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Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle – HEV) während lang andauernder Radschlupfereignisse, um die Generatorgeschwindigkeit zu begrenzen, wenn die Traktion wiedergewonnen wird.
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Traktionskontrolle für Kraftfahrzeuge ist gut bekannt. Die Traktionskontrolle kann verschiedene Strategien verwenden, um den Radschlupf während eines Radschlupfereignisses zu verringern. Eine Herangehensweise benutzt ein Fahrzeug-Blockierschutzbremssystem zum Erkennen und Steuern von Radschlupfereignissen. Unter einigen Bedingungen kann ebenfalls das Motordrehmoment verringert werden, um den Radschlupf zu verringern. Radschlupfereignisse können in verschiedenen HEV-Antriebssträngen einzigartige Betriebsbedingungen aufweisen, die in herkömmlichen Fahrzeug-Antriebssträngen nicht anzutreffen sind. Zum Beispiel verwenden einige HEV-Antriebsstränge eine Getriebeanordnung mit Einzelübersetzung, um die Antriebsräder mit einer ersten und einer zweiten Elektromaschine zu verbinden, die jeweils vorrangig als ein Antriebsmotor beziehungsweise Generator arbeiten können. Eine Verbrennungskraftmaschine kann ebenfalls an die Antriebsräder und die Elektromaschinen gekoppelt sein. Bei dieser Anordnung ist die Drehzahl des Antriebsmotors proportional zu der Raddrehzahl und die Drehzahl des Generators ist proportional zu der Raddrehzahl und der Verbrennungsmotordrehzahl. Für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit wird die Generatordrehzahl am höchsten sein, wenn der Verbrennungsmotor abgestellt ist. Wegen der Beziehungen zwischen Raddrehzahl, Generatordrehzahl und Verbrennungsmotordrehzahl kann der Betrieb in einem vollelektrischen Antriebsmodus, wobei der Antriebsmotor die Antriebsräder antreibt, auf eine Fahrzeuggeschwindigkeit (oder Raddrehzahl) begrenzt sein, die einer maximalen erwünschten Generatordrehzahl entspricht.
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Radschlupfereignisse können auf Grund von verschiedenen Betriebsbedingungen oder Manövern auftreten. Zum Beispiel können unebene oder rutschige Straßenbedingungen oder eine aggressive Handhabung des Fahrzeugs dazu führen, dass ein oder mehrere Räder für eine ausgedehnte Dauer, wie beispielsweise für 1 bis 2 Sekunden oder mehr, durchdrehen oder den Boden verlassen. Dies bewirkt, dass sich das durchdrehende Rad oder die durchdrehenden Räder schneller dreht/drehen als Räder, die weiter die Traktion aufrechterhalten. Wenn das durchdrehende Rad die Traktion wiedergewinnt, kann die plötzliche Verringerung bei der Raddrehzahl zu einer entsprechenden Zunahme bei der Drehzahl eines oder mehrerer angeschlossener Antriebsstrangbestandteile führen.
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Ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs während eines Radschlupfereignisses schließen ein Steuergerät ein, das die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Elektromotordrehzahl und der Generatordrehzahl begrenzt, um zu verhindern, dass die Generatordrehzahl einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wenn das Radschlupfereignis endet.
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Bei einer Ausführungsform umfasst ein Hybridfahrzeug ein an Fahrzeugräder gekoppeltes Getriebe, eine Verbrennungskraftmaschine, die funktionsfähig ist, um ein Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs abzugeben, ein an den Verbrennungsmotor und eine Differentialabtriebswelle zum Antreiben der Fahrzeugräder gekoppeltes Planetengetriebe, einen Antriebsmotor, einen wechselseitig mit dem Planetengetriebe und dem Antriebsmotor verbundenen Generator, eine an den Generator und den Antriebsmotor angeschlossene Antriebsbatterie und wenigstens ein Steuergerät in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor, dem Generator und dem Antriebsmotor. Das Steuergerät ist dafür konfiguriert, die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Elektromotordrehzahl und der Generatordrehzahl zu begrenzen, um zu verhindern, dass die Generatordrehzahl einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wenn das Radschlupfereignis endet.
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Ausführungsformen können ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und einen Generator, die an Fahrzeugräder gekoppelt sind, hat, einschließen, umfassend das Begrenzen der Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Elektromotordrehzahl und der Generatordrehzahl, um die Generatordrehzahl zu begrenzen, wenn das Radschlupfereignis endet. Bei dieser Ausführungsform kann das Verfahren ein Steuergerät einbeziehen, das dafür konfiguriert ist, die Verbrennungsmotordrehzahl auf das niedrigere von einer maximalen Verbrennungsmotor-Betriebsdrehzahl und einem generatordrehzahlbasierten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert zu begrenzen, wenn das Radschlupfereignis erkannt wird oder wenn das Radschlupfereignis eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet. Das Steuergerät kann ebenfalls dafür konfiguriert sein, ein Radschlupfereignis auf der Grundlage eines Übersetzungsverhältnisses und einer Winkelgeschwindigkeit der Fahrzeugräder mit Traktion zu erkennen, wobei das Übersetzungsverhältnis durch eine Eingabe einer Differentialabtriebswelle und des Elektromotors bestimmt wird.
