DE102019115444A1

DE102019115444A1 - Elektrisches Hybrid-Antriebsstrangsystem mit E-Zubehör-Antrieb und zugehöriger Leistungsaustauscharchitektur

Info

Publication number: DE102019115444A1
Application number: DE102019115444.8A
Authority: DE
Inventors: Norman K. Bucknor; Madhusudan Raghavan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US10676079B1; US20200180596A1; CN111284320A; CN111284320B

Abstract

Ein elektrisches Hybrid-Antriebsstrangsystem beinhaltet ein Getriebe, einen Motor, e-Zubehör, primäre und sekundäre elektrische Maschinen und eine Steuerung. Das e-Zubehör wird durch den sekundären Elektromotor al Reaktion auf einen Zubehör-Drehmomentbedarf angetrieben. Der Motor und der primäre Elektromotor sind mit dem Getriebe verbunden und eigenständig oder kombiniert konfiguriert, um Eingangsantriebsmoment für das Getriebe bereitzustellen. Der sekundäre Elektromotor ist mit dem e-Zubehör verbunden und erfüllt den Zubehör-Drehmomentbedarf. Eine erste Kupplung zwischen der sekundären Elektromaschine und einem Getriebeantriebselement verbindet die sekundäre Elektromaschine mit dem Antriebselement. Die Steuerung führt als Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung eine Leistungsverteilungsstrategie unter Verwendung einer Zielkostenfunktion aus, die das Motordrehmoment, das primäre Motordrehmoment und das sekundäre Motordrehmoment dem Antriebselement zuordnet, um die Ausgangsdrehmomentanforderung zu erfüllen, während die Zubehör-Drehmomentanforderung über den sekundären Elektromotor erfüllt wird.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Leistungsverteilungsarchitekturen und Steuerstrategien zur Verwendung mit hybridelektrischen Antriebssträngen verschiedener Konfigurationen. Hybrid-Elektroantriebsstränge verwenden mehrere unterschiedliche Drehmomentquellen, um Antriebsmoment zu erzeugen und zu einer gekoppelten Last zu übertragen. So können beispielsweise ein Verbrennungsmotor und ein elektrischer Fahrmotor ein Antriebsdrehmoment an ein Planetengetriebe liefern, wobei ein Abtriebselement des Getriebes mit der angetriebenen Last gekoppelt ist. Motor und Motordrehmoment können in Echtzeit zugeordnet werden, um die vom Bediener angeforderten oder autonom angeforderten Ausgangsdrehmomentniveaus zu erfüllen. Hybrid-Elektroantriebsstränge können auch Klimaanlagenkompressoren und verschiedene andere Hochspannungs-Zubehörteile beinhalten, die über einen Hauptvortriebsbatterie-Pack über einen Gleichspannungsbus angetrieben werden. Ein hybridelektrischer Antriebsstrang kann die Kraftstoffeffizienz und die Abtriebsdrehmomentreaktion relativ zu einem Antriebssystem verbessern, das ausschließlich auf die Verbrennung fossiler Brennkraftstoffe beruht.
KURZDARSTELLUNG
Ein hybridelelektrisches Hybrid-Antriebsstrangsystem und zugehörige Leistungsverteilungssteuerstrategien werden hierin offenbart. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Antriebsstrangsystem eine Antriebsachse, die mit einer angetriebenen Last gekoppelt ist, z. B. einem Satz von Straßenrädern eines Kraftfahrzeugs, wobei die Kupplung über ein Planetengetriebe erfolgt. Das Antriebsstrangsystem beinhaltet auch primäre und sekundäre Elektromotoren, ein elektromotorbetriebenes mechanisches Zubehör („e-Zubehör“), mindestens eine Kupplung und eine Steuerung. Der primäre Elektromotor stellt ein Motordrehmoment an einen Antriebsstrang des Antriebsstrangsystems zum Antreiben der angetriebenen Last bereit. Als seine Kernfunktion in dem offenbarten Antriebsstrangsystem liefert der sekundäre Elektromotor ein Zubehör-/sekundäres Motordrehmoment auf einem Niveau, das zum Antrieb des e-Zubehörs ausreichend ist. Das Antriebsstrangsystem kann auch einen Verbrennungsmotor beinhalten, der allein oder in Verbindung mit dem primären Elektromotor ein Antriebsdrehmoment für das Getriebe bereitstellt. Somit beziehen sich „Haupt“ und „Primär“ auf die Bereitstellung des Antriebsstrangdrehmoments, während der Begriff „sekundär“ die selektive Bereitstellung des zusätzlichen Antriebsstrang-Drehmoments, wenn erforderlich, bis zu einem Niveau, das nach dem Erfüllen der Drehmomentanforderungen des e-Zubehörs verfügbar ist, bezeichnet.
Wie nachfolgend näher beschrieben, implementiert die Steuerung selektiv die oben erwähnte Leistungsverteilungsstrategie durch selektives Verbinden der sekundären Elektromaschine mit dem Antriebsstrang, um das Eingangsdrehmoment zu erhöhen. Somit wird das Antriebsdrehmoment zum Getriebe in Echtzeit in Abhängigkeit von (1) Motordrehmoment, wenn verfügbar, und (2) primären und sekundären Motordrehmomenten, abzüglich (3) einem erforderlichen Betrag aus Zubehördrehmoment oder Zubehörlast, bestimmt. Die Echtzeit-Zuordnung von Drehmoment vom Motor und Elektromotoren zum Antriebsstrang wird über eine Zielkostenfunktion bestimmt. Ein Ziel der Kostenfunktion kann durch einen Bediener wählbar oder vorprogrammiert sein. So kann beispielsweise das Ziel die Maximierung der Kraftstoffeffizienz sein oder das Ziel kann die Verlängerung der Batterieleistung oder der Lebensdauer sein. Abhängig vom Gesamtbetriebszustand des Systems kann jeder Elektromotor ein positives, negatives oder Null-Motordrehmoment liefern.
Ein Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem gemäß einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Getriebe, einen Verbrennungsmotor, ein e-Zubehör, primäre und sekundäre elektrische Maschinen und eine Steuerung. Das Getriebe weist ein Antriebselement und ein Ausgangselement auf, wobei das Ausgangselement mit einer Last wie z. B. den Antriebsrädern verbunden ist. Das e-Zubehör wird über ein sekundäres Motordrehmoment in Reaktion auf einen Zubehör-Drehmomentbedarf angetrieben. Der Motor und der primäre Elektromotor sind mit dem Antriebselement verbunden und sind eigenständig oder in Kombination konfiguriert, um Eingangsantriebsmoment für das Antriebselement bereitzustellen. Der sekundäre Elektromotor ist mit dem e-Zubehör verbunden und erfüllt den Zubehör-Drehmomentbedarf über das sekundäre Motordrehmoment. Eine erste Kupplung verbindet, wenn sie geschlossen ist, die sekundäre Elektromaschine und das Antriebselement.
