DE102019112651A1

DE102019112651A1 - Automatische priorisierung von antriebsstrangvorgängen auf oberflächen mit einem niedrigen reibungskoeffizienten

Info

Publication number: DE102019112651A1
Application number: DE102019112651.7A
Authority: DE
Inventors: William L. Aldrich III; Aniket P. Kothari
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2019-12-19
Also published as: CN110614991B; US10597023B2; CN110614991A; US20190381991A1

Abstract

Ein Hybrid-Antriebsstrangsystem beinhaltet einen Motor und eine elektrische Maschine, die jeweils mit einer ersten und zweiten Antriebsachse verbunden sind, wobei die elektrische Maschine vom Motor entkoppelt ist. Das System beinhaltet ein Batteriepack und eine Steuerung. Die Steuerung weist Schlupfintegratoren mit einem entsprechenden Integratorwert für eine gegebene Antriebsachse auf. Die Integratorwerte sind ein Indikator für einen akkumulierten Schlupf des Antriebsrads über eine kalibrierte Dauer oder ein kalibriertes Fenster. Die Integratorwerte ändern sich als Reaktion auf das Signal des Achsdrehmoments und des Traktionssteuerungsstatussignals. Die Integratorwerte werden addiert, um eine Integratorsumme abzuleiten. Als Reaktion auf die Integratorsumme, die einen kalibrierten Integratorschwellenwert überschreitet, führt die Steuerung eine Steuerungsaktion aus, einschließlich der automatischen Ausführung eines Wettermodus, in dem der Energieverbrauch des Batteriepacks für die Traktionssteuerung/den Antrieb des Fahrzeugs reserviert ist.

Description

EINLEITUNG
Hybridantriebsstränge verwenden mehrere drehmomenterzeugende Vorrichtungen, um Drehmoment zu erzeugen und an einen gekoppelten Verbraucher zu liefern. Die drehmomenterzeugenden Vorrichtungen können einen Verbrennungsmotor und einen oder mehrere elektrische Fahrmotoren beinhalten. Das Motordrehmoment kann in einigen Hybridantriebssträngen zur Stromerzeugung und zum aktiven Aufladen eines an Bord befindlichen Antriebsbatteriepacks verwendet werden. Das Batteriepack speist die elektrischen Fahrmotoren, die wiederum mit einer oder mehreren Antriebsachsen oder Antriebsrädern gekoppelt sind. Bei einigen Antriebsstrangkonfigurationen können die Fahrmotoren vom Motor entkoppelt werden, wobei in diesem Fall die Motoraufladung des Batteriepacks nicht verfügbar ist. Das Batteriepack wird in dieser Konfiguration stattdessen durch Kontakt zwischen den Antriebsrädern und einer Fahrbahnoberfläche aufgeladen, wobei der Fahrmotor in Zeiten eines negativen Motordrehmoments als elektrischer Generator fungiert.
KURZDARSTELLUNG
Hierin offenbart ist ein Hybrid-Antriebsstrangsystem mit einem Hochspannungs-Antriebsbatteriepack, einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Hochspannung“ auf Spannungen, welche die Hilfsspannungspegel überschreiten, die für eine exemplarische Automobilanwendung nominal 12-15 Volt betragen. Der Motor und die elektrische Maschine sind mit verschiedenen Antriebsachsen, wie beispielsweise Hinter- und Vorderachsen, gekoppelt. Darüber hinaus sind die elektrische Maschine und der Motor voneinander entkoppelt, d. h. es existiert kein Leistungsflussweg zwischen Motor und elektrischer Maschine/Batteriepack. Infolgedessen ist eine motorgetriebene Ladung des Batteriepacks über die elektrische Maschine nicht möglich.
Das Hybrid-Antriebsstrangsystem beinhaltet auch eine Steuerung. Die Steuerung priorisiert die Leistungsabgabe und das Laden des Batteriepacks über anderen Energiebedarf, wenn ein Fahrzeug, welches das Antriebsstrangsystem verwendet, auf einer Fahrbahnoberfläche mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten fährt. Eine derartige Oberfläche, umgangssprachlich als Oberfläche mit „niedrigem µ“ bezeichnet, kann mit Eis oder Schnee bedeckt, nass, ölig oder anderweitig rutschig sein und somit anfällig für den Schlupf von Antriebsrädern in Kontakt mit der Fahrbahnoberfläche sein. Die Steuerung führt diese Leistungsflussregelung automatisch in Echtzeit durch, indem sie Anweisungen ausführt, die das hierin beschriebene Verfahren verkörpern.
Das Ausführen der Anweisungen veranlasst die Steuerung, die Steuereingaben zu ändern, ohne dass dies von einem Bediener bestätigt werden muss. Da der Motor von der elektrischen Maschine entkoppelt ist, kann es, ohne den derzeitigen Ansatz, schwierig sein, Batterieenergie für die Traktionssteuerung/Antriebszwecke über längere Zeiträume mit positiver Drehmomentanforderung zu reservieren oder zu sparen und gleichzeitig das verfügbare Motordrehmoment zu nutzen, um den Kraftstoffverbrauch des Motors auszugleichen. Das offenbarte Verfahren soll diese potenziellen Stromverbrauchs- und Stromversorgungsprobleme beheben, während der Betrieb im Rahmen der vorstehend genannten Oberfläche mit niedrigem µ erfolgt.
