DE102015100288A1

DE102015100288A1 - Antriebsstrangsteuerung eines Hybridfahrzeugs in der Park- oder Neutralposition

Info

Publication number: DE102015100288A1
Application number: DE102015100288.4A
Authority: DE
Inventors: XiaoYong Wang; Wei Liang; Rajit Johri; Mark Steven Yamazaki; Ming Lang Kuang; Ryan Abraham McGee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2015-07-23
Also published as: US9604628B2; CN104787034B; CN104787034A; US20150203091A1

Abstract

Ein Hybridfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor und eine über eine Kupplung selektiv mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte elektrische Maschine auf. Der Verbrennungsmotor, die elektrische Maschine und die Kupplung sind entlang einer gemeinsamen Achse angeordnet. Wenigstens eine Steuereinrichtung ist programmiert, um verschiedene Befehle auszuführen, wenn sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet und das Gaspedal des Fahrzeugs heruntergedrückt wird. Dies verbessert wahrgenommene Fahrzeugreaktionen als Reaktion auf eine Gaspedalbewegung. Hierfür wird die Steuereinrichtung programmiert, um die Rate der Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine auf der Grundlage der Rate des Herunterdrückens des Gaspedals zu steuern (beispielsweise "Drehzahlsteuerung"). Ferner wird die Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors, unabhängig von der Verbrennungsmotordrehzahl, auf einen Zielwert gesteuert und wird das Verbrennungsmotordrehmoment durch die elektrische Maschine in elektrische Energie umgewandelt (beispielsweise "Drehmomentsteuerung"). Die Rate der Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine wird geändert, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Steuern einer elektrischen Maschine und eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, als Reaktion auf das Herunterdrücken eines Gaspedals.
HINTERGRUND
Bei einem herkömmlichen Nicht-Hybridfahrzeug dient eine Verbrennungskraftmaschine als die einzige Antriebsquelle. Die Ausgabe des Verbrennungsmotors kann im Allgemeinen proportional zum Herunterdrücken eines Gaspedals sein. Wenn der Fahrzeugbediener das Gaspedal herunterdrückt, während das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition ist, empfängt der Bediener eine Rückkopplungsreaktion vom Verbrennungsmotor.
Hybridelektrofahrzeuge weisen eine elektrische Maschine mit der Verbrennungskraftmaschine auf, so dass zwei Antriebsquellen verfügbar sind. Hierdurch kann beispielsweise, verglichen mit einem herkömmlichen Nicht-Hybridfahrzeug, eine bessere Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitgestellt werden. Ein Steuersystem in einem Hybridelektrofahrzeug kann den Verbrennungsmotor manchmal ausschalten, während es in Betrieb bleibt. Es kann besonders vorteilhaft sein, den Verbrennungsmotor in einem deaktivierten Zustand zu halten, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, um zu verhindern, dass andernfalls Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors verschwendet wird.
KURZFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren für das Steuern eines Fahrzeugs präsentiert. Das Fahrzeug weist einen über eine Kupplung mit einer elektrischen Maschine gekoppelten Verbrennungsmotor auf, so dass vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Drehmoment durch die elektrische Maschine in elektrische Leistung umgewandelt wird. Bei dem Verfahren wird als Reaktion auf ein Herunterdrücken eines Gaspedals, während das Fahrzeug eingeschaltet ist und sich in der Park- oder Neutralposition befindet, die Rate der Drehzahlerhöhung einer elektrischen Maschine auf der Grundlage der Rate des Herunterdrückens des Gaspedals gesteuert (d.h. "Drehzahlsteuerung"). Zusätzlich wird als Reaktion auf das Herunterdrücken des Gaspedals, während das Fahrzeug eingeschaltet ist und sich in der Parkposition befindet, und als Reaktion auf das Starten eines Verbrennungsmotors, das Drehmoment, unabhängig von der Verbrennungsmotordrehzahl, gegen einen Zielwert gesteuert (beispielsweise "Drehmomentsteuerung"), und wird die Rate der Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine entsprechend dem Herunterdrücken des Gaspedals geändert. Wenn das Gaspedal über eine feste Herunterdrückschwelle hinaus heruntergedrückt wird, wird der Verbrennungsmotor unabhängig von anderen Faktoren gestartet. Alternativ oder zusätzlich wird der Verbrennungsmotor gestartet, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine eine vorgegebene Drehzahl erreicht.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine Antriebsbatterie, eine elektrische Maschine und eine Kupplung, die dafür ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine selektiv zu koppeln, auf. Das Fahrzeug weist auch wenigstens eine Steuereinrichtung auf, die programmiert ist, um, als Reaktion darauf, dass ein Gaspedal über eine feste Schwelle hinaus heruntergedrückt wird, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor unabhängig vom Ladezustand der Batterie zu starten. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann programmiert sein, die Drehzahl der elektrischen Maschine entsprechend der Position des Gaspedals festzulegen, sobald der Verbrennungsmotor gestartet wurde. Die wenigstens eine Steuereinrichtung kann auch programmiert sein, die Änderungsrate der Drehzahl der elektrischen Maschine (und damit des Verbrennungsmotors, weil der Verbrennungsmotor mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist) auf der Grundlage der Änderungsrate des Herunterdrückens des Gaspedals zu ändern. Eine Nachschlagetabelle oder dergleichen kann verwendet werden, um eine vorgegebene Korrelation zwischen dem Herunterdrücken des Gaspedals und einer vorgeschriebenen Drehzahl der elektrischen Maschine bereitzustellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und eine Kupplung, die dafür ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine selektiv zu koppeln, auf. Wenigstens eine Steuereinrichtung ist programmiert, um als Reaktion darauf, dass sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, die elektrische Maschine in einem Drehzahlsteuermodus zu betreiben, wenn sie eingeschaltet ist, und den Verbrennungsmotor in einem Drehmomentsteuermodus zu betreiben, wenn er eingeschaltet ist. Der Drehzahlsteuermodus ist beispielsweise ein Modus, in dem die Steuereinrichtung die Drehzahl der elektrischen Maschine als eine kalibrierbare Funktion des Gaspedals aktiv steuert. Der Drehmomentsteuermodus ist beispielsweise ein Modus, in dem die Drehzahl des Verbrennungsmotors ein Ergebnis der Kopplung mit der elektrischen Maschine ist und in dem das Drehmoment des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine absorbiert und in elektrische Energie umgewandelt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht eines Hybridelektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm für das Fahrzeug, worin Kraftflusswege im Fahrzeug dargestellt sind.
3 ist eine Graphik einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Herunterdrücken des Gaspedals, wenn der Verbrennungsmotor eingeschaltet und ausgeschaltet ist.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Betriebszustands des Verbrennungsmotors, während sich das Fahrzeug in der Parkposition oder der Neutralposition befindet.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm für das Fahrzeug, worin ein Beispiel für das Implementieren der Verfahren aus den 2 und 3 dargestellt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es ist allerdings zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht. Einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um es Fachleuten zu lehren, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weisen einzusetzen. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Merkmalskombinationen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementationen erwünscht sein.