Die Steuerung ist als Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung konfiguriert, um eine Leistungsverteilungsstrategie unter Verwendung einer Zielkostenfunktion auszuführen. Die Kostenfunktion ordnet einen entsprechenden Beitrag des Motordrehmoments, des primären Motordrehmoments und des sekundären Motordrehmoments zum Antriebsglied zu, um die Ausgangsdrehmomentanforderung und gleichzeitig den Zusatzdrehmomentbedarf über den sekundären Elektromotor zu erfüllen.
Das e-Zubehör kann als Klimaanlagenkompressor ausgeführt sein.
Ein erstes endloses Antriebselement kann verwendet werden, um den sekundären Elektromotor über die erste Kupplung mit dem Antriebselement zu verbinden, wenn die erste Kupplung geschlossen ist. Der primäre Elektromotor kann kontinuierlich mit dem Antriebselement über ein derartiges erstes endloses Antriebselement verbunden sein.
Eine zweite Kupplung kann zwischen dem Motor und dem Antriebselement angeordnet sein.
Ein zweites endloses Antriebselement in einer derartigen Ausführungsform ist kontinuierlich mit dem primären Elektromotor und über die zweite Kupplung selektiv mit dem Verbrennungsmotor verbunden. Eine dritte Kupplung verbindet selektiv das erste Endantriebselement und den sekundären Elektromotor mit dem Motor. Ein zweites endloses Antriebselement und eine zweite Kupplung können in geschlossenem Zustand verwendet werden, um den Motor mit dem ersten endlosen Antriebselement zu verbinden.
Die Steuerung kann die erste Kupplung über Kupplungssteuersignale öffnen und das e-Zubehör über den sekundären Elektromotor in Reaktion darauf betreiben, dass sich der Verbrennungsmotor in einem Aus-Zustand befindet.
Die Zielkostenfunktion kann eine dreistufige Optimierungssuche auf dem Motordrehmoment, dem primären Motordrehmoment und dem sekundären Motordrehmoment sein.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung konfiguriert, um eine verfügbare Menge des sekundären Motordrehmoments als Differenz zwischen einer maximalen Drehmomentkapazität des sekundären Elektromotors und dem Zubehör-Drehmomentbedarf abzuleiten und um die erste Kupplung anzuweisen, sich zu schließen, wenn die verfügbare Menge des sekundären Motordrehmoments einen Schwellenwert überschreitet.
Die Steuerung kann optional ein angefordertes Ziel der Zielkostenfunktion empfangen und den jeweiligen Beitrag des Motordrehmoments, des primären Motordrehmoments und des sekundären Motordrehmoments unter Verwendung des angeforderten Ziels zuweisen und damit z. B. die gesamte erforderliche elektrische Leistung des Hybrid-Elektroantriebssystems minimieren.
Hierin ist auch ein Leistungsaustauschverfahren zur Verwendung mit dem oben erwähnten Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem offenbart. Das Verfahren kann das Bereitstellen eines sekundären Motordrehmoments an das e-Zubehör über den sekundären Elektromotor bei einem Niveau, das ausreichend ist, um einen Zusatzdrehmomentbedarf des e-Zubehörs zu erfüllen, und das Empfangen einer Ausgangsdrehmomentanforderung über eine Steuerung beinhalten.
Das Verfahren in dieser Ausführungsform beinhaltet auch, das Schließen einer ersten Kupplung über die Steuerung als Reaktion auf ein Signal des Leistungsaustauschmodus, um dadurch den sekundären Elektromotor mit einem Antriebselement des Getriebes zu verbinden, und das Zuordnen eines entsprechenden Drehmomentbeitrags von dem Motor, der primären Elektromaschine und der sekundären elektrischen Maschine über die Steuerung, um die Ausgangsdrehmomentanforderung zu erfüllen, während der Zubehör-Drehmomentbedarf erfüllt wird.
Die vorstehend beschriebene Zusammenfassung soll nicht jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr soll die vorstehende Zusammenfassung einige der hierin offenbarten neuartigen Aspekte und Merkmale exemplarisch veranschaulichen. Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Kraftfahrzeugs mit einem Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem, das, wie hierin beschrieben, eine Leistungsverteilungssteuerstrategie bereitstellt.
2 ist ein Diagramm der Leistungskurven der primären und sekundären elektrischen Maschinen des in 1 dargestellten exemplarischen Antriebsstrangsystems, wobei die elektrische Maschinenleistung auf der vertikalen Achse und die Elektromotordrehzahl auf der horizontalen Achse dargestellt sind.
3A und 3B sind schematische Darstellungen einer exemplarischen Leistungsverteilungsarchitektur.
4 ist eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des in den 3A und 3B dargestellten hybriden elektrischen Antriebsstrangsystems.
4A und 4B sind schematische Darstellungen alternativer Konfigurationen der Leistungsverteilungsarchitektur von 4.
5 ist eine schematische Darstellung einer Leistungsverteilungsarchitektur gemäß einer exemplarischen Doppelriemenausführungsform.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Leistungsaustauschverfahren zur Verwendung mit den verschiedenen Antriebsstrangsystemen der vorliegenden Offenbarung beschreibt.
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Optimierungsunterroutine beschreibt, die als Teil des Verfahrens von 6 verwendbar 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
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein exemplarisches Hybrid-Antriebsstrangsystem 10 mit einem Verbrennungsmotor („Eng“) 12, einem Getriebe („Trans“) 14 und einer Steuerung (C) 50. Zusammen mit dem Motor 12 ist eine Haupt-/Primärelektromaschine (MGU-A) 20 mit einer Eingangsseite des Getriebes 14, z. B. Antriebselement 133 von 4, verbunden, wobei verschiedene alternative Anordnungen in den 3A-5 dargestellt sind, wie unten dargelegt. Eine sekundäre elektrische Maschine 22 (MGU-B) ist ebenfalls im Antriebsstrangsystem 10 enthalten, wobei die Zubehör-Antriebsfunktion der sekundären elektrischen Maschine 22 im Folgenden beschrieben ist.
Die Steuerung 50 ist konfiguriert, um selektiv eine Leistungsverteilungsstrategie in Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung zu implementieren, wobei die Strategie als ein computerausführbares Verfahren 100 ausgeführt ist. Die Steuerung 50 verwendet somit eine Zielkostenfunktion, die es der Steuerung 50 ermöglicht, einen entsprechenden Drehmomentbeitrag der primären elektrischen Maschine 20, des sekundären Elektromotors 22 und des Motors 12 als Eingangsdrehmoment an das Getriebe 14 zu bestimmen und zuzuordnen. Als Teil des Verfahrens 100 kann die Steuerung 50 ein angefordertes Ziel der Zielkostenfunktion empfangen, z. B. Maximieren des Leistungsausflusses, Maximieren der Batterielebensdauer oder Kraftstoffeinsparung usw. und Auswählen einer Zuordnung, die das angewiesene Ziel erfüllt. Bei drei exemplarischen Drehmomentquellen kann die Steuerung 50 beispielsweise eine dreistufige Optimierungssuche nach Motordrehmoment, Primärmotordrehmoment und sekundärem Motordrehmoment verwenden.