Ein Hybrid-Antriebsstrangsystem gemäß einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet einen Motor und eine elektrische Maschine, die jeweils mit einer ersten und zweiten Antriebsachse verbunden sind. Wie bereits erwähnt, ist die elektrische Maschine vom Motor entkoppelt. Ein Hochspannungs-Antriebsbatteriepack ist über ein Wechselrichtermodul (PIM) mit der elektrischen Maschine verbunden. Das Batteriepack kann auch über einen DC-DC-Stromrichter, der hierin als Hilfsstrommodul (APM) bezeichnet wird, mit einer Hilfsbatterie verbunden werden.
Die Steuerung beinhaltet mehrere Schlupfintegratoren, d. h. logikbasierte Signalwertspeicher, mit einem gegebenen Schlupfintegrator und dem zugehörigen Integratorwert entsprechend der ersten und zweiten Antriebsachse. Die Integratorwerte ändern sich als Reaktion auf ein gemeldetes Achsdrehmoment und einen Freigabezustand eines Traktionssteuerungssystems eines Fahrzeugs mit dem Hybridantriebssystem, wobei der Freigabezustand bei Schlupfereignissen in einen binären oder WAHR-Zustand übergeht. Die Steuerung addiert die Integratorwerte für die Antriebsachsen, um eine Integratorsumme abzuleiten. Als Reaktion auf die Integratorsumme (Gesamtwert der Integratoren), die einen kalibrierten Integratorschwellenwert überschreitet, führt die Steuerung eine oder mehrere entsprechende Steueraktionen in Bezug auf den Antriebsstrang aus. So kann die Steuerung beispielsweise optional mehrere verschiedene Schwellenwerte zum Erhöhen der Schlupfintensität berücksichtigen und dann schrittweise verschiedene Steuerungsaktionen ausführen, die mit dem Überschreiten der jeweiligen Schwellenwerte verbunden sind. Die Steuerungsaktion (oder -aktionen) begründet eine Betriebsart des Antriebsstrangs, die elektrische Energie aus dem Batteriepack ausschließlich zur Unterstützung der Traktionskontroll-/Antriebsfunktionen zuordnet und möglicherweise andere Maßnahmen ergreift, die diese Zuordnung unterstützen.
Die Steuerung kann einen Schlupfverstärkungswert in Abhängigkeit vom gemeldeten Achsdrehmoment und einem kalibrierten Schlupfschwellenwert berechnen. Der Schlupfverstärkungswert kann positiv sein, wenn das Achsdrehmoment kleiner oder gleich dem kalibrierten Schlupfschwellenwert ist. Die Steuerung erhöht die Schlupfintegratorwerte um einen Betrag des Schlupfverstärkungswertes, wenn das Freigabestatussignal ein/WAHR ist, d. h. wenn Schlupf erkannt wird und der Schlupfverstärkungswert positiv ist. Umgekehrt kann der Schlupfverstärkungswert negativ sein, wenn das Achsdrehmoment den kalibrierten Schlupfschwellenwert überschreitet. Für diese Bedingung wird der Schlupfverstärkungswert verwendet, um den Wert des Schlupfintegrators zu reduzieren.
Die Steuerungsaktion kann das vorübergehende Betreiben der Hilfsstromversorgung ausschließlich über den Motor, z. B. über eine Lichtmaschine, ohne Verwendung eines APM und die Versorgung durch die Hochspannungsbatterie beinhalten.
Die Steuerung kann optional konfiguriert werden, um den Schlupfschwellenwert in Echtzeit einzustellen, z. B. als Reaktion auf eine Drehzahl eines Scheibenwischermotors und/oder ein Temperatursignal von einem Umgebungstemperatursensor.
In einer optionalen Ausführungsform können die erste und zweite Antriebsachse Hinterachsen und Vorderachsen sein.
Die Steuerungsaktion kann eine Erhöhung des Zielwerts für den Ladezustand des Batteriepacks um mindestens 30 Prozent gegenüber einem Standardpegel, der in normalen Betriebsarten verwendet wird, beinhalten.
Die Steuerungsaktion kann das Deaktivieren von Motorstopp-Start-Funktionen beinhalten, die eine Leistungszuweisung vom Hochspannungsnetzteil erfordern, wodurch Energie zur Verwendung bei Traktionssteuerungs-/Antriebsereignissen eingespart wird. Zusätzlich zu oder alternativ kann die Steuerungsaktion auch das Deaktivieren von elektrischen „Antriebsverstärkungs“-Funktionen beinhalten, die das Drehmoment des Motors ausschließlich zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs unterstützen. Ein Beispiel für derartige elektrische Verstärkungsmaßnahmen, die den Kraftstoffverbrauch erhöhen, ist der elektrische Antriebsschub zur Erweiterung des Betriebs des aktiven Kraftstoffmanagements (AFM).
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 exemplarischen Fahrzeugs mit einem Hybridantriebssystem mit einer Steuerung, die konfiguriert ist, um den Betrieb des Antriebsstrangs auf Oberflächen mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten zu priorisieren, wie hierin dargelegt.
