DE102018100090A1

DE102018100090A1 - System und verfahren zur steuerung eines antriebssystems

Info

Publication number: DE102018100090A1
Application number: DE102018100090.1A
Authority: DE
Inventors: Robert L. Morris
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2018-07-05
Also published as: US20180186359A1; CN108275144A; US10017170B1; CN108275144B

Abstract

Verfahren und System zum Steuern eines Fahrzeugs, das ein erstes Antriebssystem mit einem ersten Drehmomentgenerator und ein mit einem ersten Antriebselement gekoppeltes zweites Antriebssystem mit einem zweiten Drehmomentgenerator beinhaltet und mit einem zweiten Antriebselement gekoppelt ist. Das Verfahren beinhaltet das Messen einer Geschwindigkeit des ersten Antriebselements, ein Schätzen einer Geschwindigkeit des ersten Antriebselements unter Verwendung eines Modells des ersten Antriebssystems, das eine modellierte erste Rotationsträgheit und eine modellierte erste Translationsträgheit beinhaltet, die starr miteinander verbunden sind und ein Modell einer ersten Kopplung zwischen dem modellierten ersten Antriebssystem und einem Modell des zweiten Antriebssystems und Vergleichen der gemessenen Geschwindigkeit des ersten Antriebselements mit der geschätzten Geschwindigkeit des ersten Antriebselements.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems.
EINLEITUNG
Diese Einleitung stellt im Allgemeinen den Kontext der Offenbarung dar. Die Arbeit des gegenwärtig genannten Erfinders in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
Einige Fahrzeuge beinhalten mehrere Antriebsmaschinen, die selektiv betrieben werden können, um ein Fahrzeug zu motivieren. Zum Beispiel kann ein Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor/Generator aufweisen, die jeweils selektiv betrieben werden können, um sich verschiedenen Anforderungen und Bedingungen anzupassen. Die Antriebsmaschinen können selektiv über einen Antriebsstrang Drehmoment auf die Antriebselemente ausüben.
Ein Beispiel für ein Hybridfahrzeug ist in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,953,409 offenbart, auf das hiermit in seiner Gesamtheit Bezug genommen wird. Das Hybridfahrzeug beinhaltet ein Antriebssystem, das einen Motor, einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator umfasst, die jeweils mit einem Getriebe gekoppelt sind. Der spezielle Antrieb, der in diesem Patent offenbart ist, ist in der Lage, in einem extrem breiten Bereich von Anwendungen Energie an das Fahrzeug zu übertragen.
Andere Beispiele von Hybridfahrzeug-Antriebssystemen sind in den gemeinsam übertragenen US-Patenten mit den Nummern 7,577,507, 7,739,016 und 8,010,263 offenbart, von denen jedes hierdurch in seiner Gesamtheit hierin eingeschlossen ist. Beispielhafte Antriebssysteme, die in diesen Patenten offenbart sind, umfassen auch einen Motor, einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator, die selektiv betrieben und gesteuert werden, um sich an variierende Anforderungen und Bedingungen anzupassen. Zum Beispiel offenbart das US-Patent Nr. 8,010,263 ein Steuersystem für ein Hybridantriebssystem, um eine aktive Antriebsstrangdämpfung bereitzustellen. Um diese Fähigkeit bereitzustellen, wird der Antriebsstrang durch ein Mehrfachmassenfedermodell mit mehreren Freiheitsgraden und mehrere Drehmomentsteuervorrichtungen dargestellt. Die dynamische Reaktion der Geschwindigkeit jeder unabhängigen Masse und des Drehmoments jeder Feder im System wird modelliert. Eine gewünschte Trajektorie für jede Feder und jedes Drehmoment wird berechnet, und die tatsächliche Geschwindigkeit und die Drehmomente werden mit ihren jeweiligen gewünschten Trajektorien verglichen. Der Vektor von Trajektoriefehlern wird mit einer Matrix von Rückkopplungsverstärkungen multipliziert, um koordinierte Befehle zu selektiven Drehmoment erzeugenden Vorrichtungen zu bilden. Somit kann die gesamte dynamische Trajektorie jeder Komponente in dem Antriebsstrang gesteuert werden.
1 veranschaulicht eine exemplarische schematische Darstellung eines Modellantriebssystems 100, das durch Differenzialzustandsgleichungen in einem Steuersystem dargestellt werden kann. Das Modell umfasst einen Motor 102, der mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 104 verbunden ist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 104 ist mit einem ersten Planetenradsatz 106 verbunden. Der erste Planetenradsatz 106 ist mit einem ersten Motor/Generator 108 verbunden. Der erste Motor/Generator 108 ist mit einem zweiten Planetenradsatz 110 gekoppelt. Der zweite Planetenradsatz 110 ist mit einem zweiten Motor/Generator 112 verbunden. Der dritte Motor/Generator 112 ist mit einem dritten Planetenradsatz 114 gekoppelt. Der dritte Planetenradsatz 114 ist mit dem Achsantrieb 116 gekoppelt, der mit einem Antriebselement 118 (wie zum Beispiel einem Rad) und der Fahrzeugmasse 120 gekoppelt ist. Ein Schätzer in einem Steuersystem arbeitet unter Verwendung von Differenzialzustandsgleichungen, die das Modell von 1 repräsentieren, um Schätzungen für die Geschwindigkeit und die Trägheit jeder durch das Modell dargestellten Komponente bereitzustellen. Einer dieser geschätzten Werte ist eine Radgeschwindigkeitsschätzung, die mit einer gemessenen Radgeschwindigkeit verglichen werden kann (die einen Durchschnitt von gemessenen Radgeschwindigkeiten beinhalten kann), und der Fehler zwischen der Radgeschwindigkeitsschätzung und der gemessenen Radgeschwindigkeit kann verwendet werden, um ein Korrekturdrehmoment zu berechnen, das zu einem oder mehreren der Motoren/Generatoren 108 und/oder 112 befohlen werden kann, die dynamische Schwingungen in einem Antriebssystem dämpfen können.