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 1 zeigt repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten. Die physikalische Anordnung und Orientierung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf. Der Antriebsstrang 12 weist einen Verbrennungsmotor 14 auf, der ein Getriebe 16 antreibt, welches als ein modulares Hybridgetriebe (MHT) bezeichnet werden kann. Wie nachstehend in weiteren Einzelheiten beschrieben wird, weist das Getriebe 16 eine elektrische Maschine in der Art eines Elektromotors/Generators (M/G oder Motor) 18, eine zugeordnete Antriebsbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein Automatikgetriebe oder ein automatisches Getriebegehäuse 24 mit mehreren Stufenverhältnissen auf.
Der Verbrennungsmotor 14 und der M/G 18 sind beide Antriebsquellen für das HEV 10. Der Verbrennungsmotor 14 repräsentiert im Allgemeinen eine Leistungsquelle, welche eine Verbrennungskraftmaschine in der Art eines durch Benzin, Dieselkraftstoff oder Erdgas betriebenen Verbrennungsmotors oder eine Brennstoffzelle einschließen kann. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt eine Verbrennungsmotorleistung und ein entsprechendes Verbrennungsmotordrehmoment, das dem M/G 18 zugeführt wird, wenn eine Trennkupplung 26 zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem M/G 18 zumindest teilweise eingerückt wird. Der M/G 18 kann durch eine beliebige von mehreren Typen elektrischer Maschinen implementiert werden. Beispielsweise kann der M/G 18 ein Permanentmagnet-Synchronmotor sein. Eine Leistungselektronik 56 passt von der Batterie 20 bereitgestellte Gleichstrom-(DC)-Leistung an die Anforderungen des M/G 18 an, wie nachstehend beschrieben wird. Beispielsweise kann die Leistungselektronik dem M/G 18 einen Dreiphasen-Wechselstrom (AC) bereitstellen.
Wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist, ist ein Kraftfluss vom Verbrennungsmotor 14 zum M/G 18 oder vom M/G 18 zum Verbrennungsmotor 14 möglich. Beispielsweise kann die Trennkupplung 26 eingerückt werden und kann der M/G 18 als ein Generator wirken, um von einer Kurbelwelle 28 und von der M/G-Welle 30 bereitgestellte Rotationsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 20 zu speichern ist. Die Trennkupplung 26 kann auch eingerückt werden, um den Verbrennungsmotor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 zu isolieren, so dass der M/G 18 als die einzige Antriebsquelle für das HEV 10 wirken kann. Die Welle 30 erstreckt sich durch den M/G 18. Der M/G 18 ist kontinuierlich antreibbar mit der Welle 30 verbunden, während der Verbrennungsmotor 14 nur dann antreibbar mit der Welle 30 verbunden ist, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist.
Der M/G 18 ist über die Welle 30 mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist daher mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler 22 weist ein Laufrad, das an der M/G-Welle 30 befestigt ist, und eine Turbine, die an einer Getriebeeingangswelle 32 befestigt ist, auf. Der Drehmomentwandler 22 stellt daher eine hydraulische Kopplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeeingangswelle 32 bereit. Der Drehmomentwandler 22 überträgt Kraft vom Laufrad auf die Turbine, wenn sich das Laufrad schneller als die Turbine dreht. Der Betrag des Turbinendrehmoments und des Laufraddrehmoments hängen im Allgemeinen von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis zwischen der Laufraddrehzahl und der Turbinendrehzahl hoch genug ist, ist das Turbinendrehmoment ein Vielfaches des Laufraddrehmoments. Eine Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34 kann auch bereitgestellt sein, welche, wenn sie eingerückt ist, das Laufrad und die Turbine des Drehmomentwandlers 22 durch Reibung oder mechanisch koppelt, wodurch eine wirksamere Kraftübertragung ermöglicht wird. Die Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34 kann als eine Anfahrkupplung betrieben werden, um ein glattes Anfahren des Fahrzeugs bereitzustellen. Alternativ oder in Kombination kann eine Anfahrkupplung ähnlich der Trennkupplung 26 zwischen dem M/G 18 und dem Getriebegehäuse 24 für Anwendungen bereitgestellt werden, die keinen Drehmomentwandler 22 oder eine Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34 aufweisen. Gemäß einigen Anwendungen wird die Trennkupplung 26 allgemein als eine vorgeschaltete Kupplung bezeichnet und wird die Anfahrkupplung 34 (die eine Drehmomentwandler-Umgehungskupplung sein kann) im Allgemeinen als eine nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Getriebegehäuse 24 kann Getriebesätze (nicht dargestellt) aufweisen, die durch selektiven Eingriff von Reibungselementen in der Art von Kupplungen und Bremsen (nicht dargestellt) selektiv in verschiedene Gangverhältnisse versetzt werden, um die gewünschten mehreren diskreten oder stufenweisen Antriebsverhältnisse festzulegen. Die Reibungselemente sind durch ein Schaltschema steuerbar, welches bestimmte Elemente der Getriebesätze verbindet und trennt, um das Verhältnis zwischen einer Getriebeabtriebswelle 36 und der Getriebeeingangswelle 32 zu steuern. Das Getriebegehäuse 24 wird auf der Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugeordnete Steuereinrichtung in der Art einer Antriebsstrangsteuereinheit (PCU) 50 automatisch von einem Verhältnis in ein anderes geschaltet. Das Getriebegehäuse 24 stellt der Abtriebswelle 36 dann Antriebsstrangabtriebsdrehmoment bereit. Beispielsweise kann das Getriebe 16 oder das Getriebegehäuse 24 einen Parkmechanismus und eine Schaltkupplung aufweisen. Wenn der Parkmechanismus eingerückt ist, befindet sich das Getriebegehäuse 24 in der Parkposition. Wenn der Parkmechanismus und die Schaltkupplung gelöst sind, befindet sich das Getriebegehäuse 24 in der Neutralposition. Die Parkposition oder die Neutralposition kann unter Verwendung einer Gangwahl durch eine vom Fahrzeugbediener ausgewählte PRNDL-Eingabe gewählt werden. Wenn sich das Getriebegehäuse 24 in der Parkposition oder der Neutralposition befindet, wird der Drehmomentfluss durch das Getriebegehäuse 24 unterbrochen, so dass kein Drehmoment am Eingang in das Getriebegehäuse 24 auf den Ausgang 36 und auf die Räder 42 übertragen wird.
