DE102017118731A1

DE102017118731A1 - Geschwindigkeitssteuerung für eine elektrische maschine eines hybridelektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102017118731A1
Application number: DE102017118731.6A
Authority: DE
Inventors: Jason Meyer; Rajit Johri
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2017-08-16
Publication date: 2018-02-22
Also published as: US20180050609A1; CN107757606B; CN107757606A; US10071653B2

Abstract

Ein Hybridantriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einen Elektromotor mit einem Rotor, der über eine Ausrückkupplung selektiv mit der Kurbelwelle verbunden ist und dazu ausgelegt ist, bei der Drehmomentsteuerung und der Drehzahlsteuerung betrieben zu werden. Der Antriebsstrang umfasst ferner ein Getriebe, das einen Drehmomentwandler mit einem an dem Rotor befestigten Pumpenrad, ein an einer Eingangswelle des Getriebes angeordnetes Turbinenrad und eine Überbrückungskupplung, die dazu ausgelegt ist, Drehmoment selektiv von dem Pumpenrad an das Turbinenrad zu übertragen. Eine Steuerung ist dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet, einen Drehmomentbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, der eine Größenordnung definiert, die von einem Fehler zwischen einer gemessen und einer geschätzten Drehzahl des Pumpenrads abgeleitet werden, die während der Drehmomentsteuerung erhalten wird, um ein Hinaufschnellen der Drehzahl des Elektromotors zu verhindern, wenn der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybridelektrofahrzeuge und insbesondere das Steuern einer elektrischen Maschine unter Verwendung einer Drehzahlsteuerung während bestimmter Betriebsbedingungen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Hybridelektroantriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine. Das von dem Verbrennungsmotor und/oder der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment (oder die Leistung) kann über ein Getriebe an die angetriebenen Räder übertragen werden, um das Fahrzeug anzutreiben. Eine Traktionsbatterie führt der elektrischen Maschine Energie zu.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Hybridantriebsstrang einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einen Elektromotor mit einem Rotor, der über eine Ausrückkupplung selektiv mit der Kurbelwelle verbunden ist und dazu ausgelegt ist, mit Drehmomentsteuerung und Drehzahlsteuerung betrieben zu werden. Der Antriebsstrang umfasst ferner ein Getriebe, das einen Drehmomentwandler mit einem an dem Rotor befestigten Pumpenrad, ein an einer Eingangswelle des Getriebes angeordnetes Turbinenrad und eine Überbrückungskupplung, die dazu ausgelegt ist, Drehmoment selektiv von dem Pumpenrad an das Turbinenrad zu übertragen. Eine Steuerung ist dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet, einen Drehmomentbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, der eine Größenordnung definiert, die von einem Fehler zwischen den gemessenen und den geschätzten Drehzahlen des Pumpenrads abgeleitet wird, die während der Drehmomentsteuerung erhalten werden, um ein Hinaufschnellen der Drehzahl des Elektromotors zu verhindern, wenn der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug einen Elektromotor, der mit Drehmomentsteuerung und Drehzahlsteuerung betreibbar ist, und einen Drehmomentwandler, der ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und eine Überbrückungskupplung aufweist. Eine Steuerung ist dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet, eine Drehmomentanforderung für den Elektromotor auf Grundlage einer Korrektur der Drehzahlschätzung für das Pumpenrad zu erzeugen, die erzeugt wird, während der Elektromotor sich in Drehmomentsteuerung befindet und die Überbrückungskupplung offen ist oder rutscht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebsstrangs offenbart. Der Hybridantriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe und einen Drehmomentwandler. Der Drehmomentwandler weist eine Turbine, ein an der elektrischen Maschine befestigtes Pumpenrad und eine Überbrückungskupplung auf. Das Verfahren umfasst eine erste Gruppe von Drehmomentbefehlen für die elektrische Maschine, während sich die elektrische Maschine in der Drehmomentsteuerung befindet. Die erste Gruppe von Forderungen umfasst eine Größenordnung auf Grundlage eines vom Fahrer angeforderten Drehmoments. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen einer zweiten Gruppe von Drehmomentbefehlen für die elektrische Maschine, während sich die elektrische Maschine in der Drehzahlsteuerung befindet. Die zweite Gruppe von Forderungen umfasst eine Größenordnung, die von einem Fehler zwischen einer gemessenen und einer geschätzten Drehzahl des Pumpenrads abgeleitet wird, die erhalten werden, wenn sich die elektrische Maschine in der Drehmomentsteuerung befindet und die Überbrückungskupplung offen ist oder rutscht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybridelektrofahrzeugs.
2 zeigt Abwandlungen der Parameter des Antriebsstrangs während eines Anlassens des Verbrennungsmotors, wobei die elektrische Maschine in der Drehmomentsteuerung gesteuert wird.
3 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Korrigieren einer geschätzten Drehzahl des Pumpenrads während der Drehmomentsteuerung der elektrischen Maschine veranschaulicht.
4 ist ein Steuerdiagramm, das einen Drehzahlsteueralgorithmus zum Steuern der elektrischen Maschine darstellt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen eines Drehmomentbefehls für die elektrische Maschine während der Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine veranschaulicht.
Die 6A bis 6C zeigen ein Flussdiagramm einer Steuerstrategie zum Anlassen des Verbrennungsmotors.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hier werden 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 zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einen Fachmann die unterschiedlichen Verwendungen der Ausführungsformen zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Möglicherweise sind jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Hybridelektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle – HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. 1 stellt repräsentative Beziehungen zwischen den Komponenten dar. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten im Fahrzeug kann variieren. Das HEV 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12 mit einem Verbrennungsmotor 14, der ein Getriebe 16 antreibt, das als modulares Hybridgetriebe (modular-hybrid transmission – MHT) bezeichnet werden kann. Wie nachstehend näher beschrieben, umfasst ein Getriebe 16 eine elektrische Maschine wie etwa einen Elektromotor/elektrischen Generator (M/G) 18, eine damit verbundene Traktionsbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein mehrstufig übersetztes Automatikgetriebe oder einen Getriebekasten 24. Der M/G kann auch als Motor 18 bezeichnet werden.
Sowohl der Verbrennungsmotor 14 als auch der M/G 18 sind Antriebsquellen für das HEV 10. Der Verbrennungsmotor 14 stellt im Allgemeinen eine Energiequelle dar, bei der es sich um einen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung, wie beispielsweise einen Benzin-, Diesel- oder Erdgasmotor, oder eine Brennstoffzelle handeln kann. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt eine Verbrennungsmotorleistung und ein entsprechendes Verbrennungsmotordrehmoment, das dem M/G 18 bereitgestellt wird, wenn eine Ausrückkupplung (K0-Kupplung) 26 zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem M/G 18 mindestens teilweise eingekuppelt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige von einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Beispielsweise kann es sich beim M/G 18 um einen dauermagneterregten Synchronmotor handeln. Die Leistungselektronik 56 passt den Gleichstrom (DC), der von der Batterie 20 bereitgestellt wird, an die Anforderungen des M/G 18 an, wie nachstehend beschrieben. Beispielsweise kann die Leistungselektronik einen Dreiphasenwechselstrom (AC) für den M/G 18 bereitstellen.
