DE102015116404A1

DE102015116404A1 - Hohlraddrehmomentmanagement bei einem hybridelektrofahrzeug zur erhöhung des verfügbaren raddrehmoments

Info

Publication number: DE102015116404A1
Application number: DE102015116404.3A
Authority: DE
Inventors: Carol Louise Okubo; Jonathan Andrew Butcher; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-03-31
Also published as: US9321451B2; CN105460006B; US20160090074A1; CN105460006A

Abstract

Ein Hybridelektrofahrzeug umfasst eine Kraftmaschine, die selektiv Antriebsdrehmoment zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellen kann. Eine elektrische Maschine stellt auch selektiv Antriebsdrehmoment bereit. Ein Differenzial überträgt das Drehmoment zu Rädern und teilt es zwischen ihnen auf. Ein Planetenradsatz ist mit der Kraftmaschine gekoppelt und weist ein Hohlrad zur Übertragung von Hohlraddrehmoment auf das Differenzial auf. Ein Endlosdrehmomentübertragungselement wirkkoppelt das Hohlrad und die elektrische Maschine mit dem Differenzial. Mindestens eine Steuerung ist dazu konfiguriert, die Abgabe der Kraftmaschine basierend auf einem Hohlraddrehmomentschwellenwert zu ändern. Dies ermöglicht, dass ein gewünschtes Drehmoment durch das Endlosdrehmomentübertragungselement zum Differenzial übertragen wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Ändern des Kraftmaschinendrehmoments bei einem Hybridfahrzeug für das Management von durch ein Hohlrad eines mit der Kraftmaschine gekoppelten Planetenradsatzes übertragenem Drehmoment.
HINTERGRUND
Hybridfahrzeuge werden in der Regel durch zwei Primärantriebsquellen, z. B. eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor (durch eine Batterie betrieben), angetrieben. Eine Art von Hybridfahrzeug ist ein leistungsverzweigter Hybrid. Bei einem leistungsverzweigten Hybrid wird gestattet, dass die Kraftmaschine und der Elektromotor separat oder in Kombination den Rädern Leistung zuführen. Ein Planetenradsatz kann mit der Kraftmaschine und einem Generator gekoppelt sein, so dass die Kraftmaschine selbst dann die Batterie laden kann, wenn der Elektromotor das zum Antrieb des Fahrzeugs notwendige Drehmoment bereitstellt. Der Generator kann auch als ein Elektromotor wirken, indem er Drehmoment durch den Planetenradsatz zuführt. Eines der Planetenräder (z. B. das Hohlrad) kann auch die Kraftmaschine und den Generator mit einem Ausgang, wie z. B. einem Differenzial, das Drehmoment an die Räder verteilt, koppeln.
Insbesondere bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann es zu einer Situation kommen, in der die Menge an Radleistung sehr gering sein kann, selbst wenn die Raddrehmomentanforderung relativ hoch ist. Wenn das Fahrzeug mit voll durchgetretenem Fahrpedal aus dem Stillstand anfährt, wenn die Raddrehzahl null beträgt (und somit auch die Radleistung null beträgt), jedoch die Raddrehmomentanforderung bei einem Maximum liegt, handelt es sich um einen Extremfall eines derartigen Szenarios. Zu einer weiteren ähnlichen Situation kann es kommen, wenn sich das Fahrzeug auf Sand oder Kies bei einer geringen Geschwindigkeit oder einer Nullgeschwindigkeit befindet und der Fahrzeugbenutzer das Fahrpedal scharf herunterdrückt. Bei diesem und anderen ähnlichen Szenarien entspricht die resultierende gewünschte Kraftmaschinenleistung bei einem normalen Batterieladezustand (SOC – State Of Charge) jener, die zur Überwindung der Verluste in dem Getriebe und Nebenverbrauchern notwendig ist.
Die Hybridfahrzeugarchitektur sollte so ausgelegt sein, dass sie unter erwartungsgemäßer Zuführung von Drehmoment an die Räder zum Antrieb des Fahrzeugs derartigen Fahrszenarien angemessen Rechnung tragen kann. Bei einer Art von leistungsverzweigtem Hybrid übertragen eine Reihe von Reduktionszahnrädern Drehmoment vom Planetenradsatz zu einem Differenzial, das Drehmoment auf die Räder verteilt. Beispielsweise kann bei einem Kraftfahrzeug die Kraftmaschine mit einem Träger eines Planetenradsatzes verbunden sein, während das Sonnenrad mit einem Generator verbunden ist. Die Drehmomentabgabe durch die Kraftmaschine bewirkt eine Rotation des Sonnenrads, wodurch der Generator entweder zum Laden einer Batterie oder zum Bereitstellen eines Antriebsmoments durch einen Traktionsmotor gedreht wird. Darüber hinaus dreht ein Hohlrad des Planetenradsatzes eine Reihe von Drehmomentreduktionszahnrädern, die letztlich zum Traktionsmotor führen und zu einem Ausgang des Antriebsstrangs. Es existieren Steuerstrategien, die dahingehend arbeiten, den Rädern während Szenarien mit geringer Geschwindigkeit und hohem Drehmoment wie oben beschrieben basierend auf der Höhe des durch das Hohlrad übertragenen Drehmoments das optimale Drehmoment zuzuführen. Diese Steuerstrategien berücksichtigen jedoch die Reihe von Reduktionszahnrädern bei der Entscheidung darüber, wie viel Drehmoment von der Kraftmaschine und/oder dem Elektromotor zu erzeugen ist.