Es sei bemerkt, dass das hydraulisch gesteuerte Getriebegehäuse 24, das mit einem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, lediglich ein Beispiel einer Getriebegehäuse- oder Getriebeanordnung ist, wobei jedes Getriebegehäuse mit mehreren Verhältnissen, das ein Eingangsdrehmoment (Eingangsdrehmomente) von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Motor entgegennimmt und dann einer Abtriebswelle bei den verschiedenen Verhältnissen Drehmoment bereitstellt, zur Verwendung mit Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung akzeptabel ist. Beispielsweise kann das Getriebegehäuse 24 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (AMT) implementiert werden, das einen oder mehrere Servomotoren aufweist, um Schaltgabeln zusammen mit einer Schaltschiene zum Auswählen eines gewünschten Gangverhältnisses umzusetzen/zu drehen. Wie Durchschnittsfachleute im Allgemeinen verstehen werden, kann ein AMT beispielsweise bei Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen verwendet werden.
Wie in der repräsentativen Ausführungsform aus 1 dargestellt ist, ist die Abtriebswelle 36 mit einem Differenzial 40 verbunden. Das Differenzial 40 treibt ein Paar Räder 42 über jeweilige mit dem Differenzial 40 verbundene Achsen 44 an. Das Differenzial überträgt in etwa das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 42, wenngleich es leichte Geschwindigkeitsdifferenzen ermöglicht, beispielsweise wenn das Fahrzeug um eine Ecke fährt. Verschiedene Typen von Differenzialen oder ähnlichen Vorrichtungen können verwendet werden, um Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu übertragen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung beispielsweise vom bestimmten Betriebsmodus oder von der bestimmten Betriebsbedingung abhängen.
Der Antriebsstrang 12 weist ferner eine zugeordnete Antriebsstrangsteuereinheit (PCU) 50 auf. Wenngleich sie als eine Steuereinrichtung dargestellt ist, kann die PCU 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und durch verschiedene andere Steuereinrichtungen innerhalb des Fahrzeugs 10 in der Art einer Fahrzeugsystemsteuereinrichtung (VSC) gesteuert werden. Es ist daher zu verstehen, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuereinrichtungen gemeinsam als eine "Steuereinrichtung" oder ein "Steuersystem" bezeichnet werden können, welche verschiedene Betätigungselemente als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren zum Steuern von Funktionen in der Art des Anlassens/Anhaltens des Verbrennungsmotors 14, des Betreibens des M/G 18, um Raddrehmoment bereitzustellen oder die Batterie 20 zu laden, des Auswählens oder des Planens von Getriebeschaltvorgängen usw. steuern. Die Steuereinrichtung 50 kann einen Mikroprozessor oder eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) in Kommunikation mit verschiedenen Typen computerlesbarer Speichervorrichtungen oder Medien aufweisen. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder Medien können beispielsweise eine flüchtige und nicht flüchtige Speicherung in einem Nurlesespeicher (ROM), einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und einem Haltespeicher (KAM) einschließen. Ein KAM ist ein permanenter oder nicht flüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während die CPU heruntergefahren ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder Medien können unter Verwendung beliebiger einer Anzahl bekannter Speichervorrichtungen in der Art von PROMs (programmierbarer Nurlesespeicher), EPROMs (elektrischer PROM), EEPROMs (elektrisch löschbarer PROM), eines Flash-Speichers oder anderer elektrischer, magnetischer, optischer oder Kombinationsspeichervorrichtungen implementiert werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle repräsentieren, die von der Steuereinrichtung beim Steuern des Verbrennungsmotors oder Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuereinrichtung kommuniziert mit verschiedenen Verbrennungsmotor-/Fahrzeugsensoren und -betätigungselementen über eine Ein-/Ausgabe-(I/O)-Schnittstelle, die als eine einzige integrierte Schnittstelle implementiert werden kann, welche verschiedene Rohdaten oder eine Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, einen Schutz vor Kurzschlüssen und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere zweckgebundene Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um bestimmte Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wie in der repräsentativen Ausführungsform aus 1 allgemein dargestellt ist, kann die PCU 50 Signale zum Verbrennungsmotor 14, zur Trennkupplung 26, zum M/G 18, zur Anfahrkupplung 34, zum Getriebegehäuse 24 und zur Leistungselektronik 56 und/oder von diesen übermitteln. Wenngleich dies nicht explizit dargestellt ist, werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet verschiedene Funktionen oder Komponenten erkennen, die innerhalb jedes der vorstehend angegebenen Untersysteme durch die PCU 50 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die unter Verwendung einer Steuerlogik, welche von der Steuereinrichtung ausgeführt wird, direkt oder indirekt betätigt werden können, schließen folgende ein: die Kraftstoffeinspritzzeitsteuerung, -rate und -dauer, die Drosselventilposition, die Zündkerzenzündzeitsteuerung (für funkengezündete Verbrennungsmotoren), die Ansaug-/Auslassventilzeitsteuerung und -dauer, Vorschalt-Hilfsgeräteantriebs-(FEAD)-Komponenten in der Art einer Lichtmaschine, eines Klimaanlagenkompressors, einer Batterieladung, eines regenerativen Bremsens, des M/G-Betriebs, von Kupplungsdrücken für die Trennkupplung 26, die Anfahrkupplung 34 und das Getriebegehäuse 24 und dergleichen. Sensoren, welche eine Eingabe durch die I/O-Schnittstelle übermitteln, können verwendet werden, um beispielsweise Folgendes anzugeben: den Turbolader-Aufladedruck, die Kurbelwellenposition (PIP), die Verbrennungsmotordrehgeschwindigkeit (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), die Kühlmitteltemperatur (ECT), den Ansaugkrümmerdruck (MAP), die Gaspedalposition (PPS), die Zündschalterposition (IGN), die Drosselventilposition (TP), die Lufttemperatur (TMP), die Abgassauerstoff-(EGO)-Konzentration oder die Konzentration einer anderen Abgaskomponente oder das Vorhandensein einer anderen Abgaskomponente, den Ansaugluftfluss (MAF), den Getriebegang, das Getriebeverhältnis oder den Getriebemodus, die Getriebeöltemperatur (TOT), die Getriebeturbinendrehzahl (TS), den Status (TCC) der Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34 oder den Verzögerungs- oder Schaltmodus (MDE).
Steuerlogik oder Funktionen, die von der PCU 50 ausgeführt werden, können durch Flussdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt werden. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder Logik bereit, welche unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, Interrupt-getrieber, Multi-Tasking-, Multi-Threading- und vergleichbarer Verarbeitungsstrategien implementiert werden können. Dabei können verschiedene Schritte oder Funktionen in der dargestellten Sequenz oder parallel ausgeführt werden oder in manchen Fällen fortgelassen werden. Wenngleich dies nicht explizit erläutert wird, werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet verstehen, dass ein oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen, abhängig von der bestimmten verwendeten Verarbeitungsstrategie, wiederholt ausgeführt werden können. Ähnlich ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern sie dient nur der einfachen Erläuterung und Beschreibung. Die Steuerlogik kann in erster Linie in einer Software implementiert werden, die durch ein Fahrzeug, einen Verbrennungsmotor und/oder eine Antriebsstrang-Steuereinrichtung auf Mikroprozessorbasis in der Art der PCU 50 ausgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik auch in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware in einer oder mehreren Steuereinrichtungen, abhängig von der jeweiligen Anwendung, implementiert werden. Wenn sie in Software implementiert wird, kann die Steuerlogik in einer oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder Medien bereitgestellt werden, worin Daten gespeichert sind, welche Code oder Befehle repräsentieren, die durch einen Computer ausgeführt werden, um das Fahrzeug oder seine Untersysteme zu steuern. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder Medien können eine oder mehrere von einer Anzahl bekannter physikalischer Vorrichtungen aufweisen, welche einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher verwenden, um ausführbare Befehle und zugeordnete Kalibrierinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu halten.
