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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Steuern eines Motors während des Einrückens und Ausrückens einer Trennkupplung in einem Hybridfahrzeug.
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HINTERGRUND
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Hybridelektrofahrzeuge umfassen sowohl Kraftmaschinen als auch Traktionsmotoren. Ein Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffökonomie in einem HEV ist das Ausschalten der Kraftmaschine während Zeiträumen, in denen die Kraftmaschine nicht effizient betrieben wird und nicht anderweitig zum Vortrieb des Fahrzeugs benötigt wird. In diesen Situationen wird der Elektromotor in einem Elektroantriebsmodus zur Bereitstellung der gesamten zum Vortrieb des Fahrzeugs benötigten Leistung verwendet. Einige Hybridelektrofahrzeugantriebsstrangkonfigurationen umfassen eine Trennkupplung, die dazu konfiguriert ist, bei einem Elektroantriebsmodus die Kraftmaschine vom Motor und dem Getriebe selektiv abzuschalten.
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KURZE DARSTELLUNG
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Ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung, bei dem das Fahrzeug eine Kraftmaschine, ein Getriebe und eine elektrische Maschine, die zur Bereitstellung von Antriebsmoment in der Lage ist, über eine Kupplung mit der Kraftmaschine selektiv gekoppelt wird und mit dem Getriebe selektiv gekoppelt wird, umfasst, umfasst Ansteuern der elektrischen Maschine zur Bereitstellung von Antriebsmoment. Der Befehl an die elektrische Maschine erfolgt als Reaktion auf eine Fahrerdrehmomentanforderung und darauf, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist. Das Verfahren umfasst darüber hinaus als Reaktion auf eine Kraftmaschinenstartanforderung Ansteuern der Kupplung, aus einer geöffneten Stellung durch eine Schlupfstellung in eine gesperrte Stellung zu wechseln. Das Verfahren umfasst ferner als Reaktion darauf, dass sich die Kupplung in der Schlupfstellung befindet, Ansteuern der elektrischen Maschine zur Bereitstellung eines Gesamtdrehmoments, das einer Summe aus dem Antriebsmoment und einem Aufstockdrehmoment entspricht, wobei das Aufstockdrehmoment auf einer Kupplungsdrehmomentkapazität basiert.
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Bei einer Ausführungsform basiert die Kupplungsdrehmomentkapazität auf einem Kupplungsdruck, einem Radius einer Reibfläche, einer Anzahl an Reibflächen und einem Kupplungsreibungskoeffizienten. Bei einer anderen Ausführungsform kommt es ferner als Reaktion auf eine Differenz zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Motordrehzahl zu einem Aufstockdrehmoment. Dies kann eine hyperbolische Tangensfunktion der Differenz zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Motordrehzahl umfassen.
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Ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Kraftmaschine, einen Traktionsmotor, eine Trennkupplung, die zum selektiven koppeln der Kraftmaschine und des Motors konfiguriert ist, und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, als Reaktion darauf, dass die Kupplung rutscht, den Traktionsmotor dahingehend anzusteuern, ein Aufstockdrehmoment bereitzustellen. Die Höhe des Aufstockdrehmoments basiert auf dem niedrigeren aus einem ersten Drehmoment, das einem Kraftmaschinendrehmoment entspricht, und einem zweiten Drehmoment, das einer Kupplungsdrehmomentkapazität entspricht.
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Bei einer Ausführungsform basiert das Aufstockdrehmoment ferner auf einer Differenz zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Motordrehzahl. Dies kann eine hyperbolische Tangensfunktion der Differenz zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Motordrehzahl umfassen. Bei einigen Ausführungsformen ist die Kupplungsdrehmomentkapazität eine Funktion eines Kupplungsdrucks, eines Radius einer Reibfläche, einer Anzahl an Reibflächen und eines Kupplungsreibungskoeffizienten. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerung darüber hinaus dazu konfiguriert, als Reaktion auf eine Fahrerdrehmomentanforderung den Traktionsmotor dahingehend anzusteuern, ein Gesamtdrehmoment bereitzustellen, das einer Summe aus einem Antriebsmoment basierend auf der Fahrerdrehmomentanforderung und dem Aufstockdrehmoment entspricht.
