DE102015104175A1

DE102015104175A1 - Steuern von drehmoment eines fahrzeugfahrmotors

Info

Publication number: DE102015104175A1
Application number: DE102015104175.8A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Okubo; Carol L. Okubo; Walter J. Ortmann; Marvin P. Kraska
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2015-10-01
Also published as: CN104943682B; US20150274031A1; US9254760B2; CN104943682A

Abstract

Ein hybrid-elektrischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine elektrische Maschine, die in einem Antriebsmodus und in einem Rekuperationsmodus betreibbar ist. Die Maschine hat positive und negative Drehmomentbegrenzungen für den Antriebsmodus bzw. den Rekuperationsmodus, um potenzielle thermische Beschädigungen der Maschine aufgrund von Überhitzung zu reduzieren. Die negative und die positive Drehmomentbegrenzung werden unabhängig reduziert, wenn die Temperatur der Maschine ansteigt. Die negative Drehmomentbegrenzung kann mit einer größeren Rate reduziert werden als die positive Drehmomentbegrenzung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines Fahrmotors in einem Fahrzeug.
Ein Hybrid-Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs kann eine elektrische Maschine umfassen. Die Maschine kann in einem Antriebsmodus betrieben werden, worin die Maschine rotiert, um eine Torsionskraft zu erzeugen, die das Fahrzeug antreibt. Alternativ kann die Maschine in einem Rekuperationsmodus betrieben werden, um eine elektrische Ladung zu erzeugen, die in einer Batterie gespeichert wird. Der Betrieb der Maschine im Antriebsmodus und im Rekuperationsmodus erzeugt Wärme. Die von der Maschine erzeugte Wärme kann erhöht sein, wenn das Fahrzeug im Stop-and-Go-Verkehr oder auf Straßen mit schnellen Gefälleänderungen fährt. Übermäßige Wärme kann die Maschine beschädigen. Entsprechend haben Maschinen typischerweise eine Drehmomentbegrenzung, die angewendet wird, um die Maschine vor thermischer Beschädigung infolge von Überhitzung zu schützen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform berücksichtigt ein Verfahren zum Steuern von Drehmoment eines Fahrmotors in einem Fahrzeug. Eine Temperatur des Motors wird gemessen, der Motor hat positive und negative Drehmomentbegrenzungen. Wenn die gemessene Temperatur über einem ersten Temperaturgrenzwert und unter einem zweiten Temperaturgrenzwert liegt, wird eine reduzierte negative Drehmomentbegrenzung berechnet, während die volle positive Drehmomentbegrenzung aufrechterhalten wird. Der Motor wird unter Verwendung der reduzierten negativen Drehmomentbegrenzung und der vollen positiven Drehmomentbegrenzung betrieben.
Eine weitere Ausführungsform berücksichtigt ein Verfahren zum Steuern von Drehmoment eines Fahrmotors in einem Fahrzeug. Eine Temperatur des Motors wird gemessen, der Motor hat erste und zweite Drehmomentbegrenzungen. Ein Einstellfaktor wird unter Verwendung der gemessenen Temperatur berechnet. Eine korrigierte erste Drehmomentbegrenzung wird unter Verwendung des Einstellfaktors berechnet, während die zweite Drehmomentbegrenzung nicht verändert wird. Eine Drehmomentkapazität des Motors wird unter Verwendung der korrigierten ersten Drehmomentbegrenzung und der unveränderten zweiten Drehmomentbegrenzung begrenzt.
Eine weitere Ausführungsform zieht eine Motordrehmoment-Steuerungsanordnung in Betracht. Ein Temperatursensor zeichnet eine Temperatur des Motors auf, der positive und negative Drehmomentbegrenzungen hat. Eine Steuereinheit empfängt die Temperatur vom Sensor und stellt die positiven und negativen Drehmomentbegrenzungen als eine Funktion der Temperatur ein. Die positiven und negativen Drehmomentbegrenzungen werden unabhängig eingestellt.
Ein Vorteil einer Ausführungsform ist, dass das Fahrmotordrehmoment für die unterschiedlichen Betriebsmodi des Fahrmotors unabhängig begrenzt ist. Die Drehmomentbegrenzungen können unabhängig für den Antriebsmodus und den Rekuperationsmodus der Maschine angewendet werden. Dies verbessert die Fahrbarkeit des Fahrzeugs, wenn das Fahrmotordrehmoment aufgrund von Überhitzung begrenzt ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem hybrid-elektrischen Antriebsstrang.
