DE102021133366A1

DE102021133366A1 - Betreiben eines stufenlosen getriebes mit diskreten übersetzungsverhältnissen

Info

Publication number: DE102021133366A1
Application number: DE102021133366.0A
Authority: DE
Inventors: Tyler James-Ray KALDOBSKY; Craig Lechlitner; Seth Anthony Bryan
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-12-17
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2022-06-23
Also published as: US11407404B2; CN114645940A; US20220194359A1

Abstract

Ein Fahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor, ein stufenloses Getriebe, das eine an den Verbrennungsmotor gekoppelte Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, die Getriebeanordnung zu betätigen, um ein Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu ändern. Eine Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen und darauf, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, das Starten des Verbrennungsmotors unabhängig von einem Fahrerbedarfsdrehmoment anzuordnen und die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf eines der Drehzahlverhältnisse zu schalten.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Hybridfahrzeugen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In bestimmten Hybridantriebsstrangkonfigurationen ist die Verbrennungsmotordrehzahl möglicherweise nicht proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet ein Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, ein stufenloses Getriebe, das eine an den Verbrennungsmotor gekoppelte Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet. Die elektrische Maschine ist dazu konfiguriert, die Getriebeanordnung zu betätigen, um ein Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu verändern. Eine Steuerung ist dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen und darauf, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, das Starten des Verbrennungsmotors unabhängig von einem Fahrerbedarfsdrehmoment anzuordnen und die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf eines der Drehzahlverhältnisse zu schalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, ein Fahrpedal, ein stufenloses Getriebe, das eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet, und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu programmiert, nach einer Anforderung zum manuellen Herunterschalten des stufenlosen Getriebes, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist und das Fahrpedal freigegeben ist, das Starten des Verbrennungsmotors auf eine erste anfängliche Drehzahl anzuordnen und die elektrische Maschine zu betreiben, um das stufenlose Getriebe auf ein erstes einer vorbestimmten Anzahl von diskreten Drehzahlverhältnissen der Getriebeanordnung zu schalten.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Bereitstellen virtueller Gänge in einem stufenlosen Hybridgetriebe das Starten eines Verbrennungsmotors unabhängig von einem Fahrerbedarfsraddrehmoment als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen; und das Betreiben einer elektrischen Maschine, um das Getriebe auf eines der Drehzahlverhältnisse zu schalten.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern eines Getriebes.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin werden Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details konkreter Komponenten zu zeigen. Aus diesem Grund sind hierin offenbarte spezifische konstruktive und funktionelle Einzelheiten nicht als beschränkend auszulegen, sondern nur als eine repräsentative Lehrgrundlage für den Durchschnittsfachmann. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Bestimmte manuelle Schaltmodi können es einem Fahrer ermöglichen, zwischen Gängen zu wechseln. In einigen leistungsverzweigten Hybridanwendungen ist das Getriebe jedoch ein elektronisches stufenloses Getriebe, was bedeutet, dass kein physisches Stufengetriebe vorhanden ist. Infolgedessen können virtuelle Gänge über eine Steuerstrategie umgesetzt werden, um das Gefühl einer Stufengetriebeschaltung zu simulieren. Um die virtuelle Gangschaltung stärker hervorzuheben, muss der Verbrennungsmotor eingeschaltet sein, um hörbare Geräusche in Verbindung mit Raddrehmomentveränderungen bereitzustellen, um das Gefühl eines Schaltens zu vermitteln. Dies ist eine Verbesserung gegenüber früheren Iterationen des Bereitstellens von virtuellen Gängen in einem stufenlosen elektrischen Getriebe, bei dem das Starten des Verbrennungsmotors an das vom Fahrer angeforderte Drehmoment und/oder den Batterieladezustand gebunden war. In diesen Ausgestaltungen wurde der Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Gangschaltanforderung nicht gestartet, wenn das vom Fahrer angeforderte Drehmoment niedrig und/oder der Batterieladezustand hoch war. Dies führte zu uneinheitlichen virtuellen Gangwechseln, da Veränderungen des Verbrennungsmotorgeräuschs und der Drehzahl eine wichtige sensorische Komponente sind. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird, wird der Verbrennungsmotor in dieser Offenbarung als Reaktion auf eine Gangschaltanforderung unabhängig von dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment gestartet, um jederzeit eine einheitliche und lebendige virtuelle Schaltung bereitzustellen.
Beispielsweise kann das Anfordern eines Herunterschaltens über die Bewegung einer Wippe oder eines Hebels, die/der an einem Lenkrad oder einer vorderen Konsole bereitgestellt ist, zu einer Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl und des Raddrehmoments führen, und umgekehrt bei einem Hochschalten. Da leistungsverzweigte Hybride zum elektrischen Antrieb fähig sind, können Umstände auftreten, unter denen ein Fahrer, wenn er sich in einem rein elektrischen Fahrzustand (Verbrennungsmotor ausgeschaltet) befindet, den Eintritt in einen manuellen Schaltmodus anfordert. Dies kann zwei Probleme aufwerfen: Wie soll der anfängliche Gang gewählt werden, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, und welche anfängliche Verbrennungsmotordrehzahl soll angeordnet werden? Wie nachstehend ausführlicher erörtert, kann die Wahl des anfänglichen Gangs bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor auf einem Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich basieren, der jedem Gang zugeordnet ist.
Wenn bei bereits eingeschaltetem Verbrennungsmotor nur die Fahrzeuggeschwindigkeit oder die Drehzahl der Getriebeausgangswelle bei der Wahl des geeigneten Gangs verwendet würde, erfolgt eine vom Fahrer erwartete Änderung der Verbrennungsmotordrehzahl bei einer manuellen Anforderung zum Schalten möglicherweise nicht, da während eines Betriebs des leistungsverzweigten Antriebsstrangs die Verbrennungsmotordrehzahl möglicherweise nicht proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein leistungsverzweigtes Hybridfahrzeug 10 eine Fahrzeugsystemsteuerung (Vehicle System Controller - VSC) 11, eine Traktionsbatterie 12, ein stufenloses Hybridgetriebe 14 und ein Getriebesteuermodul 15 zusammen mit einem Elektromotor-Generator-Teilsystem ein, die von einem Controller Area Network (CAN) gesteuert werden. Ein durch das Modul 11 gesteuerter Verbrennungsmotor 16 verteilt Drehmoment über die Drehmomenteingangswelle 18 an das Getriebe 14. Das Modul 11 empfängt unter anderem auf bekannte Weise Informationen zur Anforderung eines manuellen Schaltens (Manual Shift Request Information - MSRI), die durch den Fahrer über Wippen, Hebel oder dergleichen eingegeben werden, einen PRND-Status, Fahrpedalpositionsinformationen (Accelerator Pedal Position Information - APPS) und Bremspedalpositionsinformationen (Brake Pedal Position Information - BPPS).
Das Getriebe 14 beinhaltet eine Zahnradanordnung, wie etwa einen Planetenradsatz 20, der ein Hohlrad 22, ein Sonnenrad 24 und einen Planetenträger 26 beinhalten kann. Das Hohlrad 22 verteilt Drehmoment auf eine weitere Getriebeanordnung, die ineinandergreifende Zahnradelemente 28, 30, 32, 34 und 36 umfasst. Eine Drehmomentausgangswelle 38 des Getriebes ist über einen Differential-und-Achs-Mechanismus 42 antreibbar mit Antriebsrädern 40 verbunden.
Die Zahnräder 30, 32 und 34 sind auf einer Vorgelegewelle montiert, wobei das Zahnrad 32 in ein elektromotorgetriebenes Zahnrad 44 eingreift. Ein Elektromotor 46 treibt das Zahnrad 44 an, das als Drehmomenteingang für das Vorgelegewellengetriebe 30, 32, 34 fungiert.
Die Batterie 12 versorgt den Elektromotor 46 über einen Leistungsflussweg 48 mit elektrischer Leistung. Ein Generator 50 ist auf bekannte Weise elektrisch mit der Batterie 12 und dem Elektromotor 46 verbunden, wie bei 52, 54 gezeigt.
