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EINFUHRUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Schaltsteuerung für mehrgängige Elektrofahrzeuge, insbesondere auf ein Verfahren zur Steuerung des Hochschaltens beim Einschalten für Elektrofahrzeuge mit einem vorderen Elektromotor, der eine Vorderachse antreibt, und einem hinteren Elektromotor, der eine Hinterachse antreibt.
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Der Trend in der Automobilindustrie geht in Richtung Herstellung und Verkauf von Elektrofahrzeugen. Elektrofahrzeuge sind bei den Autokäufern begehrt, weil sie keine Treibhausgase und keine umweltschädlichen Partikelemissionen aus dem Auspuff haben. Im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren sind Elektrofahrzeuge von Natur aus kraftstoffsparend, selbst wenn sie mit Strom aus nicht erneuerbaren Quellen wie fossilen Brennstoffen betrieben werden. Um die Kraftstoffeffizienz und die Leistung von Elektrofahrzeugen weiter zu steigern, sind die Elektromotoren mit mehrstufigen Getrieben ausgestattet. Bei dem Mehrganggetriebe kann es sich um ein Zweiganggetriebe mit einem einfachen Planetenradsatz und Kupplungen handeln, die so konfiguriert sind, dass sie selektiv eine erste und eine zweite Übersetzung an eine Antriebsachse liefern.
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Mit der zunehmenden Beliebtheit von Elektrofahrzeugen steigt auch die Nachfrage nach mehr Sicherheit und Leistung von Elektrofahrzeugen. Elektrofahrzeuge sind mit mehreren Motoren ausgestattet, die einen Allradantrieb (AWD) oder einen Allradantrieb (4WD) ermöglichen, um die Sicherheit bei schlechteren Witterungsbedingungen zu erhöhen und die Leistung im Gelände zu verbessern. Bei nassen oder eisigen Straßenverhältnissen können AWD/4WD-Antriebssysteme das Drehmoment selektiv auf die Achsen mit traktionsfähigen Rädern übertragen, um die Sicherheit zu erhöhen. In einem Beispiel für ein solches AWD/4WD-System für ein Elektrofahrzeug ist ein erster Elektromotor für den Antrieb der Vorderachse und ein zweiter Elektromotor für den Antrieb der Hinterachse vorgesehen.
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In dem beispielhaften AWD/4WD-Elektrofahrzeug kann der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor der dedizierte Antriebsmotor, auch als Hauptmotor bezeichnet, für den Antrieb des Fahrzeugs sein und der andere der Elektromotoren kann ein zusätzlicher Antriebsmotor sein, auch als Hilfsmotor bezeichnet. Sowohl der Hauptals auch der Hilfsmotor werden eingeschaltet, wenn sowohl für die Vorder- als auch für die Hinterachse ein Drehmoment erforderlich ist. Ein mehrgängiges Getriebe, auch Transmission genannt, kann mit dem Hauptmotor gekoppelt werden, um zusätzliche Übersetzungsverhältnisse zur Verfügung zu stellen und die Antriebsleistung und Langlebigkeit des Elektromotors zu erhöhen.
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Bei Elektrofahrzeugen mit einem Mehrganggetriebe, bei dem der Wechsel der Gangstufen durch einen Kupplungswechsel erfolgt, d. h. wenn eine erste Kupplung ein erstes Gangelement auskuppelt und eine zweite Kupplung ein zweites Gangelement einkuppelt, um einen Gangwechsel zu bewirken, ist es nicht untypisch, dass das Elektrofahrzeug während des Kupplungswechsels eine Schwingung in der Fahrzeugbeschleunigung erfährt. Diese Schwingung der Fahrzeugbeschleunigung wird von den Fahrzeuginsassen als ein Schütteln und/oder eine Vibration wahrgenommen, was als eine minderwertige Getriebeschaltung empfunden wird. Diese kurzzeitige Oszillation der Fahrzeugbeschleunigung ist während des Hochschaltens der Gänge beim Einschalten stärker spürbar.
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Während AWD/4WD-Fahrzeuge mit einem Primärmotor, der mit einem Mehrganggetriebe gekoppelt ist, ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, muss die wahrgenommene Schaltqualität während eines Schaltvorgangs von Kupplung zu Kupplung kontinuierlich verbessert werden, um den Komfort und das Fahrerlebnis der Insassen des Elektrofahrzeugs zu verbessern.
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BESCHREIBUNG
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Gemäß mehreren Aspekten wird ein Verfahren zur Schaltsteuerung für ein Elektrofahrzeug bereitgestellt. Das Elektrofahrzeug umfasst ein mehrgängiges Getriebe, das ein erstes Motordrehmoment von einem ersten Elektromotor aufnehmen und ein erstes Achsendrehmoment an eine erste Achse abgeben kann. Das mehrgängige Getriebe umfasst mindestens eine betätigbare Kupplung zum selektiven Bewirken eines Übersetzungswechsels. Das Verfahren umfasst das Erfassen eines Schaltvorgangs für das Mehrganggetriebe, das Betätigen der mindestens einen betätigbaren Kupplung, um den Gangwechsel zu bewirken, wodurch eine erste Achsdrehmomentschwingung in der ersten Achse erzeugt wird, und das Modulieren eines zweiten Elektromotors, um eine zweite Achsdrehmomentschwingung in einer zweiten Achse zu erzeugen, die ausreicht, um die erste Achsdrehmomentschwingung in der ersten Achse zu kompensieren, um die Gesamtschwingung der Fahrzeugbeschleunigung zu reduzieren und eine hohe Antriebsschaltqualität zu erreichen.
