DE102019101254A1

DE102019101254A1 - Hybrides antriebsstrangsystem

Info

Publication number: DE102019101254A1
Application number: DE102019101254.6A
Authority: DE
Inventors: Venkata Prasad Atluri; Madhusudan Raghavan; Neeraj S. Shidore
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-08-01
Also published as: US20190232950A1; CN110091865A

Abstract

Ein Antriebsstrangsystem für ein Fahrzeug, das in einem von mehreren Antriebsmodi des Antriebsstrangs betrieben wird, einschließlich eines reinen Motorantriebsmodus, eines reinen Elektroantriebsmodus (EV), eines regenerativen Bremsmodus, eines Ausrollmodus und eines Motor/Elektroassistenzmodus; Das Fahrzeug beinhaltet auch einen Global Positioning System (GPS)-Sensor, ein Fahrzeugnavigationssystem, ein Telematiksystem, ein Fahrzeugraumüberwachungssystem und eine Steuerung. Die Steuerung beinhaltet einen Anweisungssatz, der ausführbar ist, um eine Trajektorie für das Fahrzeug zu bestimmen und Straßenzustände, Verkehrsbedingungen und Oberflächenzustände basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenzuständen, Verkehrsbedingungen und Oberflächenzuständen zu bestimmen. Einer der Antriebsmodi des Antriebsstrangs wird basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenverhältnissen, den Verkehrsbedingungen und den Oberflächenverhältnissen ausgewählt. Der Betrieb des hybriden Antriebsstrangsystems wird im ausgewählten Antriebsmodus gesteuert.

Description

HINTERGRUND
Hybride Antriebsstrangsysteme beinhalten Verbrennungsmotoren und Elektromotoren/Generatoren, die mit Getrieben gekoppelt sind, um das Drehmoment für die Traktionsleistung auf ein Antriebssystem zu übertragen. Elektromotoren/Generatoren können elektrische Energie aus Energiespeichersystemen liefern und/oder geliefert bekommen. Antriebsstrangsysteme können in verschiedenen Antriebsmodi betrieben werden, um Antriebskraft zu erzeugen und auf Fahrzeugräder zu übertragen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug wird beschrieben und beinhaltet ein hybrides Antriebsstrangsystem, das so angeordnet ist, dass es in einem von mehreren Antriebsmodi des Antriebsstrangs betrieben werden kann, einschließlich eines reinen Motorantriebsmodus, eines reinen Elektroantriebsmodus (EV), eines regenerativen Bremsmodus, eines Ausrollmodus und eines Motor/Elektroassistenzmodus. Das Fahrzeug beinhaltet auch einen Global Positioning System (GPS)-Sensor, ein Fahrzeugnavigationssystem, ein Telematiksystem, ein Fahrzeugraumüberwachungssystem und eine Steuerung. Die Steuerung ist in Verbindung mit dem GPS, dem Fahrzeugnavigationssystem, dem Telematiksystem und dem Fahrzeugraumüberwachungssystem und ist funktionsfähig mit dem hybriden Antriebsstrangsystem verbunden. Die Steuerung beinhaltet einen Anweisungssatz, der ausführbar ist, um eine Trajektorie für das Fahrzeug zu bestimmen und Straßenzustände, Verkehrsbedingungen und Oberflächenzustände basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenzuständen, Verkehrsbedingungen und Oberflächenzuständen zu bestimmen. Einer der Antriebsmodi des Antriebsstrangs wird basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenverhältnissen, den Verkehrsbedingungen und den Oberflächenverhältnissen ausgewählt. Der Betrieb des hybriden Antriebsstrangsystems wird im ausgewählten Antriebsmodus gesteuert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Einfahren des Fahrzeugs in einen Kreisverkehr beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das in einer Linksabbiegerspur angetrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das im Stadtverkehr betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um den EV-Modus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das auf einer Autobahn mit begrenztem Zugang betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um den EV-Modus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das auf einer zweispurigen Autobahn betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das an einer Steigung nach oben betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den regenerativen Bremsantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das einer Steigung nach unten betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den regenerativen Bremsantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das in einem Bereich mit langsam fahrenden Fahrzeugen betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet den Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen der reinen Motorantriebsmodi oder den regenerativen Bremsantriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das in einem Gebiet mit nassen, schneereichen oder starken Windverhältnissen betrieben wird, beinhalten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet das hybride Antriebsstrangsystem, das einen Verbrennungsmotor (Motor), eine elektrische Maschine und ein Getriebe beinhaltet, wobei der Drehmomentwandler zwischen dem Motor und dem Antriebselement des Getriebes angeordnet ist, wobei der Motor selektiv über eine Kupplung mit einem Antriebselement des Getriebes gekoppelt ist und wobei die elektrische Maschine drehbar mit dem Antriebselement des Getriebes gekoppelt ist, wobei das Getriebe ein Abtriebselement beinhaltet, das mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelt ist, und wobei die Steuerung funktionsfähig mit dem Motor und der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei die Steuerung einen Anweisungssatz beinhaltet, der ausgeführt werden kann, um den Betrieb in entweder dem reinen Motorantriebsmodi, dem EV-Antriebsmodus, dem regenerativen Bremsmodus, dem Ausrollmodus oder dem Motor/Elektroassistenzmodus zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet die elektrische Maschine einschließlich eines Elektromotors/Generators, der elektrisch mit einem Wechselrichter verbunden ist, der elektrisch mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, wobei die Gleichstromquelle konfiguriert ist, um mit einem Spannungspegel von weniger als 60 V DC zu arbeiten.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die elektrische Maschine über ein außeraxiales mechanisches Antriebssystem drehbar mit dem Antriebselement des Getriebes gekoppelt ist.
Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehren, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich hervor.
Figurenliste
Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.

1 veranschaulicht schematisch ein hybrides Antriebsstrangsystem, das einen Verbrennungsmotor beinhaltet, der über eine Motortrennkupplung und einen Drehmomentwandler mit einem Getriebe gekoppelt ist, und eine elektrisch angetriebene Drehmomentmaschine die gemäß der Offenbarung über ein außeraxiales mechanisches Antriebssystem mit dem Getriebe gekoppelt ist.
2 veranschaulicht schematisch eine Auswahlroutine für den Antriebsmodus zum Steuern des Betriebs einer Ausführungsform des hybriden Antriebsstrangsystems von 1 gemäß der Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hierin beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Offenbarung, wie beansprucht, einzuschränken, sondern sie ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Obwohl zahlreiche spezielle Einzelheiten in der folgenden Beschreibung dargelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige dieser Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde zum Zwecke der Klarheit bestimmtes technisches Material, das im entsprechenden Stand der Technik verstanden wird, nicht ausführlich beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei die Darstellungen nur dazu dienen, bestimmte exemplarische Ausführungsformen zu veranschaulichen und nicht dazu, diese zu begrenzen, stellt 1 schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 10 dar, das zum Betrieb auf einem Verkehrswegesystem 70, wie beispielsweise einem intelligenten Fahrzeug-Autobahnsystem, konfiguriert ist. Das Fahrzeug 10 beinhaltet vorteilhafterweise ein hybrides Antriebsstrangsystem (Powertrain-System) 20 und eine Vielzahl von Steuerungen, einschließlich eines Global Position System (GPS)-Sensors 50, eines Navigationssystems 55, einer Telematikvorrichtung 60 und eines Raumüberwachungssystems 65.