Wenn die Ausrückkupplung 26 zumindest teilweise eingekuppelt ist, fließt Strom vom Verbrennungsmotor 14 zum M/G 18. Ein Stromfluss vom M/G 18 zum Verbrennungsmotor 14 ist ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Ausrückkupplung 26 eingekuppelt sein und der M/G 18 kann als Generator zum Umwandeln von Drehenergie, die durch eine Kurbelwelle 28 und eine M/G-Welle 30 bereitgestellt wird, in elektrische Energie fungieren, die in der Batterie 20 gespeichert werden soll. Die Ausrückkupplung 26 kann zudem ausgekuppelt sein, um den Motor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 zu trennen, sodass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das HEV 10 fungieren kann. Die Welle 30 verläuft durch den M/G 18. Der Rotor 19 des M/G 18 ist an der Welle 30 befestigt, während der Motor 14 nur dann selektiv antriebsfähig mit der Welle 30 verbunden ist, wenn die Ausrückkupplung 26 zumindest teilweise eingekuppelt ist.
Ein separater Anlassermotor 31 kann selektiv mit dem Verbrennungsmotor 14 in Eingriff stehen, um den Verbrennungsmotor zu drehen und damit den Beginn der Verbrennung zu ermöglichen. Der Anlassermotor 31 kann durch ein 12-Volt-System des Fahrzeugs mit Energie versorgt werden. Sobald der Verbrennungsmotor angelassen ist, kann der Anlassermotor 31 von dem Verbrennungsmotor beispielsweise über eine Magnetspule gelöst werden, die ein Ritzel mit dem Hohlrad am Schwungrad in Eingriff bringt / davon löst (nicht dargestellt). In einer Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor 14 durch den Anlassmotor 31 angelassen, während die Ausrückkupplung 26 offen ist, wodurch der Verbrennungsmotor von dem M/G 18 ausgekuppelt bleibt. Sobald der Verbrennungsmotor angelassen und auf die Drehzahl des M/G 18 gebracht ist, kann die Ausrückkupplung 26 den Verbrennungsmotor mit dem M/G koppeln, damit der Verbrennungsmotor das Antriebsdrehmoment bereitstellen kann.
In einer anderen Ausführungsform ist kein Anlassmotor 31 vorgesehen, und der Verbrennungsmotor 14 wird stattdessen durch den M/G 18 angelassen. Dafür kuppelt die Ausrückkupplung 26 teilweise ein, um Drehmoment von dem M/G 18 an den Verbrennungsmotor 14 zu übertragen. Es kann erforderlich sein, das Drehmoment des M/G 18 zu erhöhen, um die Anforderungen des Fahrers zu erfüllen, während zugleich der Verbrennungsmotor 14 angelassen wird. Die Ausrückkupplung 26 kann dann, sobald die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf die Drehzahl des M/G gebracht ist, vollständig eingekuppelt werden.
Der M/G 18 ist über die Welle 30 antriebsfähig mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Zum Beispiel kann das Gehäuse des Drehmomentwandlers an der Welle 30 befestigt sein. Daher ist der Drehmomentwandler 22 mit dem Verbrennungsmotor 14 antriebsfähig verbunden, wenn die Ausrückkupplung 26 zumindest teilweise eingekuppelt ist. Zwei Komponenten sind antriebsfähig verbunden, wenn sie über einen Kraftflusspfad verbunden sind, durch den ihre Drehzahlen direkt proportional beschränkt sind. Der Drehmomentwandler 22 weist ein Pumpenrad 35 auf, das an dem Drehmomentwandlergehäuse befestigt ist (und somit an dem Rotor 19 befestigt ist), und ein Turbinenrad 37, das an einer Getriebeeingangswelle 32 befestigt ist, die antriebsfähig mit den angetriebenen Rädern 42 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 22 bietet eine hydraulische Kupplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeeingangswelle 32. Der Drehmomentwandler 22 überträgt die Kraft vom Pumpenrad 35 an das Turbinenrad 37, wenn sich das Pumpenrad schneller als das Turbinenrad dreht. Die Höhe des Drehmoments des Turbinenrads und des Pumpenrads richtet sich im Allgemeinen nach den relativen Drehzahlen. Ist das Drehzahlverhältnis zwischen Pumpenrad und Turbinenrad ausreichend hoch, beträgt das Drehmoment des Turbinenrads ein Vielfaches des Drehmoments des Pumpenrads. Es kann eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 bereitgestellt sein, die, sofern sie eingekuppelt ist, für eine Reib- oder mechanische Kupplung des Pumpenrads und des Turbinenrads des Drehmomentwandlers 22 sorgt, wodurch eine effizientere Kraftübertragung ermöglicht wird. Die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 kann als Anfahrkupplung betrieben werden, damit das Fahrzeug sanft anfährt. Alternativ oder in Kombination kann eine Anfahrkupplung ähnlich der Ausrückkupplung 26 zwischen dem M/G 18 und dem Getriebe 24 bei Anwendungen vorgesehen sein, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 aufweisen. Bei einigen Anwendungen wird die Ausrückkupplung 26 allgemein als vorgeschaltete Kupplung und die Anfahrkupplung 34 (bei der es sich um eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung handeln kann) allgemein als nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Getriebe 24 kann Zahnradsätze (nicht abgebildet) beinhalten, die durch ein selektives Ineingrifftreten von Reibungselementen, wie beispielsweise Kupplungen und Bremsen (nicht abgebildet), selektiv in unterschiedlichen Getriebeübersetzungen angeordnet werden, um die gewünschten mehreren getrennten oder stufenweisen Antriebsübersetzungen zu erreichen. Die Reibungselemente können über einen Schaltzeitplan gesteuert werden, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze verbindet und trennt, um die Übersetzung zwischen einer Getriebeausgangswelle 38 und der Getriebeeingangswelle 32 zu steuern. Der Getriebekasten 24 wird auf Grundlage unterschiedlicher Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine damit verbundene Steuerung, wie beispielsweise eine Antriebsstrangsteuereinheit (PCU) 50, automatisch von einer Übersetzung auf eine andere geschaltet. Der Getriebekasten 24 liefert anschließend ein Antriebsstrang-Abtriebsdrehmoment an die Abtriebswelle 38. Die Ausgangswelle 38 kann mit einer Antriebskomponente 39 (z. B. einer Antriebswelle und Universalgelenken) verbunden sein, die die Ausgangswelle 38 mit dem Differential 40 verbindet.
Es versteht sich, dass der hydraulisch gesteuerte Getriebekasten 24, das mit einem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, nur ein Beispiel für einen Getriebekasten oder eine Getriebeanordnung ist; ein beliebiger Getriebekasten mit Mehrfachübersetzungen, der Eingangsdrehmoment(e) von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor annimmt und anschließend bei den unterschiedlichen Übersetzungen Drehmoment an eine Ausgangswelle bereitstellt, ist für die Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung annehmbar. Beispielsweise kann der Getriebekasten 24 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren enthält, um Schaltgabeln entlang einer Schaltbetätigungsstange zu verschieben/drehen und dadurch eine gewünschte Getriebeübersetzung auszuwählen. Für den Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass ein AMT beispielsweise bei Anwendungen mit einem höheren Drehmomentbedarf verwendet werden kann.
Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 dargestellt, kann die Ausgangswelle 38 mit einer Antriebskomponente 39 verbunden sein, die die Ausgangswelle 38 mit dem Differential 40 verbindet. Das Differential 40 treibt ein Paar Räder 42 über jeweilige Achsen 44 an, die mit dem Differential 40 verbunden sind. Das Differential überträgt ungefähr das gleiche Drehmoment an jedes Rad 42, während es leicht unterschiedliche Drehzahlen erlaubt, zum Beispiel, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Verschiedene Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen können verwendet werden, um das Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung beispielsweise je nach konkreter Betriebsart oder -bedingung variieren.