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In einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner die Bestimmung eines Prozentsatzes des Weges eines Gaspedals, wenn der Schaltvorgang erfasst wird; das Abrufen einer zweiten Elektromotorkalibrierung, die mit dem bestimmten Prozentsatz des Weges des Beschleunigungspedals korreliert; und die Anwendung der zweiten Elektromotorkalibrierung bei der Modulation des zweiten Elektromotors, um die zweite Achsendrehmomentschwingung in der zweiten Achse zu erzeugen, die ausreicht, um die erste Achsendrehmomentschwingung in der ersten Achse zu kompensieren, um die Gesamtfahrzeugbeschleunigungsschwingung zu reduzieren und eine hohe Antriebsschaltqualität zu erreichen.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Abrufen einer Kupplungsbetätigungskalibrierung, die mit dem ermittelten prozentualen Weg des Beschleunigungspedals korreliert, und das Anwenden der Kupplungsbetätigungskalibrierung beim Betätigen der mindestens einen Kupplung, um den Gangwechsel zu bewirken.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Abrufen einer ersten Elektromotor-Kalibrierung, die mit dem ermittelten Prozentsatz des Weges des Beschleunigungspedals korreliert, und das Anwenden der ersten Elektromotor-Kalibrierung beim Modulieren des ersten Elektromotors und dem Betätigen der mindestens einen Kupplung, um die erste Drehmomentschwingung in der ersten Achse zu erzeugen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass die zweite Achsendrehmomentschwingung phasenverschoben zur ersten Drehmomentschwingung ist.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner einen Hochschaltvorgang beim Einschalten, wobei die Betätigung der mindestens einen Kupplung einen Schaltvorgang von Kupplung zu Kupplung umfasst, der eine Drehmomentphase, gefolgt von einer Trägheitsphase, definiert.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Elektromotorkalibrierung die Verringerung des ersten Motordrehmoments während der Trägheitsphase, und die zweite Elektromotorkalibrierung die Erhöhung eines zweiten Motordrehmoments während der Drehmomentphase.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass die Kalibrierung des zweiten Elektromotors die Modulation des zweiten Motors während und nach der Trägheitsphase umfasst.
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Gemäß mehreren Aspekten wird ein Verfahren zur Steuerung des Hochschaltens eines mehrgängigen Elektrofahrzeugs beim Einschalten bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Verschieben eines Gaspedals; das Erfassen eines Schaltvorganges für ein mehrgängiges Getriebe, das so ausgelegt ist, dass es ein erstes Motordrehmoment von einem ersten Elektromotor empfängt und ein erstes Achsendrehmoment an eine erste Achse ausgibt, wobei das mehrgängige Getriebe eine Vielzahl von betätigbaren Kupplungen zum Bewirken eines Gangwechselverhältnisses umfasst; das Bestimmen eines Prozentsatzes des Gaspedalweges, wenn der Schaltvorgang erfasst wird; das Abrufen einer Kupplungskalibrierung, einer ersten Elektromotorkalibrierung und einer zweiten Elektromotorkalibrierung, die mit dem bestimmten Prozentsatz des Gaspedalweges korreliert; Anwenden der Kupplungskalibrierung beim Betätigen der mehreren betätigbaren Kupplungen, um das Gangwechselverhältnis zu bewirken, und Anwenden der ersten Elektromotorkalibrierung beim Modulieren des ersten Elektromotors, wobei das Betätigen der mehreren betätigbaren Kupplungen und das Modulieren des ersten Elektromotors eine erste Achsendrehmomentschwingung in der ersten Achse erzeugt; und Anwenden der zweiten Elektromotorkalibrierung beim Modulieren des zweiten Elektromotors, um eine zweite Achsendrehmomentschwingung zu erzeugen, die wirksam ist, um die erste Achsendrehmomentschwingung zu kompensieren, um die Gesamtfahrzeugbeschleunigungsschwingung zu reduzieren und eine hohe Antriebsschaltqualität zu erreichen.
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In einem zusätzlichen Aspekt der vorliegenden Offenbarung, bei dem das Betätigen der mehreren betätigbaren Kupplungen ein Hochschalten von Kupplung zu Kupplung umfasst, das eine Drehmomentphase und eine Trägheitsphase definiert, umfasst das Modulieren des ersten Elektromotors das Verringern eines ersten Motordrehmoments während der Trägheitsphase, und das Modulieren des zweiten Elektromotors das Erhöhen eines zweiten Motordrehmoments während der Drehmomentphase.
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In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die zweite Elektromotorkalibrierung die Modulation des zweiten Motordrehmoments während der Trägheitsphase und nach der Trägheitsphase, um eine zweite Achsdrehmomentschwingung zu erzeugen, die ausreichend phasenverschoben zur ersten Achsdrehmomentschwingung ist, um die Fahrzeugbeschleunigungsschwingung des Elektrofahrzeugs zu dämpfen.
