DE102015119285A1 - Steuerung einer Kupplung zwischen einer Kraftmaschine und einem Motor während eines Schaltereignisses in einem Hybridfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein Hybridelektrofahrzeug enthält eine Kraftmaschine, einen Elektromotor, ein Zahnradgetriebe eines Getriebes und eine Kupplung, die die Kraftmaschine selektiv mit dem Elektromotor koppelt. Die Kraftmaschinendrehzahl kann bei Betrieb mit hohen Drehzahlen während eines geplanten Schaltereignisses in dem Zahnradgetriebe drastisch abfallen. Zum Reduzieren der durch die Änderung der Kraftmaschinendrehzahl erfahrenen Auswirkungen ist mindestens eine Steuerung vorgesehen und dazu programmiert, die Kupplung, wenn sie gesperrt ist, als Reaktion darauf, dass ein Antriebsdrehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung eines erwarteten Schaltereignisses vorhanden ist, ein zur Verfügung stehendes negatives Drehmoment wie ein Rekuperationsmoment und ein Kraftmaschinenbremsmoment übersteigt, schlupfen zu lassen.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerstrategie zur Steuerung einer Kraftmaschinentrennkupplung für ein Schaltereignis basierend auf einem Drehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung des Schaltereignisses vorhanden ist.
- HINTERGRUND
- Wenn ein Fahrzeug zum Beispiel während der Beschleunigung Gänge schaltet, nimmt die Drehzahl einer Abgabe eines Getriebes weiter zu, während die Eingabe in das Getriebe die Drehzahl reduzieren kann, wodurch die Eingabe von zusätzlichem Drehmoment in das Getriebe gestattet wird. Bei einem herkömmlichen Nichthybridfahrzeug kann sich die Kraftmaschinendrehzahl aufgrund eines Gangschaltvorgangs von 6000 RPM auf 2000 RPM ändern. Bei solch einem Drehzahlabfall wird von der Kraftmaschine ein plötzlicher Drehmomentruck geliefert. Wenn der Drehmomentruck groß genug ist und das Momentum und die Trägheit der drehenden Kraftmaschine auch groß genug sind, kann der Fahrzeugführer einen merklichen ”Schaltschock” erfahren.
- Bei bestimmten Arten von Hybridelektrofahrzeugen kann auch ein Elektromotor Drehmoment selektiv zum Eingang des Getriebes liefern. Wenn der Motor so mit der Kraftmaschine gekoppelt ist, dass sie sich bei der Bereitstellung von Drehmoment durch den ganzen Gangschaltvorgang hinweg zusammen drehen, weist der Motor sogar noch mehr Faktoren auf, die sich auf den Drehmomentruck und Schaltschock auswirken.
- KURZFASSUNG
- Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Kupplung und mindestens eine Steuerung. Die Kupplung koppelt selektiv eine Kraftmaschine und eine elektrische Maschine. Die mindestens eine Steuerung ist dazu programmiert, die Kupplung, wenn diese gesperrt ist, als Reaktion darauf, dass ein Antriebsdrehmoment (das gemäß Schätzung bei Beendigung eines erwarteten Schaltereignisses vorhanden ist) eine Kombination aus einem zur Verfügung stehenden Rekuperationsmoment und einem Kraftmaschinenbremsmoment übersteigt, schlupfen zu lassen. Dadurch wird während des erqateten schaltereignisses stromabwärts der Kupplung übertragenes Kraftmaschinendrehmoment reduziert.
- Das gemäß Schätzung bei Beendigung des erwarteten Schaltereignisses vorhandene Drehmoment kann eine Differenz zwischen (i) einem Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung des erwarteten Schaltereignisses zur Verfügung steht, und (ii) einem Kraftmaschinendrehmoment vor dem Schaltereignis enthalten.
- Das Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung nach dem erwarteten Schaltereignis zu Verfügung steht, kann ein geschätztes Kraftmaschinendrehmoment bei gesperrter Kupplung sein.
- Ferner kann das Fahrzeug ein Zahnradgetriebe mit einem Eingang umfassen, wobei das zur Verfügung stehende Rekuperationsmoment eine Funktion einer Drehzahl des Eingangs ist, derart, dass die mindestens eine Steuerung zum Schlupfenlassen der Kupplung basierend auf der Drehzahl des Eingangs programmiert ist.
- Die mindestens eine Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die Kupplung als Reaktion auf eine Beendigung des Schaltereignisses zu sperren.
- Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Kupplung und mindestens eine Steuerung. Die Kupplung koppelt selektiv eine Kraftmaschine und eine elektrische Maschine. Die mindestens eine Steuerung ist dazu programmiert, ein Schlupfausmaß in der Kupplung basierend auf einer Antriebsdrehmomenthöhe (die gemäß Schätzung bei Beendigung eines erwarteten Schaltereignisses vorhanden ist), die ein kombiniertes zur Verfügung stehendes Rekuperationsmoment und ein Kraftmaschinenbremsmoment übersteigt, zu modulieren. Das Modulieren wirkt dahingehend, stromabwärts der Kupplung während des erwarteten Schaltereignisses übertragenes Kraftmaschinendrehmoment zu reduzieren.