Die 2 und 3 sind schematische Flussdiagramme, die zusammengenommen ein Verfahren beschreiben, das durch die Steuerung von 1 ausführbar ist.

Für die vorliegende Offenbarung können Modifikationen und alternative Formen in Betracht gezogen werden, wobei repräsentative Ausführungsformen exemplarisch in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Erfindungsgemäße Aspekte dieser Offenbarung sind nicht auf die besonderen Formen dieser Offenbarung beschränkt. Vielmehr zielt die vorliegende Offenbarung darauf ab, Änderungen, Äquivalente, Kombinationen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Die verschiedenen Ausführungsformen sind Beispiele für die vorliegende Offenbarung, wobei andere Ausführungsformen in alternativen Ausprägungen im Hinblick auf die Offenbarung von Fachleuten auf dem Gebiet denkbar sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich. Einige Merkmale können überbewertet oder minimiert werden, um Details der bestimmten Komponenten darzustellen. Daher sind die hierin offenbarten spezifischen aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern vielmehr als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln.
Wie Fachleute ebenfalls verstehen, können Merkmale, die mit Bezug auf eine gegebene Figur veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen dienen somit als repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten verweisen, wird ein Fahrzeug 10 schematisch in 1 dargestellt. Das Fahrzeug 10 beinhaltet ein Hybrid-Antriebsstrangsystem 12, dessen Betrieb in Echtzeit durch eine Steuerung (C) 14 gesteuert wird. Der physische Standort der Steuerung 14 kann sich an beliebiger Stelle innerhalb des Systems 12 befinden, z. B. zusammen mit einem Wechselrichtermodul (PIM) 29 und/oder einer elektrischen Maschine (M_E) 20 mit einem Fahrmotor (positives Drehmoment) und einem elektrischen Generator (negatives Drehmoment).
Das Antriebsstrangsystem 12 beinhaltet mehrere Drehmomentquellen für den Antrieb. In der exemplarischen Ausführungsform von beispielsweise 1, die schematisch eine Antriebsstrangkonfiguration vom Typ P4 darstellt, beinhalten die Drehmomentquellen einen Verbrennungsmotor (E) 15 und die elektrische Maschine 20. Der Motor 15 ist zum Verbrennen von Benzin, Diesel, Ethanol oder Biokraftstoff konfiguriert, um ein Motordrehmoment (Pfeil T_E) zu erzeugen. Die elektrische Maschine 20 erzeugt separat ein Drehmoment (Doppelpfeil T_M), wenn sie über einen Hochspannungsbus (V_HV) von einer Hochspannungsbatterie (B_HV) 22 gespeist wird, d. h. ein positives oder negatives Drehmoment, je nachdem, ob die elektrische Maschine 20 als Motor bzw. Generator betrieben wird, wobei die Batterie 22 elektrisch mit der elektrischen Maschine 20 verbunden ist. „Hochspannung“ bezieht sich, wie vorstehend erwähnt, auf Spannungsniveaus, die 12-15 Volt übersteigen, z. B. 30-300 V oder mehr, abhängig von der Konfiguration des elektrischen Fahrmotors 20.
Das in 1 dargestellte Fahrzeug 10 beinhaltet die hinteren und vorderen Antriebsachsen 16R und 16F, die jeweils mechanisch mit den Antriebsrädern 18 gekoppelt sind. Das Motordrehmoment (Doppelpfeil T_M) kann über eine Transaxle-Anordnung 21 in der exemplarischen Ausführungsform von 1 an die vordere Antriebsachse 16F abgegeben werden, ohne auf eine derartige Konfiguration beschränkt zu sein. Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 12 stellt eine Allradfähigkeit bereit, wobei in der veranschaulichten exemplarischen Ausführungsform der Motor 15 mit der Hinterachse 16R und die elektrische Maschine 20 mit der Vorderachse 16F verbunden ist. Die Positionen des Motors 15 und der elektrischen Maschine 20 können in anderen Ausführungsformen umgekehrt werden, das heißt, wobei der Motor 15 mit der vorderen Antriebsachse 16F und die elektrische Maschine 20 mit der hinteren Antriebsachse 16R verbunden ist. Alternativ kann die elektrische Maschine 20 als Radnabenmotor ausgeführt sein, der auf den Antriebsrädern 18 der Antriebsachse 16F oder 16R angeordnet ist, die nicht mit dem Motor 15 gekoppelt sind. Der Motor 15 und die elektrische Maschine 20 sind voneinander entkoppelt, sodass das Motordrehmoment (Pfeil T_E) zum Laden des Batteriepacks 22 nicht zur Verfügung steht.
Das repräsentative Hybrid-Antriebsstrangsystem 12 von 1 kann ein Getriebe (T) 24 beinhalten, welches das Motordrehmoment (Pfeil T_E) empfängt und über eine Planetengetriebeanordnung (nicht dargestellt) auf die verbundene Antriebsachse, z. B. die Hinterachse 16R, überträgt. Obwohl zur besseren Veranschaulichung in 1 nicht aufgeführt, kann ein hydrodynamischer Drehmomentwandler oder eine Eingangskupplung und Dämpferanordnung zwischen dem Motor 15 und dem Getriebe 24 angeordnet werden, um den Motor 15 mit dem Getriebe 24 zu verbinden und von diesem zu trennen.
