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FACHGEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybridfahrzeuge und das Steuern von Hybridfahrzeugsantriebssträngen.
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HINTERGRUND
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Hybridfahrzeugsantriebsstränge können die Leistungsabgabe eines Verbrennungsmotors und eines Elektromotors steuern, um eine gewünschte Leistungsabgabe des Hybridfahrzeugsantriebsstrangs zu erreichen.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Fahrzeug umfasst eine Kraftmaschine, eine elektrische Maschine, einen Drehmomentwandler und eine Steuerung. Der Drehmomentwandler umfasst ein Laufrad und ist konfiguriert, um Leistung von der Kraftmaschine und der elektrischen Maschine zu empfangen. Die Steuerung ist programmiert, um als Antwort auf ein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment und eine Differenz zwischen einer gewünschten und einer geschätzten Laufraddrehzahl ein Drehmoment der elektrischen Maschine auf Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Kraftmaschinendrehmoment und einem gewünschten Laufraddrehmoment anzupassen, um das Laufrad hin zur gewünschten Laufraddrehzahl anzusteuern.
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Ein Fahrzeug umfasst eine Kraftmaschine, einen Drehmomentwandler, einen Motor und eine Steuerung. Die Kraftmaschine ist konfiguriert, um während eines Fehlens von vom Fahrer gefordertem Drehmoment einem Laufrad des Drehmomentwandlers eine stationäre Leistungslast zuzuführen. Der Motor ist ebenfalls konfiguriert, um dem Laufrad Leistung zuzuführen. Die Steuerung ist programmiert, um als Antwort auf eine Differenz zwischen gewünschter und geschätzter Laufraddrehzahl ein Drehmoment des Motors basierend auf einer Abweichung der Last anzupassen, um das Laufrad hin zur gewünschten Laufraddrehzahl anzusteuern.
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Es wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs, das eine Kraftmaschine und einen Motor umfasst, die konfiguriert sind, um einem Laufrad eines Drehmomentwandlers Leistung zuzuführen, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Anpassen eines Drehmoments des Motors als Antwort auf ein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment und eine Differenz zwischen gewünschter und geschätzter Laufraddrehzahl auf Grundlage einer Differenz zwischen einem geschätzten Kraftmaschinendrehmoment und einem gewünschten Laufraddrehmoment und auch auf Grundlage der Differenz zwischen der gewünschten und geschätzten Laufraddrehzahl.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebsstrangs eines Hybridelektrokraftfahrzeugs.
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2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine und einer elektrischen Maschine veranschaulicht.
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3 zeigt einen Algorithmus zum Steuern von Drehmomentabgabe der Kraftmaschine und der elektrischen Maschine.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es gilt zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und weitere Ausführungsformen diverse und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Spezifische strukturelle und funktionale Details, die hier offenbart sind, sollen daher nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern rein als repräsentative Grundlage zur Erörterung der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung für Fachleute. Wie für Durchschnittsfachleute erkennbar sein wird, können verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine der Figuren gezeigt und beschrieben sind, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Figuren gezeigt sind, kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit gezeigt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von gezeigten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen oder Veränderungen der Merkmale gemäß den Erörterungen dieser Offenbarung können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
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In Bezug auf 1 ist ein schematisches Diagramm eines Hybridelektrokraftfahrzeugs (HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. 1 zeigt repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 10 umfasst einen Antriebsstrang 12. Der Antriebsstrang 12 umfasst eine Kraftmaschine 14, die ein Getriebe 16 antreibt, welches als modulares Hybridgetriebe (MHT) bezeichnet werden kann. Wie weiter unten noch detaillierter beschrieben wird, umfasst das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie z. B. einen Elektromotor/Generator (M/G) 18, eine zugeordnete Traktionsbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein Mehrstufen-Automatikgetriebe oder ein Schaltgetriebe 24.
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Die Kraftmaschine 14 und der M/G 18 sind beide Antriebsquellen für das HEV 10. Die Kraftmaschine 14 stellt im Allgemeinen eine Leistungsquelle dar, die einen Verbrennungsmotor, wie z. B. eine mit Benzin, Diesel oder Erdgas angetriebene Kraftmaschine, oder eine Brennstoffzelle umfasst. Die Kraftmaschine 14 erzeugt eine Kraftmaschinenleistung und ein entsprechendes Kraftmaschinendrehmoment, die dem M/G 18 zugeführt werden, wenn eine Ausrückkupplung 26 zwischen der Kraftmaschine 14 und dem M/G 18 mindestens teilweise eingerückt ist. Der M/G 18 kann durch jede einer Vielzahl von Arten von elektrischen Maschinen umgesetzt sein. Zum Beispiel kann M/G 18 ein Permanentmagnetsynchronmotor sein. Leistungselektronik bestimmt die Gleichstrom(DC)-Leistung, die von der Batterie 20 bereitgestellt wird, gemäß den Anforderungen des M/G 18, wie weiter unten beschrieben wird. Zum Beispiel kann Leistungselektronik Dreiphasen-Wechselstrom (AC) für den M/G 18 bereitstellen.