- Gemäß noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Reduzieren von Schaltschock in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Sperren einer Kupplung, die eine elektrische Maschine selektiv mit einer Kraftmaschine koppelt. Ferner umfasst das Verfahren Planen eines erwarteten Schaltereignisses in einem Zahnradgetriebe. Schließlich umfasst das Verfahren Schlupfenlassen der Kupplung als Reaktion darauf, dass ein Drehmoment, das gemäß Schätzung nach dem erwarteten Schaltereignis vorhanden ist, ein zur Verfügung stehendes negatives Drehmoment in der Kraftmaschine und in der elektrischen Maschine übersteigt.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; -
2 ist ein beispielhaftes Diagramm eines zur Verfügung stehenden negativen Drehmoments in einer elektrischen Maschine als Funktion der Drehzahl gemäß einer Ausführungsform; -
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform einer Steuerstrategie zur Steuerung einer Trennkupplung für ein Schaltereignis basierend auf einem Drehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung des Schaltereignisses vorhanden ist, darstellt; und -
4 ist ein beispielhaftes Diagramm von Drehmomenten und Drehzahlen verschiedener Antriebsstrangkomponenten vor und nach einem Schaltereignis. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Es werden hierin Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details der besonderen Komponenten zu zeigen. Deshalb sollen die hier offenbarten speziellen strukturellen und funktionalen Details nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die Ausführungsformen auf verschiedene Weise einzusetzen sind. Wie für den Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können verschiedene unter Bezugnahme auf irgendwelche der Figuren dargestellten und beschriebenen Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es könnten jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren dieser Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
- Unter Bezugnahme auf
1 wird ein Schemadiagramm eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV)10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt.1 zeigt repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten. Die physische Platzierung und Ausrichtung der Komponenten im Fahrzeug kann variieren. Das HEV10 enthält einen Antriebsstrang12 . Der Antriebsstrang12 enthält eine Kraftmaschine14 , die ein Getriebe16 antreibt, was als ein modulares Hybridgetriebe (MHT) bezeichnet werden kann. Wie unten ausführlicher beschrieben werden wird, enthält das Getriebe16 eine elektrische Maschine18 , wie zum Beispiel einen elektrischen Motor/Generator (M/G) (der mit einer zugehörigen Fahrbatterie20 gekoppelt ist), einen Drehmomentwandler22 und ein Mehrstufenautomatikgetriebe oder -zahnradgetriebe24 . - Die Kraftmaschine
14 und die elektrische Maschine18 sind beide Antriebsquellen für das HEV10 . Die Kraftmaschine14 stellt allgemein ein Antriebsaggregat dar, das eine Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einen Benzin-, Diesel- oder Erdgasmotor, oder eine Brennstoffzelle enthalten kann. Die Kraftmaschine14 erzeugt eine Motorleistung und ein entsprechendes Ausgangsdrehmoment, das der elektrischen Maschine18 zugeführt wird, wenn eine Trennkupplung26 zwischen der Kraftmaschine14 und dem M/G18 zumindest teilweise eingerückt ist. Die elektrische Maschine18 kann durch eine beliebige mehrerer Arten von elektrischen Maschinen implementiert werden. Zum Beispiel kann die elektrische Maschine18 ein permanenterregter Synchronmotor sein. Die Leistungselektronik bereitet die von der Batterie20 bereitgestellte Gleichstromleistung (DC-Leistung) für die Anforderungen der elektrischen Maschine18 auf, wie weiter unten beschrieben werden wird. Die Leistungselektronik kann für die elektrische Maschine18 zum Beispiel einen Dreiphasenwechselstrom (Dreiphasen-AC) bereitstellen. - Wenn die Trennkupplung
26 zumindest teilweise eingerückt ist, ist Kraftfluss von der Kraftmaschine14 zu der elektrischen18 oder von der elektrischen Maschine18 zu der Kraftmaschine14 möglich. Zum Beispiel kann die Trennkupplung26 eingerückt sein, und die elektrische Maschine18 kann als Generator arbeiten, um von einer Kurbelwelle28 und der Welle30 der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehenergie in in der Batterie20 zu speichernde elektrische Energie umzuwandeln. Die Trennkupplung26 kann auch ausgerückt werden, um die Kraftmaschine14 von dem Rest des Antriebsstrangs12 zu entkoppeln, so dass die elektrische Maschine18 als alleinige Antriebsquelle für das HEV10 betrieben werden kann. Ein Doppelmassenschwungrad (DMF – Dual Mass Flywheel)29 kann entlang der Welle28 vorgesehen sein, um Trägheit aufrechtzuerhalten und Triebstrangstörungen während des Einrückens oder Ausrückens der Trennkupplung26 auf ein Minimum zu reduzieren. - Die Welle
