DE102015116322A1

DE102015116322A1 - Kriechkompensierung mithilfe einer Strassenneigungs- und einer Massenschätzung

Info

Publication number: DE102015116322A1
Application number: DE102015116322.5A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Yamazaki; Hai Yu; Rajit Johri; Wei Liang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-03-31
Also published as: US20160090006A1; CN105460003A; US10099575B2; CN105460003B

Abstract

Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem ein Steuern einer Drehmomentausgabe eines Elektromotors eines Elektrofahrzeugs während einer Fahrzeugkriechgegebenheit, wobei die Drehmomentausgabe auf Grundlage mindestens einer Straßenneigung und einer Fahrzeugmassenschätzung berechnet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren, die einem Elektrofahrzeug zugeordnet sind. Wie hier offenbart wird, kann eine Drehmomentausgabe eines Elektromotors des Elektrofahrzeugs eingestellt werden, um Veränderungen der Straßenneigung und der Fahrzeugmasse beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten des Elektrofahrzeugs zu kompensieren.
HINTERGRUND
Die Notwendigkeit, den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen in Automobilen und anderen Fahrzeugen zu verringern, ist hinlänglich bekannt. Daher werden Fahrzeuge entwickelt, welche die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Elektrofahrzeuge sind eine Fahrzeugart, die aktuell zu diesem Zweck entwickelt wird. Im Allgemeinen unterscheiden sich Elektrofahrzeuge von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, indem sie selektiv von einem oder mehreren batteriegetriebene Elektromotoren angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge stützen sich im Gegensatz dazu ausschließlich auf Verbrennungsmotoren, um das Fahrzeug anzutreiben.
Einige Elektrofahrzeuge regeln den Elektromotor auf eine Nullgeschwindigkeit herunter, wenn das Fahrzeug steht, um Energie zu sparen. Wenn ein/e Fahrer/In nachfolgend seinen/ihren Fuß von dem Bremspedal nimmt, stellt der Elektromotor relativ schnell ein Ausgangsdrehmoment bereit, um eine gewünschte Antriebswellendrehzahl beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten (d.h. Gegebenheiten, bei denen sich das Fahrzeug mit einer nominalen niedrigen Geschwindigkeit bewegt, wenn das Bremspedal freigegeben wurde) zu erreichen. Jede Störung an der Antriebswelle kann die Fähigkeit beeinträchtigen, die gewünschten Drehzahlen der Getriebeeingangswelle zu erreichen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem ein Steuern einer Drehmomentausgabe eines Elektromotors eines Elektrofahrzeugs während einer Fahrzeugkriechgegebenheit, wobei die Drehmomentausgabe auf Grundlage mindestens einer Straßenneigungs- und einer Fahrzeugmassenschätzung berechnet wird.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorangehenden Verfahrens tritt die Fahrzeugkriechgegebenheit auf, wenn sich das Elektrofahrzeug in einer Antriebsschaltstufe befindet und ein Gaspedal sowie ein Bremspedal nicht betätigt werden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Ermitteln, ob sich eine Eingangswelle eines Getriebes während der Fahrzeugkriechgegebenheit dreht oder ob sie stillsteht.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Vergrößern oder ein Verkleinern der Drehmomentausgabe, um Veränderungen bei der Straßenneigungsschätzung und der Fahrzeugmassenschätzung zu kompensieren.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Vermitteln einer gewünschten Leerlaufdrehzahl eines Motors und eine Mindestantriebsraddrehzahl eines Drehmomentwandlers, um eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors zu berechnen und die gewünschte Drehzahl des Elektromotors zu verwenden, um das Ausgangsdrehmoment zu berechnen.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Schätzen von Störungen an der Antriebswelle während der Fahrzeugkriechgegebenheit und ein Einstellen der Drehmomentausgabe des Elektromotors, um die Störungen an der Antriebswelle zu kompensieren.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Ermitteln der Straßenneigungsschätzung und ein Ableiten eines ersten Drehmomentkompensierungswertes aus der Straßenneigungsschätzung.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Ermitteln der Fahrzeugmassenschätzung und ein Ableiten eines zweiten Drehmomentkompensierungswertes aus der Fahrzeugmassenschätzung.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Ableiten eines dritten Drehmomentkompensierungswertes aus Antriebswellenverlusten und eines vierten Drehmomentkompensierungswertes aus einer Belastung einer Getriebepumpe.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Ermitteln des Vorwärtsdrehmoments, indem der erste Drehmomentkompensierungswert, der zweite Drehmomentkompensierungswert, der dritte Drehmomentkompensierungswert und der vierte Drehmomentkompensierungswert addiert werden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Verändern der Drehmomentausgabe auf Grundlage eines Vorwärtsdrehmoments und eines Rückdrehmoments.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Ableiten eines fünften Drehmomentkompensierungswertes auf Grundlage einer Größe eines Trägheitsmoments, das überwunden werden muss, um eine Eingangswelle eines Getriebes in eine Drehung zu versetzen.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst das Verfahren ein Ermitteln eines Vorwärtsdrehmoments, indem der erste Drehmomentkompensierungswert, der zweite Drehmomentkompensierungswert, der dritte Drehmomentkompensierungswert, der vierte Drehmomentkompensierungswert und der fünfte Drehmomentkompensierungswert addiert werden.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren umfasst der Steuerschritt ein Verändern der Drehmomentausgabe auf Grundlage des Vorwärtsdrehmoments und eines Rückdrehmoments.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Verfahren ist das Elektrofahrzeug ein Fahrzeug mit modularem Hybridgetriebe (Modular Hybrid Transmission, MHT).
Ein Fahrzeugsystem gemäß einem weiterem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem ein Getriebe, einen Elektromotor, der ein Drehmoment an eine Eingangswelle des Getriebes abgibt, und eine Steuereinrichtung, die in einem Datenaustausch mit dem Elektromotor steht und konfiguriert ist, eine Drehmomentausgabe des Elektromotors zu verändern, um Veränderungen einer Straßenneigung und einer Fahrzeugmasse beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten zu kompensieren.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorangehenden Fahrzeugsystems ist zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe ein Drehmomentwandler angeordnet.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Fahrzeugsysteme wird eine Getriebepumpe durch den Elektromotor mit einem Druck beaufschlagt.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Fahrzeugsysteme ist die Steuereinrichtung konfiguriert, um eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors und eine Vielzahl von Störungen an der Antriebswelle zu berechnen, die während der Fahrzeugkriechgegebenheiten vorhanden sind.
Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform von einem der vorangehenden Fahrzeugsysteme stehen ein Gaspedal, ein Bremspedal und eine Schaltvorrichtung in einem Datenaustausch mit der Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, die Fahrzeugkriechgegebenheiten auf Grundlage von Signalen von dem Gaspedal, dem Bremspedal und der Schaltvorrichtung zu erkennen.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorangehenden Abschnitte, der Ansprüche und der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Zeichnungen einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder ihrer jeweiligen individuellen Merkmale können unabhängig voneinander oder in jeder beliebigen Kombination verwendet werden. Merkmale die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden sind auf alle Ausführungsformen anwendbar ausgenommen, wenn diese Merkmale nicht kompatibel sind.