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Bei einer Ausführungsform können das System und das Verfahren die Verbrennungsmotordrehzahl für die Dauer des Radschlupfereignisses auf einen einstellbaren konstanten Wert begrenzen. Das Radschlupfereignis kann als Reaktion darauf erkannt oder ausgelöst werden, dass die Winkelgeschwindigkeit wenigstens eines Rades die Winkelgeschwindigkeit eines oder mehrerer anderer Räder um einen vorbestimmten Betrag oder Wert überschreitet. Ähnlich kann ein Radschlupfereignis als Reaktion darauf erkannt oder ausgelöst werden, dass eine Differenz bei der Winkelgeschwindigkeit zwischen zwei Rädern einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet. Ein Radschlupfereignis kann ebenfalls eingeleitet oder ausgelöst werden auf der Grundlage eines Signals oder einer Meldung von einem Fahrzeug-Untersystem, wie beispielsweise einem Blockierschutzbremssystem oder einem Traktionskontrollsystem. Bei verschiedenen Ausführungsformen wird die Verbrennungsmotordrehzahl erst begrenzt, nachdem ein Radschlupfereignis eine entsprechende Zeitdauer überschreitet.
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Ausführungsformen schließen ein System oder ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das durchgehend durch ein Getriebe an einen Antriebsmotor, einen Generator und einen Verbrennungsmotor gekoppelte Fahrzeugräder hat, ein, welche die Verbrennungsmotordrehzahl als Reaktion auf ein Radschlupfereignis auf einen Wert, der einer maximalen Generatordrehzahl entspricht, begrenzen, auf der Grundlage einer zu erwartenden Raddrehzahl am Ende des Radschlupfereignisses, wenn das Rad/die Räder die Traktion wiedergewinnt/-gewinnen. Die Verbrennungsmotordrehzahl kann begrenzt werden als Reaktion darauf, dass die Winkelbeschleunigung des Elektromotors einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, oder als Reaktion auf eine auf der Grundlage der Antriebsmotordrehzahl bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Antriebsmotordrehzahl kann auf der Grundlage von mehreren Raddrehzahlen bestimmt werden. Verbrennungsmotordrehzahl kann als Reaktion auf ein lang andauerndes Radschlupfereignis auf das niedrigere von einer maximalen Verbrennungsmotor-Betriebsdrehzahl und einem generatordrehzahlbasierten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert begrenzt werden. Nachdem das Radschlupfereignis erkannt ist, kann das Steuergerät den Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert für die Dauer des Radschlupfereignisses auf einen einstellbaren konstanten Wert festsetzen. Ein Radschlupfereignis kann als Reaktion auf ein Signal oder eine Meldung von einem Fahrzeug-Untersystem, wie beispielsweise einem Blockierschutzbremssystem oder einem Traktionskontrollsystem erkannt oder ausgelöst werden.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können verschiedene Vorteile bereitstellen. Zum Beispiel begrenzen verschiedene Ausführungsformen die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf eine einstellbare Konstante, um die Generatordrehzahl auf einen entsprechenden Schwellenwert zu begrenzen, wenn das Radschlupfereignis endet. Das Verringern der Generatordrehzahl oder das Verhindern, dass sie einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, nach der Beendigung eines Radschlupfereignisses kann Geräusch, Vibration und Rauheit (noise, vibration and harshness – NVH) verringern und die Lebensdauer von verschiedenen Systembestandteilen verbessern, was zu einer Gesamtverbesserung bei Fahrzeug-Fahrverhalten und Kundenzufriedenheit führt.
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Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale werden leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.
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1 ist ein Blockdiagramm, das die Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels eines Systems oder Verfahrens zum Begrenzen oder Regeln der Drehzahl in einem Hybrid-Elektrofahrzeug illustriert, das eine Antriebsstrang-Systemkonfiguration hat, die manchmal als Powersplit-Konfiguration bezeichnet wird,
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2 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zum Steuern eines Hybrid-Elektrofahrzeugs nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung illustriert, und
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3 ist ein ausführlicheres Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zum Steuern eines Hybrid-Elektrofahrzeugs nach Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung abbildet.
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Wie erforderlich, werden hierin ausführliche Ausführungsformen offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen nur beispielhaft sind und der beanspruchte Gegenstand in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen des beanspruchten Gegenstandes illustrieren und beschreiben. Stattdessen sind die Worte, die in der Beschreibung verwendet werden, Worte der Beschreibung anstatt der Begrenzung, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Rahmen der Offenbarung abzuweichen.