In anderen exemplarischen Ausführungsformen kann ein ähnliches Modellantriebssystem 100 ferner oder alternativ dazu verwendet werden, das Antriebsstrangspiel und -klopfen zu kompensieren (siehe beispielsweise US-Patent Nr. 7,577,507 ) und/oder Antriebsstrangschwingungen zu kompensieren, die den Betrieb der Kupplungen und anderer Komponenten innerhalb des Antriebsstrangs verbessern können. So können beispielsweise durch die Verwendung des Schätzers basierend auf dem Modell Geschwindigkeiten von Komponenten einer Kupplung synchronisiert werden, um einen korrekten Betrieb sicherzustellen und die Möglichkeit eines Versagens und/oder einer Beschädigung einer Kupplungskomponente zu reduzieren.
Ein exemplarischer Schätzer, der von diesem Steuersystem verwendet werden kann, ist in dem US-Patent Nr. 7,739,016 offenbart und beschrieben. Wie oben erläutert, wird der Schätzer/das Modell verwendet, um einen geschätzten Wert für die Geschwindigkeit jeder unabhängigen Massenvorrichtung und das Drehmoment oder jede Federvorrichtung in dem System bereitzustellen. Das Modell von 1 umfasst zwölf separate und unabhängige Massen, die jeweils durch einen nummerierten und schattierten Kreis gekennzeichnet sind sowie mindestens zwei Federn. Eine Feder zwischen dem Achsantrieb 116 und dem Antriebselement 118 und eine weitere Feder zwischen dem Antriebselement 118 und der Masse des Fahrzeugs 120. Der Schätzer arbeitet unter Verwendung einer Vielzahl von linearen Gleichungen, die auf dem mathematischen Modell basieren. Dieser Schätzer kann innerhalb einer Steuerung ausgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Fahrzeuge können Antriebssysteme aufweisen, die mit mehr als einem Antriebselement verbunden sind. Jedes Antriebselement kann durch getrennte Antriebssysteme angetrieben werden und kann mit separaten und unabhängig betriebenen Antriebsmaschinen gekoppelt sein. So kann beispielsweise kann ein Fahrzeug ein Allradantriebssystem aufweisen, in dem ein oder mehrere Räder angetrieben werden. Im Gegensatz dazu beruhen herkömmliche Systeme, wie oben erläutert, auf einem Modell eines Antriebssystems, das nur ein einzelnes Antriebselement beinhaltet. Daher ist dieses Modell nicht ausreichend für Fahrzeuge mit mehr als einem Antriebselement.
Eine mögliche Lösung, um ein Fahrzeug mit mehr als einem Antriebselement unterzubringen, wäre, einfach ein Steuersystem bereitzustellen, das auf zwei Antriebssystemmodellen beruht, eines für jedes Antriebselement. Mit einer solchen Alternative gibt es mindestens zwei Probleme.
Das erste Problem besteht darin, dass das herkömmliche Modell nur ein einziges Antriebselement beinhaltet. Dies spiegelt nicht wider, was tatsächlich in der physischen Welt vor sich geht. Zum Beispiel kann ein Motor ein Drehmoment für eine Vorderachse bereitstellen, und ein separater und unabhängiger Motor/Generator kann ein Drehmoment für eine Hinterachse bereitstellen. Wenn jedes dieser separaten Antriebssysteme seine eigenen unabhängigen Kontrollsysteme beinhaltet, kann ein Konflikt entstehen. Wenn beispielsweise nur der Motor in dem vorderen Antriebssystem arbeitet, um ein Drehmoment auf ein Antriebselement auszuüben, wird sich die Geschwindigkeit des Antriebselements auf dem zweiten Antriebssystem ändern, obwohl kein Drehmoment durch das zweite Antriebssystem aufgebracht wird. Dies würde zu einer falschen Schätzung der Geschwindigkeit des Antriebselements in diesem zweiten Antriebssystem führen, und eine falsche Steuerung dieses Systems würde resultieren. Dies ist der Fall, weil die Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, die beiden Antriebselemente effektiv miteinander koppelt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Modell für das Gesamtfahrzeug bereitzustellen, das einfach ein Modellantriebssystem 100 für jedes der angetriebenen Elemente bereitstellt und eine Kopplung zwischen diesen beiden Modellen zu modellieren. Auf diese Weise ist es mathematisch möglich, beide Antriebssysteme unter Verwendung von zwei gekoppelten Sätzen von Modellen 100 zu steuern. Die Komplexität eines solchen Systems ist jedoch enorm. Wie oben erläutert, wird jedes Modell durch einen Satz von linearen Gleichungen mit Koeffizienten dargestellt, die in einer Matrix gespeichert sind. Für jedes modellierte Antriebssystem kann zum Beispiel eine acht mal acht Matrix erforderlich sein, die 64 separate Kalibrierungswerte benötigt. Es gibt eine andere Matrix für die Eingabe und eine andere für die Ausgaben. Insgesamt sind Verarbeitung und Speicherung für mindestens elf Eingaben und acht Zustände erforderlich, also 88 Koeffizienten. Ferner ist ein Satz für jeden Betriebsmodus für ein solches Antriebssystem erforderlich. In solch einem exemplarischen System kann es 32 verschiedene Betriebsmodi geben. Dies erfordert 88 Koeffizienten mal 32 für jedes Antriebssystem.