Für den Fachmann werden die verschiedenen Merkmale und Vorteile aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Die Zeichnungen, welche die detaillierte Beschreibung begleiten, können wie folgt beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs schematisch dar.
2 stellt ein Fahrzeugsystem eines Elektrofahrzeugs dar.
3 stellt eine Fahrzeugsteuerstrategie schematisch dar, um die Drehmomentausgabe eines Elektrofahrzeugs beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten zu steuern.
4 ist eine grafische Darstellung einer Drehmomentausgabe eines Elektromotors, die während einer Fahrzeugkriechgegebenheit in Abhängigkeit von der Zeit gemessen wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung bezieht sich auf ein Fahrzeugsystem und ein Verfahren für das Steuern der Drehmomentabgabe eines Elektromotors eines Elektrofahrzeugs beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten. Das Fahrzeugsystem berechnet eine Straßenneigungsschätzung und eine Fahrzeugmassenschätzung. Diese Schätzungen werden verwendet, um Drehmomentkompensierungswerte abzuleiten, die zu anderen erwarteten Drehmomentlasten addiert werden, um ein Vorwärtsdrehmoment zu berechnen. Das Vorwärtsdrehmoment wird mit einem Rückdrehmoment oder einer Drehmomenteinstellung zusammengeführt, um Veränderungen bei der Neigung oder der Masse während der Fahrzeugkriechgegebenheiten zu kompensieren. Diese und weitere Merkmale werden weiter unten ausführlicher erörtert.
1 stellt ein Elektrofahrzeug 10 schematisch dar. Obwohl das Fahrzeug bei einigen Ausführungsformen als ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle, HEV) dargestellt wird, kann die vorliegende Offenbarung auf andere Arten von Elektrofahrzeugen anwendbar sein. Obwohl darüber hinaus in 1 eine spezifische Komponentenbeziehung dargestellt wird, ist diese Darstellung nicht als eine Einschränkung dieser Offenbarung zu verstehen. In anderen Worten ist es einfach selbstverständlich, dass die Anordnung und Orientierung der verschiedenen Komponenten des Elektrofahrzeugs 10 innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung variieren kann.
Das beispielhafte Elektrofahrzeug 10 umfasst einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 umfasst einen Verbrennungsmotor 14 und ein Getriebesystem 16, das von dem Verbrennungsmotor 14 selektiv angetrieben wird. Bei einer Ausführungsform ist das Getriebesystem 16 ein modulares Hybridgetriebe (Modular Hybrid Transmission, MHT). Das Getriebesystem 16 kann einen Elektromotor 18, der von einer Hochvoltbatterie 20 angetrieben wird, einen Drehmomentwandler 22 und ein mehrstufiges Automatikgetriebe oder ein manuelles Getriebe 24 umfassen. Bei einer Ausführungsform kann der Elektromotor 18 als ein einfacher Elektromotor konfiguriert sein. Innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung kann der Elektromotor 18 alternativ als ein Generator oder als ein kombinierter Motor/Generator konfiguriert sein.
Der Verbrennungsmotor 14 und der Elektromotor 18 können beide als verfügbare Antriebsquellen für das Elektrofahrzeug 10 eingesetzt werden. Der Verbrennungsmotor 14 stellt allgemein eine Leistungsquelle dar, zu der ein Verbrennungsmotor wie zum Beispiel ein mit Benzin, Diesel oder Erdgas getriebener Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle gehören. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt eine Leistung und ein entsprechendes Drehmoment, das an dien Elektromotor 18 abgegeben wird, wenn eine Motortrennkupplung 26 eingekuppelt wird, die zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem Elektromotor 18 angeordnet ist.
Bei einigen Ausführungsformen wird der Verbrennungsmotor 14 mithilfe des Elektromotors 18 gestartet, um den Verbrennungsmotor 14 mithilfe eines über die Motortrennkupplung 26 bereitgestellten Drehmoments in eine Drehung zu versetzen. Alternativ kann das Elektrofahrzeug 10 mit einem Niedrigvoltanlasser 54 ausgestattet sein, der zum Beispiel durch einen Riemen oder ein Zahnradgetriebe funktionsfähig mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden ist. Der Anlasser 54 kann verwendet werden, um ein Drehmoment bereitzustellen, mit dem der Verbrennungsmotor 14 ohne das Hinzufügen eines Drehmoments von dem Elektromotor 18 gestartet wird. Der Anlasser 54 kann durch die Hochvoltbatterie 20 versorgt werden oder das Elektrofahrzeug 10 kann eine Niedrigvoltbatterie 56 umfassen, um dem Anlasser 54 und/oder anderen Fahrzeugkomponenten eine Leistung bereitzustellen.
Der Elektromotor 18 kann ein beliebiger Elektromotor aus einer Vielzahl von Elektromotorarten sein. Im Rahmen einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann der Elektromotor 18 ein Synchronmotor mit Permanentmagnet sein.
Wenn die Motortrennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist, ist ein Leistungsfluss von dem Verbrennungsmotor 14 an den Elektromotor 18 oder von dem Elektromotor 18 an den Verbrennungsmotor 14 möglich. Zum Beispiel kann die Motortrennkupplung 26 eingekuppelt sein und der Elektromotor 18 kann als Generator arbeiten, um eine Rotationsenergie, die von einer Kurbelwelle 30 und einer Elektromotorwelle 32 bereitgestellt wird, in elektrische Energie zu wandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Die Motortrennkupplung 26 kann auch ausgekuppelt werden, um den Verbrennungsmotor 14 von dem Rest des Antriebsstrangs 12 zu trennen, sodass der Elektromotor 18 als alleinige Leistungsquelle zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 10 funktionieren kann.
Die Elektromotorwelle 32 kann sich durch den Elektromotor 18 erstrecken. Der Elektromotor 18 ist ununterbrochen kraftschlüssig mit der Elektromotorwelle 32 verbunden, wohingegen der Verbrennungsmotor 14 nur dann kraftschlüssig mit der Elektromotorwelle 32 verbunden ist, wenn die Motortrennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist.
Der Elektromotor 18 ist über die Elektromotorwelle 32 mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist daher mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden, wenn die Motortrennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist. Der Drehmomentwandler 22 umfasst ein Antriebsrad, das an der Elektromotorwelle 32 befestigt ist und eine Turbine, die an der Getriebeeingangswelle 34 befestigt ist. Der Drehmomentwandler 22 stellt auf diese Weise eine hydraulische Verbindung zwischen der Elektromotorwelle 32 und der Getriebeeingangswelle 34 bereit.