Der Motor 15 kann über eine Antriebsanordnung 28, dargestellt als Riemen- und Riemenscheibenanordnung, mit einer Lichtmaschine (ALT) 26 verbunden werden. Die Lichtmaschine 26 ist ein motorgetriebener elektrischer Generator. Im Generatormodus gibt die Lichtmaschine 26 eine Hilfsladespannung an die Plus- und Minuspole (+, -) einer Hilfsbatterie (B_AUX) 32 über einen Hilfsspannungsbus (V_AUX) aus, wobei der Betrieb der Lichtmaschine 26 einen Ladezustand der Hilfsbatterie 32 aufrechterhält und/oder bei Bedarf eine Hilfsspannung an die angeschlossenen Zusatzverbraucher 34 liefert, z. B. einen elektrischen Niederspannungsbus, verbundene Beleuchtungseffekte, Scheibenwischermotoren 13 oder Waschflüssigkeitspumpen, ein Unterhaltungssystem, usw.
In einigen Ausführungsformen kann das Batteriepack 22 als Hochspannungs-Energiespeichersystem, wie beispielsweise ein Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrid-Antriebsbatteriepack, ausgeführt sein. Die Hilfsbatterie 32 in einer derartigen Ausführungsform kann über ein Hilfsstrommodul (APM) 36, einen Gleichstrom-/Gleichstrom-(DC-DC)-Spannungswandler, der zum Reduzieren einer Busspannung aus dem Batteriepack 22 und dem Hochspannungsbus (V_HV) auf Hilfsniveaus geeignet zum Laden der Hilfsbatterie 32 oder zum Betreiben der Zusatzverbraucher 34 ist, elektrisch mit dem Batteriepack 22 verbunden sein.
Die Steuerung 14 ist programmiert, um Anweisungen auszuführen, die ein Verfahren 100 beinhalten, dessen Beispiel im Folgenden in Bezug auf die 2 und 3 ausführlich beschrieben wird. Die Steuerung 14 kann ein integraler Bestandteil oder ein separates Modul sein, das funktionsfähig mit anderen elektronischen Steuerungen oder Steuerungsprozessoren des Fahrzeugs 10 verbunden ist. Die Steuerung 14 kann einen Prozessor (P) und einen Speicher (M) beinhalten, d. h. einen flüchtigen und nicht-flüchtigen (z. B. greifbaren) Speicher, der an der Bereitstellung von Daten oder Anweisungen in einer Form teilnimmt, die von dem Prozessor (P) ausgelesen werden kann. Daten und Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien oder Übertragungsleitern übertragen werden, z. B. einem Controller Area Network Bus.
Beim Ausführen des Verfahrens 100 erkennt die Steuerung 14 den Betrieb des Fahrzeugs 10 auf einer Oberfläche mit einem niedrigen µ und verwendet die achsmomentbasierte Schlupfintegration als Auftakt zum Ausführen von Steuerungsaktionen im Antriebsstrang, wie nachstehend dargelegt. Das heißt, wenn ein Schlupf erkannt wird und über einen längeren Zeitraum andauert, führt die Steuerung 14 verschiedene Steuerungsaktionen oder Kombinationen derselben aus, um automatisch das zu steuern, was hierin als „Wettermodus“ bezeichnet wird. Beim Betrieb im Wettermodus wird die Energie/der Ladezustand des Batteriepacks 22 reserviert/konserviert und zur Unterstützung von Antriebs- und Traktionssteuerungszwecken zugewiesen, wobei die Versorgung anderer Hochspannungsfunktionen ausgeschlossen ist. Zu diesem Zweck empfängt die Steuerung 14 Steuereingaben und erzeugt verschiedene Steuerausgänge in Echtzeit, d. h. während des laufenden Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangsystems 12.
Wie nachstehend dargelegt, beinhaltet die Steuerung 14 ein Paar Schlupfintegratoren als Teil ihrer programmierten Logik, wobei für jede der vorderen und hinteren Antriebsachsen 16F und 16R ein separater Integratorwert berechnet wird. Die Integratorwerte ändern sich im Laufe der Zeit als Reaktion auf ein gemeldetes Achsdrehmoment (Pfeil T_AXL) des Fahrzeugs 10 und ein Traktionssteuerungssignal (Pfeil TC), das den Betrieb eines Traktionssteuerungssystems 19 ermöglicht, wobei das Traktionssteuerungssystem 19 bei Schlupferkennung ausgelöst oder aktiviert wird. Obwohl das Traktionssteuerungssystem 19 zur Veranschaulichung der Einfachheit schematisch dargestellt ist, werden diejenigen, die in der Kunst üblich sind, zu schätzen wissen, dass ein solches Traktionssteuerungssystem 19 automatisch Fahrzeugbremsen (nicht dargestellt) eines oder mehrerer der Antriebsräder 18 schalten kann, um die Radgeschwindigkeit zu reduzieren und den Radschlupf zu verringern und/oder die Zuordnung des Drehmoments vom Motor 15 und/oder der elektrischen Maschine 20 zu einem schlupfenden Antriebsrad 18 zu reduzieren. Die Steuerung 14 betrachtet somit den logischen Zustand eines derartigen Traktionssteuerungssystems 19, um zu bestimmen, wann mit der Änderung der Integratorwerte begonnen werden soll, wie nachstehend dargelegt. Zur Veranschaulichung ist die Steuerung 14 neben dem Antriebsstrangsystem 12 dargestellt. Um die offenbarten Funktionen auszuführen, kann die Steuerung 14 jedoch optional zwischen dem Batteriepack 22 und der elektrischen Maschine 20 positioniert werden, z. B. integriert in das PIM 29 oder als Motorsteuergerät oder separates Steuermodul.