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Wie die Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene Merkmale, wie sie unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren illustriert und beschrieben werden, mit in einer oder mehreren anderen Figuren illustrierten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung herzustellen, die nicht ausdrücklich illustriert oder beschrieben werden. Die illustrierten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung in Einklang stehen, für besondere Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
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Die vorliegende Offenbarung erkennt, dass bestimmte Betriebsbedingungen, die damit verbunden sind, dass ein oder mehrere Räder bei einem Hybridfahrzeug durchdrehen, auf die Beendigung des Radschlupfereignisses hin zu einer unerwünschten Zunahme bei der Generatordrehzahl führen, insbesondere bei Hybridfahrzeugen, die durchgehend durch ein Getriebe an einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und einen Generator gekoppelte Räder haben. Während der Fahrzeugerprobung einer repräsentativen Konfiguration überschritt die Generatordrehzahl eine erwünschte maximale Drehzahl, während das Fahrzeug nach einem ausgedehnten Radschlupfereignis die Traktion wiedergewann. Zum Beispiel verließ während eines Handlingtest-Grenzmanövers einer der vorderen Reifen für eine ausgedehnte Dauer von mehr als 1 bis 2 Sekunden den Boden. Dies bewirkte, dass sich das Vorderrad schneller drehte als die anderen. Als sich der freilaufende Reifen wieder mit dem Boden verband, nahm die Generatordrehzahl über eine erwünschte maximale Drehzahl hinaus zu. Die vorliegende Offenbarung erkennt, dass diese Situation auf eine Zunahme der Verbrennungsmotordrehzahl zurückgeführt werden kann, die mit dem Erkennen einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grund des durchdrehenden Rades verbunden ist. Wenn die Traktion wiedergewonnen wird, verhindert die Verbrennungsmotorträgheit, dass die Verbrennungsmotordrehzahl schnell genug verringert wird, um sich an die plötzliche Veränderung bei der gemessenen Rad-/Fahrzeuggeschwindigkeit anzupassen. Daher nimmt die Generatordrehzahl schnell zu und kann eine erwünschte maximale Generatordrehzahl überschreiten. Übermäßige Generatordrehzahlen können die Lebensdauer des Generators oder anderer Fahrzeugbestandteile verringern.
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Ausführungsformen nach der vorliegenden Offenbarung begrenzen als Reaktion auf ein Radschlupfereignis, das eine eichbare Dauer, wie beispielsweise 1 bis 2 Sekunden, überschreitet, die Verbrennungsmotordrehzahl, so dass sich die plötzliche Zunahme bei der Generatordrehzahl, die sich ergibt, wenn das Rad die Traktion wiedergewinnt, verringert oder verhindert wird, dass die Generatordrehzahl eine erwünschte maximale Generatordrehzahl überschreitet.
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Unter Bezugnahme nunmehr auf 1 illustriert ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs 10, das ein Powersplit-Getriebesystem 16 hat, die Funktionsweise einer beispielhaften Ausführungsform eines Systems oder Verfahrens zum Steuern eines Hybridfahrzeugs während eines Radschlupfereignisses, um die Generatordrehzahl unterhalb einer erwünschten maximalen Drehzahl zu halten, nach der vorliegenden Offenbarung. Das System 10 schließt einen Verbrennungsmotor 12, ein Getriebe 16 und eine Hochspannungsantriebsbatterie 20 ein. Ein Planetengetriebe 24 koppelt den Verbrennungsmotor 12 und einen Generator 26 durch mehrere Zahnräder 32 an einen Elektromotor 28, um Fahrzeugrädern 40 ein Drehmoment zuzuführen. Das durch den Verbrennungsmotor 12 und/oder den Elektromotor 28 erzeugte Drehmoment wird durch eine Drehmomentwelle 36 zu einer Differentialabtriebswelle 38 übertragen, um die Fahrzeugräder 40 anzutreiben.
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Wie in 1 illustriert, ist der Verbrennungsmotor 12 mechanisch an ein Planetengetriebe 24 gekoppelt, das ebenfalls an mehrere Zahnräder 32 und den Generator 26 gekoppelt ist. Der Generator 26 steht in elektrischer Verbindung mit dem Elektromotor 28. Ein Steuergerät, bei dieser Ausführungsform umgesetzt durch ein Transaxle-Steuermodul (transaxle control module – TCM) 42, ist mit der Antriebsbatterie 20 verbunden und steuert den Betrieb des Elektromotors 28 und des Generators 36. Außerdem ist die Antriebsbatterie 20 an den Generator 26 und den Antriebsmotor 28 angeschlossen und stellt Energie für das Fahrzeugsystem-Steuergerät (vehicle system controller – VSC) 46 innerhalb des Antriebsstrang-Steuermoduls (powertrain control module – PCM) 44 bereit. Das VSC 46 steht in Verbindung mit dem TCM 42 und dem Verbrennungsmotor-Steuergerät 50. Das VSC 46 und das TCM 42 sind dafür konfiguriert, die Komponentendrehzahlen innerhalb ihrer Betriebsgrenzen zu halten. Das Verbrennungsmotor-Steuergerät 50 ist dafür konfiguriert, den Betrieb des Verbrennungsmotors 12 zu steuern. Obwohl sie als gesonderte Steuergeräte illustriert sind, können verschiedene durch ein beliebiges der in 1 illustrierten Steuergeräte ausgeführten Funktionen in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung und Umsetzung durch ein oder mehrere andere Steuergeräte ausgeführt werden. Ähnlich können Steuerungsfunktionen in ein einziges Steuergerät integriert sein.
