DE102018119349A1

DE102018119349A1 - Verfahren zum entkoppeln eines antriebs- und abtriebsdrehmoments für eine motordrehzahlsteuerung und einen hybridantrieb, der dieselben nutzt

Info

Publication number: DE102018119349A1
Application number: DE102018119349.1A
Authority: DE
Inventors: Shaochun Ye
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2018-08-08
Publication date: 2019-02-14
Also published as: US10479345B2; CN109383490A; CN109383490B; US20190047544A1

Abstract

Ein Verfahren zum Entkoppeln eines Abtriebsdrehmoments von einem Antriebsdrehmoment während der Motordrehzahlsteuerung eines Hybridantriebsstrangs für ein Fahrzeug umfasst das Bestimmen, über eine Steuerung, eines virtuellen Abtriebsdrehmoments das an einem Abtriebsglied eines Mehrmodusgetriebes bei einem virtuellen Antriebsdrehmoment erforderlich ist, das an einem Antriebsglied des Mehrmodusgetriebes zur Motordrehzahlsteuerung in einem ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes vorgegeben ist, sodass die Drehzahl des Abtriebsglieds „unverändert“ ist, um eine unerwünschte Drehmomentschwankung an dem Abtriebsglied zu verhindern. Die Steuerung bestimmt das virtuelle Abtriebsdrehmoment über eine erste gespeicherte Übertragungsfunktion, die ein virtuelles Abtriebsdrehmoment mit einem virtuellen Antriebsdrehmoment in Beziehung setzt, basierend auf einer modellierten physikalischen Dynamik des Fahrzeugantriebsstrangs für den ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes. Ein Hybridantriebsstrang beinhaltet einen Motor und ein Hybridgetriebe sowie eine Steuerung, die das Hybridgetriebe gemäß dem Verfahren steuert.

Description

EINLEITUNG
Hybridfahrzeuge können Kraftstoffeinsparungen erzielen, indem sie den Motor während bestimmter Betriebsbedingungen abschalten, beispielsweise wenn das Fahrzeug bei einer roten Ampel angehalten wird und/oder wenn das Fahrzeug auf der Autobahn fährt. Wenn jedoch ein Fahrzeugführer eine Beschleunigung fordert, wird der Motor eingeschaltet, um ein Drehmoment bereitzustellen. Ein Übergang zwischen einem Betriebsmodus, in dem der Motor ausgeschaltet ist, und einem Betriebsmodus, in dem der Motor eingeschaltet ist, könnte ohne ein Steuerschema, das das Drehmoment abschwächt, eine unerwünschte Drehmomentstörung an der Antriebsachse verursachen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren zum Entkoppeln des Abtriebsdrehmoments von dem Antriebsdrehmoment während der Motordrehzahlsteuerung eines Hybridantriebsstrangs modelliert akkurat die physikalische Dynamik eines Fahrzeugantriebsstrangs für Motordrehzahlsteuerungsereignisse, einschließlich Motorautomatikstarts (Autostart), Motorautomatikstopps (Autostopp) Leerlaufdrehzahlregelung, Motordrehzahlregelung für Schaltvorgänge, zur Energieeffizienzoptimierung oder auf andere Weise. Zum Beispiel kann das Verfahren verwendet werden, um einen nahtlosen Übergang von einem Motor-Aus-Modus zu einem Motor-Ein-Modus zu erreichen. Insbesondere umfasst das Verfahren das Bestimmen, über eine Steuerung, eines virtuellen Abtriebsdrehmoments das an einem Abtriebsglied eines Mehrmodusgetriebes bei einem virtuellen Antriebsdrehmoment erforderlich ist, das an einem Antriebsglied des Mehrmodusgetriebes zur Motordrehzahlsteuerung in einem ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes vorgegeben ist, sodass die Drehzahl des Abtriebsglieds „unverändert“ ist, wie hierin definiert, um eine unerwünschte Drehmomentschwankung an dem Abtriebsglied zu verhindern. Die Steuerung bestimmt das virtuelle Abtriebsdrehmoment über eine erste gespeicherte Übertragungsfunktion, die ein virtuelles Abtriebsdrehmoment mit einem virtuellen Antriebsdrehmoment in Beziehung setzt, basierend auf einer modellierten physikalischen Dynamik des Fahrzeugantriebsstrangs für den ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes.
Beispielsweise umfasst die modellierte physikalische Dynamik Federfunktionen, Dämpferfunktionen und Trägheitsmassenwerte, die für Komponenten des Fahrzeugantriebsstrangs in dem ausgewählten Modus repräsentativ sind, wie zum Beispiel Kupplungen, Bremsen und Wellen, einen Achsantrieb, eine Radachse usw. Die modellierte physikalische Dynamik kann als ein Zustandsraummodell dargestellt werden, in dem alle Variablen, die das physikalische und zeitliche dynamische Verhalten der Antriebsstrangkomponenten als Reaktion auf externe Drehmomente, die den Antriebsstrang beeinflussen können, mit jeweils einem anderen Zustandsraummodell für jeden der Modi modelliert werden, die ausgewählt werden können. Die externen Drehmomente beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf das virtuelle Antriebsdrehmoment, das virtuelle Abtriebsdrehmoment und die Motor/Generator-Drehmomente.
In einem Aspekt der Lehren beinhaltet der Antriebsstrang einen Motor, der mit dem Antriebsglied wirkverbunden ist. Das Verfahren umfasst ferner das Anweisen des virtuellen Antriebsdrehmoments zumindest teilweise gemäß einem Motordrehzahlprofil. Anders ausgedrückt beinhaltet das befohlene virtuelle Antriebsdrehmoment einen Open-Loop-Abschnitt, der zu einer Motordrehzahl führt, die mit einem vorbestimmten Motordrehzahlprofil übereinstimmt (d. h. eine gewünschte Änderung der Motordrehzahl mit der Zeit), und beinhaltet auch einen aus der Rückkopplungssteuerung resultierenden Closed-Loop-Abschnitt basierend auf dem Fehler zwischen dem Motordrehzahlprofil und der tatsächlichen Motordrehzahl. Dementsprechend basiert das virtuelle Antriebsdrehmoment teilweise auf dem Motordrehzahlprofil.
Durch Verwenden virtueller Drehmomente bestimmt die Steuerung Drehmomentwerte für die Komponenten von Interesse (d. h. das Antriebsglied und das Abtriebsglied). Eine andere gespeicherte Übertragungsfunktion setzt die virtuellen Drehmomentwerte bei den Komponenten von Interesse mit entsprechenden physikalischen Drehmomentwerten physikalischer Drehmomentstellglieder in Beziehung, die tatsächlich das Drehmoment bereitstellen, und steuert die entsprechenden physikalischen Drehmomente bei den physikalischen Drehmomentstellgliedern an. Beispielsweise kann das Mehrmodusgetriebe mehrere Motoren/Generatoren beinhalten, die steuerbar sind, um ein physikalisches Drehmoment an jeweilige Komponenten des Mehrmodusgetriebes anzulegen, was zu einem Drehmoment am Antriebsglied für die Motordrehzahlsteuerung gleich dem virtuellen Antriebsdrehmoment, und einem Drehmoment an dem Abtriebsglied gleich dem virtuellen Abtriebsdrehmoment führt. Das Verfahren umfasst somit ferner das Umwandeln des virtuellen Antriebsdrehmoments und des virtuellen Abtriebsdrehmoments über die Steuerung in jeweilige Drehmomente der mehreren Motoren/Generatoren gemäß einer zweiten gespeicherten Übertragungsfunktion und das Steuern der mehreren Motoren/Generatoren zum Bereitstellen der jeweiligen Drehmomente.