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Ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei das Fahrzeug eine Kraftmaschine, einen Traktionsmotor und eine Kupplung umfasst, die zum selektiven Koppeln der Kraftmaschine mit dem Motor konfiguriert ist, umfasst Ansteuern des Traktionsmotors zur Bereitstellung eines Aufstockdrehmoments. Der Motor wird dahingehend angesteuert, als Reaktion darauf, dass sich die Kupplung in einem Schlupfzustand befindet und ferner als Reaktion auf ein aktuelles Kraftmaschinendrehmoment das Aufstockdrehmoment bereitzustellen. Die Höhe des angesteuerten Aufstockdrehmoments basiert auf dem niedrigeren aus einem ersten und einem zweiten Drehmoment. Das erste Drehmoment entspricht einem Kraftmaschinendrehmoment und das zweite Drehmoment entspricht einer Kupplungsdrehmomentkapazität. Durch den Motor bereitgestelltes Antriebsmoment ist somit allgemein ununterbrochen.
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Bei einer Ausführungsform basiert das Aufstockdrehmoment ferner auf einer Differenz zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Motordrehzahl. Dies kann eine hyperbolische Tangensfunktion der Differenz zwischen der Kraftmaschinendrehzahl und der Motordrehzahl umfassen. Bei einigen Ausführungsformen basiert die Kupplungsdrehmomentkapazität auf einem Kupplungsdruck, einem Radius einer Reibfläche, einer Anzahl an Reibflächen und einem Kupplungsreibungskoeffizienten. Eine weitere Ausführungsform umfasst darüber hinaus, als Reaktion darauf, dass sich die Kupplung in einem Schlupfzustand befindet und ein aktuelles Kraftmaschinendrehmoment nicht zur Verfügung steht, dahingehendes Ansteuern des Traktionsmotors, ein Aufstockdrehmoment basierend auf dem zweiten Drehmoment, das der Kupplungsdrehmomentkapazität entspricht, bereitzustellen. Eine weitere Ausführungsform umfasst darüber hinaus, als Reaktion auf eine Fahrerdrehmomentanforderung, dahingehendes Ansteuern des Traktionsmotors, ein Gesamtdrehmoment, das einer Summe aus einem Antriebsmoment, das der Fahrerdrehmomentanforderung entspricht, und dem Aufstockdrehmoment entspricht, bereitzustellen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bieten eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise stellt die vorliegende Offenbarung ein robustes, zuverlässiges Verfahren zur Steuerung eines Motors zum Ausgleichen von Drehmoment über eine Trennkupplung hinweg, wodurch Geräusche, Schwingungen und Rauigkeit (NVH – Noise, Vibration and Harshness) reduziert werden.
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Die oben angeführten Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs mit einer modularen Antriebsstrangkonfiguration;
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2 stellt Kraftmaschinen- und Motordrehzahlen und -drehmomente während eines beispielhaften Kraftmaschinenstarts dar;
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3 stellt ein Verfahren zur Berechnung von Drehmoment in einer Trennkupplung in Form eines Ablaufdiagramms dar;
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4 stellt ein Verfahren zur Berechnung von Drehmoment in einer Trennkupplung in Form eines Blockdiagramms dar; und
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5 stellt ein Verfahren zur Steuerung eines Motors in einem Hybridelektrofahrzeug mit einer modularen Antriebsstrangkonfiguration in Form eines Ablaufdiagramms dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen daher nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen liefern Ausführungsbeispiele für typische Anwendungen. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
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Mit Bezug auf 1 ist ein Schemadiagramm eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV – Hybrid Electric Vehicle) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. 1 stellt beispielhafte Beziehungen unter den Komponenten dar. Die physische Positionierung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 10 umfasst einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 umfasst eine Kraftmaschine 14, die ein Getriebe 16 antreibt, das als modulares Hybridgetriebe (MHT – Modular Hybrid Transmission) bezeichnet werden kann. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, umfasst das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie z. B. einen Elektromotor/Generator (M/G) 18, eine zugeordnete Traktionsbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein mehrstufiges Automatikgetriebe oder Zahnradgetriebe 24.