Obwohl sie als eine Steuerung dargestellt ist, kann die Steuerung 50 Teil eines größeren Steuersystems sein und von verschiedenen anderen Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10 wie etwa einer Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) und einer Hochspannungsbatteriesteuerung (BECM) gesteuert werden. Es versteht sich, dass die Antriebsstrangsteuerung 50 und ein oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als „Steuerung“ bezeichnet werden können, das verschiedene Betätigungselemente als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie beispielsweise das Starten/Abschalten des Verbrennungsmotors 14, das Betreiben des M/G 18, das Bereitstellen von Antriebsmoment oder das Laden der Batterie 20, das Auswählen oder Planen von Gangwechseln usw. zu steuern. Zum Beispiel kann der M/G 18 einen Geschwindigkeitssensor 45 aufweisen, der dazu ausgelegt ist, ein Signal an die Steuerung 50 auszugeben, das auf eine Drehzahl des M/G hinweist. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor (CPU) umfassen, der mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien verbunden ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher beispielsweise im Nurlesespeicher (ROM), im Arbeitsspeicher (RAM) und im Keep-Alive-Speicher (KAM) umfassen. Bei einem KAM handelt es sich um einen Dauer- oder nichtflüchtigen Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die CPU heruntergefahren wird. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen von einer Vielzahl bekannter Speichervorrichtungen implementiert werden, wie etwa PROM (programmierbare Festspeicher), EPROM (elektronische PROM), EEPROM (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher oder beliebige andere elektronische, magnetische, optische oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuerung zum Steuern des Motors, Traktionsbatterie, des Getriebes oder anderer Fahrzeugsysteme verwendet werden.
Die Steuerung kommuniziert mit verschiedenen Fahrzeugsensoren und Betätigungselementen über eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (E/A), die als einzelne integrierte Schnittstelle implementiert sein kann, die verschiedene Rohdaten oder eine Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor diese der CPU bereitgestellt werden. Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 allgemein dargestellt, kann die Steuerung 50 Signale an den und/oder von dem Verbrennungsmotor 14, an die und/oder von der Ausrückkupplung 26, an den und/oder von dem M/G 18, an die und/oder von der Anfahrkupplung 34, an den und/oder von dem Getriebekasten 24 und an die und/oder von der Leistungselektronik 56 kommunizieren. Wenngleich sie nicht explizit dargestellt sind, erkennt der Durchschnittsfachmann doch verschiedene Funktionen oder Komponenten, die in jedem der vorstehend identifizierten Teilsysteme von der Steuerung 50 gesteuert werden können. Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die unter Verwendung von Steuerlogik, die von der Steuerung ausgeführt wird, direkt oder indirekt angesteuert werden können, sind unter anderem der Einspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge und die Einspritzdauer, die Stellung der Drosselklappe, der Zündzeitpunkt der Zündkerzen (bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren), die zeitliche Abstimmung und Dauer für Einlass- und Auslassventile, Keilriemen-(FEAD)-komponenten wie beispielsweise eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, das Laden der Batterie, die Rückgewinnung von Bremsenergie, der M/G-Betrieb, die Kupplungsdrücke für die Ausrückkupplung 26, die Anfahrkupplung 34 und der Getriebekasten 24 und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um beispielsweise den Turbolader-Ladedruck (gegebenenfalls), die Kurbelwellenposition (PIP), die Verbrennungsmotordrehzahl (U/min), die Radgeschwindigkeiten (WS1, WS2), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), die Kühlmitteltemperatur (ECT), den Druck im Ansaugtrakt (MAP), die Gaspedalposition (PPS), die Zündschalterposition (IGN), die Drosselklappenstellung (TP), die Lufttemperatur (TMP), den Sauerstoffgehalt im Abgas (EGO) oder die Konzentration oder den Gehalt eines anderen Bestandteils des Abgases, den Ansaugluftstrom (MAF), den Gang, die Übersetzung oder den Modus des Getriebes, die Getriebeöltemperatur (TOT), die Drehzahl der Getriebeturbine (TS), den Status der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34 (TCC), den Abbrems- oder Gangwechselmodus (MDE) anzuzeigen.
Die Steuerlogik oder die von der Steuerung 50 ausgeführten Funktionen können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien implementiert werden können bzw. kann, zum Beispiel ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer explizit dargestellt ist, liegt für den Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden können, je nach konkret eingesetzter Verarbeitungsstrategie. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern sie soll die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Verbrennungsmotor- und/oder Antriebssteuerung wie etwa die Steuerung 50 ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer bzw. einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen darstellen, der bzw. die von einem Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird bzw. werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere von einer Reihe bekannter physikalischen Vorrichtungen umfassen, die ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen elektronisch, magnetisch und/oder optisch speichern.
Ein Gaspedal 52 wird von dem Fahrer verwendet, um ein erforderliches Drehmoment, eine erforderliche Leistung oder einen Antriebsbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs bereitzustellen. Das Pedal 52 kann einen Pedalpositionssensor umfassen. Im Allgemeinen bewirkt das Betätigen und Loslassen des Pedals 52, dass der Pedalsensor ein Gaspedalpositionssignal erzeugt, das von der Steuerung 50 als Bedarf an einer höheren bzw. niedrigeren Leistung ausgelegt werden kann. Zumindest auf Grundlage einer Eingabe von dem Pedal fordert die Steuerung 50 Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 und/oder dem M/G 18. Die Steuerung 50 steuert zudem die zeitliche Abfolge der Gangwechsel im Getriebekasten 24 sowie das Einkuppeln oder Auskuppeln der Ausrückkupplung 26 und der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 34. Wie die Ausrückkupplung 26 kann die Überbrückungskupplung 34 in einem Bereich zwischen der eingekuppelten und der ausgekuppelten Position moduliert werden. Dies führt zu einem variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22, zusätzlich zu dem variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad entsteht. Alternativ kann die Überbrückungskupplung 34 als verriegelt oder offen verwendet werden, ohne eine modulierte Betriebsart zu verwenden, wobei dies von der konkreten Anwendung abhängt.
Um das Fahrzeug mit dem Motor 14 anzutreiben, ist die Ausrückkupplung 26 zumindest teilweise eingekuppelt, um zumindest einen Teil des Motordrehmoments über die Ausrückkupplung 26 an den M/G 18 und anschließend vom M/G 18 über den Drehmomentwandler 22 und das Getriebe 24 zu übertragen. Wenn der Verbrennungsmotor 14 allein das Drehmoment liefert, das zum Antreiben des Fahrzeugs notwendig ist, so kann dieser Betriebsmodus als „Verbrennungsmotormodus“, „Nur-Verbrennungsmotor-Modus“ oder „mechanischer Modus“ bezeichnet werden.
Der M/G 18 kann den Verbrennungsmotor 14 dadurch unterstützen, dass er zusätzliche Kraft zum Drehen der Welle 30 bereitstellt. Dieser Betriebsmodus kann als „Hybridmodus“, „Verbrennungsmotor-/Motor-Modus“ oder „elektrisch unterstützter Modus“ bezeichnet werden.
Um das Fahrzeug mit dem M/G 18 als einzige Energiequelle anzutreiben, bleibt der Kraftfluss gleich, es sei denn, die Ausrückkupplung 26 isoliert den Verbrennungsmotor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12. In diesem Zeitraum kann die Verbrennung im Verbrennungsmotor 14 deaktiviert oder anderweitig abgeschaltet sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Traktionsbatterie 20 überträgt die gespeicherte elektrische Energie über Kabel 54 an die Leistungselektronik 56, die beispielsweise einen Wechselrichter und einen DC/DC-Wandler umfassen kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung von der Batterie 20 in Wechselspannung um, die vom M/G 18 verwendet wird. Die Steuerung 50 veranlasst die Leistungselektronik 56 zum Umwandeln der Spannung von der Batterie 20 in eine Wechselspannung, die dem M/G 18 bereitgestellt wird, um der Welle 30 ein positives (z. B. Antriebs-) oder negatives (z. B. regeneratives) Drehmoment bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als „rein elektrischer Modus“, „EV(Elektrofahrzeug)-Modus“ oder „Motormodus“ bezeichnet werden.