Mit dem Umfang der vorliegenden Lehren kann die Steuerung auch Fahrzeugbetriebsbedingungen überwachen und bestimmen, ob die Betriebsbedingungen ein Motordrehzahlsteuerungsereignis rechtfertigen. Das Anweisen des virtuellen Antriebsdrehmoments erfolgt somit als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Betriebsbedingungen ein Motordrehzahlsteuerungsereignis rechtfertigen. Motordrehzahlsteuerungsereignisse beinhalten Motorautomatikstarts (Autostart), Motorautomatikstopps (Autostopp), Leerlaufdrehzahlregelung, Motordrehzahlregelung für Gangschaltungen, zur Energieeffizienzoptimierung oder anderes.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren kann das Mehrmodusgetriebe mindestens zwei Planetenradsätze und erste und zweite selektiv einrückbare Drehmomentübertragungsmechanismen umfassen. Jeder der Drehmomentübertragungsmechanismen kann selektiv in Eingriff gebracht werden, um ein jeweiliges Element eines der Planetenradsätze mit einem anderen Element eines der Planetenradsätze oder mit einem stationären Element zu verbinden. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ist eingerückt und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ist in einem ersten Betriebsmodus des Getriebes ausgerückt, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ist eingerückt und der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ist in einem zweiten Betriebsmodus des Getriebes ausgerückt. Die modellierte physikalische Dynamik des Antriebsstranges ist für den ersten Betriebsmodus anders als für den zweiten Betriebsmodus. Der Drehmomentpfad durch das Getriebe ist in den verschiedenen Betriebsmodi unterschiedlich und beeinflusst die physikalische Belastung, die von den verschiedenen Komponenten getragen wird. Zum Beispiel wird der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine andere Dämpfungsfähigkeit haben und wird daher durch eine andere Dämpfungsfunktion modelliert, wenn er eingerückt ist als wenn er nicht eingerückt ist. In ähnlicher Weise wird der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eine unterschiedliche Federwirkung haben, wenn er eingerückt ist, als wenn er nicht eingerückt ist, und dasselbe gilt für den zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren beinhaltet das Mehrmodusgetriebe einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator und ist durch die Steuerung steuerbar, um drei elektrische Fahrzeugmodi bereitzustellen. Die drei Elektrofahrzeugmodi umfassen einen ersten Elektrofahrzeugmodus, in dem der zweite Motor/Generator ein Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellt und der erste Motor/Generator nicht bereitstellt, einen zweiten Elektrofahrzeugmodus, in dem sowohl der erste Motor/Generator als auch der zweite Motor/Generator ein Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellt, und einen dritten Elektrofahrzeugmodus, in dem der erste Motor/Generator ein Drehmoment an dem Abtriebselement bereitstellt, und der zweite Motor/Generator nicht.
Ein Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug umfasst ein Mehrmodusgetriebe mit einem Antriebsglied und einem Abtriebsglied. Eine Steuerung ist mit dem Mehrmodusgetriebe wirkverbunden und ist dazu konfiguriert, einen gespeicherten Algorithmus auszuführen, der eine erste gespeicherte Übertragungsfunktion enthält, die ein virtuelles Abtriebsdrehmoment am Abtriebsglied mit einem virtuellen Antriebsdrehmoment am Antriebsglied basierend auf modellierten physikalischen Dynamiken des Fahrzeugantriebsstrangs für jeden ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes in Beziehung setzt. Der gespeicherte Algorithmus befiehlt das virtuelle Antriebsdrehmoment und bestimmt über die erste Übertragungsfunktion das virtuelle Abtriebsdrehmoment, das an dem Abtriebsglied bei dem virtuellen Antriebsdrehmoment, das an dem Antriebsglied des Mehrmodusgetriebes befohlen ist, erforderlich ist, sodass die Rotationsgeschwindigkeit des Abtriebsglieds „unverändert“ ist, wie hierin definiert, um eine unerwünschte Drehmomentschwankung am Abtriebsglied zu verhindern. Die modellierte physikalische Dynamik beinhalten Federfunktionen, Dämpferfunktionen und Trägheitsmassenwerte, die für Komponenten des Antriebsstrangs in dem ausgewählten Modus repräsentativ sind. Die modellierte physikalische Dynamik kann als ein Zustandsraummodell dargestellt werden.
Der Hybridantriebsstrang kann ferner einen Motor umfassen, der mit dem Antriebsglied wirkverbunden ist. Der gespeicherte Algorithmus kann konfiguriert sein, um das virtuelle Antriebsdrehmoment zumindest teilweise gemäß eines vorbestimmten Drehmomentprofils des Motors zu befehlen. Das Mehrmodusgetriebe kann mehrere Motoren/Generatoren beinhalten, die steuerbar sind, um ein physikalisches Drehmoment an jeweilige Komponenten des Mehrmodusgetriebes anzulegen, was zu einem Drehmoment am Antriebsglied gleich dem virtuellen Antriebsdrehmoment für die Motordrehzahlsteuerung und einem Drehmoment am Abtriebsglied gleich dem virtuellen Abtriebsdrehmoment führt. Der gespeicherte Algorithmus ist konfiguriert, um über die Steuerung das virtuelle Antriebsdrehmoment und das virtuelle Abtriebsdrehmoment zu entsprechenden Drehmomenten der mehreren Motoren/Generatoren gemäß einer zweiten gespeicherten Übertragungsfunktion zu transformieren und die mehreren Motoren/Generatoren zu steuern, um die jeweiligen Drehmomente bereitzustellen.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren kann der Hybridantriebsstrang ferner einen Motor umfassen, der mit dem Antriebsglied wirkverbunden ist. Der gespeicherte Algorithmus kann konfiguriert sein, um Fahrzeugbetriebsbedingungen zu überwachen und zu bestimmen, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen ein Motordrehzahlsteuerungsereignis rechtfertigen. Das Anweisen des virtuellen Antriebsdrehmoments erfolgt als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Betriebsbedingungen ein Motordrehzahlsteuerungsereignis rechtfertigen.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren umfasst das Mehrmodusgetriebe mindestens zwei Planetenradsätze, einen ersten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus und einen zweiten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus. Jeder der Drehmomentübertragungsmechanismen ist selektiv einrückbar, um ein jeweiliges Element eines der Planetenradsätze mit einem anderen Element eines der Planetenradsätze oder mit einem stationären Element zu verbinden. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ist eingerückt und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ist in einem ersten Betriebsmodus des Getriebes ausgerückt, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus ist eingerückt und der erste Drehmomentübertragungsmechanismus ist in einem zweiten Betriebsmodus des Getriebes ausgerückt.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren beinhaltet das Mehrmodusgetriebe einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator und ist durch die Steuerung steuerbar, um drei Elektrofahrzeugmodi bereitzustellen, einschließlich einen ersten Elektrofahrzeugmodus, in dem der zweite Motor/Generator ein Drehmoment am Abtriebsglied erzeugt und der erste Motor/Generator nicht, einen zweiten Elektrofahrzeugmodus, in dem sowohl der erste Motor/Generator und der zweite Motor/Generator Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellen, als auch einen dritten Elektrofahrzeugmodus in dem der erste Motor/Generator ein Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellt und der zweite Motor/Generator nicht.