Der Drehmomentwandler 22 überträgt eine Leistung von dem Antriebsrad an die Turbine, wenn sich das Antriebsrad schneller dreht als die Turbine. Die Größe des Turbinendrehmoments und des Antriebsraddrehmoments hängt im Allgemeinen von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis der Antriebsraddrehzahl zur Turbinendrehzahl ausreichend groß ist, ist das Turbinendrehmoment ein Vielfaches des Antriebsraddrehmoments. Eine Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 kann auch bereitgestellt werden. Wenn die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 eingekuppelt ist, verbindet sie das Antriebsrad und die Turbine des Drehmomentwandlers 22 reibschlüssig oder mechanisch miteinander, um eine wirkungsvollere Leistungsübertragung zu ermöglichen. Die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 kann als eine Anfahrkupplung betrieben werden, sodass ein sanftes Anfahren des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Alternativ oder in Kombination kann eine Anfahrkupplung ähnlich wie die Motortrennkupplung 26 zwischen dem Elektromotor 18 und dem Getriebe 24 für Anwendungen bereitgestellt werden, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 umfassen. Bei einigen Ausführungsformen wird auf die Motortrennkupplung 26 im Allgemeinen als eine vorgeschaltete Kupplung Bezug genommen und auf die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 (die eine Anfahrkupplung sein kann) wird als eine nachgeschaltete Kupplung Bezug genommen.
Das Getriebe 24 kann (nicht gezeigte) Zahnradsätze aufweisen, die selektiv durch ein selektives Kuppeln von Reibungselementen wie zum Beispiel (nicht gezeigten) Kupplungen, Planetengetrieben und Bremsen mithilfe verschiedener Übersetzungsverhältnisse betrieben werden können, um die gewünschten mehrfach diskreten oder mehrstufigen Übersetzungsverhältnisse festzulegen. Die Reibungselemente sind mithilfe eines Schaltzeitplans steuerbar, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze so verbindet und trennt, dass das Verhältnis zwischen einer Getriebeausgangswelle 38 und der Getriebeeingangswelle 34 gesteuert wird. Das Getriebe 24 kann auf Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsgegebenheiten durch eine zugehörige Steuereinheit automatisch von einem Übersetzungsverhältnis zu einem anderen geschaltet werden. Das Getriebe 24 stellt dann an der Getriebeausgangswelle 38 ein Antriebsstrangausgangsdrehmoment bereit.
Es ist selbstverständlich, dass das hydraulisch gesteuerte Getriebe 24, das mit dem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, nur eine nicht einschränkende Ausführungsform einer Schaltgetriebe- oder Getriebeanordnung ist, und dass jedes Getriebe mit mehrfachen Übersetzungsverhältnissen, das ein oder mehrere Eingangsdrehmomente von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor übernimmt und dann auf der Ausgangswelle mit den unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen ein Drehmoment bereitstellt, akzeptabel ist für eine Verwendung mit den Ausführungsformen dieser Offenbarung. Das Getriebe 24 kann zum Beispiel durch ein automatisches mechanisches (oder manuelles) Getriebe (Automated Mechanical or Manual Transmission, AMT) umgesetzt werden, das ein oder mehrere Servomotoren umfasst, die Schaltgabeln entlang einer Schaltschiene verschieben oder drehen können, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis auszuwählen. Wie es für den Fachmann allgemein bekannt ist, kann ein AMT zum Beispiel bei Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen verwendet werden.
Die Getriebeausgangswelle 38 kann mit einem Differenzialgetriebe 42 verbunden werden. Das Differenzialgetriebe 42 treibt ein Paar Räder 44 an, die über entsprechende Radachsen 46 mit dem Differenzialgetriebe 42 verbunden sind. Bei einer Ausführungsform überträgt das Differenzialgetriebe 42 ungefähr das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 44, während geringe Geschwindigkeitsunterschiede erlaubt sind, wenn das Fahrzeug zum Beispiel in einer Kurve fährt. Verschiedene Arten von Differenzialgetrieben oder ähnliche Einheiten können verwendet werden, um das Drehmoment von dem Antriebsstrang 12 auf ein oder mehrere Räder 44 zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung zum Beispiel in Abhängigkeit von dem speziellen Betriebsmodus oder der speziellen Betriebsgegebenheit variieren.
Von einer Getriebepumpe 50 kann ein mit einem Druck beaufschlagtes Medium für das Getriebesystem 16 bereitgestellt werden. Die Getriebepumpe 50 kann mit dem Elektromotor 18 verbunden sein oder in seiner Nähe angeordnet sein, sodass sie sich mit dem Elektromotor 18 und der Elektromotorwelle 32 dreht, um einen ausreichenden Leitungsdruck für einen uneingeschränkten Betrieb des Getriebes 24 zu erzeugen und bereitzustellen. Wenn der Anteil der Elektromotorwelle 32, der die Getriebepumpe 50 enthält, stillsteht, steht die Getriebepumpe 50 auch still und ist inaktiv.
Um ein mit Druck beaufschlagtes Getriebemedium bereitzustellen, wenn die Getriebepumpe 50 inaktiv ist, kann auch eine Zusatzpumpe 52 bereitgestellt werden. Die Zusatzpumpe 52 kann elektrisch zum Beispiel durch die Niedrigvoltbatterie 56 angetrieben werden. Bei einigen Ausführungsformen stellt die Zusatzpumpe 52 nur einen Teil des Getriebemediums für das Getriebe 24 bereit, sodass das Getriebe 24 in seinem Betrieb zum Beispiel auf bestimmte Stellglieder und Übersetzungsverhältnisse eingeschränkt ist, wenn die Zusatzpumpe 52 betrieben wird.
Ein gekühltes Getriebemedium wie zum Beispiel Öl kann in einem Sammelbehälter 58 von dem Drehmomentwandler 22 aufgefangen werden. Die Zusatzpumpe 52 kann das Getriebemedium aus dem Sammelbehälter 58 während bestimmter Gegebenheiten zur Getriebepumpe 50 pumpen.
Der Antriebsstrang 12 kann außerdem eine zugehörige Steuereinrichtung 40 umfassen. Obwohl die Steuereinrichtung 40 schematisch als eine einzelne Steuereinheit dargestellt ist, kann die Steuereinrichtung Teil eines größeren Steuersystems sein und kann durch mehrere andere Steuereinheiten in dem ganzen Elektrofahrzeug 10 wie zum Beispiel eine Fahrzeugsystemsteuereinheit (Vehicle System Controller, VSC) gesteuert werden, die eine Antriebsstrangsteuereinrichtung, eine Getriebesteuereinrichtung, eine Motorsteuereinrichtung usw. umfasst. Es ist daher selbstverständlich, dass auf die Steuereinrichtung 40 und eine oder mehrere Steuereinheiten gemeinsam als eine „Steuereinrichtung“ Bezug genommen wird, die als Reaktion auf Signale von mehreren Sensoren zum Beispiel durch eine Vielzahl von untereinander zusammenhängender Algorithmen mehrere Stellglieder steuert, um Funktionen wie zum Beispiel das Starten/Stoppen des Verbrennungsmotors 14, das Betreiben des Elektromotors 18 zum Bereitstellen eines Raddrehmoments oder zum Laden der Batterie 20, das Auswählen und Planen von Getriebeschaltvorgängen, das Betätigen der Motortrennkupplung 26 usw. zu steuern. Bei einer Ausführungsform können die verschiedenen Steuereinheiten, welche die VSC bilden, mithilfe eines gemeinsamen Busprotokolls (z.B. ein CAN) miteinander kommunizieren.