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Wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt ist, ist ein Leistungsfluss von der Kraftmaschine 14 zum M/G 18 oder vom M/G 18 zur Kraftmaschine 14 möglich. Zum Beispiel kann die Ausrückkupplung 26 eingerückt sein und M/G 18 kann als Generator fungieren, um Rotationsenergie, die von einer Kurbelwelle 28 und einer M/G-Welle 30 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert werden soll. Die Ausrückkupplung 26 kann auch ausgerückt sein, um die Kraftmaschine 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 zu isolieren, sodass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das HEV 10 fungiert. Die Welle 30 erstreckt sich durch den M/G 18 hindurch. Der M/G 18 ist mit der Welle 30 kontinuierlich antreibbar verbunden, während die Kraftmaschine 14 mit der Welle 30 nur dann antreibbar verbunden ist, wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt ist.
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Der M/G 18 ist mit dem Drehmomentwandler 22 über die Welle 30 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist daher mit der Kraftmaschine 14 verbunden, wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler 22 umfasst ein Laufrad 21 (das auf der M/G-Welle 30 angebracht sein kann), einen Stator 23 und eine Turbine 25 (die auf einer Getriebeantriebswelle 32 angebracht sein kann). Der Drehmomentwandler 22 stellt daher eine hydraulische Kopplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeantriebswelle 32 bereit. Der Drehmomentwandler 22 ist konfiguriert, um die Leistung von der Kraftmaschine 14 und dem M/G 18 auf das Getriebe 24 (oder Schaltgetriebe) zu übertragen. Der Drehmomentwandler 22 überträgt intern Leistung vom Laufrad 21 auf die Turbine 25, wenn das Laufrad 21 schneller rotiert als die Turbine 25. Die Leistung auf dem Laufrad 21 wird als τiωi bezeichnet, wobei τi das Laufraddrehmoment und ωi die Drehzahl des Laufrads 21 ist. Die Leistung auf der Turbine 25 wird als τtωt bezeichnet, wobei τt das Turbinendrehmoment und ωt die Drehzahl der Turbine 25 ist. Die Größen des Turbinendrehmoments τt und des Laufraddrehmoments τi hängen im Allgemeinen von den entsprechenden Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis der Laufraddrehzahl ωi zur Turbinendrehzahl ωt ausreichend groß ist, ist das Turbinendrehmoment τt ein Vielfaches des Laufraddrehmoments τi. Es kann auch eine Drehmomentwandler-Bypasskupplung (auch als Drehmomentwandler-Überbrückungskupplung bekannt) 34 bereitgestellt sein, die, wenn sie eingerückt ist, das Laufrad 21 und die Turbine 25 des Drehmomentwandlers 22 reibschlüssig oder mechanisch koppelt, was eine effizientere Leistungsübertragung ermöglicht. Die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 kann als Anfahrtskupplung betrieben werden, um ein sanftes Anfahren des Fahrzeugs bereitzustellen. Alternativ dazu oder in Kombination damit kann für Anwendungen, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 umfassen, eine Anfahrtskupplung, die der Ausrückkupplung 26 ähnlich ist, zwischen dem M/G 18 und dem Schaltgetriebe 24 bereitgestellt sein. In einigen Anwendungen wird allgemein die Ausrückkupplung 26 als Stromaufwärtskupplung und die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 als Stromabwärtskupplung bezeichnet.
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Das Schaltgetriebe 24 kann Getrieberadsätze (nicht gezeigt) umfassen, die durch selektives In-Eingriff-Bringen von Reibungselementen, wie Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt) in verschiedenen Übersetzungsverhältnissen selektiv angeordnet werden, um die gewünschten diskreten oder Mehrstufenverhältnisse festzulegen. Die Reibungselemente sind durch eine Schaltroutine steuerbar, die bestimmte Elemente der Getrieberadsätze verbindet und voneinander löst, um das Verhältnis zwischen einer Getriebeabtriebswelle 36 und der Getriebeantriebswelle 32 zu steuern. Das Schaltgetriebe 24 wird, basierend auf verschiedenen Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen, durch eine zugeordnete Steuerung, wie z. B. eine Antriebsstrang-Steuereinheit (PCU), automatisch von einem Verhältnis in ein anderes versetzt. Das Schaltgetriebe 24 stellt dann Antriebsstrang-Abtriebsleistung und -Drehmoment für die Abtriebswelle 36 bereit. Antriebsstrang-Abtriebsleistung und -Drehmoment können auch als Getriebeausgangsleistung und -drehmoment bezeichnet werden. Die Antriebsstrang-Abtriebsleistung wird als τoutωout dargestellt, wobei τout das Abtriebsdrehmoment des Antriebsstrangs und ωout die Abtriebsdrehzahl des Antriebsstrangs ist.