30 erstreckt sich durch die elektrische Maschine18 . Die elektrische Maschine18 ist mit der Welle30 kontinuierlich antriebsverbunden, wohingegen die Kraftmaschine14 nur dann mit der Welle30 antriebsverbunden ist, wenn die Trennkupplung26 zumindest teilweise eingerückt ist. - Die elektrische Maschine
18 ist über die Welle30 mit dem Drehmomentwandler22 verbunden. Der Drehmomentwandler22 ist daher mit der Kraftmaschine14 verbunden, wenn die Trennkupplung26 zumindest teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler22 enthält ein Pumpenrad, das an der Welle30 der elektrischen Maschine befestigt ist, und eine Turbine, die an der Getriebeeingangswelle32 befestigt ist. Der Drehmomentwandler22 stellt auf diese Weise eine hydraulische Kopplung zwischen der Welle30 und der Getriebeeingangswelle32 bereit. Der Drehmomentwandler22 überträgt Leistung von dem Pumpenrad zur Turbine, wenn sich das Pumpenrad schneller als die Turbine dreht. Die Höhe des Turbinendrehmoments und des Pumpenraddrehmoments hängt allgemein von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis der Pumpenraddrehzahl zur Turbinendrehzahl ausreichend groß ist, ist das Turbinendrehmoment ein Vielfaches des Pumpenraddrehmoments. Des Weiteren kann eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung34 vorgesehen sein, die, wenn sie eingerückt ist, das Pumpenrad und die Turbine des Drehmomentwandlers22 reibschlüssig oder mechanisch koppelt, wodurch eine effizientere Leistungsübertragung gestattet wird. Die Überbrückungskupplung34 des Drehmomentwandlers kann als eine Anfahrkupplung zum Bereitstellen eines sanften Fahrzeuganfahrens betrieben werden. Alternativ dazu oder damit kombiniert kann bei Anwendungen, die keinen Drehmomentwandler22 oder keine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung34 enthalten, eine der Trennkupplung26 ähnliche Anfahrkupplung zwischen der elektrischen Maschine18 und dem Zahnradgetriebe24 vorgesehen sein. Bei einigen Anwendungen wird die Trennkupplung26 allgemein als eine vorgeschaltete Kupplung bezeichnet, und die Anfahrkupplung34 (bei der es sich um eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung handeln kann) wird allgemein als eine nachgeschaltete Kupplung bezeichnet. - Das Zahnradgetriebe
24 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) enthalten, die durch selektives Einrücken von Reibungselementen, wie zum Beispiel Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), zur Herstellung der gewünschten mehreren diskreten oder Stufenübersetzungsverhältnisse selektiv in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen platziert werden. Die Reibungselemente sind über ein Schaltschema steuerbar, das gewisse Elemente der Zahnradsätze verbindet oder trennt, um das Übersetzungsverhältnis zwischen einer Getriebeausgangswelle36 und der Getriebeeingangswelle32 zu steuern. Das Zahnradgetriebe24 wird basierend auf verschiedenen Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung, wie zum Beispiel eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU – Powertrain Control Unit), automatisch aus einem Übersetzungsverhältnis in ein anderes geschaltet. Dann stellt das Zahnradgetriebe24 Antriebsstrangausgangsdrehmoment für die Ausgangswelle36 bereit. - Es sollte auf der Hand liegen, dass das mit einem Drehmomentwandler
22 verwendete hydraulisch gesteuerte Zahnradgetriebe24 nur ein Beispiel für eine Zahnradgetriebe- oder Getriebeanordnung ist; jegliches mehrstufige Getriebe, das ein oder mehrere Eingangsdrehmomente von einer Kraftmaschine und/oder einem Motor annimmt und dann einer Ausgangswelle Drehmoment bei den verschiedenen Übersetzungsverhältnissen zuführt, ist zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung akzeptabel. Zum Beispiel kann das Zahnradgetriebe24 durch ein mechanisches Automatikgetriebe (AMT – Automated Mechanical (oder Manual) Transmission), das einen oder mehrere Servomotoren zum Verschieben/Drehen von Schaltgabeln entlang einer Schaltschiene zum Auswählen einer gewünschten Gangstufe enthält, implementiert werden. Zum Beispiel kann, wie für einen Durchschnittsfachmann allgemein auf der Hand liegt, ein AMT in Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen verwendet werden. - Wie bei dem Ausführungsbeispiel von
1 gezeigt, ist die Ausgangswelle36 mit einem Differenzial40 verbunden. Das Differenzial40 treibt über jeweilige Achsen44 , die mit dem Differenzial40 verbunden sind, ein Paar Räder42 an. Das Differenzial überträgt ungefähr ein gleiches Drehmoment auf jedes Rad42 und gestattet dabei geringfügige Drehzahlunterschiede, z. B. wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Verschiedene Arten von Differenzialen oder ähnliche Vorrichtungen können zur Verteilung von Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder verwendet werden. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung in Abhängigkeit von beispielsweise dem bestimmten Betriebsmodus oder der bestimmten Betriebsbedingung variieren. - Der Antriebsstrang