Die Steuereinrichtung 40 kann einen Mikroprozessor oder einen Zentralprozessor (Central Processing Unit, CPU) umfassen, der in einem Datenaustausch mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichereinheiten oder Speichermedien steht. Zu den computerlesbaren Speichereinheiten oder Speichermedien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher zum Beispiel in Form von Nur-Lese-Speichern (Read-Only Memory, ROM), Direktzugriffsspeichern (Random-Access Memory, RAM) und batteriebetriebenen Speichern (Keep-Alive Memory, KAM) gehören. Der KAM ist ein permanenter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während die CPU abgeschaltet ist. Die computerlesbaren Speichereinheiten oder Speichermedien können mithilfe einer beliebigen Anzahl von bekannten Speichereinheiten wie zum Beispiel programmierbaren Nur-Lese-Speichern (Programmable Read-Only Memory, PROM), elektrischen PROMs (Electrical PROM, EPROM) elektrisch löschbaren PROMs (Electrically Erasable PROM, EEPROM), Flashspeichern oder beliebigen anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichereinheiten umgesetzt werden, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuereinheit beim Steuern des Verbrennungsmotors oder des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuereinrichtung 40 kann auch über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (Input/Output interface, E/A-Schnittstelle), die als eine einzige integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, die verschiedene Rohdaten oder Signalaufbereitungen, -verarbeitungen oder -wandlungen, Schutz gegen Kurzschlüsse und Ähnliches bereitstellt, Daten mit verschiedenen Verbrennungsmotor-/Fahrzeugsensoren und Stellgliedern austauschen. Alternativ können zweckbestimmte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um spezifische Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie an die CPU abgegeben werden.
Wie in 1 schematisch dargestellt wird, kann die Steuereinrichtung 40 Signale an den Verbrennungsmotor 14, die Motortrennkupplung 26, den Elektromotor 16, die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36, das Getriebe 34 und/oder ander Komponenten übertragen oder von dort erhalten. Obwohl diese nicht ausdrücklich dargestellt werden, erkennt der Fachmann zahlreiche Funktionen oder Komponenten, die von der Steuereinrichtung in jedem der oben benannten Teilsysteme gesteuert werden können. Anschauliche Beispiele von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die direkt mithilfe einer von der Steuereinheit ausgeführten Steuerlogik betätigt werden können, umfassen einen Zeitpunkt, eine Menge und eine Dauer der Kraftstoffeinspritzung, eine Position der Drosselklappe, einen Zündzeitpunkt der Zündkerze (für Verbrennungsmotoren mit Funkenzündung), einen Zeitablauf und eine Dauer des Ansaug-/Abgasventils, Komponenten des Nebenaggregatantriebs (Front-End Accessory Drive, FEAD) wie zum Beispiel eine Lichtmaschine, einen Klimaanlagenkompressor, ein Laden der Batterie, eine rückspeisende Bremsung, einen M/G-Betrieb, die Kupplungsdrücke für die Motortrennkupplung 26, die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 und das Getriebe 24 und Ähnliches. Sensoren, die ihre Eingangsdaten durch die E/A-Schnittstelle übertragen, können verwendet werden, um zum Beispiel den Ladedruck des Turboladers, die Kurbelwelleposition (PIP), die Drehzahl des Verbrennungsmotors (RPM), die Raddrehzahlen (Wheel Speed, WS1, WS2), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), die Kühlmitteltemperatur (ECT), den Ansaugkrümmerdruck (MAP), die Gaspedalposition (PPS), die Zündschalterposition (IGN), die Drosselklappenposition (TP), die Lufttemperatur (TMP), den Sauerstoff im Abgas (EGO) oder die Konzentrationen und das Vorhandensein anderer Komponenten im Abgas, den Ansaugluftstrom (MAF), die Schaltstufe, das Übersetzungsverhältnis oder den Schaltmodus, die Getriebeöltemperatur (TOT), die Drehzahl der Getriebeturbine (TS), den Status der Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 (TCC), den Brems- oder Schaltmodus anzuzeigen.
Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung als Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuereinheiten umgesetzt werden. Wenn die Steuerlogik als Software umgesetzt wird, kann sie in einer oder mehreren computerlesbaren Speichereinheiten oder -medien bereitgestellt werden, in denen Daten gespeichert werden, die einen Code oder Befehle darstellen, die durch einen Computer ausgeführt werden, um ein Fahrzeug oder seine Teilsysteme zu steuern. Die computerlesbaren Speichereinheiten oder -medien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Einheiten umfassen, die elektrische, magnetische und/oder optische Speicher verwenden, um ausführbare Befehle und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und Ähnliches aufzubewahren.
Ein Gaspedal 48 kann von dem Fahrer des Elektrofahrzeugs 10 verwendet werden, um eine Drehmomentnachfrage, eine Leistungsnachfrage oder eine Fahranweisung zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 10 bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugen das Drücken und das Loslassen des Gaspedals 48 ein Signal der Gaspedalposition, das von der Steuereinrichtung 40 als eine Nachfrage für eine größere Leistung bzw. eine kleinere Leistung interpretiert werden kann. Zumindest auf Grundlage der Eingabe durch das Gaspedal 48 fordert die Steuereinrichtung 40 ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 und/oder dem Elektromotor 18 an. Die Steuereinrichtung 40 steuert auch den Zeitpunkt der Schaltstufenänderungen in dem Getriebe 24 sowie das Einkuppeln oder Auskuppeln der Motortrennkupplung 26 und der Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36. Genau wie die Motortrennkupplung 26 kann auch die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 über einen Bereich zwischen den eingekuppelten und ausgekuppelten Positionen moduliert werden. Dies erzeugt einen variablen Schlupf in dem Drehmomentwandler 22 zusätzlich zu dem variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Antriebsrad und der Turbine erzeugt wird. In Abhängigkeit von der spezifischen Anwendung kann die Kupplung zur Drehmomentwandlerüberbrückung 36 alternativ fest eingekuppelt oder offen betrieben werden, ohne einen modulierten Betriebsmodus zu verwenden.
Um das Elektrofahrzeug 10 mit dem Verbrennungsmotor 14 zu fahren, muss die Motortrennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt sein, damit mindestens ein Teil des Drehmoments des Verbrennungsmotors durch die Motortrennkupplung 26 an den Elektromotor 18 und danach von dem Elektromotor 18 durch den Drehmomentwandler 22 und das Getriebe 24 übertragen wird. Der Elektromotor 18 kann den Verbrennungsmotor 14 unterstützen, indem eine zusätzliche Leistung für das Drehen der Elektromotorwelle 32 bereitgestellt wird. Auf diesen Betriebsmodus kann als „Hybridmodus“ oder „elektrischer Unterstützungsmodus“ Bezug genommen werden.
Um das Elektrofahrzeug mit dem Elektromotor 18 als alleiniger Leistungsquelle zu betreiben, bleibt der Leistungsfluss gleich, mit der Ausnahme, dass die Motortrennkupplung 26 den Verbrennungsmotor 14 von dem Rest des Antriebsstrangs 12 trennt. Um Kraftstoff zu sparen, kann die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 14 während dieser Zeit deaktiviert oder ausgeschaltet werden. Die (nicht gezeigte) Leistungselektronik kann die Gleichspannung von der Batterie 20 in eine Wechselspannung wandeln, die von dem Elektromotor 18 verwendet wird. Die Steuereinrichtung 40 weist die Leistungselektronik an, die Spannung von der Batterie 20 in eine Wechselspannung zu wandeln, die dem Elektromotor 18 bereitgestellt wird, um der Elektromotorwelle 32 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen. Auf diesen Betriebsmodus kann als „rein elektrischer“ Betriebsmodus oder „EV“-Betriebsmodus Bezug genommen werden.