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Die in 1 illustrierten Steuergeräte, wie zum Beispiel das TCM 42, das PCM 44, das VSC 46 und das Verbrennungsmotor-Steuergerät 50, schließen im Allgemeinen einen Mikroprozessor in Kommunikation mit nicht-flüchtigen rechnerlesbaren Speichermedien oder -bausteinen ein, einschließlich von flüchtigen, persistenten und/oder permanenten Speicherbausteinen, wie zum Beispiel Direktzugriffsspeicher (RAM) oder batteriegestütztem Sicherungsspeicher (KAM). Die rechnerlesbaren Speichermedien können umgesetzt werden unter Verwendung eines beliebigen von einer Anzahl von bekannten Speicherbausteinen, wie beispielsweise PROM (programmierbarem Festspeicher), EPROM (löschbarem PROM), EEPROM (elektrisch löschbarem PROM), Flash-Speichern oder jeglichen anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeicherbausteinen, die dazu in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch den Mikroprozessor verwendet werden können, um unmittelbar oder mittelbar den Verbrennungsmotor 12, den Generator 26 und den Elektromotor 28 zu steuern. Verschiedene Steuergeräte können miteinander kommunizieren unter Verwendung eines standardmäßigen Kommunikationsprotokolls, wie zum Beispiel dem Controller-Area-Network-(CAN-)Protokoll. Ein oder mehrere Steuergeräte können in unmittelbarer oder mittelbarer Verbindung mit zugehörigen Sensoren stehen, die verschiedene Fahrzeug- und/oder Umgebungsbetriebsbedingungen messen oder erfassen. Das Fahrzeug 10 kann einen oder mehrere mit den entsprechenden Rädern 40 verknüpfte Raddrehzahlsensoren einschließen, um Winkelgeschwindigkeit oder Beschleunigung des zugehörigen Rades zu erfassen oder zu messen. Die Raddrehzahlsensoren können mit einem zugehörigen Blockierschutzbremssystem (ABS) oder Traktionskontrollsystem (TCS) kommunizieren. Wie unter Bezugnahme auf 2 und 3 ausführlicher beschrieben, kann ein Radschlupfereignis auf der Grundlage einzelner Raddrehzahlen im Verhältnis zu anderen Raddrehzahlen bestimmt werden oder kann durch ein Untersystem-Steuergerät, wie beispielsweise ein ABSoder TCS-Steuergerät, bestimmt und unmittelbar oder mittelbar an TCM 42, PCM 44, VSC 46 und/oder Verbrennungsmotor-Steuergerät 50 übermittelt werden.
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Wie unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben, können die für den Verbrennungsmotor 12 zum Regeln und Begrenzen der Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 bereitgestellten Steuersignale durch das VSC 46 oder ein anderes Steuergerät bestimmt oder übermittelt werden. Zum Beispiel kann das VSC 46 dafür konfiguriert sein, ein Steuersignal an das Verbrennungsmotor-Steuergerät 50 auszugeben, das die Verbrennungsmotordrehzahl auf einen entsprechenden Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert begrenzt. Mit anderen Worten, jedes Steuergerät kann dafür konfiguriert sein, die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Elektromotordrehzahl und der Generatordrehzahl zu begrenzen, um zu verhindern, dass die Generatordrehzahl einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wenn das Radschlupfereignis endet.