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Sowohl die Kraftmaschine 14 als auch der M/G 18 sind Antriebsquellen für das HEV 10. Die Kraftmaschine 14 stellt allgemein eine Leistungsquelle dar, die eine Brennkraftmaschine, wie z. B. eine mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebene Kraftmaschine, oder eine Brennstoffzelle umfassen kann. Die Kraftmaschine 14 erzeugt eine Kraftmaschinenleistung und entsprechendes Kraftmaschinendrehmoment, das dem M/G 18 zugeführt wird, wenn eine Trennkupplung 26 zwischen der Kraftmaschine 14 und dem M/G 18 zumindest teilweise eingerückt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige mehrerer Arten elektrischer Maschinen implementiert sein. Beispielsweise kann der M/G 18 ein permanent erregter Synchronmotor sein. Leistungselektronik 56 bereitet durch die Batterie 20 bereitgestellte Gleichstromenergie (DC-Energie) gemäß den Erfordernissen des M/G 18 auf, wie im Folgenden beschrieben wird. Beispielsweise kann Leistungselektronik den M/G 18 mit Dreiphasenwechselstrom (Dreiphasen-AC-Strom) versorgen.
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Wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist, ist ein Leistungsfluss von der Kraftmaschine 14 zum M/G 18 oder vom M/G 18 zur Kraftmaschine 14 möglich. Beispielsweise kann die Trennkupplung 26 eingerückt sein und der M/G 18 kann als Generator betrieben werden, um durch eine Kurbelwelle 28 und eine M/G-Welle 30 bereitgestellte Drehenergie in elektrische Energie, die in der Batterie 20 gespeichert werden soll, umzuwandeln. Die Trennkupplung 26 kann auch ausgerückt sein, um die Kraftmaschine 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 zu trennen, 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 mit der Welle 30 durchgängig antriebsverbunden, die Kraftmaschine 14 hingegen ist nur mit der Welle 30 antriebsverbunden, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist. Wenn die Trennkupplung 26 eingerückt ist, besteht zwischen der Drehzahl der Kraftmaschine 14 und der Drehzahl des M/G 18 ein festes Drehzahlverhältnis.
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Der M/G 18 ist mit dem Drehmomentwandler 22 über die Welle 30 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist daher mit der Kraftmaschine 14 verbunden, wenn die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler 22 enthält ein an der M/G-Welle 30 befestigtes Pumpenrad und eine an einer Getriebeeingangswelle 32 befestigte Turbine. Der Drehmomentwandler 22 stellt somit eine hydraulische Kopplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeeingangswelle 32 bereit. Der Drehmomentwandler 22 überträgt Leistung vom Pumpenrad auf die Turbine, wenn sich das Pumpenrad schneller als die Turbine dreht. Die Höhe des Turbinendrehmoments und des Pumpenraddrehmoments hängt allgemein von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis von Pumpenraddrehzahl zu Turbinendrehzahl ausreichend hoch ist, ist das Turbinendrehmoment ein Vielfaches des Pumpenraddrehmoments. Eine Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 kann ebenso vorgesehen sein, so dass sie, wenn sie eingerückt ist, das Pumpenrad und die Turbine des Drehmomentwandlers 22 reibungs- oder mechanisch koppelt, wodurch ein effizienterer Leistungsfluss gestattet wird. Die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 kann als eine Anfahrkupplung zum Bereitstellen eines sanften Fahrzeuganfahrens betrieben werden. Alternativ dazu oder damit kombiniert, kann bei Anwendungen, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 enthalten, eine der Trennkupplung 26 ähnliche Anfahrkupplung zwischen dem M/G 18 und dem Zahnradgetriebe 24 vorgesehen sein. Bei einigen Anwendungen wird die Trennkupplung 26 allgemein als eine stromaufwärtige Kupplung bezeichnet, und die Anfahrkupplung 34 (bei der es sich um eine Drehmomentwandler-Bypasskupplung handeln kann) wird allgemein als eine stromabwärtige Kupplung bezeichnet.
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Das Zahnradgetriebe 24 kann nicht gezeigte Zahnradsätze umfassen, die gezielt in verschiedene Gangübersetzungen versetzt werden, und zwar durch gezieltes Einrücken von Reibelementen, wie z. B. Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), um die gewünschten mehreren diskreten oder abgestuften Gangstufen zu erzeugen. Die Reibelemente sind durch einen Schaltplan steuerbar, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze zur Steuerung der Übersetzung zwischen einer Getriebeausgangswelle 36 und der Getriebeeingangswelle 32 verbindet und trennt. Das Zahnradgetriebe 24 wird basierend auf verschiedenen Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung, wie z. B. eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU – Powertrain Control Unit) 50, automatisch von einer Übersetzung in eine andere geschaltet. Das Zahnradgetriebe 24 führt dann der Ausgangswelle 36 Antriebsstrangausgangsdrehmoment zu. Es ist verständlich, dass das Zahnradgetriebe 24 ein wählbares festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des M/G 18 und der Drehzahl der Fahrzeugtraktionsräder 42 bereitstellt.