2 ist ein Graph der Kraftmaschinendrehmomentbegrenzungen und der Temperatur.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 stellt schematisch einen hybrid-elektrischen Antriebsstrang 10 für ein Kraftfahrzeug 12 dar. Dieser Antriebsstrang ist beispielhaft und kann bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb, mit Vorderradantrieb und bei Fahrzeugen mit Allradantrieb umgesetzt werden.
Der Antriebsstrang 10 umfasst eine Brennkraftmaschine 14, die eine Kurbelwelle 16 antreibt. Zwischen der Kraftmaschine 14 und einer elektrischen Maschine (Fahrmotor) 22 ist eine Kupplung 18 angeordnet. Die Maschine 22 arbeitet in verschiedenen Modi, sowohl als Motor zum Bereitstellen eines Antriebs für das Fahrzeug als auch als Generator, der die Batterie 48 lädt. Wenn die Kupplung 18 eingerückt ist, verbindet sie die Kurbelwelle 16 mit einem Eingang 20 einer elektrischen Maschine und überträgt Drehmoment zwischen der Kraftmaschine 14 und der Maschine 22. Die Maschine 22 wiederum überträgt über einen Drehmomentwandlereingang 24 Drehmoment auf einen Drehmomentwandler 26, und der Drehmomentwandler 26 überträgt über einen Getriebeeingang 28 Drehmoment zu einem Getriebe 30. Das Getriebe 30 dreht eine Antriebswelle 32, die ihrerseits ein Differenzial 34 dreht. Das Differenzial 34 überträgt Drehmoment auf die erste bzw. zweite Achse 36 bzw. 38, die ein erstes bzw. zweites Rad 40 bzw. 42 antreiben. Der Betrieb der Maschine 22 wird durch eine Motorsteuereinheit 44 gesteuert. Ein Temperatursensor 46 überwacht eine Temperatur 102 (in 2 gezeigt) der Maschine 22 und leitet diese an die Steuereinheit 44 weiter. Die Batterie 48 ist elektrisch mit der Maschine 22 verbunden.
2 wird nun mit Bezug auf 1 erörtert. 2 stellt grafisch Antriebsdrehmoment- bzw. Rekuperationsmomentkapazitäten 104 bzw. 106 der Maschine 22 und die Temperatur 102 der Maschine 22 während einer Drehmomentkapazität-Begrenzungsroutine 100 dar. In 2 steigt die Temperatur 102 nach rechts an. Die Antriebsdrehmoment- und Rekuperationsmomentkapazitäten 104 bzw. 106 sind als Funktion der Temperatur 102 begrenzt.
Die Maschine 22 hat einen Antriebsmodus und einen Rekuperationsmodus. Im Antriebsmodus verwendet die Maschine 22 die Leistung von der Batterie 48 zum Produzieren von Drehmoment, um den Eingang 24 des Drehmomentwandlers zu drehen, was dazu führt, dass das erste und das zweite Rad 40 bzw. 42 angetrieben wird. Im Rekuperationsmodus wird Energie, wie die kinetische Energie des Fahrzeugs 12, verwendet, um die Maschine 22 zu drehen, um eine elektrische Ladung zu erzeugen, die in der Batterie 48 gespeichert wird. Der Rekuperationsmodus kann eingesetzt werden, um das Fahrzeug 12 zu bremsen, und er kann durch eine Fahrzeugbremsanforderung aktiviert werden. Die Motorsteuereinheit 44 legt erste und zweite Drehmomentbegrenzungen 108 bzw. 110 für die Maschine 22 fest. Die erste und die zweite Drehmomentbegrenzung 108 bzw. 110 können so eingestellt werden, dass das Potenzial einer thermischen Beschädigung der Maschine 22 aufgrund von Überhitzung reduziert wird. Die Motorsteuereinheit 44 gestattet nicht, dass die Drehmomentanforderung entweder die erste oder die zweite Drehmomentbegrenzung 108 bzw. 110 überschreitet. Die erste Drehmomentbegrenzung 108 ist eine positive Drehmomentbegrenzung, die die Antriebsdrehmomentkapazität 104 der Maschine 22 begrenzt, wenn die Maschine 22 im Antriebsmodus betrieben wird. Die zweite Drehmomentbegrenzung 110 ist eine negative Drehmomentbegrenzung, die die Rekuperationsmomentkapazität 106 der Maschine 22 begrenzt, wenn die Maschine 22 im Rekuperationsmodus betrieben wird.