In jedem der Betriebsmodi kann der Elektromotor 18 als Motor funktionieren und dem Antriebsstrang 12 eine Antriebskraft bereitstellen. Der Elektromotor 18 kann alternativ als ein Generator funktionieren und eine kinetische Energie von dem Elektrofahrzeug 10 in elektrische Energie wandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Der Elektromotor 18 kann zum Beispiel als ein Generator funktionieren, während der Verbrennungsmotor 14 die Antriebsleistung für das Elektrofahrzeug 10 bereitstellt. Der Elektromotor 18 kann außerdem während einer rückspeisenden Bremsung als Generator funktionieren, wobei die Rotationsenergie aus der Drehung der Räder 44 durch das Getriebe 24 zurück übertragen und in elektrische Energie verwandelt wird, die in der Batterie 20 gespeichert wird.
Es ist selbstverständlich, dass die äußerst schematische Darstellung in 1 nur beispielhaft und nicht als einschränkend für diese Offenbarung zu verstehen ist. Weitere Konfigurationen müssen zusätzlich oder alternativ in Betracht gezogen werden.
2 zeigt ein Fahrzeugsystem 60, das in ein Elektrofahrzeug wie zum Beispiel das Elektrofahrzeug 10 aus 1 oder ein anderes beliebiges Elektrofahrzeug eingebaut werden kann. Das Fahrzeugsystem 60 ist ausgelegt, Lasten beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten zu schätzen und diese Lasten während jeder Fahrzeugkriechgegebenheit zu kompensieren, indem eine Drehmomentausgabe eines Elektromotors eingestellt wird. Wie oben erörtert treten bei einer Ausführungsform die Fahrzeugkriechgegebenheiten auf, wenn das Elektrofahrzeug in einer Antriebsschaltstufe betrieben wird und weder das Gaspedal noch das Bremspedal des Fahrzeugs von dem Fahrer betätigt werden.
Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das beispielhafte Fahrzeugsystem 60 ein Gaspedal 61, ein Bremspedal 63, eine Schaltvorrichtung 62, eine Steuereinrichtung 64, einen Elektromotor 66, eine Getriebepumpe 68, einen Drehmomentwandler 78 und ein Getriebe 70. Das Gaspedal 61, das Bremspedal 63 und die Schaltvorrichtung 62 können alle in der (schematisch dargestellten) Fahrgastzelle 72 angebracht sein, die in dem Fahrzeug angebracht ist.
Das Gaspedal 61 kann von dem Fahrer betätigt werden, um ein Drehmoment, eine Leistung oder eine Fahranweisung für ein Beschleunigen oder ein Verlangsamen des Fahrzeugs anzufordern. Das Gaspedal 61 kann in einer Vielzahl von Gaspedalpositionen zwischen vollständig nicht betätigt (was als Position T1 gezeigt wird, die auch „oben stehendes Pedal“ genannt wird) und vollständig gedrückt (was als Position T2 gezeigt wird) positioniert werden. Das Gaspedal 61 kann eine elektronische Vorrichtung sein, die einen Sensor 65 umfasst, um die Gaspedalposition während des Fahrzeugbetriebs anzuzeigen. Im Allgemeinen kann der Sensor 65 ein Pedalwertsignal S1 erzeugen, das der Steuereinrichtung 64 mitgeteilt wird, wenn das Gaspedal 61 gedrückt und/oder freigegeben wird.
Das Bremspedal 63 kann von dem Fahrer betätigt werden, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Das Bremspedal 63 kann gedrückt werden, um eine rückspeisende Bremsung zu aktivieren und/oder um nicht gezeigte) Reibungsbremsen des Elektrofahrzeugs zu aktivieren. Bei einer Ausführungsform ist das Bremspedal 63 eine elektronische Vorrichtung, die einen Sensor 67 umfasst, um eine Pedalposition des Bremspedals 63 anzuzeigen. Der Sensor 67 kann ein Pedalwertsignal S2 erzeugen, das der Steuereinrichtung 64 mitgeteilt wird. Das Pedalwertsignal S2 kann eine Druckgröße anzeigen, die auf das Bremspedal 63 angewandt wird.
Die Schaltvorrichtung 62 wird im Allgemeinen verwendet, um eine Schaltstufe des Getriebes 70 zu ändern. Die Schaltvorrichtung 62 kann ein Schalthebel sein, der einen beweglichen Griff 74 umfasst. Bei einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Schaltvorrichtung 62 jedoch eine elektronische Schaltvorrichtung umfassen, die ein oder mehrere Steuerknüppel, Wählscheiben oder Schaltflächen umfasst.
Die Schaltvorrichtung 62 steht auch in einem Datenaustausch mit der Steuereinrichtung 64. Wenn die Schaltvorrichtung 62 von einer neutralen Schaltstufe (z.B. Parken oder Leerlauf) in eine Antriebsschaltstufe (z.B. Fahrt, Rückwärts, Langsam usw.) bewegt wird, kann der Steuereinrichtung 64 ein Schaltstufensignal S3 mitgeteilt werden, durch welches das Einkuppeln einer der Schaltstufen des Getriebes 70 gewünscht wird.
Die Steuereinrichtung 64 kann Teil einer Steuereinrichtung des gesamten Fahrzeugs wie zum Beispiel die Steuereinrichtung 40 aus 1 sein oder kann alternativ eine eigenständige Steuereinrichtung getrennt von der Steuereinrichtung 40 sein oder kann eine Vielzahl von Steuereinheiten umfassen, die untereinander in einem Datenaustausch stehen. Die Steuereinrichtung 64 kann dem Elektromotor 66 als Reaktion auf ein Empfangen der Signale S1, S2 und S3 ein Drehmomentanforderungssignal S4 mitteilen. Das Drehmomentanforderungssignal S4 weist den Elektromotor 66 an, eine Drehmomentausgabe bereitzustellen, die ausreichend ist, den Drehmomentwandler 78 anzutreiben und somit eine Eingangswelle 80 des Getriebes 70 mit einem gewünschten Drehmoment und einer gewünschten Drehzahl in eine Drehung zu versetzen. Bei einer Ausführungsform ist der Elektromotor 66 ein einfacher Elektromotor. Das Drehen der Eingangswelle 80 beaufschlagt die Getriebepumpe 68 so mit einem Druck, dass sie eine ausreichende Menge eines Getriebemediums an die Kupplungen, Zahnräder und anderen Komponenten des Getriebes 70 leiten kann.
Wie weiter unten ausführlicher erörtert wird, kann die Drehmomentausgabe des Elektromotors 66 während der Fahrzeugkriechgegebenheiten gesteuert (d.h. vergrößert oder verkleinert) werden, um verschiedene Störungen an der Antriebswelle zu kompensieren, die beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden sein können. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform dieser Offenbarung treten die Fahrzeugkriechereignisse auf, wenn die Pedalwertsignale S1, S2 nicht betätigte Positionen (d.h., der Fahrer betätigt weder das Gaspedal 61 noch das Bremspedal 63) anzeigen und das Schaltstufensignal S3 anzeigt, dass sich das Fahrzeug in einer Antriebsschaltstufe befindet.
