DE102014211335A1

DE102014211335A1 - Drehmoment zum anschleppen der kraftmaschine mit bezug auf eine kraftmaschinenabschaltposition

Info

Publication number: DE102014211335A1
Application number: DE201410211335
Authority: DE
Inventors: Bernard D. Nefcy; Marvin P. Kraska; Brian T. Soo
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-12-24
Also published as: CN104234903B; US9080542B2; CN104234903A; US20140373676A1

Abstract

Ein Verfahren zum Neustart einer Fahrzeugkraftmaschine, die bei einem bekannten Kurbelwinkel abgeschaltet wird, umfasst Betätigen einer Kupplung, die in einem Drehmomentpfad zwischen einem Anlassermotor und der Kraftmaschine positioniert ist, mit einem Solldruck, der mit dem bekannten Kurbelwinkel in Zusammenhang steht, während des Neustarts und Verwenden des Anlassermotors zum Antrieb der Kraftmaschine während des Neustarts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Starten einer Kraftmaschine eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV – Hybrid Electric Vehicle) durch Übertragen von Drehmoment von einem Anlassermotor durch eine Kupplung und einen Dämpfer auf die Kraftmaschine.
Ein modulares Hybridgetriebe (MHT – Modular Hybrid Transmission) ist eine Anordnung von Antriebsstrangkomponenten, die eine Brennkraftmaschine, einen Torsionsdämpfer, eine Trennkupplung, einen Elektromotor/-generator und einen Drehmomentwandler, die in Reihe vor einem Automatikgetriebe angeordnet sind, enthält. Die elektrische Maschine wird als ein Motor zum Anschleppen der Kraftmaschine während des Startens unter Verwendung einer Hochspannungsbatterie als Energiequelle für den Motor betrieben.
Bei einem MHT-System besteht die Hauptaufgabe darin, die Kraftmaschine gleichmäßig und schnell unter Verwendung der geringsten Reservedrehmomenthöhe des Anlassermotors zu starten. Unter Verwendung eines Einheitstrennkupplungsdruckprofils können Kraftmaschinenstarts mit unterschiedlichen Beschleunigungen erzeugt werden, wodurch es zu Problemen, wie z. B. Anwerfeinmessungen von Kraftstoff/Luft, mögliches Nichtstarten usw., kommt. Ein erhöhtes Anlassdrehmoment erfordert mehr Reserveanlassdrehmoment vom Anlassermotor.
Das Variieren des Betriebsdruckprofils der Trennkupplung auf der Basis der Drehzahl dürfte schwierig zu steuern sein, da es auf Informationen beruht, die für eine ideale Anwendung auf den Kraftmaschinenstartvorgang zu spät verfügbar werden.
Des Weiteren steuert eine Fahrzeugsystemsteuervorrichtung (VSC – Vehicle System Controller) Drehmoment und möglicherweise Drehzahl der elektrischen Maschine. Eine Trennkupplungsdrucksteuervorrichtung stellt den Kupplungsbetätigungsdruck auf der Basis der Kraftmaschinendrehzahl und -beschleunigung ein, wodurch das Potenzial für eine problematische Kraftmaschinendrehzahlsteuerung geschaffen wird. Eine VSC empfängt Eingaben von dem Fahrzeugbediener, koordiniert die Kraftmaschine und die elektrische Maschine und kann die Kupplung und das Getriebe trennen.
Ein Verfahren zum Neustart einer Fahrzeugkraftmaschine, die bei einem bekannten Kurbelwinkel abgeschaltet wird, umfasst Betätigen einer Kupplung, die in einem Drehmomentpfad zwischen einem Anlassermotor und der Kraftmaschine positioniert ist, mit einem Solldruck, der mit dem bekannten Kurbelwinkel in Zusammenhang steht, während des Neustarts und Verwenden des Anlassermotors zum Antrieb der Kraftmaschine während des Neustarts.
Das Verfahren setzt verschiedene Open Loop-Druckprofile zur Steuerung des Trennkupplungsdrucks auf der Basis der Position der Kraftmaschine bei deren Abschalten ein.
Das Trennkupplungsdruckprofil bestimmt, wie viel Drehmoment der elektrischen Maschine zum Anschleppen der Kraftmaschine angewiesen wird. Bei einer Änderung des Trennkupplungsdruckprofils auf Basis der Abschaltposition der Kraftmaschine kann eine Reduzierung des zum Anschleppen der Kraftmaschine erforderlichen Drehmoments erkannt oder vorausgesehen werden.