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Es versteht sich, dass das hydraulisch gesteuerte Zahnradgetriebe 24 unter Verwendung eines Drehmomentwandlers 22 lediglich ein Beispiel für eine Zahnradgetriebe- oder Getriebeanordnung ist; mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann ein beliebiges mehrstufiges Zahnradgetriebe, das Eingangsdrehmoment(e) von einer Kraftmaschine und/oder einem Motor empfängt und dann einer Ausgangswelle Drehmoment bei den verschiedenen Übersetzungen zuführt, verwendet werden. Das Zahnradgetriebe 24 kann beispielweise in einem automatisierten mechanischen Getriebe (oder Handschaltgetriebe) (AMT – Automated Manual Transmission) implementiert sein, das zur Auswahl einer gewünschten Gangübersetzung einen oder mehrere Servomotoren zur Verschiebung/Drehung von Schaltgabeln entlang einer Schaltschiene enthält. Im Allgemeinverständnis eines Durchschnittsfachmanns kann ein AMT beispielsweise bei Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen eingesetzt werden.
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Wie in der repräsentativen Ausführungsform von 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 36 mit einem Differenzial 40 verbunden. Das Differenzial 40 treibt über entsprechende Achsen 44, die mit dem Differenzial 40 verbunden sind, ein Paar Räder 42 an. Das Differenzial überträgt ungefähr die gleiche Menge an Drehmoment auf jedes Rad 42 und gestattet geringfügige Drehzahlunterschiede, z. B. wenn das Fahrzeug wendet. Verschiedene Arten von Differenzialen oder ähnliche Vorrichtungen können zur Verteilung von Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder verwendet werden. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung in Abhängigkeit von beispielsweise dem bestimmten Betriebsmodus oder der bestimmten Betriebsbedingung variieren.
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Der Antriebsstrang 12 enthält ferner eine zugeordnete Antriebsstrangsteuereinheit (PCU – Powertrain Control Unit) 50. Obwohl sie als eine Steuerung dargestellt ist, kann die PCU 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und kann durch verschiedene andere über das Fahrzeug 10 hinweg verteilte Steuerungen, wie z. B. eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller), gesteuert werden. Es versteht sich daher, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen insgesamt als eine ”Steuerung” bezeichnet werden können, die als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren zur Steuerung von Funktionen, wie z. B. Starten/Stoppen der Kraftmaschine 14, Betreiben des M/G 18 zur Bereitstellung von Raddrehmoment oder zum Laden der Batterie 20, Wählen oder Planen von Getriebeschaltvorgängen usw., verschiedene Aktuatoren steuert. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) umfassen, der oder die mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Verbindung steht. Zu rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in zum Beispiel Nurlesespeichern (ROM – Read-Only Memory), Direktzugriffsspeichern (RAM – Random-Access Memory) und Keep-Alive-Speichern (KAM – Keep Alive Memory) gehören. Der KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern von verschiedenen Betriebsvariablen, während die CPU abgeschaltet ist, verwendet werden kann. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Speichervorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel PROM (programmierbare Nurlesespeicher), EPROM (elektrische PROM), EEPROM (elektrisch löschbare PROM), Flash-Speicher oder irgendwelche anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung beim Steuern der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs verwendet werden.