In einem ersten Temperaturbereich 112a wird eine erste Temperatur 102a der Maschine 22 durch den Temperatursensor 46 gemessen und an die Motorsteuereinheit 44 weitergeleitet. Die Motorsteuereinheit bestimmt, dass die erste Temperatur kleiner oder gleich der ersten Temperaturbegrenzung T1 ist. Die erste Temperaturbegrenzung T1 ist eine Temperatur, bei der oder unterhalb der die Maschine 22 betrieben werden kann, wie durch einen Fachmann verstanden wird, ohne Berücksichtigung einer potenziellen thermischen Beschädigung. Im ersten Temperaturbereich 112a werden eine erste Drehmomentbegrenzung 108a für die Antriebsdrehmomentkapazität 104 und eine zweite Drehmomentbegrenzung 110a für die Rekuperationsmomentkapazität 106 unabhängig von der ersten Temperatur festgelegt. Die erste und die zweite Drehmomentbegrenzung 108a bzw. 110a sind als Funktion der ersten Temperatur unverändert. (Die erste und die zweite Drehmomentbegrenzung 108a bzw. 110a können als Funktion eines anderen, von der Temperatur 102 verschiedenen Werts geändert werden.) Im ersten Temperaturbereich 112a wird die Maschine 22 normalerweise im Antriebsmodus betrieben, wobei die erste Drehmomentbegrenzung 108a nicht überschritten wird, und sie wird im Rekuperationsmodus betrieben, wobei die zweite Drehmomentbegrenzung 110a (in der negativen Richtung) nicht überschritten wird.
Im zweiten Temperaturbereich 112b wird eine zweite Temperatur 102b der Maschine 22 durch den Temperatursensor 46 gemessen und an die Motorsteuereinheit 44 weitergeleitet. Die Motorsteuereinheit bestimmt, dass die zweite Temperatur größer als die erste Temperaturbegrenzung T1, aber kleiner als eine zweite Temperaturbegrenzung T2 ist. Zwischen der ersten Temperaturbegrenzung T1 und der zweiten Temperaturbegrenzung T2 liegt ein Bereich von Temperaturen, bei denen potenzielle thermische Beschädigungen an der Maschine 22, wie von einem Fachmann verstanden, ein Problem darstellen. Im zweiten Temperaturbereich 112b berechnet die Motorsteuereinheit 44 einen ersten Einstellfaktor und verwendet den ersten Einstellfaktor zum Festlegen der zweiten Drehmomentbegrenzung 110b. Diese zweite Drehmomentbegrenzung 110b ist kleiner als die erste Drehmomentbegrenzung 110a im ersten Temperaturbereich 112a. Diese zweite Drehmomentbegrenzung 110b kann das zulässige Rekuperationsmoment absenken (erster Einstellfaktor), wenn sich die Temperatur innerhalb des zweiten Temperaturbereichs erhöht. Dieses Absenken (erster Einstellfaktor) kann beispielsweise ein lineares Absenken sein, es kann aber auch unter Verwendung einer anderen, nicht-linearen Funktion erfolgen. Die erste Drehmomentbegrenzung 110b wird unter Verwendung des ersten Einstellfaktors bestimmt, um die erste Drehmomentbegrenzung 110a einzustellen. Im zweiten Temperaturbereich 112b ist die erste Drehmomentbegrenzung 108b von der ersten Drehmomentbegrenzung 108a als eine Funktion der Temperatur 102 unverändert. (Die erste Drehmomentbegrenzung 108b kann als Funktion eines anderen, von der Temperatur 102 verschiedenen Werts geändert werden.) Im zweiten Temperaturbereich 112b wird die Maschine 22 im Antriebsmodus betrieben, wobei die erste Drehmomentbegrenzung 108b nicht überschritten wird, und sie wird im Rekuperationsmodus betrieben, wobei die zweite (reduzierte) Drehmomentbegrenzung 110b nicht überschritten wird.