Die Steuerung 50 kann als einer oder mehrere digitale Computer mit einem Mikroprozessor oder einer zentralen Verarbeitungseinheit als der Prozessor (P) und anwendungsgerechten Niveaus von Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, elektrisch programmierbarem Nur-Lese-Speicher und anderem Speicher (M) ausgeführt sein. Zusätzlich kann die Steuerung 50 auch einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, analog-zu-digitale und digital-zu-analoge Schaltkreise, Input-Output-Schaltkreise und -Geräte sowie geeignete Signalkonditionierungs- und Impedanzwandler-Schaltkreise umfassen.
Das hybridelektrische Hybrid-Antriebsstrangsystem 10 kann als Teil eines Kraftfahrzeugs 15 verwendet werden, wie dargestellt, z. B. ein Kraftfahrzeug mit einem Satz Antriebsräder 16, die mit einer Antriebsachse 18 auf einer Abtriebsseite des Getriebes 14 verbunden sind, sich um eine Achse 11 drehen und somit als treibende Last fungieren. In anderen Ausführungsformen als das dargestellte Kraftfahrzeug 15 kann die angetriebene Last die Form einer Gelenkwellenanordnung eines Wasserbehälters oder eines Flugzeugs, von Flanschrädern eines Zugs oder eines anderen Schienenfahrzeugs usw. annehmen, und daher soll das exemplarische Kraftfahrzeug 15 veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Jedes Antriebsrad 16 oder eine andere hierin betrachtete angetriebene Last wird über Motordrehmoment von dem primären Elektromotor 20 und/oder dem Motor 12 angetrieben, wobei eine solche Drehmomentkombination zeitweise durch Motordrehmoment von dem sekundären Elektromotor 22 in einer Weise unterstützt oder ergänzt wird, die durch die Steuerung 50 gemäß dem Verfahren 100 bestimmt wird.
Der sekundäre Elektromotor 22 ist verbunden mit und treibt somit eine Zusatzkomponente (e-Zubehör) 24 an, beispielsweise einen Klimaanlagenkompressor. Hier bezieht sich das Präfix „e“, wie es in „e-Zubehör“ verwendet wird, auf eine mechanische Vorrichtung, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Eine Kupplung 25, wie eine mechanische Reibscheibenkupplung, eine elektromagnetische Kupplung oder eine sich drehende Einwegkupplung, kann zwischen dem sekundären Elektromotor 22 und der Eingangsseite des Getriebes 14 angeordnet sein und geschlossen werden, um den sekundären Elektromotor 22 selektiv mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs 15 zu verbinden, wie nachfolgend beschrieben. In Bezug auf die relative Leistungsfähigkeit kann der primäre Elektromotor 20 mindestens das 3 - 4-fache der Leistung, die vom sekundären Elektromotor 22 ausgegeben wird, mit exemplarischer Leistungsabgabe von etwa 15 Kw oder mehr für den primären Elektromotor 20 und etwa 5 Kw oder mehr für den sekundären Elektromotor 22 ausgeben. Leistungsfluss zu und von den jeweiligen primären und sekundären Elektromaschinen 20 und 22 wird in Echtzeit durch die Steuerung 50 verwaltet, wobei die Steuerung 50 Eingangssignale empfängt (CC_I ) und in Reaktion auf den Betrieb des Antriebsstrangsystems 10 auf solche Eingangssignale (CC)_I) einen Satzes von Steuersignalen (CC)_O) erzeugt.
Obwohl der Einfachheit halber aus 1 weggelassen, werden die primären und sekundären Elektromaschinen 20 und 22 über ein Batterie-Pack (nicht dargestellt) mit einer anwendungsspezifischen Anzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Zellen einer anderen geeigneten Batteriechemie versorgt. Wenn die jeweiligen primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 als mehrphasige elektrische Maschinen ausgeführt sind, ist ein derartiges Batterie-Pack über ein Wechselrichtermodul verbunden, das eine Gleichspannung vom Batterie-Pack und einen verbundenen Gleichspannungsbus in eine mehrphasige Spannung invertiert, die zum Erregen einzelner Phasenwicklungen der elektrischen Maschine(n) 20 bzw. 22 geeignet ist.
In dem exemplarischen Hybrid-Antriebsstrangsystem 10 aus 1 können einige Betriebsarten mit dem Motor 12 in einem Aus-/ohne-Kraftstoff-Zustand realisiert werden. Da der Motor 12 nicht mit Kraftstoff versorgt wird, ist das Motordrehmoment vom Motor 12 nicht als Eingangsdrehmoment für das Getriebe 14 verfügbar. Der sekundäre Elektromotor 22 kann verwendet werden, um das e-Zubehör 24 während eines solchen Betriebsmodus zu versorgen. Zusätzlich kann die Steuerung 50 für eine verbesserte Effizienz hinsichtlich verringerter Bauraum- und Auspuffrohremissionen die vorliegende Leistungsverteilungsstrategie über die Ausführung des Verfahrens 100 implementieren, um den sekundären Elektromotor 22 selektiv mit dem Antriebsstrang zu verbinden, z. B. über den Betrieb der Kupplung 25, wodurch ein sekundäres Motordrehmoment von dem sekundären Elektromotor 22 das Antriebsdrehmoment vom Motor 12 und/oder dem primären Elektromotor 20 an das Getriebe 14 selektiv erhöhen kann. Diese Aktion verbessert möglicherweise die vorübergehende Drehmomentreaktion oder Drehmomentqualität, wenn sie in Kombination mit dem Drehmoment aus dem Motor 12 und/oder dem primären Elektromotor 20 verwendet wird.
Als Teil des vorliegenden Verfahrens 100 kann das e-Zubehör 24 selektiv mit dem Antriebsstrang über das Schließen der Kupplung 25 gekoppelt sein. Die relative Position der Kupplung 25 im Antriebsstrangsystem 10 kann mit der speziellen Architektur des Antriebsstrangsystems 10 variieren. Das e-Zubehör 24 bleibt unabhängig steuerbar und kann somit betrieben werden, wenn das Fahrzeug 10 stationär ist, oder wann immer der Betrieb des e-Zubehörteils 24 anderweitig derartigen Betrieb erfordert. Zusätzlich ist die duale Verwendung des sekundären Elektromotors 22 für den Antrieb des Fahrzeugs 15 und zum Antreiben des e-Zubehörs 24 aktiviert, was wiederum die Kraftstoffeinsparung ohne zusätzliches Gewicht, Bauraum und Komplexität verbessert, ohne dass der primäre Elektromotor 20 vom Antriebsstrang entkoppelt werden muss.
2 veranschaulicht einen exemplarischen Satz von Leistungskurven 30, die einen potenziellen Vorteil der vorliegenden Leistungsverteilungsstrategie in Bezug auf die Motoreckgeschwindigkeit darstellt, d. h. einen Drehmomentdrehzahlbetriebspunkt, bei dem ein bestimmter Motor seine Spitzenleistung erreicht. Unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens 100 kann der sekundäre Elektromotor 22 mit einer Eckdrehzahl versehen sein, die sich von der des primären Elektromotors 20 unterscheidet, wobei der primäre Elektromotor 20 die entsprechende durch die Kurve 32 angegebene Leistungskurve aufweist. Spur 39 ist eine Leistungskurve des sekundären Elektromotors 22 mit einer Eckdrehzahl, die mit der Spur 32 zusammenfällt. Die Kurve 36 ist die resultierende Leistungskurve der primären und sekundären elektrischen Maschinen 20 und 22, die als die gleiche Eckgeschwindigkeit arbeiten, d. h. eine resultierende Kurve, die durch Addieren der Größen der Spuren 32 und 33 abgeleitet wird. Zone 37 zeigt einen Bereich, in dem die Drehmomentabgabe an den Antriebsstrang unter Verwendung der sekundären Elektromaschine 22 optimiert werden kann, allerdings aufgrund der scharfen Trajektorie über einen begrenzten Geschwindigkeitsbereich der Zone 37.