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Unter Bezugnahme auf 2 bildet das Ablaufdiagramm das System und Verfahren zum Steuern des HEV ab, das eine Antriebsanlage, die einen Verbrennungsmotor 12, einen Elektromotor 28 und einen Generator 26 einschließt, die an Fahrzeugräder 40 gekoppelt sind, hat, umfassend das Begrenzen der Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Elektromotordrehzahl und der Generatordrehzahl, um zu verhindern, dass die Generatordrehzahl einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wenn das Radschlupfereignis endet. Steuerungslogik oder -funktionen, die durch einen Prozessor, Verarbeitungsschaltungen oder andere Steuerungsschaltungen ausgeführt werden, werden durch die Ablaufdiagramme oder ähnlichen schematischen Darstellungen von 2 und 3 dargestellt. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerungsstrategien und/oder -logik für ein System oder ein Verfahren bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, umgesetzt werden könnten. Daher können verschiedene illustrierte Schritte, oder Funktionen in der illustrierten Folge, parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obwohl es nicht immer ausdrücklich illustriert wird, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der illustrierten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der besonderen verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden kann/können. Ähnlich ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern wird zur einfachen Illustration und Beschreibung geliefert. Die Steuerungslogik kann vorrangig in Software umgesetzt werden, die durch ein mikroprozessorbasiertes Steuergerät ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerungslogik in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung in Software, Hardware oder eine Kombination von Software und Hardware umgesetzt werden. Wenn sie in Software umgesetzt wird, kann die Steuerungslogik in einem oder mehreren nicht-flüchtigen rechnerlesbaren Speicherbausteinen odermedien bereitgestellt werden, die Daten gespeichert haben, die Code oder Anweisungen darstellen, die durch einen Rechner ausgeführt werden. Verschiedene Hybridfahrzeug-Steuerungsstrategien des Standes der Technik steigern die Verbrennungsmotordrehzahl, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wenn das Fahrzeug wenigstens teilweise unter Verwendung der Antriebsbatterie durch den Elektromotor angetrieben wird, um die erwünschte Fahrzeugleistung zu gewährleisten, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit der Grenze für den Betrieb nur unter Verwendung des Antriebsmotors nähert. Während eines Radschlupfereignisses könnte das Steuerungssystem die Steigerung der Elektromotordrehzahl auf Grund des Radschlupfs als eine Steigerung bei der Fahrzeuggeschwindigkeit insgesamt fehldeuten. Falls die Dauer des Radschlupfereignisses lang genug ist, könnte das Steuerungssystem auf die wahrgenommene Steigerung bei der Fahrzeuggeschwindigkeit durch das Steigern der Verbrennungsmotordrehzahl für eine bessere Leistung und Beschleunigung reagieren. Wegen der Trägheit des Verbrennungsmotors kann die Verbrennungsmotordrehzahl nicht schnell genug verringert werden, wenn das Radschlupfereignis auf Grund dessen, dass das Rad/die Räder die Traktion wiedergewinnt/-gewinnen, endet, was dazu führen kann, dass die Generatordrehzahl eine erwünschte maximale Drehzahl überschreitet. Daher begrenzen Ausführungsformen nach der vorliegenden Offenbarung die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses, so dass die Generatordrehzahl auf die Beendigung des Radschlupfereignisses hin unterhalb der erwünschten maximalen Drehzahl gehalten wird.
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Für eine Antriebsstrang-Konfiguration, wie sie in dem Blockdiagramm von 1 illustriert ist, kann die Kinematik des Transaxle-Antriebs im Allgemeinen durch Folgendes dargestellt werden: ωgenerator = k1ωengine + k2ωmotor, (1) wobei ωgenerator die Winkelgeschwindigkeit des Generators darstellt, ωengine die Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors darstellt, ωmotor die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors darstellt und k1 und k2 mit den mehreren ineinandergreifenden Zahnrädern 32 und dem Planetengetriebe 24 verknüpfte Übersetzungsverhältnisse sind. Die Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors kann durch Folgendes dargestellt werden: ωmotor = ½k3[ωLeft_Front_Wheel + ωRight_Front_Wheel], (2) wobei k3 das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Differentialantrieb und dem Elektromotor ist, das mit den durchschnittlichen Winkelgeschwindigkeiten der Vorderräder multipliziert wird, unter der Annahme eines 1:1-Differentials, wobei der Differentialantrieb (der Elektromotor) der Durchschnitt der Abtriebe (der zwei Räder) ist.
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2 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zum Steuern eines Hybridfahrzeugs während eines Radschlupfereignisses nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung illustriert. Wie allgemein in 1 und 2 dargestellt, sind das TCM 42 und das VSC 46 dafür konfiguriert, die Komponentendrehzahlen innerhalb zugehöriger Betriebsgrenzen zu halten. Wenn ein Generatordrehzahl-Grenzwert, dargestellt durch ωmax generator (der auf der Grundlage von Umwelt- und Betriebsbedingungen verändert werden kann), und die Elektromotordrehzahl, dargestellt durch ωmotor, gegeben sind, sind die Steuergeräte dafür konfiguriert, eine entsprechende maximale Betriebsdrehzahl zu bestimmen, um die Generatordrehzahl unterhalb einer erwünschten maximalen Drehzahl zu halten. Die Steuergeräte verwenden diesen Grenzwert und andere Eingaben, wie beispielsweise Fahreranforderungen auf der Grundlage von Gaspedalposition und Gangschaltungsposition, um den Verbrennungsmotor auf eine Ziel-Verbrennungsmotordrehzahl zu regeln.
