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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Steuern der Spieldurchquerung (lash crossing) des Antriebsstrangs und insbesondere das Steuern der Spieldurchquerung für ein modulares Hybridgetriebe.
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Eine Spieldurchquerung eines Antriebsstrangs findet statt, wenn der Antriebsstrang vom Erzeugen eines positiven Drehmoments zum Empfangen eines negativen Drehmoments und umgekehrt übergeht. An einem Übergangspunkt zwischen dem positiven und dem negativen Drehmoment, an dem das Drehmoment null beträgt, verursacht der Antriebsstrang Spiel, wenn Antriebsstrangkomponenten, einschließlich Getriebezahnräder, sich voneinander trennen, wenn am Übergangspunkt Drehmoment wegfällt, bevor die Komponenten wieder in Kontakt zueinander kommen, wenn wieder Drehmoment anliegt. Spiel kann ein dumpfes Geräusch oder eine Erschütterung erzeugen, das bzw. die von einem Fahrzeuginsassen wahrnehmbar ist. Spiel trägt zu Geräusch, Vibration und Rauheit bei, die das Fahrverhalten eines den Antriebsstrang verwendenden Fahrzeugs verschlechtern können.
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Der Zeitpunkt der Spieldurchquerung kann mittels eines Antriebsstrangsteuersystems gesteuert werden. Während einer Verlangsamung des einen herkömmlichen Antriebsstrang verwendenden Fahrzeugs wird die Spieldurchquerung so gesteuert, dass sie auftritt, wenn eine Antriebswelle im Antriebsstrang sich auf eine Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine (ca. 750 U/Min.) verlangsamt hat. Wäre es der Antriebswelle gestattet, sich bis unter die Leerlaufdrehzahl zu verlangsamen, würde die Kraftmaschine absterben. Darüber hinaus weist das Fahrzeug typischerweise Hydrauliksysteme auf, die von der Kraftmaschine angetrieben werden. Die Hydrauliksysteme sind so konzipiert, um mit einer Mindestbetriebsdrehzahl, die gleich der Leerlaufdrehzahl ist, betrieben zu werden, weil der herkömmliche Antriebsstrang aufgrund des Absterbens nicht unterhalb der Leerlaufdrehzahl betrieben werden kann.
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Alternativ kann das Fahrzeug einen hybriden Antriebsstrang verwenden. Typischerweise wird die Spieldurchquerung bei dem in einem ausschließlich elektrischen Modus betriebenen hybriden Antriebsstrang so gesteuert, dass sie auftritt, wenn die Antriebswelle sich auf die Leerlaufdrehzahl der Kraftmaschine im herkömmlichen Antriebsstrang verlangsamt hat, obwohl eine elektrische Maschine im hybriden Antriebsstrang keine Beschränkung durch Absterben aufweist. Wenn die Spieldurchquerung der Maschine bei der Leerlaufdrehzahl erfolgt, können für die Verwendung mit dem herkömmlichen Antriebsstrang konzipierte Hydrauliksysteme auch mit dem hybriden Antriebsstrang verwendet werden. Eine Spieldurchquerung für einen hybriden Antriebsstrang findet weiterhin bei der Leerlaufdrehzahl der Kraftmaschine statt, obwohl Hydrauliksysteme verfügbar sind, die für Mindestbetriebsdrehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl konzipiert sind.
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Eine Spieldurchquerung des hybriden Antriebsstrangs bei der Leerlaufdrehzahl der Kraftmaschine kann jedoch die Antriebsstrangeffizienz verringern. Eine Spieldurchquerung des hybriden Antriebsstrangs bei der Leerlaufdrehzahl führt dazu, dass die elektrische Maschine bei der Leerlaufdrehzahl betrieben wird, was eine elektrische Kraftquelle erschöpfen kann. Eine Rekuperationsbremskapazität kann ebenfalls vermindert sein.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Regeln eines Automobilantriebsstrangs in Betracht. Ein mit einer nicht angetriebenen elektrischen Maschine verbundener Eingang in einem Automobilantriebsstrang wird gedreht, um ein erstes Drehmoment in der Maschine zu erzeugen. Eine erste Drehzahl für den Eingang wird bestimmt. Rekuperationsbremsen wird verwendet, um den Eingang bis auf eine erste Drehzahl unterhalb einer Leerlaufdrehzahl zu verlangsamen. Wenn die erste Drehzahl erreicht ist, wird die Maschine angetrieben, um ein zweites Drehmoment gegenüber dem ersten Drehmoment zu erzeugen, sodass eine Spieldurchquerung des Eingangs erfolgt. Bei einer Beschleunigungsanforderung wird die angetriebene Maschine von der ersten Drehzahl auf die Leerlaufdrehzahl beschleunigt.