Ein Gaspedal 52 wird vom Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein angefordertes Drehmoment, Leistung oder einen Fahrbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Herunterdrücken und Lösen des Pedals 52 ein Gaspedalpositionssignal, das von der Steuereinrichtung 50 als ein Bedarf einer erhöhten bzw. verringerten Leistung interpretiert werden kann. Auf der Grundlage zumindest einer Eingabe vom Pedal fordert die Steuereinrichtung 50 Drehmoment vom Verbrennungsmotor 14 und/oder vom M/G 18 an. Die Steuereinrichtung 50 steuert auch die Zeitsteuerung von Gangwechseln innerhalb des Getriebegehäuses 24 sowie des Einrückens oder Lösens der Trennkupplung 26 und der Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34. Ebenso wie die Trennkupplung 26 kann die Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34 über einen Bereich zwischen der eingerückten und der gelösten Position moduliert werden. Dies erzeugt einen veränderlichen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zu dem durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Laufrad und der Turbine erzeugten veränderlichen Schlupf. Alternativ kann die Drehmomentwandler-Umgehungskupplung 34 als verriegelt oder offen betrieben werden, ohne einen modulierten Betriebsmodus zu verwenden, wobei dies von der jeweiligen Anwendung abhängt.
Um das Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor 14 anzutreiben, wird die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt, um zumindest einen Teil des Verbrennungsmotordrehmoments durch die Trennkupplung 26 auf den M/G 18 und dann vom M/G 18 über den Drehmomentwandler 22 und das Getriebegehäuse 24 zu übertragen. Der M/G 18 kann den Verbrennungsmotor 14 dabei unterstützen, zusätzliche Kraft für das Drehen der Welle 30 bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als "Hybridmodus" oder "elektrischer Unterstützungsmodus" bezeichnet werden.
Um das Fahrzeug mit dem M/G 18 als einzige Leistungsquelle anzutreiben, bleibt der Kraftfluss der gleiche, abgesehen davon, dass die Trennkupplung 26 den Verbrennungsmotor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 isoliert. Die Verbrennung im Verbrennungsmotor 14 kann während dieser Zeit deaktiviert oder auf andere Weise ausgeschaltet werden, um Kraftstoff zu sparen. Die Antriebsbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie über eine Verdrahtung 54 auf die Leistungselektronik 56, welche beispielsweise einen Wechselrichter aufweisen kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung von der Batterie 20 in eine vom M/G 18 zu verwendende Wechselspannung um. Die PCU 50 schreibt der Leistungselektronik 56 vor, die Spannung von der Batterie 20 in eine dem M/G 18 bereitgestellte Wechselspannung umzuwandeln, um der Welle 30 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als "ausschließlich elektrischer" Betriebsmodus bezeichnet werden.
In jedem beliebigen Betriebsmodus kann der M/G 18 als ein Motor wirken und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 18 als ein Generator wirken und kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie umwandeln, die in der Batterie 20 zu speichern ist. Der M/G 18 kann als ein Generator wirken, während der Verbrennungsmotor 14 beispielsweise Antriebskraft für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann zusätzlich während Zeiten eines regenerativen Bremsens als ein Generator wirken, wobei Rotationsenergie von den sich drehenden Rädern 42 auf das Getriebegehäuse 24 zurück übertragen wird und in elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 20 umgewandelt wird.
Der M/G 18 und die Batterie 20 weisen eine elektrische Grenze auf, welche ein maximales positives und negatives Drehmoment oder eine maximale verfügbare elektrische Leistung bereitstellt. Die elektrische Grenze kann auf einer Anzahl von Faktoren beruhen, einschließlich der M/G-Temperatur, des Ladezustands der Batterie, der Batterietemperatur, des maximalen Drehmoments und der maximalen Drehzahl der elektrischen Maschine und dergleichen, jedoch ohne Einschränkung auf diese. Die elektrische Grenze kann variieren, wenn sich die Fahrzeugbetriebsbedingungen ändern, und sie kann durch das Steuersystem oder die Steuereinrichtung 50 bestimmt werden. Die Steuereinrichtung 50 kann die Batterietemperatur, die Spannung, den Strom, den Ladezustand (SOC) überwachen und die maximal zulässige Entladeleistungsgrenze und die maximal zulässige Ladeleistungsgrenze zu dieser Zeit bestimmen.
Die Steuereinrichtung 50 stellt auch eine Steuerung des Gangverhältnisses des Getriebegehäuses 24 und des Schaltens bereit. Die Steuereinrichtung 50 kann einen PRNDL-Befehl von einer Benutzereingabe, beispielsweise von einem Gangwechselhebel, empfangen. Wenn der Benutzer die Parkposition (P) anfordert, betätigt die Steuereinrichtung den Parkmechanismus im Getriebegehäuse 24. Wenn der Benutzer die Neutralposition (N) anfordert, löst die Steuereinrichtung den Parkmechanismus und/oder die Schaltkupplung.
Es sei bemerkt, dass das in 1 dargestellte Schema lediglich als Beispiel dient und nicht als einschränkend anzusehen ist. Andere Konfigurationen werden erwogen, die ein selektives Einrücken sowohl eines Verbrennungsmotors als auch eines Motors zur Übertragung durch das Getriebe verwenden. Beispielsweise kann der M/G 18 gegenüber der Kurbelwelle 28 versetzt sein, kann ein zusätzlicher Motor für das Anlassen des Verbrennungsmotors 14 bereitgestellt sein und/oder kann der M/G 18 zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Getriebegehäuse 24 bereitgestellt sein. Andere Konfigurationen werden erwogen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Bei einem herkömmlichen Nicht-Hybridfahrzeug bewirkt das Herunterdrücken eines Gaspedals eine entsprechende Erhöhung der Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors. Dies gilt, während sich das Fahrzeug in der Parkposition oder der Neutralposition befindet, weil der Verbrennungsmotor zu diesen Zeiten bei einer Leerlaufgeschwindigkeit arbeitet. Bei Hybridfahrzeugen in der Art des Fahrzeugs aus 1 kann der Verbrennungsmotor deaktiviert werden, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, um Kraftstoff zu sparen. Steuersysteme verwalten die Leistungsverteilung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem M/G zu allen Zeiten des Betriebs. Das Steuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung verwaltet die Leistungsverteilung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem M/G, um das Verhalten des Antriebsstrangs zu bestimmen, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet.