3 zeigt unter weiterer Bezugnahme auf die 1 und 2 schematisch eine Fahrzeugsteuerstrategie 100 eines Elektrofahrzeugs, das mit einem oben beschriebenen Fahrzeugsystem 60 ausgestattet ist. Die beispielhafte Fahrzeugsteuerstrategie 100 kann ausgeführt werden, um beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten Änderungen der Straßenneigung und der Fahrzeugmasse zu kompensieren. Die Fahrzeugsteuerstrategie 100 kann zum Beispiel Änderungen der Straßenneigung und der Fahrzeugmasse kompensieren, indem die Drehmomentausgabe des Elektromotors 66 beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten entsprechend eingestellt wird. Selbstverständlich ist das Fahrzeugsystem 60 in der Lage, innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung andere Steuerstrategien umzusetzen und auszuführen. Bei einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung 64 des Fahrzeugsystems 60 mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert werden, die dazu ausgelegt sind, die Fahrzeugsteuerstrategie 100 oder eine beliebige andere Steuerstrategie auszuführen.
Wie in 3 gezeigt wird, beginnt die Fahrzeugsteuerstrategie 100 im Block 102. Im Block 104 ermittelt das Fahrzeugsystem 60, ob eine Fahrzeugkriechgegebenheit erfüllt wurde. Bei einer Ausführungsform tritt eine Fahrzeugkriechgegebenheit auf, wenn sich die Schaltvorrichtung 62 in einer Antriebsschaltstufe befindet und der/die Fahrer/In seine/ihren Fuß von dem Bremspedal 63 genommen hat, aber das Gaspedal 61 nicht während einer vordefinierten Zeitdauer betätigt hat. Das Elektrofahrzeug 10 wird sich während einer solchen Fahrzeugkriechgegebenheit noch mit einer nominalen Geschwindigkeit bewegen. Bei einer weiteren Ausführungsform kriecht das Fahrzeug 10 allein durch ein Verwenden des Motordrehmoments von dem Elektromotor 66 (d.h., der Verbrennungsmotor 14 ist ausgeschaltet). Die Fahrzeugsteuerstrategie 100 endet im Block 106, wenn keine Fahrzeugkriechgegebenheit erkannt wurde. Wenn jedoch eine Fahrzeugkriechgegebenheit erkannt wurde, geht die Fahrzeugsteuerstrategie 100 weiter zum Block 107.
Im Block 107 kann das Fahrzeugsystem 60 eine gewünschte Drehzahl (N_{EM_des}) des Elektromotors 66 ermitteln. Diese Ermittlung kann auf einer Vielfalt von Faktoren beruhen. Bei einer Ausführungsform vermittelt die Steuereinrichtung 64 eine gewünschte Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 14 und eine Mindestantriebsraddrehzahl des Drehmomentwandlers 78, um die gewünschte Drehzahl des Elektromotors 66 zu berechnen. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform können die gewünschte Leerlaufdrehzahl und die Mindestantriebsraddrehzahl der Steuereinrichtung 64 von anderen Steuermodulen wie zum Beispiel dem Motorsteuermodul und einem Getriebesteuermodul mitgeteilt werden. Außerdem können die gewünschte Leerlaufdrehzahl und die Mindestantriebsraddrehzahl eine Funktion von verschiedenen Faktoren sein einschließlich, ohne auf diese beschränkt zu sein, der Kühlmitteltemperatur des Verbrennungsmotors, der Umgebungstemperatur, der Katalysatortemperatur, der Getrieberandbedingungen usw. Die gewünschte Drehzahl des Elektromotors 66 wird für zusätzliche Berechnungen verwendet, die mit der Fahrzeugsteuerstrategie 100 in Beziehung stehen (siehe zum Beispiel die unten erörterte Gleichung (4)).
Als Nächstes ermittelt das Fahrzeugsystem 60 im Block 108 eine Straßenneigungsschätzung und einen Drehmomentkompensierungswert T_G, der aus der Straßenneigungsschätzung abgeleitet werden kann. Die Straßenneigungsschätzung kann Teil einer Last sein, die während einer Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden ist, und die mithilfe einer beliebigen bekannten Technik zur Straßenneigungsschätzung geschätzt werden kann. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Straßenneigungsschätzung auf Grundlage einer Beziehung zwischen einer oder mehreren aus einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Fahrzeugbeschleunigung, einer Gierrate, den Raddrehmomenten, der Fahrzeugmasse, den Luftwiderständen usw. berechnet werden. Der Drehmomentkompensierungswert T_G stellt die Größe des Drehmoments dar, das der Elektromotor 66 zusätzlich ausgeben muss, um die Straßenneigungsschätzung während der Fahrzeugkriechgegebenheit zu kompensieren.
Auf ähnliche Weise ermittelt das Fahrzeugsystem 60 im Block 110 eine Fahrzeugmassenschätzung und einen Drehmomentkompensierungswert T_M, der aus der Fahrzeugmassenschätzung abgeleitet werden kann. Die Fahrzeugmassenschätzung ist ein anderer Teil der Last, die während einer Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden sein kann, und die mithilfe einer beliebigen bekannten Technik zur Fahrzeugmassenschätzung geschätzt werden kann. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Fahrzeugmassenschätzung auf Grundlage einer Beziehung zwischen einer oder mehreren aus einer Beschleunigung in Längsrichtung, Raddrehmomenten, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Gierrate, einer Beschleunigung in Längsrichtung usw. berechnet werden. Der Drehmomentkompensierungswert T_M stellt die Größe des Drehmoments dar, das der Elektromotor 66 zusätzlich ausgeben muss, um die Fahrzeugmassenschätzung während der Fahrzeugkriechgegebenheit zu kompensieren.
Die Straßenneigungsschätzung und die Fahrzeugmassenschätzung können mithilfe einer Vielfalt von Methodologien berechnet werden. Nicht einschränkende Beispiele von geeigneten Methodologien zum Ermitteln von Straßenneigungsschätzungen und/oder Fahrzeugmassenschätzungen werden in der Offenlegung der US-Patentanmeldung Nr. 2014/0067154, der Offenlegung der US-Patentanmeldung Nr. 2014/0067240 und dem US-Patent Nr. 8.793.035 beschrieben, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen werden.
Als Nächstes ermittelt das Fahrzeugsystem 60 im Block 112, ob sich die Eingangswelle 80 des Getriebes 70 dreht. Wenn sich die Eingangswelle 80 dreht, geht die Fahrzeugsteuerstrategie 100 weiter zum Block 114. Wenn die Eingangswelle 80 jedoch stillsteht, geht die Fahrzeugsteuerstrategie 100 weiter zum Block 122.
