahl der Getriebeeingangswelle so beschränkt, dass sie, außer während des kurzen Intervalls, während dessen das Getriebe von einer Gangstufe zu einer anderen Gangstufe schaltet, bei einem finiten Satz von Gangstufen proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Wenn der Drehmomentwandler gesperrt ist, ist die Kraftmaschinendrehzahl auch so beschränkt, dass sie proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist. In einem Hybridelektrofahrzeug mit einer Leistungsverzweigungsarchitektur wird andererseits keine strenge Beziehung zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit mechanisch durch das Getriebe auferlegt.
Selbst bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe, bei denen die Wahl der Gangstufe oder der Kraftmaschinendrehzahl gewöhnlich durch eine Steuervorrichtung bestimmt wird, ziehen einige Fahrer es vor, die Steuervorrichtung gelegentlich zu übersteuern, um einen ähnlichen Betrieb wie bei einem Handschaltgetriebe bereitzustellen. Einige Fahrzeuge sind mit Schaltwippen oder anderen Fahrer-Interface-Merkmalen versehen, die es dem Fahrer gestatten, einen Wunsch nach einer höheren oder niedrigeren Gangstufe bezüglich der durch die Fahrzeugsteuervorrichtung automatisch gewählten Gangstufe mit einer zugehörigen Änderung der Kraftmaschinendrehzahl und des Fahrzeugdrehmoments zu signalisieren. In einem Stufenwechselgetriebe reagiert die Steuervorrichtung auf einen derartigen Befehl durch Schalten zu einer anderen der diskreten Gangstufen, wodurch die Kraftmaschinendrehzahl entsprechend eingestellt und die zugehörige Drehmomentverstärkung an den Fahrzeugrädern bereitgestellt wird. Bei einem Fahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe oder einem ähnlichen Zahnradgetriebe, wie zum Beispiel einem Leistungsverzweigungshybrid, ist die Reaktion komplizierter, da das Getriebe nicht schon an sich diskrete Gangstufen mit zugehöriger unterschiedlicher Drehmomentverstärkung bereitstellt.
Bei verschiedenen Ausführungsformen implementiert die Hybridfahrzeugsteuerstrategie vier verschiedene Betriebsmodi. Der Fahrzeugführer bestimmt, welcher Betriebsmodus zu einem gegebenen Zeitpunkt als Reaktion auf die Betätigung verschiedener Fahrer-Interface-Elemente, einschließlich beispielsweise einer Schaltvorrichtung, eines Herunterschaltwählers und eines Hochschaltwählers, verwendet wird. In zwei der Betriebsmodi gestattet es die Steuervorrichtung dem Fahrer, einen virtuellen Gang zu wählen, wodurch die Kraftmaschinendrehzahl und das kombinierte Ausgangsdrehmoment der Kraftmaschine und eines oder mehrerer Traktionsmotoren beeinflusst werden. Die Steuervorrichtung kann eine unterschiedliche Logik zum Abschalten der Kraftmaschine und zum alleinigen Fahren mit elektrischer Energie in Abhängigkeit davon, welcher Betriebsmodus aktiv ist, verwenden. Bei einer ersten Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs Steuern einer Kraftmaschine und eines Traktionsmotors in einem ersten virtuellen Gang und Reagieren auf Änderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei im Wesentlichen konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit schwankt die Kraftmaschinendrehzahl nicht als Reaktion auf Veränderungen bei der Fahrpedalstellung. Bei Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen ändert sich die Kraftmaschinendrehzahl, jedoch nicht direkt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Als Reaktion auf die Betätigung eines Hochschaltwählers kann das Verfahren in einen zweiten virtuellen Gang übergehen, in dem die Kraftmaschinendrehzahl bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrpedalstellung höher ist. Im zweiten virtuellen Gang kann die Kraftmaschinendrehzahl als Reaktion auf Veränderungen bei der Fahrpedalstellung bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit schwanken. Das Verfahren kann auch auf eine Betätigung eines Herunterschaltwählers reagieren, indem es in einen dritten virtuellen Gang übergeht, in dem die Kraftmaschinendrehzahl bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrpedalstellung höher als im ersten virtuellen Gang ist. Der Betrieb im ersten virtuellen Gang kann die Schritte des Berechnens einer Kraftmaschinensollleistung auf der Basis des virtuellen Gangs und der Fahrzeuggeschwindigkeit, des Berechnens einer Kraftmaschinensolldrehzahl auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Sollleistung und des Steuerns der Kraftmaschine dahingehend, dass die Kraftmaschinendrehzahl der Kraftmaschinensolldrehzahl entspricht, umfassen. Der Betrieb im zweiten virtuellen Gang kann die Schritte des Berechnens einer Kraftmaschinenleistungsbeschneidungsgrenze auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrpedalstellung, des Berechnens einer begrenzten Kraftmaschinensollleistung als das Maximum der Beschneidungsgrenze und der Kraftmaschinensollleistung, des Berechnens einer begrenzten Kraftmaschinensolldrehzahl auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der begrenzten Kraftmaschinensollleistung und des Steuerns der Kraftmaschine dahingehend, dass die Kraftmaschinendrehzahl der begrenzten Kraftmaschinensolldrehzahl entspricht, umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschinenleistungsbeschneidungsgrenze auch auf dem Ladezustand einer Batterie basieren.