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Gemäß mehreren Aspekten wird ein Verfahren für eine Mehrgeschwindigkeits-Elektrofahrzeug-Schaltsteuerung zur Dämpfung einer Fahrzeugbeschleunigungsschwingung des Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Bestimmung eines Prozentsatzes des Gaspedalwegs und das anschließende Abrufen einer Kupplungskalibrierung, einer ersten Elektromotorkalibrierung und einer zweiten Elektromotorkalibrierung, die mit dem bestimmten Prozentsatz des Gaspedalwegs korrelieren. Das Verfahren wendet dann die Kupplungskalibrierung an, um eine Änderung des Kupplungsübersetzungsverhältnisses zu betätigen, wodurch eine Schwingungsschwankung in einer ersten Achse erzeugt wird, und wendet die erste Elektromotorkalibrierung an, um einen ersten Elektromotor zu modulieren, um die Schwingungsschwankung der Fahrzeugbeschleunigung zu dämpfen. Die Kupplungsbetätigung und die Modulation des ersten Elektromotors erzeugen zusammen eine erste Achsdrehmomentschwankung. Das Verfahren wendet die zweite Elektromotorkalibrierung bei der Modulation des zweiten Elektromotors an, um eine zweite Achsendrehmomentschwingung zu erzeugen, die ausreichend phasenverschoben zur ersten Achsendrehmomentschwingung ist, wodurch die Fahrzeugbeschleunigungsschwingung des Elektrofahrzeugs gedämpft wird.
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Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
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Figurenliste
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Die hier beschriebenen Figuren dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
- 1 ist ein Funktionsdiagramm eines Elektrofahrzeugs mit einem primären Elektromotor, der mit einem mehrgängigen Getriebe und einem unterstützenden Elektromotor verbunden ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2A ist ein Diagramm, das ein erstes Motordrehmoment und ein zweites Motordrehmoment während eines Hochschaltens des Mehrganggetriebes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
- 2B ist ein Diagramm, das ein erstes Achsendrehmoment und ein zweites Achsendrehmoment während des Hochschaltens des Mehrganggetriebes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
- 2C ist ein Diagramm, das eine Fahrzeugbeschleunigungsschwingung des Elektrofahrzeugs während des Hochschaltens des Mehrganggetriebes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
- 3A ist ein Diagramm, das eine gesteuerte Modulation des ersten Motordrehmoments und eine gesteuerte Modulation des zweiten Motordrehmoments während eines Hochschaltens des Mehrganggetriebes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt;
- 3B ist ein Diagramm, das eine erste Achsendrehmomentschwingung und eine zweite Achsendrehmomentschwingung zeigt, die durch die kontrollierte Modulation des ersten bzw. zweiten Motordrehmoments gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt werden;
- 3C ist ein Diagramm, das eine gedämpfte Fahrzeugbeschleunigungsschwingung des Elektrofahrzeugs zeigt, die sich aus der zweiten Achsmomentschwingung ergibt, die die erste Achsmomentschwingung kompensiert, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 4 ist ein Blockflussdiagramm, das ein Verfahren zum Erzeugen einer Nachschlagetabelle zeigt, die einen Prozentsatz des Gaspedalwegs mit einer Kupplung-zu-Kupplung-Kalibrierung, einer primären Elektromotor-Kalibrierung und einer Hilfsmotor-Kalibrierung zur Steuerung des Hochschaltens beim Einschalten korreliert; und
- 5 ist ein Blockflussdiagramm, das ein Verfahren zur Steuerung des Hochschaltens beim Einschalten eines Elektrofahrzeugs mit mehreren Geschwindigkeiten zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Die dargestellten Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Figuren offenbart, wobei gleiche Bezugsziffern entsprechende Teile in den verschiedenen Figuren bezeichnen. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, und einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert sein, um Details bestimmter Merkmale zu zeigen. Die spezifischen strukturellen und funktionellen Details, die offengelegt werden, sollen nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern als repräsentative Grundlage, um dem Fachmann zu zeigen, wie die offengelegten Konzepte in der Praxis anzuwenden sind.
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1 zeigt ein Beispiel für ein Elektrofahrzeug 100, das für Allradantrieb (AWD) oder Allradantrieb (4WD) konfiguriert ist. Die Begriffe „Elektrofahrzeug“ und „EV“ werden hier austauschbar verwendet und beziehen sich auf ein vollelektrisches Fahrzeug. Das Elektrofahrzeug 100 kann ein beliebiges Personen- oder Nutzfahrzeug sein, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sport Utility Vehicle, ein Crossover-Fahrzeug, ein Van, ein Minivan, ein Taxi, ein Bus, ein Motorrad, usw. Die Begriffe „AWD“ und „4WD“ werden hier synonym verwendet und beziehen sich auf ein EV-Antriebssystem, bei dem die Vorderachse und die Hinterachse jeweils von einem separaten Elektromotor angetrieben werden.