Wenn im Block 112 ermittelt wird, dass sich die Eingangswelle 80 dreht, kann das Fahrzeugsystem 60 Drehmomentkompensierungswerte ermitteln, die in den Blöcken 114 und 116 verschiedenen zusätzlichen Lasten oder Störungen an der Antriebswelle zugeordnet sind, die während einer Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden sein können. Im Block 114 kann zum Beispiel ein Drehmomentkompensierungswert T_L berechnet werden, der aus Verlusten an der Antriebswelle abgeleitet wird. Der Drehmomentkompensierungswert T_L stellt die zusätzliche Größe des Drehmoments dar, das der Elektromotor 66 zusätzlich ausgeben muss, um die die Verluste an der Antriebswelle während der Fahrzeugkriechgegebenheit zu kompensieren. Bei einer Ausführungsform kann, wie durch Gleichung (1) dargestellt wird, der Drehmomentkompensierungswert T_L eine Funktion der Drehzahl der Turbine des Drehmomentwandlers 78 (N_Turbine), der Drehzahl der Eingangswelle 80 (N_Input), der Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs 10 (VS) und der Temperatur des Getriebemediums des Getriebes 70 (Te_oil) sein: T_L = f(N_Turbine/N_Input, VS, Te_oil) (1)
Ein anderer Drehmomentkompensierungswert T_P kann auf Grundlage der Belastung der Getriebepumpe 68 im Block 116 berechnet werden. Der Drehmomentkompensierungswert T_P stellt die Größe des Drehmoments dar, das der Elektromotor 66 zusätzlich ausgeben muss, um die Belastung der Getriebepumpe 68 während einer Fahrzeugkriechgegebenheit zu kompensieren. Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann, wie durch Gleichung (2) dargestellt wird, der Drehmomentkompensierungswert T_L eine Funktion der Drehzahl des Antriebsrades des Drehmomentwandlers 78 (N_Impeller) und der Temperatur des Getriebemediums des Getriebes 70 (Te_oil) sein: T_P = f(N_Impeller, Te_oil) (2)
Ein Vorwärtsdrehmoment T_FF kann im Block 118 berechnet werden, indem alle Drehmomentkompensierungswerte addiert werden, die den Lasten zugeordnet sind, die während einer Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden sind. Es ist selbstverständlich, dass außerdem weitere Lasten vorhanden sein können und kompensiert werden müssen einschließlich, ohne auf diese beschränkt zu sein, aerodynamischer Verluste und ein Rollwiderstand. Das Vorwärtsdrehmoment T_FF ist ein vorbestimmtes Drehmoment oder ein „Startpunkt“, das oder der auf der Straßenlast und verschiedenen Verlusten beruht, die dem Elektrofahrzeug 10 zugeordnet sind. Die folgende Gleichung ist eine beispielhafte Darstellung der Berechnung des Vorwärtsdrehmoments T_FF: T_FF = T_L + T_P + T_G + T_M (3)
Die Steuereinrichtung 64 des Fahrzeugsystems 60 kann im Block 120 eine Drehmomentausgabe T_EM des Elektromotors 66 anordnen. Die Drehmomentausgabe T_EM kann aus dem Vorwärtsdrehmoment T_FF und einem Rückdrehmoment abgeleitet werden. Das Rückdrehmoment ist ein Korrekturdrehmoment, das versucht, während der Fahrzeugkriechgegebenheit ein weiches Drehzahlprofil des Elektromotors 66 beizubehalten. Die Drehmomentausgabe T_EM kann mithilfe der folgenden Gleichung abgeleitet werden: T_EM = T_FF + (N_{EM_des} – N_{EM_act})K_P + ∫(N_{EM_des} – N_{EM_act})K_idt (4) wobei:

N_{EM_des}: die gewünschte Drehzahl des Elektromotors ist;
N_{EM_act}: die aktuelle Drehzahl des Elektromotors ist;
K_P: eine proportionale Verstärkung ist; und
K_i: eine integrale Verstärkung ist.

Selbst wenn im Block 112 ermittelt wird, dass die Eingangswelle 80 stillsteht, kann das Fahrzeugsystem 60 noch Drehmomentkompensierungswerte ermitteln, die in den Blöcken 122 bis 126 verschiedenen Lasten zugeordnet sind, die während einer Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden sein können. Ein Drehmomentkompensierungswert T_L kann zum Beispiel auf Grundlage von Verlusten an der Antriebswelle in Block 122 (ähnlich zu Block 114) berechnet werden und ein Drehmomentkompensierungswert T_P kann auf Grundlage der Belastungen der Getriebepumpe 68 im Block 126 (ähnlich zu Block 116) berechnet werden. Ein weiterer Drehmomentkompensierungswert T_J kann im Block 124 ermittelt werden und beruht auf dem Trägheitsmoment, das überwunden werden muss, um die Eingangswelle 80 in eine Drehung zu versetzen, da sie in diesem Beispiel stillsteht. Der Drehmomentkompensierungswert T_J stellt die zusätzliche Größe des Drehmoments dar, das der Elektromotor 66 ausgeben muss, um das Trägheitsmoment zu kompensieren, das überwunden werden muss, um die Eingangswelle 80 in eine Drehung zu versetzen. Wie durch Gleichung (5) dargestellt wird, kann bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform der Drehmomentkompensierungswert T_J auf dem Trägheitsmoment des Elektromotors 66 (J_EM) und einer zeitabhängigen Drehzahländerung an der Eingangswelle 80 (ω_EM) beruhen: T_J = J_EM·dω_EM/dt (5)
Das Vorwärtsdrehmoment T_FF kann dann im Block 128 berechnet werden und die Drehmomentausgabe T_EM kann im Block 120 berechnet und als eine Anweisung ausgegeben werden. Die Fahrzeugsteuerstrategie 100 endet im Block 106 nachdem die Drehmomentausgabe des Elektromotors 66 vergrößert oder verkleinert wurde, um eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors 66 beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten in einer Weise zu erreichen, die eine Straßenneigung und eine Fahrzeugmasse kompensiert.
4 zeigt schematisch eine zeitabhängige Kurve eines Drehmoments des Elektromotors 66 des Fahrzeugsystems 60. Eine Fahrzeugkriechgegebenheit beginnt zum Zeitpunkt T1. Ein Vorwärtsdrehmoment 90 kompensiert erwartete Änderungen der Last während des Kriechereignisses. Ein Rückdrehmoment 92 hat zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 erheblich weniger Arbeit zu verrichten, um Straßenneigung- und Massenschätzungen während des Kriechereignisses zu kompensieren. Die Eingangsdrehzahl des Elektromotors 66 wird schneller auf die Zieldrehzahlen geregelt, was zu einem geringeren Überschwingen an der Antriebswelle zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 führt.
Obwohl die verschiedenen nicht einschränkenden Ausführungsformen mit spezifischen Komponenten oder Schritten dargestellt werden, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf jene speziellen Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige dieser Komponenten oder Merkmale von einer der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von jeder beliebigen anderen Ausführungsform zu verwenden.
Es ist selbstverständlich, dass in den Zeichnungen gleiche Bezugszeichen auf entsprechende oder ähnliche Elemente Bezug nehmen. Es ist selbstverständlich, dass obwohl in diesen Ausführungsformen eine spezifische Komponentenanordnung offenbart und dargestellt wird, auch andere Anordnungen von den lehren dieser Offenbarung profitieren können.