Wenn die Batterie 12 bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 16 als einzige Leistungsquelle fungiert, können der Drehmomenteingang 18 und die Trägerbaugruppe 26 durch eine Freilaufkupplung 53 (optional) gebremst werden. Eine mechanische Bremse 55 (optional) kann den Rotor des Generators 50 und das Sonnenrad 24 verankern, wenn der Verbrennungsmotor 16 eingeschaltet ist und sich der Antriebsstrang in einem Parallelantriebsmodus befindet, wobei das Sonnenrad 24 als Reaktionselement fungiert.
Es gibt somit zwei Leistungsquellen für die Kraftübertragung. Bei der ersten Leistungsquelle handelt es sich um eine Kombination aus den Teilsystemen Verbrennungsmotor 16 und Generator, die unter Verwendung der Planetenradsatzes 20 miteinander verbunden sind. Die andere Leistungsquelle schließt nur das elektrische Antriebssystem ein, das den Elektromotor 46, den Generator 50 und die Batterie 12 beinhaltet, wobei die Batterie 12 als Energiespeichermedium für den Generator 50 und den Elektromotor 46 fungiert.
Der Verbrennungsmotor 16 wird unter Verwendung einer Motordrosselklappe auf bekannte Weise unter Steuerung des Bedieners mit Kraftstoff versorgt. Die Verbrennungsmotorleistung, mit welcher der Planetenradsatz 20 versorgt wird, kann als T_eωe ausgedrückt werden, was das Produkt des Verbrennungsmotordrehmoments T_e und der Verbrennungsmotordrehzahl ω_e ist. Die Leistung, mit der das Hohlrad 22 die Vorgelegewellenzahnräder 30, 32, 34 versorgt, kann als T_rωr ausgedrückt werden, was das Produkt des Hohlraddrehmoments T_r und der Hohlraddrehzahl ω_r ist. Die vom Getriebe 14 abgegebene Leistung kann als T_sωs ausgedrückt werden, was das Produkt des Drehmoments der Welle 38 T_s und der Drehzahl der Welle 38 ω_s ist.
Der Generator 50 kann, wenn er als Elektromotor fungiert, das Planetengetriebe 20 mit Leistung versorgen. Alternativ kann er durch das Planetengetriebe 20 angetrieben werden. Gleichermaßen kann die Leistungsverteilung zwischen dem Elektromotor 46 und den Vorgelegewellenzahnrädern 30, 32, 34 in beide Richtungen verteilt werden. Die Antriebsleistung von der Batterie 12 oder Ladeleistung zu der Batterie 12 ist bidirektional.
Die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors kann durch Steuern der Generatordrehzahl auf zwei Pfade verteilt werden. Der mechanische Leistungsflussweg T_rωr verläuft von dem Verbrennungsmotor 16 zu dem Träger 26 zu dem Hohlrad 22 zu der Vorgelegewelle. Der elektrische Leistungsflussweg verläuft von dem Verbrennungsmotor 16 zu dem Generator 50 zu dem Elektromotor 46 zu der Vorgelegewelle. Die Verbrennungsmotorleistung wird verteilt, wodurch die Verbrennungsmotordrehzahl während eines sogenannten Betriebsmodus mit positiver Verzweigung von der Fahrzeuggeschwindigkeit getrennt wird. In diesem Zustand versorgt der Verbrennungsmotor 16 das Planetengetriebe 20 mit Leistung, das die Vorgelegewellenzahnräder 30, 32, 34 mit Leistung versorgt, die wiederum die Räder 40 antreibt. Ein Teil der Leistung des Planetengetriebes wird an den Generator 50 verteilt, der die Batterie 12 mit Ladeleistung versorgt. Die Drehzahl des Generators 50 ist zu diesem Zeitpunkt größer als null oder positiv und das Generatordrehmoment ist kleiner als null. Die Batterie 12 treibt den Elektromotor 46 an, der Leistung an die Vorgelegewelle verteilt. Diese Anordnung ist eine „positive Leistungsverzweigung“.
Wenn der Generator 50 aufgrund der mechanischen Eigenschaften des Planetenradsatzes 20 als Leistungseingang für die Planetenradantriebseinheit 20 zum Antreiben des Fahrzeugs fungiert, kann der Betriebsmodus als „negative Leistungsverzweigung“ bezeichnet werden. Die Generatordrehzahl und das Generatordrehmoment sind beide ebenfalls negativ.
Der Generator 50 versorgt den Planetenradsatz 20 mit Leistung, wenn der Elektromotor 46 als Generator fungiert und die Batterie 12 geladen wird. Es ist j edoch möglich, dass der Elektromotor 46 unter einigen Bedingungen Leistung auf das Vorgelegewellengetriebe 30, 32, 34 verteilen kann, wenn das resultierende Drehmoment an den Rädern 40 von dem Getriebe 30, 32, 34 den Fahrerbedarf nicht erfüllt. Dann muss der Elektromotor 46 die Differenz ausgleichen.
Wenn die Generatorbremse 55 aktiviert ist, wird ein Parallelbetriebsmodus hergestellt: Ein Zustand, bei dem der Verbrennungsmotor 16 eingeschaltet ist und der Generator 50 gebremst ist. Die Batterie 12 führt dem Elektromotor 46 Leistung zu, der dem Vorgelegewellengetriebe 30, 32, 34 gleichzeitig mit der Leistungsversorgung von dem Verbrennungsmotor 16 zu dem Planetengetriebe 20 zu dem Vorgelegewellengetriebe 30, 32, 34 Leistung zuführt.