Das Antriebsstrangsystem 20 beinhaltet mehrere drehmomenterzeugende Vorrichtungen, die in der Lage sind, Drehmoment über ein Getriebe 38 auf ein Antriebssystem 40 zu erzeugen und zu übertragen. Die Drehmomenterzeugungsvorrichtungen beinhalten einen Verbrennungsmotor (Motor) 22 und mindestens einen elektrisch angetriebenen Motor/Generator (elektrische Maschine) 32. Der Motor 22 und die elektrische Maschine 32 sind mechanisch mit einem Antriebselement 37 des Getriebes 38 über eine Motortrennkupplung 30, ein außeraxiales mechanisches Antriebssystem 34 und einen Drehmomentwandler 35 einschließlich einer zweiten Kupplung 36 gekoppelt, um die Antriebskraft über den Antriebsstrang 40 auf die Fahrzeugräder 46 zu übertragen. Die hierin beschriebenen Konzepte können für Antriebsstrangkonfigurationen gelten, die den Motor 22 und die elektrische Maschine 32 beinhalten, die so angeordnet sind, dass sie Antriebsleistung auf Fahrzeugräder 46 übertragen, wobei der Motor 22 durch Deaktivieren der Motorentriegelungskupplung 30 selektiv vom Getriebe 38 entkoppelt werden kann. Das Antriebsstrangsystem 20 kann in einer Vorderradantriebsanordnung, einer Hinterradantriebsanordnung oder einer Allradantriebsanordnung konfiguriert werden. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich über die gesamte Beschreibung auf gleiche Elemente. Das Betreiben des Antriebsstrangsystems 20 kann durch eine Steuerung 15 gesteuert werden, die als eine einstückige Vorrichtung zur Vereinfachung der Darstellung veranschaulicht ist. Das Antriebssystem 20 kann vorteilhaft an einem Fahrzeug eingesetzt werden, um Antriebsleistung bereitzustellen, und das Fahrzeug kann als nicht einschränkende Beispiele ein Personenfahrzeug, einen leichten oder schweren Lastkraftwagen, ein Nutzfahrzeug, ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Industrie-/Lagerfahrzeug, ein Freizeit-Geländefahrzeug, Flugzeuge, Wasserfahrzeuge, Züge, Geländefahrzeuge, persönliche Bewegungsvorrichtungen, Roboter und dergleichen beinhalten, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erfüllen.
Der Motor 22 ist als ein mehrzylindriger Verbrennungsmotor konfiguriert, der Kraftstoff über einen thermodynamischen Verbrennungsprozess in ein mechanisches Drehmoment umwandelt. Der Motor 22 ist mit einer Vielzahl von Stellgliedern und Sensorvorrichtungen zum Überwachen des Betriebs und dem Bereitstellen von Kraftstoff ausgestattet, um im Zylinder Verbrennungsladungen zu bilden, die eine Expansionskraft auf die Kolben erzeugen, die auf eine Kurbelwelle 12 zum Erzeugen eines Drehmoments übertragen wird. Der Motor 22 beinhaltet einen Anlasser 26, der einen Niederspannungselektromotor, einen Anlasserschalter und ein Anlassergetriebe beinhaltet, dessen Getriebezahnräder, die an einem Außenumfang des Schwungrades 24 angeordnet sind, das in einer Ausführungsform mit der Kurbelwelle 22 verbunden ist, ineinander eingreifen. Der Elektromotor des Anlassers 26 kann in einer Ausführungsform als ein einphasiger Elektromotor mit einer Abtriebswelle konfiguriert werden, die mit dem Anlassergetriebe gekoppelt ist, wobei der einphasige Elektromotor über das Betätigen des Anlasser-Schalters elektrisch mit einer Zusatzbatterie 48 oder alternativ mit einem Ultrakondensator verbunden ist. In einer Ausführungsform ist das Anlassergetriebe dauerhaft ineinandergreifend mit dem Schwungrad 24 verbunden. Alternativ kann der Anlasser 26 eine weitere geeignete Konfiguration sein, die eine Vorrichtung und/oder Steuerung beinhaltet, die so angeordnet ist, dass sie das Drehmoment zum Drehen der Motorkurbelwelle überträgt. Das Schwungrad 24 koppelt auch an ein Antriebselement, das über die Motortrennkupplung 30 mit dem außeraxialen mechanischen Antrieb 34 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform ist die Motortrennkupplung 30 eine Einwegkupplung. In einer Ausführungsform ist die Einwegkupplung eine auswählbare Einwegkupplung. Alternativ ist die Motortrennkupplung 30 als hydraulisch betätigte Mehrscheiben-Reibungskupplung konfiguriert. Der Betrieb des Motors 22 einschließlich des Starterbetriebs 26 wird von einer Motorsteuerung gesteuert, die in die Steuerung 15 integriert oder physikalisch von ihr getrennt sein kann.
Der Motor 22 ist mit geeigneter Hardware mechanisiert und die Motorsteuerung kann geeignete Steuerroutinen beinhalten, um Autostart- und Autostoppfunktionen, Kraftstoff- und Kraftstoffabschaltungs-(FCO)-Funktionen und Ausrollen sowie Vollzylinder- und Zylinderabschaltfunktionen während des laufenden Betriebs des Antriebsstrangs 20 auszuführen Der Motor 22 befindet sich im AUS-Zustand, wenn er sich nicht dreht. Der Motor 22 befindet sich im EIN-Zustand, wenn er sich dreht. Der Allzylinderzustand beinhaltet einen Motorbetrieb, bei dem alle Motorzylinder durch Betanken und Zünden aktiviert werden. Der Zylinderabschaltzustand beinhaltet den Motorbetrieb, bei dem einer oder eine Vielzahl der Motorzylinder deaktiviert werden, indem sie nicht betankt oder nicht gezündet werden, und mit Motorauslassventilen im geöffneten Zustand betrieben werden, um Pumpverluste zu minimieren, während die verbleibenden Zylinder betankt und gezündet werden und somit Drehmoment erzeugen. Der EIN-Zustand kann den FCO-Zustand beinhalten, in dem sich der Motor 22 dreht und kein Kraftstoff fließt. Der EIN-Zustand kann den Zylinderdeaktivierungszustand beinhalten. Der EIN-Zustand kann den FCO-Zustand in Kombination mit dem Zylinderdeaktivierungszustand beinhalten. Motormechanisierungen und Steuerroutinen zum Durchführen von Autostart-, Autostopp-, FCO- und Zylinderabschaltungssteuerroutinen sind bekannt und werden hier nicht beschrieben. Der Motorbetrieb kann im Sinne mehrerer Motorzustände einschließlich des Motorbetriebszustands, eines Motorbetankungszustands und eines Motorzylinderzustands beschrieben werden. Die Betriebszustände des Motors beinhalten den EIN- und AUS-Zustand. Die Betankungszustände des Motors beinhalten den vollgetankten Zustand und den FCO-Zustand. Die Motorzylinderzustände beinhalten den Allzylinder- oder den Z y linderab schaltzustand.