In einem beliebigen Betriebsmodus kann der M/G 18 als Motor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 12 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 18 als Generator fungieren und kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie umwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert werden soll. Der M/G 18 kann beispielsweise als Generator fungieren, während der Verbrennungsmotor 14 Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann zudem während der Rückgewinnung von Bremsenergie als Generator fungieren, während derer Rotationsenergie von den sich drehenden Rädern 42 an den Getriebekasten 24 zurück übertragen und in elektrische Energie umgewandelt wird, die in der Batterie 20 gespeichert wird.
Es versteht sich, dass das in 1 dargestellte Schema lediglich als Beispiel und nicht als Einschränkung gedacht ist. Es werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, die ein selektives Verbinden sowohl eines Verbrennungsmotors als auch eines Elektromotors für die Übertragung durch das Getriebe verwenden. Beispielsweise kann der M/G 18 gegenüber der Kurbelwelle 28 versetzt sein und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Getriebekasten 24 vorgesehen sein. Es werden andere Konfigurationen in Betracht gezogen, ohne dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Das Fahrzeugsteuersystem (das die Steuerung 50 umfasst) bestimmt ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment auf Grundlage von Signalen von einem Pedalpositionssensor, der mit dem Gaspedal 52 in Verbindung steht. Dieses Drehmoment kann zugeführt werden, indem die Antriebe (z. B. Verbrennungsmotor und Elektromotor) einer Drehmomentsteuerung unterzogen werden. Bei der Drehmomentsteuerung bestimmt die Steuerung ein Drehmoment, das zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor aufgeteilt wird, und fordert dieses Drehmoment von jedem der Antriebe.
In Bezug auf 2 ist ein beispielhaftes Anlassen des Verbrennungsmotors dargestellt. In diesem Beispiel befinden sich der Verbrennungsmotor und der Elektromotor in Drehmomentsteuerung und der Verbrennungsmotor wird unter Verwendung der Ausrückkupplung angelassen (im Gegensatz zu einem Hilfsanlassermotor). Als Reaktion auf eine Aufforderung zum Anlassen des Verbrennungsmotors schätzt die Steuerung die Kapazität der Kupplung 63 und bestimmt ein gefordertes Elektromotordrehmoment 70. Während des Anlassens des Verbrennungsmotors ist das geforderte Motordrehmoment 70 gleich dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment abzüglich des Drehmoments der Ausrückkupplung. Das Drehmoment der Ausrückkupplung ist die Kapazität der Ausrückkupplung mit einem negativen Vorzeichen, wenn die Ausrückkupplung rutscht und die Drehzahl des Verbrennungsmotors geringer ist als die Drehzahl des Elektromotors. Das Drehmoment der Ausrückkupplung ist die Kapazität der Ausrückkupplung mit einem positiven Vorzeichen, wenn die Ausrückkupplung rutscht und die Drehzahl des Verbrennungsmotors höher ist als die Drehzahl des Elektromotors. Zum Zeitpunkt T₀ beginnt die Kapazität der Ausrückkupplung 62 zu steigen und die Kupplung beginnt zu schließen, wodurch der Verbrennungsmotor gestartet wird. Zum Zeitpunkt T₁ beginnt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, sich zu drehen, wie durch die Kurve zur Drehzahl des Verbrennungsmotors 64 dargestellt. Zum Zeitpunkt T₃ beginnt der Verbrennungsmotor, Drehmoment zu produzieren, wie durch die Kurve zum Drehmoment des Verbrennungsmotors 66 dargestellt. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors nimmt vom Zeitpunkt T₃ bis zum Zeitpunkt T4 rasant zu, wenn der Verbrennungsmotor angelassen ist.
Unter Verwendung der Drehmomentsteuerung werden der Verbrennungsmotor und der Elektromotor gesteuert, um die Drehzahlen aufeinander abzustimmen, sodass die Ausrückkupplung vollständig geschlossen werden kann, um den Verbrennungsmotor und den Elektromotor zu verriegeln. Idealerweise wären der Verbrennungsmotor und der Elektromotor an Punkt 68 verriegelt. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors ist jedoch größer als die tatsächliche Kapazität der Ausrückkupplung 62. Die Kupplung wird verriegelt, wenn die Drehzahlen des Elektromotors und des Verbrennungsmotors übereinstimmen und die Kapazität der Ausrückkupplung das von dem Verbrennungsmotor produzierte Drehmoment übersteigt. Von daher wird die Verriegelung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors auf Punkt 76 verschoben, wo das Drehmoment des Verbrennungsmotors 66 geringer ist als die Kapazität der Kupplung 62.
Die geschätzte Kapazität der Ausrückkupplung 63 ist keine perfekte Vorhersage der tatsächlichen Kapazität der Kupplung 62. Aufgrund dieser Ungenauigkeit ist das System nicht in der Lage, das gewünscht Drehmoment des Pumpenrads auf perfekte Weise zuzuführen. Das Drehmoment des Elektromotors, das benötigt wird, um das gewünschte Drehmoment auf perfekte Weise zuzuführen, ist durch Linie 60 dargestellt. Die Differenz zwischen dem idealen Drehmoment des Elektromotors 60 und dem tatsächlichen Drehmoment des Elektromotors 70 ist durch die Kurve 72 angegeben. Dies stellt die Störungen des Drehmoments dar, die entstehen, wenn es der Steuerung nicht gelingt, das Drehmoment der Ausrückkupplung korrekt auszugleichen. Der Fehler 72 bewirkt, dass die gemessene Drehzahl des Elektromotors 74 während des Anlassens des Verbrennungsmotors sofort unter die gewünschte Drehzahl des Elektromotors 78 abfällt. Diese Verringerung der Drehzahl des Elektromotors reduziert die Drehmomentübertragung durch den Drehmomentwandler und reduziert die Beschleunigung des Fahrzeugs. Es ist zu beachten, dass die gewünschte Drehzahl des Elektromotors 78 keine Zieldrehzahl oder geforderte Drehzahl ist, da es bei der Drehmomentsteuerung keine Zieldrehzahl für den Elektromotor gibt. Der Fehler 72 bewirkt ferner, dass die Drehzahl des Elektromotors 74 nach der Verriegelung des Verbrennungsmotors und des Elektromotors höher ist als die gewünschte Drehzahl 78. Diese Verringerung der Drehzahl des Elektromotors steigert die Drehmomentübertragung durch den Drehmomentwandler und steigert die Beschleunigung des Fahrzeugs. Diese Änderungen hinsichtlich der Beschleunigung erzeugen Störungen des Antriebsstrangs, die vom Fahrer wahrnehmbar sind.