Die erste Leistungsquelle kann nur Drehmoment für den Vorwärtsantrieb abgeben, da das Vorgelegewellengetriebe 30, 32, 34 nicht über einen Rückwärtsgang verfügt. Der Verbrennungsmotor 16 erfordert entweder eine Generatorsteuerung oder eine Generatorbremse, um die Übertragung von Leistung auf die Räder 40 zur Vorwärtsbewegung zu ermöglichen.
Die zweite Leistungsquelle ist, wie vorstehend beschrieben, die Batterie 12, der Generator 50 und das Elektromotor-Teilsystem. In diesem Fahrmodus kann der Verbrennungsmotor 16 durch eine optionale Freilaufkupplung 53 gebremst werden. Der Elektromotor 46 bezieht Leistung von der Batterie 12 und bewirkt den Antrieb unabhängig vom Verbrennungsmotor 16 entweder mit Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung. Der Generator 50 kann Leistung aus der Batterie 12 beziehen und gegen eine Reaktion der Einwegkupplung 53 antreiben. Der Generator 50 arbeitet in diesem Modus als Elektromotor.
Wie vorstehend angegeben, sind die zwei Leistungsquellen integriert, sodass sie nahtlos zusammenarbeiten, um den Leistungsbedarf des Fahrers zu erfüllen, ohne die Leistungsgrenzen des Systems, einschließlich der Batteriegrenzen, zu überschreiten, während Effizienz und Leistung des Antriebsstrangs erhalten bleiben. Das System bestimmt den Drehmomentbedarf des Fahrers und kann die optimale Leistungsverzweigung zwischen den beiden Leistungsquellen erreichen.
Außerhalb des manuellen Schaltmodus wird das Getriebe 14 als elektronisches stufenloses Getriebe betrieben, wie vorstehend erwähnt. Sobald der Fahrer jedoch ein manuelles Schalten anfordert, kann eine vorbestimmte Anzahl (z. B. sechs, acht usw.) von unterschiedlichen virtuellen Stufendrehzahlverhältnissen (auch als Übersetzungsverhältnisse bekannt) des Getriebes 14 instanziiert werden. Das heißt, sobald ein Fahrer in den manuellen Schaltmodus eintritt, kann das Getriebe 14 gesteuert werden, um eines von zum Beispiel acht verschiedenen Drehzahlverhältnissen (α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ) zwischen der Eingangswelle 18 und der Ausgangswelle 38 - im Gegensatz zu einer unendlichen Anzahl - zu ermöglichen. Wenn der Verbrennungsmotor 16 bei der Anforderung eines manuellen Schaltens eingeschaltet ist, kann eines der acht Verhältnisse derart ausgewählt werden, dass sich die Verbrennungsmotordrehzahl um mindestens einen vorbestimmten Betrag (z. B. 200 Umdrehungen pro Minute, 500 Umdrehungen pro Minute usw.) verändert (sich bei einem Herunterschalten erhöht oder sich bei einem Hochschalten verringert). Der vorbestimmte Betrag kann auch von der aktuellen Verbrennungsmotordrehzahl abhängen: Je niedriger die Verbrennungsmotordrehzahl ist, desto niedriger ist der vorbestimmte Betrag. Wenn zum Beispiel die Verbrennungsmotordrehzahl 2000 Umdrehungen pro Minute beträgt, wenn der Fahrer ein manuelles Schalten anfordert, kann der vorbestimmte Betrag 150 Umdrehungen pro Minute betragen, und wenn die Verbrennungsmotordrehzahl 3500 Umdrehungen pro Minute beträgt, wenn der Fahrer ein manuelles Schalten anfordert, kann der vorbestimmte Betrag 400 Umdrehungen pro Minute betragen.
Der Verbrennungsmotor 16 kann in einem Beispiel eine Drehzahl von 3300 Umdrehungen pro Minute aufweisen, während das Fahrzeug 10 mit 50 Meilen pro Stunde fährt. Wenn der Fahrer ein manuelles Herunterschalten anfordert, wodurch das Fahrzeug 10 in den manuellen Schaltmodus versetzt wird, kann die Systemsteuerung 11 eine Tabelle untersuchen, die eine Fahrzeuggeschwindigkeit, Verbrennungsmotordrehzahl und Gangdaten beinhaltet: Die Systemsteuerung 11 kann den höchsten der acht Gänge auswählen, der eine Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl um mindestens 300 Umdrehungen pro Minute erzeugt: Wenn das Umsetzen jedes der Gänge zu einer zugeordneten Änderung der Verbrennungsmotordrehzahl führen würde, vorausgesetzt, das Fahrzeug 10 fährt 50 Meilen pro Stunde, wie durch die nachstehende Tabelle definiert, würde die Systemsteuerung 11 den 5. Gang wählen. (Die Δ UpM kann für jeden der acht Gänge bei einer unterschiedlichen Verbrennungsmotordrehzahl unterschiedlich sein.) Tabelle 1, Beispiel für virtuellen Gang im Vergleich zu Δ UpM