Die elektrische Maschine 32 kann ein mehrphasiger Elektromotor/Generator sein, der konfiguriert ist, um gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie zum Erzeugen von Traktionsleistung umzuwandeln, und der auch konfiguriert ist, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die in einer Gleichstromquelle (Traktionsbatterie) 49 gespeichert werden kann. Die elektrische Maschine 32 ist als eine 15 kW-Vorrichtung in einer Ausführungsform konfiguriert, und die Traktionsbatterie 49 ist konfiguriert, um mit einem Spannungspegel von weniger als 60 V DC betreiben zu werden, und sie ist auf einen nominalen 48 V Gleichspannungspegel in einer Ausführungsform oder einem anderen Gleichspannungspegel eingestellt. Die elektrische Maschine 32 beinhaltet einen Rotor und einen Stator und ist über ein Wechselrichtermodul 33 elektrisch mit der Traktionsbatterie 49 verbunden. Der Rotor koppelt an ein drehbares Element, das an eine Motorscheibe gekoppelt ist, die ein Element des außeraxialen mechanischen Antriebssystems 34 ist.
Das außeraxiale mechanische Antriebssystem 34 beinhaltet in einer Ausführungsform eine äußere Riemenscheibe, die mit einer Pumpe des Drehmomentwandlers 35 gekoppelt ist, eine Motorscheibe, die mit dem Rotor der elektrischen Maschine 32 gekoppelt ist, und einen Endlosriemen. Die äußere Riemenscheibe und die Motorscheibe sind über den Endlosriemen drehbar gekoppelt, um das Drehmoment dazwischen zu übertragen. Die äußere Riemenscheibe und die Motorscheibe können mit Riemenkontaktflächen konfiguriert werden, die in Form einer einzelnen Umfangsnut, mehrerer Umfangsnuten, von Radialzähnen oder einer anderen geeigneten Anordnung vorliegen, und der Endlosriemen ist in Übereinstimmung mit den Riemenkontaktflächen der äußeren Riemenscheibe und der Motorscheibe konfiguriert. In einer Ausführungsform beinhaltet das außeraxiale mechanische Antriebssystem 34 einen Riemenspanner, um sicherzustellen, dass der Endlosriemen mit mindestens 180° der Riemenkontaktflächen der äußeren Riemenscheibe und der Motorscheibe in Kontakt kommt. Der Endlosriemen kann in einer Ausführungsform aus Kevlarschnüren hergestellt werden. In einer Ausführungsform beträgt das Riemenscheibenverhältnis zwischen der äußeren Riemenscheibe und der Motorscheibe 2,5:1. Alternativ sind die äußere Riemenscheibe und die Motorscheibe über den Endlosriemen drehbar gekoppelt, um das Drehmoment dazwischen zu übertragen. Alternativ sind die äußere Riemenscheibe und die Motorscheibe über verzahnte Zahnräder drehbar gekoppelt, um das Drehmoment dazwischen zu übertragen.
Das Getriebe 38 ist eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die in einer Ausführungsform eine Stufengetriebekonfiguration beinhaltet, die aus einem oder mehreren Differentialzahnradsätzen und aktivierbaren Kupplungen besteht, die konfiguriert sind, um eine Drehmomentübertragung in einem aus einer Vielzahl von festen Getriebezuständen über einen Bereich von Drehzahlverhältnissen zwischen dem Motor 22, dem Antriebselement 37 und einem Abtriebsselement zu bewirken. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Getriebe 38 als Neungang-Festganggetriebe konfiguriert. Das Getriebe 38 kann einen ersten Drehzahlsensor in Form eines Hall-Effekt-Sensors oder eines anderen geeigneten Sensors beinhalten, der konfiguriert sein kann, um die Drehzahl des Antriebselements 37 zu überwachen und/oder einen zweiten Drehzahlsensor, der konfiguriert sein kann, um die Drehzahl des Abtriebselements zu überwachen. Das Getriebe 38 beinhaltet ein automatisches Getriebe, das automatisch zwischen den festen Gangstufen wechselt, um mit einem Übersetzungsverhältnis betrieben zu werden, das eine gewünschte Übereinstimmung zwischen einer Abtriebsdrehmomentanforderung und einem Motorbetriebspunkt erreicht. Das Getriebe 38 führt automatisch Hochschaltungen aus, um in einen Getriebezustand zu schalten, der über ein niedrigeres nummerisches Multiplikationsverhältnis (Getriebeübersetzungsverhältnis) verfügt, und es führt Herunterschaltungen aus, um in einen Getriebezustand zu schalten, der über ein höheres nummerisches Multiplikationsverhältnis verfügt. Das Getriebe 38 kann anhand eines steuerbaren hydraulischen Kreislaufs gesteuert werden, der mit einer Getriebesteuerung, die in die Steuerung 15 integriert oder getrennt davon sein kann, kommuniziert. Die Getriebesteuerung steuert die Drehmomentwandlerkupplung in einer Ausführungsform. Das Getriebe 38 führt Hochschaltungen aus, um in einen festen Gang zu schalten, der über ein niedrigeres numerisches Multiplikationsverhältnis (Getriebeübersetzungsverhältnis) verfügt und führt Rückschaltungen aus, um in einen festen Gang zu schalten, der über ein höheres numerisches Multiplikationsverhältnis verfügt. Ein Hochschalten des Getriebes kann eine Verringerung der Motordrehzahl erfordern, damit die Motordrehzahl bei einem mit einem Soll-Getriebezustand in Verbindung stehenden Getriebeübersetzungsverhältnis mit der mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis multiplizierten Getriebeausgangsdrehzahl übereinstimmt. Ein Herunterschalten des Getriebes kann eine Erhöhung der Motordrehzahl erfordern, damit die Motordrehzahl bei einem mit dem Soll-Getriebezustand in Verbindung stehenden Getriebeübersetzungsverhältnis mit der mit dem Getriebeübersetzungsverhältnis multiplizierten Getriebeausgangsdrehzahl übereinstimmt. Der Getriebebetrieb kann im Sinne einer Stellgröße, die an das Getriebe 38 übermittelt werden kann und mit einem ausgewählten festen Gangzustand in Verbindung steht, beschrieben werden. Alternativ kann das Getriebe 38 eine stufenlos regelbare Übertragungseinrichtung sein.
Der Antriebsstrang 40 kann ein Differenzialgetriebe 42 beinhalten, das mechanisch an die Achse(n) 44 gekoppelt ist, die mechanisch an das Rad (die Räder) 46 in einer Ausführungsform gekoppelt ist. Der Antriebsstrang 40 überträgt die Traktionsleistung zwischen einem Abtriebselement des Getriebes 38 und einer Straßenoberfläche über das/die Rad/Räder 46.