Wenn also zwei separate angetriebene Elemente unterzubringen sind, wird für jedes verwendete angetriebene Element ein separates Antriebssystemmodell verwendet, und eine vierfache Erhöhung der Parameter und Werte muss verarbeitet und gespeichert werden. Die Verarbeitungskapazität ist nicht unendlich und kann teuer sein. Darüber hinaus muss jeder dieser Werte kalibriert werden, was die Arbeitslast, die zur Erzeugung dieser kalibrierten Werte erforderlich ist, erheblich beeinträchtigen kann.
Außerdem hat der Erfinder erkannt, dass die Komplexität eines solchen Systems schnell unhandlich werden kann. Kalibrierungswerkzeuge werden typischerweise für jedes entsprechende Antriebssystem entwickelt, das die Erzeugung von Kalibrierungswerten unter Verwendung eines Prozesses des Lernens und Testens ermöglicht. Gleichzeitig kann das Fahrzeug weiterentwickelt und modifiziert werden. Jede Änderung kann die Dynamik des Antriebsstrangs beeinflussen, die einen Kalibrator zur Einstellung der Parameter des Werkzeugs, das zur Erzeugung der kalibrierten Werte verendet wird, erfordert, und der gesamte Prozess muss möglicherweise wiederholt und eingestellt werden, bis das Fahrzeug mit den gewünschten Eigenschaften arbeitet.
Während es möglich ist, die herkömmlichen Einzelradgeschwindigkeits-Schätzmodelle zu verwenden, um die Geschwindigkeit mehrerer Räder unter Verwendung einer konzentrierten Fahrzeugmasse darzustellen, würde ein solches Modell keine genauen Vorhersagen liefern, da jedes Rad oder Antriebselement unterschiedliche Zugkräfte haben kann, die sich entsprechend auf die Geschwindigkeiten jedes dieser Antriebselemente auswirken.
Im Gegensatz dazu hat der Erfinder mit diesen Alternativen eine elegante Lösung geschaffen, die diese und andere Probleme löst und die auch die Möglichkeit bietet, ein Antriebssystem mit mehreren Antriebsantriebssystemen so zu steuern, dass beispielsweise Antriebsstrangschwingungen reduziert und/oder eliminiert werden, Antriebsstrangspiel kann reduziert und/oder beseitigt werden, Komponenten innerhalb des Antriebssystems können ohne Ausfall oder Beschädigung und dergleichen betrieben werden.
In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet ein Fahrzeug ein erstes Antriebssystem, das einen ersten Drehmomentgenerator beinhaltet, ein erstes Getriebe in Verbindung mit dem ersten Drehmomentgenerator und ein erstes Antriebselement in Verbindung mit dem ersten Getriebe, ein zweites Antriebssystem, das einen zweiten Drehmomentgenerator beinhaltet, ein zweites Getriebe in Verbindung mit dem zweiten Drehmomentgenerator und ein zweites Antriebselement in Verbindung mit dem zweiten Getriebe, einen ersten Drehzahlsensor, der eine Drehzahl des ersten Antriebselements misst, und eine Steuerung. Die Steuerung ist programmiert, um eine Geschwindigkeit des ersten Antriebselements basierend auf einem Modell des ersten Antriebssystems zu schätzen, das eine modellierte erste Rotationsträgheit und eine modellierte erste Translationsträgheit beinhaltet, die starr miteinander verbunden sind, und ein Modell einer ersten Kopplung zwischen dem modellierten ersten Antriebssystem und ein Modell des zweiten Antriebssystems, das die geschätzte Geschwindigkeit des ersten Antriebselements mit der gemessenen Geschwindigkeit des ersten Antriebselements vergleicht und das erste Antriebssystem basierend auf dem Vergleich steuert.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet die modellierte erste Translationsträgheit ein Modell der Translationsträgheit eines Teils der Masse des Fahrzeugs.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet der Teil der Masse des Fahrzeugs die Hälfte der Masse des Fahrzeugs.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Modell der ersten Kopplung ein Modell einer Rutschkupplung zwischen dem modellierten ersten Antriebssystem und dem modellierten zweiten Antriebssystem.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet der erste Drehmomentgenerator einen ersten Elektromotor und wobei die Steuerung das erste Antriebssystem durch Steuern eines Drehmoments des ersten Elektromotors steuert.