In Fahrzeug mit mehreren Antrieben wie dem Fahrzeug 10 ist es wichtig, dass jeder Antrieb das angeforderte Drehmoment genau erzeugt. Ungenauigkeiten hinsichtlich des Drehmoments können dazu führen, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit zu- oder abnimmt, ohne dass der Fahrer dies gefordert hat. Das genaue Steuern der Antriebe unter Verwendung der Drehmomentsteuerung ist während Übergangsereignissen, bei denen sich die Aufteilung des Drehmoments zwischen den Betätigungselementen ändert, zum Beispiel beim Anlassen des Verbrennungsmotors besonders schwierig, da es schwierig ist, die momentane Kapazität der Ausrückkupplung genau zu schätzen. Während des Anlassens des Verbrennungsmotors kann es von Vorteil sein, die Drehzahlsteuerung mindestens eines der Betätigungselemente zu verwenden, um Fehler hinsichtlich der Drehmomentzufuhr zu reduzieren. Zum Beispiel kann der Elektromotor 18 während des Anlassens des Verbrennungsmotors der Drehzahlsteuerung unterzogen werden. Bei der Drehzahlsteuerung kann die Steuerung eine Zieldrehzahl für den Elektromotor einstellen und die Drehzahl des Elektromotors messen. Die Steuerung kann diese Drehzahlen vergleichen und auf Grundlage eines Fehlers zwischen diesen Drehzahlen eine Drehmomentanforderung an den Elektromotor ausgeben.
Die Drehzahlsteuerung bietet eine ihr eigene Robustheit gegenüber Fehlern hinsichtlich der Drehmomentzufuhr. Im folgenden Beispiel wird ein Drehmomentwandlermodell verwendet, um eine Zieldrehzahl des Elektromotors zu erzeugen, das es dem M/G 18 ermöglicht, unter Verwendung der Drehzahlsteuerung gesteuert zu werden. Die Drehzahlsteuerung des M/G 18 kann unter beliebigen Bedingungen verwendet werden, bei denen die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung nicht vollständig verriegelt ist (d. h. offen ist oder rutscht). Wenn der Fahrer das Gaspedal betätigt, bestimmt das Fahrzeugsteuersystem ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment. Solange die Drehmomentwandlerkapazität geringer ist als das vom Fahrer angeforderte Drehmoment, wird es über den Drehmomentwandler hinweg Schlupf geben. Das Ausmaß des Schlupfs, und somit die gewünschte Drehzahl des Pumpenrads, kann unter Verwendung eines Modells des Drehmomentwandlers vorhergesagt werden. Da das Erzielen des Drehzahlziels dem Erzielen des vom Fahrer angeforderten Drehmoments entspricht, kann der M/G einer Drehzahlsteuerung ausgesetzt werden und dieses Ziel nachverfolgen. Dies bietet eine Robustheit gegenüber Fehlern hinsichtlich der Zufuhr von Drehmoment. Ein beispielhafter Algorithmus zur Drehzahlsteuerung des M/G 18 wird nachfolgend ausführlicher beschrieben.
In einem idealen Szenario wären die Betätigungselemente und das Modell zu 100 % genau, doch dies ist möglicherweise nicht immer der Fall. Die Genauigkeit des Drehmomentwandlermodells kann ermittelt werden, wenn sich der Drehmomentwandler öffnet oder rutscht. Die Genauigkeit des Drehmomentwandlermodells kann durch das Vergleichen des Drehmoments des Pumpenrads bei geschlossenem Regelkreislauf mit der Drehmomentanforderung des Fahrers bestimmt werden. Der Drehmomentfehler zwischen diesen Signalen kann verwendet werden, um das Drehmomentwandlermodell anzupassen. Selbst wenn das System in der Drehmomentsteuerung betrieben wird, kann die Genauigkeit des Drehmomentwandlermodells durch das Vergleichen der geschätzten erforderlichen Drehzahl des Pumpenrads mit der gemessenen Drehzahl des Pumpenrads bestimmt werden. Dieser Fehler könnte außerdem verwendet werden, um die Schätzung des Drehmomentwandlermodells einzustellen. Diese Vorgehensweisen reduzieren Fehler in dem Drehmomentwandlermodell deutlich und maximieren die von der Drehzahlsteuerung bereitgestellten Vorteile.
In Bezug auf die 3 und 4 kann der Drehmomentwandler angepasst werden, wenn der Drehmomentwandler offen ist oder rutscht und das Fahrzeug einer Drehmomentsteuerung unterzogen wird. In diesem Beispiel befindet sich das Fahrzeug im EV-Modus, das Modell kann jedoch auch angepasst werden, wenn der Verbrennungsmotor das Fahrzeug zumindest teilweise antreibt. Bei Vorgang 102 befindet sich das Fahrzeug im EV-Modus und der Elektromotor wird einer Drehmomentsteuerung unterzogen. Bei Vorgang 104 bestimmt die Steuerung, ob der Drehmomentwandler offen ist oder rutscht. Wenn ja, geht die Steuerung zu Vorgang 106 über. Wenn nicht, endet der Ablauf.
Bei Vorgang 106 fordert die Steuerung ein Drehmoment für den Elektromotor. Das geforderte Drehmoment für den Elektromotor basiert auf einem vom Fahrer angeforderten Drehmoment und einer geschätzten Kapazität des Ausrückkupplungsdrehmoments. Das vom Fahrer angeforderte Drehmoment wird bei Kästchen 204 auf Grundlage einer Gaspedalposition und einer Drehzahl des Pumpenrads bestimmt. Die Drehzahl des Pumpenrads kann direkt gemessen oder abgeleitet werden. Beim Fahrzeug 10 sind die Drehzahl des Elektromotors und die Drehzahl des Pumpenrads gleich, da diese Komponenten aneinander befestigt sind. Im Steuerdiagramm 200 werden Drehzahlen des Pumpenrads verwendet, es könnten stattdessen jedoch auch Drehzahlen des Elektromotors verwendet werden. Bei anderen Fahrzeugarchitekturen, zum Beispiel, wenn der Elektromotor dem Drehmomentwandler nachgelagert ist, muss die Drehzahl des Pumpenrads verwendet werden. Das vom Fahrer angeforderte Drehmoment und die geschätzte Kapazität der Ausrückkupplung werden Kästchen 206 zugeführt und es wird eine Drehmomentanforderung ausgegeben. In diesem Beispiel ist die Kapazität der Kupplung null, da die Ausrückkupplung während des EV-Betriebs offen ist. Während der Drehmomentsteuerung wird die Drehmomentausgabe aus Kästchen 206 dem Kästchen 208 zugeführt, das das geforderte Drehmoment des Elektromotors ausgibt. Das geforderte Drehmoment des Elektromotors kann der Drehmomentanforderung von Kästchen 206 entsprechen.