Der Anwendungsumfang der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, aber nur der Veranschaulichung dienen. Verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen werden für den Fachmann offensichtlich.
Durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung verständlicher; in den Zeichnungen zeigen:
1 ein Schemadiagramm, das eine Anordnung von Komponenten zeigt, die mit dem Antriebsstrang für ein HEV in Zusammenhang stehen;
2 ein Schaubild, das die Beziehung zwischen Kraftmaschinendrehzahl und Zeit, wenn eine Kraftmaschine, die bei 60 Grad abgeschaltet wurde, mit niedrigem und hohem Anlassdrehmoment gestartet wird, zeigt;
3 ein Schaubild, das die Beziehung zwischen Kraftmaschinendrehzahl und Zeit, wenn eine Kraftmaschine, die bei 10 Grad abgeschaltet wurde, mit niedrigem und hohem Anlassdrehmoment gestartet wird, zeigt;
4 ein Schaubild, das die Beziehung zwischen Kurbelausgangsposition und der Zeit, bis die Kraftmaschine 300 RPM erreicht, zeigt;
5 verschiedene Trennkupplungsdruckprofile und die entsprechenden Kraftmaschinendrehzahlvariationen während eines Kraftmaschineneustarts; und
6 eine Variation eines der Druckprofile von 5 und die entsprechende Kraftmaschinendrehzahlvariation während eines Kraftmaschinenneustarts.
1 zeigt eine MHT-Konfiguration von Komponenten des Antriebsstrangs 10, der eine Brennkraftmaschine 12, eine Kraftmaschinentrennkupplung 14, eine Hochspannungsbatterie 16, einen Hochspannungs-Niederspannungs-DC/DC-Wandler 18, eine Niederspannungsbatterie 20, einen Niederspannungsstarter 22, einen Torsionsdämpfer 24, eine elektrische Maschine 26, einen Drehmomentwandler 28, eine Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 30, ein Übertragungsgetriebe 32, eine Antriebswelle 34, ein Achsantriebsgetriebe 36, Halbwellen 38, 40, und angetriebene Räder 42, 44 enthält.
Der Torsionsdämpfer 24 umfasst eine Schraubenfeder oder einen Mechanismus, der mehrere Schraubenfedern enthält, wobei auf den Dämpfer angewendete Torsion eine Verschiebung des Federmechanismus bewirkt. Torsionsenergie wird durch den Dämpfer 24 aufgrund von Reibkontakt zwischen den sich bewegenden Federn und den Wänden eines die Federn enthaltenden Dämpfergehäuses abgeleitet.
Eine Getriebehauptpumpe 46, die von der Kraftmaschine 12 angetrieben wird, führt dem Hydrauliksystem des Getriebes 32 und dem Drehmomentwandler 28 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu. Eine Hilfsölpumpe, die von einem nicht gezeigten Elektromotor angetrieben wird, führt dem Hydrauliksystem des Getriebes 32 und dem Drehmomentwandler 28 mit Druck beaufschlagtes Hydraulikfluid zu, wenn die Kraftmaschine abgeschaltet ist.
Die Brennkraftmaschine (ICE – Internal Combustion Engine) 12 ist durch die Trennkupplung 14, die die Kraftmaschine zur Erfüllung von Betriebsanforderungen des Hybridfahrzeugs in verschiedenen Modi dem Antriebsstrang zuschalten und daraus wegschalten kann, mit der elektrischen Maschine 26 und dem Getriebe 32 verbunden.
Die elektrische Hochspannungsmaschine 26 ist an der Pumpenradwelle 50 des Drehmomentwandlers 28 befestigt. Die elektrische Maschine 26 wird durch die Hochspannungsbatterie 16 mit Energie versorgt.
Der HEV-Antriebsstrang 10 könnte die gleichen Getriebeteile wie herkömmliche Fahrzeuge, jedoch einen anderen Steueralgorithmus aufweisen, z. B. könnte ein normales Stufengetriebe zum Antrieb des Fahrzeugs in dem Antriebsstrang verwendet werden.