Bei einer anderen Art von leistungsverzweigtem Hybrid überträgt eine Kette, ein Riemen oder ein anderes Endlosdrehmomentübertragungselement das Drehmoment vom Planetenradsatz auf ein Differenzial. Eine Untersetzung ist nicht vorgesehen.
KURZE DARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Kraftmaschine, einen Planetenradsatz, ein Differenzial, eine elektrische Maschine, ein Endlosdrehmomentübertragungselement und mindestens eine Steuerung. Der Planetenradsatz ist mit der Kraftmaschine gekoppelt und weist ein Hohlrad zur Übertragung eines Hohlraddrehmoments auf das Differenzial auf. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, Drehmoment selektiv an das Differenzial auszugeben. Ein Endlosdrehmomentübertragungselement (CTTM – Continuous Torque Transfer Member) wirkkoppelt das Hohlrad und die elektrische Maschine mit dem Differenzial. Die Steuerung(en) ist/sind dazu konfiguriert, die Abgabe der Kraftmaschine basierend auf einem Hohlraddrehmomentschwellenwert so zu ändern, dass ein gewünschtes Drehmoment durch das CTTM zum Differenzial übertragen wird.
Die mindestens eine Steuerung kann dazu konfiguriert sein, eine Abgabe der Kraftmaschine zu erhöhen, um das Hohlraddrehmoment über einem Hohlraddrehmomentschwellenwert zu halten, um das gewünschte Drehmoment durch das CTTM zum Differenzial zu übertragen.
Ein Antriebselement, wie z. B. ein Zahnrad oder Kettenrad, kann mit dem CTTM gekoppelt sein, um diesem Drehmoment bereitzustellen. Das Antriebselement kann eine zentrale Welle aufweisen, die an einem Ende mit dem Hohlrad und an dem anderen Ende mit der elektrischen Maschine wirkgekoppelt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung der Abgabe der Kraftmaschine eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Fahrzeug weist eine Kraftmaschine auf, die über ein Hohlrad eines Planetenradsatzes und ein Endlosdrehmomentübertragungselement (CTTM) mit einem Differenzial wirkgekoppelt ist. Das Fahrzeug weist auch einen Motor auf, der über das CTTM mit dem Differenzial wirkgekoppelt ist. Das Verfahren umfasst derartiges Erhöhen einer Abgabe der Kraftmaschine basierend auf einer Höhe des durch das Hohlrad übertragenen Drehmoments, dass das Drehmoment über einem Hohlraddrehmomentschwellenwert gehalten und durch das CTTM übertragen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines leistungsverzweigten Hybridelektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2A und 2B sind grafische Darstellungen einer geplanten Kraftmaschinendrehzahl und eines geplanten Kraftmaschinendrehmoments in Abhängigkeit von der gewünschten Kraftmaschinenleistung.
3 ist ein Flussdiagramm einer Steuerstrategie gemäß einer Ausführungsform, die durch mindestens eine Steuerung zum Steuern der Abgabe der Kraftmaschine dahingehend implementiert wird, ausreichend Hohlraddrehmoment zuzuführen.
4 ist ein weiteres Flussdiagramm einer implementierten Steuerstrategie durch mindestens eine Steuerung zum Steuern der Abgabe der Kraftmaschine dahingehend, ausreichend Hohlraddrehmoment zuzuführen, gemäß einer Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft sind und andere Ausführungsformen in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie die Ausführungsformen auf verschiedene Weise einzusetzen sind. 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.
Mit Bezug auf 1 umfasst ein Hybridelektrofahrzeug (HEV – Hybrid Electric Vehicle) einen leistungsverzweigten Antriebsstrang. Im Folgenden werden Komponenten der Leistungsverzweigung beschrieben, die entweder einen mechanischen oder einen elektrischen Leistungsflussweg zu den Rädern oder beides ermöglichen. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller) und/oder ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM – Powertrain Control Module) 12 umfassen eine oder mehrere Steuerungen in einem Netzwerk von Prozessoren und Steuerungen, die dazu konfiguriert sind verschiedene Komponenten im Antriebsstrang zu steuern. Diese Steuerungen können allgemeinhin als eine oder mehrere „Steuerung“ bezeichnet werden. Neben anderen Komponenten kontrolliert die Steuerung 12 eine elektrische Traktionsbatterie 14. Die Batterie 14 weist eine elektrische Zweiwegeverbindung auf, worüber sie elektrische Energie empfängt und speichert (z. B. während regenerativen Bremsens) und des Weiteren die Energie einem elektrischen Traktionsmotor 16 (oder Motor/Generator, M/G₁) zum Antrieb zuführt. Die Steuerung 12 steuert des Weiteren den Betrieb einer Brennkraftmaschine (ICE – Internal Combustion Engine) 18. Sowohl der Traktionsmotor 16 als auch die Kraftmaschine 18 sind in der Lage, ein Getriebe 20 anzutreiben, das letztlich den Rädern des Fahrzeugs Drehmoment zuführt.