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs Steuern einer Kraftmaschine und eines Traktionsmotors in einem ersten virtuellen Gang und Übergehen in einen zweiten virtuellen Gang als Reaktion auf eine Betätigung eines Hochschaltwählers. In dem ersten virtuellen Gang schwankt die Kraftmaschinendrehzahl nicht bei Veränderungen der Pedalstellung bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit. In dem zweiten virtuellen Gang schwankt die Kraftmaschinendrehzahl kontinuierlich als Reaktion auf Änderungen bei der Pedalstellung bei derselben gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Verfahren kann Übergehen in andere virtuelle Gänge als Reaktion auf zusätzliche Betätigungen des Hochschaltwählers oder als Reaktion auf eine Betätigung eines Herunterschaltwählers umfassen. Betätigungen des Hochschaltwählers führen zu Verringerungen der Kraftmaschinendrehzahl, während Betätigungen des Herunterschaltwählers zu Erhöhungen der Kraftmaschinendrehzahl führen. Das Verfahren kann auch auf Änderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit reagieren, indem es die Kraftmaschinendrehzahl so einstellt, dass die Kraftmaschinendrehzahl nicht proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält eine Steuervorrichtung für ein Hybridfahrzeug Eingangskommunikationskanäle, Ausgangskommunikationskanäle und eine Steuerlogik. Die Eingangskommunikationskanäle empfangen Signale, die die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Fahrpedalstellung und Betätigungen des Hochschaltwählers und des Herunterschaltwählers anzeigen. Die Ausgangskommunikationskanäle gestatten es der Steuervorrichtung, den Betriebszustand einer Kraftmaschine und mindestens eines Traktionsmotors einzustellen. Die Steuerlogik ist dazu konfiguriert, die Kraftmaschine und die Traktionsmotoren in einem ersten virtuellen Gang so zu steuern, dass die Kraftmaschinendrehzahl als Reaktion auf Änderungen bei der Pedalstellung bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit nicht schwankt, aber als Reaktion auf Änderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit schwankt. Die Kraftmaschinendrehzahl ist nicht notwendigerweise proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Steuerlogik kann auf eine Betätigung des Hochschaltwählers und des Herunterschaltwählers reagieren, indem sie zu verschiedenen virtuellen Gängen übergeht, so dass eine Betätigung des Hochschaltwählers eine Verringerung der Kraftmaschinendrehzahl bewirkt und eine Betätigung des Herunterschaltwählers eine Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl bewirkt. In einem zweiten virtuellen Gang kann die Steuerlogik die Kraftmaschine und die Traktionsmotoren so steuern, dass die Kraftmaschinendrehzahl als Reaktion auf eine Pedalstellung bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit schwankt.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält ein Fahrzeug einen Planetenradsatz und eine Steuervorrichtung. Die Elemente des Planetenradsatzes, die ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger umfassen, sind mit einer Kraftmaschine, einem Satz Antriebsrädern und einer ersten elektrischen Maschine antriebsverbunden. Eine zweite elektrische Maschine ist mit den Rädern antriebsverbunden. Die Steuervorrichtung ist dazu programmiert, die Kraftmaschine und die elektrischen Maschinen in einem ersten virtuellen Gang zu steuern und als Reaktion auf eine Betätigung eines Hochschaltwählers in einen zweiten virtuellen Gang überzugehen. In dem ersten virtuellen Gang bleibt die Kraftmaschinendrehzahl bei Veränderungen der Fahrpedalstellung bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit konstant. In dem zweiten virtuellen Gang schwankt die Kraftmaschinendrehzahl als Reaktion auf Änderungen bei der Fahrpedalstellung bei konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit. Zusätzliche Betätigungen des Hochschaltwählers können zu Übergängen in zusätzliche virtuelle Gänge, so dass die Kraftmaschinendrehzahl für