In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet der erste Drehmomentgenerator eine erste Bremse und wobei die Steuerung das erste Antriebssystem durch Steuern der ersten Bremse steuert.
In einem anderen exemplarischen Aspekt steuert die Steuerung das erste Antriebssystem, um Schwingungen innerhalb des ersten Antriebssystems zu dämpfen.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Modell des zweiten Antriebssystems eine modellierte zweite Rotationsträgheit und eine modellierte zweite Translationsträgheit, die starr miteinander verbunden sind.
In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die Steuerung ferner dazu programmiert, eine Geschwindigkeit des zweiten Antriebselements basierend auf dem Modell des zweiten Antriebssystems zu schätzen, das eine modellierte zweite Rotationsträgheit und eine modellierte zweite Translationsträgheit beinhaltet.
Auf diese Weise wird die Steuerung eines Fahrzeugantriebssystems mit mehreren Antriebssystemen stark vereinfacht, die Komplexität wird verringert, die Kalibrierungsarbeitslast wird verringert, und die Verarbeitungs- und Komponentenkosten werden minimiert.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es ist zu beachten, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin gilt:

1 ist eine schematische Darstellung eines Modells eines Antriebssystems;
2 ist ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Fahrzeugs gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein zusammengesetztes schematisches Diagramm eines exemplarischen Fahrzeugantriebssystemmodells für ein Steuersystem gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
4 ist ein schematisches Diagramm eines Implementierungsmodells 400 für ein Steuersystem gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
2 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines exemplarischen Fahrzeugs 200, das ein Frontantriebssystem 202, ein Heckantriebssystem 204, eine Antriebssystemsteuerung 208 und einen Energiespeicher 210 beinhaltet. Jedes der Antriebssysteme 202 und 204 ist mit Antriebsachsen 216 (und 216') gekoppelt, die wiederum mit Antriebselementen 214 (und 214'), wie beispielsweise Antriebsrädern, gekoppelt sind. Das Frontantriebssystem 202 kann eine beliebige Anzahl an Antriebsmaschinen (nicht dargestellt) beinhalten, wie beispielsweise einen oder mehrere Motoren und/oder Motoren/Generatoren. In ähnlicher Weise kann das Heckantriebssystem auch eine beliebige Anzahl an Antriebsmaschinen (nicht dargestellt) beinhalten. Ein solches Fahrzeug kann als Allradantrieb (AWD) und/oder elektronischer Allradantrieb (eAWD) bezeichnet werden. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung jede Fahrzeugkonfiguration umfasst, die mehr als ein separates und unabhängiges angetriebenes Element umfasst, unabhängig davon, ob es sich um eine Kombination von Vorderrad- und Hinterradantrieb handelt, wie in 2 veranschaulicht, oder eine beliebige andere mögliche Kombination von mehreren Antriebselementkonfigurationen in dem Fahrzeug ohne Einschränkung.
3 ist eine zusammengesetzte Darstellung eines exemplarischen schematischen Modells 300, das zum Verständnis mit zusätzlicher Bezugnahme auf ein exemplarisches Steuersystem 400, das in 4 veranschaulicht ist, hilfreich ist. Das Modell 300 liefert eine Anleitung zum Ableiten eines Satzes von linearen Gleichungen, um eine Vielzahl von Antriebsradgeschwindigkeiten zu schätzen, mit denen gemessene Antriebsradgeschwindigkeiten verglichen werden können. Das Modell 300 umfasst eine erste Rotationsträgheit 302 und eine erste Translationsträgheit 304, die durch eine starre Achse 306 miteinander verbunden sind. Diese ersten Komponenten 302, 304 und 306 können zum Beispiel einem Frontantriebssystem 202 und einem Frontantriebselement 214 entsprechen. Die erste Rotationsträgheit 302 repräsentiert die Rotationsträgheit, die zu einem ersten Antriebselement, wie zum Beispiel einem vorderen Antriebselement 214, reflektiert wird. Die erste Translationsträgheit 304 repräsentiert beispielsweise die Translationsträgheit, die einer Hälfte der Masse des Fahrzeugs 200 entspricht, die zu dem ersten Antriebselement, wie beispielsweise dem vorderen Antriebselement 214, reflektiert wird.
In ähnlicher Weise beinhaltet das schematische Modell 300 ferner einen zweiten Satz von Komponenten, die zum Beispiel einem zweiten Antriebssystem 204 und hinteren angetriebenen Rädern 214' von 2 entsprechen können. Dieser zweite Satz von Komponenten beinhaltet eine zweite Rotationsträgheit 308 und eine zweite Translationsträgheit 310, die durch eine starre Achse 312 miteinander verbunden sind. Die zweite Rotationsträgheit 308 stellt die Rotationsträgheit dar, die zu einem zweiten Antriebselement, wie zum Beispiel einem hinteren Antriebselement 214', reflektiert wird. Die zweite Translationsträgheit 310 repräsentiert beispielsweise die Translationsträgheit, die einer Hälfte der Masse des Fahrzeugs 200 entspricht, die zu dem zweiten Antriebselement, wie beispielsweise dem vorderen Antriebselement 214', reflektiert wird.