Es versteht sich, dass Bezüge auf einen „Motor“ 16 und einen „Generator“ 32 der Einfachheit und Unterscheidung halber erfolgen. Einer dieser oder beide können jedoch allgemein als eine „ elektrische Maschine“ oder Motor/Generator (M/G) bezeichnet werden. Sowohl der Motor 16 als auch der Generator 32 können durch Bereitstellung von Drehmoment an den Antriebsstrang als ein Motor und durch Umwandlung mechanischer Leistung in elektrische Energie als ein Generator wirken.
Die Kraftmaschine 18 führt einer Drehmomenteingangswelle 22, die mit einem Planetenradsatz 24 verbunden ist, Leistung zu. Eine Freilaufkupplung (nicht gezeigt) kann entlang der Eingangswelle 22 vorgesehen sein und verbindet die Kraftmaschine 18 selektiv mit dem Planetenradsatz 24. Die Eingangswelle 22 treibt den Planetenradsatz 24 an, der ein Hohlrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Planetenträgeranordnung 30 umfasst. Insbesondere ist die Eingangswelle 22 zum Antrieb der verbleibenden Teile des Planetenradsatzes 24 mit der Trägeranordnung 30 antriebsverbunden.
Ein Generator 32 (M/G₂) ist mit dem Sonnenrad 28 des Planetenradsatzes 24 antriebsverbunden. Der Generator 32 kann mit dem Sonnenrad 28 in Eingriff stehen, so dass der Generator 32 entweder mit dem Sonnenrad 28 rotiert oder nicht damit rotiert. Wenn die Freilaufkupplung die Kraftmaschine 18 mit dem Planetenradsatz 24 koppelt, kann der Generator 32 als Reaktionselement auf den Betrieb des Planetenradsatzes 24 Energie erzeugen. Die vom Generator 32 erzeugte elektrische Energie wird über elektrische Verbindungen 36 zur Batterie 14 übertragen, wo sie zur späteren Verwendung, wie z. B. für den Antrieb des Fahrzeugs oder den Antrieb von Hilfskomponenten, gespeichert wird. Die Batterie 14 kann auch auf bekannte Weise durch regeneratives Bremsen elektrische Energie empfangen und speichern.
Die Batterie 14, der Motor 16 und der Generator 32 sind jeweils über elektrische Verbindungen 36 in einem elektrischen Zweiwegeflussweg miteinander verbunden, so dass jede Komponente für die Verwendung zum Antrieb und zur Energierückgewinnung elektrisch verbunden ist. In einem Antriebsmodus führt die Batterie 14 dem Motor 16 gespeicherte elektrische Energie zu, wodurch bewirkt wird, dass der Motor 16 stromabwärts befindliche Komponenten des Antriebsstrangs dreht (im Folgenden beschrieben). Die Kraftmaschine 18 kann durch Zuführen eines Teils der Leistung zum Generator 32, der elektrische Energie zur Batterie oder direkt zum Motor 16 übertragen kann, ebenfalls das Fahrzeug antreiben. In einem anderen Antriebsmodus bewirkt das Antreiben des Planetenradsatzes 24 von der Kraftmaschine 18 aus, dass das Hohlrad 26 Drehmoment an die stromabwärts befindlichen Komponenten des Antriebsstrangs überträgt (im Folgenden beschrieben). Während dieses Modus kann der Generator 32 vom Planetenradsatz 24 entkoppelt sein, so dass er keine elektrische Leistung erzeugt (zum Beispiel wenn die Batterie 14 einen hohen Ladezustand aufweist). Wenn keine selektive Entkopplung des Generators 32 vorgesehen ist, kann der Generator 32 ein Reaktions- oder negatives Drehmoment bereitstellen, wenn der Ladezustand der Batterie 14 hoch ist.