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Das Elektrofahrzeug 100 umfasst ein AWD/4WD-System 102 mit einem ersten Elektromotor 104, der so konfiguriert ist, dass er selektiv eine erste Motordrehmomentausgabe an eine erste Achse 106 des Elektrofahrzeugs 100 liefert, und einem zweiten Elektromotor 108, der so konfiguriert ist, dass er selektiv eine zweite Motordrehmomentausgabe an eine zweite Achse 110 des Elektrofahrzeugs 100 liefert. In dem beispielhaften Elektrofahrzeug 100 ist die erste Achse 106 als die Hinterachse 106 und die zweite Achse 110 als die Vorderachse 110 dargestellt, bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung des Elektrofahrzeugs 100. Bei den ersten und zweiten Elektromotoren 104, 108 kann es sich um Wechselstrom- (AC) oder Gleichstrommotoren (DC) handeln, die so ausgelegt sind, dass sie eine relativ flache Drehmomentkurve über einen breiten Drehzahlbereich abgeben. Jeder der ersten und zweiten Elektromotoren 104, 108 wird über einen Leistungsmodulator 105 bzw. 109 gespeist, so dass die Motordrehmomentausgänge der ersten und zweiten Elektromotoren 104, 108 unabhängig voneinander von einem Steuergerät 122 moduliert werden können, das im Folgenden im Detail beschrieben wird.
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Ein typisches Mehrgang-Getriebe, das in einem Elektrofahrzeug 100 verwendet wird, hat zwei Gänge und wird als Zweigang-Getriebe bezeichnet. Ein beispielhaftes Zweigang-Getriebe kann einen Planetengetriebesatz (nicht dargestellt) und ein Paar von Kupplungen umfassen, die zusammenarbeiten, um selektiv Zahnradelemente des Planetengetriebesatzes auszurücken und einzurücken, um von einem ersten Übersetzungsausgang zu einem zweiten Übersetzungsausgang oder von dem zweiten Übersetzungsausgang zu dem ersten Übersetzungsausgang zu schalten. Der Schaltvorgang, bei dem eine Kupplung ein erstes Gangelement auskuppelt und die andere Kupplung ein zweites Gangelement einkuppelt, um einen Gangwechsel zu bewirken, wird als Kupplung-zu-Kupplung-Schaltung bezeichnet.
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In dem beispielhaften Elektrofahrzeug 100 ist der erste Elektromotor 104 mit einem Zweigang-Getriebe 112 gekoppelt, das eine erste Kupplung 114 aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv eine erste Gangstufe 116 einlegt, und eine zweite Kupplung 118, die so konfiguriert ist, dass sie selektiv eine zweite Gangstufe 120 einlegt. In der gezeigten Ausführungsform ist das Zweigang-Getriebe 112 so ausgelegt, dass es ein Achsdrehmoment an die Hinterachse 106 abgibt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass das Zweiganggetriebe 112 alternativ auch ein Achsmoment an die Vorderachse 110 abgeben kann. Es versteht sich, dass das Beispielfahrzeug 100 nicht auf einen bestimmten Getriebetyp oder eine bestimmte Getriebekonfiguration, eine bestimmte Anzahl von Getriebestufen oder einen bestimmten Getriebetyp oder eine bestimmte Getriebekonfiguration beschränkt ist. Obwohl beispielsweise ein Getriebe mit zwei Gängen beschrieben wird, kann das Getriebe 112 mehr als zwei Gänge umfassen und alle Arten von Gängen enthalten, die durch eine Kupplung-zu-Kupplung-Schaltung ausgewählt werden können. Das zweite Übersetzungsverhältnis ist höher als das erste Übersetzungsverhältnis, was bedeutet, dass im zweiten Übersetzungsverhältnis der Wirkungsgradbereich des Fahrzeugs 100 effektiv erweitert wird, wodurch die Höchstgeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs 100 erhöht wird, ohne dass der erste Elektromotor 104 schneller dreht oder mehr Strom verbraucht.
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Das von den Elektromotoren 104, 108 erzeugte Drehmoment/die Leistung kann von einem Steuergerät 122 moduliert werden. Das Steuergerät 122 bestimmt die Leistung (d. h. Spannung, Strom und Wellenform), die jedes der Leistungssteuermodule 105, 109 an die jeweiligen Elektromotoren 104, 108 liefert, und somit das Drehmoment und die Leistung, die jeder Elektromotor 104, 108 auf die Achse 106, 110, mit der er gekoppelt ist, ausübt. Zur Berechnung der angemessenen Leistung, die jedem Motor zugeführt werden muss, um das Ausgangsdrehmoment jedes Motors zu modulieren, empfängt das Steuergerät 122 Daten von einer Vielzahl von Sensoren (nicht dargestellt) und Aktuatoren im gesamten Fahrzeug 100 sowie Fahrzeugkalibrierungsdaten aus einer im Steuergerät 122 gespeicherten Nachschlagetabelle. Im Allgemeinen umfassen diese Sensoren und Aktoren 124 diejenigen, die zur Überwachung der Fahrzeugleistung verwendet werden, diejenigen, die zur Überwachung des Antriebssystems verwendet werden, diejenigen, die zur Überwachung des Zustands und der Leistung des Fahrzeugs 100 und der Leistungssteuerungselektronik verwendet werden, und diejenigen, die zur Überwachung von Benutzereingaben wie einem prozentualen Weg eines Gaspedals 124 zur Steuerung des Drehmoments/der Leistungsabgabe der Elektromotoren 104, 108 und damit der Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs 100 verwendet werden. Bei dem Gaspedal 124 kann es sich um ein herkömmliches, am Boden montiertes Fußpedal 124, ein am Lenkrad montiertes Handpedal 124, das sich in der Nähe des Lenkrads befindet, oder um einen an der Beratung montierten Hebel 124 handeln.