Die Steuerung 14 ist konfiguriert, um die Integratorwerte der jeweiligen Vorder- und Hinterachsen 16F und 16R zusammenzufassen und daraus eine Integratorsumme abzuleiten. Als Reaktion auf die Integratorsumme, die einen kalibrierten Integratorschwellenwert überschreitet, führt die Steuerung 14 eine oder mehrere Steuerungsaktionen in Bezug auf das Hybrid-Antriebsstrangsystem 12 aus, einschließlich des Steuerns oder Änderns von Betriebsarten, möglicherweise einschließlich der Steuerung bestimmter Funktionen des Motors 15, wie nachstehend erläutert, und des Sparens von Energieniveaus oder des Ladezustands des Batteriepacks 22, um Traktions- und Antriebsfunktionen des Fahrzeugs 10 zu unterstützen. Die Steuerung 14 kann optional mehrere verschiedene Schwellenwerte zum Erhöhen der Schlupfintensität berücksichtigen und dann schrittweise verschiedene Steuerungsaktionen ausführen, die mit dem Überschreiten der jeweiligen Schwellenwerte verbunden sind.
Insbesondere bestimmt oder empfängt die Steuerung 14 das gemeldete Achsdrehmoment (Pfeil T_AXL), das Traktionssteuerungsstatussignal (Pfeil TC), die Fahrzeuggeschwindigkeit (Pfeil N₁₀) und möglicherweise ein Antiblockiersystem-Statussignal (Pfeil ABS) von einem ABS-System 17. Die Steuerung 14 kann optional zusätzliche Informationen empfangen, wie beispielsweise das Umgebungstemperatursignal (Pfeil TMP) von einem Umgebungstemperatursensor 11 und/oder wetterbezogene Informationen (Pfeil W), z. B. Straßenverhältnisse oder eine Geschwindigkeit des Scheibenwischermotors 13, wobei die Steuerung 14 unter Verwendung der zusätzlichen Informationen eine Steuerungsaktion möglicherweise ändert, z. B. das Abstimmen oder Einstellen eines Schlupfschwellenwerts in Echtzeit, wie nachfolgend dargelegt. Durch Ausführen des Verfahrens 100 erzeugt die Steuerung 14 Steuersignale (Pfeil CCo), die letztlich den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems 12 steuern, d. h. einen Betriebszustand des Systems 12 ändern. Eine spezielle Implementierung des Verfahrens 100 wird nun mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 beginnt das Verfahren 100 mit der Inbetriebnahme und Initialisierung der Steuerung 14 von 1 und fährt mit den Logikblöcken B102 und B104 fort. Die Logikblöcke B102 und B104, die jeweils mit dem Teilprozess A von 3 ausgeführt werden können, beinhalten das Einleiten eines entsprechenden Schlupfintegrators für die jeweiligen vorderen und hinteren Antriebsachsen 16F und 16R von 1, d. h. zwei Schlupfintegratoren, die jeweils einer bestimmten Antriebsachse 16F oder 16R entsprechen. Wie zu erkennen ist, ist der Begriff „Integrator“, wie er in einem logischen Regelkreis verwendet wird, ein logisches Element, das die Werte eines bestimmten Signalwertes über ein gegebenes Abtastzeitfenster integriert, d. h. akkumuliert oder summiert. Innerhalb der Steuerung 14 von 1 ist der akkumulierte Signalwert eine berechnete Schlupfverstärkung während der Schlupfphasen der Antriebsräder 18 auf einer Fahrbahnoberfläche mit einem niedrigen µ, z. B. mit einem durch das Traktionssteuerungssystem 19 von 1 bestimmten Schlupf. Die Integratoren werden in Echtzeit inkrementiert oder dekrementiert, basierend auf verschiedenen Bedingungen.
Ein möglicher Ansatz zum Implementieren der Logikblöcke B 102/B 104 ist der in 3 dargestellte Teilprozess A. Bei dem Logikblock B1 berechnet die Steuerung 14 von 1 einen Schlupfverstärkungswert (berechnet Ks) in Abhängigkeit von einem kalibrierten Schlupfschwellenwert und dem vorstehend aufgeführten gemeldeten Achsdrehmoment (Pfeil T_AXL von 1), wobei der kalibrierte Schlupfschwellenwert ein vorgegebener Drehmomentschwellenwert ist, unterhalb dessen ein Traktionssteuerereignis aktiv ist und der Schlupfintegrator schrittweise ansteigt. Der kalibrierte Schlupfschwellenwert kann in Abhängigkeit von Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit variieren (Pfeil N₁₀ von 1).