Virtueller Δ UpM

Gang

1 1000

2 830

3 680

4 520

5 330

6 -290

7 -310

8 -500
Wenn der Fahrer stattdessen ein manuelles Hochschalten anfordert, kann die Systemsteuerung 11 den niedrigsten der acht Gänge wählen, der eine Verringerung der Verbrennungsmotordrehzahl um mindestens 300 Umdrehungen pro Minute erzeugt: 7. Gang.
Wenn der Verbrennungsmotor 16 bei der Anforderung eines manuellen Schaltens ausgeschaltet ist, wird der Verbrennungsmotor gestartet und eines der acht Übersetzungsverhältnisse kann erneut ausgewählt werden. Unter diesen Umständen wird die Fahrzeuggeschwindigkeit zum Treffen der Auswahl verwendet. Tabelle 2, Beispiel für virtuellen Gang im Vergleich zur Fahrzeuggeschwindigkeit

Virtueller Fahrzeuggeschwindigkeit

Gang (UpM)

1 0-10

2 11-20

3 21-30

4 31-40

5 41-50

6 51-60

7 61-70

8 71-90
Sobald der Gang ausgewählt ist, kann die Systemsteuerung 11 das Getriebesteuermodul 15 anweisen, den ausgewählten Gang über das Getriebe 14 umzusetzen, sodass die Eingangswelle 18 und die Ausgangswelle 38 mit dem durch den ausgewählten Gang definierten Verhältnis betrieben werden. Der Verbrennungsmotor wird ebenfalls gestartet und auf Grundlage des anfänglichen Gangs und der Fahrzeuggeschwindigkeit angewiesen, eine anfängliche Verbrennungsmotordrehzahl zu erzielen. Das Fahrzeug kann mehrere Lookup-Tabellen zum Bestimmen des anfänglichen Gangs und der Verbrennungsmotordrehzahl, wenn der Motor ausgeschaltet ist, beinhalten. Eine der Lookup-Tabellen kann für das Hochschalten und eine andere für das Herunterschalten sein. Diese Tabellen bestimmen den anfänglichen Gang und die Verbrennungsmotordrehzahl auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit. Bei einer gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit führt das Eintreten in den manuellen Schaltmodus mit einem Hochschalten zu einem höheren anfänglichen Gang und einer niedrigeren Verbrennungsmotordrehzahl als das Eintreten mit einem Herunterschalten.
Repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik sind beschrieben, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multi-Tasking, Multi-Threading, zustandsgesteuert und dergleichen, umgesetzt sein kann/können. Demnach können verschiedene veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der beschriebenen Sequenz parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Obwohl dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine(r) oder mehrere der erwogenen Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der konkret eingesetzten Verarbeitungsstrategie wiederholt durchgeführt werden kann/können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die in dieser Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern ist zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt.
Die in dieser Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Vorrichtungen mit Festwertspeicher (Read Only Memory - ROM), gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Vorrichtungen mit Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory - RAM), und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zudem in einem mit Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ dazu können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, verwirklicht sein.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Ablaufdiagramm 200 zum Steuern eines manuellen Schaltmodus des Hybridfahrzeugs gezeigt. Die Steuervorgänge 200 beginnen mit dem Empfang einer Anforderung 202, das Getriebe manuell auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen zu schalten. Bei Vorgang 204 bestimmt die Steuerung den Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, geht der Steuervorgang zu Vorgang 206 über und eine Verbrennungsmotorstartanforderung wird an das dem Verbrennungsmotor zugeordnete Steuermodul, z. B. das Verbrennungsmotorsteuermodul, gesendet. In den Steuervorgängen 200 wird der Verbrennungsmotor als Reaktion auf eine Gangschaltanforderung unabhängig von dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment, dem Batterieladezustand oder anderen Überlegungen gestartet. Dies gewährleistet hochwertiges NVH für die simulierte