Das selektive Verbinden der sekundären elektrischen Maschine 22 mit dem Antriebsstrang, wenn sie mit einer unterschiedlichen Eckgeschwindigkeit und einer übereinstimmenden Leistungskurve konfiguriert ist, wie durch die Kurve 34 angezeigt, und das unabhängige Steuern der sekundären Elektromaschine 22, wodurch eine resultierende Spur 35 mit der Zone 137 erzeugt wird. Zone 137 weist im Vergleich zu Zone 37 mit seinen übereinstimmenden Eckgeschwindigkeiten ein erweitertes/flacheres Profil auf. Eine Leistungsimplikation des Innenprofils der Zone 137 besteht darin, dass eine größere Gelegenheit existiert, eine Leistungskurve der kombinierten primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 unter Verwendung der vorliegenden Leistungs-Sharing-Strategie anzupassen, um die Drehmomentabgabe über einen breiteren Geschwindigkeitsbereich besser zu optimieren.
3A und 3B veranschaulichen ein schematisches Layout für die Implementierung der vorliegenden Leistungsverteilungsstrategie, wobei das Layout der 3A und 3B schematisch und nicht maßstabsgetreu ist. Ein Rotor 20R des primären Elektromotors 20 ist direkt mit einem Antriebsriemen 40 oder einem anderen endlosen Antriebselement über eine Riemenscheibe 28 verbunden. Wie hierin verwendet, bezieht sich „endloses Antriebselement“ auf eine kontinuierliche Schleife des Riemens, der Kette oder eines anderen Materials in Antriebseingriff mit der Riemenscheibe 28. In 3A verbindet der Antriebsriemen 40 den sekundären Elektromotor 22 mit einem Antriebselement des Getriebes 14, z. B. dem Antriebselement 33, über die Kupplung 25, wenn die Kupplung 25 geschlossen ist. Separat ist der sekundäre Elektromotor 22 in der dargestellten Ausführungsform direkt und kontinuierlich mit dem e-Zubehör 24 verbunden. Die Kupplung 25 ist in einem offenen Zustand dargestellt, sodass der sekundäre Elektromotor 22 in der Lage ist, das e-Zubehör 24 anzutreiben, ohne über den Antriebsriemen 40 zusätzliches Drehmoment an den Antriebsstrang zu liefern. Der primäre Elektromotor 20 ist kontinuierlich mit dem Antriebsglied 33 über den Antriebsriemen 40 in einer solchen Ausführungsform verbunden.
Wie am besten in 3B dargestellt, dreht sich ein Getriebeantriebselement 33 mit dem Antriebsdrehmoment (Pfeil T_I ), mit der Zusammensetzung des Antriebsdrehmoments (Pfeil T)_I), möglicherweise einschließlich Motordrehmoment vom primären Elektromotor 20, Motordrehmoment vom Motor 12 oder beidem. Wenn die Kupplung 25 aus 3A am Befehl der Steuerung 50 aus 1 geschlossen ist, wird das Motordrehmoment von der sekundären elektrischen Maschine 22 über die Kupplung 25 zu einer anderen Riemenscheibe 29 über ein Drehelement 22R übertragen. Somit kann das Eingangsdrehmoment (Pfeil T_I ) mit der Kupplung 25 in einem geschlossenen Zustand eine optimale Kombination aus verfügbaren Drehmomenten vom Motor 12 und den primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 sein, wobei die Optimierung als Teil des Verfahrens 100 durchgeführt wird, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben. Andere Ausführungsformen können die Integration der primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 in ein einzelnes Gehäuse mit Kupplungen beinhalten, wie es von Fachleuten auf dem Gebiet gewürdigt wird.
Ein alternatives Hybrid-Antriebsstrangsystem 10A ist in den 4, 4A und 4B dargestellt. Der primäre Elektromotor 20 kann in diesen Ausführungsformen über die Riemenscheibe 28 kontinuierlich mit einem anderen Antriebsriemen 140 verbunden sein, der an einem gegenüberliegenden Ende des Motors 12 angeordnet ist, wie in 4 dargestellt, z. B. um eine Frontantriebsvariation zu implementieren. Pfeil F zeigt die nach vorne gerichtete Richtung eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) mit einem solchen Antriebsstrangsystem 10A. Die verschiedenen Anordnungen können auch als Heckantriebskonfigurationen in anderen Ausführungsformen angeordnet sein. Der primäre Elektromotor 20 ist kontinuierlich mit dem Antriebsriemen 140 über den Rotor 20R und die Riemenscheibe 28 verbunden. Ein Zahnradsatz 17 (4) kann verwendet werden, um den Antriebsriemen 140 mit einem Antriebsglied 133 des Getriebes 14 in dieser Ausführungsform zu koppeln, wobei der Antriebsstrang eine Inline-Ausrichtung des Motors 12, des Antriebsglieds 133 und des Getriebes 14 entlang eines gemeinsamen Antriebsstrangs 19 aufweist. Eine weitere Kupplung 225 kann geöffnet werden, um den Motor 12 nach Bedarf vom Antriebsstrang 19 zu trennen, wobei die Kupplung 225 zwischen dem Motor 12 und dem Antriebselement 133 angeordnet ist. Der Antriebsriemen 140, der kontinuierlich mit dem primären Elektromotor 20 verbunden ist, ist selektiv über die Kupplung 225 mit dem Motor 12 verbunden.
Am gegenüberliegenden Ende des Motors 12 ist das e-Zubehör 24 mit dem Antriebsriemen 40 über eine Riemenscheibe 31 gekoppelt und über ein Drehmoment von dem sekundären Elektromotor 22 angetrieben, wenn die Kupplung 25 geschlossen ist, wobei der sekundäre Elektromotor 22 mit dem Antriebsriemen 40 über eine Riemenscheibe 29 verbunden ist. Wenn der Motor 12 eine Kurbelwellenriemenscheibe 23 in der 4-Ausführungsform antreibt, könnte das e-Zubehör 24 auch vom Motor 12 angetrieben werden. Eine weitere Kupplung 125 kann den Antriebsriemen 40 und den sekundären Elektromotor 22 selektiv mit dem Motor 12 verbinden, um den Motor 12 und und die Riemenscheibe 23 und den Antriebsriemen 40 in bestimmten Betriebsmodi zu verbinden oder zu trennen.