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Der Controller 122 kann einen oder mehrere Prozessoren 124, einen Speicher 126 und andere Komponenten umfassen, die typischerweise in Computergeräten vorhanden sind. Der Speicher 126 ist ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium, das Informationen speichert, auf die der eine oder die mehreren Prozessoren 124 zugreifen können, einschließlich Anweisungen und Daten, die von den Prozessoren 124 ausgeführt oder anderweitig verwendet werden können, um ein Verfahren 500 zu implementieren, das im Folgenden im Detail offengelegt wird. Der Speicher 126 kann von jedem Typ sein, der in der Lage ist, Informationen zu speichern, auf die die Prozessoren 124 zugreifen können, einschließlich eines von einem Computergerät lesbaren Mediums oder eines anderen Mediums, das Daten speichert, die mit Hilfe eines elektronischen Geräts gelesen werden können, wie z. B. ein Festplattenlaufwerk, eine Speicherkarte, ROM, RAM, DVD oder andere optische Platten sowie andere schreibfähige und Nur-Lese-Speicher.
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Obwohl nur ein Steuergerät 122 dargestellt ist, kann das Elektrofahrzeug 100 mehrere Steuergeräte 122 haben. Die jeweiligen Steuergeräte 122 können verschiedene Signale über einen Telematikserver oder eine CAN-Kommunikation (Controller Area Network) 123 austauschen. Jedes der Steuergeräte 122 kann einen oder mehrere Prozessoren, Speicher und andere Komponenten enthalten, die typischerweise in Computergeräten vorhanden sind. Außerdem kann jedes Steuergerät 122 ein oder mehrere Systeme steuern, und ein System kann von mehreren Steuergeräten 122 gesteuert werden. Der Einfachheit halber werden die ein oder mehreren Steuergeräte 122 im Folgenden als Steuergerät 122 bezeichnet.
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Das Schalten von Kupplung zu Kupplung wird auch als Single-Transition-Schaltung bezeichnet, was bedeutet, dass nur eine ausfahrende Kupplung gelöst und eine einfahrende Kupplung eingerückt werden muss. Daher müssen die beiden Kupplungen 114, 118 während des Schaltvorgangs gesteuert werden. Die kontrollierte Synchronisierung dieser beiden Kupplungen 114, 118 wird von der Steuereinheit 122 durchgeführt. Es gibt vier Arten von Schaltvorgängen von Kupplung zu Kupplung, d. h. Hochschalten beim Einschalten, Herunterschalten beim Einschalten, Hochschalten beim Ausschalten und Herunterschalten beim Ausschalten. Wenn das Drehmoment/die Leistung vom ersten Elektromotor 104 während des Kupplungsschaltens übertragen wird, nennt man diese Art des Schaltens einen Lastschaltvorgang. Der Power-on-Hochschaltvorgang durchläuft eine Drehmomentphase und dann eine Trägheitsphase. Ein Problem im Zusammenhang mit dem Power-on-Hochschalten ist der Abfall des Motordrehmoments am Ende der Drehmomentphase. Das Motordrehmoment steigt gegen Ende der Trägheitsphase an, was zu einer Oszillation des Drehmoments an der Abtriebsachse nach dem Ende der Trägheitsphase führt, nachdem die nachfolgende Kupplung vollständig eingerückt ist. Diese Abfolge von Ereignissen führt zu einer abrupten Schwankung des von der angetriebenen Achse abgegebenen Drehmoments und damit zu einer Schwingung der Fahrzeugbeschleunigung des Elektrofahrzeugs 100. Die abrupte Schwankung des von der Abtriebsachse abgegebenen Drehmoments und die daraus resultierende Schwingung der Fahrzeugbeschleunigung während des Hochschaltens beim Einschalten führen zu einer Verringerung des Fahrkomforts, den die Insassen des Fahrzeugs 100 erfahren, und erwecken den Eindruck eines unqualitativen Getriebeschaltens.
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2A zeigt die Drehmomentabgabe des ersten Elektromotors 104 (gestrichelte Linie), die auch als erstes Motordrehmoment bezeichnet wird, und die Drehmomentabgabe des zweiten Elektromotors 108 (durchgezogene Linie), die auch als zweites Motordrehmoment bezeichnet wird, während eines Einschaltvorgangs beim Hochschalten. 2B zeigt ein erstes Achsendrehmoment (gestrichelte Linie), das auch als erstes Achsendrehmoment bezeichnet wird, und ein zweites Achsendrehmoment (durchgezogene Linie), das auch als zweites Achsendrehmoment bezeichnet wird, während des Hochschaltens beim Einschalten. 2C zeigt die Schwingung der Fahrzeugbeschleunigung während des Hochschaltens bei eingeschalteter Zündung. Die Einheiten der horizontalen Achsen von 2A-2C sind Zeiteinheiten (Sekunden), die Einheiten der vertikalen Achsen von 2A und 2B sind Drehmomenteinheiten (Newton-Meter), und die Einheiten der vertikalen Achse von 2C sind Beschleunigungen (g), ausgedrückt als Verhältnis zur Erdanziehung.