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Eine andere Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Regeln eines Automobilantriebsstrangs in Betracht. Eine gewünschte Eingangsdrehzahl unterhalb einer Leerlaufdrehzahl wird für einen Automobilantriebsstrang bestimmt. Ein Eingang, der sich dreht, um ein erstes Drehmoment in einer nicht angetriebenen elektrischen Maschine zu erzeugen, wird auf die gewünschte Drehzahl verlangsamt. Die Spieldurchquerung des Eingangs findet beim Erreichen der gewünschten Drehzahl statt und die nicht angetriebene Maschine wird angetrieben, um ein zweites Drehmoment gegenüber dem ersten Drehmoment zu erzeugen. Die angetriebene Maschine wird mit der gewünschten Drehzahl betrieben.
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Eine andere Ausführungsform zieht ein Verfahren zum Regeln eines Automobilantriebsstrangs in Betracht. Eine Automobilantriebsstrangbatterie wird geladen, indem ein Eingang gedreht wird, um ein erstes Drehmoment in einer nicht angetriebenen elektrischen Maschine zu erzeugen. Die Drehung des Eingangs wird auf eine Solldrehzahl unterhalb einer Leerlaufdrehzahl verlangsamt. Verzögern, bis die Solldrehzahl erreicht ist, Antreiben der Maschine, um ein zweites Drehmoment gegenüber dem ersten Drehmoment zu erzeugen und Spieldurchquerung des Eingangs. Die Maschine wird mit der Solldrehzahl betrieben.
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Ein Vorteil einer Ausführungsform ist es, dass die vergrößerte Rekuperationsbremskapazität und die verringerte Batterieerschöpfung Energie sparen. Dies kann die Effizienz des hybriden Antriebsstrangs verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Ansicht eines hybriden elektrischen Antriebsstrangs.
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2 ist ein Graph von Fahrzeuggeschwindigkeit, Eingangswellendrehzahl und Drehmoment einer elektrischen Maschine.
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3 ist ein 2 ähnlicher Graph von Fahrzeuggeschwindigkeit, Eingangswellendrehzahl und Drehmoment einer elektrischen Maschine, der jedoch eine Wellendrehzahl von null zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 stellt schematisch einen hybriden elektrischen Antriebsstrang 10 für ein Kraftfahrzeug 12 dar. Dieser Antriebsstrang 10 ist lediglich beispielhaft und kann andere Formen annehmen, die Typen von Antriebssträngen mit Vorderradantrieb, Hinterradantrieb und Allradantrieb sein können.
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Der Antriebsstrang 10 umfasst eine Brennkraftmaschine 14, die eine Kurbelwelle 16 antreibt. Zwischen der Kraftmaschine 14 und einer elektrischen Maschine 22, die ein elektrischer Fahrmotor oder Motor/Generator sein kann, befindet sich eine Kupplung 18. Wenn die Kupplung 18 eingerückt ist, verbindet sie die Kurbelwelle 16 mit einem Eingang 20 der elektrischen Maschine und überträgt Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 14 und der Maschine 22. Falls die Kupplung 18 eingerückt ist, überträgt wiederum die Maschine 22 zusammen mit der Kraftmaschine 14 über einen Drehmomentwandlereingang 24 Drehmoment zu einem Drehmomentwandler 26 und der Drehmomentwandler 26 überträgt über einen Getriebeeingang 28 Drehmoment zu einem Getriebe 30. Der Drehmomentwandler 26 umfasst eine Überbrückungskupplung 27, um den Drehmomentwandlereingang 24 direkt mit dem Getriebeeingang 28 zu koppeln. Das Getriebe 30 dreht eine Antriebswelle 32, die wiederum ein Differenzial 34 antreibt. Das Differenzial 34 überträgt Drehmoment auf eine erste und eine zweite Achse 36 bzw. 38, die das erste Rad 40 bzw. das zweite Rad 42 antreibt. Eine Hauptgetriebepumpe 44 wird durch den Drehmomentwandlereingang 24 angetrieben. Die Spieldurchquerung wird durch eine Antriebsstrangsteuereinheit 46 gesteuert, die den Betrieb der Maschine 22 und/oder, falls die Kupplung 18 eingerückt ist, der Kraftmaschine 14 steuert. Der Begriff "Spieldurchquerung", wie er hier verwendet wird, bezeichnet ein gesteuertes Ereignis, das ohne Zahnradgeräusche (wie einem Fachmann bekannt) oder andere für einen Fahrer des Fahrzeugs 12 wahrnehmbare Probleme erfolgt. Die Maschine 22 ist elektrisch mit einer Batterie 48 verbunden.