4A und 4B zeigen Ausführungsformen des Hybrid-Antriebsstrangsystems 10A von 4 mit leichten Variationen. 4A lässt den Motor 12 zur Vereinfachung aus und stellt die Kupplung 25 dar, die das e-Zubehör 24 mit dem Antriebsriemen 40 verbindet, im Gegensatz zum sekundären Elektromotor 22 wie in 4. Wie in 4B gezeigt, können der Motor 12 von 1 und der primäre Elektromotor 20 kombiniert werden, um ein Antriebsdrehmoment (Pfeil T_I ) zur Kurbelwellenriemenscheibe 23 zu liefern. Das e-Zubehör 24 ist selektiv oder mit dem Antriebsriemen 40 verbunden, je nachdem, wie es über den Betrieb der Kupplung 25 von 4A erforderlich ist. Eine weitere Kupplung 125 (4) kann mit der Kurbelwellen-Riemenscheibe 23 integriert sein, um den Motor 12 von dem primären Elektromotor 20 zu trennen. Damit kann der primäre Elektromotor 20 das Zubehör 24 antreiben, wenn der Motor 12 gestoppt wird.
Unter Bezugnahme auf 5 kann eine optionale Doppelriemenanordnung verwendet werden, die beide Antriebsriemen 40 und 140 aufweist, wobei der Antriebsriemen 140 axial außerhalb des Antriebsriemens 40 angeordnet ist. Hier kann der sekundäre Elektromotor 22 direkt und kontinuierlich mit dem Antriebsriemen 40 über den Rotor 22R und die Riemenscheibe 28 gekoppelt und selektiv über die Kupplung 125 mit dem Antriebsriemen 140 verbunden sein. Das e-Zubehör 24 bleibt, wie vorstehend erwähnt, wahlweise mit dem Antriebsriemen 40 über die Kupplung 25 verbindbar. Der Motor 12 aus 1 ist über die Kurbelwellenriemenscheibe 23 und eine Kurbelwelle 13 des Motors 12 in dieser speziellen Konfiguration kontinuierlich mit dem Antriebsriemen 140 verbunden.
Eine befehlsgesteuerte Öffnung der Kupplung 125 durch die Steuerung 50 trennt eine andere Riemenscheibe 128 von der sekundären Elektromaschine 22, wobei die Riemenscheibe 128 der gegenüberliegenden Riemenscheibe 28 angeordnet ist. Wenn der Motor 12 wiederum über den Antriebsriemen 140 mit der Riemenscheibe 128 gekoppelt ist, trennt diese Steuermaßnahme auch die Kurbelwelle 13/Kurbelwellen-Riemenscheibe 23 von der sekundären Elektromaschine 22, wodurch der Sekundärelektromotor 22 das e-Zubehör 24 über die Riemenscheibe 31 antreiben kann, wenn die Kupplung 25 geschlossen/angelegt wird. Eine derartige Aktion kann beispielsweise auftreten, wenn die Steuerung 50 feststellt, dass der Motor 12 gestoppt ist und somit den Antriebsriemen 140 nicht antreibt. Die Kupplung 25 ist in dieser speziellen Ausführungsform optional, mit ihrer Verwendung, z. B. als ein elektromagnetischer Kupplungsmechanismus, reduziert sich möglicherweise der Widerstand, wenn das e-Zubehör 24 nicht in Gebrauch ist.
Eine exemplarische Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens 100 und der resultierenden Leistungsaustauschstrategie ist in 6 dargestellt. Unter Bezugnahme auf das exemplarische Hybrid-Antriebsstrangsystem 10 von 1 und beginnend mit Schritt S102 empfängt die Steuerung 50 die Eingangssignale (CC)_I) und bestimmt eine entsprechende Eingangsdrehmoment- und Geschwindigkeitsanforderung, d. h. T_inp bzw. ω_inp . Verfahren 100 geht dann zu Schritt S106 über.
Schritt S104, der parallel zu Schritt S102 ausgeführt wird, beinhaltet das Bestimmen eines Zubehörlastbedarfs (T_acc ) auf dem e-Zubehör 24. Wenn das e-Zubehör 24 ein Klimaanlagenkompressor ist, kann Schritt S104 das Verarbeiten der Eingangssignale (CC)_I), um Lüfter/Gebläsegeschwindigkeit, Temperatureinstellungen und/oder andere Parameter des e-Zubehörteils 24 zu bestimmen, und danach die Ableitung der Zubehör-Lastanforderung (T_acc ) als Zubehörlast ()T_acc ), beispielsweise über eine Nachschlagetabelle beinhalten. Verfahren 100 geht dann zu Schritt S106 über.
Bei Schritt S106 berechnet die Steuerung 50 ein sekundäres Drehmoment (T_S ) vom sekundären Elektromotor 22. Das verfügbare Sekundärdrehmoment ()T_S ) ist eine verbleibende Menge einer maximalen Drehmomentkapazität ()T_max ) des sekundären Elektromotors 22, nachdem der sekundäre Elektromotor 22 zuerst den Zubehör-Lastbedarf erfüllt (T_acc ), d. h., T_S = T_max - T_acc. Der berechnete Drehmomentwert wird im Speicher (M) der Steuerung 50 gespeichert, wenn das Verfahren 100 zu Schritt S108 übergeht.
Bei Schritt S108 vergleicht die Steuerung 50 das verfügbare Sekundärdrehmoment (T_S ) von Schritt S106 mit einem kalibrierten Drehmomentwert von fast Null, um zu bestimmen, ob das verfügbare Sekundärdrehmoment (T_S ) vernachlässigbar, d. h. zu niedrig ist, um funktionell nützlich zu sein. Das Verfahren 100 geht über zu Schritt S110, wenn das sekundäre Drehmoment (T_S ) it vernachlässigbar ist. Schritt S114 wird alternativ ausgeführt, wenn das verfügbare Sekundärdrehmoment (T_S ) aus Schritt S102 keine vernachlässigbare Menge ist, sodass ein nützlicher Betrag des Motordrehmoments von dem sekundären Elektromotor 22 verfügbar ist, um Funktionen außer dem Antrieb des e-Zubehörteils 24 auszuführen.
Schritt S110 des in 6 dargestellten Verfahrens 100 beinhaltet das Trennen des sekundären Elektromotors 22 (MGU-B) vom Antriebsstrang, der das Übertragen von Kupplungssteuersignalen an die Kupplung 25 nach sich ziehen kann, um zu bewirken, dass die Kupplung 25 sich öffnet. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt 112.
Schritt S112 kann das Ausführen einer ersten Steuermaßnahme („CA #1“) als nominale Hybrid-Steuerstrategie beinhalten. Das heißt, wenn die sekundäre elektrische Maschine 22 getrennt ist, kann die Steuerung 50 weiterhin den primären Elektromotor 20 und/oder den Motor 12 von 1 verwenden, um ein Drehmoment an das Getriebe 14 und den Antriebsstrang zum Antreiben des exemplarischen Fahrzeugs 15 bereitzustellen. Das Verfahren 100 ist abgeschlossen und wird erneut mit Schritt S102 fortgesetzt.
In Schritt S114 bestimmt die Steuerung 50, ob der sekundäre Elektromotor 22 vom Antriebsstrang („MGU-B CONN?“) verbunden ist. Die Steuerung 50 geht über zu Schritt S118, wenn der sekundäre Elektromotor 22 von dem Antriebssystem verbunden ist, d. h. wenn die Kupplung 25 geschlossen ist. Schritt S116 wird alternativ ausgeführt, wenn die Kupplung 25 geöffnet bleibt.