12 enthält ferner eine zugeordnete Steuerung50 , wie zum Beispiel eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU – Powertrain Control Unit). Obwohl sie als eine einzige Steuerung dargestellt ist, kann die Steuerung50 auch Teil eines größeren Steuersystems sein und kann durch verschiedene andere über das Fahrzeug10 hinweg verteilte Steuerungen, wie z. B. eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – Vehicle System Controller) gesteuert werden. Es versteht sich daher, dass die Antriebsstrangsteuereinheit50 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine ”Steuerung” bezeichnet werden können, die als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren zur Steuerung von Funktionen, wie z. B. Starten/Stoppen der Kraftmaschine14 , Betreiben des M/G18 zur Bereitstellung von Raddrehmoment oder zum Laden der Batterie20 , Wählen oder Planen von Getriebeschaltvorgängen usw., verschiedene Aktuatoren steuert. Die Steuerung50 kann einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit (CPU – Central Processing Unit) enthalten, der bzw. die mit verschiedenen Arten von rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Verbindung steht. Zu rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in zum Beispiel Nurlesespeichern (ROM – Read-Only Memory), Direktzugriffsspeichern (RAM – Random-Access Memory) und Keep-Alive-Speichern (KAM – Keep Alive Memory) gehören. Der KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zum Speichern von verschiedenen Betriebsvariablen, während die CPU abgeschaltet ist, verwendet werden kann. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von bekannten Speichervorrichtungen implementiert werden, wie zum Beispiel PROM (programmierbare Nurlesespeicher), EPROM (elektrische PROM), EEPROM (elektrisch löschbare PROM), Flash-Speicher oder irgendwelche anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung beim Steuern der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs verwendet werden. - Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Kraftmaschinen/Fahrzeugsensoren und -aktuatoren über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (I/O-Schnittstelle), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle implementiert werden kann, welche eine verschiedenartige Rohdaten- oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umsetzung, einen Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ dazu können ein oder mehrere zweckgebundene Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um spezielle Signale aufzubereiten und zu verarbeiten, bevor sie der CPU zugeführt werden. Wie in dem Ausführungsbeispiel von
1 allgemein dargestellt, kann die Steuerung50 Signale zu und/oder von der Kraftmaschine14 , der Trennkupplung26 , der elektrischen Maschine18 , der Anfahrkupplung34 , dem Zahnradgetriebe24 des Getriebes und der Leistungselektronik56 kommunizieren. Der Durchschnittsfachmann wird verschiedene von der Steuerung50 steuerbare Funktionen oder Komponenten in jedem der oben identifizierten Untersysteme erkennen, obwohl diese nicht explizit dargestellt sind. Zu repräsentativen Beispielen von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt durch von der Steuerung ausgeführte Steuerlogik betätigt werden können, zählen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, -rate und -dauer, Drosselklappenstellung, Zündkerzenzündzeitpunkt (bei Fremdzündungskraftmaschinen), Einlass-/Auslassventilsteuerzeiten und -dauer, Vorbaunebenaggregatantrieb(FEAD – Front-End Accessory Drive)-Komponenten, wie z. B. eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, Batterieladung, Rekuperationsbremsung, M/G-Betrieb, Kupplungsdrücke für die Trennkupplung26 , die Anfahrkupplung34 und das Zahnradgetriebe24 des Getriebes und dergleichen. Sensoren, die eine Eingabe durch die I/O-Schnittstelle übertragen, können verwendet werden, um beispielsweise Turboladeraufladedruck, Kurbelwellenstellung (PIP), Kraftmaschinendrehzahl (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Einlasskrümmerdruck (MAP), Fahrpedalstellung (PPS), Zündschalterstellung (IGN), Drosselventilstellung (TP), Lufttemperatur (TMP), Abgassauerstoffgehalt (EGO) oder eine andere Abgaskomponentenkonzentration oder -anwesenheit, Einlassluftstrom (MAF), Getriebegang, -übersetzung oder -modus, Getriebeöltemperatur (TOT), Getriebeturbinenraddrehzahl (TS), Status der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung34 (TCC), Abbrems- oder Schaltmodus (MDE) anzugeben. - Durch die Steuerung