Ein Endlosdrehmomentübertragungselement 40 überträgt eine Drehmomentabgabe von der Kraftmaschine 18 oder dem Motor 16 oder von beiden. Bei dem Endlosdrehmomentübertragungselement 40 kann es sich um eine Kette, einen Riemen oder eine andere mechanische Schlaufe mit einem Eingangsbereich (Antriebsbereich) und einem Ausgangsbereich (angetriebenen Bereich) handeln. Das Endlosdrehmomentübertragungselement 40 koppelt den Ausgang der Kraftmaschine 18 und/oder des Motors 16 mechanisch mit einem Differenzial 42. Insbesondere stellen sowohl das Hohlrad 26 als auch der Motor 16 einer Welle 44, die sich durch ein Antriebselement 46, wie z. B. ein Kettenrad oder dergleichen, erstreckt, eine mechanische Ausgabe bereit. Das Antriebselement 46 kann zwischen dem Hohlrad 26 und dem Motor 16 angeordnet sein, so dass es Drehmoment von beiden Seiten empfängt. Alternativ dazu kann der Motor 16 auf derselben Seite des Antriebselements 46 wie das Hohlrad 26 platziert sein. Das Antriebselement 46 treibt ein angetriebenes Element 48 (z. B. ein anderes Kettenrad) über die mechanische Kopplung mit dem Endlosdrehmomentübertragungselement 40 an. An einem der Welle 44 gegenüberliegenden Ende ist das Differenzial 42, das Drehmoment empfängt und es zu den Antriebsrädern 52 des Fahrzeugs verteilt und zwischen ihnen aufteilt, mit dem Endlosdrehmomentübertragungselement 40 gekoppelt.
Nach der obigen Beschreibung eines leistungsverzweigten Hybrids ist offensichtlich, dass es zwei Leistungsquellen für den Triebstrang gibt. Die erste Leistungsquelle ist die Kraftmaschine 18, die dem Planetenradsatz 24 Drehmoment zuführt. Die andere Leistungsquelle bezieht nur das Elektroantriebssystem ein, das den Motor 16, den Generator 32 und die Batterie 14 umfasst, wobei die Batterie 14 als ein Energiespeichermedium für den Generator 32 und den Motor 16 wirkt. Der Generator 32 kann durch den Planetenradsatz 44 angetrieben werden und kann alternativ dazu als ein Motor wirken und dem Planetenradsatz 24 Leistung zuführen.
Es versteht sich, dass das leistungsverzweigte Fahrzeug von 1 lediglich beispielhaft ist und die vorliegende Offenbarung nicht als Beschränkung auf eine derartige Anordnung aufzufassen ist. Andere leistungsverzweigte Fahrzeugarchitekturen sollen in den Schutzumfang der Steuerstrategie der vorliegenden Offenbarung fallen. Es versteht sich jedoch, dass bei allen Ausführungsformen ein Endlosdrehmomentübertragungselement (anstatt eines Drehmomentreduktionszahnradsatzes) zum Zuführen von Drehmoment von den drehmomenterzeugenden Elementen zu den Rädern vorgesehen ist.
Bei Betrieb einer oder beider Leistungsquellen zum Zuführen von Drehmoment zu den Rädern wird Drehmoment durch das Endlosdrehmomentübertragungselement 40 übertragen. Das kombinierte Drehmoment, das letztlich zu den Rädern befördert wird, ist eine Summe des durch den Motor 16 bereitgestellten Drehmoments (Motordrehmoment) und des von dem Hohlrad 26 bereitgestellten Drehmoments (Hohlraddrehmoment), wie in der folgenden Gleichung (1) dargestellt: T_Rad = T_Hohlr. + T_Motor (1) Die Höhe an Hohlraddrehmoment hängt von dem durch den Generator 32 bereitgestellten Reaktionsdrehmoment ab, das wiederum von dem Kraftmaschinendrehmoment und dem Ausmaß, um das sich die angesteuerte Kraftmaschinendrehzahl ändert, abhängt. Daraus folgt, dass das maximal zur Verfügung stehende Raddrehmoment auftritt, wenn der Motor 16 und die Kraftmaschine 18 jeweils volles Drehmoment zuführen.
Die gewünschte Kraftmaschinenleistung wird basierend auf der folgenden Gleichung (2) geplant: P_{Kraftm_gew.} = P_{Rad_gew.} + P_Verluste + P_Nebenverbr. – P_Batterie (2) wobei P_{Rad_gew.} die gewünschte Radleistung darstellt, P_Verluste die erwarteten elektrischen Verluste darstellt, P_Nebenverbr. die elektrischen Nebenverbraucher (z. B. HVAC – Heating/Ventilation/Air-Conditioning, Heizung, Lüftung und Klimatisierung; Radio usw.) darstellt und P_Batterie den gewünschten Batterieladestand oder -entladestand für das SOC-Management (SOC – State Of Charge) darstellt.
Mit der gegebenen gewünschten Kraftmaschinenleistung werden die Kraftmaschinendrehzahl und das Kraftmaschinendrehmoment durch ein Kennfeld geplant, das zur Zufuhr der geplanten Kraftmaschinendrehzahl und des geplanten Kraftmaschinendrehmoments an einem effizienten Kraftmaschinendrehzahleinstellpunkt ausgelegt ist. 2A stellt ein Kennfeld der geplanten Kraftmaschinendrehzahl dar und 2B stellt ein Kennfeld eines geplanten Kraftmaschinendrehmoments dar, die anhand der obigen Kriterien während des Betriebs gewählt werden. (2B umfasst des Weiteren Linien für die Mindestgrenze für das Kraftmaschinendrehmoment und die Kraftmaschinenmindestleistung, wie im Folgenden beschrieben wird.)