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Es gilt zu verstehen, dass das hydraulisch gesteuerte Schaltgetriebe 24, das mit einem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, nur ein Beispiel eines Schaltgetriebes oder einer Getriebeanordnung ist; jedes Mehrverhältnisschaltgetriebe, das Antriebsdrehmoment(e) von einer Kraftmaschine und/oder einem Motor annimmt und dann Drehmoment für eine Abtriebswelle bei den verschiedenen Verhältnissen bereitstellt, kann zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung akzeptiert werden. Zum Beispiel kann das Schaltgetriebe 24 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren umfasst, um Schaltgabeln entlang einer Schaltschiene zu übersetzen/rotieren, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis auszuwählen. Wie für Durchschnittsfachleute klar ist, kann ein AMT z. B. in Anwendungen mit Anforderungen in Bezug auf ein größeres Drehmoment verwendet werden.
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Wie in der repräsentativen Ausführungsform von 1 gezeigt, ist die Abtriebswelle 36 mit einem Differential 40 verbunden. Das Differential 40 treibt ein Paar von Rädern 42 über entsprechende Achsen 44 an, die mit dem Differential 40 verbunden sind. Das Differential überträgt ungefähr gleich viel Drehmoment auf jedes Rad 42, wobei leichte Drehzahlabweichungen zugelassen werden, etwa wenn das Fahrzeug abbiegt. Es können verschiedene Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen verwendet werden, um Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. In einigen Anwendungen kann z. B. die Drehmomentverteilung abhängig vom jeweiligen Betriebsmodus oder -zustand variieren.
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Der Antriebsstrang 12 umfasst ferner eine zugeordnete Steuerung 50, wie z. B. eine Antriebsstrang-Steuereinheit (PCU). Zwar ist sie als eine Steuerung gezeigt, doch kann die Steuerung 50 Teil eines größeren Steuersystems und von verschiedenen anderen Steuerungen im Fahrzeug 10 gesteuert sein, wie z. B. von einer Fahrzeugsystemsteuerung (VSC). Es gilt daher zu verstehen, dass die Antriebsstrang-Steuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen kollektiv als „Steuerung” bezeichnet werden können, die verschiedene Aktuatoren als Antwort auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie Starten/Stoppen der Kraftmaschine 14, Betätigen des M/G 18, um ein Raddrehmoment bereitzustellen oder die Batterie 20 aufzuladen, Auswählen oder Festlegen von Getriebeschaltungen usw. zu steuern. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) in Kommunikation mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien umfassen. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher z. B. in Nur-Lese-Speichern (ROM), Direktzugriffsspeichern (RAM) und Keep-Alive-Speichern (KAM) umfassen. KAM ist ein dauerhafter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, verschiedene Betriebsvariablen zu speichern, während die CPU abgeschaltet ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer Anzahl von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt werden, wie z. B. PROM (programmierbare Nur-Lese-Speicher), EPROM (elektrische PROM), EEPROM (elektrisch löschbare PROM), Flash-Speicher oder jede andere elektrische, magnetische, optische oder Kombinationsspeichervorrichtung, die Daten speichern kann, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung beim Steuern der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs verwendet werden.