2 zeigt ein Diagramm von Kraftflusswegen für das Fahrzeug 10, wenn sich das Fahrzeug in der Park- oder der Neutralposition befindet. Auf der Grundlage verschiedener Fahrzeugleistungsanforderungen stellt die Steuereinrichtung fest, dass ein Betrieb des Verbrennungsmotors erforderlich ist, um diese Fahrzeugleistungsanforderungen zu erfüllen. Fahrzeugleistungsanforderungen können die Verwendung des M/G 18 als ein Generator zum Laden der Batterie 20, beispielsweise wenn der Ladezustand der Batterie 20 unterhalb eines Schwellenwerts liegt, einschließen. Fahrzeugleistungsanforderungen können auch Anforderungen von anderen Fahrzeugsystemen oder -komponenten in der Art des HVAC-Systems einschließen. Beispielsweise kann der Verbrennungsmotor 14 arbeiten müssen, um einem Fahrzeugfahrgastraum Wärme bereitzustellen. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 14 benötigt werden, um die Klimaanlage im HVAC-System zu betreiben, um den Fahrgastraum zu kühlen. Fahrzeugleistungsanforderungen können auch Zusatzlasten einschließen, beispielsweise wenn ein Benutzer eine Vorrichtung mit dem Fahrzeug verbindet, die elektrische Leistung vom Fahrzeug für den Betrieb benötigt. Falls irgendwelche dieser (oder anderer) Fahrzeugleistungsanforderungen bedeuten, dass zusätzliche Leistung vom Verbrennungsmotor 14 erforderlich ist, aktiviert die Steuereinrichtung den Verbrennungsmotor 14 durch Einrücken und Verriegeln der Trennkupplung 26.
Wenn die Trennkupplung verriegelt ist, lautet die Drehmomentbeziehung am Laufrad oder an der Eingangswelle 30 des Drehmomentwandlers 22 τ_imp = τ_e + τ_g, wobei die Drehmomentausgabe des Verbrennungsmotors 14 ist und die Drehmomentausgabe des M/G 18 ist. Die Drehmomentausgabe des M/G 18, τ_g, ist positiv, falls die Maschine als ein Motor betrieben wird. Die Drehmomentausgabe des M/G 18, τ_g, ist negativ, falls der M/G als ein Generator betrieben wird, um die Batterie 20 zu laden oder ihr Energie bereitzustellen.
Mit Bezug auf 2 sei bemerkt, dass der Verbrennungsmotor 14, während das Getriebegehäuse 24 in einem Parkgang oder Neutralgang ist und die Trennkupplung 26 verriegelt ist, betrieben werden kann, um ein Abtriebsdrehmoment bereitzustellen, während der M/G 18 als ein Generator betrieben wird, um elektrische Leistung bereitzustellen, um entweder die Batterie zu laden oder die Leistung für andere Fahrzeug- oder Zusatzanforderungen bereitzustellen. Die Massenflussrate des in den Verbrennungsmotor strömenden Kraftstoffs ist ṁ_f(Kilogramm pro Sekunde). Bei 80 geht E∙ṁ_f kJ/s (oder kW) an Leistung in den Verbrennungsmotor 14, wobei E der Wärmewert des Kraftstoffs ist. Die mechanische Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors 14 bei 82 vor der Verbrennungsmotorträgheit wird als P_e = τ_e∙ω_e angesehen, wobei P_e die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors in kW ist und ω_e die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors ist (Radiant pro Sekunde).
Ein Teil der Leistung des Verbrennungsmotors 14 kann verwendet werden, um jegliche Verluste im Drehmomentwandler 22 zu überwinden. Ein anderer Teil der Leistung des Verbrennungsmotors treibt die elektrische Maschine 18 an, die als ein Generator wirkt, um elektrische Leistung für die Batterie 20 zu erzeugen. Der Generator arbeitet mit der gleichen Drehzahl wie der Verbrennungsmotor, wenn die Trennkupplung 26 verriegelt ist, so dass ω_e = ω_g ist und das M/G-Drehmoment negativ ist, weil er als ein Generator arbeitet. Die mechanische Leistung der elektrischen Maschine 18 ist τ_gω_g.
Die Ausgangsleistung des M/G 18 bei 84 nimmt folgende Form an: P_batt = τ_gω_g – P_eloss(τ_g, ω_g), wobei P_batt die Batterieeingangsleistung vom Generator (oder die Generatorausgangsleistung) bei 84 ist und P_eloss(τ_g, ω_g) die Verluste des Generators sind und eine Funktion der Drehzahl und des Drehmoments der elektrischen Maschine sind.
In den vorhergehenden Absätzen wird auf einen "Drehzahlsteuermodus" und einen "Drehmomentsteuermodus" Bezug genommen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung arbeitet der M/G in einem "Drehzahlsteuermodus", in dem die Steuereinrichtung die Drehzahl des M/G als eine (kalibrierbare) Funktion des Gaspedals aktiv steuert. Falls der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, arbeitet er in einem "Drehmomentsteuermodus", in dem das angeforderte Drehmoment des Verbrennungsmotors durch die Batterieleistungsanforderung und die Systemverluste bei der Arbeitsgeschwindigkeit des M/G festgelegt sind, wobei das Drehmoment durch den M/G absorbiert wird und in elektrische Energie umgewandelt wird, die in der Batterie zu speichern ist. Das hinter dem M/G auftretende Verbrennungsmotordrehmoment ist konstant. Der Verbrennungsmotor kann in einem Drehmomentsteuermodus arbeiten, wenn der M/G den Verbrennungsmotor (der als eine reaktionäre Komponente wirkt) beispielsweise auf eine höhere Drehzahl treibt.
Während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, muss das Steuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung den Antriebsstrang in einer solchen Weise steuern, dass der Antriebsstrang dem Fahrer eine intuitive und angenehme Rückkopplung bereitstellt. Falls der Bediener des Kraftfahrzeugs beispielsweise das Gaspedal herunterdrückt, während sich das Fahrzeug in der Parkoder Neutralposition befindet, sollte dem Fahrer ein gewisses Maß an physikalischer Rückkopplung gegeben werden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung arbeitet der M/G im Drehzahlsteuermodus, während das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition bleibt, und zwar unabhängig vom Zustand des Verbrennungsmotors. Wenn das Gaspedal heruntergedrückt wird, nimmt die M/G-Drehzahl zu (oder "wird hochgefahren"), um eine Rückkopplung bereitzustellen, die vom Fahrer detektiert werden kann. Falls der Verbrennungsmotor jemals aktiviert wird oder eingeschaltet wird, während die M/G-Drehzahl infolge der Pedalbewegung zunimmt, arbeitet der Verbrennungsmotor im Drehmomentsteuermodus. Während des Drehmomentsteuermodus entspricht die Verbrennungsmotordrehzahl der Drehzahl des M/G, weil die Trennkupplung 26 verriegelt ist.