50 durchgeführte Steuerlogik oder Funktionen können durch Flussdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, implementiert werden kann/können. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obgleich dies nicht immer explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass eine oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden können. Auf ähnliche Weise ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung angegeben. Die Steuerlogik kann in erster Linie in einer Software implementiert werden, die durch eine Steuerung eines Fahrzeugs, einer Kraftmaschine und/oder eines Antriebsstrangs auf Mikroprozessorbasis, wie zum Beispiel die Steuerung50 , durchgeführt wird. Natürlich kann die Steuerlogik in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung implementiert werden. Wenn sie in Software implementiert wird, kann die Steuerlogik in einer oder mehreren rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien mit gespeicherten Daten vorgesehen werden, die einen Code oder Befehle darstellen, die von einem Rechner ausgeführt werden, um das Fahrzeug oder seine Untersysteme zu steuern. Die rechnerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Anzahl von bekannten physischen Vorrichtungen enthalten, die einen elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher verwenden, um ausführbare Befehle und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu halten. - Ein Fahrpedal
52 wird vom Fahrer eines Fahrzeugs dazu verwendet, einen Drehmomentanforderungs-, Leistungsanforderungs- oder Fahrbefehl zum Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt Herunterdrücken und Freigeben des Pedals52 ein Fahrpedalstellungssignal, das von der Steuerung50 als eine Anforderung nach mehr bzw. weniger Leistung interpretiert werden kann. Die Steuerung50 fordert basierend auf zumindest einer Eingabe vom Pedal Drehmoment von der Kraftmaschine14 und/oder der elektrischen Maschine18 an. Die Steuerung50 steuert auch die zeitliche Koordinierung von Gangwechseln im Zahnradgetriebe24 sowie das Einrücken oder Ausrücken der Trennkupplung26 und der Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung34 . Wie die Trennkupplung26 kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung34 über einen Bereich zwischen der eingerückten und ausgerückten Stellung moduliert werden. Dies erzeugt einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler22 zusätzlich zu dem durch die hydrodynamische Kopplung zwischen dem Pumpenrad und der Turbine erzeugten variablen Schlupf. Als Alternative dazu kann die Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung34 ohne Verwendung eines modulierten Betriebsmodus in Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung als gesperrt oder geöffnet betrieben werden. - Zum Antrieb des Fahrzeugs mit der Kraftmaschine
14 wird die Trennkupplung26 zumindest teilweise eingerückt, um mindestens einen Teil des Kraftmaschinendrehmoments durch die Trennkupplung26 zu der elektrischen Maschine18 und dann von der elektrischen Maschine18 durch den Drehmomentwandler22 und das Zahnradgetriebe24 zu übertragen. Die elektrische Maschine18 kann die Kraftmaschine14 durch Bereitstellung zusätzlicher Energie zur Drehung der Welle30 unterstützen. Dieser Betriebsmodus kann als ein ”Hybridmodus” oder ein ”Modus mit Elektromotorunterstützung” bezeichnet werden. - Zum Antrieb des Fahrzeugs mit der elektrischen Maschine
18 als der einzigen Antriebsquelle bleibt der Leistungsfluss, abgesehen davon, dass die Trennkupplung26 die Kraftmaschine14 vom Rest des Antriebsstrangs12 trennt, derselbe. Die Verbrennung in der Kraftmaschine14 kann während dieser Zeit deaktiviert oder anderweitig abgestellt sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Fahrbatterie20 überträgt gespeicherte elektrische Energie durch eine Verkabelung54 zur Leistungselektronik56 , die beispielsweise einen Wechselrichter enthalten kann. Die Leistungselektronik56 wandelt DC-Spannung von der Batterie20 in von der elektrischen Maschine18 zu verwendende AC-Spannung um. Die Steuerung50 steuert die Leistungselektronik56 dahingehend an, Spannung von der Batterie20 in eine AC-Spannung umzuwandeln, mit der der M/G18 versorgt wird, um der Welle30 positives oder negatives Drehmoment zuzuführen. Dieser Betriebsmodus kann als ein ”reiner Elektrobetriebsmodus” bezeichnet werden. - Die elektrische Maschine
18 kann in jedem Betriebsmodus als Motor wirken und dem Antriebsstrang12 eine Antriebskraft zuführen. Als Alternative dazu kann die elektrische Maschine18 als Generator wirken und kinetische Energie von dem Antriebsstrang12 in in der Batterie20 zu speichernde elektrische Energie umwandeln. Die elektrische Maschine18 kann zum Beispiel als Generator wirken, während die Kraftmaschine14 für das Fahrzeug10 Antriebskraft bereitstellt. Die elektrische Maschine18 kann zusätzlich dazu während Zeiten von Rekuperationsbremsung, in denen Drehenergie von den sich drehenden Rädern42 durch das Zahnradgetriebe24 zurück transportiert und in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie20 umgewandelt wird, als Generator wirken. - Es versteht sich, dass die in