Die Steuerlogik der Kästchen 210 bis 214 bestimmt während der Drehmomentsteuerung nicht aktiv einen Drehmomentbefehl, doch die Logik in diesen Kästchen kann verwendet werden, um das Drehmomentwandlermodell anzupassen, wenn der Elektromotor einer Drehmomentsteuerung unterzogen wird. Bei Vorgang 108 schätzt die Steuerung die Drehzahl des Pumpenrads, die erforderlich ist, um bei Kästchen 210 das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zu erreichen. Das Kästchen 210 empfängt das vom Fahrer angeforderte Drehmoment, die Drehzahl des Turbinenrads, und eine geschätzte Kapazität der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung. Unter Verwendung dieser Eingaben kann eine geschätzte Drehzahl des Pumpenrads unter Verwendung von Gleichung 1 geschätzt werden, wobei τ_Pumpenrad für das Drehmoment am Pumpenrad steht, τ_{Überbrückung} für das Drehmoment an der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung steht, ω_I für die Drehzahl des Pumpenrads steht und K für ein ƒ(Drehzahl des Turbinenrads und Drehzahl des Pumpenrads) steht. τ_Pumpenrad = K(ω_I)² + τ_{Überbrückung} Gl.(1)
Da das gewünschte Drehmoment des Pumpenrads (genauso wie das vom Fahrer angeforderte Drehmoment in diesem Beispiel), die Kapazität der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung und die Drehzahl des Turbinenrads bekannt sind, kann die Steuerung unter Verwendung von Gleichung 1 eine Geschwindigkeit des Pumpenrads bestimmen, die das vom Fahrer angeforderte Drehmoment bereitstellt. Es ist zu beachten, dass das vom Fahrer angeforderte Drehmoment auch hinsichtlich des gewünschten Drehmoments des Turbinenrads bestimmt werden könnte. Das Drehmoment des Turbinenrads kann unter Verwendung eines Drehmomentverhältnisses (r), bei dem es sich um eine Funktion der Drehzahl des Turbinenrads und der Drehzahl des Pumpenrads handelt, in Bezug zu dem Drehmoment des Pumpenrads gesetzt werden. τ_Turbinenrad = rτ_Pumpenrad Gl.(2)
Die geschätzte Drehzahl des Pumpenrads (ω_I,geschätzt) und eine gemessene Drehzahl des Pumpenrads (ω_I,gemessen) werden dem Kästchen 212 zugeführt und ein Fehler (e) wird unter Verwendung von Gleichung 3 bestimmt. e = ω_I,geschätzt – ω_I,gemessen Gl.(3)
Der Fehler wird dem Kästchen 214 zugeführt. Bei Vorgang 110 passt die Steuerung unter Verwendung der Logik in Kästchen 214 das Drehmomentwandlermodell auf Grundlage des Fehlers aus Kästchen 212 an. Das Modell kann kontinuierlich mit einer vorab definierten Häufigkeit angepasst werden, wenn der Elektromotor der Drehmomentsteuerung unterzogen wird. Das Modell kann unter Verwendung von Gleichung 4 angepasst werden, wobei N_I,_Korr für die Korrektur der Schätzeinrichtung für die Drehzahl des Pumpenrads steht, α_I für ein Korrekturlernen steht und e für den Fehler aus Gleichung 3 steht. N_I,Korr = α_I⇐edt Gl.(4)
In Bezug auf die 4 und 5 empfängt die Steuerung bei Vorgang 120 einen Befehl zum Anlassen des Verbrennungsmotors. In diesem Beispiel befindet sich das Fahrzeug vor der Aufforderung zum Anlassen des Verbrennungsmotors in Drehmomentsteuerung und das Fahrzeug schaltet als Reaktion auf die Aufforderung zum Anlassen des Verbrennungsmotors auf die Drehzahlsteuerung um. Bei Vorgang 122 speichert und bewahrt die Steuerung die letzte Korrektur der Drehzahl des Pumpenrads (N_I,Korr) zur Verwendung zu einem späteren Zeitpunkt auf. Die Verwendung der letzten Korrektur der Drehzahl des Pumpenrads als Eingabe in Kästchen 210 stellt eine genauere geschätzte Ausgabe der Drehzahl des Pumpenrads aus Kästchen 210 bereit. Dies reduziert oder verhindert ein Hinaufschnellen der Drehzahl des Elektromotors, wenn der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung zur Drehzahlsteuerung umschaltet.
Bei Vorgang 124 bestimmt die Steuerung eine Vorkopplungskomponente der Forderung nach Drehmoment des Elektromotors. Die Vorkopplungskomponente kann unter Verwendung der Kästchen 204 und 206 wie vorstehend beschrieben berechnet werden, mit der Ausnahme, dass bei der Drehzahlsteuerung die Ausgabe von Kästchen 206 an Kästchen 220 anstelle des Kästchens 208 gesendet wird.
Bei Vorgang 126 schätzt die Steuerung die Drehzahl des Pumpenrads bei Kästchen 210 unter Verwendung der Gleichung 1. Bei der ersten Iteration der Drehzahlsteuerung umfassen die Eingaben in das Kästchen 210 die Drehzahl des Turbinenrads, die geschätzte Drehmomentwandlerkupplungskapazität und die festgehaltene Drehzahlkorrektur für das Pumpenrad. Bei anschließenden Iterationen kann die festgehaltene Drehzahlkorrektur als Eingabe in das Kästchen 210 verwendet werden oder die Drehzahlkorrektur kann über einen vorab festgelegten Zeitraum auf null abfallen. Die Kästchen 212 und 214 können während der Drehzahlsteuerung inaktiv sein.
Bei Vorgang 128 wird die Zieldrehzahl für das Pumpenrad bei Kästchen 216 auf die geschätzte Drehzahl des Pumpenrads eingestellt. Das Kästchen 216 kann Logik enthalten, die die geschätzte Drehzahl des Pumpenrads passiert, wenn auch unverändert, wenngleich nun als Zieldrehzahl des Pumpenrads. Oder sie kann die geschätzte Drehzahl des Pumpenrads durch Glätten oder Filtern modifizieren.
Die Zieldrehzahl des Pumpenrads wird dem Kästchen 218 zugeführt und mit der gemessenen Drehzahl des Pumpenrads verglichen, um einen Drehzahlfehler bei Vorgang 130 zu bestimmen. Bei Vorgang 132 wird eine Forderung nach Drehmoment des Elektromotors erzeugt. Eine Höhe des Drehmomentbefehls wird durch Logik bestimmt, die durch Kästchen 220 dargestellt ist. Der Drehmomentbefehl umfasst eine Vorkopplungskomponente und eine Rückkopplungskomponente. Die Vorkopplungskomponente wird durch Logik bestimmt, die durch Kästchen 206 dargestellt ist, und die Rückkopplungskomponente basiert auf dem Fehler aus Kästchen 218. Bei Kästchen 220 wird der Fehler in ein Rückkopplungsdrehmoment umgewandelt, das mit dem Vorkopplungsdrehmoment kombiniert wird, um einen letztendlichen Befehl für das Drehmoment des Elektromotors zu erzeugen.
Die Drehzahlsteuerlogik beinhaltet ein Paar Rückkopplungsschleifen 222 und 224. Die Schleife 222 gleicht Fehler hinsichtlich der Zufuhr von Drehmoment in Verbindung mit dem Verbrennungsmotor, dem Elektromotor und dem Drehmomentwandlermodell aus. Die Schleife 224 gleicht Fehler hinsichtlich der Zufuhr von Drehmoment in Verbindung mit der Schätzung des Drehmoments der Ausrückkupplung aus.
In Bezug auf die 6A bis 6C ist ein Flussdiagramm 300 eines Algorithmus zum Anlassen des Verbrennungsmotors 14 dargestellt. Das Verfahren wird gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen unter Verwendung von Softwarecode umgesetzt, der in dem Fahrzeugsteuermodul (z. B. der Steuerung 50) enthalten ist. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 300 in anderen Fahrzeugsteuerungen umgesetzt oder auf mehrere Fahrzeugsteuerungen verteilt.
Das Verfahren zum Steuern des Anlassens des Verbrennungsmotors in dem Hybridelektrofahrzeug kann durch einen Computeralgorithmus, einen maschinenausführbaren Code oder Software-Anweisungen umgesetzt werden, die in (eine) beliebige geeignete programmierbarer Logikvorrichtung(en) des Fahrzeugs programmiert sind, zum Beispiel das Fahrzeugsteuermodul, das Hybridsteuermodul, eine sonstige Steuerung, die in Verbindung mit dem Fahrzeugrechensystem steht, oder eine Kombination davon. Wenngleich die verschiedenen in dem Ablaufdiagramm 300 dargestellten Schritte in chronologischer Reihenfolge aufzutreten scheinen, können zumindest einige der Schritte in einer anderen Abfolge auftreten, und einige Schritte können gleichzeitig oder überhaupt nicht ausgeführt werden.