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Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Kraftmaschinen/Fahrzeug-Sensoren und -Aktuatoren über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O-Schnittstelle), die als eine einzige integrierte Schnittstelle implementiert werden kann, die eine verschiedenartige Rohdaten- oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umsetzung, einen Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ dazu können ein oder mehrere zweckgebundene Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um spezielle Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wie in der repräsentativen Ausführungsform von 1 allgemein dargestellt, kann die PCU 50 Signale zu und/oder von der Kraftmaschine 14, der Trennkupplung 26, dem M/G 18, der Anfahrkupplung 34, dem Übersetzungsgetriebe 24 und der Leistungselektronik 56 kommunizieren. Der Durchschnittsfachmann wird verschiedene von der PCU 50 steuerbare Funktionen oder Komponenten in jedem der oben identifizierten Untersysteme erkennen, obwohl diese nicht explizit dargestellt sind. Zu repräsentativen Beispielen von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt durch von der Steuerung ausgeführte Steuerlogik betätigt werden können, zählen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, -menge und -dauer, Drosselklappenstellung, Zündkerzenzündzeitpunkt (bei Fremdzündungskraftmaschinen), Einlass-/Auslassventilsteuerzeiten und -öffnungszeiten, Vorbaunebenaggregatantrieb(FEAD – Front-End Accessory Drive)-Komponenten, wie z. B. eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, Batterieladung, regeneratives Bremsen, M/G-Betrieb, Kupplungsdrücke für die Trennkupplung 26, die Anfahrkupplung 34 und das Übersetzungsgetriebe 24 usw. Sensoren, die eine Eingabe durch die I/O-Schnittstelle übertragen, können verwendet werden, um beispielsweise Turboladeraufladedruck, Kurbelwellenstellung (PIP), Motordrehzahl (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Einlasskrümmerdruck (MAP), Fahrpedalstellung (PPS), Zündschalterstellung (IGN), Drosselventilstellung (TP), Lufttemperatur (TMP), Abgassauerstoffgehalt (EGO) oder eine andere Abgaskomponentenkonzentration oder -anwesenheit, Einlassluftstrom (MAF), Getriebegang, -übersetzung oder -modus, Getriebeöltemperatur (TOT), Getriebeturbinenraddrehzahl (TS), Zustand der Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 (TCC), Abbrems- oder Schaltmodus (MDE) anzugeben.
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Durch die PCU 50 durchgeführte Steuerlogik oder Funktionen können durch Flussdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, implementiert werden kann/können. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass eine/r oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden können. Auf ähnliche Weise ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung angegeben. Die Steuerlogik kann in erster Linie in einer Software implementiert werden, die durch eine Steuerung eines Fahrzeugs, einer Kraftmaschine und/oder eines Antriebsstrangs auf Mikroprozessorbasis, wie zum Beispiel die PCU 50, durchgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung implementiert werden. Wenn sie in der Software implementiert wird, kann die Steuerlogik in einer oder mehreren rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien mit gespeicherten Daten vorgesehen werden, die einen Code oder Befehle darstellen, die von einem Rechner ausgeführt werden, um das Fahrzeug oder seine Untersysteme zu steuern. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Vorrichtungen enthalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher verwenden, um ausführbare Befehle und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen aufzubewahren.
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Ein Fahrpedal 52 wird vom Fahrer eines Fahrzeugs dazu verwendet, einen Drehmomentforderungs-, Leistungsforderungs- oder Fahrbefehl zum Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt Herunterdrücken und Freigeben des Pedals 52 ein Fahrpedalstellungssignal, das von der Steuerung 50 als eine Forderung nach mehr bzw. weniger Leistung interpretiert werden kann. Die Steuerung 50 steuert basierend auf zumindest einer Eingabe vom Pedal Drehmoment von der Kraftmaschine 14 und/oder dem M/G 18 an. Die Steuerung 50 steuert auch den Zeitpunkt von Gangschaltvorgängen im Zahnradgetriebe 24 sowie das Einrücken und Ausrücken der Trennkupplung 26 und der Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34. Die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 kann wie die Trennkupplung 26 über einen Bereich hinweg zwischen der eingerückten und ausgerückten Stellung moduliert werden. Dies erzeugt einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zu dem durch die hydrodynamische Kopplung zwischen dem Pumpenrad und der Turbine erzeugten variablen Schlupf. Als Alternative dazu kann die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 ohne Verwendung eines modulierten Betriebsmodus je nach der speziellen Anwendung als gesperrt oder geöffnet betrieben werden.
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Zum Antrieb des Fahrzeugs mit der Kraftmaschine 14 wird die Trennkupplung 26 zumindest teilweise eingerückt, um mindestens einen Teil des Kraftmaschinendrehmoments durch die Trennkupplung 26 zu dem M/G 18 und dann von dem M/G 18 durch den Drehmomentwandler 22 und das Zahnradgetriebe 24 zu transportieren. Der M/G 18 kann die Kraftmaschine 14 durch Bereitstellung zusätzlicher Leistung zur Drehung der Welle 30 unterstützen. Dieser Betriebsmodus kann als ein ”Hybridmodus” oder ein ”Modus mit Elektromotorunterstützung” bezeichnet werden.