Das heißt: $K_{S} = ({Schlupfschwelle-T}_{AXL}) /Schlupfschwelle$
wobei der Schlupfverstärkungswert (Ks) positiv ist, wenn das gemeldete Achsdrehmoment, wie vorstehend als T_AXL dargestellt, kleiner als der kalibrierte Schlupfschwellenwert und negativ ist, wenn das gemeldete Achsdrehmoment einen derartigen Schwellenwert überschreitet, und wobei das Achsdrehmoment der Absolutwert des an die Steuerung 14 gemeldeten Achsdrehmomentwerts ist.
Der Logikblock B1 fährt mit dem Logikblock B2 fort, wobei die Steuerung 14 als nächstes bestimmt, ob der über den Logikblock B2 berechnete Schlupfverstärkungswert (Ks) Null oder höher ist, d. h. ob Ks ≥ 0 ist. Das Verfahren 100 fährt mit Logikblock B3 fort, wenn der Schlupfverstärkungswert gleich oder größer als Null ist. Der Logikblock B4 wird alternativ ausgeführt, wenn der Schlupfverstärkungswert negativ ist.
Die Logikverriegelung B3 kann das Bestimmen beinhalten, ob die Traktionssteuerung an Bord des Fahrzeugs 10 aktiv ist („TC = 1?“), d. h. unter Verwendung des in 1 dargestellten Traktionssteuerungs-Statussignals (Pfeil TC). Dieser Logikblock beinhaltet möglicherweise das Empfangen eines booleschen Werts oder WAHR/1 Bit-Flags vom Traktionssteuerungssystem 19, wobei ein derartiger Boolescher ein Indikator für ein solches Traktionssteuerungssystem 19 ist, das den Schlupf über automatische Achsdrehmomentänderungen aktiv steuert. Der Logikblock B3 fährt mit dem Logikblock B4 fort, wenn die Traktionssteuerung aktiv ist. Bei inaktiver Traktionssteuerung wird jedoch ein Nullwert an den Knoten 40 weitergeleitet.
Der Logikblock B4 beinhaltet das Modifizieren des Werts des Schlupfintegratorwertes (INT) für eine bestimmte der Antriebsachsen 16F oder 16R um den Betrag des Schlupfverstärkungswerts (K_S) aus dem Logikblock B1 („INT = INT + K_S“), bevor mit dem Block B5 begonnen wird. Basierend auf dem Vorzeichen des Schlupfverstärkungswerts (K_S) wird der Integrator entsprechend erhöht oder verringert.
Am Logikblock B5 bestimmt die Steuerung 14 als nächstes, ob der Schlupfintegratorwert einen negativen Wert („INT < 0?“) aufweist. Die Steuerung 14 fährt mit dem Logikblock B6 fort, wenn der Integratorwert negativ ist. Wenn der Schlupfintegrator einen Null- oder positiven Wert aufweist, wird dieser Wert dem Knoten 40 zugeführt.st.
Der Logikblock B6 beinhaltet das Einstellen des Schlupfintegratorwerts auf Null („INT = 0“) und die anschließende Übergabe dieses Wertes an den Knoten 40.
Bei Knoten 40 von 3 geben die Logikblöcke B3, B5 und B6 den Wert der Integratoren für ein bestimmtes Zeitfenster aus („**“). Der logische Ablauf der Blöcke B102/B104 stellt sicher, dass der Schlupfintegratorwert insbesondere bei aktiver Traktionssteuerung erhöht (in positiver Richtung erhöht) wird und das gemeldete Achsdrehmoment unter einem kalibrierten Schlupfschwellenwert liegt. Der Schlupfintegrator verringert, d. h. zählt abwärts, wenn das gemeldete Achsdrehmoment den kalibrierten Schlupfschwellenwert überschreitet, wodurch eine ausreichende Traktion als gegeben gilt.
In einer möglichen Ausführungsform können die Integratoren für die Antriebsachsen 16F und 16R auf positive Werte (einschließlich Null) begrenzt werden, wobei die Integratoren auch einen Maximalwert aufweisen. Das heißt, bei längeren Traktionsereignissen in Anwesenheit von Schlupf, ohne dass ein derartiger Maximalwert als Begrenzung für die Integratoren vorhanden ist, kann es unerwünscht lange dauern, bis die Integratoren abwärts zählen/verringern, wenn sich die Straßenverhältnisse schließlich so weit verbessern, dass das Traktionssteuerungssystem 19 deaktiviert wird. Somit kann das Verfahren 100 das Begrenzen des Integratorwerts auf ein kalibriertes Maximum beinhalten.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 empfängt der Logikblock B106 die Ausgaben von Teilprozess A der Integratoren für die jeweiligen vorderen und hinteren Antriebsachsen 16F und 16R und addiert die Werte der beiden Integratoren, bevor er zu Logikblock B108 übergeht.