gegebene Pedalstellungen und Fahrzeuggeschwindigkeiten niedriger ist, führen. Eine Betätigung des Herunterschaltwählers kann zu einem Übergang in einen zusätzlichen virtuellen Gang, so dass die Kraftmaschinendrehzahl für gegebene Pedalstellungen und Fahrzeuggeschwindigkeiten höher ist, führen. Die Steuervorrichtung kann dazu programmiert sein, auf die Änderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit zu reagieren, indem sie die Kraftmaschinendrehzahl auf eine Art und Weise einstellt, die nicht proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere Vorteile bieten. Zum Beispiel können Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Handschalt- oder Select-Shift-Modus eines Stufenautomatikgetriebes in einem Hybridfahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe oder einem ähnlichen Zahnradgetriebe imitieren oder emulieren. Darüber hinaus stellen verschiedene Strategien der vorliegenden Offenbarung Fahrern von Hybridfahrzeugen interaktivere Steuerungen zur manuellen Ansteuerung von Antriebsstrangdrehzahl und -beschleunigung zur Bereitstellung von verbesserten Komfortmerkmalen und sportlichem Fahrgefühl bereit. Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
1 ist ein Schemadiagramm, das einen Fahrzeugantriebsstrang, eine Steuervorrichtung und Benutzer-Interface-Merkmale eines Ausführungsbeispiels eines Hybridfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 ist ein Zustandsübergangsdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen in einem Normal-Betriebsmodus darstellt;
4 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrpedalstellung und Raddrehmomentbefehl eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
5 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, Kraftmaschinensollleistung und Kraftmaschinendrehzahlanforderung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
6 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen im Live-In-Drive(LID)-Betriebsmodus darstellt;
7 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrpedal-Iststellung, virtueller Gangzahl oder Betriebsmodus sowie modifizierter Pedalstellung eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
8 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, virtueller Gangzahl und Kraftmaschinenleistungsbeschneidungsgrenze eines Ausführungsbeispiels gemäß der Offenbarung darstellt;
9 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung im Sport-Betriebsmodus darstellt;
10 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb einer Strategie zum Abschalten und Neustarten des Motors in bestimmten Betriebsmodi verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung darstellt; und
11 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb eines Systems oder eines Verfahrens im SST-Betriebsmodus gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung darstellt.
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Bauteile zu zeigen. Deshalb sollen spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten, die hier offenbart werden, nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine veranschaulichende Basis, um einem Fachmann die verschiedenartigen Verwendungen der vorliegenden Erfindung zu lehren. In 1 wird ein Antriebsstrang für ein Hybridelektrofahrzeug schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang enthält eine Brennkraftmaschine 20, die mit einem Planetenträger 22 antriebsverbunden ist, einen Generator 24, der mit einem Sonnenrad 26 antriebsverbunden ist, und eine Ausgangswelle 28, die mit einem Hohlrad 30 antriebsverbunden ist. Elemente sind antriebsverbunden, wenn zwischen ihnen ein mechanischer Kraftflussweg besteht, so dass die Drehzahlen der Elemente so beschränkt sind, dass sie im Wesentlichen proportional sind. Der Planetenträger 22 stützt einen Satz von Planetenrädern 32, derart, dass jedes Planetenrad in kontinuierlichem Kämmeingriff mit dem Sonnenrad 26 und dem Hohlrad 30 steht. Die Ausgangswelle 28 treibt die Fahrzeugräder direkt oder indirekt, wie zum Beispiel über eine Differenzialanordnung, an.
Der Traktionsmotor 34 ist mit der Ausgangswelle 28 antriebsverbunden. Sowohl der Generator 24 als auch der Traktionsmotor 34 sind umsteuerbare elektrische Maschinen, die elektrische Energie in mechanische Drehenergie oder mechanische Drehenergie in elektrische Energie umwandeln können. Die Begriffe Generator und Motor sollten lediglich als Bezeichnungen für eine leichtere Beschreibung betrachtet werden und schränken die Funktion oder den Betrieb einer der elektrischen Maschinen nicht ein. Der Generator 24 und der Traktionsmotor 34 sind beide mit der Batterie 36 elektrisch verbunden.