Bei Vorgang 302 bestimmt die Steuerung 50, ob der Verbrennungsmotor 14 mit dem Elektromotor 18 verbunden ist. Wenn ja, kehrt die Steuerung zum Anfang zurück. Wenn nicht, empfängt die Steuerung bei Vorgang 304 ein Beschleunigungspedalpositionssignal von einem mit dem Pedal 52 in Verbindung stehenden Sensor. Durch die Verwendung des Pedalpositionssignals bestimmt die Steuerung bei Vorgang 306 ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment. Bei Vorgang 308 bestimmt die Steuerung die Drehzahl des Turbinenrads 37, die direkt gemessen oder von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs abgeleitet werden kann.
Bei Vorgang 310 bestimmt die Steuerung die Drehzahl des Pumpenrads, die der Schätzung zufolge mit dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment übereinstimmt. Die Drehzahl des Pumpenrads kann unter Verwendung der Steuerlogik der 4 und 5 berechnet werden. Bei Vorgang 312 bestimmt die Steuerung, ob ein Anlassen des Verbrennungsmotors erfolgt. Wenn nicht, geht die Steuerung zu Vorgang 314 über und bestimmt die Steuerung, ob ein Anlassen des Verbrennungsmotors angefordert wird. Wenn nicht, kehrt die Steuerung zum Anfang zurück. Wenn ja, geht die Steuerung zu Vorgang 320 über. Bei Vorgang 320 bestimmt die Steuerung, welche Startvorrichtung verwendet werden soll, um den Verbrennungsmotor anzulassen. In dem dargestellten Fahrzeug 10 kann der Verbrennungsmotor 14 entweder mit dem dafür vorgesehenen Anlasser 31 oder mit dem Elektromotor 18 zusammen mit der Ausrückkupplung 26 angelassen werden. Wenn der Anlasser 31 verwendet wird, geht die Steuerung zu Vorgang 324 über, und wenn die Ausrückkupplung verwendet wird, geht die Steuerung zu Vorgang 328 über. Bei Vorgang 324 wird dem Anlasser 31 Spannung zugeführt, um den Verbrennungsmotor 14 zu drehen. Bei Vorgang 326 fordert die Steuerung der Ausrückkupplung zu takten, um die Kurbelwelle 28 und die Welle 30 zu verbinden. Wenn die Ausrückkupplung verwendet wird, um den Verbrennungsmotor anzulassen, bestimmt die Steuerung bei Vorgang 328 die gewünschte Kapazität der Ausrückkupplung zum Drehen des Verbrennungsmotors. Bei Vorgang 330 fordert die Steuerung von der Ausrückkupplung einen Druck, der berechnet wird, um die bei Vorgang 328 bestimmte Kapazität zuzuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung den Druck der Ausrückkupplung bei Vorgang 332 messen. Dieser Schritt ist optional. Bei Vorgang 334 schätzt die Steuerung die Kapazität der Ausrückkupplung 26. Bei Vorgang 336 werden die Drehzahlen des Elektromotors und des Verbrennungsmotors bestimmt. Eine oder beide dieser Drehzahlen können direkt durch Sensoren gemessen werden oder von anderen Eingaben abgeleitet werden. Bei Vorgang 338 schätzt die Steuerung das Drehmoment des Elektromotors und das Drehmoment des Verbrennungsmotors.
Bei Vorgang 340 bestimmt die Steuerung, ob die Phase des Startens des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist. Die Phase des Startens des Verbrennungsmotors ist zwischen dem Beginn des Startens des Verbrennungsmotors und der ersten Verbrennung des Motors definiert. Die Steuerung kann das Ende der Phase des Startens des Verbrennungsmotors durch das Messen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und das Vergleichen dieser mit einer minimalen Anlassdrehzahl bestimmen. Wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors die Drehzahl übersteigt und der Kraftstoff eingespritzt und verbrannt ist, ist die Phase des Startens des Verbrennungsmotors abgeschlossen.
Wenn die Phase des Startens des Verbrennungsmotors nicht abgeschlossen ist, geht die Steuerung zu Vorgang 342 über und bestimmt die Steuerung das Drehmoment des Elektromotors, das erforderlich ist, um das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zuzuführen, während das Anlassen des Verbrennungsmotors ausgeglichen wird.
Die momentane Kapazität der Ausrückkupplung genau zu bestimmen, ist schwierig und kann zu Fehlern hinsichtlich der Zufuhr von Drehmoment führen. Um diese Fehler hinsichtlich des Drehmoments zu reduzieren, kann das geforderte Drehmoment des Verbrennungsmotors unter Verwendung einer Rückkopplungsschleife eingestellt werden, die eine Drehzahlsteuerung verwendet. Gleichung 1 kann verwendet werden, um den Elektromotor einer Drehzahlsteuerung zu unterziehen, wenn die Überbrückungskupplung 34 offen ist oder rutscht. Bei Vorgang 344 bestimmt die Steuerung, ob die Überbrückungskupplung 34 offen ist oder rutscht. Wenn die Überbrückungskupplung verriegelt ist, geht die Steuerung zu Vorgang 346 über und wird der Elektromotor 18 einer Drehmomentsteuerung unterzogen, da eine Drehzahlsteuerung nicht verfügbar ist. Wenn die Kupplung offen ist oder rutscht, geht die Steuerung zu Vorgang 348 über und wird der Elektromotor einer Drehzahlsteuerung unterzogen. Der Elektromotor kann unter Verwendung der in den 4 und 5 beschriebenen Steuerungen einer Drehzahlsteuerung unterzogen werden.
Unter erneutem Bezug auf Vorgang 312 geht, wenn ein Anlassen des Verbrennungsmotors erfolgt, die Steuerung zu Vorgang 316 über und bestimmt die Steuerung, ob eine Überbrückungsphase der Ausrückkupplung 26 aktiv ist. Die Verriegelungsphase tritt ein, wenn sich die Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Elektromotor innerhalb einer vorab festgelegten Schwelle zueinander befinden und die Ausrückkupplung beginnt, die Kurbelwelle 28 und die Welle 30 zu verriegeln. Falls nein bei Vorgang 316, geht die Steuerung zu Vorgang 318 über und bestimmt, ob eine Hochlaufphase des Verbrennungsmotors aktiv ist. Die Hochlaufphase tritt zwischen der Phase zum Starten des Verbrennungsmotors und der Verriegelungsphase auf. Falls nein bei Vorgang 318, geht die Steuerung zu Vorgang 320 über. Falls ja bei Vorgang 318 geht die Steuerung zu Vorgang 350 über.
Bei Vorgang 350 bestimmt die Steuerung die gewünschte Kapazität der Ausrückkupplung für das Hochlaufen des Verbrennungsmotors. Bei Vorgang 352 fordert die Steuerung von der Ausrückkupplung einen Druck, der berechnet wird, um die bei Vorgang 350 bestimmte Kapazität zuzuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung den Druck der Ausrückkupplung bei Vorgang 354 messen. Dieser Schritt ist optional. Bei Vorgang 356 schätzt die Steuerung die Kapazität der Ausrückkupplung 26. Bei den Vorgängen 358 und 360 werden die Drehzahlen und die Drehmomente des Elektromotors und des Verbrennungsmotors bestimmt. Bei Vorgang 362 bestimmt die Steuerung, ob die Ausrückkupplung bereit zur Verriegelung ist. Die Ausrückkupplung ist bereit zur Verriegelung, wenn sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors der Drehzahl des Elektromotors annähert und sich die Beschleunigung des Verbrennungsmotors der Beschleunigung des Elektromotors annähert.