Am Logikblock B108 bestimmt die Steuerung 14 von 1 als nächstes, ob die Summe aus dem Logikblock B106 einen oder mehrere kalibrierte Integratorsummenschwellenwerte überschreitet. Block 108 kann optional die Verwendung mehrerer verschiedener Schwellenwerte mit zunehmender Schlupfdichte beinhalten, wobei verschiedene Steuerungsaktionen möglicherweise an die jeweiligen Schwellenwerte gebunden sind. Das Verfahren 100 geht über zu Logikblock B110, wenn keiner der Schwellenwerte überschritten wird. Block B112 wird alternativ ausgeführt, wenn einer oder mehrere dieser Schwellenwerte überschritten werden.
Der Block B110, der erreicht wird, wenn die Summe aus dem Logikblock B106 einen oder mehrere der Summierschwellenwerte des kalibrierten Integrators nicht überschreitet, kann das automatische Deaktivieren des Betriebs im Wettermodus und danach das Zurücksetzen auf einen nominalen Betriebszustand des Antriebsstrangs beinhalten. Ein „nominaler“ Betriebszustand des Antriebsstrangs kann beispielsweise das Ausführen eines „Kraftstoffeinsparungsmodus“ beinhalten, in dem die Steuerung 14 und/oder ein dediziertes Hybridsteuermodul Energie dem Antriebsbatteriepack 22 zum Betreiben der elektrischen Maschine 20 sowie anderen Hochspannungskomponenten, wie dem APM 36 von 1 und/oder den anderen Hochspannungszubehörteilen, zuweist und von diesem ableitet, z. B. nach dem Kostenmodell, das den Verbrauch fossiler Brennstoffe durch den Motor 15 minimiert.
Block B112 beinhaltet das Ausführen einer Steuerungsaktion in Bezug auf den Antriebsstrang 12 von 1. Dies kann das automatische Aktivieren des Wettermodus, wie vorstehend erwähnt, zum Einsparen von Hochspannungsbatterieleistung beinhalten, die ausschließlich zur Unterstützung von Traktionssteuerungsereignissen, d. h. zum Bereitstellen eines elektrischen Antriebs, verwendet wird. Als Reaktion auf das Aktivieren des Wettermodus kann die Steuerung 14 verschiedene Steuerungsaktionen basierend auf dem im Block B108 bestimmten Schweregrad ausführen, z. B. hoher, mittlerer oder niedriger Schweregrad basierend auf der Größe oder dem Betrag, um den der Schlupfintegratorwert den Integratorschwellenwert überschreitet.
Die exemplarischen Steuerungsaktionen, die auf den autonomen Eintritt in den Wettermodus reagieren, sind spezifisch für die Konfiguration des Hybrid-Antriebsstrangsystems 12, mit dem das Verfahren 100 verwendet wird. Als Beispiel und nicht als Einschränkung und unter Verwendung des exemplarischen Hybrid-Antriebsstrangsystems 12 von 1 als Referenz kann die Steuerung 14 die Start-Stopp-Funktion des Motors 15 vorübergehend deaktivieren. Die Steuerung 14 kann auch einen Soll-Ladezustand des Batteriemoduls 22 von einem im Normalbetrieb, d. h. bei nicht aktivem Wettermodus, verwendeten Standardladezustand erhöhen. Wenn beispielsweise ein standardmäßiger Soll-Ladezustand etwa 50-60 Prozent eines maximalen Ladezustands beträgt, kann der Logikblock B112 eine Erhöhung des Soll-Ladezustands um mindestens 30 Prozent beinhalten, z. B. bis zu 65-78 Prozent Ladezustand in einer möglichen Ausführungsform. Ein derart erhöhter Soll-Ladezustand kann beibehalten werden, bis die Steuerung 14 während der Ausführung des Verfahrens 100 schließlich den Wettermodus verlässt.
Andere mögliche Steuerungsaktionen beinhalten das Deaktivieren des aktiven Kraftstoffmanagements (AFM) des Motors 15. Ein Beispiel für diese Art von Funktionalität ist die Anweisung zur aktiven Zylinderabschaltung während der Fahrt, bei der einige Zylinder des Motors 15 von 1 nicht gezündet werden, um den Kraftstoffverbrauch zu senken.
Ebenfalls möglich ist das automatische Abschalten der Logik für niedrige Drosselklappen-/Pedalspitzen, d. h. eine vorübergehende Zeitspanne der elektrischen Unterstützung während Zeiten der leichten Drosselklappe, in der das Motordrehmoment (Doppelpfeil T_M) der elektrischen Maschine 20 von 1 in positiver Richtung (d. h. als Motordrehmoment) während einer vorübergehenden Verzögerung oder Verzögerung der Drehmomentantwort des Motors 15 gesteuert werden kann. Die Steuerung 14 kann auch das APM 36 von 1 deaktivieren oder zumindest die Ausgangsleistung des APM 36 begrenzen, um die Zuordnung von Energie aus dem Batteriepack 22 zur elektrischen Maschine 20 für die Dauer des Betriebs im Wettermodus zu priorisieren. Dies kann das vorübergehende Betreiben der Hilfsstromversorgung 34 über den Motor 15 und die Lichtmaschine 26 von 1 und nicht über das APM 36 beinhalten.