Das Wechselrichtermodul 33 ist mit geeigneten Steuerschaltungen einschließlich Leistungstransistoren konfiguriert, z. B. Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom und von Wechselstrom in Gleichstrom. Das Wechselrichtermodul 33 kann eine Impulsbreitenmodulations(PWM)-Steuerung auf die IGBTs einsetzen, um gespeicherte elektrische Gleichstromenergie, die aus der Traktionsbatterie 49 stammt, in elektrische Wechselstromenergie umzuwandeln, um die elektrische Maschine 32 anzutreiben, um ein Drehmoment zu erzeugen. Auf ähnliche Weise wandelt das Wechselrichtermodul 33 mechanische Leistung, die auf die elektrische Maschine 32 übertragen worden ist, in elektrische Gleichstromenergie, zum elektrische Energie zu erzeugen, die unter anderem als Teil einer regenerativen Bremssteuerstrategie in einer Traktionsbatterie 49 speicherbar ist. Das Wechselrichtermodul 33 erhält Motorsteuerbefehle von der Steuerung 15 und steuert Wechselrichterzustände zum Bereitstellen eines gewünschten Motorantriebsbetriebs oder eines regenerativen Bremsbetriebs. In einer Ausführungsform stellt ein ergänzender Gleichstrom-/Gleichstromwandler eine elektrische Verbindung mit dem Bus her und liefert elektrischen Strom, um die Zusatzbatterie 48 über einen Niederspannungsbus aufzuladen. Die Zusatzbatterie 48 stellt elektrischen Niedervoltstrom an Niederspannungssysteme am Antriebsstrangsystem 20 und am Fahrzeug einschließlich z. B. des Anlassers 26, elektrischen Fenstern, HVAC-Lüftern, Sitzen und anderen Vorrichtungen bereit. In einer Ausführungsform ist die Zusatzbatterie 48 konfiguriert, um bei einem 12V-Nenn-Gleichspannungsniveau betrieben zu werden.
Die Traktionsbatterie 49 ist so angeordnet, dass sie elektrischen Strom mit einer Nennspannung von 48 V DC liefert, und kann, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Gleichstromquelle sein, z.B. eine mehrzellige Lithium-Ionen-Vorrichtung, ein UltraKondensator oder eine andere geeignete Vorrichtung. Überwachte Parameter, die mit der Traktionsbatterie 49 im Bezug stehen, können einen Lade- (SOC), Temperaturzustand und sonstige Zustände beinhalten. In einer Ausführungsform kann die Traktionsbatterie 49 über ein fahrzeugeigenes Batterieladegerät elektrisch mit einer entfernten, sich außerhalb des Fahrzeugs befindlichen elektrische Stromquelle verbunden werden, um sie bei stehendem Fahrzeug zu laden.
Die Steuerung 15 kann eine Signalverbindung mit einer Bedienerschnittstelle eingehen (nicht dargestellt) und stellt eine hierarchische Steuerung einer Vielzahl von Steuervorrichtungen bereit, um die betriebliche Steuerung einzelner Elemente des Antriebsstrangs 20 zu bewirken, einschließlich z. B. des Wechselrichtermoduls 33, der Motorsteuerung und der Getriebesteuerung. Die Steuerung 15 kommuniziert mit jedem der Wechselrichtermodule 33, der Motorsteuerung und der Getriebesteuerung über eine Kommunikationsverbindung 16, um den Betrieb und Steuerbetrieb derselben zu überwachen.
Das Antriebsstrangsystem 20 ist so konfiguriert, dass der Motor 22 und die elektrische Maschine 32 in der Lage sind, mechanisch mit dem Antriebselement 37 des Getriebes 38 zu koppeln, wobei die Motortrennkupplung 30, der Drehmomentwandler 35, die zweite Kupplung 36 und das außeraxiale mechanische Antriebssystem 34 eingesetzt werden. Dadurch kann das Antriebsstrangsystem 20 in einem von mehreren auswählbaren Antriebsmodi betrieben werden, einschließlich eines reinen Motorantriebsmodus, eines reinen Elektrofahrmodus (EV), eines regenerativen Bremsmodus, eines Ausrollmodus und eines Motor/Elektroassistenzmodus, der auch als Hybridmodus bezeichnet wird. Die Konfiguration des Antriebsstrangsystems 20 ermöglicht den Motorstopp/Startbetrieb während des Betriebs des Antriebsstrangsystems. Das hierin beschriebene Antriebsstrangsystem 20 setzt vorteilhaft den Drehmomentwandler 35 ein, was zu einer verbesserten Fahrbarkeit bei Fahrzeugbeschleunigungsmodi, Getriebeschaltmodi und Fahrzeugverzögerungsmodi führt. Darüber hinaus ist das außeraxiale mechanische Antriebssystem 34 konfiguriert, um die elektrische Maschine 32 mit einem festen Drehzahlverhältnis in Bezug auf die Motordrehzahl zu drehen, wodurch eine Lichtmaschine zum Laden der Zusatzbatterie 48 nicht erforderlich ist. Darüber hinaus ist keine zusätzliche elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe für das Getriebe 38 erforderlich, da die elektrische Maschine 32 konfiguriert ist und gesteuert werden kann, um den Drehmomentwandler 35 zu drehen, wenn sich der Motor 22 in einem AUS-Zustand befindet. Die Motortrennkupplung 30 ist zwischen dem Motor 22 und dem Getriebe 38 angeordnet, was den Betrieb im EV-Fahrmodus, im regenerativen Bremsmodus und im Fahrsegelmodus mit ausgeschaltetem Drosselklappenbetrieb ermöglicht.
Im Nur-Verbrennungsmotor-Fahrmodus wird der Motor 22 gesteuert zum Erzeugen von Antriebskraft, während die elektrische Maschine 32 frei läuft. Der reine Motorantriebsmodus kann während der Fahrzeugbeschleunigung oder des stationären Betriebs durch Befehle gesteuert werden. Im EV-Fahrmodus wird die elektrische Maschine 32 als ein Motor zum Erzeugen von Antriebsleistung gesteuert, während der Motor 22 sich in einem AUS-Zustand befindet und durch Deaktivieren der Motortrennkupplung 30 ausgekuppelt wird. Der EV-Fahrmodus kann während des Leerlaufs, der Fahrzeugbeschleunigung oder des stationären Betriebs durch Befehle gesteuert werden. Im regenerativen Modus wird die elektrische Maschine 32 als ein Generator zum Reagieren auf das Drehmoment des Antriebssystems und zum Erzeugen von elektrischer Energie gesteuert, während sich der Motor 22 entweder im Leerlauf oder im AUS-Zustand befindet und durch Deaktivieren der Motortrennkupplung 30 abgetrennt wird. Dieser regenerative Modus kann während des Ausrollens und der Fahrzeugbremsung durch Befehle gesteuert werden. Im der Verbrennungsmotor/Elektromotor-assistierten Fahrmodus werden der Motor 22 und die elektrische Maschine 32 zum Erzeugen von Antriebskraft gesteuert. Dieser Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus kann während der Fahrzeugbeschleunigung oder des stationären Betriebs durch Befehle gesteuert werden. Im Ausrollmodus wird der Motor 22 durch Deaktivieren der Motortrennkupplung 30 abgeschaltet, und die elektrische Maschine 32 befindet sich im Freilaufzustand.
Die Begriffe Steuergerät, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich verschiedene Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis(e) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en) wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordnete nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf von einer Steuereinheit ausführbare Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen ein Steuerprogramm(e) aus, einschließlich die Überwachung der Eingaben von Sensorvorrichtungen und anderen vernetzten Steuerungen und die Ausführung von Steuer- und Diagnoseprogrammen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern. Routinen können in regelmäßigen Abständen oder als Reaktion auf das Eintreten eines auslösenden Ereignisses ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und die Kommunikation zwischen den Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine direkte drahtgebundene Verbindung, eine vernetzte Kommunikationsbusverbindung, eine drahtlose Verbindung, einen seriellen peripheren Schnittstellenbus oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen, die hierin als Kommunikationsverbindung 16 angegeben wird. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen] auf geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetischer Signale über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können unter anderem Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren darstellen, Signale, die Stellantriebbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen darstellen.
Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreiben die Begriffe ,dynamisch‘ und ,in dynamischer Weise‘ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und gekennzeichnet sind durch das Überwachen oder sonstiges Bestimmen der Parameterzustände und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine. Die Begriffe „Kalibrierung“, „Kalibrieren“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf ein Ergebnis oder ein Verfahren, das eine tatsächliche oder Standardmessung, die mit einer Vorrichtung verbunden ist, mit einer wahrgenommenen oder beobachteten Messung oder einer befohlenen Position vergleicht. Eine hierin beschriebene Kalibrierung kann auf eine speicherbare parametrische Tabelle, mehrere ausführbare Gleichungen oder eine andere geeignete Form reduziert werden. Ein Parameter ist definiert als eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft einer Vorrichtung oder eines anderen Elements darstellt, die durch einen oder mehrere Sensoren und/oder ein physikalisches Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert aufweisen, z. B. „1“ oder „0“, oder kann stufenlos eingestellt werden.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Telematikvorrichtung 60, die ein drahtloses Telematikkommunikationssystem, das eine externe Fahrzeugkommunikation ermöglicht, einschließlich einer Kommunikation mit einem Kommunikationsnetzwerksystem mit drahtlosen und verdrahteten Kommunikationsfähigkeiten beinhaltet. Die Telematiksteuerung 60 ist in der Lage, Kommunikationen außerhalb des Fahrzeugs durchzuführen, die eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation (V2V) im Nahbereich und/oder eine Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation (V2x) beinhalten, die Kommunikationen mit einem Infrastrukturmonitor, z. B. einer Verkehrskamera, beinhalten kann. Alternativ oder zusätzlich weist die Telematiksteuerung 60 ein drahtloses Telematikkommunikationssystem auf, das zu einer drahtlosen Kommunikation mit kurzer Reichweite mit einer tragbaren Vorrichtung fähig ist, beispielsweise einem Mobiltelefon, einem Satellitentelefon oder einer anderen Telefonvorrichtung. In einer Ausführungsform wird die tragbare Vorrichtung mit einer Softwareanwendung geladen, die ein drahtloses Protokoll zur Kommunikation mit der Telematikvorrichtung 60 beinhaltet, und die tragbare Vorrichtung führt die zusätzliche Fahrzeugkommunikation aus, einschließlich der Kommunikation mit einer externen Steuerung 95 über ein Kommunikationsnetzwerk 90 über eine Antenne 85 oder einen anderen Kommunikationsmodus. Alternativ oder zusätzlich führt die Telematikvorrichtung 60 die externe Fahrzeugkommunikation direkt durch, indem diese über ein Kommunikationsnetz 90 mit der externen Steuerung 95 kommuniziert.
Das Fahrzeugraumüberwachungssystem 65 beinhaltet eine Raumüberwachungssteuerung in Verbindung mit einer Vielzahl von Sensorvorrichtungen. Das Fahrzeugraumüberwachungssystem 65 überwacht und erzeugt digitale Darstellungen von entfernten Objekten in der Nähe des Fahrzeugs 10. Das räumliche Überwachungssystem 65 kann einen linearen Bereich, eine relative Geschwindigkeit und eine Trajektorie für jedes sich in der Nähe befindliche Objekt bestimmen. Die Sensorvorrichtungen des Raumüberwachungssystems 65 können durch nicht einschränkende Beschreibungen Fronteckensensoren, Heckeckensensoren, Heckseitensensoren, Seitensensoren, einen Frontradarsensor und eine Kamera in einer Ausführungsform beinhalten, obwohl die Offenbarung nicht so eingeschränkt ist. Die Anordnung der vorstehend erwähnten Raumsensoren ermöglicht dem Raumüberwachungssystem 65 das Überwachen des Verkehrsflusses, einschließlich von sich in der Nähe befindlichen Fahrzeugen und anderen Objekten um das Fahrzeug 10 herum. Daten, die durch das Raumüberwachungssystem 65 erzeugt werden, können durch den Fahrbahnmarkierungserfassungsprozessor (nicht dargestellt) zum Schätzen des Verkehrsweges angewendet werden. Die Sensorvorrichtungen des Fahrzeugraumüberwachungssystems 65 können darüber hinaus objektlokalisierende Sensorvorrichtungen beinhalten, einschließlich Bereichssensoren, wie etwa FM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave)-Radare und FSK(Frequency Shift Keying)-Radar und Lidar(Light Detection and Ranging)-Vorrichtungen und Ultraschallvorrichtungen, die auf Effekte, wie etwa Doppler-Effekt-Messungen zum Orten von vorderen Objekten, angewiesen sind. Die möglichen objekterfassenden Vorrichtungen beinhalten ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD) oder komplementäre Metalloxid-Halbleiter-Schalteinrichtungs-(CMOS)-Videobildsensoren und andere Kamera/ Videobild-Prozessoren, die digitale fotografische Verfahren zum „Ansehen“ vorderer Objekte, einschließlich eines oder mehrerer Objektfahrzeuge(s), verwenden. Solche Sensoriksysteme werden zur Erfassung und Ortung von Objekten in Automobilanwendungen angewendet und sind mit Systemen verwendbar, einschließlich beispielsweise adaptiver Geschwindigkeitsregelung, autonomes Bremsen, autonome Lenkung und Seitenobjekterfassung.
Die dem Fahrzeugraumüberwachungssystem 65 zugeordneten Sensorvorrichtungen werden vorzugsweise innerhalb des Fahrzeugs 10 in einer relativ ungehinderten Position positioniert. Es wird auch erkannt, dass jeder dieser Sensoren eine Schätzung der tatsächlichen Lage oder des Zustands eines Objekts bereitstellt, worin die Schätzung eine geschätzte Position und die Standardabweichung beinhaltet. Als solches werden die sensorische Erfassung und Messung von Objektorten und Bedingungen für gewöhnlich als ,Schätzwerte‘ bezeichnet. Die Eigenschaften dieser Sensoren können sich ergänzen, da einige bei der Schätzung bestimmter Parameter zuverlässiger sind als andere. Die Sensorvorrichtungen können unterschiedliche Betriebsbereiche und Winkelabdeckungen aufweisen, die in der Lage sind, verschiedene Parameter innerhalb ihrer Betriebsbereiche abzuschätzen. Beispielsweise können Radarsensoren normalerweise den Bereich, die Bereichsrate und Azimutort eines Objekts schätzen, sind aber normalerweise nicht gut im Schätzen der Maße eines erfassten Objektes. Eine Kamera mit Vision-Prozessor ist beim Schätzen einer Form und Azimutposition des Objekts genauer, jedoch weniger effizient beim Schätzen des Bereichs und der Bereichsrate eines Objekts. Scannende Lidarsysteme arbeiten effizient und genau gegenüber der Schätzung des Bereichs und der Azimutposition, können jedoch normalerweise nicht die Bereichsrate schätzen und sind daher nicht so genau bei einer neuen Objekterfassung/-erkennung. Ultraschallsensoren sind in der Lage den Bereich zu schätzen, jedoch im Allgemeinen nicht in der Lage zur Schätzung oder Berechnung der Bereichsrate und Azimutposition. Weiterhin wird erkannt, dass die Leistung jeder Sensorik durch unterschiedliche Umgebungsbedingungen beeinflusst wird. Somit präsentieren einige der Sensorvorrichtungen parametrische Varianzen während des Betriebs, obwohl überlappende Erfassungsbereiche der Sensoren Möglichkeiten für die Sensordatenfusion schaffen.