Im Geltungsbereich der vorliegenden Lehren umfasst ein Fahrzeug einen Hybridantriebsstrang, der einen Motor mit einer Kurbelwelle, ein Mehrmodusgetriebe und eine Steuerung aufweist. Das Mehrmodusgetriebe hat ein Eingangselement, das verbindbar ist, um sich mit der Kurbelwelle zu drehen, und hat ein Abtriebsglied. Die Steuerung ist mit der Mehrmodusgetriebe wirkverbunden und ist konfiguriert, um einen gespeicherten Algorithmus auszuführen, der eine erste gespeicherte Übertragungsfunktion enthält, die das virtuelle Abtriebsdrehmoment mit dem virtuellen Antriebsdrehmoment in Beziehung setzt. Die erste gespeicherte Übertragungsfunktion basiert auf modellierten physikalischen Dynamiken eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs für jeden ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes. Die modellierte physikalische Dynamik beinhalten Federfunktionen, Dämpferfunktionen und Trägheitsmassenwerte, die für Komponenten des Antriebsstrangs in dem ausgewählten Modus repräsentativ sind und ein Zustandsraummodell. Über den gespeicherten Algorithmus befiehlt die Steuerung das virtuelle Antriebsdrehmoment für die Motordrehzahlsteuerung und bestimmt das virtuelle Abtriebsdrehmoment, das an dem Abtriebsglied bei dem virtuellen Antriebsdrehmoment erforderlich ist, das an dem Antriebsglied für die Motordrehzahlsteuerung in dem ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes vorgegeben ist, sodass die Drehzahl des Abtriebsglieds unverändert ist, um eine unerwünschte Drehmomentschwankung an dem Abtriebsglied zu verhindern.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren ist der gespeicherte Algorithmus konfiguriert, um das virtuelle Antriebsdrehmoment zumindest teilweise gemäß eines vorbestimmten Drehmomentprofils des Motors zu befehlen.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren beinhaltet das Mehrmodusgetriebe mehrere steuerbare Motoren/Generatoren, um ein physikalisches Drehmoment an jeweilige Komponenten des Mehrmodusgetriebes anzulegen, was zu einem Drehmoment an dem Antriebsglied gleich dem virtuellen Antriebsdrehmoment und einem Drehmoment an dem Abtriebsglied gleich dem virtuellen Abtriebsdrehmoment führt. Die Steuerung ist konfiguriert, um über den gespeicherten Algorithmus das virtuelle Antriebsdrehmoment und das virtuelle Abtriebsdrehmoment zu jeweiligen Drehmomenten der mehreren Motoren/Generatoren gemäß einer zweiten gespeicherten Übertragungsfunktion zu transformieren und die mehreren Motoren/Generatoren zu steuern, um die jeweiligen Drehmomente bereitzustellen.
In einem Aspekt der vorliegenden Lehren beinhaltet das Mehrmodusgetriebe einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator und ist durch die Steuerung steuerbar, um drei Elektrofahrzeugmodi bereitzustellen, einschließlich einen ersten Elektrofahrzeugmodus, in dem der zweite Motor/Generator ein Drehmoment am Abtriebsglied erzeugt und der erste Motor/Generator nicht, einen zweiten Elektrofahrzeugmodus, in dem sowohl der erste Motor/Generator und der zweite Motor/Generator Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellen, als auch einen dritten Elektrofahrzeugmodus in dem der erste Motor/Generator ein Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellt und der zweite Motor/Generator nicht.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang mit einem Mehrmodusgetriebe.
2 ist eine schematische Darstellung eines Teils des Fahrzeugs und des Hybridantriebsstrangs von 1 mit einigen Komponenten, die als Federn, Dämpfer oder Trägheitsmassenwerte durch modellierte physikalische Dynamik dargestellt sind.
3 ist eine grafische Darstellung der Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunde eines Antriebsglieds des Mehrmodusgetriebes gegen die Zeit in Sekunden im Vergleich zu einem vorbestimmten Motordrehzahlprofil.
4 ist eine grafische Darstellung der Änderung der Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunde eines Abtriebsglieds des Mehrmodusgetriebes gegen die Zeit in Sekunden entsprechend der grafischen Darstellung in 3.
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerschema darstellt, das ein virtuelles Antriebsdrehmoment an dem Antriebsglied mit einem virtuellen Abtriebsdrehmoment an dem Abtriebsglied in Beziehung setzt, um jegliche Änderung der Drehzahl aufgrund des virtuellen Antriebsdrehmoments auszugleichen.
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuerschema zum Steuern des Betriebs der Mehrmodusgetriebes von 1 darstellt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern des Hybridantriebsstrangs von 1 darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten in den Ansichten beziehen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10 mit einem Hybridantriebsstrang 20, das in einem Hebeldiagrammformat veranschaulicht ist. Der Hybridantriebsstrang 20 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 22 und ein Hybridgetriebe 24. Der Verbrennungsmotor 22 kann ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor sein.
Das Hybridgetriebe 24 beinhaltet einen ersten Planetenradsatz 30 und einen zweiten Planetenradsatz 40, die als einzelne Hebel dargestellt sind. Der erste und der zweite Planetenradsatz 30, 40 sind einfache Planetenradsätze mit jeweils einem Sonnenradelement, einem Trägerelement und einem Hohlradelement. Der erste Planetenradsatz 30 beinhaltet ein Sonnenradelement 32, ein Hohlradelement 34 und ein Trägerelement 36. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, greift eine Vielzahl von Ritzelrädern, die durch das Trägerelement 36 drehbar gelagert sind, mit dem Hohlradelement 34 und dem Sonnenradelement 32 ineinander. Der zweite Planetenradsatz 40 beinhaltet ein Sonnenradelement 42, ein Hohlradelement 44 und ein Trägerelement 46. Wie für den Fachmann ersichtlich ist, greift eine Vielzahl von Ritzelrädern, die durch das Trägerelement 46 drehbar gelagert sind, mit dem Hohlradelement 44 und dem Sonnenradelement 42 ineinander. In einem Hebeldiagramm stellt jeder einzelne Hebel einen Planetenradsatz oder einen externen Zahnradsatz dar. Bei den Planetenradsatzhebeln sind die drei grundlegenden mechanischen Komponenten des Planetenrades jeweils durch einen Knoten dargestellt. Daher enthält ein einfacher Planetenradsatzhebel drei Knotenpunkte: einen für das Sonnenradelement, einen für das Planetenradträgerelement und einen für das Hohlradelement. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels können verwendet werden, um das Verhältnis von Hohlrad zu Sonnenrad des jeweiligen Radsatzes zu repräsentieren.
Das Hybridgetriebe 24 beinhaltet auch einen ersten Elektromotor/Generator 25 und einen zweiten Elektromotor/Generator 26, die jeweils einen drehbaren Rotor und einen den Rotor umgebenden Stator aufweisen. Der Rotor des ersten Elektromotors/Generators 25 ist verbunden, um sich gemeinsam mit dem Sonnenradelement 32 zu drehen, und der Rotor des zweiten Elektromotors/Generators 26 ist verbunden, um sich gemeinsam mit dem Sonnenradelement 42 zu drehen. Wie hierin verwendet, „drehen sich“ zwei Komponenten „gemeinsam“, wenn sie so miteinander verbunden sind, dass sie sich mit der gleichen Drehzahl drehen. Wie hierin weiter beschrieben, sind die Elektromotoren 25, 26 mit einer elektronischen Steuerung 70 wirkverbunden, die einen gespeicherten Algorithmus 72 ausführt, um das von jedem der Motoren 25, 26 in verschiedenen Betriebsmodi des Antriebsstrangs 20 angelegte Drehmoment zu steuern.
Das Getriebe 24 hat ein Antriebsglied 27, das zur Drehung mit dem Trägerelement 36 verbunden ist, und ein Abtriebsglied 28, das zur Drehung mit dem Hohlradelement 46 verbunden ist. Sowohl das Antriebsglied 27 als auch das Abtriebsglied 28 sind drehbare Wellen. Das Abtriebsglied 28 ist über einen Achsantrieb 52 mit Fahrzeugrädern 54 verbunden, sodass der Antriebsstrang 20 eine Zugkraft an den Rädern 54 bereitstellen kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Motor 22 hat eine Kurbelwelle 23, die so verbunden ist, dass sie sich gemeinsam mit dem Antriebsglied 27 dreht. Das Trägerelement 36 des ersten Planetenradsatzes 30 ist verbunden, um sich gemeinsam mit dem Trägerelement 46 des zweiten Planetenradsatzes 40 über ein Verbindungselement 50 zu drehen, das die Trägerelemente 36, 46 kontinuierlich verbindet.