Insbesondere bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten kann es zu einer Situation kommen, in der die Menge an Radleistung relativ gering sein kann, während die Raddrehmomentanforderung relativ hoch ist. Solch ein Szenario liegt beispielsweise vor, wenn der Bediener des Fahrzeugs eine schnelle Vollbeschleunigung anfordert (voll durchgetretenes Fahrpedal), wenn das Fahrzeug angehalten wurde. Zum Zeitpunkt der anfänglichen Beschleunigungsanforderung beträgt die Raddrehzahl null und somit beträgt auch die Radleistung null, die Raddrehmomentanforderung befindet sich jedoch auf einem Maximum. Zu einer weiteren ähnlichen Situation kann es kommen, wenn sich das Fahrzeug auf Sand oder Kies bei einer geringen Geschwindigkeit oder einer Nullgeschwindigkeit befindet und der Fahrzeugbediener das Fahrpedal scharf herunterdrückt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Steuerung 12 dazu programmiert, das in Situationen, wie den oben beschriebenen, zugeführte Raddrehmoment zu maximieren.
Die hier bereitgestellte Steuerstrategie stellt eine Maximierung des Raddrehmoments bei voll durchgetretenem Fahrpedal sicher, vorausgesetzt, dass das angeforderte Raddrehmoment bei voll durchgetretenem Fahrpedal mindestens so hoch ist wie die Summe des maximal zur Verfügung stehenden Motordrehmoments und des maximal zur Verfügung stehenden Kraftmaschinendrehmoments. Sie stellt auch sicher, dass die angeforderte Radleistung bei Betrieb mit nicht ganz durchgetretenem Pedal erzielbar ist. Ein Beispiel eines durch die Steuerung 12 verwendeten und implementierten Algorithmus wird mit Bezug auf 3 und 4 dargestellt und beschrieben.
3 und 4 sind Diagramme, die den Betrieb eines Systems oder ein Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeugs gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellen. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass die in 3 und 4 dargestellten Operationen oder Funktionen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung oder Implementierung durch Software und/oder Hardware durchgeführt werden können. Die verschiedenen Operationen oder Funktionen können einer anderen als der explizit dargestellten und beschriebenen Reihenfolge oder Folge durchgeführt werden, was von der bestimmten Verarbeitungsstrategie, wie z. B. ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert usw., abhängen kann. Gleichermaßen kann/können eine oder mehrere Operationen, Aufgaben oder Funktionen bei bestimmten Betriebsbedingungen oder bestimmten Anwendungen wiederholt durchgeführt, parallel durchgeführt und/oder weggelassen werden, obwohl dies nicht explizit dargestellt wird. Bei einer Ausführungsform werden die dargestellten Operationen primär durch Software, Anweisungen oder in einer nicht flüchtigen rechnerlesbaren Speichervorrichtung gespeicherten Code implementiert und durch einen oder mehrere Computer oder Steuerungen auf Mikroprozessorbasis zur Steuerung des Betriebs der zugehörigen Fahrzeugkomponenten ausgeführt.
Mit Bezug auf 3 beginnt ein beispielhafter Algorithmus 100 bei 102 als Reaktion auf beispielsweise eine hohe Drehmomentanforderung bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und niedriger Radleistung, wie oben erläutert. Zuerst wird bei 104 eine Mindestgrenze für die Kraftmaschinendrehmomentabgabe (T_{Kraftm._min}) bestimmt. Die Mindestgrenze für die Kraftmaschinendrehmomentabgabe stellt sicher, dass die Drehmomentabgabe durch die Kraftmaschine ausreicht, um dem angeforderten Raddrehmoment zu entsprechen. Unter Verwendung einer Höchstgrenze für das Motordrehmoment (T_{Motor_max}) und der Annahme, dass die Kraftmaschinendrehzahl konstant ist, sollte das Kraftmaschinendrehmoment für eine gegebene Raddrehmomentanforderung das Produkt aus dem Übersetzungsverhältnis und der Differenz zwischen dem Raddrehmoment und der Motordrehmomentgrenze wie durch die folgende Beziehung dargestellt überschreiten: T_{Kraftm._min} ≥ Übersetzungsverhältnis*(T_Rad – T_{Motor_max}) (3) wobei das Übersetzungsverhältnis von der Differenz zwischen dem Antriebselement 46 und dem angetriebenen Element 48 abhängt, wenn Zahnräder vorgesehen sind. Es können natürlich auch andere Mechanismen verwendet werden, die eine Änderung der Drehzahl zwischen der Welle 44 und dem Eingang zum Differenzial bereitstellen, die in Gleichung (3) berücksichtigt werden sollte. Wenn keine Übersetzungsdifferenz zwischen dem Antriebselement 46 und dem angetriebenen Element 48 vorliegt und das Endlosdrehmomentübertragungselement das Drehmoment in einem Verhältnis 1:1 übersetzt, kann dieser Term entfernt werden. Bei solch einem Szenario entspricht die Mindestgrenze für die Kraftmaschinendrehmomentabgabe direkt der Differenz zwischen dem Drehmoment an den Rädern und der Höchstgrenze für das Motordrehmoment.