Das HMI-System 75 sieht die Interaktion zwischen Mensch und Maschine vor, um den Betrieb eines Infotainmentsystems, des Global Positioning System (GPS)-Systems, des Fahrzeugnavigationssystems, eines entfernt gelegenen Servicezentrums und dergleichen zu steuern. Das HMI-System 75 überwacht Bedieneranforderungen und liefert Informationen an den Bediener, einschließlich den Status der Fahrzeugsysteme sowie Service- und Wartungsinformationen. Das HMI-System 75 kommuniziert mit und/oder steuert den Betrieb einer Vielzahl von fahrzeugeigenen Bedienerschnittstellenvorrichtungen. Das HMI-System 75 kann ebenfalls mit einer oder mehreren Vorrichtungen kommunizieren, die biometrische Daten in Verbindung mit dem Fahrzeugführer überwachen, einschließlich z. B. unter anderem Blickrichtung, Haltung und Kopfpositionserfassung. Das HMI-System 75 ist eine einstückige Vorrichtung zur Vereinfachung der Beschreibung, kann jedoch als mehrere Steuermodule und den entsprechenden Sensorvorrichtungen in einer Ausführungsform des hierin beschriebenen Systems konfiguriert sein. Die fahrzeugseitigen Bedieneroberflächenvorrichtungen 41 können Vorrichtungen beinhalten, die zum Senden einer Nachricht in der Lage sind, die den Bediener zum Handeln auffordert, und können ein elektronisches Anzeigemodul beinhalten, z. B. eine Flüssigkristall-Display(LCD)-Vorrichtung, ein Heads-Up-Display (HUD) (nicht dargestellt), eine Audio-Feedbackvorrichtung, eine tragbare Vorrichtung und einen haptischen Sitz.
Der Fahrzeugbetrieb beinhaltet den Betrieb in einem der Antriebsmodi als Reaktion auf gewünschte Anweisungen, die Bedieneranforderungen und/oder autonome Fahrzeuganforderungen beinhalten können. Ein solcher Betrieb beinhaltet Beschleunigung, Bremsen, stationären Betrieb, Ausrollen und Leerlauf. Bedieneranforderungen können basierend auf den Eingaben des Bedieners zu einem Gaspedal, einem Bremspedal, einem Getriebebereichswahlschalter und einem Geschwindigkeitsregelungssystem erzeugt werden. Autonome Fahrzeuganforderungen können von einem adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystem, einem autonomen Brems-/Kollisionsvermeidungssystem und/oder anderen Systemen erzeugt werden, die konfiguriert sind, um den autonomen Fahrzeugbetrieb getrennt von oder in Verbindung mit den Bedieneranforderungen zu steuern. Die Fahrzeugbeschleunigung beinhaltet ein Tip-In-Ereignis, das eine Aufforderung zum Erhöhen der Fahrzeuggeschwindigkeit, d. h. zum Beschleunigen des Fahrzeugs ist. Ein Tip-in-Ereignis kann als Bedieneranforderung zum Beschleunigen oder als autonome Fahrzeuganforderung zum Beschleunigung entstehen. Ein nicht einschränkendes Beispiel für eine autonome Fahrzeuganforderung zum Beschleunigen kann auftreten, wenn ein Sensor für ein adaptives Geschwindigkeitsregelungssystem anzeigt, dass ein Fahrzeug eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit erreichen kann, weil ein Hindernis aus einer Fahrspur entfernt wurde, wie es beispielsweise auftreten kann, wenn ein langsam fahrendes Fahrzeug von einer Autobahn mit begrenztem Zugang ausfährt. Das Bremsen beinhaltet eine Bedieneranforderung zum Verringern der Motordrehzahl des Fahrzeugs. Der Behaarungszustand beinhaltet einen Fahrzeugbetrieb, worin das Fahrzeug sich gegenwärtig mit einer Motordrehzahlrate bewegt, die weder eine Bedieneranforderung für das Bremsen noch für das Beschleunigen erfordert, wobei die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Grundlage der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit sowie der Fahrzeugeigendynamik, dem Windwiderstand des Fahrzeugs, dem Rollwiderstand und der Trägheitskraft des Antriebsstrang ermittelt wird. Der Ausrollmodus beinhaltet einen Fahrzeugbetrieb, worin die Fahrzeuggeschwindigkeit sich oberhalb der minimalen Schwellendrehzahl befindet und die Bedieneranforderung an das Fahrpedal sich an einem Punkt befindet, der geringer als angefordert, um die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, ist. Der Leerlauf beinhaltet den Fahrzeugbetrieb, wobei sich die Fahrzeuggeschwindigkeit bei oder nahe bei Null bewegt.
Die Steuerung 15 beinhaltet einen Anweisungssatz, der ausführbar ist, um eine Trajektorie für das Fahrzeug 10 zu bestimmen und aktuelle und/oder bevorstehende Straßenzustände und Verkehrsbedingungen basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug 10 zu bestimmen. Einer der Antriebsmodi wird basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenverhältnissen und Verkehrsbedingungen ausgewählt, und der Betrieb des Antriebssystems 20 wird im ausgewählten Antriebsmodus gesteuert. Dieser Vorgang wird anhand einer in 2 dargestellten Auswahlroutine 200 für die Antriebsart ausführlich beschrieben.
2 stellt schematisch eine Ausführungsform der Antriebsmodus-Auswahlroutine 200 zum Steuern des Betriebs einer Ausführungsform des Antriebsstrangsystems 20 dar, die mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Die Routine 200 ist als ein Flussdiagramm präsentiert, wobei die numerisch gekennzeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt und entsprechend der Antriebsmodus-Auswahlroutine 200 aufgeführt sind Die Lehren hierin in Bezug auf die funktionalen bzw. logischen Blockkomponenten bzw. verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben sein. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut sein können, die konfiguriert wurden, um die spezifizierten Funktionen auszuführen. Das Ausführen der Antriebsmodus-Auswahlroutine 200 kann wie folgt erfolgen. Die Schritte der Routine 200 können in einer geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden und sind nicht auf die Reihenfolge, die mit Bezug auf 2 beschrieben ist, beschränkt.
Elemente der Antriebsmodus-Auswahlroutine 200 beinhalten einen Wegplanungsschritt 210, einen Straßenlastvorhersageschritt 220, einen Straßenzustandsüberwachungsschritt 230, einen Betriebsmodusauswahlschritt 240 und Antriebsmodusimplementierungsschritte, die einen ersten Antriebsmodus 250 und eine Vielzahl von zweiten Antriebsmodi 260 beinhalten. Der GPS-Sensor 50, das Navigationssystem 55, die Telematikvorrichtung 60 und das Raumüberwachungssystem 65 erzeugen Signale und Parameter, die an den Wegplanungsschritt 210, den Straßenlastvorhersageschritt 220 und den Straßenzustandüberwachungsschritt 230 übermittelt werden. Die vorgenannten Signale und Parameter werden während des Fahrzeugbetriebs dynamisch ermittelt und aktualisiert.