Das schematische Modell 300 beinhaltet ferner eine Kopplung 326, die die Kopplung zwischen einem ersten Antriebselement und einem zweiten Antriebselement darstellt, wie beispielsweise die Kopplung zwischen dem vorderen Antriebselement 214 und dem hinteren Antriebselement 214', die sich aus der Kopplung zwischen den Oberflächen ergibt, über die das Fahrzeug 200 fährt, und jedes Antriebselement 214 und 214'. Zum Beispiel koppelt die Straßenoberfläche, über die ein vorderes angetriebenes Rad fährt, dieses vordere angetriebene Rad mit einem hinteren angetriebenen Rad in einem Fahrzeug. Die Kopplung 326 stellt schematisch die Kopplung zwischen der ersten Achse 306 und der zweiten Achse 312 (und entsprechenden angetriebenen Elementen) dar. Die Kopplung 326 kann dem Schlupf entsprechen, der erforderlich ist, um eine Traktion zu erzeugen, wenn das Fahrzeug durch variierende Drehmomente angetrieben wird, die an die verschiedenen angetriebenen Räder angelegt werden. Zum Beispiel kann es einen Fall geben, in dem ein Motor in einem Frontantriebssystem ein Drehmoment an ein Vorderrad eines Fahrzeugs anlegt, während kein Drehmoment von einem Heckantriebssystem aufgebracht wird. Das Vorderrad dreht sich mit einer Geschwindigkeit, die etwas höher als die Geschwindigkeit von dem Fahrzeug ist. Diese Geschwindigkeitsdifferenz wird als Schlupf bezeichnet und ist für die Traktion erforderlich. Im Gegensatz dazu dreht sich das Hinterrad, das mit einem Heckantriebssystem verbunden ist, mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Fahrzeug. Diese Drehzahldifferenz wird von dem Modell 300 mit der Kopplung 326 aufgenommen.
Das schematische Modell 300 veranschaulicht ferner die Auswirkung verschiedener Drehmomente auf das Modell. Ein erstes Achsdrehmoment 314 und ein zweites Achsdrehmoment 316 können einem Drehmoment oder Drehmomenten entsprechen, die von einer oder mehreren Antriebsmaschinen innerhalb jeweiliger Antriebssysteme, wie zum Beispiel einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor und/oder dergleichen, ohne Einschränkung (nicht dargestellt) aufgebracht werden. Ein erstes Bremsmoment 318 und ein zweites Bremsmoment 320, die in einer entgegengesetzten Richtung von dem ersten Achsdrehmoment 314 und dem zweiten Achsdrehmoment 316 wirken, können ebenfalls eine Wirkung haben. Zusätzlich ein erstes Kompensationsdrehmoment 322 und ein zweites Kompensationsdrehmoment 324. Diese Drehmomente 322 und 324 können einem aufgebrachten Korrekturdrehmoment entsprechen, das beispielsweise in einem entsprechenden Antriebssystem einem Motor befohlen wird, um beispielsweise Schwingungen zu dämpfen.
Letztendlich veranschaulicht das Modell 300 die Wirkung von Drehmomenten, die von der Straße, über die das Fahrzeug fahren kann, auf das System angewendet werden. Ein Beispiel eines solchen Drehmoments kann dem Fachmann als ein „Straßenlast“-Drehmoment bekannt sein. Das Modell 300 beinhaltet ein erstes Straßenlastdrehmoment 328 und ein zweites Straßenlastdrehmoment 330.
Im Gegensatz zu dem konventionellen Modell 100 von 1, worin das Rad 118 von dem Fahrzeug 120 unterschieden wird und alle Komponenten des Antriebssystems modelliert werden, die 12 unterschiedliche Massenknoten erfordern, wobei all ihre Federraten und -verbindungen zwischen ihnen berücksichtigt werden müssen, vereinfacht das vorliegende Modell 300 mit nur ein er einzigen starren Verbindung zwischen der Rotations- und Translationsträgheit auf jeder Seite des Modells 300 die Dinge erheblich. Das Modell 300 unterscheidet nicht zwischen dem Rad und dem Fahrzeug. Vielmehr enthält das Modell 300 nur eine einzelne starre Achse, die jedem Antriebssystem/Antriebselement entspricht, welches das Rad und das Fahrzeug verbindet und nur die Unterschiede zwischen den rotatorischen und translatorischen Trägheitskomponenten erkennt. Eine Gleichung, die eine Hälfte dieses Modells 300 repräsentiert, kann eine einfache Gleichung erster Ordnung sein, da die einzige Ausgabe die Schätzung der Radgeschwindigkeiten von jeder Seite des Modells 300 ist.