Die Drehzahl des Sonnenrads 26, des Trägers 22 und des Hohlrads 30 stehen in einer linearen Beziehung, so dass die Drehzahl des Trägers 22 ein gewichteter Durchschnitt der Drehzahl des Sonnenrads 26 und des Hohlrads 30 ist. Folglich ist bei dieser Anordnung die Drehzahl der Kraftmaschine 20 nicht darauf beschränkt, proportional zu der Drehzahl der Ausgangswelle 28 zu sein. Stattdessen kann die Kraftmaschinendrehzahl unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit gewählt oder gesteuert werden, indem die Generatordrehzahl entsprechend eingestellt wird. Kraft fließt von der Kraftmaschine zu der Ausgangswelle durch eine Kombination von mechanischer Energieübertragung und elektrischer Energieübertragung. Unter einigen Betriebsbedingungen kann die Kraftmaschine 20 mehr Energie erzeugen, als der Ausgangswelle 28 zugeführt wird, wobei die Differenz unter Vernachlässigung von Wirkungsgradverlusten, der Batterie 36 zugeführt wird. Unter anderen Betriebsbedingungen kann die Batterie 36 in Kombination mit dem Generator 24 und/oder dem Traktionsmotor 34 die durch die Kraftmaschine 20 gelieferte Energie ergänzen, so dass der Ausgangswelle 28 mehr Energie zugeführt wird. Die Kraftmaschine 20, der Generator 24 und der Traktionsmotor 34 reagieren alle auf Steuersignale von der Steuervorrichtung 38. Diese Steuersignale bestimmen die Höhe des erzeugten Drehmoments. Des Weiteren empfängt die Steuervorrichtung Drehzahlsignale von der Kraftmaschine 20, dem Generator 24 und dem Traktionsmotor 34 und ein Ladezustandssignal von der Batterie 36. Die Steuervorrichtung akzeptiert die Fahrerabsicht anzeigende Eingangssignale von einem Bremspedal 40, einem Fahrpedal 42, einer Schaltvorrichtung 44, einem Lenkrad 46, einem Herunterschaltwähler 48, einem Hochschaltwähler 50 und einem Geschwindigkeitsregelknopf 51. Die Schaltvorrichtung 44 gestattet dem Fahrer, Parken, Rückwärtsgang, Neutralstellung, Drive und Sportfahrmodi auszuwählen. Bei dem Hochschaltwähler und dem Herunterschaltwähler kann es sich beispielsweise um auf gegenüberliegenden Seiten des Lenkrads befestigte Wippen handeln. Es sind auch andere Hochschaltwähler- und Herunterschaltwählerimplementierungen, wie z. B. zusätzliche Stellungen der Schaltvorrichtung, bekannt und zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet.
Bei bestimmten Betriebszuständen kann die Kraftmaschinendrehzahl gegensätzlich zu einer Änderung durch einzelne Schaltvorgänge als Reaktion auf Änderungen bei der Fahrpedalstellung kontinuierlich variieren. Diese Terminologie ist nicht so auszulegen, dass sie die Verwendung einer digitalen Steuervorrichtung, die eine große, jedoch begrenzte, Anzahl an Steuersignalpegeln zu häufigen Zeitabschnitten verarbeitet, ausschließt.
Die Steuerungzustände oberster Ebene werden in 2 dargestellt. Die Steuervorrichtung startet in Zustand 60 und wechselt in den Normal-Modus 62, sobald der Fahrer unter Verwendung der Schaltvorrichtung 44 die Drive(D)-Stellung auswählt. Durch das Flussdiagramm von 3 wird der Betrieb im Normal-Modus dargestellt. Im Normal-Modus führt die Steuervorrichtung wiederholt die Operationen zur Einstellung des Ausgangsdrehmoments 66, Einstellung des Kraftmaschinenmodus 68, Einstellung der Kraftmaschinenanleistung 69 und Einstellung der Kraftmaschinendrehzahl 70 durch. Im Normal-Modus wird das Sollausgangsdrehmoment in Schritt 66 auf der Basis der Fahrpedalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung einer Tabelle, wie zum Beispiel der in 4 dargestellten, berechnet. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch die Traktionsmotordrehzahl- oder Raddrehzahlsensoren berechnet werden. Der Kraftmaschinenmodus wird in Schritt 68 unter Verwendung der verschiedensten Eingangssignale, einschließlich Batterieladezustand, Ausgangsleistungsanforderung, Fahrpedalstellung und Fahrzeuggeschwindigkeit, entweder auf in Betrieb oder angehalten eingestellt. Wenn der Kraftmaschinenmodus in Betrieb ist, werden in den Schritten 69 und 70 eine Kraftmaschinensollleistung und eine Kraftmaschinensolldrehzahl berechnet, um den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, während das Sollausgangsdrehmoment zugeführt wird und die Batterie auf einem Sollladezustand gehalten wird. Wenn der Batterieladezustand in der Nähe einer Sollhöhe ist, wird die Kraftmaschinensollleistung so eingestellt, dass sie gleich einer den Rädern zuzuführenden Leistung ist, die aus dem Radsolldrehmoment und der Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet werden kann. Wenn der Batterieladezustand niedrig ist, wird die Kraftmaschinensollleistung höher eingestellt, um zusätzliche Energie zum Aufladen der Batterie zu erzeugen. Wenn der Batterieladezustand hoch ist, wird die Kraftmaschinensollleistung niedriger eingestellt, um Kraftstoff zu sparen. Die Kraftmaschinensolldrehzahl wird auf der Basis von Kraftmaschinensollleistung und Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung einer Tabelle, wie z. B. der in 5 dargestellten, berechnet. Schließlich werden die Betriebsparameter der Kraftmaschine, des Generators und des Traktionsmotors so eingestellt, dass das Istausgangsdrehmoment und die Kraftmaschinendrehzahl zu den ausgewählten Sollwerten neigen.