Die vorangehende Beschreibung sollte als rein anschaulich, aber nicht als einschränkend interpretiert werden. Für den Fachmann ist es selbstverständlich, dass bestimmte Veränderungen in den Umfang dieser Offenbarung fallen. Aus diesem Grund sollten die nachfolgenden Ansprüche genau betrachtet werden, um den wahren Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu ermitteln. Kurzbeschreibung Figur 3

102	START
104	FAHRZEUGKRIECHGEGEBENHEIT VORHANDEN?
+	JA
–	NEIN
107	ERMITTELN DER GEWÜNSCHTEN DREHZAHL (N_{EM_Des}) DES ELEKTROMOTORS
108	ERMITTELN EINER STRASSENNEIGUNGSSCHÄTZUNG UND EINER DREHMOMENTKOMPENSIERUNG T_G FÜR DIE STRASSENNEIGUNGSSCHÄTZUNG
110	ERMITTELN EINER FAHRZEUGMASSENSCHÄTZUNG UND EINER DREHMOMENTKOMPENSIERUNG T_M FÜR DIE FAHRZEUGMASSENSCHÄTZUNG
112	DREHT SICH DIE EINGANGSWELLE?
114	ERMITTELN DER DREHMOMENTVERLUSTE AN DER ANTRIEBSWELLE T_L = f(N_TURBINE/N_INPUT, VS, Te_OIL)
116	ERMITTELN DES DREHMOMENTS FÜR DIE GETRIEBEÖLPUMPE T_P = f(N_IMPELLER, Te_OIL)
118	ERMITTELN DES VORWÄRTSDREHMOMENTS T_FF = T_L + T_P + T_G + T_M
120	STEUERN DER DREHMOMENTAUSGABE WÄHREND DER FAHRZEUGKRIECHGEGEBENHEIT T_EM = T_FF + (N_{EM_Des} – N_{EM_Act})K_P + ∫(N_{EM_Des} – N_{EM_Act})K_idt
106	ENDE
122	ERMITTELN DER DREHMOMENTVERLUSTE AN DER ANTRIEBSWELLE T_L = f(N_TURBINE/N_INPUT, VS, Te_OIL)
124	ERMITTELN DES TRÄGHEITSMOMENTS FÜR EINE DREHMOMENTVERGRÖSSERUNG T_J = J_mot·dω_mot/dt
126	ERMITTELN DES DREHMOMENTS FÜR DIE GETRIEBEÖLPUMPE T_P = f(N_IMPELLER, Te_OIL)
128	ERMITTELN DES VORWÄRTSDREHMOMENTS T_FF = T_L + T_J + T_G + T_P + T_M

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8793035 [0069]

Claims

Verfahren, umfassend: Steuern einer Drehmomentausgabe eines Elektromotors eines Elektrofahrzeugs während einer Fahrzeugkriechgegebenheit, wobei die Drehmomentausgabe auf Grundlage mindestens einer Straßenneigungsschätzung und einer Fahrzeugmassenschätzung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugkriechgegebenheit auftritt, wenn sich das Elektrofahrzeug in einer Antriebsschaltstufe befindet und ein Gaspedal sowie ein Bremspedal nicht betätigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuerschritt ein Ermitteln umfasst, ob sich eine Eingangswelle eines Getriebes während der Fahrzeugkriechgegebenheit dreht oder ob sie stillsteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Steuerschritt ein Vergrößern oder ein Verkleinern der Drehmomentausgabe umfasst, um Veränderungen bei der Straßenneigungsschätzung und der Fahrzeugmassenschätzung zu kompensieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Steuerschritt umfasst: Vermitteln einer gewünschten Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors und einer Mindestantriebsraddrehzahl des Drehmomentwandlers, um eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors zu berechnen; und Verwenden der gewünschten Drehzahl des Elektromotors, um die Drehmomentausgabe zu berechnen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Steuerschritt umfasst: Schätzen von Störungen an der Antriebswelle, die während der Fahrzeugkriechgegebenheit vorhanden sind; und Einstellen der Drehmomentausgabe des Elektromotors, um die Störungen an der Antriebswelle zu kompensieren.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Steuerschritt umfasst: Ermitteln der Straßenneigungsschätzung; und Ableiten eines ersten Drehmomentkompensierungswertes aus der Straßenneigungsschätzung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Steuerschritt umfasst: Ermitteln der Fahrzeugmassenschätzung; und Ableiten eines zweiten Drehmomentkompensierungswertes aus der Fahrzeugmassenschätzung.
Verfahren nach Anspruch 8, das ein Ableiten eines dritten Drehmomentkompensierungswertes aus Verlusten an der Antriebswelle und ein Ableiten eines vierten Drehmomentkompensierungswertes aus einer Belastung einer Getriebepumpe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ein Ermitteln eines Vorwärtsdrehmoments umfasst, indem der erste Drehmomentkompensierungswert, der zweite Drehmomentkompensierungswert, der dritte Drehmomentkompensierungswert und der vierte Drehmomentkompensierungswert addiert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Steuerschritt ein Verändern der Drehmomentausgabe auf Grundlage des Vorwärtsdrehmoments und eines Rückdrehmoments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ein Ableiten eines fünften Drehmomentkompensierungswertes auf Grundlage einer Größe eines Trägheitsmoments umfasst, das überwunden werden muss, um eine Eingangswelle eines Getriebes in eine Drehung zu versetzen.
Verfahren nach Anspruch 12, das ein Ermitteln eines Vorwärtsdrehmoments umfasst, indem der erste Drehmomentkompensierungswert, der zweite Drehmomentkompensierungswert, der dritte Drehmomentkompensierungswert, der vierte Drehmomentkompensierungswert und der fünfte Drehmomentkompensierungswert addiert werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Steuerschritt ein Verändern der Drehmomentausgabe auf Grundlage des Vorwärtsdrehmoments und eines Rückdrehmoments umfasst.
Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Elektrofahrzeug ein Elektrofahrzeug mit modularem Hybridgetriebe (Modular Hybrid Transmission, MHT) ist.
Fahrzeugsystem, umfassend: ein Getriebe; ein Elektromotor, der ein Drehmoment an eine Eingangswelle des Getriebes abgibt; und eine Steuereinrichtung, die in einem Datenaustausch mit dem Elektromotor steht und konfiguriert ist, eine Drehmomentausgabe des Elektromotors zu verändern, um Veränderungen einer Straßenneigung und einer Fahrzeugmasse beim Vorhandensein von Fahrzeugkriechgegebenheiten zu kompensieren.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 16, das einen Drehmomentwandler umfasst, der zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe angeordnet ist.
Fahrzeugsystem nach Anspruch 16 oder 17, das eine Getriebepumpe umfasst, die von dem Elektromotor mit einem Druck beaufschlagt wird.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, eine gewünschte Drehzahl des Elektromotors und eine Vielzahl von Störungen an der Antriebswelle zu berechnen, die während der Fahrzeugkriechgegebenheiten vorhanden sind.
Fahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 16 bis 19, das ein Gaspedal, ein Bremspedal und eine Schaltvorrichtung umfasst, die in einem Datenaustausch mit der Steuereinrichtung stehen, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist, die Fahrzeugkriechgegebenheiten auf Grundlage von Signalen von dem Gaspedal, dem Bremspedal und der Schaltvorrichtung zu erkennen.