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In 2A stellt die durchgezogene Linie das vordere Motordrehmoment und die gestrichelte Linie das hintere Motordrehmoment während eines eingeschalteten Hochschaltens bei 50 % Gaspedalweg dar. Der Gaspedalweg ist definiert als der Prozentsatz der Verschiebung von 0 Prozent, wenn sich das Gaspedal 124 in einem nicht betätigten Zustand befindet, bis 100 Prozent, wenn das Gaspedal 124 in einem voll betätigten Zustand ist. Zum Beispiel liegt der prozentuale Anteil eines Gaspedalwegs bei 0 Prozent, wenn sich das Gaspedal 124 in der obersten Position befindet, und bei 100 Prozent, wenn sich das fußbetätigte Gaspedal 124 in der untersten Position befindet. Der Schaltvorgang von Kupplung zu Kupplung beginnt bei T=T ound endet bei T=TF. Während des Kupplungsschaltens steigt das Drehmoment des hinteren Motors um 202 an, bevor es sich aufgrund der Änderung des hinteren Übersetzungsverhältnisses des Getriebes 112 abflacht, während das Drehmoment des vorderen Motors relativ konstant bleibt.
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In 2B stellt die durchgezogene Linie das Drehmoment an der Vorderachse und die gestrichelte Linie das Drehmoment an der Hinterachse während des Hochschaltens bei 50 % Gaspedalweg dar. Während des Kupplungswechsels weist das Drehmoment der Hinterachse (gestrichelte Linie) eine abrupte Schwankung auf, während das Drehmoment der Vorderachse (durchgezogene Linie) relativ flach bleibt. Die abrupte Amplituden- und Frequenzschwankung des Hinterachsdrehmoments verursacht eine abrupte Oszillation in der Beschleunigung des Elektrofahrzeugs 100, wie in 2C gezeigt. Die abrupte Oszillation in der Beschleunigung des Elektrofahrzeugs wird als eine schlechte Qualität der Getriebeschaltung wahrgenommen.
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3A zeigt die Drehmomente des ersten und des zweiten Motors während eines gesteuerten Hochschaltens beim Einschalten, 3B zeigt die Drehmomente der ersten und der zweiten Achse während des gesteuerten Hochschaltens beim Einschalten und 3C zeigt die Fahrzeugbeschleunigungsschwingung während des gesteuerten Hochschaltens beim Einschalten. Das Hochschalten beim Einschalten wird so gesteuert, dass die Schwingungen der Fahrzeugbeschleunigung bei 50 % Gaspedalweg minimiert werden.
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Bezugnehmend auf 3A wird der hintere Elektromotor während des kontrollierten Hochschaltens moduliert, um die abrupte Amplitudenschwankung des Hinterachsdrehmoments zu minimieren, die durch das Schalten von Kupplung zu Kupplung verursacht wird (siehe 3B). Die erste Modulation des Elektromotors umfasst zunächst eine Verringerung des ersten Motordrehmoments am Sollwert 302 in der Drehmomentphase, gefolgt von einer Erhöhung eines ersten Motordrehmoments am Sollwert 304 in der Trägheitsphase.
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Wie in 3A gezeigt, wird der vordere Elektromotor 108 gleichzeitig moduliert, indem das Drehmoment des vorderen Elektromotors während der Drehmomentphase bei Referenz 306 und erneut bei den Referenzen 308 und 310 während und nach der Trägheitsphase vorübergehend erhöht wird, um eine Vorderachs-Drehmomentschwingung zu erzeugen, die die Hinterachsschwingung ausgleicht, indem sie die Hinterachsschwingung zumindest ausgleicht. Die Drehmomentschwingung der Vorderachse ist ausreichend phasenverschoben zur Drehmomentschwingung der Hinterachse, um die Beschleunigungsschwingung des Fahrzeugs wirksam zu dämpfen. Vorzugsweise ist die Vorderachs-Drehmomentschwingung mit der Hinterachs-Drehmomentschwingung phasenverschoben, sowohl in der Amplitude 312A, 312B als auch in der Frequenz 314A, 314B, wie in 3B gezeigt, wobei die Phasen der beiden Wellen völlig entgegengesetzt sind und die gleiche Amplitude haben, so dass sie sich gegenseitig aufheben, um eine sanftere Fahrzeugbeschleunigung zu erreichen, die von den Insassen des Elektrofahrzeugs wahrgenommen wird.