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Nun wird 2 unter Bezugnahme auf 1 besprochen. 2 stellt graphisch eine Fahrzeuggeschwindigkeit 102, eine Eingangsdrehzahl 104 und ein Maschinendrehmoment 106 während einer Spieldurchquerungssteuerroutine 100 dar. Während der Spieldurchquerungssteuerroutine 100 ist die Kupplung 18 ausgerückt, sodass das Fahrzeug 12 in einem ausschließlich elektrischen Modus betrieben wird.
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Während eines Zeitraums 108 wird das Fahrzeug 12 in Vorbereitung auf das Anhalten langsamer. Das Fahrzeug 12 weist eine abnehmende Geschwindigkeit 110 auf, der Eingang 28 weist eine abnehmende Drehzahl 112 auf und die Maschine 22 weist ein negatives Drehmoment 114 auf. Die Maschine 22 ist nicht angetrieben, sodass eine Drehung des Eingangs 28 durch das negative Drehmoment 114 die Maschine 22 dreht und eine Rekuperationsbremsladung, die in der Batterie 48 gespeichert wird, erzeugt. Wenn die Maschine 22 nicht angetrieben ist, wird sie vom ersten und vom zweiten Rad 40 bzw. 42 angetrieben oder erzeugt die Rekuperationsbremsladung. Wenn die Maschine 22 angetrieben ist, treibt sie das erste und das zweite Rad 40 bzw. 42 an.
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Während des Zeitraums 108 bestimmt die Steuereinheit 46 eine Mindestdrehzahl 116 für den Eingang 28. Die Mindestdrehzahl 116 liegt unterhalb der Leerlaufdrehzahl 118. Die Leerlaufdrehzahl 118 ist eine Mindestbetriebsdrehzahl, bei der die Brennkraftmaschine 14 arbeitet. Unterhalb der Leerlaufdrehzahl 118 stirbt die Kraftmaschine 14 ab, falls die Kupplung 18 eingerückt wird. Die Mindestdrehzahl 116 ist die Mindestdrehzahl, bei der der Antriebsstrang 10 für das Fahrzeug 12 arbeiten kann. Die Mindestdrehzahl 116 liegt zwischen der Leerlaufdrehzahl 118 und einer Drehzahl von null und kann für den Antriebsstrang 10 vorbestimmt werden. Beispielsweise kann die Mindestdrehzahl 116 eine Drehzahl sein, die erforderlich ist, um die Pumpe 44 zu betreiben. Alternativ kann die Mindestdrehzahl 116 variiert werden, während das Fahrzeug 12 langsamer wird oder nachdem das Fahrzeug 12 angehalten hat. Die Mindestdrehzahl 116 kann variiert werden, während die Anforderungen an den Antriebsstrang 10 durch die anderen keinen Vortrieb leistenden Systeme im Fahrzeug 12 variieren.
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Während eines Zeitraums
120 wird das Fahrzeug
12 langsamer und kommt zum Stillstand. Der Eingang
28 dreht sich mit einer Drehzahl
122, die gleich der Mindestdrehzahl
116 ist. Gleichzeitig hat die Geschwindigkeit
110 des Fahrzeugs
12 bis auf eine Geschwindigkeit von null
124 abgenommen. Wenn der Eingang
28 sich auf die Mindestdrehzahl
116 verlangsamt, sorgt die Steuereinheit
46 für eine Spieldurchquerung des Getriebes
30 zu einem Zeitpunkt
126. Das Drehmoment der Maschine
22 geht zum selben Zeitpunkt
126 von negativ zu positiv über. Die Spieldurchquerung erfolgt durch ein einem Fachmann bekanntes Verfahren, beispielsweise wie im
US-Patent Nr. 6,754,573 mit dem Titel "Vehicle and Engine Control System and Method" offenbart, auf das hiermit in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird. Nach der Spieldurchquerung zum Zeitpunkt
126 erzeugt die Maschine
22 ein positives Drehmoment
128. Das positive Drehmoment
128 ist gleich einem Mindestdrehmoment
130. Das Mindestdrehmoment
130 ist das Maß an Drehmoment, das für die Maschine
22 erforderlich ist, damit diese den Eingang
28 mit der Mindestdrehzahl
116 drehen kann. Die Batterie
48 liefert eine elektrische Ladung, um die Maschine
22 anzutreiben, um sich mit der Mindestdrehzahl
116 zu drehen.