1 veranschaulichte schematische Darstellung rein beispielhaft und in keiner Weise als einschränkend aufzufassen ist. Es werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, die selektiven Einsatz sowohl von einer Kraftmaschine als auch einem Motor zur Übertragung durch das Getriebe verwenden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine18 von der Kurbelwelle28 versetzt sein, ein zusätzlicher Motor kann zum Starten der Kraftmaschine14 vorgesehen sein, und/oder der M/G18 kann zwischen dem Drehmomentwandler22 und dem Zahnradgetriebe24 vorgesehen sein. Es kommen auch andere Konfigurationen in Betracht, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. - Fahrzeuge, wie zum Beispiel das in
1 beispielhaft dargestellte Hybridfahrzeug, können im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen eine wesentlich höhere Eingangsträgheit aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es zusätzlich zu der Kraftmaschine14 und dem Drehmomentwandler22 eine elektrische Maschine18 , eine Trennkupplung26 und ein optionales Schwungrad (zum Beispiel ein Doppelmassenschwungrad ”DMF”)29 , das gemeinhin zur Minimierung von Triebstrangstörung während des Einrückens und Ausrückens der Trennkupplung26 verwendet wird, gibt. Ein DMF29 wird, falls es vorgesehen ist, nicht nur zum Schutz der Trennkupplung26 vor exzessiver Torsionsspannung und Ermüdung verwendet, sondern bringt auch eine wesentliche Trägheit mit. Während eines Gangschaltvorgangs bei hoher Drehzahl (das heißt Gangschaltvorgänge, die erfolgen, wenn sich die Welle30 oder das Pumpenrad mit einer sehr hohen Drehzahl dreht) weist jedes dieser Elemente im Antriebsstrang Faktoren auf, die berücksichtigt und gesteuert werden müssen, um einen sanften Übergang beim Schaltereignis bereitzustellen. Wenn sich das Pumpenrad zum Beispiel unmittelbar vor einem Schaltereignis im Zahnradgetriebe relativ schnell dreht, kann das Schaltereignis aufgrund der drastischen Abnahme der Drehzahl des Pumpenrads nach dem Schaltereignis einen Drehmomentruck im Antriebsstrang verursachen. Während dieser Schaltereignisse bei hoher Drehzahl erhöht sich natürlich das Kraftmaschinendrehmoment, wenn es nicht gesteuert wird, aufgrund der Trägheit und der Reduzierung der Drehzahl des Pumpenrads. - Während der Trägheitsphase dieser Schaltereignisse sollte das Kraftmaschinendrehmoment im Antriebsstrang reduziert werden, um den durch den Abfall der Pumpenraddrehzahl verursachten Trägheitsdrehmomentruck zu kompensieren. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann die Trennkupplung
26 dahingehend gesteuert werden, diesem im Antriebsstrang realisierten Drehmomentruck Rechnung zu tragen und ihn abzuschwächen. Der hydraulische Druck an der Trennkupplung26 kann zum Beispiel durch die Steuerung dahingehend angesteuert werden, abzunehmen, um ein Rutschen der Trennkupplung während des Schaltereignisses bei hoher Drehzahl zu gestatten. Während einiger bevorstehender Schaltereignisse bei hoher Drehzahl kann die Amplitude des Trägheitsdrehmomentrucks potenziell zur Verfügung stehendes Kraftmaschinendrehmoment und zur Verfügung stehendes negatives Drehmoment der elektrischen Maschine bei einer gegebenen Drehzahl übersteigen, siehe zum Beispiel2 , die eine Darstellung eines Beispiels für zur Verfügung stehendes negatives Drehmoment in der elektrischen Maschine als Funktion der Drehzahl zeigt. Reduzierung von Druck oder Schlupfen an der Trennkupplung26 zu diesen Zeitpunkten kann Triebstrangstörungen bei Schaltvorgängen bei hoher Drehzahl mindern. - Unter Bezugnahme auf
3 wird unten eine Ausführungsform einer durch die Steuerung implementierten Steuerstrategie zum Reduzieren oder Eliminieren von im Antriebsstrang realisierter Trägheit, wodurch von Insassen des Fahrzeugs während eines Schaltereignisses wahrgenommene Antriebsstrangstörungen reduziert oder eliminiert werden, beschrieben. Zunächst bestimmt die Steuerung bei102 das Schaltschema und somit Bedingungen, die ein erwartetes Schaltereignis anzeigen. Gangschaltvorgänge können als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrpedalstellung befohlen werden; somit ändert sich das Schaltschema in Abhängigkeit von diesen Bedingungen. Deshalb ist die Drehzahl des Pumpenrads zu Beginn eines erwarteten Schaltereignisses basierend auf diesem Schaltschema zu irgendeiner gegebenen Zeit vorhersagbar. - Bei