Das Hybridgetriebe 24 beinhaltet drei selektiv in Eingriff bringbare Drehmomentübertragungsmechanismen: einen ersten Drehmomentübertragungsmechanismus C1, einen zweiten Drehmomentübertragungsmechanismus C2 und einen dritten Drehmomentübertragungsmechanismus C3. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 ist eine Bremse, die selektiv einkuppelbar ist, um das Hohlradelement 44 an einem stationären Element 80 zu reiben, wobei das Hohlradelement 44 stationär gehalten wird (d. h. sodass es sich nicht drehen kann, wenn die Bremse C1 eingerückt ist). Das stationäre Element 80 kann ein Getriebegehäuse oder eine andere Komponente sein, die nicht zum Drehen konfiguriert ist. Der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 ist eine Kupplung, die selektiv einrückbar ist, um das Sonnenradelement 32 zur gemeinsamen Drehung mit dem Hohlradelement 44 zu verbinden. Der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 ist eine Bremse, die selektiv einrückbar ist, um das Hohlradelement 34 an dem stationären Element 80 zu reiben, wobei das Hohlradelement 34 stationär gehalten wird (d. h. derart, dass es sich nicht drehen kann, wenn die Bremse C3 eingerückt ist). Das Antriebsglied 27 und die Kurbelwelle 23 können sich auch nicht drehen, wenn die Bremse C3 eingerückt ist. Die Bremse C3 ist optional, jedoch sind zusätzliche Betriebsmodi möglich, wenn die Bremse C3 vorgesehen ist. Die Bremse C3 kann eine mechanische Diode sein, die verhindert, dass sich der Motor 22 in einer Richtung dreht, wenn er eingerückt ist. Die Bremse C3 kann weggelassen werden, wenn das erforderliche Niveau der elektrischen Leistung niedrig ist, und ist enthalten, wenn das erforderliche Niveau der elektrischen Leistung hoch ist. Der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1, der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 können jeweils eine der Kupplungen beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein, wie zum Beispiel eine drehende Reibungskupplung, eine Einwegkupplung, eine Klauenkupplung oder einen anderen ähnlichen Drehmomentübertragungsmechanismus. Der erste und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C1 und C3 sind Bremskupplungen und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 ist eine Drehkupplung.
Die Motoren/Generatoren 25, 26 können elektrische Energie von einer Energiespeichervorrichtung 82, wie etwa einer oder mehreren Batterien oder einer Brennstoffzelle, erhalten oder elektrische Energie an diese bereitstellen. Die elektronische Steuerung 70 steht in Signalverbindung mit der Energiespeichervorrichtung 82 und mit einem Leistungsinverter 84, der ebenfalls in elektrischer Verbindung mit den Statorabschnitten der Motoren/Generatoren 25, 26 steht. Die Steuerung 70 spricht auf eine Vielzahl von Eingabesignalen an, einschließlich der Fahrzeuggeschwindigkeit, Bedieneranforderung (wie etwa durch Drücken eines Gaspedals 86), dem Pegel, bei dem die Batterie 82 geladen ist, und der Leistung, die von dem Motor 22 bereitgestellt wird. Die Steuerung 70 regelt den Energiefluss zwischen den Motoren/Generatoren 25, 26 und der Energiespeichervorrichtung 82 über den Inverter 84, der zwischen von der Energiespeichervorrichtung 82 bereitgestelltem oder verwendetem Gleichstrom und von den Statoren der Motoren/Generatoren 25, 26 bereitgestelltem oder verwendetem Wechselstrom umwandelt.
Wenn der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 eingerückt ist, stellt der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 ein Reaktionsdrehmoment für den zweiten Planetenradsatz 40 bereit, um zu ermöglichen, dass der zweite Motor/Generator 26 die volle Leistung durch den zweiten Planetenradsatz 40 an das Abtriebsglied 28 überträgt. Wenn der Verbrennungsmotor 22 ausgeschaltet ist, d. h. nicht mit Kraftstoff versorgt wird, nicht läuft und bei einer Drehzahl von Null ist, und wenn der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 eingerückt ist, liefert der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 ein Reaktionsdrehmoment an den erste Planetenradsatz 30, um zu ermöglichen, dass der erste Motor/Generator 25 die volle Leistung durch den ersten Planetenradsatz 30 zu dem Abtriebsglied 28 überträgt.
Das Getriebe 24 kann in einem festen Zahnradmodus arbeiten, wenn das Fahrzeug 10 bei hohen Geschwindigkeiten beschleunigt oder bei mäßig hoher Last arbeitet. Wenn das Getriebe 24 in dem festen Zahnradmodus arbeitet, arbeitet der Motor 22, der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 ist ausgerückt, der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 ist eingerückt und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 ist eingerückt. Wenn das Getriebe 24 in dem stationären Zahnradmodus ist, in dem der Motor 22 arbeitet, kann der zweite Motor/Generator 25 verwendet werden, um Leistung an das Abtriebsglied 28 bereitzustellen oder die Batterie 82 zu laden, und der erste Motor/Generator 25 ist gesperrt, um drehmomentabhängige Verluste in dem ersten Motor/Generator 25 zu eliminieren.
Das Getriebe 24 kann in einem ersten elektrisch variablen Getriebemodus betrieben werden, wenn das Fahrzeug 10 in einem stabilen Zustand fährt oder bei geringer Last beschleunigt. Wenn sich das Fahrzeug 10 in einem stationären Zustand bewegt, befindet sich der Antriebsstrang 20 typischerweise in einem Overdrive-Zustand, in dem eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 22 kleiner als eine Drehzahl des Abtriebsglieds 28 ist, eine Drehzahl des zweiten Motors/Generator 26 niedrig oder negativ ist, und eine Drehzahl des ersten Motors/Generators 25 größer als die Drehzahl des Abtriebsglieds 28 ist.
Wenn das Getriebe 24 in dem ersten elektrisch variablen Getriebemodus betrieben wird, arbeitet der Motor 22, d. h. der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 ist ausgerückt, der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 ist eingerückt und der dritte Übertragungsmechanismus C3 ist ausgerückt. Wenn sich das Getriebe 24 in dem ersten elektrisch verstellbaren Getriebemodus befindet, wird der zweite Motor/Generator 26 gesteuert, um dem Motor 22 den Großteil des Reaktionsdrehmoments bereitzustellen, wodurch der erste Motor/Generator 25 bei einer Bedingung mit hoher Drehzahl/niedrigem Drehmoment arbeiten kann, um drehmomentabhängige Verluste in dem ersten Motor/Generator 25 zu minimieren.
Das Getriebe 24 ist auch in einem zweiten elektrisch variablen Getriebemodus betreibbar. Wenn in dem zweiten elektrisch variablen Getriebemodus angeordnet, arbeitet der Motor 22, der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 ist eingerückt und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 sind ausgerückt.
Das Getriebe 24 kann in drei verschiedenen Elektrofahrzeugmodi arbeiten (d. h., wenn der Motor 22 ausgeschaltet ist). In einem ersten Elektrofahrzeugmodus arbeitet das Fahrzeug 10 mit niedrigen Drehzahlen. Wenn sich das Getriebe 24 in dem ersten Elektrofahrzeugmodus befindet, ist der Verbrennungsmotor 22 nicht in Betrieb, d. h. er ist ausgeschaltet, der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 ist eingerückt, der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 ist ausgerückt und der dritte der Drehmomentübertragungsmechanismus C3 ist ausgerückt. Wenn das Getriebe 24 in dem ersten Elektrofahrzeugmodus angeordnet ist, wird der zweite Motor/Generator 26 verwendet, um Leistung an das Abtriebsglied 28 zu liefern.