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Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Kraftmaschinen-/Fahrzeugsensoren und Aktuatoren über eine Eingangs-/Ausgangs(I/O)-Schnittstelle, die durch eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt werden kann, die verschiedene Rohdaten- oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -konvertierung, Kurzschlussschutz, und dergleichen bereitstellt. Alternativ dazu können ein oder mehrere zweckgebundene(r) Hardware- oder Firmwarechips verwendet werden, um bestimmte Signale vor der Einspeisung in die CPU aufzubereiten und zu verarbeiten. Wie allgemein in der repräsentativen Ausführungsform von 1 gezeigt, kann eine Steuerung 50 Signale von und/oder zu der Kraftmaschine 14, der Ausrückkupplung 26, dem M/G 18, der Batterie 20, der Anfahrtskupplung 34, dem Übertragungs-Schaltgetriebe 24 und der Leistungselektronik 56 kommunizieren. Obwohl dies nicht explizit gezeigt ist, werden Durchschnittsfachleute verschiedene Funktionen oder Komponenten erkennen, die von der Steuerung 50 in jedem der oben genannten Subsysteme gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele von Parametern, Systemen und/oder Komponenten, die unter Verwendung von durch die Steuerung ausgeführter Steuerlogik direkt oder indirekt betätigt werden können, umfassen Zeitsteuerung, Geschwindigkeit und Dauer der Brennstoffeinspritzung, Position des Drosselventils, Zündkerzen-Zündzeitpunkt (für Ottomotoren), Zeitsteuerung und Dauer des Ansaug- und Auspuffventils, Vorderzusatzantriebs(FEAD)-Komponenten wie z. B. einen Drehstromgenerator, einen Klimaanlagenkompressor, Batterieladung oder -entladung (einschließlich das Bestimmen der Grenzen für Maximalladung und Entladeleistung), Nutzbremsung, M/G-Betrieb, Kupplungsdruck für die Ausrückkupplung 26, die Anfahrtskupplung 34 und das Übertragungs-Schaltgetriebe 24 und dergleichen. Sensoren, die Eingaben durch die I/O-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um zum Beispiel Folgendes anzuzeigen: Turbolader-Schubdruck, Kurbelwellenposition (PIP), Kraftmaschinendrehzahl (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Einlasskrümmerdruck (MAP), Beschleunigungspedalposition (PPS), Zündschalterposition (IGN), Drosselventilposition (TP), Lufttemperatur (TMP), Konzentration oder Anwesenheit von Abgas-Sauerstoff (EGO) oder einer sonstigen Abgaskomponente, Zuluftstrom (MAF), Getriebegang, -übersetzungsverhältnis oder -modus, Getriebeöltemperatur (TOT), Getriebelaufraddrehzahl (TI), Getriebeturbinendrehzahl (TS), Status der Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 (TCC), Abbremsungs- oder Schaltmodus (MDE), Batterietemperatur, Spannung, Strom oder Ladezustand (SOC).
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Steuerlogik, Funktionen oder Algorithmen, die von der Steuerung 50 ausgeführt werden, können durch Flussdiagramme oder ähnliche Diagramme in einer oder mehreren Figuren dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik bereit, die durch Verwendung von einer oder mehreren Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, durch Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen, umgesetzt werden können. Verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen können daher in der gezeigten Reihenfolge oder parallel zueinander durchgeführt, oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obwohl dies nicht immer explizit gezeigt ist, ist für Durchschnittsfachleute zu erkennen, dass eine(r) oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen abhängig von der jeweiligen verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden können. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, doch ist diese zur besseren Darstellung und Beschreibung bereitgestellt. Die Steuerlogik kann primär in Software umgesetzt sein, die durch eine Mikroprozessor-basierte Fahrzeug-, Kraftmaschinen- und/oder Antriebsstrangsteuerung ausgeführt wird, wie z. B. einer Steuerung 50. Die Steuerlogik kann natürlich in Software, Hardware oder einer Kombination von Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen implementiert sein, je nach Art der bestimmten Anwendung. Wenn sie in Software implementiert ist, kann die Steuerlogik in einer bzw. einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die einen Code oder Befehle darstellen, welche von einem Computer ausgeführt werden, um das Fahrzeug oder seine Subsysteme zu steuern. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien umfassen möglicherweise eine oder mehrere von einer Anzahl bekannter physischer Vorrichtungen, die elektrische, magnetische und/oder optische Speicherung nutzen, um ausführbare Befehle und zugeordnete Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen aufzubewahren.
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Ein Fahrpedal 52 wird vom Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein gefordertes Drehmoment, eine Leistung oder einen Antriebsbefehl bereitzustellen, um das Fahrzeug anzutreiben. Allgemein erzeugt ein Herabdrücken und Loslassen des Pedals 52 ein Fahrpedalpositionssignal, das von der Steuerung 50 jeweils als Forderung nach erhöhter oder verringerter Leistung interpretiert werden kann. Mindestens auf Grundlage einer Eingabe vom Pedal fordert die Steuerung 50 Drehmoment von der Kraftmaschine 14 und/oder dem M/G 18 an. Die Steuerung 50 steuert auch den Zeitpunkt von Getriebeschaltungen im Schaltgetriebe 24 sowie das Einrücken oder Ausrücken der Ausrückkupplung 26 und der Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34. Wie die Ausrückkupplung 26 kann die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 über eine Bandbreite zwischen der eingerückten und der ausgerückten Position moduliert werden. Dies bewirkt einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22, zusätzlich zum variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Verbindung zwischen dem Laufrad 21 und der Turbine 25 erzeugt wird. Alternativ dazu kann die Drehmomentwandler-Bypasskupplung 34 in verriegeltem oder offenem Zustand betrieben werden ohne einen modulierten Betriebsmodus, je nach Art der Anwendung, zu verwenden.