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Wie zuvor beschrieben, führt eine plötzliche Verringerung bei der Raddrehzahl nach der Beendigung eines Radschlupfereignisses zu einer entsprechend plötzlichen Verringerung bei der Elektromotordrehzahl und daher des maximalen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwerts, wie er durch die obigen Gleichungen bestimmt wird. Falls die Veränderungsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes, zum Beispiel auf Grund der Komponententrägheiten, der Elektromaschinen-(-motor-)Fähigkeiten und der verfügbaren Elektrizität größer ist als die Fähigkeit des Steuerungssystems, die Verbrennungsmotordrehzahl zu verändern, kann die Generatordrehzahl die erwünschte maximale Generatordrehzahl überschreiten. Daher sind die Steuergeräte dafür konfiguriert, die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses von ausreichender Dauer zu begrenzen, wie in den Ablaufdiagrammen von 2 und 3 gezeigt.
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In 2 bestimmt das Steuergerät einen ersten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der maximalen Generatordrehzahl, wie allgemein durch den Block 200 dargestellt. Die maximale Generatordrehzahl kann in Abhängigkeit von Umwelt- und Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Umgebungs- oder Betriebstemperaturen, Batterieladezustand usw., variieren. Wenn der Generatordrehzahl-Grenzwert ωmax-generator und die Elektromotordrehzahl gegeben sind, berechnet das Steuergerät die maximale Generatordrehzahl unter Verwendung der Verbrennungsmotordrehzahl oder der Winkelgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors, der Elektromotordrehzahl oder der Winkelgeschwindigkeit des Elektromotors und der entsprechenden Übersetzungsverhältnisse, um die Generatordrehzahl auf eine erwünschte maximale Drehzahl zu begrenzen.
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Das System oder Verfahren überwacht verschiedene Bedingungen, um ein Radschlupfereignis zu erkennen, wie durch den Block 210 dargestellt. Ein Radschlupfereignis kann erkannt werden durch eine relative Differenz zwischen den Drehzahlen oder Winkelgeschwindigkeiten von zwei Rädern, die einen entsprechenden Schwellenwert oder Wert überschreiten. Ähnlich kann eine Raddrehzahl oder -winkelgeschwindigkeit, welche die durchschnittliche Raddrehzahl von zwei oder mehr nicht-durchdrehenden Rädern überschreitet, dazu verwendet werden, eine Radschlupfbedingung auszulösen, einzuleiten oder zu erkennen. Das Radschlupfereignis kann durch ein beliebiges der Fahrzeug-System- oder -Untersystem-Steuergeräte bestimmt und unmittelbar oder mittelbar an das VSC und/oder das Verbrennungsmotor-Steuergerät übermittelt werden. Zum Beispiel kann ein Radschlupfereignis durch die Fahrzeug-ABS- oder TCS-Untersysteme oder -Steuergeräte erkannt und an das Verbrennungsmotor-Steuergerät übermittelt werden. Bei einer Ausführungsform wird ein Radschlupfereignis auf Grund dessen erkannt, dass eine Antriebsmotorbeschleunigung einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet. Radschlupfereignisse können mit einem Verlust an Traktion auf Grund von Straßenbedingungen, wie beispielsweise feuchten, vereisten, losen oder unebenen Straßenbedingungen, verknüpft sein. Radschlupfereignisse können ebenfalls damit verknüpft sein, dass eines oder mehrere Räder während aggressiver Fahrzeugmanöver, wie beispielsweise den während verschiedener Fahrzeug-Entwicklungserprobungen durchgeführten, die Berührung mit der Straßenoberfläche verlieren. Zum Beispiel können, während eines Handling-Grenztests oder ähnlicher Manöver, ein oder mehrere Reifen für eine ausgedehnte Zeitdauer, wie beispielsweise mehr als 1 bis 2 Sekunden, die Berührung mit der Straßenoberfläche verlieren. Dies kann dazu führen, dass sich ein oder mehrere Räder schneller drehen als diejenigen, die in Berührung mit der Straßenoberfläche bleiben.
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Nachdem ein Radschlupfereignis, wie durch den Block 210 dargestellt, erkannt/übermittelt wird, kann das System oder Verfahren einen Zeitgeber/Zähler starten, um festzustellen, ob die Radschlupfdauer einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wie durch den Block 220 dargestellt. Repräsentative Dauergrenzwerte können zum Beispiel in dem Bereich von 1 bis 2 Sekunden liegen, können aber in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung und Umsetzung variieren. Der Zähler/Zeitgeber wird weitergeschaltet, während sich das Radschlupfereignis fortsetzt, wobei die Steuerung zu Block 210 zurückkehrt. Nach der geeichten Dauer begrenzen das System und das Verfahren die Verbrennungsmotordrehzahl, wie durch den Block 230 dargestellt. Verschiedene Ausführungsformen warten nicht die spezifizierte Ereignisdauer ab, bevor sie den Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert umsetzen, wie durch den Block 230 dargestellt.