In einem zweiten Elektrofahrzeugmodus, der als Doppelmotor-Elektrofahrzeugmodus bezeichnet wird, arbeitet der Motor 22 nicht, der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 sind eingerückt, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 ist ausgerückt. In einem dritten Elektrofahrzeugmodus arbeitet der Motor 22 nicht, der erste Drehmomentübertragungsmechanismus C1 und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus C2 sind ausgerückt, und der dritte Drehmomentübertragungsmechanismus C3 ist eingerückt.
Während eines Motordrehzahlsteuerungsereignisses, wie beispielsweise beim Übergang von einem der Betriebsmodi, in denen der Motor 22 ausgeschaltet ist, in einen der Betriebsmodi, in denen der Motor 22 eingeschaltet ist (d. h. mit Leistung versorgt wird), steuert die Steuerung 70 den Betrieb der Motoren 25, 26, um das Antriebsglied 27 und damit die Kurbelwelle 23 zu beschleunigen und den Motor 22 zu starten. Die Steuerung 70 führt den ersten gespeicherten Algorithmus 72 so aus, dass die Drehzahl des Abtriebsglieds 28 „unverändert“ ist, wie hierin definiert, wenn ein Drehmoment an dem Antriebsglied 27 bereitgestellt wird, um den Motor 22 zu starten. 3 zeigt eine grafische Darstellung 100 der Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunde eines Antriebsglieds 27 des Mehrmodusgetriebes 24 auf der Y-Achse gegen die Zeit in Sekunden auf der X-Achse im Vergleich zu einer grafischen Darstellung 102 eines vorbestimmten Motordrehzahlprofils. 4 ist eine grafische Darstellung 104 der Änderung der Drehzahl in Umdrehungen pro Sekunde (ΔN_o) eines Abtriebsglieds 28 des Mehrmodusgetriebes 24 gegen die Zeit in Sekunden entsprechend der grafischen Darstellung in 3. Wie in 4 ersichtlich ist, kann eine geringfügige Änderung der tatsächlichen Drehzahl des Abtriebsglieds 28 während des Steuerereignisses zum Starten des Motors aufgrund der inhärenten Begrenzungen der Rückmeldung der Drehzahlen des Antriebsglieds 27 und des Abtriebsglieds 28 zu der Steuerung 70 auftreten, wie Simulationsverzögerung, Diskretisierungseffekt, Trunkierungsfehler usw. Dementsprechend wird die Rotationsgeschwindigkeit des Abtriebsglieds 28 für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung als „unverändert“ angesehen, wenn sie sich als Ergebnis des befohlenen virtuellen Antriebsdrehmoments T_{i_virtual} und virtuelles Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} nicht mehr als 5 % ändert.
Um einen Anstieg der Motordrehzahl 100 gemäß einem in 3 gezeigten vorbestimmten Motordrehzahlprofil 102 bereitzustellen, während die in 4 gezeigte Änderung der Getriebeabtriebsdrehzahl 104 minimiert wird, verwendet der gespeicherte Algorithmus 72 ein verbessertes Modell der dynamischen physikalischen Reaktion des Antriebsstrangs, (z. B. der Antriebsstrang 20, der Achsantrieb 52, die Räder 54) und des Fahrzeugs 10, wie in 2 dargestellt. Genauer gesagt modelliert der Algorithmus 72 die physikalische Dynamik des Hybridantriebsstrangs 20 für Zwecke des Motordrehzahlsteuerungsereignisses genauer, um so einen nahtlosen Übergang von einem Motor-aus-Betriebsmodus zu einem Motor-ein-Betriebsmodus zu erreichen.
Der Hybridantriebsstrang 20 beinhaltet drei tatsächliche Drehmomentquellen: den Motor 22, den ersten Motor/Generator 25 und den zweiten Motor/Generator 26. Diese tatsächlichen Drehmomentquellen werden hierin als physikalische Drehmomentstellglieder bezeichnet. Das Drehmomentniveau an dem Antriebsglied 27 und dem Abtriebsglied 28 sind die Drehmomentwerte, die für Steuerzwecke von Interesse sind, um den Abtriebsdrehmomentstoss während eines Motorgeschwindigkeitssteuerereignisses zu verhindern, wie beispielsweise bei einem Motorstart während einer Modusumschaltung. Das Drehmomentniveau, das an dem Antriebsglied 27 für die Motordrehzahlsteuerung bereitgestellt wird (z. B. um einem Motordrehzahlprofil während des Motorstarts zu folgen T_{i_virtual}), kann nicht das gleiche sein wie das an dem Antriebsglied 27 angewiesene Gesamtdrehmoment (z. B. kann ein bestimmtes Drehmomentniveau an dem Antriebsglied 27 befohlen werden, um zu verhindern, dass sich der Motor 22 rückwärts dreht, wenn die Motoren/Generatoren 25, 26 Drehmoment bereitstellen, es kann ein bestimmtes Drehmomentniveau angewiesen werden, um das Fahrzeug 10 anzutreiben, wenn der Motor 22 bereits eingeschaltet ist, usw.). Da das Antriebsglied 27 und das Abtriebsglied 28 keine Drehmomentquellen sind (d. h. keine physikalischen Drehmomentstellglieder sind), werden sie hierin als virtuelle Drehmomentstellglieder bezeichnet, die ein virtuelles Drehmoment bereitstellen. Ein virtuelles Drehmomentstellglied wird für die Zwecke eines Steuerverfahrens als der gesteuerte Zielwert behandelt und kann somit unter seinen eigenen Bedingungen gesteuert werden, ohne die Ausgabe des anderen virtuellen Drehmomentstellglieds zu beeinflussen. Das virtuelle Drehmoment am Antriebsglied 27 wird als T_{i_virtual} bezeichnet und es ist von Interesse, um eine Antriebsdrehzahlsteuerung während Motordrehzahlsteuerungsereignisse , wie zum Beispiel Motor-Autostart- und Autostopp-Operationen, zu bewirken. Ein virtuelles Drehmoment an dem Abtriebsglied 28 wird als T_{o_virtual} bezeichnet und es ist von Interesse, um die Antriebsstrangdämpfung zu steuern. Die Steuerung 70 kann den Algorithmus 72 ausführen, der auf diese Drehmomentniveaus von Steuerinteresse fokussiert ist und diese befiehlt, und dann die virtuellen Drehmomente in physikalische Drehmomente an den Motoren 24, 25 gemäß einer zweiten Übertragungsfunktion umwandeln, die virtuelles Drehmoment mit physikalischem Drehmoment in Beziehung setzt.
Frühere Versuche, während eines Motordrehzahlsteuerungsereignisses Drehmoment-Drehzahlstöße am Abtriebsglied 28 zu eliminieren, haben das virtuelle Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} nicht auf das virtuelle Ausgangsdrehmoment T_{o_virtual} in der hierin beschriebenen Weise, in der die physikalische Antriebstrangdynamik berücksichtigt wird, in Beziehung gesetzt. Während frühere Versuche eine Übertragungsfunktion berücksichtigt haben, die das virtuelle Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} mit dem virtuellen Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} in Beziehung setzt, um zeitlich dynamisch zu sein, wurde der Antriebsstrang des Fahrzeugs (z. B. der Antriebsstrang 20, der Achsantrieb 52, die Räder 54 usw.) nicht in einer Zustandsraumdarstellung als ein mechanisch dynamisches System mit Federeigenschaften, Dämpfungseigenschaften und Trägheitsmassen, die sich mit der Zeit ändern und die von dem gewählten Betriebsmodus des Getriebes 24 abhängen, modelliert.