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Beim Antrieb des Fahrzeugs mit dem M/G 18 als der einzigen Kraftquelle bleibt der Kraftfluss abgesehen davon, dass die Trennkupplung 26 die Kraftmaschine 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 isoliert, derselbe. Die Verbrennung in der Kraftmaschine 14 kann während dieser Zeit deaktiviert oder anderweitig abgestellt sein, um Kraftstoff einzusparen. Die Traktionsbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie durch eine Verkabelung 54 auf die Leistungselektronik 56, die beispielsweise einen Wechselrichter enthalten kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt DC-Spannung von der Batterie 20 in von dem M/G 18 zu verwendende AC-Spannung um. Die PCU 50 steuert die Leistungselektronik 56 dahingehend an, Spannung von der Batterie 20 in eine AC-Spannung umzuwandeln, mit der der M/G 18 versorgt wird, um der Welle 30 positives oder negatives Drehmoment zuzuführen. Dieser Betriebsmodus kann als ein ”reiner Elektrobetriebsmodus” bezeichnet werden.
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Der M/G 18 kann in jedem Betriebsmodus als ein Motor wirken und dem Antriebsstrang 12 eine Antriebskraft bereitstellen. Als Alternative dazu kann der M/G 18 als ein Generator wirken und kinetische Energie von dem Antriebsstrang 12 in in der Batterie 20 zu speichernde elektrische Energie umwandeln. Der M/G 18 kann zum Beispiel als ein Generator wirken, während die Kraftmaschine 14 dem Fahrzeug 10 Vortriebskraft bereitstellt. Der M/G 18 kann zusätzlich dazu während Zeiten regenerativen Bremsens, in denen Drehenergie von den sich drehenden Rädern 42 durch das Zahnradgetriebe 24 zurück transportiert und in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie 20 umgewandelt wird, als ein Generator wirken.
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Es versteht sich, dass die in 1 veranschaulichte schematische Darstellung rein beispielhaft und in keiner Weise als beschränkend aufzufassen ist. Es sind andere Konfigurationen in Betracht gezogen worden, die gezieltes Zuschalten von sowohl einer Kraftmaschine als auch einem Motor zur Übertragung durch das Getriebe verwenden. Beispielsweise kann der M/G 18 von der Kurbelwelle 28 versetzt sein, ein zusätzlicher Motor kann zum Starten der Kraftmaschine 14 vorgesehen sein und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Zahnradgetriebe 24 vorgesehen sein. Es kommen auch andere Konfigurationen in Betracht, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Bei Betrieb im reinen Elektromodus (d. h. die Brennkraftmaschine ist ausgeschaltet) kann als Reaktion auf verschiedene Eingaben ein Kraftmaschinenstart angefordert werden. Als ein Beispiel kann als Reaktion darauf, dass eine Fahrerdrehmomentanforderung eine Motordrehmomentkapazität übersteigt, dass ein Batterieladezustand unter einen vordefinierten Schwellenwert fällt, oder als Reaktion auf eine hohe elektrische Last durch ein Nebenaggregat ein Kraftmaschinenstart angefordert werden. Als Reaktion auf eine Kraftmaschinenstartanforderung kann die Kraftmaschine gemäß verschiedenen Steuerstrategien gestartet werden. Gemäß einer Steuerstrategie wird die Kraftmaschine unter Verwendung eines Niederspannungselektrostarters gestartet. Bei einer alternativen Steuerstrategie wird die Kraftmaschine durch Einrücken der Trennkupplung und Steuern des Traktionsmotors, die Kraftmaschine zu starten, gestartet.
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Beim Starten der Kraftmaschine unter Verwendung des Traktionsmotors wird Drehmoment vom Motor durch die Trennkupplung zur Kraftmaschine übertragen. Der Traktionsmotor muss Druck- und Reibungskräfte in der Kraftmaschine überwinden, bevor die Kraftmaschine startet. Das durch die Trennkupplung zur Kraftmaschine übertragene Drehmoment kann das für andere Zwecke zur Verfügung stehende Drehmoment, wie z. B. das Antriebsmoment, reduzieren. Wenn der Traktionsmotor bei eingerückter Kupplung Antriebsmoment bereitstellt, kann die Drehmomentübertragung zur Kraftmaschine dadurch NVH oder andere unerwünschte Triebstrangwirkungen verursachen.