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Der Block 230 stellt das Begrenzen der Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses, wie durch den Block 210 festgestellt, auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage von Elektromotordrehzahl und Generatordrehzahl dar, um die Generatordrehzahl zu verringern oder zu verhindern, dass sie einen entsprechenden maximalen Generatordrehzahl-Schwellenwert überschreitet, wenn das Radschlupfereignis endet. Der Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert kann, wie zuvor beschrieben, auf der Grundlage des Übersetzungsverhältnisses und der Winkelgeschwindigkeit eines nichtdurchdrehenden Fahrzeugrades bestimmt werden. Das Übersetzungsverhältnis kann auf der Grundlage der Differentialabtriebswelle und des Getriebes, das den Verbrennungsmotor und den Generator mit den Fahrzeugrädern verbindet, bestimmt werden. Das System und das Verfahren regeln danach den Verbrennungsmotor als Reaktion auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Elektromotordrehzahl nach Maßgabe des auf der Generatordrehzahl beruhenden Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird eine ausführlichere Darstellung eines Systems und eines Verfahrens zum Steuern eines Hybrid-Elektrofahrzeugs während eines Radschlupfereignisses, um die Generatordrehzahl zu regeln, gezeigt. Wie zuvor beschrieben, schließt ein repräsentatives Hybridfahrzeug eine Antriebsanlage ein, die einen Verbrennungsmotor 12, einen Elektromotor 28 und einen Generator 26 einschließt, die an Fahrzeugräder 40 gekoppelt sind, mit einem oder mehreren Steuergeräten, die dafür konfiguriert sind, die Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses auf einen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Elektromotordrehzahl und der Generatordrehzahl zu begrenzen, um zu verhindern, dass die Generatordrehzahl einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, wenn das Radschlupfereignis endet. Verschiedene illustrierte Schritte oder Funktionen können unmittelbar oder mittelbar durch ein oder mehrere Fahrzeug-Steuergeräte, wie zum Beispiel das VSC 46 und/oder das Verbrennungsmotor-Steuergerät 50, ausgeführt oder koordiniert werden.
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Der Block 300 stellt die Bestimmung eines ersten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes auf der Grundlage einer maximalen erwünschten Generatordrehzahl für die gegenwärtigen Fahrzeug- und/oder Umgebungsbetriebsbedingungen dar. Zum Beispiel kann die maximale erwünschte Generatordrehzahl abnehmen, wenn die Umgebungs- oder die Betriebstemperatur über einen entsprechenden Schwellenwert hinaus zunimmt. Die Betriebsbedingungen können ebenfalls die Fahrzeuggeschwindigkeit einschließen derart, dass die maximale erwünschte Generatordrehzahl verringert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einen entsprechenden Schwellenwert hinaus zunimmt.
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Verschiedene Betriebsbedingungen können während des Fahrzeugbetriebs überwacht werden, um ein Radschlupfereignis zu erkennen, wie durch den Block 310 dargestellt. Viele Fahrzeuge schließen Blockierschutzbremssysteme (ABS) und/oder Traktionskontrollsysteme (TCS) ein, die Sensoren haben, welche die Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit jedes Fahrzeugrades bestimmen. Diese Fahrzeugsysteme oder -untersysteme können gesonderte Prozessoren und/oder Elektronik einschließen, um eine Radschlupfbedingung zu erkennen, wie allgemein durch den Block 320 dargestellt. Falls einer der Sensoren eine absolute Drehzahl erfasst, welche die anderen um einen einstellbaren Schwellenwert überschreitet, dann wird festgestellt, dass dieses Rad durchdreht. Das ABS und/oder das TCS können die Räder, die als durchdrehend zu betrachten sind, und diejenigen, die nicht, identifizieren. Das ABS und/oder das TCS können ein Signal oder eine Meldung für andere Fahrzeug-Steuergeräte, wie beispielsweise das VSC oder das Verbrennungsmotor-Steuergerät, bereitstellen, um eine Radschlupfbedingung, und/oder welches Rad durchdreht, zu identifizieren, wie zuvor beschrieben.
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Bei Fahrzeugen, die nicht mit einem ABS, TCS oder einzelnen Raddrehzahlsensoren ausgestattet sind, kann ein Radschlupfereignis erkannt werden durch das Berechnen der Winkelbeschleunigung des Elektromotors unter Verwendung eines zugehörigen Motorpositionssensors (Funktionsgebers), wie allgemein durch den Block 330 dargestellt. Ein Radschlupfereignis wird erkannt oder ausgelöst, wenn die Elektromotor-Winkelbeschleunigung einen einstellbaren oder eichbaren Schwellenwert überschreitet.