Erneut auf 2 Bezug nehmend, geht die Steuervorrichtung immer dann von dem Normalmodus 62 in den Live-In-Drive(LID)-Modus 72 über, wenn der Fahrer den Herunterschaltwähler 48 betätigt. Der LID-Modus gestattet es einem Fahrer, die Kraftmaschinendrehzahl und das Raddrehmoment durch Wählen einer virtuellen Gangzahl zu beeinflussen. Der Betrieb im LID-Modus wird durch das Flussdiagramm von 6 dargestellt. Bei Eintritt in den LID-Modus wählt die Steuervorrichtung in Schritt 74 eine anfängliche virtuelle Gangstufe aus und führt dann wiederholt die Operationen des Einstellens des Ausgangsdrehmoments in den Schritten 76 und 66', Einstellens der Kraftmaschinenleistung und Kraftmaschinendrehzahl in den Schritten 69' und 78 und der Aktualisierung der virtuellen Gangstufe in den Schritten 80 und 82 durch. Jede dieser Operationen wird unten mit zusätzlichen Details besprochen. Wie in 2 gezeigt, bewirken mehrere Bedingungen, dass die Steuervorrichtung zurück in den Normal-Modus 62 übergeht, darunter, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einen niedrigen Schwellwert abfällt, oder ein automatisch gewähltes Herunterschalten. Darüber hinaus kann ein Übergang ausgelöst werden, wenn die Steuervorrichtung eine Bedingung des Fahrens mit konstanter Geschwindigkeit detektiert, wie durch Aktivierung des Geschwindigkeitsreglers 51 angezeigt, oder eine Tip-Out-Bedingung, die durch eine Verringerung der Fahrpedalstellung angezeigt wird, und der Zustand für eine vorbestimmte Zeitdauer anhält. Diese letztere Bedingungsart führt jedoch nicht zu einem Übergang, wenn die Steuervorrichtung in Schritt 84 eine hohe Fahrerbelastung detektiert, wie zum Beispiel durch starke Bewegungen des Lenkrads 46, starkes Gieren, Nicken oder hohe Wankraten oder starke Längs- oder Querbeschleunigungen angezeigt werden könnte.
In Schritt 76 wird eine modifizierte Fahrpedalstellung unter Verwendung einer Tabelle, wie zum Beispiel der in 7 dargestellten, anhand der gemessenen Fahrpedalstellung berechnet. Diese modifizierte Fahrpedalstellung wird anstelle der Pedal-Iststellung in Schritt 66' zur Berechnung des Sollausgangsdrehmoments verwendet. Die Kurven in 7 werden dazu ausgewählt, die Ausgangsdrehmomentfähigkeit eines Antriebsstrangs bei einem Stufenwechselgetriebe zu simulieren. Mit Zunahme der virtuellen Gangzahl (1. bis 8. in diesem Beispiel) ist insbesondere das sich ergebende Sollausgangsdrehmoment für eine gegebene Fahrpedalstellung von ungleich null niedriger. Die kombinierte Wirkung der Schritte 76 und 66' ist Betrieb der Kraftmaschine und mindestens eines Traktionsmotors, derart, dass das kombinierte Ausgangsdrehmoment einer mehrerer Ausgangsdrehmomentfunktionen entspricht, wobei jede Ausgangsdrehmomentfunktion bei einem Maximalwert der Fahrpedalstellung für eine zugehörige Fahrzeuggeschwindigkeit ein verschiedenes Ausgangsdrehmoment hat.