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Die Modulation des vorderen Elektromotors erzeugt eine Drehmomentschwingung an der Vorderachse, die in der Lage ist, die Drehmomentschwingung an der Hinterachse auszugleichen, um die Beschleunigungsschwingung des Fahrzeugs während des Hochschaltens zu glätten, was zu einem sanfteren und daher qualitativ hochwertigeren Schaltvorgang für die Insassen führt, wie in 3C gezeigt.
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Die Kalibrierung der Modulation des Hintermotors, auch als Kalibrierung des Hintermotors bezeichnet, die ausreicht, um die plötzliche Amplitudenschwankung des Hinterachsdrehmoments, die durch das Schalten von Kupplung zu Kupplung verursacht wird, zu minimieren, kann vorher experimentell durchgeführt und in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, auf die das Steuergerät 122 zugreifen kann, um sie abzurufen und auszuführen, wenn das Steuergerät 122 einen Befehl für ein Hochschalten beim Einschalten erkennt. In ähnlicher Weise kann die Kalibrierung der Modulation des Vordermotors, die auch als Kalibrierung des Vordermotors bezeichnet wird und ausreicht, um eine Vorderachs-Drehmomentschwingung zu erzeugen, die in der Lage ist, die Hinterachs-Drehmomentschwingung zu kompensieren, um die Fahrzeugbeschleunigungsschwingung zu glätten, vorher experimentell durchgeführt und in der Nachschlagetabelle gespeichert werden. Die Kalibrierung der Betätigungsdrücke und des Timings der Kupplungen, um ein Schalten von Kupplung zu Kupplung zu bewirken, die auch als Kalibrierung der Kupplungsbetätigung bezeichnet wird, kann vorher experimentell durchgeführt und in der Lookup-Tabelle gespeichert werden. Die Kalibrierung des hinteren Motors, die Kalibrierung des vorderen Motors und die Kalibrierung der Kupplungsbetätigung können für vorbestimmte Inkremente des Gaspedalwegs, vorzugsweise mindestens alle 10 %, von 0 % bis 100 % des Wegs durchgeführt werden.
4 ist ein Blockflussdiagramm eines Verfahrens 400 zur Erzeugung einer Nachschlagetabelle zur Verwendung in dem Verfahren 500 für eine Hochschaltsteuerung eines Elektrofahrzeugs, um ein hochwertiges Schaltgefühl zu gewährleisten. Das vorgestellte Verfahren bezieht sich auf ein Zweigang-Getriebe 112, das mit dem hinteren Elektromotor 104 verbunden ist. Es sollte verstanden werden, dass die Verfahren 400 und 500 auch für ein Zweigang-Getriebe 112 anwendbar sind, das mit dem vorderen Elektromotor 108 im Gegensatz zum hinteren Elektromotor 104 verbunden ist.
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Das Verfahren 400 beginnt in Block 402 mit dem Betrieb des Elektrofahrzeugs 100 im Heckantriebsmodus, in dem vorderen Elektromotor 108 wenig bis gar keine elektrische Leistung zugeführt wird, oder im AWD/4WD-Antriebsmodus, in dem sowohl dem hinteren als auch dem vorderen Elektromotor 104, 108 elektrische Leistung zugeführt wird. In Block 404 überwacht das Steuergerät 122 das Getriebe 112 auf ein Einschalt-Hochschalt-Ereignis, wie z. B. eine Anforderung für einen Gangwechsel, einen vorhergesagten Bedarf für einen Gangwechsel oder ein Ereignis, das einen Bedarf für einen Gangwechsel auslöst. Wird kein Hochschalt-Ereignis beim Einschalten festgestellt, kehrt das Verfahren 400 zu Block 402 zurück.
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Zurück zu Block 404: Wenn ein Einschalt-Hochschalt-Ereignis erkannt wird, geht das Verfahren zu Block 406 über, wo der Prozentsatz des Gaspedalwegs aufgezeichnet wird und die Kupplungsbetätigungsdrücke und -zeiten kalibriert werden, um die Abruptheit des Ausrückens der ausfahrenden Kupplung und des Einrückens der einfahrenden Kupplung zu minimieren, um einen Gangwechsel zu bewirken. Die Kalibrierung der Kupplungsbetätigung wird in Bezug auf den Prozentsatz des Gaspedalwegs aufgezeichnet.
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In Block 408 wird die Modulation des hinteren Elektromotors so kalibriert, dass die Trägheitsphase des Anstiegs des Hinterachsdrehmoments reduziert wird, was zu einem Hinterachsdrehmoment mit kleineren Amplituden- und Frequenzschwankungen führt. In Block 410 wird der vordere Elektromotor kalibriert, um die Oszillation des Hinterachsdrehmoments zu kompensieren, indem eine Oszillation des Vorderachsdrehmoments erzeugt wird, die ausreicht, um die Oszillation des Hinterachsdrehmoments zu kompensieren, um die Oszillation der Gesamtfahrzeugbeschleunigung zu reduzieren und eine hohe Schaltqualität zu erreichen.