Die Drehzahl des M/G (und demgemäß die Drehzahl des Verbrennungsmotors, falls er eingeschaltet ist), während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, kann durch 3 veranschaulicht werden. Es ist zu verstehen, dass 3 lediglich ein Beispiel ist. Die Beziehung zwischen der Drehzahl des Motors und der Gaspedaleingabe sollte kalibrierbar sein, um bei verschiedenen Pedaleingabeniveaus unterschiedliche Ansprechniveaus bereitzustellen.
In 3 sind zwei Linien bei 0 % der Gaspedaleingabe aufgetragen. Eine Linie zeigt die Motordrehzahl/Gaspedaleingabe-Beziehung bei eingeschaltetem Verbrennungsmotor, und die andere Linie zeigt die Beziehung bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor. Falls der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, entspricht die Drehzahl des M/G der Verbrennungsmotorleerlaufdrehzahl, wenn das Gaspedal gelöst ist. Als Reaktion auf die Gaspedaleingabe befiehlt die Steuereinrichtung eine entsprechende Erhöhung der Drehzahl des M/G (der im Drehzahlsteuermodus arbeitet). Dies bewirkt wiederum, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (der im Drehmomentsteuermodus arbeitet) zusammen mit jener des M/G zunimmt, weil die Trennkupplung 26 geschlossen ist.
Falls der Verbrennungsmotor alternativ ausgeschaltet ist, ist die Drehzahl des M/G 0, wenn es keine Gaspedaleingabe gibt. Wenn das Pedal heruntergedrückt wird, nimmt die Drehzahl des M/G (der im Drehzahlsteuermodus arbeitet) entsprechend zu. Während die Drehzahl des M/G zunimmt, weil der Fahrer das Pedal antippt, kann dem Verbrennungsmotor vorgeschrieben werden, zu starten, um dem Antriebsstrang ausreichend Leistung bereitzustellen (nachstehend mit Bezug auf 3 beschrieben). Falls während des Antippens des Pedals eine bestimmte Drehzahl des M/G erhalten wird (beispielsweise 600 U/min, 1200 U/min, 1500 U/min) oder falls das Pedal über eine Herunterdrückschwelle (beispielsweise 2–5 %) heruntergedrückt wird, wird das Starten des Verbrennungsmotors befohlen. Das Drehzahlprofil des M/G folgt dann der in 2 dargestellten Linie. Bei einem 100 % heruntergedrückten Gaspedal liegt die Drehzahl des Motors/des Verbrennungsmotors bei der Maximaldrehzahlgrenze.
4 zeigt drei als Beispiel dienende Szenarien, wobei die Steuereinrichtung 50 das Einschalten des Verbrennungsmotors 14 vorschreiben kann, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet. Bei 100 ist der Verbrennungsmotor 14 ausgeschaltet oder überträgt auf andere Weise keine Kraft über die Trennkupplung 26. Bei 102 stellt die Steuereinrichtung 50 fest, ob das Gaspedal 52 in einem Maße heruntergedrückt wurde, das einen Pedalherunterdrückschwellenbetrag überschreitet. Ein Herunterdrücken des Gaspedals, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, kann beispielsweise den Wunsch des Bedieners angeben, den Verbrennungsmotor hochzufahren. Auf der Grundlage der Verschiebung des Gaspedals schreibt die Steuereinrichtung bei 104 das Starten des Verbrennungsmotors vor, indem sie die Trennkupplung 26 zumindest teilweise einrückt und eine Zündung im Verbrennungsmotor 14 vorschreibt. Dies stellt dem Fahrer die erwünschte Rückkopplung und das Gefühl eines herkömmlichen Fahrzeugs (Nicht-Hybridfahrzeugs) bereit, indem ermöglicht wird, dass sich der Ausgang des Verbrennungsmotors 14 entsprechend dem Benutzerbedarf dreht.
Eine Pedalherunterdrückschwelle bei 102 ist kalibrierbar und so bereitgestellt, dass das Starten des Verbrennungsmotors vorgeschrieben wird, wenn das Gaspedal über die Schwelle hinaus gedrückt wird. Ein Gaspedalverschiebungssensor (nicht dargestellt) kann bereitgestellt sein, welcher den Betrag des Herunterdrückens des Gaspedals 52 bestimmt. Die Schwelle wird vorzugsweise zwischen 2 % und 5 % der gesamten zulässigen Verschiebung des Gaspedals 52 eingestellt oder festgelegt. Die Schwelle ermöglicht es dem Steuersystem, leichte oder unbeabsichtigte Herunterdrückvorgänge des Pedals, die kleiner als die Schwelle sind, zu ignorieren, weil sie als den Wunsch des Bedieners, die Leistungsausgabe des Verbrennungsmotors zu erhöhen, nicht angebend ausgezeichnet sind. Das Starten des Verbrennungsmotors bei 104 auf der Grundlage des Herunterdrückens des Gaspedals bei 102 kann unabhängig von anderen Faktoren in der Art des SOC der Batterie sein.
Statt die Gaspedalverschiebung zu überwachen (oder in Kombination damit), kann die Steuereinrichtung den Verbrennungsmotor auf der Grundlage der Drehzahl des Motors aktivieren. Beispielsweise kann eine anfängliche Gaspedalbewegung während der Park- oder Neutralposition sofort das Drehen des M/G aktivieren. Sobald der M/G eine vorgegebene Schwelle erreicht hat (beispielsweise 1200 U/min), startet die Steuereinrichtung den Verbrennungsmotor.
Bei 106 vergleicht das Steuersystem den SOC der Batterie 20 mit einem Schwellenladebetrag. Falls der SOC der Batterie verhältnismäßig niedrig ist und unter dem Schwellenbetrag liegt, aktiviert das Steuersystem den Verbrennungsmotor nach zuvor beschriebenen Verfahren. Dies ermöglicht es dem Verbrennungsmotor gemäß vorstehend beschriebenen Verfahren und dem vorstehend beschriebenen Kraftfluss, dem M/G Leistung bereitzustellen, um in der Batterie zu speichernde elektrische Energie zu erzeugen.
Bei einem anderen Aktivitätsbeispiel, welches das Aktivieren des Verbrennungsmotors fordert, vergleicht die Steuereinrichtung bei 108 die Temperatur des Verbrennungsmotors mit einem Schwellenwert. Falls der Verbrennungsmotor unterhalb einer Temperaturschwelle liegt, befiehlt die Steuereinrichtung das Starten des Verbrennungsmotors, um ihn aufzuwärmen. Falls das Fahrzeug beispielsweise geparkt ist und seit einer längeren Zeit bei kaltem Wetter ausgeschaltet ist, erreicht die Verbrennungsmotortemperatur die Temperatur des umgebenden Klimas und behält diese. Wenn ein Bediener das Fahrzeug einschaltet, kann abgeleitet werden, dass das Fahrzeug kurz danach in die Fahrposition versetzt werden kann, während derer der Verbrennungsmotor erforderlich sein kann, um Antriebsdrehmoment bereitzustellen. Falls der Verbrennungsmotor jedoch kalt ist, kann die maximale Leistungsausgabe des Verbrennungsmotors begrenzt sein. Das Starten des Verbrennungsmotors, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, auf der Grundlage der Temperatur des Verbrennungsmotors präpariert den Verbrennungsmotor daher für ein anstehendes Verbrennungsmotoraktivierungsereignis, wodurch die künftige Wirksamkeit des Verbrennungsmotors erhöht wird.