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Während eines Zeitraums 132 setzt das Fahrzeug 12 bei Empfang einer Beschleunigungsanforderung seine Bewegung fort. Die Maschine 22 wird angetrieben, um ein Drehmoment 134 auf ein Leerlaufdrehmoment 136 zu erhöhen.
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Das Drehmoment 134 erhöht eine Drehzahl 138 des Eingangs 28. Die Maschine erhöht dann das Drehmoment bis auf das Anlaufdrehmoment 140, um den Eingang 28 mit einer zunehmenden Drehzahl 142 zu drehen. Die kombinierte Wirkung der Drehmomente 134 und 140 und der Eingangsdrehzahlen 138 und 142 führen zu einer zunehmenden Geschwindigkeit 144 des Fahrzeugs.
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Das Verzögern der Spieldurchquerung durch Verringern der Mindestdrehzahl 116 bis auf unterhalb der Leerlaufdrehzahl 118 verbessert die Effizienz des Antriebsstrangs 10, indem das Rekuperationsbremspotenzial vergrößert und der Verbrauch an elektrischer Energie verringert wird. Die herkömmliche Spieldurchquerung findet zu einem Zeitpunkt 146 statt, wodurch eine Rekuperationsbremskapazität 148 verloren geht. Nach der herkömmlichen Spieldurchquerung zum Zeitpunkt 146 dreht sich der Eingang 28 mit einer Drehzahl 119, die gleich der Leerlaufdrehzahl 118 ist, wodurch die Maschine 22 mit einem positiven Drehmoment 150 betrieben wird. Das positive Drehmoment 150 ist gleich dem Leerlaufdrehmoment 136. Der Betrieb der Maschine 22 mit dem positiven Drehmoment 150 erschöpft eine elektrische Kraftquelle um einen Wert 152. Das Verzögern der Spieldurchquerung bis zum Zeitpunkt 126 bewahrt die Rekuperationsbremskapazität 148 und verhindert die Erschöpfung der elektrischen Kraftquelle um den Wert 152.
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Wenn die Beschleunigungsanforderung vor der verzögerten Spieldurchquerung zum Zeitpunkt 126 empfangen wird, sorgt die Steuereinheit 46 für eine Spieldurchquerung des Getriebes 30 zu einem vor dem Zeitpunkt 126 liegenden Zeitpunkt. Das Drehmoment der Maschine 22 und die Drehzahl des Eingangs 28 werden auf das Leerlaufdrehmoment 136 bzw. die Leerlaufdrehzahl 118 erhöht, bevor sie bei Drehmoment 140 bzw. Drehzahl 142 ansteigen.
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Wenn die Beschleunigungsanforderung während des Zeitraums 108 empfangen wird, findet die Spieldurchquerung statt, bevor die Eingangsdrehzahl 122 erreicht wird.
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Nun wird Bezug auf 3 genommen, in der eine Spieldurchquerungsroutine 200 dargestellt ist, die ähnlich der Spieldurchquerungsroutine 100 ist, aber wobei die Mindestdrehzahl 216 null beträgt. Da 3 ein Sonderfall der in 3 dargestellten Spieldurchquerungsroutine ist, beziehen sich gleiche Referenznummern auf die entsprechenden Teile in den Zeichnungen (jedoch mit Elementnummern der 200er-Reihe) und auf eine ausführliche Beschreibung wird verzichtet. Bevor die Eingangsdrehzahl sich bis auf unterhalb einer Leerlaufdrehzahl 218 verlangsamt, hat die Steuereinheit 46 bestimmt, dass eine Mindestdrehzahl 216 null beträgt. Während eines Zeitraums 220 beträgt eine Eingangsdrehzahl 222 null und ist damit gleich der null betragenden Mindestdrehzahl 216. Während des Zeitraums 220 ist ein Drehmoment 228 der Maschine bei einem Mindestdrehmoment 230 ebenfalls null. Die null betragende Mindestdrehzahl 216 maximiert die Effizienz des Antriebsstrangs 10, indem die Spieldurchquerung im Vergleich zur herkömmlichen Spieldurchquerung an einem Zeitpunkt 246 verzögert wird. Im Vergleich zur herkömmlichen Spieldurchquerung ist eine Rekuperationsbremskapazität 248 verfügbar und ein elektrischer Wert 252 wird nicht verwendet.
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Obgleich bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf dem Fachgebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen für die Umsetzung der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüche definiert wird, erkennen.