Nach der Bestimmung des Kraftmaschinenmindestdrehmoments kann bei 106 eine Kraftmaschinenmindestleistung (P_min) unter Verwendung des Kennfelds in 2B bestimmt werden. Die Kraftmaschinenmindestleistung stellt die Mindestmenge an Leistung, die zum Erfüllen der Raddrehmomentanforderungen während des gewünschten Beschleunigungsereignisses erforderlich ist, dar.
Bei 108 wird die Höchstgrenze der Kraftmaschinenleistung (P_{Kraftm._max}) zur Verhinderung einer Überladung der Batterie bestimmt. Dieser Wert stellt die Höchstmenge an Kraftmaschinenleistung, deren Übertragung durch die Kraftmaschine gestattet wird, unter Berücksichtigung der Ladehöchststärke der Batterie dar. Die Kraftmaschinenhöchstleistung zur Verhinderung einer Überladung der Batterie kann unter Verwendung der folgenden Gleichung (4) berechnet und gekappt werden: P_{Kraftm._max} = P_{Rad_gew.} – P_{Batterie_Ladung_Grenze} + P_Verluste + P_{Nebenverbraucher} (4) wobei P_{Batterie_Ladung_Grenze} eine Höchstgrenze für die Ladeleistung darstellt, bei der es sich um die Ladehöchststärke der Batterie handelt, die durch die Konstruktion des Batteriesteckers und die chemischen Eigenschaften der Batterie beschränkt sein kann.
Die Steuerung setzt eine Leistungshöchstgrenze, wie durch die Blöcke 110–114 allgemein dargestellt wird. Wenn die zum Erfüllen der Raddrehmomentanforderung erforderliche Kraftmaschinenmindestleistung größer als die verfügbare Kraftmaschinenhöchstleistung ist (Berücksichtigung der Verhinderung von SOC-Überladung), wird die durch das und von dem Hohlrad und in das Endlosdrehmomentübertragungselement übertragene Mindestleistung auf mindestens die verfügbare Kraftmaschinenhöchstleistung erhöht. Insbesondere wird bei 110 ein Vergleich zwischen P_min und P_{Kraftm._max} durchgeführt. Falls die Kraftmaschinenmindestleistung (P_min) unter der Höchstgrenze für die Kraftmaschinenleistung (P_{Kraftm._max}) liegt, setzt die Steuerung bei 112 einen Mindestschwellenwert für die Hohlradleistung (P_{min_Hohlr.}) als die bestimmte Kraftmaschinenmindestleistung (P_min). Wenn jedoch die Kraftmaschinenmindestleistung (P_min) die Höchstgrenze für die Kraftmaschinenleistung (P_{Kraftm._max}) überschreitet, setzt die Steuerung bei 114 den Schwellenwert P_{min_Hohlr.} gleich der Höchstgrenze für die Kraftmaschinenleistung (P_{Kraftm._max}).
Bei 116 wird die gewünschte Kraftmaschinenleistung (P_{Kraftm._gew}) unter Verwendung der obigen Gleichung (2) bestimmt.
Nach der obigen Beschreibung ist offensichtlich, dass die Steuerung, wenn die aus der Radleistungsanforderung bestimmte gewünschte Kraftmaschinenleistung unter der zur Erfüllung des Raddrehmoments erforderlichen Kraftmaschinenmindestleistung liegt, die Kraftmaschinenleistungsanforderung auf diesen Wert erhöhen kann. Dadurch wird letztlich die vom Hohlrad übertragene Leistung erhöht. Wenn jedoch die aus der Radleistungsanforderung bestimmte gewünschte Kraftmaschinenleistung bereits die zur Erfüllung des Raddrehmoments erforderliche Kraftmaschinenmindestleistung überschreitet, ist eine derartige Maßnahme nicht erforderlich und die Kraftmaschinenleistungsanforderung kann beibehalten werden.
Der Kraftmaschinenleistungsbefehl kann dann mit den oben stehenden Parametern bestimmt werden, so dass die Kraftmaschine Leistung zur Erfüllung der Drehmomentanforderung an die Räder ausgeben kann, insbesondere bei den oben beschriebenen Situationen mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Drehmomentanforderung. Bei 118 wird ein Vergleich zwischen der gewünschten Kraftmaschinenleistung (P_{Kraftm._gew.}) und dem Mindestschwellenwert für die Hohlradleistung (P_{min_Hohlr.})(wie bei 110–114 dargestellt bestimmt) durchgeführt. Wenn die gewünschte Kraftmaschinenleistung die Hohlradmindestleistung überschreitet, setzt die Steuerung bei 120 den Kraftmaschinenleistungsbefehl auf die gewünschte Kraftmaschinenleistung (P_min _{_Hohlr.}) Wenn jedoch die Hohlradmindestleistung die gewünschte Kraftmaschinenleistung überschreitet, setzt die Steuerung bei 122 den Kraftmaschinenleistungsbefehl auf die Hohlradmindestleistung. Der Algorithmus endet und kann bei 124 zurückkehren.