Bei Schritt S116 befiehlt die Steuerung 50 dem sekundären Elektromotor 22, sich zu drehen, bis der sekundäre Elektromotor 22 eine synchrone Geschwindigkeit mit dem primären Elektromotor 20 erreicht („MGU-B→ SYNC“). Sobald die Drehzahlen der jeweiligen primären und sekundären elektrischen Maschinen 20 und 22 ausreichend synchronisiert sind, kann die Steuerung 50 die Kupplung 25 anweisen, sich zu schließen, bevor sie mit Schritt S118 fortfährt.
In Schritt S118 wird über die Steuerung 50 bestimmt, ob der Motor 12 ausgeschaltet ist („E = OFF?“). Die Steuerung 50 geht dann über zu Schritt S120, wenn der Motor 12 eingeschaltet ist, und zu Schritt S122, wenn der Motor 12 ausgeschaltet ist.
Bei Schritt S120 kann die Steuerung 50 mit dem Motor 12 in einem Ein-/Laufenden Zustand eine Optimierungsstrategie ausführen („OPT. T_S , T_M , T_E “) um eine optimale Kombination von sekundärem Drehmoment (T_S ), Motordrehmoment (T_E ) und Primärdrehmoment (T_M ) zum Antreiben des Antriebsstrangs zu finden, das heißt, zum kollektiven Bereitstellen des erforderlichen Antriebsdrehmoments beim Antreiben des Fahrzeugs 15 aus 1. Eine exemplarische Optimierungsstrategie wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Die Steuerung 50 gibt eine optimierte Achsscheibe (T_{axle_opt} ) als optimierte/kostenfunktionsbasierte Kombination von Drehmomentquellen aus, die der Steuerung 50 zur Verfügung stehen, zum Beispiel um individuelle Drehmomentbefehle für den Motor 12 und die primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 im Fahrzeug 15 (HEV) aus 1 zu bestimmen.
Bei Schritt S122 bestimmt die Steuerung 50, die zuvor bei Schritt S118 ermittelt hat, dass der Motor 12 ausgeschaltet ist, ob die erforderliche Gesamtmenge an bei Schritt S102 abgeleitetem Eingangsdrehmoment (T_inp ) kleiner ist als eine vorbestimmte funktionale Kombination der verfügbaren sekundären und primären Drehmomentniveaus, d. h. f(T_S , T_M ). Wenn dies der Fall ist, fährt die Steuerung 50 mit Schritt 126 fort. Die Steuerung 50 fährt stattdessen mit Schritt S124 fort, wenn die erforderliche Gesamtmenge an Antriebsdrehmoment (T_inp ) aus Schritt S102 die kombinierten verfügbaren sekundären und primären Drehmomentniveaus, d. h. T_S und T_M , überschreitet.
Schritt S124 beinhaltet das Starten des Motors 12 („E = STRT“). Hier kann die Steuerung 50 Signale an eine Motorsteuereinheit (nicht dargestellt) senden, um die Betankung und Zündung des Motors 12 zu starten, wie es von einem Fachmann auf dem Gebiet geschätzt wird. Das Verfahren 100 fährt dann mit Schritt S128 fort.
Schritt S126 beinhaltet das Durchführen einer Optimierungsfunktion („OPT. T_.S , T_M ; T_E = 0“) über die Steuerung 50, um eine optimierte Drehmomentkombination des jeweiligen primären und sekundären Drehmoments T_S und T_M mit Motor 12 in einem Aus-Zustand (T_E = 0) zu finden. Da der Motor 12 ausgeschaltet ist, gibt die Steuerung 50 eine optimierte Achsscheibe (T_{axle_opt} ) als optimierte/kostenfunktionsbasierte Kombination von einzelnen Drehmomentbefehlen für die primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 in einem Elektrofahrzeug (EV)-Modus des Fahrzeugs 15 aus, wie in 1 dargestellt.
Schritt S128 beinhaltet wie Schritt S108 die Verwendung der Steuerung 50 zum Vergleichen des verfügbaren Sekundärdrehmoments (T_S ), das bei Schritt S106 auf einen kalibrierten Drehmomentwert von fast Null bestimmt wurde, um zu bestimmen, ob das verfügbare Sekundärdrehmoment (T_S ) vernachlässigbar ist. Das Verfahren 100 geht über zu Schritt S130, wenn das sekundäre Drehmoment (T_S ) vernachlässigbar ist. Schritt S120 wird alternativ ausgeführt, wenn das verfügbare Sekundärdrehmoment (T_S ) aus Schritt S102 einen nicht vernachlässigbaren Betrag aufweise, d. h., wenn ein nützlicher Drehmomentbetrag vom sekundären Elektromotor 22 verfügbar bleibt, um Funktionen außer dem Antrieb des e-Zubehörteils 24 auszuführen.
Schritt S130 beinhaltet das Ausführen einer zweiten Steuermaßnahme („CA#2“) in Bezug auf das Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem 10 von 1. In diesem Schritt kann die Steuerung 50 mit dem Anlassen und Starten des Motors 12 in Reaktion auf den bei Schritt S124 eingeleiteten Zustand beginnen, wobei das Verfahren 100 zu Schritt S131 fortschreitet. Die Steuerung 50 kann auch ein Drehmoment von dem primären Elektromotor 20 und dem Motor 12 verwenden, um ein Antriebsdrehmoment an das Getriebe 14 aus 1 zu erzeugen.
Bei Schritt S131 bestimmt die Steuerung 50, ob das Kurbel- und Startverfahren des Motors 12 abgeschlossen ist („CRNK = COMP?“). Schritte S130 und S132 werden in einer Schleife wiederholt, bis der Motor 12 gestartet ist. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S120.
7 beschreibt eine mögliche Unterroutine S120A zur Implementierung von Schritt S120 aus 6 zur Optimierung der Drehmomentbeiträge vom Motor 12 und den jeweiligen primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22. Im Logikstrom reicht das aktuelle Sekundärdrehmoment (T_S') von 0 bis zu einem Betrag des Drehmoments, das von dem sekundären Elektromotor 22 verfügbar ist, d. h. Ts. Aktuelles Motordrehmoment (T_E') liegt im Bereich von T_E,MIN bis T_E,MAX . Sobald T_S' gleich T_S ist, überschreitet das nächste aufeinanderfolgende Inkrement von T_S' im Optimierungsschema Ts, was im Folgenden in Schritt S144 als „größer als“ Vergleich (>) angegeben wird. Die Inkrementierung von Schritt S142 erfolgt nach rechts, bevor ein derartiger Test durchgeführt wird. Die gleiche Logik gilt in Schritten S146 und S148 bezüglich der aktuellen und maximalen Motordrehmomentwerte T_E' und T_E,MAX .
In Schritt S118A, dargestellt als Schritt S118 von 6, bestimmt die Steuerung 50, ob der Motor 12 ausgeschaltet ist („E = OFF?“). Die Steuerung 50 geht über zu Schritt S119, wenn der Motor 12 ausgeschaltet ist, und zu Schritt S132, wenn der Motor 12 läuft.