Unter Bezugnahme auf 5 veranschaulicht ein Blockdiagramm 300 das Ziel, keine Änderung der Drehzahl N_o des Abtriebsglieds 28 (d. h. ΔN_o = 0) zu erreichen, wenn die Steuerung 70 ein gegebenes Drehmoment T_{i_virtual} (dargestellt als Steuersignal 301) an das Antriebsglied 27 befiehlt. Genauer gesagt ist das Ziel, dass: $Δ N_{0} = T_{i_v i r t u a l} \times G_{T i 2 N o} + T_{i_v i r t u a l} \times G_{T i 2 T o} \times G_{T o 2 N o} = 0;$
was ergibt: $G_{T i 2 T o} = - G_{T i 2 N o} / G_{T o 2 N o};$
worin N_o (dargestellt bei 303) die Drehzahl an dem Getriebeabtriebsglied 28 ist; ΔN₀ ist die Änderung der Drehzahl an dem Getriebeabtriebsglied 28; T_{i_virtual} ist das virtuelle Drehmoment an dem Getriebeantriebsglied 27 zur Motordrehzahlsteuerung; G_Ti2No , dargestellt bei 302, ist eine Übertragungsfunktion, die T_{i_virtual} mit die resultierenden Rotationsgeschwindigkeit N_o am Getriebeabtriebsglied 28 in Beziehung setzt; G_Ti2To, dargestellt in Kasten 304, ist eine erste Übertragungsfunktion, die T_{i_virtual} mit T_{o_virtual} in Bezug setzt, worin T_{o_virtual} (dargestellt bei 305) das virtuelle Drehmoment an dem Getriebeabtriebsglied 28 ist, das für den Ausgleich von T_{i_virtual} erforderlich ist; und G_To2No , dargestellt in Box 306, ist eine Übertragungsfunktion, die T_{o_virtual}, das virtuelle Drehmoment an dem Getriebeabtriebsglied 28, mit der Drehzahl an dem Getriebeabtriebsglied 28 in Bezug setzt.
Das Blockdiagramm von 5 findet Anwendung während eines Motordrehzahlsteuerungsereignisses, z. B. wenn das Getriebe 24 von einem der oben beschriebenen Elektrofahrzeugbetriebsmodi, in denen der Motor 22 ausgeschaltet ist, in einen der Betriebsmodi übergeht, die erfordern, dass der Motor 22 eingeschaltet ist, wie beispielsweise einer der elektrisch variablen Betriebsmodi. Andere Motordrehzahlsteuerungsereignisse, auf die das Blockdiagramm von 5 [angewendet wird], umfassen Motorautomatikstarts (Autostart), Motorautomatikstopps (Autostopp), Leerlaufdrehzahlregelung, Motordrehzahlregelung für Schaltvorgänge, zur Energieeffizienzoptimierung oder anderweitige. Kasten 304, die erste Übertragungsfunktion G_Ti2To , die T_{i_virtual} mit T_{o_virtual} in Bezug setzt, basiert auf einem Zustandsraummodell der physikalischen Dynamik des Fahrzeugantriebsstrangs, einschließlich des Motors 22, des Antriebsstrangs 20, des Achsantriebs 52 und der Räder 54. Wie am besten in 2 gezeigt sind die Komponenten des Fahrzeugs 10 als Federn, Dämpfer und Trägheitsmassen modelliert. Zum Beispiel ist der Motor 22 als eine Trägheitsmasse I_E dargestellt und die Verbindung der Kurbelwelle 23 mit der Antriebswelle 27 ist als eine Feder 27A und ein Dämpfer 27B modelliert, um ihr Verhalten während des gegebenen Betriebsmodus darzustellen. Der Achsantrieb 52 ist als eine Feder 52A und ein Dämpfer 52B modelliert, wo er mit der Abtriebswelle 28 verbunden ist, um sein Verhalten in dem gegebenen Betriebsmodus darzustellen. Die Rotoren der Motoren/Generatoren 25, 26 sind als jeweilige Trägheitsmassen I_A, 1_B dargestellt, die Fahrzeugräder 54 sind als Trägheitsmasse I_W dargestellt, der Abschnitt 10A des Fahrzeugs, der auf den Rädern 54 abgestützt ist, ist als Trägheitsmasse Iv dargestellt, und die Verbindung zwischen den Rädern 54 und dem Abschnitt 10A des Fahrzeugs, der darauf getragen wird, ist als ein Dämpfer 54A dargestellt, um sein Verhalten in dem gegebenen Betriebsmodus darzustellen. 2 zeigt einige der Komponenten, die schematisch als Federn, Dämpfer und Trägheitsmassen dargestellt sind. Die Komponenten der Planetenradsätze 30, 40, der Drehmomentübertragungsmechanismen C1, C2 und C3 und der Motoren 25, 26 sowie der Gehäuse, des in den Bauteilen enthaltenen Fluids usw. können auch als Federn, Dämpfer und Trägheitsmassen modelliert werden, die ihr physikalisches dynamisches Verhalten in der gegebenen Betriebsart darstellen. Das tatsächliche Verhalten der Komponenten, wenn sie Drehmomentbelastungen ausgesetzt sind, wie beispielsweise ihre Verdrehwahrscheinlichkeit, kann als Federn, Dämpfer und Trägheitsmassen dargestellt werden, die das Abtriebsdrehmoment für ein gegebenes Antriebsdrehmoment anders beeinflussen als ein System, das vollständig starr ist.
Die physikalische Dynamik jeder der Komponenten wird im Zustandsraummodell dargestellt. Jeder Betriebsmodus des Antriebsstrangs 20 weist einen eindeutigen Satz von Gleichungen auf, die die Komponenten als ein Zustandsraummodell darstellen. Das Zustandsraummodell weist mehrere Variablen auf, die als Vektoren innerhalb des Zustandsraums dargestellt sind, und bezieht die physikalischen Komponenten durch algebraische Gleichungen, die ihr Verhalten als Federn, Dämpfer und Trägheitsmassen darstellen, ein und stellt auch das zeitliche dynamische Verhalten der Komponenten dar. Das Zustandsraummodell wird in der ersten Übertragungsfunktion G_Ti2Toin Kasten 304 verwendet. Die Beziehung zwischen dem virtuellen Antriebsdrehmoment T_{i_}virtual bei 301 und dem virtuellen Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} bei 305, dargestellt durch die Übertragungsfunktion G_Ti2To in Kasten 304 ,ist somit genauer als eine Übertragungsfunktion, die ein virtuelles Antriebsdrehmoment mit einem virtuellen Abtriebsdrehmoment in Beziehung setzt, das den Fahrzeugantriebsstrang als starren Körper modelliert, wobei das zeitliche dynamische Verhalten, nicht jedoch das physikalische dynamische Verhalten berücksichtigt wird.
Unter Bezugnahme auf 6 veranschaulicht ein Blockdiagramm ein Steuerschema 400 zum Steuern der physikalischen Drehmomentstellglieder, Motoren 25 und 26, um entsprechende Drehmomente anzuwenden, die zu einem Drehmoment an dem Antriebsglied 27 führen, das gleich dem virtuellen Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} ist, der Teil des Drehmoments, der an dem Antriebsglied befohlen wird, der zur Motordrehzahlsteuerung dient, um den Motor 22 zu starten, oder für ein anderes Motordrehzahlsteuerungsereignis, und ein Drehmoment an dem Abtriebsglied 28 gleich dem virtuellen Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} sodass die Rotationsgeschwindigkeit N_o des Abtriebsglieds 28 unverändert bleibt. Das Steuerschema 400 verwendet die Übertragungsfunktion 304, G_Ti2To , die das physikalische dynamische Verhalten der Komponenten des Antriebsstrangs modelliert, um T_{o_virtual} bereitzustellen, das benötigte virtuelle Drehmoment am Getriebeabtriebsglied 28 zum Ausgleich von T_{i_virtual}, um zu keiner Änderung der Drehzahl N_o am Abtriebsglied 28 zu führen.
In dem Steuerschema 400 befiehlt die Steuerung 70 ein virtuelles Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} an dem Antriebsglied 27 für die Motordrehzahlsteuerung und bestimmt das virtuelle Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} am Abtriebsglied 28. Da das Antriebsglied 27 und das Abtriebsglied 28 keine physikalischen Drehmomentstellglieder sind, werden diese befohlenen virtuellen Drehmomente in entsprechende Drehmomentwerte der physikalischen Drehmomentstellglieder, Motoren/Generatoren 25, 26, umgewandelt. Genauer gesagt, wird für diesen Zweck eine zweite Übertragungsfunktion T_io2ab, dargestellt in Block 402, verwendet.