In einem dritten Temperaturbereich 112c wird eine dritte Temperatur 102c der Maschine 22 durch den Temperatursensor 46 gemessen und an die Motorsteuereinheit 44 weitergeleitet. Die Motorsteuereinheit 44 bestimmt, dass die dritte Temperatur größer als oder gleich groß wie die zweite Temperaturbegrenzung T2 und kleiner als eine dritte Temperaturbegrenzung T3 ist. Bei oder über der zweiten Temperaturbegrenzung T2 und unterhalb von T3 gibt es ein Potenzial für eine stärkere thermische Beschädigung der Maschine 22. Im dritten Temperaturbereich 112c berechnet die Motorsteuereinheit 44 einen zweiten Einstellfaktor für eine erste Drehmomentbegrenzung 108c und einen dritten Einstellfaktor für eine zweite Drehmomentbegrenzung 110c, um das Drehmoment an der Maschine zu reduzieren. Die Motorsteuereinheit 44 verwendet den zweiten Einstellfaktor, um die erste Drehmomentbegrenzung 108c durch Einstellen der ersten Drehmomentbegrenzung 108b festzulegen und den dritten Einstellfaktor, um die zweite Drehmomentbegrenzung 110c durch Einstellen der zweiten Drehmomentbegrenzung 110b festzulegen. Diese Absenkfaktoren können beispielsweise ein lineares Absenken sein, es können aber auch andere, nicht-lineare Funktionen verwendet werden. Im dritten Temperaturbereich 112c wird die Maschine 22 im Antriebsmodus betrieben, wobei die erste Drehmomentbegrenzung 108c nicht überschritten wird, und sie wird im Rekuperationsmodus betrieben, wobei die zweite Drehmomentbegrenzung 110c nicht überschritten wird.
Wenn eine Temperatur im dritten Temperaturbereich 112c ansteigt, werden die erste und die zweite Drehmomentbegrenzung 108c und 110c verringert, bis eine dritte Temperaturbegrenzung T3 erreicht ist und ein Notbetrieb in einem vierten Temperaturbereich 112d angenommen wird. Im Notbetrieb erzeugt die Maschine 22, wie von einem Fachmann verstanden wird, ein minimales Drehmoment, um das Fahrzeug 12 mit einer Kriechgeschwindigkeit anzutreiben. Der Notbetrieb schwächt potenziell schwerwiegende thermische Beschädigungen an der Maschine 22 ab, ermöglicht aber weiterhin ein Fahren des Fahrzeugs 12. Wie dargestellt, können die erste und die zweite Drehmomentbegrenzung 108c bzw. 110c bei derselben Temperatur T3 den Notbetrieb erreichen. Alternativ kann die erste Drehmomentbegrenzung 108c bei einer anderen Temperatur den Notbetrieb erreichen als die Temperatur, bei der die zweite Drehmomentbegrenzung 110c den Notbetrieb erreicht. Im Notbetrieb kann die Größe der ersten und der zweiten Drehmomentbegrenzung 108d bzw. 110d gleich sein. Die erste oder die zweite Drehmomentbegrenzung 108d bzw. 110d kann vor der anderen erreicht werden. Alternativ können die erste und die zweite Drehmomentbegrenzung 108d bzw. 110d zur gleichen Zeit erreicht werden. Alternativ kann die Rekuperationsmomentbegrenzung im Notbetrieb null sein, wobei nur das Antriebsdrehmoment nicht null ist.
Der erste, der zweite und der dritte Einstellfaktor können alle unterschiedliche Werte haben, oder sie können alle unabhängig von den anderen Einstellfaktoren festgelegt werden. Beispielsweise kann die Rekuperationsmomentkapazität 106 im Temperaturintervall 112c unabhängig von der Rekuperationskapazität 106 im Temperaturintervall 112b begrenzt werden. Wie dargestellt, sind der erste, der zweite und der dritte Einstellfaktor linear. Alternativ kann mindestens der erste, zweite oder dritte Einstellfaktor nicht-linear sein. Wie an dem in 2 dargestellten Beispiel zu sehen ist, können der erste, der zweite und der dritte Einstellfaktor so festgelegt werden, dass bei einer gegebenen Temperatur die Rekuperationsmomentkapazität 106 stärker begrenzt ist als die Antriebsdrehmomentkapazität 104.
Wie beschrieben, ist der Antriebsstrang 10 ein hybrid-elektrischer Antriebsstrang parallelen Typs. Die Drehmomentkapazität-Begrenzungsroutine 100 kann auch mit anderen Antriebssträngen verwendet werden, die einem Fachmann bekannt sind, beispielsweise mit rein elektrischen Antriebssträngen oder mit hybrid-elektrischen Antriebssträngen vom seriellen Typ oder solchen mit Leistungsverteilung.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben wurden, kann ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Umsetzung der Erfindung, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist, erkennen.
Es wird ferner beschrieben:

A. Verfahren zum Steuern von Drehmoment eines Fahrzeug-Fahrmotors mit positiver und negativer Drehmomentbegrenzung, Folgendes umfassend: wenn eine Motortemperatur innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs liegt, Betreiben des Motors unter Verwendung einer verringerten negativen Drehmomentbegrenzung und einer vollen positiven Drehmomentbegrenzung.