In Schritt 118–122 erfolgt das derartige Management der durch die Steuerung gesetzten und angesteuerten Kraftmaschinenleistung, dass die Leistungsabgabe durch das Hohlrad einen Schwellenwert überschreitet, um den Rädern das gewünschte Drehmoment bereitzustellen.
4 stellt eine vereinfachte detailliertere Steuerstrategie oder einen vereinfachten detaillierteren Algorithmus 200, die bzw. der gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung gewünschtes Raddrehmoment bereitstellt. Bei 202 wird eine Kraftmaschinenleistungsmindestabgabe zur Erfüllung der Drehmomentanforderung bestimmt. Bei 204 wird die aktuelle maximal zur Verfügung stehende Abgabe der Kraftmaschine ähnlich wie bei Schritt 108 gezeigt bestimmt. Bei 206 wird ein Mindestschwellenwert für das Hohlraddrehmoment auf ähnliche Weise wie mit Bezug auf Block 110–114 beschrieben bestimmt. Insbesondere entspricht der Mindestschwellenwert für das Hohlraddrehmoment der jeweils geringeren der zur Erfüllung der Raddrehmomentanforderungen erforderlichen Kraftmaschinenmindestleistung oder der maximal zur Verfügung stehenden Kraftmaschinenleistung. Bei 208 modifiziert die Steuerung die Abgabe der Kraftmaschine derart, dass das Hohlraddrehmoment den Mindestschwellenwert für das Hohlraddrehmoment überschreitet.
Verschiedene Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die oben beschrieben werden, stellen eine Strategie zur Änderung der Abgabe der Kraftmaschine (Kraftmaschinenleistung), um den Rädern Hohlraddrehmoment zur Erfüllung des angeforderten Drehmoments zuzuführen, bereit. Kurz gesagt bestimmt und modifiziert die Steuerstrategie die Kraftmaschinenleistungsanforderung derart, dass das resultierende Hohlraddrehmoment einen zugeordneten Schwellenwert überschreitet. Der Hohlradschwellenwert kann wie oben detailliert ausgeführt unter Verwendung einer Motordrehmomentgrenze und eines angeforderten Raddrehmoments bestimmt werden. Bei einigen Ausführungsformen wird die geringste Kraftmaschinenleistungsanforderung bestimmt und bereitgestellt, die zur Planung eines Kraftmaschinendrehmoments führt, das hoch genug für die Zufuhr des Hohlradmindestdrehmoments ist. Dieses geringste Ausmaß an Kraftmaschinenleistung stellt unter Berücksichtigung des Kraftmaschinenwirkungsgrads das gewünschte Raddrehmoment bereit. Bei einigen Ausführungsformen kann die Kraftmaschinenhöchstleistungsabgabe basierend auf den Radleistungsanforderungen und Batterieladegrenzen bestimmt werden.
Wenn die Abgabe der Kraftmaschine geändert wird, um sicherzustellen, dass das durch das Hohlrad zugeführte Drehmoment über einem Hohlraddrehmomentschwellenwert liegt, wird Drehmoment zur Erfüllung des gewünschten angeforderten Raddrehmoments durch das Endlosdrehmomentübertragungselement und zu den Rädern übertragen.
Es versteht sich, dass die obigen Bezüge auf „Drehmoment“ und „Leistung“, wie z. B. der Mindestschwellenwert für die Hohlradleistung, durch einfache mathematische Eigenschaften der Beziehung zwischen Drehmoment und Leistung (Leistung = Drehmoment * Drehzahl) ausgetauscht werden können. Somit kann der Mindestschwellenwert für die Hohlradleistung durch einfaches Dividieren durch die Drehzahl auch ein Mindestschwellenwert für das Hohlraddrehmoment sein. Die vorliegende Offenbarung sollte nicht auf strenge „Leistungs“-Schwellenwerte oder strenge „Drehmoment“-Schwellenwerte beschränkt werden. Ein derartiges Beispiel einer Umwandlung wird zwischen den Schritten 104 und 106 durchgeführt. Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Kraftmaschinenleistung zur Bereitstellung des gewünschten Drehmoments an die Räder modifiziert.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zu einer Verarbeitungseinrichtung, einer Steuerung oder einem Computer, wozu eine beliebige existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit gehören kann, lieferbar sein oder durch sie implementiert werden. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die durch eine Steuerung oder einen Computer ausführbar sind, in vielen Formen gespeichert werden, darunter, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Einrichtungen, permanent gespeichert sind, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetdatenspeicherbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, veränderbar gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem ausführbaren Softwareobjekt implementiert werden. Als Alternative können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung von geeigneten Hardwarekomponenten, wie etwa ASICs (Application Specific Integrated Circuits, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder -einrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, realisiert werden.