Der bei dieser Konfiguration verwendete Drehmomentwandler 28 ist vorzugsweise identisch mit dem in herkömmlichen Automatikgetrieben verwendeten Drehmomentwandler. Wenn die Bypass-Kupplung 30 geöffnet ist, besteht die Möglichkeit einer Differenzdrehzahl zwischen der Getriebeeingangswelle 52 und der Pumpenradwelle 50. Wenn die Bypass-Kupplung 30 geschlossen ist, sind das Pumpenrad und das Turbinenrad des Drehmomentwandlers mechanisch verbunden, wobei in diesem Fall die Drehzahlen der elektrischen Maschine 26 und der Getriebeeingangswelle 52 im Wesentlichen identisch sind.
Alternativ dazu können andere Arten von Automatikgetrieben bei dem Antriebsstrang 10 verwendet werden, z. B. ein stufenloses Getriebe (CVT – Continuously Variable Transmission) mit einem mit zwei Riemenscheiben in Eingriff stehenden Antriebsriemen oder ein automatisiertes Handschaltgetriebe oder andere HEV-Technologien. Der Hybridbetrieb insgesamt ist ähnlich; Einzelheiten des den Motor vom Getriebe trennenden Mechanismus sind jedoch verschieden.
Der Torsionsdämpfer 24 ist eine mechanische Komponente mit der Hauptfunktion der Regulierung oder Beseitigung von hochfrequenter Torsionsschwingung im bzw. aus dem Antriebsstrang 10. Die Kraftmaschine 12 wird zum Start durch den Hochspannungsmotor 26 angeschleppt.
Das zum Hochfahren einer Kraftmaschine erforderliche Kraftmaschinenanschleppdrehmoment variiert basierend auf der Position der Kraftmaschine beim Anschleppen stark. Wenn sich ein Kraftmaschinenkolben 70 stark dem oberen Totpunkt in seinem Zylinder annähert, ist zum Starten einer Kraftmaschine weniger Drehmoment erforderlich, als wenn der Kolben weiter vom oberen Totpunkt entfernt ist, sich diesem jedoch annähert.
Das erforderliche Drehmoment zum Überstehen des ersten und zweiten Verdichtungshubs einer Kraftmaschine, wenn die Kraftmaschinendrehzahl gering ist und Verdichtungsenergie verloren geht, d.h. nicht die Kraftmaschinenkurbelwelle während des Arbeitshubs antreibt, ändert sich basierend auf dem Kurbelwinkel, bei dem die Kraftmaschine abgeschaltet wird. Der Kurbelwinkel variiert bei einem Viertaktmotor zwischen 0 Grad und 720 Grad.
2 zeigt, dass bei einer bei 60 Grad BTDC (BTDC – Before Top Dead Centre, vor dem oberen Totpunkt) abgeschalteten Kraftmaschine die ersten Verdichtungshübe einer startenden Kraftmaschine Energie verschwenden und keine aus der Verdichtung resultierende Unterstützung im Arbeitshub bereitstellen. Der Zeitraum bis zum Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM ist bei niedrigem 82 Anlassdrehmoment länger als bei höherem 84 Anlassdrehmoment.
3 zeigt, dass sich bei einer bei 10 Grad BTDC abgeschalteten Kraftmaschine nach dem zweiten Verdichtungshub Energie aus dem verdichteten Luft-Kraftstoff-Gemisch im Arbeitshub erhöht, wodurch der Zeitraum bis zum Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM reduziert wird.
4 zeigt, dass die Kraftmaschine über einen Bereich von Kraftmaschinenkurbelpositionen, wenn eine relativ geringe Anlassdrehmomenthöhe angelegt wird, möglicherweise nicht beschleunigt.
5 zeigt ein Druckprofil 90 für die Trennkupplung 14, wenn die Kraftmaschine 12 bei 60 Grad BTDC abgeschaltet wird, wie aus einem einen Kraftmaschinenkurbelwinkel darstellenden elektronischen Signal von einem Sensor 91 bestimmt wird. Wenn der Kupplung 14 ein Hydraulikdruck von 56,5 PSI zugeführt wird, beträgt die Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung 73 lb-ft. Kurve 92 zeigt den entsprechenden Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl während eines zum Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM erforderlichen Zeitraums 102 bei Verwendung des Kupplungsdruckprofils 90.