Gangschaltung. Das heißt, der Verbrennungsmotor wird gestartet, selbst wenn das Fahrpedal zum Zeitpunkt der Gangschaltanforderung freigegeben ist. Der Steuervorgang geht dann zu Vorgang 208 über und die Steuerung wählt eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen des Getriebes aus. Bei Vorgang 210 wird das Getriebe in den ausgewählten Gang geschaltet. Das Getriebe kann in den ausgewählten Gang geschaltet werden, indem der Generator 50 betrieben wird, um das Sonnenrad mit einer Drehzahl zu drehen, die das ausgewählte Drehzahlverhältnis des Getriebes herstellt. Bei Vorgang 212 ordnet die Steuerung eine anfängliche Drehzahl für den Verbrennungsmotor zum Beispiel auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Lookup-Tabellen an. Wenn der Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt der Schaltanforderung eingeschaltet ist, geht der Steuervorgang zu Vorgang 214 über und die Steuerung verhindert einen Verbrennungsmotorstopp. Dies verhindert unabhängig von dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment, dem Batterieladezustand oder anderen Überlegungen, dass der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Zum Beispiel werden auch andere Hybridfahrzeugkonfigurationen als die in 1 vorgeschlagenen erwogen. Darüber hinaus können die Wörter Steuerung und Steuerungen austauschbar verwendet werden und bezieht sich jede Bezugnahme auf eine Steuerung auf eine oder mehrere Steuerungen.
Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die möglicherweise nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem/einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verbauung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. beinhalten. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsstrang bereitgestellt, der Folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor; ein stufenloses Getriebe, das eine an den Verbrennungsmotor gekoppelte Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet, wobei die elektrische Maschine dazu konfiguriert ist, die Getriebeanordnung zu betätigen, um ein Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu ändern; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen und darauf, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, (i) das Starten des Verbrennungsmotors unabhängig von einem Fahrerbedarfsdrehmoment anzuordnen und (ii) die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf eines der Drehzahlverhältnisse zu schalten.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Anordnen des Startens des Verbrennungsmotors ferner ein Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Drehzahl, die dem einen der Drehzahlverhältnisse zugeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Herunterschalten des Getriebes und darauf, dass der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, das Getriebe mit einem der Drehzahlverhältnisse zu betreiben, sodass sich eine Drehzahl des Verbrennungsmotors um mindestens einen vorbestimmten Betrag erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der vorbestimmte Betrag von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig, sodass der vorbestimmte Betrag mit abnehmender Drehzahl abnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben der elektrischen Maschine ferner das Erhöhen oder Verringern einer Drehzahl der elektrischen Maschine, um das Getriebe mit dem einem von der vorbestimmten Anzahl von diskreten Verhältnissen zu betreiben, sodass eine anfängliche Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs basiert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch eine zweite elektrische Maschine, die durch eine zweite Getriebeanordnung mit der Ausgangswelle wirkverbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Getriebeanordnung einen Planetenradsatz.