Der Wegplanungsschritt 210 überwacht die Eingaben des GPS-Sensors 50, des Navigationssystems 55, der Telematikvorrichtung 60 und des Raumüberwachungssystems 65, um Details des aktuellen und/oder bevorstehenden Fahrzeugwegs zu erkennen, der mit der Trajektorie des Fahrzeugs 10 verbunden ist. Solche Details können das Bestimmen einer Straßenart beinhalten, z. B. eine Stadtstraße, eine Autobahn mit eingeschränktem Zugang, eine zweispurige Landstraße, eine Linksabbiegerspur, einen Kreisverkehr oder einen anderen Straßentyp. Der Wegplanungsschritt 210 bestimmt, ob es sich bei dem aktuellen und/oder bevorstehenden Fahrzeugweg um einen eingeschränkten Weg 212 oder einen uneingeschränkten Weg 214 handelt. Ein eingeschränkter Weg 212 ist definiert als ein Fahrweg, bei dem eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass eine Änderung, die ein Abbremsen und ein anschließendes Beschleunigen erfordert, z. B. an einer Kreuzung oder aufgrund ungünstiger Straßenverhältnisse, wie nasse Straßen oder andere, erfolgt. Ein uneingeschränkter Weg 214 ist als ein Fahrweg definiert, bei dem die Wahrscheinlichkeit einer Änderung, die ein Abbremsen und/oder Beschleunigen erfordern würde, minimal ist. Die Ausgabe eines eingeschränkten Weges 212 oder eines uneingeschränkten Weges 214 wird als Eingabe für den Betriebsmodusauswahlschritt 240 bereitgestellt.
Der Straßenlastvorhersageschritt 220 überwacht die Eingaben des GPS-Sensors 50, des Navigationssystems 55, der Telematikvorrichtung 60 und des Raumüberwachungssystems 65, um Details des aktuellen und/oder bevorstehenden Fahrzeugwegs zu erkennen, die der Trajektorie des Fahrzeugs 10 zugeordnet sind und die die Straßenlast beeinflussen, d.h. den Fahrzeugführer zwingen können, den Leistungsbedarf eines Fahrzeugs zu erhöhen oder zu verringern. Solche Details können das Bestimmen des Vorhandenseins einer Straßenkategorie, entweder positiv (bergauf) oder negativ (bergab), das Erfassen des Vorhandenseins eines anderen, langsamer fahrenden Fahrzeugs auf dem Fahrzeugweg und das Erfassen des Vorhandenseins eines Fußgängers, Fahrrads oder eines anderen langsam fahrenden Fahrzeugs auf dem bevorstehenden Fahrzeugweg oder das Überqueren der Fahrzeugtrajektorie beinhalten. Die Straßenlastvorhersageschritt 220 bestimmt, ob sich die Straßenlast ändert 222 oder unverändert bleibt 224. Die Ausgabe einer sich ändernden Straßenlast 222 oder einer unveränderlichen Straßenlast 224 wird als Eingabe für den Betriebsmodusauswahlschritt 240 bereitgestellt.
Der Straßenzustandsüberwachungsschritt 230 überwacht die Eingaben des GPS-Sensors 50, des Navigationssystems 55, der Telematikvorrichtung 60 und des Raumüberwachungssystems 65, um Details des aktuellen und/oder bevorstehenden Fahrzeugwegs zu erkennen, die der Trajektorie des Fahrzeugs 10 zugeordnet sind, die die Straßenoberflächenbedingungen beeinflussen, d. h. den Fahrzeugführer zwingen können, den Leistungsbedarf eines Fahrzeugs zu erhöhen oder zu verringern. Zu diesen Details kann das Bestimmen des Straßenoberflächenzustands und der Wetterbedingungen gehören, insbesondere das Auftreten von Unwetter, das Maßnahmen des Fahrzeugführers zum Reduzieren der Fahrzeuggeschwindigkeit erfordern kann, um die Traktion aufrechtzuerhalten. Der Straßenzustandsüberwachungsschritt 230 bestimmt, ob es sich bei den bevorstehenden Straßenzuständen um die Standard-Straßenzustände 232 oder die angepassten Straßenzustände 234 handelt. Die Ausgabe der Standard-Straßenzustände 232 oder der angepassten Straßenzustände 234 wird als Eingabe für den Betriebsmodusauswahlschritt 240 bereitgestellt.
Der Betriebsmodusauswahlschritt 240 überwacht die Eingaben aus dem Wegplanungsschritt 210, dem Straßenlastvorhersageschritt 220 und dem Straßenzustandsüberwachungsschritt 230 und wählt einen der Antriebsmodi aus, d. h. einen der ersten Antriebsmodi 250 und die Vielzahl von zweiten Antriebsmodi 260 als gewünschten Antriebsmodus 242, und steuert den Betrieb des Antriebsstrangsystems 20, um den gewünschten Antriebsmodus 242 zu erreichen und in diesem zu betreiben.
Der Betriebsmodusauswahlschritt 240 beinhaltet eine Vielzahl von Regeln, nach denen er einen der ersten Antriebsmodi 250 und die Vielzahl von zweiten Antriebsmodi 260 als die gewünschte Antriebsart 242 auswählt. Diese Regeln beinhalten folgende Punkte als nicht einschränkende Beispiele.
Der erste Antriebsmodus 250 wird auch als ein reiner Motorantriebsmodus bezeichnet, der den Antriebsstrangbetrieb beinhaltet, bei dem sowohl die erste als auch die zweite Kupplung 30, 36 aktiviert werden, der Motor 22 im Allzylinderzustand und die elektrische Maschine 32 im Freilauf betrieben wird.
Die zweiten Antriebsarten 260 beinhalten den Antriebsstrangbetrieb, bei dem eine oder sowohl die erste als auch die zweite Kupplung 30, 36 deaktiviert sind oder der Motor 22 nicht im Allzylinderzustand betrieben wird. Die elektrische Maschine 32 kann sich im Freilauf oder im Betrieb befinden. Beispiele für die zweiten Antriebsarten 260 sind der EV-Fahrmodus, der regenerative Bremsmodus, der Ausrollmodus und der Motor/Elektroassistenzmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 in einen Kreisverkehr einfährt oder sich in der Nähe eines Kreisverkehrs befindet, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im reinen Motorantriebsmodus oder alternativ im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus.
Wenn sich das Fahrzeug 10 in einer Linksabbiegespur befindet, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb durch Befehle im ersten Antriebsmodus 250, d. h. im reinen Motorantriebsmodus. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 im Stadtverkehr mit viel Stopp-and-Go-Betrieb betrieben wird, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im ersten Antriebsmodus 250, d. h. im reinen Motorantriebsmodus. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 im Autobahnbetrieb mit minimalem Verkehr betrieben wird, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb über Befehle im zweiten Antriebsmodus 260, z. B. im EV-Fahrmodus. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 auf einer einspurigen Straße fährt, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb durch Befehle im ersten Antriebsmodus 250, d. h. im reinen Motorantriebsmodus, um ein schnelles Durchfahren zu ermöglichen. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 auf einer mehrspurigen Straße mit geringem Verkehrsaufkommen fährt, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb über Befehle im zweiten Antriebsmodus 260, z. B. im EV-Fahrmodus oder alternativ im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 an einer Steigung nach oben betrieben wird, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb durch Befehle im ersten Antriebsmodus 250, d. h. im reinen Motorantriebsmodus. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus oder im regenerativen Bremsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 mit dem vorausfahrenden Fahrzeug in unmittelbarer Nähe betrieben wird, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb durch Befehle im ersten Antriebsmodus 250, d. h. im reinen Motorantriebsmodus. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus oder im regenerativen Bremsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 in einer Situation mit erheblichem Fußgängerverkehr (wie in einer Stadtfahrsituation) betrieben wird, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im ersten Antriebsmodus 250, d. h. im reinen Motorantriebsmodus. Alternativ dazu steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus oder im regenerativen Bremsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 auf glatter oder nasser, schneebedeckter oder vereister Fahrbahn betrieben wird, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 durch Befehle den Betrieb im reinen Motorantriebsmodus, oder alternativ im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus oder im regenerativen Bremsmodus.