Im Allgemeinen werden Personen, die zur Modellierung von Systemen ausgebildet sind, ausgebildet, um ein Modell zu erzeugen, das auf der realen, genauen physikalischen Struktur basiert. Diese herkömmliche Denkweise führte zu dem früheren Modell 100, das in 1 dargestellt ist. Im Gegensatz dazu teilt das Modell 300 Massen auf, wenn in Wirklichkeit keine Massen voneinander getrennt sind. Mit dieser Erkenntnis des Erfinders muss das Modell nicht mit den genauen physikalischen Eigenschaften des zu steuernden Systems übereinstimmen. Vielmehr schätzt und verfolgt das Modell 300 nur die Radgeschwindigkeiten und muss die Bedingungen der mehreren Komponenten des tatsächlichen physikalischen Systems nicht verfolgen oder schätzen.
Bezugnehmend auf 4 ist eine schematische Darstellung eines Implementierungsmodells 400 für ein Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Implementierungsmodell 400 zeigt exemplarische Module innerhalb eines Steuersystems, die jeweils Eingangssignale verarbeiten und Ausgangssignale basierend auf einem Satz linearer und/oder nichtlinearer Gleichungen erzeugen, die unter Bezugnahme auf das exemplarische Modell 300 von 3 abgeleitet wurden.
Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet einen ersten Straßenlastschätzer 402, der eine erste Radgeschwindigkeitsschätzung von einer vorherigen Wiederholung 404 empfängt. Der erste Straßenlastschätzer 402 erzeugt ein Signal, das ein geschätztes Drehmoment 406 darstellt, das einer ersten Straßenlast zugeordnet werden kann. Der erste Straßenlastschätzer 402 erzeugt ein Signal, das ein erstes geschätztes Drehmoment 406 darstellt, das einer ersten Straßenlast zugeordnet werden kann. Der Effekt dieser ersten Straßenlastschätzung ist schematisch als erstes Straßenlastdrehmoment 328 in 3 dargestellt. Der erste Straßenlastschätzer 402 kann ein geschätztes Drehmoment 406 unter Verwendung der folgenden exemplarischen Gleichung ausgeben: $\begin{array}{l} \begin{matrix} \end{matrix} TE = sign (PWSE1) \times RT + PWSE1 \times VTerm + sign (PWE1) \times {(PWSE1)}^{2} \\ \times V2Term \end{array}$
Worin TE die Drehmomentschätzung ist, PWSE1 ist die vorherige Schätzung der ersten Radgeschwindigkeit, VTerm ist ein Koeffizient für das der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionale Straßenlastdrehmoment und V2Term ist ein Koeffizient für das Straßenlastdrehmoment proportional zu dem Quadrat der Fahrzeuggeschwindigkeit. Sowohl VTerm als auch V2Term werden experimentell aus Standard-Fahrzeugausrolltests bestimmt.
Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet ferner einen ersten Bremsmomentschätzer 408. Der erste Bremsmomentschätzer 408 empfängt den vorherigen ersten Radgeschwindigkeitsschätzwert 404 und ein erstes Bremsmoment 410, um einen ersten Bremsmomentschätzwert 412 zu erzeugen. Das erste Bremsmoment 410 entspricht dem ersten Bremsmoment 318 in 3. Der erste Bremsdrehmomentschätzer 408 gibt eine erste Bremsdrehmomentschätzung BTE1 unter Verwendung der folgenden Gleichung aus: $BTE1 = sign (PWSE1) \times CBT$
Worin CBT das befohlene Bremsmoment ist.
In ähnlicher Weise beinhaltet das Implementierungsmodell 400 ferner einen zweiten Straßenlastschätzer 414, der eine zweite Radgeschwindigkeitsschätzung von einer vorherigen Wiederholung 416 empfängt. Der zweite Straßenlastschätzer 414 erzeugt ein Signal, das eine zweite Straßenlastdrehmomentschätzung 418 darstellt. Der Effekt dieser ersten Straßenlastschätzung ist schematisch als zweites Straßenlastdrehmoment 330 in 3 dargestellt.
Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet ferner einen zweiten Bremsmomentschätzer 420. Der zweite Bremsmomentschätzer 420 empfängt den vorherigen zweiten Radgeschwindigkeitsschätzwert 416 und ein zweites Bremsmoment 422, um einen zweiten Bremsmomentschätzwert 424 zu erzeugen. Das zweite Bremsmoment 422 entspricht dem zweiten Bremsmoment 320 in 3.
Das Implementierungsmodell 400 empfängt als Eingabe ein erstes Radgeschwindigkeitssignal 426 und ein zweites Radgeschwindigkeitssignal 428. Jedes dieser Signale wird von tatsächlichen Radgeschwindigkeitsmessungen abgeleitet und sie werden als Bezugssignale verwendet, gegen die die Antriebsstrangsteuerung zuverlässig ausgeführt werden kann, wie hierin beschrieben. Es versteht sich, dass die gemessenen Radgeschwindigkeitssignale 426 und 428 gefiltert werden können, wie für den Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich ist. Das Implementierungsmodell erzeugt auch eine erste geschätzte Radgeschwindigkeit 434 und eine zweite geschätzte Radgeschwindigkeit 436, die nachstehend ausführlicher erläutert werden.