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Um das Fahrzeug mit der Kraftmaschine 14 anzutreiben, ist die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt, um mindestens einen Teil des Kraftmaschinendrehmoments durch die Ausrückkupplung 26 zum M/G 18 zu leiten und dann vom M/G 18 durch den Drehmomentwandler 22 und das Schaltgetriebe 24. Der M/G 18 kann die Kraftmaschine 14 dabei unterstützen, indem er zusätzliche Leistung zum Drehen der Welle 30 bereitstellt. Dieser Betriebsmodus kann als „Hybridmodus” oder „elektrisch unterstützter Modus” bezeichnet werden.
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Um das Fahrzeug mit dem M/G 18 als einzige Leistungsquelle anzutreiben, bleibt der Leistungsfluss derselbe, außer dass die Ausrückkupplung 26 die Kraftmaschine 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 isoliert. Die Verbrennung in der Kraftmaschine 14 kann deaktiviert oder auf sonstige Weise während dieser Zeit AUS sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Traktionsbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie durch eine Verdrahtung 54, um Elektronik 56 anzutreiben, die zum Beispiel einen Wechselrichter umfassen kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung von der Batterie 20 in Wechselspannung, die vom M/G 18 zu verwenden ist, um. Die Steuerung 50 befiehlt der Leistungselektronik 56, Spannung von der Batterie 20 in Wechselspannung umzuwandeln, die vom M/G 18 bereitgestellt wird, um positives oder negatives Drehmoment für die Welle 30 bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als „rein elektrischer” Betriebsmodus bezeichnet werden.
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In jedem Betriebsmodus kann der M/G 18 als Motor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Alternativ dazu kann der M/G 18 als Generator fungieren und kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie, die in der Batterie 20 gespeichert wird, umwandeln. Zum Beispiel kann der M/G 18 als Generator fungieren, während die Kraftmaschine 14 Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann während Nutzbremsungen, in denen Rotationsenergie von sich drehenden Rädern 42 durch das Schaltgetriebe 24 zurück übertragen und in elektrische Energie zur Speicherung in der Batterie 20 umgewandelt wird, zusätzlich als Generator fungieren.
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Es gilt zu verstehen, dass die in 1 gezeigte schematische Darstellung einen rein beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung anzusehen ist. Es werden andere Konfigurationen erwogen, die ein selektives Aktivieren von sowohl einer Kraftmaschine als auch einem Motor verwenden, um durch das Getriebe zu übertragen. Zum Beispiel kann der M/G 18 gegenüber der Kurbelwelle 28 versetzt sein, es kann ein zusätzlicher Motor bereitgestellt sein, um die Kraftmaschine 14 zu starten, und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Schaltgetriebe 24 bereitgestellt sein. Es werden andere Konfigurationen erwogen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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In Bezug auf 2 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das ein Verfahren 100 zum Steuern der Kraftmaschine 14 und des M/G 18 veranschaulicht. Das Verfahren 100 ist nicht als auf die in 2 gezeigte Konfiguration eingeschränkt auszulegen, sondern sollte Abwandlungen, bei denen einige Schritte umgeordnet sein können, oder Abwandlungen umfassen, in denen einige der Schritte gänzlich wegfallen. Das Verfahren 100 kann unter Verwendung von Softwarecode, der in der Steuerung 50 enthalten ist, umgesetzt werden. Der Softwarecode kann jeden der zur Durchführung des Verfahrens 100 erforderlichen Algorithmen umfassen. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren 100 in anderen Steuerungen umgesetzt sein oder auf mehrere Steuerungen verteilt sein.
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Das Verfahren 100 wird mit dem Startblock 102 eingeleitet. Das Verfahren 100 kann eingeleitet werden, indem eine Fahrzeugzündung in eine „Ein”-Position gebracht wird oder indem ein „Start/Los”-Knopf gedrückt wird. Sobald das Verfahren 100 mit dem Startblock 102 eingeleitet worden ist, geht das Verfahren über zu Schritt 104.
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Bei Schritt 104 wird bestimmt, ob ein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment vorliegt. Ein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment weist darauf hin, dass ein Fahrer des HEV 10 das Fahrpedal nicht herabgedrückt hat oder das Fahrpedal 52 vollständig losgelassen hat. Wenn kein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment vorliegt, endet das Verfahren mit Schritt 106. Wenn kein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment vorliegt, drückt der Fahrer des HEV 10 das Fahrpedal 52 gerade herab, um Drehmoment von sowohl der Kraftmaschine 14 als auch dem M/G 18 oder von einem von beiden anzufordern. Wenn ein Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment vorliegt, geht das Verfahren zu Schritt 108 über.