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Während eines Radschlupfereignisses, wie durch den Block 310 festgestellt, wird der Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert modifiziert, eingestellt oder durch einen zweiten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert ersetzt, um die Generatordrehzahl nach der Beendigung des Radschlupfereignisses auf einen erwünschten Grenzwert zu begrenzen, wie durch den Block 340 dargestellt. Ausführungsformen nach der Offenbarung können verschiedene Verfahren verwenden, um den durch den Block 340 dargestellten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf der Grundlage der Generatordrehzahl zu bestimmen. Zum Beispiel ist ein Verfahren das Berechnen des Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes unter Verwendung der Gleichung (1) und das Einsetzen von ωmotor-no-slip = k4·(ωwheel-full-traction) für die Elektromotordrehzahl ωmotor, wobei k4 ein Skalierungsfaktor ist. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es die Auswirkungen von Fahrzeug-Geschwindigkeitsänderungen während des Radschlupfereignisses berücksichtigt. Es beruht jedoch auf einer Erkennung oder richtigen Bestimmung eines nicht-durchdrehenden Rades, die nicht in allen Anwendungen oder unter allen Betriebsbedingungen verfügbar sein kann.
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Ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes auf der Grundlage der Generatordrehzahl, wie durch den Block 340 dargestellt, ist, den Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf den ersten Grenzwert festzusetzen, wie durch den Block 300 dargestellt, und diesen Wert für die Dauer des Radschlupfereignisses beizubehalten, d. h., der Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert würde während des Radschlupfereignisses nicht auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit oder anderer Betriebsbedingungen aktualisiert werden. Diese Herangehensweise geht davon aus, dass sich die Gesamt-Fahrzeuggeschwindigkeit während des Radschlupfereignisses nicht bedeutsam verändert, was für verschiedene Anwendungen oder Betriebsbedingungen keine gute Annahme sein kann.
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Noch ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes, wie durch den Block 340 dargestellt, ist, den Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert auf einen einstellbaren konstanten Wert festzusetzen, wie durch den Block 345 dargestellt. Der einstellbare konstante Wert kann so gewählt werden, dass die Generatordrehzahl ungeachtet der Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer erwünschten maximalen Drehzahl gehalten wird. In Vorwärtsgängen kann dieser unter Verwendung der Gleichung (1) durch das Setzen von ωmotor = 0,ωgenerator = ωgenerator-max und das Auflösen der Gleichung nach ωengine bestimmt werden.
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Ein beliebiges der zuvor beschriebenen Verfahren zum Bestimmen oder Wählen eines Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwertes, wie durch die Blöcke 340, 345 dargestellt, kann ebenfalls einen einstellbaren Versetzungs- oder Skalierungsfaktor einschließen, um den maximalen Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert einzustellen, um weiter sicherzustellen, dass die Generatordrehzahl auf eine Beendigung des Radschlupfereignisses hin nicht die erwünschte maximale Drehzahl überschreiten wird.
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Wie in 3 ebenfalls gezeigt, vergleicht der Block 350 die Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwerte und regelt den Verbrennungsmotor auf den niedrigeren der zwei Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwerte, wie allgemein durch die Blöcke 360 und 380 dargestellt. Verschiedene Ausführungsformen können eine Geschwindigkeitsbegrenzung anwenden oder den Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert filtern, falls es eine große Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Verbrennungsmotordrehzahl-Grenzwert gibt, wie durch die Blöcke 360 und 380 dargestellt, um plötzliche Veränderungen bei der Fahrzeuggeschwindigkeit und jegliche damit verbundene Fahrverhaltens-/Geräuschprobleme zu verhindern.
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Daher können Ausführungsformen nach der vorliegenden Offenbarung verschiedene Vorteile bereitstellen, durch das Begrenzen einer Verbrennungsmotordrehzahl während eines Radschlupfereignisses, um die Generatordrehzahl auf einen entsprechenden Schwellenwert zu begrenzen, wenn das Radschlupfereignis endet. Das Verringern der Generatordrehzahl oder das Verhindern, dass sie einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, auf die Beendigung eines Radschlupfereignisses hin kann Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH) verringern und die Lebensdauer von verschiedenen Systembestandteilen verbessern, was zu einer Gesamtverbesserung bei Fahrzeug-Fahrverhalten und Kundenzufriedenheit führt.
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Während oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle durch die Ansprüche umfassten möglichen Formen beschreiben. Die Worte, die in der Beschreibung verwendet werden, sind Worte der Beschreibung anstatt der Begrenzung, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Rahmen der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder illustriert werden. Die Durchschnittsfachleute werden erkennen, dass jegliche Ausführungsformen, die so beschrieben werden, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik in Bezug auf ein oder mehrere erwünschte Kennzeichen Vorteile bereitstellen oder vorzuziehen sind, Attribute einschließen können, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen und beeinträchtigt werden können, um Systemkennzeichen insgesamt zu erreichen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenslaufkosten, Vermarktbarkeit, Erscheinung, Verpackung, Größe, Gebrauchsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit des Zusammenbaus usw. einschließen, sind aber nicht darauf begrenzt. Daher sind Ausführungsformen, die als weniger erwünscht als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Standes der Technik in Bezug auf ein oder mehrere Kennzeichen beschrieben werden, nicht außerhalb der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.