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Mit Bezug auf 2 wird ein Schaubild gezeigt, das das Einrücken einer Trennkupplung in einem Hybridfahrzeug während des Kraftmaschinenstarts zeigt. Von t0 bis t1 ist die Kupplung geöffnet, und das Trennkupplungsdrehmoment beträgt null. Von t1 bis t2 ist die Kupplung geschlossen, und das Kupplungsdrehmoment ist gleich dem Kraftmaschinendrehmoment. Von t1 bis t2 schließt die Kupplung, und die Drehmomentkapazität ist variabel. Störungen bei Motordrehzahl und -drehmoment, wie zwischen t1 und t2 dargestellt, können zu NVH führen.
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Durch Schlupf in der Kupplung verursachte NVH können vermieden werden, indem das Traktionsmotordrehmoment dahingehend gesteuert wird, aus dem Einrücken der Kupplung resultierende Drehmomentstörungen auszugleichen. Dies erfordert jedoch eine genaue Berechnung des Drehmoments über die Trennkupplung hinweg. Wenn die Kupplung gesperrt ist, ist das Drehmoment gleich dem Kraftmaschinendrehmoment. Wenn die Kupplung geöffnet ist, wird kein Drehmoment übertragen. Wenn die Kupplung rutscht, d. h. weder gesperrt noch geöffnet ist, kann das Drehmoment basierend auf dem niedrigeren aus einer Kupplungskapazität τpres und einem Kraftmaschinendrehmoment τeng geschätzt werden: τcap = min(τpres, τeng)
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Während eines Normalbetriebs der Kraftmaschine kann τeng von einer Steuerung, wie der PCU oder einem Kraftmaschinensteuergerät (ECM – Engine Control Module) verfügbar sein. In manchen Situationen, wie z. B. während eines Kraftmaschinenstarts, kann die Kraftmaschinendrehmomentberechnung jedoch nicht verfügbar oder anderweitig unzuverlässig sein. Während derartiger Situationen kann das Trennkupplungsdrehmoment basierend auf der Kupplungskapazität τpres geschätzt werden: τcap = τpres
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Die Kupplungskapazität kann basierend auf einem angesteuerten/Istkupplungsdruck P, einem durchschnittlichen Radius einer Reibfläche r, einer Anzahl an Reibflächen N und einem Kupplungsreibungskoeffizienten μ berechnet werden: τpres = μNrP
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Diese Berechnung kann durch eine Steuerung, wie z. B. die PCU oder ein Getriebesteuergerät (TCM – Transmission Control Module), durchgeführt werden.
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Das Drehmoment über eine rutschende Kupplung hinweg kann dann gemäß: τcl = α·τcap berechnet werden.
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Der Modifikator α wird basierend auf einem Drehzahldifferenzial über die Kupplung hinweg, zwischen der Kraftmaschinendrehzahl ωeng und der Motordrehzahl ωmotor, berechnet, um der Richtung der Drehmomentübertragung über die Kupplung hinweg Rechnung zu tragen: α = sgn(ωmotor – ωeng)
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Gemäß einer herkömmlichen Verwendung bedeutet ein positives Drehmoment, dass die Kraftmaschine dem Triebstrang Drehmoment über die Kupplung hinweg zuführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Modifikator basierend auf der hyperbolischen Tangensfunktion des Drehzahldifferenzials berechnet: α = tanh(ωmotor – ωeng)
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Durch die Verwendung der hyperbolischen Tangensfunktion vermeidet das Verfahren rasche Änderungen von positivem zu negativem Drehmoment basierend auf relativ kleinen Änderungen bei Motor- und/oder Kraftmaschinendrehzahlen. Eine ähnliche Wirkung kann beispielsweise durch Bereitstellen eines Hysteresebereichs nahe einem Drehzahldifferenzial von null erzielt werden.