Das Implementierungsmodell beinhaltet einen ersten Radgeschwindigkeitskomparator 438, der die erste geschätzte Radgeschwindigkeit 434 und das erste Radgeschwindigkeitssignal 426 empfängt und ein erstes Radgeschwindigkeits-Schätzungsfehlersignal 440 ausgibt. Das erste Radgeschwindigkeits-Schätzungsfehlersignal 440 wird von einem ersten Kompensator 442 empfangen, der ein erstes Drehmomentkompensationssignal 444 erzeugt. Dieses erste Drehmomentkompensationssignal 444 kann dem ersten Kompensationsdrehmoment 322 entsprechen, das in 3 dargestellt ist. Der erste Kompensator 442 kann ein erstes kompensierendes Drehmomentsignal CTS1 basierend auf der folgenden Gleichung erzeugen: $ES1 = ES 1 + WSE 1 \times IG1$
$CTS 1 = ES 1 + WSE 1 \times PG1$
Worin ES1 eine Fehlersumme für die erste Radgeschwindigkeit ist, WSE1 der erste Radgeschwindigkeitsfehler von dem Komparator 438 ist, IG1 ist die Integralverstärkung für die erste Achse und PG1 ist die Proportionalverstärkung für die erste Achse.
In ähnlicher Weise enthält das Implementierungsmodell einen zweiten Radgeschwindigkeitskomparator 448, der die zweite geschätzte Radgeschwindigkeit 436 und das zweite Radgeschwindigkeitssignal 428 empfängt und ein zweites Radgeschwindigkeits-Schätzungsfehlersignal 450 auf ähnliche Weise wie der erste Radgeschwindigkeitskomparator 438 ausgibt. Das zweite Radgeschwindigkeits-Schätzungsfehlersignal 450 wird von einem zweiten Kompensator 452 empfangen, der ein zweites Drehmomentkompensationssignal 454 erzeugt. Dieses zweite Drehmomentkompensationssignal 454 kann dem zweiten Kompensationsdrehmoment 324 entsprechen, das in 3 dargestellt ist.
Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet ferner ein Kopplungsmodul 446, das die erste geschätzte Radgeschwindigkeit 434 und die zweite geschätzte Radgeschwindigkeit 436 empfängt und ein Kopplungsdrehmomentsignal 456 erzeugt. Dieses Kopplungsdrehmomentsignal 456 stellt die Drehmomentübertragung zwischen den beiden Achsen 306 und 312 als Ergebnis der Kopplung 326 zwischen den beiden Achsen dar. Wie oben erläutert, berücksichtigt die Kopplung 326 die Drehmomentübertragung zwischen zwei getrennten angetriebenen Rädern durch eine Straßenoberfläche, über die das Fahrzeug fährt. Das Kopplungsmodul 446 kann ein Kopplungsdrehmoment CT 456 unter Verwendung der folgenden Gleichung erzeugen: $CT = f (100 \times (WSE 1 - WSE2) /abs (WSE1))$
Worin CT das Kopplungsdrehmoment ist, WSE1 ist der erste Radgeschwindigkeitsschätzwert und WSE2 ist der zweite Radgeschwindigkeitsschätzwert.
Das Implementierungsmodell 400 empfängt auch als Eingabe ein erstes Achsdrehmoment 430 und ein zweites Achsdrehmoment 432. Diese Drehmomentsignale können dem Achsdrehmoment entsprechen, das an jede der ersten Achse 306 und der zweiten Achse 312 in dem Modell 300 von einer entsprechenden Antriebsmaschine in jedem eines entsprechenden Antriebssystems angelegt wird.
Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet einen ersten Drehmomentsummierer 458, der die mehreren Drehmomenteingangssignale empfängt, die alle modellierten Drehmomente repräsentieren, die an die erste Achse 306 angelegt werden, und ein erstes resultierendes Drehmoment 460 ausgibt. In dieser exemplarischen Ausführungsform empfängt der erste Drehmomentsummierer 458 das erste geschätzte Drehmomentsignal 406 von dem ersten Straßenlastschätzer 402, das erste Bremsmomentschätzsignal 412 von dem ersten Bremsmomentschätzer 408, das erste Achsdrehmoment 430 und das erste Drehmomentkompensationssignal 444 und bestimmt die Summe aller dieser Drehmomente und gibt das erste resultierende Drehmoment 460 aus. Dieses erste resultierende Drehmoment 460 ist die Gesamtakkumulation aller an die erste Achse 306 angelegten Drehmomente. Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet einen ersten Radgeschwindigkeitsschätzer 462, der das erste resultierende Drehmomentsignal 460 und ein Bereichszustandssignal empfängt, das die zum Berechnen der verbundenen Trägheit verwendeten Übersetzungsverhältnisse anzeigt und das erste Radgeschwindigkeitsschätzsignal 434 erzeugt. Der erste Radgeschwindigkeitsschätzer 462 kann den ersten Radgeschwindigkeitsschätzwert 434 unter Verwendung der folgenden Gleichungen erzeugen: $WSE 1 = WSE 1 + DT \times TE1/I1$
Worin WSE1 die erste Radgeschwindigkeitsschätzung ist, DT die Zeit zwischen den Berechnungen ist, TE1 ist die erste Drehmomentschätzung und I1 ist die erste Trägheit, die, wie oben erläutert, eine Funktion des Bereichszustandssignals ist.