Der Betrieb der physikalischen Drehmomentstellglieder (Motoren / Generatoren 25, 26) kann mit einer ersten Systemdynamikgleichung wie folgt beschrieben werden: $x (k + 1) = A * x (k) + B_{a b} * [u_{a b} (k)]$
worin A ein anwendungsspezifischer Skalarvektor ist; x(k) ist ein Antwortvektor für die Übertragung 24; B_ab ist ein anwendungsspezifischer Vektor, der den physikalischen Drehmomentaktoren zugeordnet ist; und u_ab (k) ist ein Steuervektor, der den physikalischen Drehmomentstellgliedern zugeordnet ist.
Der Betrieb der virtuellen Drehmomentstellglieder (Antriebsglied 27, Abtriebsglied 28) kann mit einer zweiten Systemdynamikgleichung wie folgt beschrieben werden: $x (k + 1) = A * x (k) + B_{i o} * [u_{i o} (k)]$
worin A der anwendungsspezifische Skalarvektor ist; x(k) ist der Antwortvektor für die Übertragung 24; B_io ist ein anwendungsspezifischer Vektor, der den virtuellen Drehmomentstellgliedern zugeordnet ist; und u_io (k) ist ein Steuervektor, der den virtuellen Drehmomentstellgliedern 27, 28 zugeordnet ist.
Für ein bestimmtes System ist der Ausgabe- oder Antwortvektor x(k + 1) von den virtuellen Drehmomentstellgliedern (Gleichung 4) der gleiche wie der Antwortvektor x(k + 1) von den physikalischen Drehmomentstellgliedern 25, 26 (Gleichung 3) und somit sind die Termen B_ab[u_ab(k)] und B_io[u_io(k)] gleichwertig. Beide Terme können wie folgt multipliziert werden: $B_{a b}^{T} B_{a b} [u_{a b} (k)] = B_{a b}^{T} B_{i o} [u_{i o} (k)]$
worin B_ab ^T der B_ab Term ist, der umgesetzt wurde.
Gleichung 5 kann dann wie folgt ausgedrückt werden: $u_{a b} (k) = T_{i o 2 a b} * u_{i o} (k)$
worin T_io2ab eine Übertragungsfunktion bei Block 402 zwischen den virtuellen Drehmomentstellgliedern und den physikalischen Drehmomentstellgliedern ist. Diese Übertragungsfunktion T_io2ab, kann in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung definiert werden: $T_{i o 2 a b} = i n v (B_{a b}^{T} B_{a b}) B_{a b}^{T} B_{i o}$
Somit kann, T_ab2io, d. h. eine Übertragungsfunktion zwischen den physikalischen Drehmomentstellgliedern 25, 26 und den virtuellen Drehmomentstellgliedern 27, 28 gemäß der folgenden Beziehung definiert werden: $T_{a b 2 i o} = i n v (T_{i o 2 a b})$
Rückmeldung nimmt zu, K_ab und K_io, kann in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehungen definiert werden: $K_{a b} = T_{i o 2 a b} * K_{i o}$
$K_{i o} = T_{a b 2 i o} * K_{a b}$
Diese Eingabematrizen für die zweite Übertragungsfunktion können gemäß der folgenden Beziehungen definiert werden: $B_{i o} = B_{a b} * T_{i o 2 a b}$
$B_{a b} = B_{i o} - T_{a b 2 i o}$
Somit kann der Steuervektor für die physikalischen Drehmomentstellglieder in einen Steuervektor für die virtuellen Drehmomentstellglieder unter Verwendung einer Transformationsmatrix oder einer Übertragungsfunktion umgewandelt werden, die wie folgt dargestellt sind: $u_{a b} (k) = T_{i o 2 a b} * u_{i o} (k)$
worin $T_{i o 2 a b} = i n v (B_{a b}^{T} B_{a b}) B_{a b}^{T} B_{i o}$
Die Transformationsmatrix oder Übertragungsfunktion T_io2ab transformiert das dynamische System von einem, das die physikalischen Motoren/Generatoren 25, 26 als Stellglieder verwendet, zu einem, das virtuelle Drehmomentstellglieder verwendet, die an wählbaren Punkten (Antriebsglied 27, Abtriebsglied 28) in dem Antriebsstrang angewendet werden.
Bezugnehmend auf 3 variiert das befohlene virtuelle Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} mit der Zeit, um zu bewirken, dass die Drehzahl 102 der Kurbelwelle 23 dem Motordrehzahlprofil 100 so genau wie möglich folgt. Die befohlene virtuelle Ausgabe T_{o_virtual} führt zu einer unveränderten Drehgeschwindigkeit N_o des Abtriebsglieds 28, wie es hierin definiert ist, wie in 4 angegeben.
Unter Bezugnahme auf 7 repräsentiert ein Ablaufdiagramm ein Verfahren 500, das von der Steuerung 70 ausgeführte Aktionen zeigt, um das Steuerschema 400 auszuführen, um sicherzustellen, dass die Drehzahl des Abtriebsglieds 28 unverändert bleibt, wenn ein Drehmoment an dem Getriebeantriebsglied 27 für ein Motordrehzahlsteuerungsereignis bereitgestellt wird, zum Beispiel wenn das Getriebeantriebsglied 27 die Motorkurbelwelle 23 während des Wechsels zu einem Modus, der einen Motorstart erfordert, beschleunigt. Insbesondere umfasst das Verfahren 500 einen Block 502 zum Überwachen von Fahrzeugbetriebsbedingungen. Dies kann mit verschiedenen Drehzahlsensoren an Wellen oder anderen drehbaren Komponenten des Hybridantriebsstrangs 20, mit einem Positionssensor am Gaspedal und/oder an der Bremse oder durch andere geeignete Mittel erfolgen.
In Block 504 bestimmt die Steuerung 70 dann aus den überwachten Fahrzeugbetriebsbedingungen, dass ein Motordrehzahlsteuerungsereignis gerechtfertigt ist (z. B. eine Modusänderung von einem Modus, in dem der Motor 22 ausgeschaltet ist, zu einem Modus, in dem der Motor 22 eingeschaltet ist, erforderlich ist.).
In Block 506 befiehlt die Steuerung 70 ein virtuelles Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} an dem Antriebsglied 28 zur Steuerung der Motordrehzahl (z. B. um zumindest teilweise einem vorbestimmten Motordrehzahlprofil zu folgen). In Block 508 bestimmt die Steuerung 70 unter Verwendung der ersten gespeicherten Übertragungsfunktion 304 das virtuelle Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual}. Die erste gespeicherte Übertragungsfunktion 304, G_Ti2To, setzt das virtuelle Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} mit dem virtuellen Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} in Bezug, basierend auf modellierter physikalischer Dynamik des Fahrzeugantriebsstrangs für den ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes. Beispielsweise beinhaltet die modellierte Antriebsstrang-Dynamik Federfunktionen, Dämpferfunktionen und Trägheitsmassenwerte, die für Komponenten des Mehrmodusgetriebes in dem ausgewählten Modus repräsentativ sind, wie zum Beispiel Kupplungen, Bremsen und Wellen. Andere Antriebsstrangkomponenten, wie etwa ein Achsantrieb, eine Radachse usw., können ebenfalls dynamisch modelliert werden. Die modellierte Antriebstrangdynamik kann ein Zustandsraummodell umfassen, in dem Variablen, die das dynamische Verhalten der Antriebstrangkomponenten in Reaktion auf das virtuelle Antriebsdrehmoment beeinflussen, mit einem unterschiedlichen Satz von Gleichungen für jeden der wählbaren Modi modelliert werden.