B. Verfahren nach A, des Weiteren umfassend, wenn die Motortemperatur überhalb des vorherbestimmten Bereichs liegt, Betreiben des Motors unter Verwendung einer noch weiter verringerten negativen Drehmomentbegrenzung und einer reduzierten positiven Drehmomentbegrenzung.
C. Verfahren nach B, wobei eine Größe der Reduzierung der negativen Drehmomentbegrenzung größer ist als eine Größe der Reduzierung der positiven Drehmomentbegrenzung.
D. Verfahren nach A, wobei eine Größe der reduzierten negativen Drehmomentbegrenzung eine Funktion der Motortemperatur ist und sich die Größe der Reduzierung erhöht, wenn die Temperatur ansteigt.
E. Verfahren nach A, wobei der Motor in Reaktion auf eine Fahrzeugbremsanforderung ein negatives Drehmoment erzeugt.
F. Verfahren nach A, wobei die positive und die negative Drehmomentbegrenzung durch eine Motorsteuereinheit auf den Motor angewendet werden.
G. Fahrmotordrehmoment-Steuerungsanordnung für einen Fahrmotor mit positiver und negativer Drehmomentbegrenzung, Folgendes umfassend: eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, die positive und negative Drehmomentbegrenzung unabhängig als eine Funktion der Motortemperatur einzustellen.
H. Anordnung nach G, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sich eine Größe der eingestellten positiven Drehmomentbegrenzung von einer Größe der eingestellten negativen Drehmomentbegrenzung unterscheidet.
I. Anordnung nach G, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass eine Einstellung der positiven Drehmomentbegrenzung nicht gleich der Einstellung der negativen Drehmomentbegrenzung ist.
J. Anordnung nach G, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass in einem vorherbestimmten Temperaturbereich die positive Drehmomentbegrenzung nicht als eine Funktion der Temperatur eingestellt wird.
K. Anordnung nach G, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass in einem vorherbestimmten Temperaturbereich die negative Drehmomentbegrenzung eingestellt wird, während die positive Drehmomentbegrenzung konstant gehalten wird.
L. Anordnung nach G, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sich eine Größe der positiven und der negativen Drehmomentbegrenzung verringert, wenn die Temperatur der Maschine ansteigt.
M. Verfahren zum Steuern von Drehmoment eines Fahrzeug-Fahrmotors mit erster und zweiter Drehmomentbegrenzung, Folgendes umfassend: Begrenzen einer Drehmomentkapazität des Motors unter Verwendung der ersten Drehmomentbegrenzung und einer korrigierten zweiten Drehmomentbegrenzung, basierend auf einem Einstellfaktor, unter Verwendung einer Temperatur des Motors.
N. Verfahren nach M, wobei sich eine Größe der korrigierten zweiten Drehmomentbegrenzung verringert, wenn die gemessene Temperatur ansteigt.
O. Verfahren nach M, wobei die erste Drehmomentbegrenzung auf eine positive Drehmomentkapazität des Motors und die zweite Drehmomentbegrenzung auf eine negative Drehmomentkapazität des Motors angewendet wird.
P. Verfahren nach O, wobei die positive Drehmomentkapazität das Fahrzeug antreibt und die negative Drehmomentkapazität eine Batterie lädt.

Claims

Verfahren zum Steuern von Drehmoment eines Fahrzeug-Fahrmotors mit positiver und negativer Drehmomentbegrenzung, Folgendes umfassend: wenn eine Motortemperatur innerhalb eines vorherbestimmten Bereichs liegt, Betreiben des Motors unter Verwendung einer verringerten negativen Drehmomentbegrenzung und einer vollen positiven Drehmomentbegrenzung.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend, wenn die Motortemperatur überhalb des vorherbestimmten Bereichs liegt, Betreiben des Motors unter Verwendung einer noch weiter verringerten negativen Drehmomentbegrenzung und einer reduzierten positiven Drehmomentbegrenzung.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei eine Größe der Reduzierung der negativen Drehmomentbegrenzung größer ist als eine Größe der Reduzierung der positiven Drehmomentbegrenzung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Größe der reduzierten negativen Drehmomentbegrenzung eine Funktion der Motortemperatur ist und sich die Größe der Reduzierung erhöht, wenn die Temperatur ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor in Reaktion auf eine Fahrzeugbremsanforderung ein negatives Drehmoment erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die positive und die negative Drehmomentbegrenzung durch eine Motorsteuereinheit auf den Motor angewendet werden.