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Mit Bezug auf 3 stellt ein Ablaufdiagramm ein Verfahren zum Berechnen von Drehmoment in einer Trennkupplung dar. Es wird bestimmt, ob die Trennkupplung geöffnet ist, wie bei Operation 60 dargestellt. Wenn ja, gibt es kein Drehmoment über die Kupplung hinweg, wie bei Block 62 dargestellt, und somit wird das berechnete Drehmoment gleich null gesetzt. Wenn nein, wird bestimmt, ob sich die Trennkupplung in einem Schlupfzustand befindet, wie bei Operation 64 dargestellt. Wenn nein, wird die Trennkupplung geschlossen, wie bei Block 66 dargestellt, und somit wird das Kupplungsdrehmoment gleich dem Kraftmaschinendrehmoment gesetzt, wie bei Block 68 dargestellt ist. Wenn ja, wird bestimmt, ob die Kraftmaschine startet, wie bei Operation 70 dargestellt. Wenn ja, wird die berechnete Kupplungskapazität τpres bei der Drehmomentberechnung verwendet, wie bei Block 72 dargestellt. Wenn nein, wird das geringere aus Kupplungskapazität τpres und dem Kraftmaschinendrehmoment bei der Drehmomentberechnung verwendet, wie bei Block 74 dargestellt ist. In jedem Fall wird dann ein Modifikator basierend auf der Kraftmaschinendrehzahl und der Motordrehzahl berechnet, wie bei Block 76 dargestellt. Letztlich wird das Drehmoment über die Kupplung hinweg berechnet, wie bei Block 78 dargestellt.
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Mit Bezug auf 4 wird ein Verfahren zum Berechnen von Drehmoment über eine Trennkupplung hinweg in Form eines Blockdiagramms dargestellt. Eine aktuelle Kraftmaschinendrehzahl wird von einer aktuellen Motordrehzahl bei Block 80 subtrahiert. Der Modifikator α wird bei Block 82 berechnet, wie oben erörtert. Bei einer parallelen Operation wird ein Mindestwert von einer Kupplungskapazität und von einem Kraftmaschinendrehmoment bei Block 84 bestimmt. Das Ergebnis wird bei Block 86 mit dem Modifikator α multipliziert. Bei Block 88 wird bestimmt, ob die Trennkupplung in einem Schlupfzustand ist. Wenn ja, wird das berechnete Kupplungsdrehmoment an Block 90 weitergeleitet. Wenn nein, wird das Kraftmaschinendrehmoment an Block 90 weitergeleitet. Bei Block 90 wird bestimmt, ob die Kupplung geöffnet ist. Wenn ja, wird das Kupplungsdrehmoment gleich null gesetzt. Wenn nein, wird das Kupplungsdrehmoment gleich der Ausgabe von Block 88 gesetzt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die oben beschriebene Kupplungsdrehmomentberechnung während der Dauer eines Fahrzyklus wiederholt durchgeführt. Bei einer derartigen Ausführungsform kann der Motor dahingehend gesteuert werden, zusätzlich zum Ausgleichen von Kupplungsdrehmoment während eines Kraftmaschinenstartereignisses etwaige Drehmomentstörungen, die Schlupf in der Kupplung aufkommen lassen, auszugleichen.
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Nun mit Bezug auf 5 wird ein Verfahren zur Steuerung eines Traktionsmotors in einem Hybridfahrzeug in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Der Traktionsmotor stellt Antriebsmoment bereit, wie bei Block 92 dargestellt ist. Es wird dann bestimmt, dass eine Trennkupplung in einem Schlupfzustand ist, wie bei Block 94 dargestellt. Dazu kann es beispielsweise kommen, wenn die Kupplung einrückt, um Motordrehmoment zu einer Kraftmaschine für ein Kraftmaschinenstartereignis zu übertragen, wie bei Block 96 dargestellt. Das Drehmoment über die Trennkupplung wird dann berechnet, wie bei Block 98 dargestellt. Das berechnete Drehmoment kann auf einer Kupplungskapazität, einem Kraftmaschinendrehmoment, einer Motordrehzahl und einer Kraftmaschinendrehzahl basieren, wie bei Block 100 dargestellt und oben erörtert. Der Motor wird dann dahingehend angesteuert, ein zusätzliches Aufstockdrehmoment bereitzustellen, um das berechnete Drehmoment über die Trennkupplung hinweg auszugleichen, wie bei Block 102 dargestellt. Der Motor stellt somit ein Gesamtdrehmoment bereit, um sowohl einem durch den Fahrer angeforderten Antriebsmoment zu genügen, als auch das Drehmoment über die Trennkupplung hinweg auszugleichen.
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Wie aus den verschiedenen Ausführungsformen ersichtlich ist, stellt die vorliegende Offenbarung ein robustes Verfahren zum Berechnen von Drehmoment über eine Trennkupplung hinweg in einem Hybridfahrzeug bereit. Das berechnete Drehmoment kann dazu verwendet werden, einen Motor dahingehend zu steuern, das Drehmoment über die Kupplung hinweg auszugleichen, wodurch NVH reduziert werden.
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Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.