Wenn das Fahrzeug 10 unter Wetterbedingungen betrieben wird, die nasse, schneereiche oder starke Windverhältnisse beinhalten, steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 durch Befehle den Betrieb im reinen Motorantriebsmodus, oder alternativ im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus oder im regenerativen Bremsmodus.
Wenn ein Fehler in einem der Sensoren des Fahrzeugraumüberwachungssystems 65 auftritt, ist das Fahrzeug 10 nicht imstande, die Wetterbedingungen oder die Straßenoberflächenbedingungen zu überwachen. In diesem Fall steuert der Betriebsmodusauswahlschritt 240 den Betrieb im reinen Motorantriebsmodus, oder alternativ im Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus oder im regenerativen Bremsmodus.
Das Fahrzeug kann in einem von mehreren Fahrzeugmodi als Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung und/oder eine Eingabe von einem autonomen Steuersystem betrieben werden, einschließlich z.B. Beschleunigungs-, Brems-, Dauerlauf-, Ausroll- und Leerlaufmodus.
Während die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren die vorliegenden Lehren unterstützen und beschreiben, wird der Umfang der vorliegenden Lehren jedoch einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Ausführungsformen und anderen Arten zur Ausführung der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den hinzugefügten Ansprüchen definiert sind, möglich.

Claims

Fahrzeug umfassend: ein hybrides Antriebsstrangsystem, das so angeordnet ist, dass es in einem von mehreren Antriebsmodi betrieben werden kann, einschließlich eines reinen Motorantriebsmodus, eines reinen Elektroantriebsmodus (EV), eines regenerativen Bremsmodus, eines Ausrollmodus und eines Motor/Elektroassistenzmodus; ein Global Positioning System (GPS) und ein Fahrzeugnavigationssystem; ein Telematiksystem; ein Fahrzeugraumüberwachungssystem; und eine Steuerung, die in Verbindung mit dem GPS, dem Fahrzeugnavigationssystem, dem Telematiksystem und dem Fahrzeugraumüberwachungssystem steht, und die Steuerung, die funktionsfähig mit dem hybriden Antriebsstrangsystem verbunden ist, wobei die Steuerung einen Anweisungssatz beinhaltet, der ausführbar ist zum: Bestimmen einer Trajektorie für das Fahrzeug, Bestimmen von Straßenverhältnissen, Verkehrsbedingungen und Oberflächenbedingungen basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug, Auswählen eines der Antriebsmodi als gewünschten Antriebsmodus basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenverhältnissen, Verkehrsbedingungen und Oberflächenbedingungen, und Steuern des hybriden Antriebsstrangsystems im gewünschten Antriebsmodus.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Anweisungssatz ausführbar ist, um entweder den reinen Motorantriebsmodus oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus als gewünschten Antriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Einfahren des Fahrzeugs in einen Kreisverkehr beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Anweisungssatz ausführbar ist, um entweder den reinen Motorantriebsmodus oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus als den gewünschten Antriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das in einer Linksabbiegerspur angetrieben wird, beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Anweisungssatz ausführbar ist, um entweder den reinen Motorantriebsmodus oder den Motor-/Elektroassistenzantriebsmodus als den gewünschten Antriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das im Stadtverkehr betrieben wird, beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Anweisungssatz ausführbar ist, um den EV-Modus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das auf einer Autobahn mit begrenztem Zugang betrieben wird, beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Anweisungssatz ausführbar ist, um den EV-Modus als den gewünschten Antriebsmodus auszuwählen, wenn die Verkehrsbedingungen das Fahrzeug, das auf einer zweispurigen Autobahn fährt, beinhalten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das hybride Antriebsstrangsystem einen Verbrennungsmotor (Motor), eine elektrische Maschine und ein Getriebe umfasst; wobei ein Drehmomentwandler zwischen dem Motor und einem Antriebselement des Getriebes angeordnet ist; wobei der Motor selektiv über eine Kupplung mit dem Antriebselement des Getriebes gekoppelt ist und wobei die elektrische Maschine drehbar mit dem Antriebselement des Getriebes gekoppelt ist; wobei das Getriebe ein mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppeltes Abtriebselement beinhaltet; und wobei die Steuerung funktionsfähig mit dem Motor und der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei die Steuerung einen weiteren Anweisungssatz beinhaltet, der zum Steuern des Betriebs in einem der reinen Motorantriebsmodi, dem EV-Fahrmodus, dem regenerativen Bremsmodus, dem Ausrollmodus und dem Motor/Elektroassistenzmodus ausgeführt werden kann.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei die elektrische Maschine einen Elektromotor/Generator umfasst, der elektrisch mit einem Wechselrichter verbunden ist, der elektrisch mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, wobei die Gleichstromquelle konfiguriert ist, um mit einem Spannungspegel von weniger als 60 V DC zu arbeiten.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die elektrische Maschine über ein außeraxiales mechanisches Antriebssystem drehbar mit dem Antriebselement des Getriebes gekoppelt ist.
Fahrzeug umfassend: ein hybrides Antriebsstrangsystem mit einem Verbrennungsmotor (Motor), einer elektrischen Maschine und einem Getriebe, wobei der Motor selektiv über eine erste Kupplung mit einem außeraxialen mechanischen Antriebssystem gekoppelt ist, wobei die elektrische Maschine drehbar mit einem Antriebselement des Getriebes über das außeraxiale mechanische Antriebssystem und eine zweite Kupplung gekoppelt ist, wobei das Getriebe ein Abtriebselement beinhaltet, das mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelt ist, und wobei das hybride Antriebssystem angeordnet ist, um in einem von einer Vielzahl von Antriebsmodi zu arbeiten, die einen ersten Antriebsmodus und eine Vielzahl von zweiten Antriebsmodi durch Aktivieren der ersten und zweiten Kupplung beinhalten; ein globales Positionierungssystem (GPS); ein Fahrzeugnavigationssystem; ein Telematiksystem; ein Fahrzeugraumüberwachungssystem; und eine Steuerung, die in Verbindung mit dem GPS, dem Fahrzeugnavigationssystem, dem Telematiksystem und dem Fahrzeugraumüberwachungssystem steht, und die funktionsfähig mit dem hybriden Antriebsstrangsystem verbunden ist, wobei die Steuerung einen Anweisungssatz beinhaltet, der ausführbar ist zum: Bestimmen einer Trajektorie für das Fahrzeug, Bestimmen von Straßenverhältnissen, Verkehrsbedingungen und Oberflächenbedingungen basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug, Auswählen des ersten Antriebsmodus oder eines aus der Vielzahl von zweiten Antriebsmodi als einen gewünschten Antriebsmodus basierend auf der Trajektorie für das Fahrzeug und den Straßenverhältnissen, Verkehrsbedingungen und Oberflächenbedingungen, und Steuern des hybriden Antriebsstrangsystems im gewünschten Antriebsmodus.