In Schritt 74 wird der anfängliche virtuelle Gang gewählt. Mit Bezug auf 7 befindet sich der Betriebspunkt vor dem Übergang entlang der Linie 236. Die Steuervorrichtung wählt die virtuelle Gangzahl entsprechend der nächsthöheren Kurve aus den Kurven 240–254 aus. Mit anderen Worten wählt die Steuervorrichtung auf der Basis der Fahrpedal-Iststellung eine virtuelle Gangzahl, so dass die modifizierte Pedalstellung in dem gewählten virtuellen Gang höher als die Pedal-Iststellung ist, jedoch wäre die modifizierte Pedalstellung geringer als die Pedal-Iststellung im nächsthöheren virtuellen Gang. Wenn es sich beispielsweise bei dem Betriebspunkt vor dem Übergang um Punkt 258 handelt, würde der 4. Gang gewählt werden, so dass der Betriebspunkt Punkt 260 werden würde. Dies wirkt sich dahingehend aus, dass eine Erhöhung des Raddrehmoments bei einem Übergang vom Normal-Modus in den LID-Modus bei konstanter Fahrpedalstellung sichergestellt wird.
Wie auch in 6 gezeigt ist, wird die Kraftmaschinensollleistung im LID-Modus 72 in Schritt 69' berechnet, und die Kraftmaschinensolldrehzahl wird in Schritt 78 berechnet.
In Schritt 78 berechnet die Steuervorrichtung zuerst eine Beschneidungsgrenze für die Kraftmaschinenleistung auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der gegenwärtig gewählten virtuellen Gangzahl unter Verwendung einer Tabelle, wie der in 8 dargestellten. Wenn die gegenwärtig gewählte virtuelle Gangzahl beispielsweise 4 ist, wird die Beschneidungsgrenze gemäß der Kurve 268 eingestellt. Wenn die Beschneidungsgrenze höher als die Kraftmaschinensollleistung ist, wird anstatt der Kraftmaschinensollleistung die Beschneidungsgrenze zur Berechnung der Kraftmaschinensolldrehzahl verwendet. Wenn die Beschneidungsgrenze verwendet wird, wird die Kraftmaschinendrehzahl in niedrigeren virtuellen Gangzahlen höher als in höheren virtuellen Gangzahlen eingestellt. Bei Verwendung der Beschneidungsgrenze variiert auch die Kraftmaschinensolldrehzahl nicht mit Änderung der Fahrpedalstellung. Wenn die Beschneidungsgrenze niedriger als die Kraftmaschinensollleistung ist, was höchstwahrscheinlich der Fall ist, wenn eine hohe virtuelle Gangzahl gewählt wurde, ist die Kraftmaschinensolldrehzahl im LID-Modus gleich der im Normal-Modus. Die Beschneidungsgrenze wirkt sich nicht auf die angeforderte Kraftmaschinenleistung aus, die zur Bereitstellung des Sollraddrehmoments eingestellt ist.
Wie auch in 6 gezeigt, überprüft die Steuervorrichtung in Schritt 80 auf Betätigungen entweder des Hochschaltwählers oder des Herunterschaltwählers und stellt die virtuelle Gangzahl entsprechend ein. In Schritt 82 bestimmt die Steuerung, ob Bedarf nach automatischer Einstellung der virtuellen Gangzahl besteht. Insbesondere kann ein Hochschalten durch eine Erhöhung der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgelöst werden. Analog dazu kann ein Herunterschalten angezeigt werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Wie zuvor erwähnt, geht die Steuervorrichtung jedoch zurück in den Normal-Modus 62 über, wenn ein automatisches Herunterschalten angezeigt wird. Die Kriterien für ein automatisches Schalten sind so kalibriert, dass automatische Übergänge der virtuellen Gangzahl weniger häufig sind als Übergänge in einem herkömmlichen automatischen Stufenwechselgetriebe.