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Bei Schritt 108 wird eine gewünschte Drehzahl ωimp_des des Laufrads 21 festgestellt. Die gewünschte Laufraddrehzahl ωimp_des kann auf minimalen Getriebedrehzahlanforderungen (z. B. die minimale Drehzahl, die für den Betrieb einer Getriebeölpumpe erforderlich ist), minimalen Kraftmaschinendrehzahlanforderungen (z. B. die minimale Drehzahl, die erforderlich ist, um einen Betrieb des Katalysators bei einer gewünschten Temperatur sicherzustellen), oder minimalen Drehzahlanforderungen zur Bewerkstelligung von zusätzlichen Lasten (z. B. Klimaanlagenlast, Drehstromgeneratorlast, Wasserpumpenlast, Leistungslenkungslast usw.) basieren. Sobald die gewünschte Laufraddrehzahl ωimp_des in Schritt 108 festgelegt worden ist, geht das Verfahren zu Schritt 110 über.
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Bei Schritt 110 wird eine geschätzte Drehzahl ωimp_est des Laufrads 21 des Drehzahlwandlers 22 festgestellt. Die geschätzte Laufraddrehzahl ωimp_est kann eine tatsächliche oder eine geschätzte Drehzahl sein, die durch einen Drehzahlsensor bestimmt wird. Zum Beispiel kann der Drehzahlsensor konfiguriert sein, um die Drehzahl des M/G 18 oder der Welle 30 zu detektieren, um die geschätzte Laufraddrehzahl ωimp_est zu bestimmen. Der Drehzahlsensor kann dann die geschätzte Laufraddrehzahl ωimp_est zurück zur Steuerung 50 übertragen. Sobald die geschätzte Laufraddrehzahl ωimp_est in Schritt 110 bestimmt wurde, geht das Verfahren zu Schritt 112 über.
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Bei Schritt 112 wird festgestellt, ob eine Differenz zwischen der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est besteht. Die Differenz zwischen der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est kann auf einer Störung der Kraftmaschine 14 in Bezug auf das Drehmoment oder den Leistungsverbrauch während eines stationären Zustandsbetriebs, wie z. B. Leerlauf, Fahrzeugschubbetrieb, Park-Leerlauf-Laden der Batterie 20, Leerlaufkriechen des Fahrzeugs, aktiver Rückrollsperre usw., basieren. Während eines stationären Zustandsbetriebs der Kraftmaschine 14 kann die Kraftmaschine 14 konfiguriert sein, um dem Laufrad 21 eine stationäre Zustandsleistungslast zuzuführen. Die Leistungslast der Kraftmaschine 14 kann durch das Drehmoment der Kraftmaschine, multipliziert mit der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 28 dargestellt werden. Alternativ dazu kann die Differenz zwischen der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est auf einem vorübergehenden Zustand des Fahrzeugs basieren, der mit einem Fehlen von vom Fahrer gefordertem Drehmoment übereinstimmt, wie z. B. einem Tip-Out des Fahrpedals 52, einer Gradientenveränderung während des Laufkriechens des Fahrzeugs, einer Veränderung der gewünschten Laufraddrehzahl (z. B. kann eine Veränderung der gewünschten Laufraddrehzahl durch eine Veränderung der gewünschten Kraftmaschinendrehzahl bedingt sein, die eintritt, wenn die Kraftmaschine eine gewünschte Betriebstemperatur ausgehend von einer Anfahrtemperatur erreicht, die unter der gewünschten Betriebstemperatur liegt) usw. Wenn keine Differenz zwischen der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est besteht, endet das Verfahren 100 mit Schritt 106. Wenn eine Differenz zwischen der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est besteht, geht das Verfahren 100 zu Schritt 114 über.
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Bei Schritt 114 werden die Kraftmaschine 14 und der M/G 18 gesteuert, um das Laufrad 21 hin zur gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des anzusteuern. Die Kraftmaschine 14 und der M/G 18 können auf Grundlage eines Steueralgorithmus 200, der in 3 abgebildet ist, gesteuert sein. Sobald es nicht mehr notwendig ist, die Kraftmaschine 14 und den M/G 18 zu steuern, endet das Verfahren 100 mit Schritt 106.
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In Bezug auf 3 ist der Algorithmus 200 zum Steuern und Einstellen der Drehmomentabgabe der Kraftmaschine 14 und des M/G 18 dargestellt. Der Algorithmus 200 kann unter Verwendung von Softwarecode, der auf der Steuerung 50 enthalten ist, implementiert werden. In anderen Ausführungsformen kann der Algorithmus 200 auf anderen Steuerungen implementiert oder auf mehrere Steuerungen verteilt sein. Der Algorithmus 200 umfasst ein Kraftmaschinensteuerungsmodul 202 und ein M/G-Steuerungsmodul 204.