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Es wird ferner beschrieben:
- A. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines elektrifizierten Fahrzeugs, umfassend:
Erzeugen eines ersten Drehmoments in einer nicht angetriebenen elektrischen Maschine durch Drehen eines Eingangs der Maschine;
Verwenden der Maschine zum Rekuperationsbremsen, um den Eingang bis auf eine gewünschte Eingangsdrehzahl, die ungleich null ist, unterhalb einer Kraftmaschinenleerlaufdrehzahl zu verlangsamen;
Antreiben der Maschine mit der gewünschten Drehzahl, um ein zweites Drehmoment gegenüber dem ersten Drehmoment zu erzeugen, sodass eine Spieldurchquerung des Eingangs erfolgt.
- B. Verfahren nach A, wobei die das erste Drehmoment empfangende Maschine eine Batterie lädt und die das zweite Drehmoment erzeugende Maschine die Batterie entlädt.
- C. Verfahren nach A, wobei die gewünschte Drehzahl eine Mindestdrehzahl ist, um eine Getriebepumpe anzutreiben.
- D. Verfahren nach A, wobei der Eingang von einer Kraftmaschine im Antriebsstrang entkoppelt ist.
- E. Verfahren nach A, wobei die Maschine vor dem Erreichen der gewünschten Drehzahl angetrieben wird, um das zweite Drehmoment zu erzeugen und auf Grundlage einer Beschleunigungsanforderung eine Spieldurchquerung des Eingangs erfolgt.
- F. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines elektrifizierten Fahrzeugs, umfassend:
Erzeugen eines ersten Drehmoments in einer nicht angetriebenen elektrischen Maschine durch Drehen eines Eingangs der Maschine;
Verwenden der Maschine zum Rekuperationsbremsen, um den Eingang bis auf eine gewünschte Eingangsdrehzahl, die ungleich null ist, unterhalb einer Kraftmaschinenleerlaufdrehzahl zu verlangsamen;
Antreiben der Maschine, wenn die gewünschte Drehzahl erreicht ist, um ein zweites Drehmoment gegenüber dem ersten Drehmoment zu erzeugen, sodass eine Spieldurchquerung des Eingangs erfolgt
- G. Verfahren nach F, wobei das erste Drehmoment eine Batterie lädt und das zweite Drehmoment die Batterie entlädt.
- H. Verfahren nach F, wobei die gewünschte Drehzahl eine Mindestdrehzahl ist, um eine Getriebepumpe anzutreiben.
- I. Verfahren nach F, wobei die gewünschte Drehzahl null beträgt.
- J. Verfahren nach F, wobei der Eingang von einer Kraftmaschine im Antriebsstrang entkoppelt ist.
- K. Verfahren nach F, wobei die Maschine vor dem Erreichen der gewünschten Drehzahl angetrieben wird, um das zweite Drehmoment zu erzeugen, und auf Grundlage einer Beschleunigungsanforderung eine Spieldurchquerung des Eingangs erfolgt.
- L. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines elektrifizierten Fahrzeugs, umfassend:
Laden einer Batterie eines Automobilantriebsstrangs durch Drehen eines Eingangs, um ein erstes Drehmoment in einer nicht angetriebenen elektrischen Maschine zu erzeugen;
Verlangsamen der Drehung des Eingangs bis auf eine Solldrehzahl unterhalb einer Kraftmaschinenleerlaufdrehzahl;
Verzögern, bis die Solldrehzahl erreicht ist, Antreiben der Maschine, um ein zweites Drehmoment gegenüber dem ersten Drehmoment zu erzeugen, und Spieldurchquerung des Eingangs;
Betreiben der Maschine mit der Solldrehzahl.
- M. Verfahren nach L, wobei das Laden der Batterie durch das Verzögern der Spieldurchquerung zunimmt.
- N. Verfahren nach L, wobei das Entladen der Batterie durch das Verzögern der Spieldurchquerung abnimmt.
- O. Verfahren nach L, weiterhin umfassend den Schritt des Verzögerns der Beschleunigung des Eingangs von der Solldrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl, bis eine Drehmomentanforderung erfolgt.
- P. Verfahren nach L, wobei die Solldrehzahl eine Mindestdrehzahl ist, um eine Getriebepumpe anzutreiben.
- Q. Verfahren nach L, wobei die Solldrehzahl null beträgt und die Maschine nicht angetrieben wird, um die Solldrehzahl aufrechtzuerhalten.
- R. Verfahren nach L, wobei die Maschine vor dem Erreichen der Solldrehzahl angetrieben wird, um das zweite Drehmoment zu erzeugen, und auf Grundlage einer Beschleunigungsanforderung eine Spieldurchquerung des Eingangs erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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