Erneut auf 2 Bezug nehmend, geht die Steuervorrichtung immer dann von dem Normal-Modus 62 in den Sport-Modus 94 über, wenn der Fahrer die Schaltvorrichtung 44 in die Sport(S)-Stellung bewegt. Der Betrieb im Sport-Modus wird durch das Flussdiagramm von 9 dargestellt. Die Steuerung führt wiederholt die Operationen zur Einstellung des Ausgangsdrehmoments 96 und 66", Einstellung der Kraftmaschinendrehzahl 99 und Einstellung des Kraftmaschinenmodus 98 durch. Zur Bereitstellung einer sportlicheren Reaktion auf Fahrpedalbewegungen wird das Sollausgangsdrehmoment auf der Basis einer modifizierten Fahrpedalstellung berechnet, wie durch die obere fett gedruckte Linie 238 in 7 dargestellt. Das Kennlinienfeld zwischen der Fahrpedal-Iststellung und der modifizierten Fahrpedalstellung wird so gewählt, dass der Wert bei dem Minimalwert 237 und dem Maximalwert 239 gleich, aber der modifizierte Wert für alle Zwischenniveaus höher ist. Wie weiterhin in 9 gezeigt, wird die Kraftmaschinensolldrehzahl in Schritt 99 unter Verwendung eines ähnlichen Algorithmus wie der im Normal-Modus verwendete eingestellt. Die Kraftmaschinensolldrehzahl wird jedoch um ein bestimmtes Ausmaß, wie zum Beispiel 10–20%, bezüglich des Wertes, der im Normal-Modus verwendet werden würde, nach oben skaliert. Im Gegensatz zu dem Algorithmus zur Einstellung des im Normal-Modus verwendeten Kraftmaschinenmodus hält der im Sport-Modus verwendete Algorithmus, wie in Schritt 98 gezeigt, die Kraftmaschine nur an, wenn das Fahrzeug stationär ist und das Bremspedal niedergedrückt ist. Der modifizierte Algorithmus zur Einstellung des Kraftmaschinenmodus wird in 10 dargestellt. Wenn die Kraftmaschine aktuell angehalten ist 100, dann wird die Kraftmaschine in Schritt 102 neu gestartet, wenn sich das Fahrzeug bewegt 104 oder das Bremspedal freigegeben wird 106. Wenn die Kraftmaschine aktuell im Betrieb ist, dann wird die Kraftmaschine analog dazu in Schritt 108 nur dann angehalten, wenn das Fahrzeug stationär ist 110 und das Bremspedal gedrückt ist 112.
Wenn der Fahrer im Sport-Modus 94 entweder den Hochschalt- oder den Herunterschaltwähler betätigt, geht die Steuerung in den Select Shift Transmission(SST)-Modus 114 über, wie in 2 gezeigt. Im SST-Modus sind das Kraftmaschinensolldrehmoment und die Kraftmaschinensolldrehzahl auf der Basis der virtuellen Gangzahl eingestellt, wie bezüglich des LID-Modus beschrieben. Die Steuervorrichtung bleibt jedoch im SST-Modus, bis der Fahrer entweder durch Halten eines Schaltwählers 48 oder 50 für mehrere Sekunden oder durch Zurückbewegen des Schalthebels 44 in die Drive(D)-Stellung den Wunsch anzeigt, diesen Modus zu verlassen. Ein Betrieb im SST-Modus wird durch das Flussdiagramm von 11 dargestellt. Die anfängliche virtuelle Gangzahl wird in Schritt 74' unter Verwendung eines analogen Verfahrens auf die Gangzahl eingestellt, die bei Eintreten in LID verwendet wird, wie oben beschrieben wurde, abgesehen davon, dass sich der anfängliche Betriebspunkt in 7 entlang der Kurve 238 anstatt der Kurve 236 befindet. Die Steuervorrichtung wählt deshalb die höchste virtuelle Gangzahl, für die die modifizierte Pedalstellung höher als im Sport-Modus ist. Dadurch wird eine Erhöhung des Raddrehmoments beim Übergang in den SST-Modus sichergestellt. Im SST-Modus wird die virtuelle Gangzahl in Schritt 80' als Reaktion auf die Betätigung des Herunterschaltwählers 48 und des Hochschaltwählers 50 auf die gleiche Weise wie im LID-Modus eingestellt. Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung als Reaktion auf Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Fahrpedalstellung die virtuelle Gangzahl entweder nach oben oder nach unten automatisch einstellen. Dieses Automatikmerkmal stellt die virtuelle Gangzahl auf den 1. Gang ein, wenn das Fahrzeug zum Halten kommt. Der Fahrer kann diese Auswahl jedoch in Schritt 118 durch Verstellen der Schaltwähler, während das Fahrzeug stationär ist, übersteuern. Im SST-Modus hängt der Kraftmaschinenmodus von der virtuellen Gangzahl, der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrpedalstellung ab. In Schritt 120 berechnet die Steuervorrichtung eine Kraftmaschinenabschaltgrenze, die einer Fahrpedalstellung entspricht, unter der der elektrische Antrieb aktiviert ist. Die Abschaltgrenze ist eine Funktion der Ausgangsleistungsanforderung, der virtuellen Gangzahl und der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Abschaltgrenzen für mehrere Gangstufen bei einer bestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und die Ausgangsleistungsanforderung werden in 7 durch schwarze Kreise dargestellt. Wenn eine der höheren virtuellen Gangzahlen, das heißt 5.