Bei Schritt S119 stellt die Steuerung 50 den Bereich des möglichen Motordrehmoments auf Null ein, d. h. T_E,MIN und T_E,MAX . Das Unterprogramm 120A geht dann über zu Schritt S132.
Schritt S132 beinhaltet das Einstellen des minimalen Motordrehmoments gleich dem aktuellen Motordrehmoment (T_E'), das Null sein kann, wenn der Motor 12 bei Schritt S118A ausgeschaltet ist, anderenfalls hat das Motordrehmoment einen Wert ungleich Null. Das Unterprogramm 120A geht dann über zu Schritt S134.
Schritt S134 beinhaltet das Einstellen des aktuellen Sekundärdrehmoments von der sekundären Elektromaschine 22 auf null und dann das Übergehen zu Schritt S136.
Bei Schritt S136 berechnet die Steuerung 50 als nächstes das Hauptdrehmoment (T_M ), d. h. das Drehmoment, das von dem primären Elektromotor 20 verfügbar ist, als T_M = T_INP - T_E' - T_S', wobei T_INP im Antriebsdrehmoment zum Getriebe 14, T_E' das aktuelle Motordrehmoment und T_S' das aktuelle Sekundärdrehmoment ist. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S138.
Bei Schritt S138 berechnet die Steuerung 50 eine maximale oder minimale Lösung für eine Zielkostenfunktion (L) für die Drehmomentwerte T_M , T_S', und T_E'. Mögliche Kriterien für die Zielkostenfunktion (L) beinhalten Systemverluste, z. B. elektrische Systemverluste und/oder Kraftstoffverluste oder eine andere gewünschte Leistungskennzahl, wie beispielsweise das Maximieren des Ausgangsdrehmoments von dem Getriebe 14 aus 1. Das Verfahren 100 geht dann zu Schritt S140 über.
Schritt 140 kann, wenn L kleiner ist als ein kalibriertes Minimum (L_MIN ), das Einstellen eines optimalen Sekundärdrehmoments (T_{S_OPT} ) vom sekundären Elektromotor 22 als aktuelles Sekundärdrehmoment (T_S') und das optimale Sekundärdrehmoment (T_{E_OPT} ) vom Motor 12 als aktuelles Motordrehmoment (T)_E') beinhalten. Das Verfahren 100 geht dann über zu Schritt S142.
Schritt S142 beinhaltet das Inkrementieren des aktuellen Sekundärdrehmoments (T_S' = T_S' + dT_S) und Fortfahren zu Schritt S144. Wenn das sekundäre Drehmoment beispielsweise einen Bereich von 0 bis 200 Nm hat, könnte die Zielfunktion (L) in 20Nm-Schritten ausgeführt werden, wobei die Optimierung in zehn Schleifen der Schritte S136-S144 durchgeführt wird. Somit würde „Inkrement“ für ein solches Beispiel bedeutet, dass das aktuelle Sekundärdrehmoments (T_S') um 20Nm erhöht und dann mit Schritt S144 fortgefahren wird.
Schritt S144 beinhaltet das Vergleichen des aktuellen Sekundärdrehmoments (T_S') mit seinem maximal verfügbaren Wert (T_S ). Wenn T_s ' T_s überschreitet, fährt das Verfahren 100 mit Schritt S146 fort. Andernfalls kehrt das Verfahren 100 zu Schritt 136 zurück.
Schritt S146 beinhaltet, in einem Schritt analog zu Schritt S142, das Inkrementieren des aktuellen Motordrehmoments (T_E' = T_E' + dT_E) und Fortfahren mit Schritt S148. Wie bei Schritt S142, bedeutet „Inkrementieren“ das Erhöhen des aktuellen Motordrehmoments (T_E') um einen vorbestimmten Betrag und das Fortfahren mit Schritt S148.
Bei Schritt S148 vergleicht die Steuerung 50 das aktuelle Motordrehmoment (T_E') mit seinem maximal verfügbaren Wert (T_E ). Wenn das aktuelle Motordrehmoment (T_E') das maximal verfügbare Maximum (T_E ) überschreitet, geht das Verfahren 100 über zu Schritt S150 mit optimierten Ergebnissen aus der Optimierung der Schritte S134-S146, d. h. T_{E_OPT} und T_{S_OPT} , die vorübergehend im Speicher (M) aufgezeichnet wurden. Andernfalls kehrt das Verfahren 100 zu Schritt 134 zurück.
Schritt S150 kann das Ausgeben des optimalen Lösungssatzes auf die Zielfunktion (L) aus Schritt S138 umfassen. Das heißt, mit T_M = T_INP - T_{E_OPT}- T_{S_OPT} steuert die Steuerung 50 den sekundären Elektromotor 22, um ihr optimales Drehmoment (T_{S_OPT}) auszugeben, und befiehlt dem Motor 12, sein optimales Drehmoment (T_{E_OPT} ) auszugeben.
Die vorstehend beschriebene Strategie soll ermöglichen, dass die primäre elektrische Maschine 20 aus 1 und die verschiedenen alternativen Ausführungsformen Nullgeschwindigkeit haben und dennoch das e-Zubehör 24 unabhängig vom sekundären Elektromotor 22 antreiben können. Ein derartiger Ansatz ermöglicht es dem e-Zubehör 24, ohne Drehen/Trennen stromabwärts angeordnete Antriebsstrangkomponenten zu betreiben und im Verhältnis zum Antrieb des e-Zubehörteils 24 mit einem einzigen primären Elektromotor 20 effizienter zu sein. Wenn sich das Fahrzeug 15 aus 1 bewegt, kann die Kupplung 25 aus 1 abhängig von den Betriebsanforderungen angewendet werden. Diese Aktion kann eine Leistungsunterstützungsfunktion während Perioden positiver Leistungsanforderungen ermöglichen, wenn das e-Zubehör 24 nicht erforderlich ist, oder wenn die Anforderung an das e-Zubehör 24 die Nutzung eines Teil des verfügbaren Drehmoments zur Unterstützung beim Antrieb ermöglicht. Während der Verzögerung kann regenerative Bremsenergie effizienter an das e-Zubehör 24 geliefert werden. Wenn das e-Zubehör 24 nicht erforderlich ist, kann die volle regenerative Bremsenergie für eine positive Stromverwendung wiederhergestellt werden.
Darüber hinaus ist der sekundäre Elektromotor 22 beim Neustart des Motors 12 für P0-Konfigurationen wie 4 steuerbar, um den Motor 12 zu anzutreiben. Wenn das e-Zubehör 24 beispielsweise als Klimaanlagenkompressor konfiguriert verwendet wird, kann der Bedarf des e-Zubehörteils 24 kurzzeitig auf null gesetzt werden, z. B. durch Entkupplung des e-Zubehörs oder Verwendung anderer HVAC-Steuermaßnahmen. Um Geräusch-, Vibrations- und Härteeffekte zu minimieren, kann das Drehmoment von dem sekundären Elektromotor 22 auf null heruntergefahren werden, da die Kupplung 25 angelegt wird, was bewirkt, dass die Drehzahl des sekundären Elektromotors 22 aufgrund des Widerstands des Kurbeldrehmoments zum Motor 12 auf null fällt. Das sekundäre Drehmoment wird dann erhöht, um den Motor 12 auf eine gewünschte Geschwindigkeit zum Zünden des Motors 12 zu bringen, wobei das sekundäre Drehmoment erneut angewendet wird, um das e-Zubehör 24 bei einer gewünschten Anforderung anzutreiben.