104 bestimmt die Steuerung, ob ein bevorstehendes Schaltereignis basierend zum Beispiel auf der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahrpedalstellung erwartet wird. Die Steuerung kann das erwartete Schaltereignis als einen genauen Moment, in dem das Zahnradgetriebe Gänge wechselt, schätzen. - Bei Erwartung eines bevorstehenden Schaltereignisses wird ein Vergleich von Drehmomenten getroffen, um zu entscheiden, ob eine Änderung der Trennkupplung erforderlich ist, um erwarteten ”Schaltschock” aufgrund von Trägheit während des Schaltens bei
106 zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Steuerung ein geschätztes Ausmaß der Reduzierung des Drehmoments T, das aufgrund der Trägheit am Eingang des Zahnradgetriebes erforderlich ist, berechnen:T = Iα (1), - Das geschätzte Ausmaß der erforderlichen Reduzierung des Drehmoments T ist Teil eines bei
106 getroffenen Gesamtvergleichs. Die Steuerung vergleicht die folgenden Drehmomente:T(I, α) – Teng_ _bs > |Tbrk + TMG| (3) - Wenn die Beziehung von
106 wahr ist, dann kann die Steuerung bei108 ein Rutschen der Trennkupplung während des bevorstehenden Schaltereignisses vorbereiten und planen. Wenn das Schaltereignis gemäß seinem Schaltschema erfolgt, steuert die Steuerung bei110 ein Rutschen der Trennkupplung durch beispielsweise Ansteuern einer Verringerung des Hydraulikfluids an der Kupplung zum Reduzieren der Kupplungskapazität an. Dieses Rutschen entkoppelt deshalb die Kraftmaschine, das Schwungrad und Teil der Trennträgheit von dem Rest des Antriebsstrangs. Dadurch wird die am Antriebsstrang realisierte Gesamtträgheit effektiv reduziert und der Schaltschock aufgrund von übermäßigem Drehmoment reduziert oder eliminiert. - Die oben angeführte Steuerstrategie eignet sich am besten für Situationen, in denen die Kraftmaschine eingeschaltet ist und die in ein geplantes Schaltereignis gehende Trennkupplung gesperrt ist. Wenn die Schaltkupplung bereits in einem Schlupfzustand betrieben wird, kann die Steuerung natürlich den Druck sogar noch weiter reduzieren, um das Drehmoment zu reduzieren.
- Bei
112 kann die Steuerung die Kupplung nach Beendigung des Schaltereignisses erneut sperren, indem sie zum Beispiel eine Zunahme des Hydraulikdrucks an der Trennkupplung ansteuert. Dies führt die Kraftmaschine in ihren gekoppelten Zustand zurück, in dem sie sich vor dem Schaltereignis befand. - Wenn der Vergleich bei
106 jedoch nicht wahr ist, ist die Drehmomentdifferenz, deren Auftreten während des bevorstehenden Schaltereignisses erwartet wird, nicht auf einen Wert erhöht, der einen signifikanten Schaltschock verursachen würde. Deshalb ist eine Entkopplung der Kraftmaschine und des Schwungrads möglicherweise nicht erforderlich. Bei114 hält die Steuerung deshalb normale Trennkupplungsdruckansteuerungen aufrecht, und bei116 erfolgt das Schaltereignis mit diesem normalen Trennkupplungsdruck. - In
4 wird ein beispielhaftes Testergebnis eines die oben beschriebene Steuerstrategie verwendenden Fahrzeugs dargestellt. Mit Zunahme der Drehzahl des Motors und der elektrischen Maschine, während sich ein erwartetes Schaltereignis nähert, beginnt das Antriebswellendrehmoment abzunehmen. Ungefähr gleichzeitig mit dem Schaltereignis oder unmittelbar davor beginnt die Trennkupplung zu rutschen. Das Drehmoment der elektrischen Maschine nimmt entsprechend ab, und die Drehzahlen der Kraftmaschine und der elektrischen Maschine verringern sich bei aktivem neuem Gang. Die Trennkupplung kehrt zu Normalbetrieb zurück, während sich der Schlupf im Anschluss an das Schaltereignis verringert. - Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können für eine Verarbeitungseinrichtung, eine Steuerung oder einen Computer, wozu eine beliebige vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit gehören kann, bereitstellbar sein bzw. 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 geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa ASICs (anwendungsspezifischer integrierter 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, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen mit umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich 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, die von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können unter anderem Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. gehören. Somit liegen Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder als Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Claims (20)
- Fahrzeug, umfassend: eine Kupplung zum selektiven Koppeln einer Kraftmaschine und einer elektrischen Maschine; und mindestens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Kupplung, wenn diese gesperrt ist, als Reaktion darauf, dass ein Antriebsdrehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung eines erwarteten Schaltereignisses vorhanden ist, ein zur Verfügung stehendes Rekuperationsmoment und ein Kraftmaschinenbremsmoment übersteigt, schlupfen zu lassen, um ein stromabwärts der Kupplung während des erwarteten Schaltereignisses übertragenes Kraftmaschinendrehmoment zu reduzieren.
- Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das zur Verfügung stehende Rekuperationsmoment ein zur Verfügung stehendes negatives Mindestdrehmoment von der elektrischen Maschine umfasst.
- Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment, das gemäß Schätzung vorhanden ist, eine Differenz zwischen (i) einem Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung des erwarteten Schaltereignisses zur Verfügung steht, und (ii) einem Kraftmaschinendrehmoment vor dem Schaltereignis umfasst.
- Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung nach dem erwarteten Schaltereignis zur Verfügung steht, ein geschätztes Kraftmaschinendrehmoment bei gesperrter Kupplung ist.
- Fahrzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Zahnradgetriebe mit einem Eingang, wobei das zur Verfügung stehende Rekuperationsmoment eine Funktion einer Drehzahl des Eingangs ist, derart, dass die mindestens eine Steuerung zum Schlupfenlassen der Kupplung basierend auf der Drehzahl des Eingangs programmiert ist.
- Fahrzeug nach Anspruch 5, ferner umfassend einen Drehmomentwandler mit einem mit dem Eingang gekoppelten Pumpenrad.
- Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Kupplung als Reaktion auf eine Beendigung des Schaltereignisses zu sperren.
- Fahrzeug, umfassend: eine Kupplung zum selektiven Koppeln einer Kraftmaschine und einer elektrischen Maschine; und mindestens eine Steuerung, die dazu programmiert ist, ein Schlupfausmaß in der Kupplung basierend auf einer Antriebsdrehmomenthöhe, die gemäß Schätzung bei Beendigung eines erwarteten Schaltereignisses vorhanden ist und die ein zur Verfügung stehendes Rekuperationsmoment und ein Kraftmaschinenbremsmoment übersteigt, zu modulieren, um stromabwärts der Kupplung während des erwarteten Schaltereignisses übertragenes Kraftmaschinendrehmoment zu reduzieren.
- Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das zur Verfügung stehende Rekuperationsmoment ein zur Verfügung stehendes negatives Mindestdrehmoment von der elektrischen Maschine umfasst.
- Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Drehmoment, das gemäß Schätzung vorhanden ist, eine Differenz zwischen (i) einem Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung bei Beendigung des erwarteten Schaltereignisses zur Verfügung steht, und (ii) einem Kraftmaschinendrehmoment vor dem Schaltereignis umfasst.
- Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei das Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung nach dem erwarteten Schaltereignis zu Verfügung steht, ein geschätztes Kraftmaschinendrehmoment bei gesperrter Kupplung ist.
- Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Zahnradgetriebe mit einem Eingang, wobei das zur Verfügung stehende Rekuperationsmoment eine Funktion einer Drehzahl des Eingangs ist, derart, dass die mindestens eine Steuerung zum Schlupfenlassen der Kupplung basierend auf der Drehzahl des Eingangs programmiert ist.
- Fahrzeug nach Anspruch 12, ferner umfassend einen Drehmomentwandler mit einem mit dem Eingang gekoppelten Pumpenrad.
- Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Steuerung ferner dazu programmiert ist, die Kupplung als Reaktion auf eine Beendigung des Schaltereignisses zu sperren.
- Verfahren zum Reduzieren von Schaltschock in einem Fahrzeug, umfassend: Sperren einer Kupplung, die eine elektrische Maschine selektiv mit einer Kraftmaschine koppelt; Planen eines erwarteten Schaltereignisses in einem Zahnradgetriebe; und Schlupfenlassen der Kupplung als Reaktion darauf, dass ein Drehmoment, das gemäß Schätzung nach dem erwarteten Schaltereignis vorhanden ist, ein zur Verfügung stehendes negatives Drehmoment in der Kraftmaschine und in der elektrischen Maschine übersteigt.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das zur Verfügung stehende negative Drehmoment ein zur Verfügung stehendes Kraftmaschinenbremsmoment und ein zur Verfügung stehendes negatives Mindestdrehmoment von der elektrischen Maschine umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Drehmoment, das gemäß Schätzung vorhanden ist, eine Differenz zwischen (i) einem Kraftmaschinendrehmoment, das gemäß Schätzung nach dem erwarteten Schaltereignis zur Verfügung steht, und (ii) einem Kraftmaschinendrehmoment vor dem erwarteten Schaltereignis umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Kupplung bei Beginn des Schlupfens gesperrt ist.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das zur Verfügung stehende negative Drehmoment in der elektrischen Maschine als Funktion einer Drehzahl eines Eingangs zum Zahnradgetriebe variiert, derart, dass das Rutschen auf der Drehzahl des Eingangs des Zahnradgetriebes basiert.
- Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend Sperren der Kupplung bei Beendigung des Schaltereignisses.
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