Wenn die Ausrückkupplung nicht bereit zur Verriegelung ist, geht die Steuerung zu Vorgang 364 über. Bei Vorgang 364 bestimmt die Steuerung das Drehmoment des Elektromotors, das erforderlich ist, um das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zuzuführen, während die Kapazität der Ausrückkupplung ausgeglichen wird. Bei Vorgang 366 bestimmt die Steuerung, ob die Überbrückungskupplung offen ist oder rutscht. Wenn die Überbrückungskupplung verriegelt ist, geht die Steuerung zu Vorgang 368 über und wird der Elektromotor 18 in einen Drehmomentsteuermodus versetzt. Wenn die Kupplung offen ist oder rutscht, geht die Steuerung zu Vorgang 370 über und wird der Elektromotor 18 einer Drehzahlsteuerung wie vorstehend beschrieben unterzogen.
Wenn die Ausrückkupplung bei Vorgang 362 bereit zur Verriegelung ist, geht die Steuerung zu Vorgang 372 über und die Steuerung bestimmt eine gewünschte Kapazität zum Verriegeln der Kupplung während des Hochlaufens des Verbrennungsmotors. Bei Vorgang 374 fordert die Steuerung von der Ausrückkupplung einen Druck, der berechnet wird, um die bei Vorgang 372 bestimmte Kapazität zuzuführen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung den Druck der Ausrückkupplung bei Vorgang 376 messen. Bei Vorgang 378 schätzt die Steuerung die Kapazität der Ausrückkupplung 26. Bei den Vorgängen 380 und 382 werden die Drehzahlen und die Drehmomente des Elektromotors und des Verbrennungsmotors bestimmt. Bei Vorgang 384 bestimmt die Steuerung das Drehmoment des Elektromotors, das erforderlich ist, um das vom Fahrer angeforderte Drehmoment zuzuführen, während die Kapazität der Ausrückkupplung ausgeglichen wird.
Bei Vorgang 386 bestimmt die Steuerung, ob der Verbrennungsmotor verbunden ist und der Anlassvorgang abgeschlossen ist. Wenn ja, geht die Steuerung zu Vorgang 388 über und wird der Elektromotor einer Drehmomentsteuerung unterzogen. Wenn nicht, geht die Steuerung zu Vorgang 390 über und bestimmt die Steuerung, ob die Überbrückungskupplung offen ist oder rutscht. Wenn die Überbrückungskupplung verriegelt ist, geht die Steuerung zu Vorgang 392 über und wird der Elektromotor 18 in einen Drehmomentsteuermodus versetzt. Wenn die Kupplung offen ist oder rutscht, geht die Steuerung zu Vorgang 394 über und wird der Elektromotor 18 in einen Drehzahlsteuermodus versetzt.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon angewendet werden, die/der eine bereits bestehende programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine spezielle elektronische Steuereinheit enthalten kann. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent in nicht beschreibbaren Speichermedien wie ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar in beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem durch Software ausführbaren Objekt implementiert sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen vollständig oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt werden, wozu beispielsweise anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbare Gate-Anordnungen (FPGA), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstige Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder eine Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten zählen.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, von den Patentansprüchen abgedeckten Formen beschreiben. Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben sind, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften Vorteile bereitstellen oder bevorzugt werden, liegt für den Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass bei einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Abstriche gemacht werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können Folgendes einschließen, sind jedoch nicht darauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, unaufwändige Montage usw. Soweit beliebige Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, liegen diese Ausführungsformen daher nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Hybridantriebsstrang, umfassend: einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle; einen Elektromotor, der einen Rotor aufweist, der über eine Ausrückkupplung selektiv mit der Kurbelwelle verbunden ist und dazu ausgelegt ist, mit Drehmomentsteuerung und Drehzahlsteuerung betrieben zu werden; Getriebe, das einen Drehmomentwandler mit einem an dem Rotor befestigten Pumpenrad, einen an einer Eingangswelle des Getriebes angeordnetes Turbinenrad und eine Überbrückungskupplung aufweist, die dazu ausgelegt ist, Drehmoment selektiv von dem Pumpenrad an das Turbinenrad zu übertragen; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion darauf, dass der Motor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet, einen Drehmomentbefehl für den Motor zu erzeugen, der eine Größenordnung definiert, die von einem Fehler zwischen einer gemessenen und einer geschätzten Drehzahl des Pumpenrads abgeleitet wird, die während der Drehmomentsteuerung erhalten werden, um ein Hinaufschnellen der Motordrehzahl zu verhindern, wenn der Motor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, den Drehmomentbefehl als Reaktion darauf zu erzeugen, dass die Überbrückungskupplung offen ist oder rutscht.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Drehmomentbefehl ferner eine Vorkopplungskomponente mit einer Größenordnung umfasst, die von einem vom Fahrer angeforderten Drehmoment abgeleitet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 3, wobei die Größenordnung gleich der Vorkopplungskomponente zuzüglich oder abzüglich einer Rückkopplungskomponente ist, die auf dem Fehler basiert.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, wobei die Rückkopplungskomponente ferner auf einer Differenz zwischen einer Zieldrehzahl für das Pumpenrad und einer gemessenen Drehzahl des Pumpenrads basiert, die während der Drehzahlsteuerung erhalten wird.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, den Elektromotor als Reaktion auf das Anlassen des Verbrennungsmotors von einer Drehmomentsteuerung auf eine Drehzahlsteuerung umzuschalten.
Fahrzeug, umfassend: einen Elektromotor, der mit Drehmomentsteuerung und Drehzahlsteuerung betreibbar ist; einen Drehmomentwandler, der ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und eine Überbrückungskupplung aufweist; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion darauf, dass der Elektromotor von der Drehmomentsteuerung auf die Drehzahlsteuerung umschaltet, eine Drehmomentanforderung für den Elektromotor auf Grundlage einer Korrektur der Drehzahlschätzung für das Pumpenrad zu erzeugen, die erzeugt wird, wenn der Elektromotor sich in Drehmomentsteuerung befindet und die Überbrückungskupplung offen ist oder rutscht.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Korrektur der geschätzten Drehzahl von einem Fehler zwischen einer geschätzten Drehzahl des Pumpenrads und einer gemessenen Drehzahl des Pumpenrads abgeleitet wird, die erhalten wird, während sich der Elektromotor in Drehmomentsteuerung befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der Drehmomentbefehl eine Vorkopplungskomponente, die auf einem vom Fahrer angeforderten Drehmoment basiert, und eine Rückkopplungskomponente aufweist, die auf der Korrektur der geschätzten Drehzahl basiert, wobei eine Größenordnung des Drehmomentbefehls einer Summe aus der Vorkopplungskomponente und der Rückkopplungskomponente entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei die Rückkopplungskomponente ferner auf einem Fehler zwischen einer Zieldrehzahl für das Pumpenrad und einer gemessenen Drehzahl des Pumpenrads basiert, die erhalten wird, während sich der Elektromotor in Drehmomentsteuerung befindet.
Fahrzeug nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Verbrennungsmotor, der über eine Ausrückkupplung selektiv mit dem Elektromotor verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 11, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, den Elektromotor als Reaktion auf das Anlassen des Verbrennungsmotors von einer Drehmomentsteuerung auf eine Drehzahlsteuerung umzuschalten.
Fahrzeug nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Getriebe, das eine Eingangswelle mit einem dran angeordneten Turbinenrad aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die geschätzte Drehzahl des Pumpenrads auf einer Drehzahl des Turbinenrads basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 8, ferner umfassend einen Drehzahlsensor, der in dem Elektromotor angeordnet und dazu ausgelegt ist, ein Drehzahlsignal auszugeben, das auf eine gemessene Drehzahl des Pumpenrads hinweist.