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Das Kraftmaschinensteuerungsmodul 202 umfasst das Erzeugen des gewünschten Kraftmaschinendrehmoments τeng_des. Ein gewünschtes Laufraddrehmoment τimp_des und ein Energieverwaltungsdrehmoment τem werden in den Summationsknoten 206 eingegeben. Die Ausgabe des Summationsknotens 206 ist das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment τeng_des. Das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment τeng_des wird dann als Drehmomentbefehl an die Kraftmaschine 14 gesendet. Das gewünschte Kraftmaschinedrehmoment τeng_des kann folgendermaßen dargestellt werden: τeng_des = τimp_des + τem (1) wobei τimp_des das gewünschte Laufraddrehmoment während eines Fehlens von vom Fahrer gefordertem Drehmoment ist und τem das Energieverwaltungsdrehmoment des M/G 18 ist, das zum Aufladen der Batterie 20 erforderlich ist. Das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment τeng_des kann dem Drehmoment entsprechen, das vonnöten ist, um die Kraftmaschine 14 während Kraftmaschinenleerlauf, Fahrzeugschubbetrieb, Park-Leerlauf-Laden der Batterie 20, Leerlaufkriechen des Fahrzeugs, aktiver Rückrollsperre usw., oder jeglichem anderen stationären Betrieb der Kraftmaschine 14 anzutreiben.
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Das gewünschte Laufraddrehmoment τ
imp_des kann auf der gewünschten Laufraddrehzahl und Kapazitätsfaktor- und Drehmomentverhältniskurven für einen bestimmten Drehmomentwandler beruhen. Das gewünschte Laufraddrehmoment τ
imp_des kann folgendermaßen dargestellt werden:
wobei ω
imp_des die gewünschte Laufraddrehzahl und K die Kapazitätsfaktorkurve des Drehmomentwandlers
22 ist, die eine Funktion des Drehzahlverhältnisses SR ist.
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Das Drehzahlverhältnis SR kann folgendermaßen dargestellt werden:
wobei ω
imp_des die gewünschte Laufraddrehzahl und ω
tur_est eine aktuelle Drehzahl der Turbine
25 des Drehmomentwandlers
22 ist. Die aktuelle Turbinendrehzahl ω
tur_est kann eine tatsächliche oder geschätzte Drehzahl sein, die durch einen Drehzahlsensor bestimmt wird. Zum Beispiel kann ein Drehzahlsensor konfiguriert sein, um die Drehzahl der Antriebswelle
32 zu bestimmen, um die aktuelle Turbinendrehzahl ω
tur_est zu bestimmen. Der Drehzahlsensor kann dann die aktuelle Turbinendrehzahl ω
tur_est zurück zur Steuerung
50 übertragen.
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Das M/G-Steuerungsmodul 204 umfasst das Erzeugen eines gewünschten Drehmoments τmot_des des M/G 18. Das gewünschte M/G-Drehmoment τmot_des umfasst einen Drehmomentvorsteuerungsbefehl τmot_ff und einen Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb. Der Drehmomentvorsteuerungsbefehl τmot_ff und der Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb werden in einen Summationsknoten 208 eingegeben. Die Ausgabe des Summationsknotens 208 ist das gewünschte M/G-Drehmoment τmot_des. Das gewünschte M/G-Drehmoment τmot_des wird dann als Drehmomentbefehl an den M/G 18 gesendet. Das gewünschte M/G-Drehmoment τmot_des kann folgendermaßen dargestellt werden: τmot_des = τmot_ff + τmot_fb (4) wobei τmot_ff der Drehmomentvorsteuerungsbefehl des M/G 18 ist und τmot_fb der Drehmomentrückkopplungsbefehl des M/G 18 ist.
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Der Drehmomentvorsteuerungsbefehl τmot_ff des M/G 18 kann als die Differenz zwischen einem geschätzten Drehmoment der Kraftmaschine τeng_est und dem gewünschten Laufraddrehmoment τimp_des dargestellt werden. Das geschätzte Kraftmaschinendrehmoment τeng_est und das gewünschte Laufraddrehmoment τimp_des werden in den Subtraktionsknoten 210 eingegeben. Die Ausgabe des Subtraktionsknotens 210 ist der Drehmomentvorsteuerungsbefehl τmot_ff des M/G 18. Der Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb des M/G 18 kann folgendermaßen dargestellt werden: τmot_ff = τeng_est – τimp_des (5) wobei τeng_est das geschätzte Kraftmaschinendrehmoment ist und τimp_des das gewünschte Laufraddrehmoment ist. Das geschätzte Kraftmaschinendrehmoment τeng_est kann ein tatsächliches oder geschätztes Drehmoment sein, das von einem Drehmomentsensor bestimmt wird. Zum Beispiel kann der Drehmomentsensor konfiguriert sein, um das Drehmoment der Kurbelwelle 28 zu detektieren, um das geschätzte Kraftmaschinendrehmoment τeng_est zu bestimmen. Der Drehzahlsensor kann dann das geschätzte Kraftmaschinendrehmoment τeng_est zurück zur Steuerung 50 übertragen.