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In Block 412 wird die resultierende Fahrzeugbeschleunigungsschwingung, die aus der Kalibrierung des hinteren Motors, der Kalibrierung des vorderen Motors und der Kalibrierung der Kupplungsbetätigung erzeugt wurde, ausgewertet, um festzustellen, ob sie einer vorgegebenen Schaltqualität entspricht. Falls nicht, kann das Verfahren 400 zu den Blöcken 406, 408 und 410 zurückkehren. Wenn die Qualität zufriedenstellend ist, geht das Verfahren zu Block 414 und endet. Dieses Verfahren 400 wird für einen bestimmten Prozentsatz des Fahrpedalwegs wiederholt. Zum Beispiel kann dieses Verfahren 400 für alle 10 % des Gaspedalwegs von 0 % bis 100 % wiederholt werden, um eine Nachschlagetabelle zu erstellen, die einen Prozentsatz des Gaspedalwegs mit einer Kalibrierung des hinteren Motors, einer Kalibrierung des vorderen Motors und einer Kalibrierung der Kupplungsbetätigung in Beziehung setzt.
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5 zeigt ein Blockflussdiagramm eines Verfahrens 500 für ein AWD/4WD-Elektrofahrzeug zur Steuerung des Hochschaltens beim Einschalten, um ein hochwertiges Schaltgefühl zu gewährleisten, indem die Schwingungen der Fahrzeugbeschleunigung während des Hochschaltens beim Einschalten reduziert werden.
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Bezug nehmend auf das Elektrofahrzeug 100 von 1 und das Verfahren 500 von 5. Das Verfahren 500 beginnt in Block 502, wenn sich das Elektrofahrzeug 100 im Fahrmodus befindet und von mindestens einem von einem ersten Elektromotor 104 und einem zweiten Elektromotor 108 angetrieben wird. In Block 504 überwacht das Steuergerät 122 das Mehrganggetriebe 112 auf ein Einschalt-Hochschalt-Ereignis. Wird vom Steuergerät 122 kein Hochschaltvorgang beim Einschalten erkannt, kehrt das Verfahren zu Block 502 zurück.
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Zurück zu Block 504: Wenn das Steuergerät 122 ein Einschalt-Hochschalt-Ereignis erkennt, geht das Verfahren zu Block 506 über, in dem das Steuergerät 122 den Prozentsatz des Gaspedalwegs bestimmt, der ausgeübt wird. Unter Verwendung der Kalibrierungsnachschlagetabelle, die aus dem oben beschriebenen und in 4 dargestellten Verfahren 400 erzeugt wurde, ruft das Steuergerät 122 eine Kalibrierung für den hinteren Motor, eine Kalibrierung für den vorderen Motor und eine Kalibrierung für die Kupplungsbetätigung ab, die dem ermittelten Prozentsatz des Gaspedalwegs entsprechen.
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In Block 508 wendet das Steuergerät 122 die Kalibrierung der Kupplungsbetätigung auf die ausfahrenden und die einfahrenden Kupplungen an, um die Änderung des Geschwindigkeitsverhältnisses zu bewirken. Gleichzeitig wendet das Steuergerät 122 in Block 510 die Kalibrierung des hinteren Elektromotors an, um den hinteren Elektromotor zu modulieren, während es die Kalibrierung des vorderen Elektromotors anwendet, um den vorderen Elektromotor zu modulieren. Die Modulation des vorderen Motors erzeugt eine Drehmomentschwingung an der Vorderachse, die ausreicht, um die Drehmomentschwingung an der Hinterachse zu kompensieren, die durch die Kombination aus Kupplungsbetätigung und Modulation des hinteren Elektromotors verursacht wird, so dass die Beschleunigungsschwingung des Fahrzeugs reduziert wird. Zurück zu 3B: Die Modulation des vorderen Elektromotors erzeugt eine sinusförmige Vorderachs-Drehmomentschwingung, die mit der sinusförmigen Hinterachs-Drehmomentschwingung phasenverschoben ist, wodurch die Fahrzeugbeschleunigungsschwingung während des Hochschaltens beim Einschalten gedämpft wird.
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In Block 512 wird das Hochschalten beim Einschalten abgeschlossen, und das Fahrzeug 100 fährt im Fahrmodus weiter. Das Verfahren kehrt zu Block 502 zurück und wiederholt das Verfahren 500.
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Die vorliegende Offenbarung kann Beschleunigungsschwingungen während eines Hochschaltens bei einem Elektrofahrzeug 100, das von einem ersten Elektromotor 104, der mit einem Mehrganggetriebe verbunden ist, und einem zweiten Elektromotor 108 angetrieben wird, effektiver reduzieren. Die Verringerung der Beschleunigungsschwingungen beim Hochschalten vermittelt den Insassen des Elektrofahrzeugs 100 den Eindruck eines sanfteren und hochwertigeren Schaltgefühls ohne zusätzliche strukturelle Kosten für das Fahrzeug 100. Das oben beschriebene Konzept, den vorderen Motor zur Steuerung der Drehmomentschwingung der Vorderachse zu verwenden, um die Drehmomentschwingung der Hinterachse beim Hochschalten zu kompensieren, kann in ähnlicher Weise auf andere Arten von Schaltvorgängen angewandt werden, einschließlich des Herunterschaltens beim Einschalten, des Hochschaltens beim Ausschalten und des Herunterschaltens beim Ausschalten.
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Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Variationen, die nicht vom allgemeinen Sinn der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