Ähnlich beinhaltet das Implementierungsmodell 400 einen zweiten Drehmomentsummierer 464, der die mehreren Drehmomenteingangssignale empfängt, die alle modellierten Drehmomente repräsentieren, die an die zweite Achse 312 angelegt werden, und ein zweites resultierendes Drehmoment 466 ausgibt. In dieser exemplarischen Ausführungsform empfängt der zweite Drehmomentsummierer 464 das zweite geschätzte Drehmomentsignal 418 von dem zweiten Straßenlastschätzer 414, das zweite Bremsmomentschätzsignal 424 von dem zweiten Bremsmomentschätzer 420, das zweite Achsdrehmoment 432 und das zweite Drehmomentkompensationssignal 454 und bestimmt die Summe aller dieser Drehmomente und gibt das zweite resultierende Drehmoment 466 aus. Dieses zweite resultierende Drehmoment 466 ist die Gesamtakkumulation des gesamten modellierten Drehmoments, das an die zweite Achse 312 angelegt wird. Das Implementierungsmodell 400 beinhaltet einen zweiten Radgeschwindigkeitsschätzer 468, der das zweite resultierende Drehmomentsignal 466 und ein Bereichszustandssignal empfängt, das die zum Berechnen der verbundenen Trägheit verwendeten Übersetzungsverhältnisse anzeigt und das zweite Radgeschwindigkeitsschätzsignal 436 erzeugt.
Obwohl die obigen exemplarischen Ausführungsformen ein Steuersystem für ein Fahrzeug mit zwei Antriebssystemen und/oder zwei entsprechenden angetriebenen Rädern beschreiben, versteht der Fachmann auf dem Gebiet, dass die Erfindung für die Verwendung mit einem Fahrzeug mit einer beliebigen Anzahl an Antriebssystemen und/oder angetriebenen Rädern zugänglich ist.
Während die obigen exemplarischen Ausführungsformen zur Verwendung in Verbindung mit der Dämpfung von Antriebsstrangschwingungen beschrieben sind, ist es ferner zu verstehen, dass das vorliegende Steuersystem für viele andere Zwecke verwendet werden kann, wie zum Beispiel Drehmomentsteuerung, Geschwindigkeitssteuerung für Kupplungssynchronisation, Spiel-Management und dergleichen ohne Einschränkung.
Diese Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6953409 [0004]
US 8010263 [0005]
US 7577507 [0007]
US 7739016 [0008]

Claims

Fahrzeug, umfassend: ein erstes Antriebssystem, das einen ersten Drehmomentgenerator, ein erstes Getriebe in Verbindung mit dem ersten Drehmomentgenerator und ein erstes Antriebselement in Verbindung mit dem ersten Getriebe beinhaltet; ein zweites Antriebssystem, das einen zweiten Drehmomentgenerator, ein zweites Getriebe in Verbindung mit dem zweiten Drehmomentgenerator und ein zweites Antriebselement in Verbindung mit dem zweiten Getriebe beinhaltet; einen ersten Geschwindigkeitssensor, der eine Geschwindigkeit des ersten Antriebselements misst; und eine Steuereinheit, programmiert zum: Schätzen einer Geschwindigkeit des ersten Antriebselements basierend auf einem Modell des ersten Antriebssystems, das eine modellierte erste Rotationsträgheit und eine modellierte erste Translationsträgheit beinhaltet, die starr miteinander verbunden sind, und ein Modell einer ersten Kopplung zwischen dem modellierten ersten Antriebssystem und ein Modell des zweiten Antriebssystems; Vergleichen der geschätzten Geschwindigkeit des ersten Antriebselements mit der gemessenen Geschwindigkeit des ersten Antriebselements; und Steuerung des ersten Antriebssystems basierend auf dem Vergleich.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin die modellierte erste Translationsträgheit ein Modell der Translationsträgheit eines Teils der Masse des Fahrzeugs umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 2, worin der Teil der Masse des Fahrzeugs die Hälfte der Masse des Fahrzeugs umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Modell der ersten Kopplung ein Modell einer Rutschkupplung zwischen dem modellierten ersten Antriebssystem und dem modellierten zweiten Antriebssystem umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin der erste Drehmomentgenerator einen ersten Elektromotor umfasst und worin die Steuerung das erste Antriebssystem durch Steuern eines Drehmoments des ersten Elektromotors steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin der erste Drehmomentgenerator eine erste Bremse umfasst und worin die Steuerung das erste Antriebssystem durch Steuern der ersten Bremse steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Steuern des ersten Antriebssystems Schwingungen innerhalb des ersten Antriebssystems dämpft.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin das Modell des zweiten Antriebssystems eine modellierte zweite Rotationsträgheit und eine modellierte zweite Translationsträgheit beinhaltet, die starr miteinander verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner dazu programmiert ist, eine Geschwindigkeit des zweiten Antriebselements basierend auf dem Modell des zweiten Antriebssystems zu schätzen, das eine modellierte zweite Rotationsträgheit und eine modellierte zweite Translationsträgheit beinhaltet.