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Der Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb des M/G 18 wird durch Eingeben der Differenz zwischen der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est in eine Rückkopplungssteuerung 212 erzeugt. Die gewünschte Laufraddrehzahl ωimp_des und die geschätzte Laufraddrehzahl ωimp_est werden in einen Subtraktionsknoten 214 eingegeben. Die Ausgabe des Subtraktionsknotens 214 ist die Differenz zwischen der gewünschte Laufraddrehzahl ωimp_des und der geschätzten Laufraddrehzahl ωimp_est, die dann in die Rückkopplungssteuerung 212 eingegeben wird. Die Rückkopplungssteuerung 212 kann einen Proportionalterm, einen Integralterm und/oder einen Ableitungsterm umfassen. Die Rückkopplungssteuerung 212 kann zum Beispiel eine P-Steuerung, eine PD-Steuerung, eine PID-Steuerung oder jegliche andere Variationen davon sein. Die Ausgabe der Rückkopplungssteuerung 212 ist der Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb des M/G 18.
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Das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment τeng_des kann durch einen Fehlerterm, der auf dem Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb des M/G 18 beruht, weiter angepasst werden. Dies kann erforderlich sein, wenn ein Fehler im geschätzten Kraftmaschinendrehmoment τeng_est und/oder ein Fehler in einem geschätzten Laufraddrehmoment τimp_est vorliegt. Das geschätzte Laufraddrehmoment τimp_est kann ein tatsächliches oder geschätztes Drehmoment sein, das durch einen Drehmomentsensor bestimmt wird. Zum Beispiel kann der Drehmomentsensor konfiguriert sein, um das Drehmoment des M/G 18 oder der Welle 30 zu detektieren, um das geschätzte Laufraddrehmoment τimp_est zu bestimmen. Alternativ dazu kann das geschätzte Laufraddrehmoment erhalten werden, indem die geschätzte Laufraddrehzahl ωimp_est in die Gleichungen (2) und (3) eingegeben wird, im Gegensatz zu einer Eingabe der gewünschten Laufraddrehzahl ωimp_des in die Gleichungen (2) und (3).
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Der Fehlerterm kann erzeugt werden, indem der Drehmomentrückkopplungsbefehl τmot_fb des M/G 18 in eine Fehlersteuerung 216 eingegeben wird. Die Fehlersteuerung 216 kann auch als Rechenverzögerungsmodul bezeichnet werden. Die Fehlersteuerung 216 kann einen Integralanteil der Rückkopplungssteuerung 212 umfassen. Der Integralanteil kann der letzte Wert des Integralanteils der Rückkopplungssteuerung 212 oder eine Akkumulation von mehreren vergangenen Werten des Integralanteils der Rückkopplungssteuerung 212 sein. Die Fehlersteuerung 26 ermöglicht dem Kraftmaschinensteuerungsmodul 202, das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment τeng_des anzupassen, indem die bestehenden Fehler im geschätzten Kraftmaschinendrehmoment τeng_est und/oder dem geschätzten Laufraddrehmoment τimp_est adaptiv gelernt werden. Die Ausgabe der Fehlersteuerung 216 kann ein Fehlerterm sein, der durch Z–1τmot_fb dargestellt wird. Die obige Gleichung (1) kann verändert werden, um die Ausgabe der Fehlersteuerung 216 zu umfassen, und folgendermaßen umgeschrieben werden: τeng_des = τimp_des + τem + Z–1τmot_fb (6) wobei τeng_des das gewünschte Kraftmaschinendrehmoment, τimp_des das gewünschte Laufraddrehmoment, τem das Energieverwaltungsdrehmoment und Z–1τmot_fb der Fehlerterm ist.
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Die in der Beschreibung gebrauchten Worte dienen vielmehr der Beschreibung als der Einschränkung, und es gilt zu verstehen, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Funktionen verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung, die nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, auszubilden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Merkmale als vorteilhaft oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach Stand der Technik beschrieben wurden, werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein(e) oder mehrere Funktionen oder Merkmale verändert werden können, um gewünschte allgemeine Systemeigenschaften zu erreichen, die von den spezifischen Anwendungen und Umsetzungen abhängen. Ausführungsformen, die in Bezug auf ein oder mehrere gewünschte Merkmale als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.