In Block 510 transformiert die Steuerung 70 das virtuelle Antriebsdrehmoment T_{i_virtual} und das virtuelle Abtriebsdrehmoment T_{o_virtual} zu jeweiligen Drehmomenten des ersten und des zweiten Motors/Generators 25, 26 gemäß der zweiten gespeicherten Übertragungsfunktion T_io2ab. In Block 512 steuert die Steuerung 70 dann den ersten und zweiten Motor/Generator 25, 26, um die jeweiligen Drehmomente bereitzustellen. Beispielsweise kann die Steuerung 70 mit einer Motorsteuerung (nicht dargestellt) kommunizieren, die die von der Energiespeichervorrichtung 80 an einen oder beide der Motoren/Generatoren 25, 26 bereitgestellte Leistung oder die von einem der beiden Motoren/Generatoren 25, 26 empfangene elektrische Leistung steuert, wenn sie so gesteuert werden, dass sie als Generator arbeiten.
Während die besten Arten zur Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Offenbarung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Offenbarung innerhalb des Schutzumfangs der hinzugefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Verfahren zum Entkoppeln eines Abtriebsdrehmoments von einem Antriebsdrehmoment während der Motordrehzahlsteuerung eines Hybridantriebsstrangs für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, über eine Steuerung, eines virtuellen Abtriebsdrehmoments, das an einem Abtriebsglied eines Mehrmodusgetriebes bei einem virtuellen Antriebsdrehmoment für die Motordrehzahlsteuerung erforderlich ist, das an einem Antriebsglied des Mehrmodusgetriebes in einem ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes angewiesen wird, sodass die Drehzahl des Abtriebsglieds unverändert ist, um eine unerwünschte Drehmomentschwankung an dem Abtriebsglied zu verhindern; und wobei das Bestimmen des virtuellen Abtriebsdrehmoments über eine erste gespeicherte Übertragungsfunktion erfolgt, die ein virtuelles Abtriebsdrehmoment mit einem virtuellen Antriebsdrehmoment in Beziehung setzt, und die erste gespeicherte Übertragungsfunktion auf einer modellierten physikalischen Dynamik eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs für den ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die modellierte physikalische Dynamik Federfunktionen, Dämpferfunktionen und Trägheitsmassenwerte beinhaltet, die für Komponenten des Antriebsstrangs in dem ausgewählten Modus repräsentativ sind.
Verfahren nach Anspruch 2, worin die modellierte physikalische Dynamik des Antriebsstrangs als ein Zustandsraummodell dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Antriebsstrang einen Motor beinhaltet, der mit dem Antriebsglied wirkverbunden ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: Anweisen des virtuellen Antriebsdrehmoments zumindest teilweise gemäß einem Motordrehzahlprofil.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Mehrmodusgetriebe mehrere Motoren/Generatoren beinhaltet, die steuerbar sind, um ein physikalisches Drehmoment an jeweilige Komponenten des Mehrmodusgetriebes anzulegen, was zu einem Drehmoment am Antriebsglied gleich dem virtuellen Antriebsdrehmoment, und einem Drehmoment am Abtriebsglied gleich dem virtuellen Abtriebsdrehmoment führt, wobei das Verfahren ferner umfasst: Umwandeln des virtuellen Antriebsdrehmoments und des virtuellen Abtriebsdrehmoments über die Steuerung zu jeweiligen Drehmomenten der mehreren Motoren/Generatoren gemäß einer zweiten gespeicherten Übertragungsfunktion; und Steuern der mehreren Motoren/Generatoren, um die jeweiligen Drehmomente bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 4, worin der Antriebsstrang einen Motor beinhaltet, der mit dem Antriebsglied wirkverbunden ist und ferner umfasst: Überwachen der Fahrzeugbetriebsbedingungen; Bestimmen, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen ein Motordrehzahlsteuerungsereignis rechtfertigen; und wobei das Anweisen des virtuellen Antriebsdrehmoments als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen ein Motorstartereignis rechtfertigen, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Mehrmodusgetriebe mindestens zwei Planetenradsätze, einen ersten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus und einen zweiten selektiv einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismus enthält; worin jeder der Drehmomentübertragungsmechanismen selektiv einrückbar ist, um ein jeweiliges Element eines der Planetenradsätze mit einem anderen Element eines der Planetenradsätze oder mit einem stationären Element zu verbinden; und worin der erste Drehmomentübertragungsmechanismus eingerückt ist und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus in einem ersten Betriebsmodus des Getriebes ausgerückt ist, und der zweite Drehmomentübertragungsmechanismus eingerückt ist und der erste Drehmomentübertragungsmechanismus in einem zweiten Betriebsmodus des Getriebes ausgerückt ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin das Mehrmodusgetriebe einen ersten Motor/Generator und einen zweiten Motor/Generator beinhaltet und durch die Steuerung steuerbar ist, um drei elektrische Fahrzeugmodi bereitzustellen, einschließlich eines ersten Elektrofahrzeugmodus, in dem der zweite Motor/Generator Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellt und der erste Motor/Generator nicht, einen zweiten Elektrofahrzeugmodus, in dem sowohl der erste Motor/Generator und der zweite Motor/Generator Drehmoment an dem Abtriebsglied bereitstellen, als auch einen dritten Elektrofahrzeugmodus, in dem der erste Motor/Generator Drehmoment am Abtriebsglied bereitstellt und der zweite Motor/Generator nicht.
Fahrzeug, umfassend: ein Hybridantriebsstrang mit: einen Motor mit einer Kurbelwelle; einem Mehrmodusgetriebe mit einem Antriebsglied, das verbindbar ist, um sich mit der Kurbelwelle zu drehen, und ein Abtriebsglied aufweist; und eine Steuerung, die mit dem Mehrmodusgetriebe wirkverbunden und konfiguriert ist, um einen gespeicherten Algorithmus auszuführen, der eine erste gespeicherte Übertragungsfunktion enthält, die das virtuelle Abtriebsdrehmoment mit dem virtuellen Antriebsdrehmoment in Beziehung setzt und die erste gespeicherte Übertragungsfunktion auf modellierten physikalischen Dynamiken des Fahrzeugantriebsstrangs für jeden ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes in Beziehung setzt; worin die modellierte physikalische Dynamik Federfunktionen, Dämpferfunktionen und Trägheitsmassenwerte beinhaltet, die Komponenten des Antriebsstrangs in dem ausgewählten Modus darstellen, und als ein Zustandsraummodell dargestellt sind; worin die Steuerung, über den gespeicherten Algorithmus: das virtuelle Antriebsdrehmoment befiehlt; und das virtuelle Abtriebsdrehmoment bestimmt, das an dem Abtriebsglied bei dem virtuellen Antriebsdrehmoment an dem Antriebsglied für die Motordrehzahlsteuerung in dem ausgewählten Modus des Mehrmodusgetriebes erforderlich ist, sodass die Drehzahl des Abtriebsglieds unverändert ist, um eine unerwünschte Drehmomentschwankung an dem Abtriebsglied zu verhindern.
Fahrzeug nach Anspruch 9, worin das Mehrmodusgetriebe mehrere Motoren/Generatoren beinhaltet, die steuerbar sind, um ein physikalisches Drehmoment an jeweilige Komponenten des Mehrmodusgetriebes anzulegen, was zu einem Drehmoment am Antriebsglied gleich dem virtuellen Antriebsdrehmoment und einem Drehmoment am Abtriebsglied gleich dem virtuellen Abtriebsdrehmoment führt; und worin die Steuerung konfiguriert ist, um: über den gespeicherten Algorithmus das virtuelle Antriebsdrehmoment und das virtuelle Abtriebsdrehmoment in entsprechende Drehmomente der mehreren Motoren/Generatoren gemäß einer zweiten gespeicherten Übertragungsfunktion umzuwandeln; und die mehreren Motoren/Generatoren zu steuern, um die jeweiligen Drehmomente bereitzustellen.