Bei beliebigen der vorstehend erwähnten Szenarien, bei denen der Verbrennungsmotor aktiviert ist, arbeitet der Verbrennungsmotor weiter im Drehmomentsteuermodus, während das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition bleibt. Während der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, ist das Verbrennungsmotordrehmoment eine Funktion des Motordrehmoments (M/G-Drehmoments). Das Motordrehmoment wird durch die folgende Beziehung bestimmt: P_batt = τ_gω_g – P_eloss(τ_g, ω_g), wobei P_batt die Batterieleistungsanforderung ist und durch die Batteriesteuerung bereitgestellt ist, ω_g die Motordrehzahl ist, welche gleich der Verbrennungsmotordrehzahl ist und vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, P_eloss die elektrische Verlustkennlinie des Motors ist und τ_g das Motordrehmoment ist. τ_g ist die einzige unbekannte und kann daher aus dieser Gleichung bestimmt werden.
Nachdem das Motordrehmoment bestimmt wurde, kann das Verbrennungsmotordrehmoment unter Verwendung der folgenden Beziehung bestimmt werden: τ_imp = τ_e + τ_g, wobei das Drehmoment des Laufrads des Drehmomentwandlers 22 ist und das Verbrennungsmotordrehmoment ist. τ_imp repräsentiert den Drehverlust des Drehmomentwandlers und des Getriebes in der Park- oder Neutralposition. Kurz gesagt, erzeugt der Verbrennungsmotor Drehmoment (τ_e), befiehlt die Steuereinrichtung dem M/G, die Drehzahl des Motors, der mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, zu regeln (ω_g) und wird das Verbrennungsmotordrehmoment durch den M/G absorbiert und als elektrische Energie in der Batterie gespeichert, wodurch Batterieleistung (P_batt) bereitgestellt wird.
5 zeigt ein Beispiel eines Zeitablaufdiagramms oder eines Signaldiagramms für die Implementation von Ausführungsformen des vorstehend beschriebenen Steuersystems. Die Figur ist nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, sondern sie ist in Kombination mit der folgenden Beschreibung für erläuternde Zwecke vorgesehen.
Vor der Zeit T1 arbeitet das Fahrzeug in einem nur elektrischen Betriebsmodus, während der Verbrennungsmotor deaktiviert ist. Der Bediener des Fahrzeugs entfernt den Druck vom Gaspedal. Das Fahrzeug kann zu einem vollständigen Halt gelangen, und der Bediener versetzt bei T1 das Fahrzeug durch Ändern des PRNDL-Mechanismus in die Park- oder Neutralposition. Zwischen T1 und T2 verbleibt das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition, und es wird dem Gaspedal keine Eingabe gegeben.
Bei T2 beginnt der Bediener, das Gaspedal herunterzudrücken. Zu dieser Zeit folgt die Drehzahl des M/G der Benutzeranforderung unmittelbar, wenngleich kein Drehmoment durch das Getriebegehäuse übertragen wird. Der Bediener kann eine Reaktion von der Ausgabe des M/G, jedoch nicht vom Verbrennungsmotor, spüren. Während das Gaspedal weiter heruntergedrückt wird, arbeitet der M/G im (vorstehend beschriebenen) Drehzahlsteuermodus und ändert die Drehzahl als ein direktes Ergebnis der Änderung des Herunterdrückens des Pedals.
Sobald das Gaspedal über die Herunterdrückschwelle hinaus heruntergedrückt wurde, wird die Trennkupplung eingerückt und wird der Verbrennungsmotor bei T3 gestartet. Das Starten des Verbrennungsmotors bei T3 kann auch geschehen, sobald die Drehgeschwindigkeit des M/G eine vorgegebene Drehzahlschwelle erreicht hat, wie zuvor beschrieben wurde. Sobald die Kupplung bei T4 ganz eingerückt wurde, werden die Verbrennungsmotordrehzahl und die M/G-Drehzahl äquivalent. Beide Drehzahlen steigen weiter an, um der Erhöhung der Gaspedalanforderungen zu entsprechen.
Bei T4 zeigt sich ein leichtes Abfallen der Gaspedalanforderung. Wie ersichtlich ist, fallen die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und jene des Motors entsprechend ab, was durch die Beziehung zwischen dem Herunterdrücken des Pedals und der Drehzahl der elektrischen Maschine bestimmt wird, wie in den 2–3 beschrieben wurde. Hierdurch wird dem Bediener weiter ein direktes Gefühl des Ansprechens des Verbrennungsmotors während der Pedalbewegung bereitgestellt, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet.
Bei T5 beginnen die Gaspedalanforderungen abzuflachen. Dies kann beispielsweise darauf zurückzuführen sein, dass das Gaspedal eine Vollgasposition erreicht. Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehzahlprofil des Verbrennungsmotors und des M/G abgestimmt werden, um mit einer etwas langsameren Erhöhungsrate zuzunehmen, um dem Bediener eine Rückkopplung zu geben, wenn sich der Grenzdrehzahl genähert wird.
Ein Loslassen des Gaspedals geschieht bei T6. Der Verbrennungsmotor und der M/G folgen beide unmittelbar dem Profil des Gaspedals, wodurch die Arbeit beider Leistungsquellen gegen 0 verringert wird. Zu irgendeiner Zeit nach T6 kann die Trennkupplung gelöst werden und kann der Verbrennungsmotor ausgeschaltet werden, um Kraftstoff zu sparen, während sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet. Wenn die Trennkupplung gelöst wird, wird die Verbrennungsmotordrehzahl von der M/G-Drehzahl getrennt, und sie kann daher mit einer schnelleren Rate verlangsamt werden als die M/G-Drehzahl. Die Deaktivierung des Verbrennungsmotors kann durch einen Filter zeitlich verzögert werden, um einem unbeabsichtigten Loslassen des Gaspedals oder einer abrupten Änderung der Ansicht des Bedieners, gefolgt von einer weiteren Erhöhung der Gaspedalanforderung, Rechnung zu tragen.
Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen, die hier offenbart werden, können auf eine Verarbeitungsvorrichtung, eine Steuereinrichtung oder einen Computer übertragen werden oder dadurch implementiert werden, wobei dies eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine zweckgebundene elektronische Steuereinheit einschließen kann. Ähnlich können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen in vielen Formen, einschließlich Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien gespeichert werden, wie ROM-Vorrichtungen, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, gespeichert werden, jedoch ohne Einschränkung auf diese, als von einer Steuereinrichtung oder einem Computer ausführbare Daten und Befehle gespeichert werden. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem durch Software ausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen insgesamt oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten in der Art anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuereinrichtungen oder anderer Hardwarekomponenten oder -vorrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten verwirklicht werden.
Wenngleich vorstehend als Beispiel dienende Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen von den Ansprüchen eingeschlossenen Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter dienen der Beschreibung und sind nicht als einschränkend anzusehen, und es ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben wurde, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder erläutert worden sein können. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen als Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementationen aus dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bereitstellend beschrieben worden sein können oder als gegenüber diesen bevorzugt beschrieben worden sein können, werden Durchschnittsfachleute verstehen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften aufgenommen werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, welche von der spezifischen Anwendung und Implementation abhängen. Diese Attribute können Kosten, Stärke, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Vermarktbarkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Dabei liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementationen aus dem Stand der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen wünschenswert sein.
Es wird ferner beschrieben:

A. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, welches folgende Schritte umfasst: als Reaktion auf das Herunterdrücken eines Gaspedals, während das Fahrzeug eingeschaltet ist und sich in der Parkposition oder der Neutralposition befindet, Steuern der Drehzahlerhöhungsrate einer elektrischen Maschine auf der Grundlage der Rate des Herunterdrückens und als Reaktion auf einen Start eines über eine Kupplung mit der elektrischen Maschine gekoppelten Verbrennungsmotors, so dass vom Verbrennungsmotor ausgegebenes Drehmoment durch die elektrische Maschine in elektrische Leistung umgewandelt wird, Steuern des Drehmoments gegen einen Zielwert, unabhängig von der Verbrennungsmotordrehzahl, und Ändern der Rate der Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine.
B. Verfahren nach A, welches ferner Folgendes umfasst: Starten des Verbrennungsmotors als Reaktion darauf, dass die Position des Gaspedals einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
C. Verfahren nach A, welches ferner Folgendes umfasst: Starten des Verbrennungsmotors als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
D. Verfahren nach A, wobei beim Ändern der Rate der Drehzahlerhöhung die Rate der Drehzahlerhöhung verringert wird, falls sich die Drehzahl der elektrischen Maschine oder die Verbrennungsmotordrehzahl einer Grenzdrehzahl nähert.
E. Verfahren nach A, welches ferner Folgendes umfasst: Steuern des Drehmoments des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Leistungsausgabe von der elektrischen Maschine an eine Antriebsbatterie, die elektrisch mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
F. Fahrzeug, welches Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor, eine Antriebsbatterie, eine elektrische Maschine, eine Kupplung, die dafür ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine selektiv zu koppeln, und wenigstens eine Steuereinrichtung, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass ein Gaspedal bis über eine feste Schwelle hinaus heruntergedrückt wird, während sich das Fahrzeug in der Parkposition oder der Neutralposition befindet, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor unabhängig vom Ladezustand der Batterie zu starten.
G. Fahrzeug nach F, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um nach dem Start des Verbrennungsmotors die Drehzahl der elektrischen Maschine entsprechend der Position des Gaspedals festzulegen.
H. Fahrzeug nach G, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um eine Änderungsrate der Drehzahl der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors auf der Grundlage einer Änderungsrate des Herunterdrückens des Gaspedals zu ändern.
I. Fahrzeug nach H, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass sich die Drehzahl der elektrischen Maschine einer festen Drehzahlschwelle nähert, die Änderungsrate der Drehzahl der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors auf einen Betrag zu verringern, der kleiner ist als die Änderungsrate des Herunterdrückens des Gaspedals.
J. Fahrzeug nach F, wobei der Verbrennungsmotor, die Kupplung und die elektrische Maschine entlang einer gemeinsamen Antriebsachse angeordnet sind und wobei die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnet ist.
K. Fahrzeug, welches Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, eine Kupplung, die dafür ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine selektiv zu koppeln, und wenigstens eine Steuereinrichtung, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, die elektrische Maschine in einem Drehzahlsteuermodus zu betreiben, wenn sie eingeschaltet ist, und den Verbrennungsmotor in einem Drehmomentsteuermodus zu betreiben, wenn er eingeschaltet ist.
L. Fahrzeug nach K, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass ein Gaspedal bis über eine vorgegebene Schwelle heruntergedrückt wird, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor zu starten.
M. Fahrzeug nach K, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass die Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als eine Temperaturschwelle ist, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor zu starten.
N. Fahrzeug nach K, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um (i) die Drehzahl der elektrischen Maschine als Reaktion auf ein Herunterdrücken des Gaspedals zu erhöhen und (ii) als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine eine vorgegebene Schwelle überschreitet, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor zu starten.
O. Fahrzeug nach K, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um der elektrischen Maschine vorzuschreiben, bei einer Drehzahl zu arbeiten, die proportional zum Herunterdrücken des Gaspedals ist.
P. Fahrzeug nach K, wobei die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einer ersten Rate zunimmt, die der Gaspedaleingabe entspricht, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, und mit einer zweiten Rate zunimmt, die der Gaspedaleingabe entspricht, während der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist.
Q. Fahrzeug nach P, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einer Rate zu erhöhen, die im Allgemeinen proportional zum Betrag des Herunterdrückens des Gaspedals ist.

Claims

Fahrzeug, welches Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, eine Kupplung, die dafür ausgelegt ist, den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine selektiv zu koppeln, und wenigstens eine Steuereinrichtung, die programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass sich das Fahrzeug in der Park- oder Neutralposition befindet, die elektrische Maschine in einem Drehzahlsteuermodus zu betreiben, wenn sie eingeschaltet ist, und den Verbrennungsmotor in einem Drehmomentsteuermodus zu betreiben, wenn er eingeschaltet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass ein Gaspedal bis über eine vorgegebene Schwelle heruntergedrückt wird, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor zu starten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um als Reaktion darauf, dass die Temperatur des Verbrennungsmotors kleiner als eine Temperaturschwelle ist, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor zu starten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um (i) die Drehzahl der elektrischen Maschine als Reaktion auf ein Herunterdrücken des Gaspedals zu erhöhen und (ii) als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine eine vorgegebene Schwelle überschreitet, die Kupplung einzurücken und den Verbrennungsmotor zu starten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um der elektrischen Maschine vorzuschreiben, bei einer Drehzahl zu arbeiten, die proportional zum Herunterdrücken des Gaspedals ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einer ersten Rate zunimmt, die der Gaspedaleingabe entspricht, während der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, und mit einer zweiten Rate zunimmt, die der Gaspedaleingabe entspricht, während der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine Steuereinrichtung ferner programmiert ist, um die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einer Rate zu erhöhen, die im Allgemeinen proportional zum Betrag des Herunterdrückens des Gaspedals ist.