Als Teil der Bandbreite der möglichen Steuerungsaktionen, die im Rahmen des Logikblocks B112 vorgesehen sind, kann die Steuerung 14 von 1 eine Durchladestrategie des Batteriepacks 22 ändern. Diese Maßnahme kann als Reaktion auf einen Schwellenwert erfolgen, bei dem ein Traktionssteuerungsereignis für den positiven Schlupf der Primärachse, d. h. der Hinterradantriebsachse 16R im nicht begrenzenden Beispiel von 1, eintritt. Ein derartiges Manöver kann dazu beitragen, den verfügbaren Ladezustand des Batteriepacks 22 zu maximieren, wenn ein Schlupf der Primärachse, z. B. der Hinterachse 16R, nicht aktiv ist. Mit anderen Worten, eine mögliche Steuerungsaktion stellt sicher, dass die Summe aus Ladedrehmoment und Primärachsdrehmoment auf den Schlupfschwellenwert für die Primärachse begrenzt wird. Diese und andere mögliche Steuerungsaktionen können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen werden.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen unterstützen und beschreiben die Offenbarung, der Umfang der Offenbarung wird jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der Offenbarung in den angehängten Ansprüchen. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Hybrid-Antriebsstrangsystems eines Fahrzeugs auf einer Oberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten, wobei das Hybrid-Antriebsstrangsystem ein Traktionssteuerungssystem, erste und zweite Antriebsachsen, die jeweils mit einem entsprechenden Satz Antriebsräder verbunden sind, einen Verbrennungsmotor, der mit der ersten Antriebsachse verbunden ist, eine elektrische Maschine, die mit der zweiten Antriebsachse verbunden und von dem Verbrennungsmotor entkoppelt ist, und ein Hochspannungs-Batteriepack, das mit der elektrischen Maschine verbunden ist, beinhaltet, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ansammeln des Schlupfes der Antriebsräder auf der Oberfläche mit niedrigem Reibungskoeffizienten über eine Steuerung unter Verwendung eines Paares von Schlupfintegratoren, die jeweils einen Integratorwert für eine entsprechende der ersten und zweiten Antriebsachsen aufweisen, wobei die Menge der Schlupfänderung als Reaktion auf ein gemeldetes Achsdrehmoment und ein Freigabesignal des Traktionssteuerungssystems erfolgt; Addieren des Integratorwerts für die erste Antriebsachse zu dem Integratorwert für die zweite Antriebsachse, um eine Integratorsumme abzuleiten; und als Reaktion auf die Integratorsumme, die einen kalibrierten Integratorschwellenwert überschreitet, Ausführen einer Steuerungsaktion in Bezug auf das Hybrid-Antriebsstrangsystem über die Steuerung, einschließlich des automatischen Ausführens eines Wettermodus, in dem der Energieverbrauch des Hochspannungs-Batteriepacks für die Traktionssteuerung und den Antrieb des Fahrzeugs reserviert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Berechnen eines Schlupfverstärkungswerts in Abhängigkeit vom gemeldeten Achsdrehmoment und einem kalibrierten Schlupfschwellenwert, wobei der Schlupfverstärkungswert positiv ist, wenn das gemeldete Achsdrehmoment kleiner oder gleich dem kalibrierten Schlupfschwellenwert ist; und Erhöhen der Integratorwerte um einen Betrag des Schlupfverstärkungswerts, wenn das Freigabestatussignal ein Boolean 1 oder WAHR ist und der Schlupfverstärkungswert negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Hybrid-Antriebsstrangsystem eine Hilfsstromversorgung und eine motorgetriebene Lichtmaschine beinhaltet, und wobei die Steuerungsaktion das temporäre Antreiben der Hilfsstromversorgung ausschließlich über die motorgetriebene Lichtmaschine beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Fahrzeug einen Scheibenwischermotor beinhaltet, wobei das Verfahren ferner das Einstellen des kalibrierten Schlupfschwellenwerts in Echtzeit als Reaktion auf eine Geschwindigkeit des Scheibenwischermotors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Fahrzeug einen Umgebungstemperatursensor beinhaltet, wobei das Verfahren ferner das Einstellen des kalibrierten Schlupfschwellenwerts in Echtzeit als Reaktion auf ein Temperatursignal des Umgebungstemperatursensors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die ersten und zweiten Antriebsachsen eine Hinterachse bzw. eine Vorderachse sind.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Steuerungsaktion das Erhöhen eines Ladezustands-Sollschwellenwerts des Batteriepacks von einem Standardniveau um mindestens 30 Prozent beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Steuerungsaktion das vorübergehende Deaktivieren der zusätzlichen Start-Stopp-Funktionalität des Verbrennungsmotors beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Steuerungsaktion das Deaktivieren der aktiven Kraftstoffmanagement-Funktionalität des Motors beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Steuerungsaktion das automatische Deaktivieren der niedrigen Drosselklappenkipplogik beinhaltet, wobei die niedrige Drosselklappenkipplogik eine vorübergehende Periode der elektrischen Unterstützung durch den elektrischen Fahrmotor während einer vorübergehenden Verzögerung oder Verzögerung der Drehmomentreaktion durch den Motor ist.