Gleichermaßen zeigt 5 ein Druckprofil 94 für die Trennkupplung 14, wenn die Kraftmaschine 12 bei 10 Grad BTDC abgeschaltet wird. Wenn der Kupplung 14 Hydraulikdruck von 52,5 PSI zugeführt wird, beträgt die Drehmomentübertragungskapazität der Kupplung 65 lb-ft. Kurve 96 zeigt den entsprechenden Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl während des zum Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM erforderlichen Zeitraums 102 bei Verwendung des Kupplungsdruckprofils 94.
Das Kupplungsdruckprofil 98 für die Trennkupplung 14, wenn die Kraftmaschine 12 bei 60 Grad BTDC abgeschaltet wird, erzeugt mit einem der Kupplung 14 zugeführten Hydraulikdruck von 62,5 PSI eine Kupplungsdrehmomentübertragungskapazität von 85 lb-ft. Kurve 104 zeigt, dass die dem Kupplungsdruckprofil 98 entsprechende Kraftmaschinendrehzahl rasch auf 300 RPM ansteigt.
Der durch das Druckprofil 98 erzeugte Kraftmaschinenstart ist verfrüht, d.h. erfolgt über einen Zeitraum 106, der für die Betriebsbedingungen und die Erwartungen des Fahrzeugbedieners zu kurz ist, und verschwendet Energie, die vom Anlassermotor 26 zugeführt wird.
Kurve 108 zeigt, dass ein alternativer durch das Druckprofil 98 erzeugter Kraftmaschinenstart verzögert ist, d.h. einen Zeitraum 110 erfordert, der für das Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM zu lang ist, insbesondere wenn der Kraftmaschinenstart dadurch herbeigeführt wird, dass der Fahrzeugbediener das Fahrpedal drückt. Vorzugsweise hat der Zeitraum 102 zum Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM eine gleichmäßige Länge.
Jedes der Trennkupplungsdruckprofile 90, 94, 98 bestimmt, wie viel Drehmoment der elektrischen Maschine zum Anschleppen der Kraftmaschine 12 angewiesen wird. Bei einer Änderung des Trennkupplungsdruckprofils auf Basis der Abschaltposition der Kraftmaschine kann eine Reduzierung des zum Anschleppen der Kraftmaschine erforderlichen Drehmoments erkannt oder vorausgesehen werden.
6 zeigt eine Variation 112 des Trennkupplungsdruckprofils 90 von 5 und die entsprechende Kraftmaschinendrehzahlvariation 114 während eines Kraftmaschinenneustarts. Das bei Abschalten der Kraftmaschine 12 bei 60 Grad BTDC anwendbare Solldruckprofil 11 stellt einen schrittweisen Anstieg des Kupplungsdrucks falls erforderlich bei 114 bereit, im Gegensatz zum linearen Anstieg von Druckprofil 90, dessen der Kupplung 14 zugeführte Maximalhöhe 56,5 PSI beträgt. Kurve 114 zeigt den entsprechenden Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl während des Zeitraums 112 zum Erreichen einer Kraftmaschinendrehzahl von 300 RPM.
Die Open Loop-Druckprofile zur Steuerung des Trennkupplungsdrucks werden mit Bezug auf die Winkelposition der Kraftmaschine, d.h. dem Kurbelwinkel der abgeschalteten Kraftmaschine, und auf der Basis eines Befehls zum Neustarten der Kraftmaschine gewählt und zum Anschleppen und Starten der Kraftmaschine 12 angewendet.
Wenn das Fahrzeug beispielsweise im Elektromodus mit abgeschalteter Kraftmaschine betrieben wird und der Ladezustand der Batterie 16 niedrig ist, gibt die Antriebsstrangsteuerung einen Befehl zum Neustart der Kraftmaschine unter Verwendung der elektrischen Maschine 26 aus. Ein Kraftmaschinenneustart unter derartigen Bedingungen ist vorzugsweise gleichmäßig, von hoher Qualität und erfolgt über eine einheitliche Länge 102 hinweg. Der Kraftmaschinenneustart erfolgt bei relativ niedrigem Anschleppdrehmoment, wenn das Trennkupplungssolldruckprofil je nach Kurbelwinkelposition der Kraftmaschine 12 beim Abschalten 90 oder 94 ist.