Alternativ kann die Trägheit des sekundären Elektromotors 22 in einem Schnellstartmodus verwendet werden, um den Motor 12 durch Erhöhen des Sekundärdrehmoments (T_S ) anzutreiben, wenn die Kupplung 25 angelegt wird. In diesem Fall fällt die Drehzahl des sekundären Elektromotors 22, ohne tatsächlich null zu erreichen. Während des EV-Betriebs oder im Leerlauf kann der sekundäre Elektromotor 22 verwendet werden, um den Motor 12 auf 4 mit einer Geschwindigkeit zu drehen, die größer ist als die minimale Zündgeschwindigkeit des Motors 12, aber dennoch niedrig genug ist, um den Stromverbrauch zu minimieren. Dies kann vorteilhaft sein, um den Motor 12 schnell und nahtlos neu zu starten, wenn ein Bediener seine Meinung ändert.
In einem leistungsverzweigten Betriebsmodus kann die Steuerung 50 die ideale Leistungsaufteilung zwischen der primären und der sekundären elektrischen Maschine 20 und 22 basierend auf einem vom Fahrer angeforderten oder autonom angeforderten Ziel bestimmen. Leistungsverteilung kann durch das Betriebsdrehmoment für jeden der jeweiligen primären und sekundären Elektromotoren 20 und 22 bestimmt werden, der beispielsweise die erforderliche Gesamtleistung minimiert. In einem Regenerationsmodus maximiert dies den absoluten Regenerationswert.
Wenn vorhanden, wird die Last des e-Zubehörteils 24 als eine vorhandene Last in der oben beschriebene Optimierung der Leistungsverteilung berücksichtigt. Alternativ kann die überschüssige Kapazität des sekundären Elektromotors 22 für NVH-Zwecke angewendet werden, wenn ein Fahrzeug, das das Antriebsstrangsystem 10A aus 4 verwendet, im EV-Modus arbeitet. Unabhängig von der Ausführungsform leitet die Steuerung 50 eine verfügbare Menge des sekundären Motordrehmoments als Differenz zwischen einer maximalen Drehmomentkapazität des sekundären Elektromotors 22 und dem Zubehör-Drehmomentbedarf ab, wobei die Kupplung 25 anschließend zu schließen ist, wenn die verfügbare Menge des sekundären Motordrehmoments einen Schwellenwert überschreitet. Diese und andere mögliche Vorteile des Verfahrens 100 werden durch gewöhnliche Fachleute auf dem Gebiet der Offenbarung leicht erkannt werden.
Während ein paar der besten Ausführungsformen und anderen Arten ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren, die in den beigefügten Ansprüchen definiert sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass Änderungen an den offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Teilkombinationen der beschriebenen Elemente und Merkmale. Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen sind unterstützend und beschreibend für die vorliegenden Lehren, wobei der Geltungsbereich der vorliegenden Lehren ausschließlich durch die Patentansprüche definiert ist.

Claims

Elektrisches Hybrid-Antriebsstrangsystem, umfassend: ein Getriebe mit einem Antriebselement und einem Abtriebselement, worin das Antriebselement mit dem Motor über die Kupplung verbunden werden kann; ein elektrisch angetriebenes Zubehör (e-Zubehör), das über ein sekundäres Motordrehmoment als Reaktion auf ein Zubehör-Drehmomentbedarf angetrieben wird; ein Verbrennungsmotor, der ein Motordrehmoment bereitstellt; ein primärer Elektromotor, der ein primäres Motordrehmoment bereitstellt, worin der Verbrennungsmotor und der primäre Elektromotor mit dem Antriebselement verbunden und konfiguriert sind, um ein Antriebsantriebsmoment für das Antriebselement bereitzustellen; ein sekundärer Elektromotor, der ein sekundäres Motordrehmoment bereitstellt, wobei der sekundäre Elektromotor mit dem e-Zubehör verbunden ist und die Zubehör-Drehmomentanforderung erfüllt; eine erste Kupplung, die zwischen dem sekundären Elektromotor und dem Antriebselement angeordnet ist, worin der sekundäre Elektromotor mit dem Antriebselement des Getriebes verbunden ist, wenn die erste Kupplung geschlossen ist; und eine Steuerung, die als Reaktion auf eine Ausgangsdrehmomentanforderung konfiguriert ist, um eine Leistungsverteilungsstrategie unter Verwendung einer Zielkostenfunktion auszuführen, die einen jeweiligen Beitrag des Motordrehmoments, des primären Motordrehmoments und des sekundären Motordrehmoments zum Antriebselement zum Erfüllen der Ausgangsdrehmomentanforderung zuordnet, und um gleichzeitig den zusätzlichen Drehmomentbedarf über den sekundären Elektromotor zu erfüllen.
Hybrid-Elektroantriebsstrang nach Anspruch 1, worin das e-Zubehör ein Klimaanlagenkompressor ist.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein erstes endloses Antriebselement, das den sekundären Elektromotor mit dem Antriebselement über die erste Kupplung verbindet, wenn die erste Kupplung geschlossen ist.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrang nach Anspruch 3, worin der primäre Elektromotor kontinuierlich mit dem Antriebselement über das erste endlose Antriebselement verbunden ist.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine zweite Kupplung, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Antriebselement angeordnet ist; ein zweites endloses Antriebselement, das kontinuierlich mit dem primären Elektromotor verbunden ist und über die zweite Kupplung selektiv mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist; und eine dritte Kupplung, die selektiv das erste Endantriebselement und den sekundären Elektromotor mit dem Verbrennungsmotor verbindet.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: ein zweites endloses Antriebselement und eine zweite Kupplung, die im geschlossenem Zustand den Motor zusammen mit dem ersten endlosen Antriebselement verbinden.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung konfiguriert ist, um die erste Kupplung zu öffnen und das e-Zubehör über den sekundären Elektromotor als Reaktion darauf, dass sich der Verbrennungsmotor in einem Aus-Zustand befindet, zu anzutreiben.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, worin die Zielkostenfunktion unter Verwendung einer dreistufigen Optimierungssuche nach dem Motordrehmoment, dem primären Motordrehmoment und dem sekundären Motordrehmoment berechnet wird.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, worin die Steuerung konfiguriert ist, um einen verfügbaren Betrag des sekundären Motordrehmoments als Differenz zwischen einer maximalen Drehmomentkapazität des sekundären Elektromotors und dem Zubehör-Drehmomentbedarf abzuleiten und die erste Kupplung anzuweisen, sich zu schließen, wenn die verfügbare Menge des sekundären Motordrehmoments einen Schwellenwert überschreitet.
Hybrid-Elektro-Antriebsstrangsystem nach Anspruch 1, worin die Last ein Satz von Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs ist.