–8., aktiv ist und die Fahrpedalstellung unter der Abschaltgrenze liegt, wird der Algorithmus 68' für den normalen Kraftmaschinenmodus des Normal-Modus verwendet. Wenn eine niedrigere virtuelle Gangzahl, das heißt 1.–4., aktiv ist oder wenn die Fahrpedalstellung über der Kraftmaschinenabschaltgrenze liegt, wird der eingeschränktere Algorithmus 98' der Sport- und LID-Modi verwendet. Wie durch die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dargestellt, können verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung einen oder mehrere Vorteile bieten, wie zum Beispiel das Emulieren eines manuellen oder Select-Shift-Modus eines Stufenautomatikgetriebes in einem Hybridfahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe oder einem ähnlichen Zahnradgetriebe. Darüber hinaus stellen verschiedene Strategien der vorliegenden Offenbarung für die Fahrer von Hybridfahrzeugen interaktivere Steuerungen zur manuellen Ansteuerung von Antriebsstrangdrehzahl und -beschleunigung zur Bereitstellung von verbesserten Komfortmerkmalen und sportlichem Fahrgefühl bereit.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Fachmann offensichtlich ist, zwischen einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Systemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die hier bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Bezugszeichenliste
Fig. 9:

96: Virt. Pedalst. Einstellen (Sport)
66'': Ausgangsdrehmoment Einstellen
98: Kraftmaschinenmodus Einstellen (Bremse Lösen)
99: Kraftmaschinendrehzahl Einstellen (Skaliertes CVT)

100: Kraftmaschine Läuft?
N: Nein
104: Fahrzeug Angehalten?
106: Bremse Gedrückt?
102: Kraftmaschine Starten
110: Fahrzeug Angehalten?
112: Bremse Gedrückt?
108: Kraftmaschine Anhalten

74': Anfängl. Gang Einstellen
76': Virt. Pedalst. Einstellen (Virtueller Gang)
66''': Ausgangsdrehmoment Einstellen
120: Abschaltgrenze Berechnen
122: Pedalst. < Abschaltgrenze?
N: Nein
98': Kraftmaschinenmodus Einstellen (Bremse Lösen)
68': Kraftmaschinenmodus Einstellen (Normal)
78': Kraftmaschinendrehzahl Einstellen (Virtueller Gang)
118: Anfahrgang Einstellen
116: Autom. Schalten
80': Manuelles Schalten

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, das Folgendes umfasst: Steuern einer Kraftmaschine und eines Traktionsmotors in einem ersten virtuellen Gang, so dass eine Kraftmaschinendrehzahl bei Veränderung einer Fahrpedalstellung bei einer im Wesentlichen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit im Wesentlichen konstant ist; und als Reaktion auf Änderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit, kontinuierliches Einstellen sowohl der Kraftmaschinendrehzahl als auch eines Verhältnisses von Kraftmaschinendrehzahl zu Fahrzeuggeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: als Reaktion auf eine Betätigung eines Hochschaltwählers, Verringern der Kraftmaschinendrehzahl, um in einen zweiten virtuellen Gang überzugehen.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner Folgendes umfasst: nach dem Verringern der Kraftmaschinendrehzahl, als Reaktion auf eine Betätigung des Hochschaltwählers, Steuern der Kraftmaschine und des Traktionsmotors im zweiten virtuellen Gang dahingehend, dass die Kraftmaschinendrehzahl bei der im Wesentlichen konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit kontinuierlich auf Änderungen bei der Fahrpedalstellung reagiert.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: als Reaktion auf eine Betätigung eines Herunterschaltwählers, Erhöhen der Kraftmaschinendrehzahl, um in einen dritten virtuellen Gang überzugehen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: Berechnen einer Kraftmaschinensollleistung auf der Basis des virtuellen Gangs und der Fahrzeuggeschwindigkeit, Berechnen einer Kraftmaschinensolldrehzahl auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Kraftmaschinensollleistung; und Steuern der Kraftmaschine dahingehend, dass die Kraftmaschinendrehzahl der Kraftmaschinensolldrehzahl im Wesentlichen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: Berechnen einer Beschneidungsgrenze auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrpedalstellung; Berechnen einer begrenzten Kraftmaschinensolldrehzahl als das Maximum der Beschneidungsgrenze und der Kraftmaschinensollleistung; Berechnen einer begrenzten Kraftmaschinensolldrehzahl auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der begrenzten Kraftmaschinensollleistung; und Steuern der Kraftmaschine dahingehend, dass die Kraftmaschinendrehzahl der begrenzten Kraftmaschinensolldrehzahl im Wesentlichen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Beschneidungsgrenze auch auf einem Ladezustand einer Batterie basiert.