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Verschiedene Ausführungsformen könnten zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein, jedoch können, wie für den Durchschnittsfachmann offensichtlich ist, zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; einen Planetenradsatz, der mit der Kraftmaschine gekoppelt ist und ein Hohlrad zur Übertragung eines Hohlraddrehmoments auf ein Differenzial aufweist; eine elektrische Maschine, die dazu konfiguriert ist, Drehmoment selektiv an das Differenzial auszugeben; ein Endlosdrehmomentübertragungselement (CTTM – Continuous Torque Transfer Member), das das Hohlrad und die elektrische Maschine mit dem Differenzial wirkkoppelt; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine basierend auf einem Hohlraddrehmomentschwellenwert so zu ändern, dass ein gewünschtes Drehmoment durch das CTTM zum Differenzial übertragen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, das ferner ein Antriebselement umfasst, das mit dem CTTM gekoppelt ist, um diesem Drehmoment bereitzustellen, wobei das Antriebselement eine zentrale Welle aufweist, die an den Enden mit dem Hohlrad und mit der elektrischen Maschine wirkgekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine darauf basierend, dass die elektrische Maschine Drehmoment bei oder nach einer maximalen Höhe ausgibt, zu ändern.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine ferner darauf basierend, dass ein angefordertes Raddrehmoment eine Summe aus einem maximal zur Verfügung stehenden Motordrehmoment und einem maximal zur Verfügung stehenden Kraftmaschinendrehmoment überschreitet, zu ändern.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine darauf basierend, dass ein Raddrehmoment unter einem Raddrehmomentschwellenwert liegt, zu erhöhen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das Hohlraddrehmoment als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert liegt und ein Raddrehmoment unter einem Raddrehmomentschwellenwert liegt, über den Hohlraddrehmomentschwellenwert hinaus zu erhöhen.
Verfahren zur Steuerung der Abgabe der Kraftmaschine eines Fahrzeugs, das eine Kraftmaschine, die über ein Hohlrad eines Planetenradsatzes und ein Endlosdrehmomentübertragungselement (CTTM) mit einem Differenzial wirkgekoppelt ist, und einen Motor, der über das CTTM mit dem Differenzial wirkgekoppelt ist, aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: derartiges Erhöhen einer Abgabe der Kraftmaschine basierend auf einer Höhe des durch das Hohlrad übertragenen Drehmoments, dass das Drehmoment über einem Hohlraddrehmomentschwellenwert gehalten und durch das CTTM übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Erhöhen Erhöhen eines Mindestschwellenwerts für die Kraftmaschinenleistung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner Halten der Abgabe der Kraftmaschine über dem Mindestschwellenwert für die Kraftmaschinenleistung, so dass das durch das Hohlrad übertragene Drehmoment zumindest bis ein angefordertes Drehmoment über einem Schwellenwert für das angeforderte Drehmoment bleibt über dem Hohlraddrehmomentschwellenwert bleibt, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Erhöhen als Reaktion darauf initiiert wird, dass ein angefordertes Raddrehmoment eine Summe aus einem maximal zur Verfügung stehenden Motordrehmoment und einem maximal zur Verfügung stehenden Kraftmaschinendrehmoment überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Erhöhen als Reaktion darauf initiiert wird, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Schwellenwert liegt, wenn das Hohlraddrehmoment unter dem Hohlraddrehmomentschwellenwert ist.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine; einen Planetenradsatz, der mit der Kraftmaschine gekoppelt ist und ein Hohlrad zur Übertragung eines Hohlraddrehmoments auf ein Differenzial aufweist; einen Motor, der dazu konfiguriert ist, Motordrehmoment selektiv an das Differenzial auszugeben; ein Endlosdrehmomentübertragungselement (CTTM), das das Hohlrad und den Motor mit dem Differenzial wirkkoppelt; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Abgabe der Kraftmaschine der Art zu erhöhen, dass das Hohlraddrehmoment über einem Hohlraddrehmomentschwellenwert gehalten wird, um Drehmoment durch das CTTM zum Differenzial zu übertragen.
Fahrzeug nach Anspruch 12, das ferner ein Antriebselement umfasst, das mit dem Endlosdrehmomentübertragungselement gekoppelt ist, um diesem Drehmoment bereitzustellen, wobei das Antriebselement eine zentrale Welle aufweist, die an den Enden mit dem Hohlrad und mit dem Motor wirkgekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine darauf basierend, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert liegt, zu erhöhen.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine über einem Schwellenwert für die Abgabe der Kraftmaschine zu halten, so dass das durch das Hohlrad übertragene Drehmoment zumindest bis die Fahrzeuggeschwindigkeit unter dem Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert bleibt über dem Hohlraddrehmomentschwellenwert bleibt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, die Abgabe der Kraftmaschine basierend darauf, dass ein Raddrehmoment unter einem Raddrehmoment schwellenwert liegt, zu erhöhen.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das Hohlraddrehmoment als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert liegt und ein Raddrehmoment unter einem Raddrehmomentschwellenwert liegt, über den Hohlraddrehmomentschwellenwert hinaus zu erhöhen.