Wenn jedoch der Fahrzeugbediener einen Kraftmaschinenneustart herbeiführt, z. B. durch Drücken des Fahrpedals 124, erfolgt der Kraftmaschinenneustart über einen relativ kurzen Zeitraum 106 hinweg bei relativ hohem Anschleppdrehmoment. Unter derartigen Betriebsbedingungen kann der Kraftmaschinenneustart weniger gleichmäßig sein und eine kürzere Dauer aufweisen, und das Trennkupplungssolldruckprofil ist je nach Kurbelwinkelposition der Kraftmaschine 12 beim Abschalten 98.
Zur Ermöglichung einer anhaltenden Kraftmaschinenverbrennung nach dem Kraftmaschinenanschleppen ist die Höhe des an die Kupplung 14 angelegten Drucks verringert. Nach Erreichen einer anhaltenden Verbrennung in der Kraftmaschine 12 steigt die Höhe des an die Kupplung 14 angelegten Drucks auf eine Höhe an, bei der Kraftmaschinendrehmoment durch die elektrische Maschine 26, den Drehmomentwandler 28, das Übertragungsgetriebe 32, und den Achsantrieb 36, auf die angetriebenen Räder 42, 44 übertragen werden kann.
Die bevorzugte Ausführungsform ist gemäß den Vorschriften der Patentbestimmungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die alternativen Ausführungsformen auch auf andere Weise durchgeführt werden können, als speziell dargestellt und beschrieben wurde.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

12: BRENNKRAFTMASCHINE
14: KRAFTMASCHINENTRENNKUPPLUNG
46: GETRIEBEHAUPTPUMPE
26: ELEKTROMOTOR/-GENERATOR
28: DREHMOMENTWANDLER, BYPASS-KUPPLUNG
32: ÜBERTRAGUNGSGETRIEBE
22: NIEDERSPANNUNGSANLASSER
20: NIEDERSPANNUNGSBATTERIE
24: TORSIONSDÄMPFER
48: HILFSPUMPE
16: HOCHSPANNUNGSBATTERIE
36: ACHSANTRIEB

Claims

Verfahren zum Neustart einer Fahrzeugkraftmaschine, die bei einem bekannten Kurbelwinkel abgeschaltet wird, das Folgendes umfasst: (a) Betätigen einer Kupplung, die in einem Drehmomentpfad zwischen einem Anlassermotor und der Kraftmaschine positioniert ist, mit einem Solldruck, der mit dem bekannten Kurbelwinkel in Zusammenhang steht, während des Neustarts; (b) Verwenden des Anlassermotors zum Antrieb der Kraftmaschine während des Neustarts.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Solldruck die Kapazität der Kupplung zum Übertragen von Drehmoment von dem Anlassermotor auf die Kraftmaschine während des Neustarts ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Verringern des an die Kupplung angelegten Drucks während eines ersten Zeitraums des Neustarts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner Erhöhen des an die Kupplung angelegten Drucks während eines auf den ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt (a) der Solldruck zum Betätigen der Kupplung während des Neustarts als Reaktion auf einen Befehl zum Neustarten der Kraftmaschine angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in Schritt (a) die Höhe des Solldrucks zum Betätigen der Kupplung während des Neustarts vom Drücken eines Fahrpedals oder dem Bedarf zur Erhöhung eines Ladezustand einer elektrischen Speicherbatterie abhängt.
Verfahren zum Neustart einer Fahrzeugkraftmaschine, die bei einem bekannten Kurbelwinkel abgeschaltet wird, das Folgendes umfasst: (a) Positionieren einer Kupplung in einem Drehmomentpfad zwischen einem Anlassermotor und der Kraftmaschine; (b) Betätigen der Kupplung mit einem Solldruck, der mit dem bekannten Kurbelwinkel in Zusammenhang steht, als Reaktion auf einen Befehl zum Neustarten der Kraftmaschine; (c) Verwenden des Anlassermotors zum Antrieb der Kraftmaschine während des Neustarts.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Solldruck die Kapazität der Kupplung zum Übertragen von Drehmoment von dem Anlassermotor auf die Kraftmaschine während des Neustarts ändert.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner Verringern des an die Kupplung angelegten Solldrucks während eines ersten Zeitraums des Neustarts umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner Erhöhen des an die Kupplung angelegten Solldrucks während eines auf den ersten Zeitraum folgenden zweiten Zeitraums umfasst.