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Planetenradsatz ein an die elektrische Maschine gekoppeltes Sonnenrad, ein an die Ausgangswelle gekoppeltes Hohlrad und einen an die Eingangswelle gekoppelten Planetenträger auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen und darauf, dass der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, das Stoppen des Verbrennungsmotors zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Verbrennungsmotor; ein Fahrpedal; ein stufenloses Getriebe, das eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, nach einer Anforderung zum manuellen Herunterschalten des stufenlosen Getriebes, wenn der Motor ausgeschaltet ist und das Fahrpedal freigegeben ist, (i) das Starten des Verbrennungsmotors auf eine erste anfängliche Drehzahl anzuordnen und (ii) die elektrische Maschine zu betreiben, um das stufenlose Getriebe auf ein erstes einer vorbestimmten Anzahl von diskreten Drehzahlverhältnissen der Getriebeanordnung zu schalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, nach einer Anforderung zum manuellen Hochschalten des Getriebes, wenn der Motor ausgeschaltet ist und das Fahrpedal freigegeben ist, (i) das Starten des Verbrennungsmotors auf eine zweite anfängliche Drehzahl, die kleiner als die erste Drehzahl ist, anzuordnen und (ii) die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf ein zweites der diskreten Drehzahlverhältnisse, das höher als das erste Drehzahlverhältnis ist, zu schalten.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die erste anfängliche Drehzahl auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die erste anfängliche Drehzahl auf einer Position des Fahrpedals.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner dazu programmiert, nach einer Anforderung zum manuellen Herunterschalten des Getriebes, wenn der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf ein zweites von der vorbestimmten Anzahl von diskreten Drehzahlverhältnissen der Getriebeanordnung zu schalten.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Getriebeanordnung einen Planetenradsatz.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Planetenradsatz ein an die elektrische Maschine gekoppeltes Sonnenrad, ein an eine Ausgangswelle des Getriebes gekoppeltes Hohlrad und einen an eine Eingangswelle des Getriebes gekoppelten Planetenträger auf.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben der elektrischen Maschine ferner das Erhöhen oder Verringern einer Drehzahl der elektrischen Maschine, um das Getriebe mit dem ersten der Drehzahlverhältnisse zu betreiben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen virtueller Gänge in einem stufenlosen Hybridgetriebe bereitgestellt, das Folgendes aufweist: Starten eines Verbrennungsmotors unabhängig von einem Fahrerbedarfsraddrehmoment als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen; und das Betreiben einer elektrischen Maschine, um das Getriebe auf eines der Drehzahlverhältnisse zu schalten.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Starten des Verbrennungsmotors ferner ein Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Drehzahl, die dem einen der Drehzahlverhältnisse zugeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die Drehzahl auf einer Fahrzeuggeschwindigkeit und dem vom Fahrer angeforderten Raddrehmoment.

Claims

Antriebsstrang, umfassend: einen Verbrennungsmotor; ein stufenloses Getriebe, das eine an den Verbrennungsmotor gekoppelte Eingangswelle, eine Ausgangswelle, eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet, wobei die elektrische Maschine dazu konfiguriert ist, die Getriebeanordnung zu betätigen, um ein Drehzahlverhältnis zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle zu ändern; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen und darauf, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, (i) das Starten des Verbrennungsmotors unabhängig von einem Fahrerbedarfsdrehmoment anzuordnen und (ii) die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf eines der Drehzahlverhältnisse zu schalten.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Anordnen des Startens des Verbrennungsmotors ferner ein Betreiben des Verbrennungsmotors mit einer Drehzahl, die dem einem der Drehzahlverhältnisse zugeordnet ist, beinhaltet.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Herunterschalten des Getriebes und darauf, dass der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, das Getriebe mit einem der Drehzahlverhältnisse zu betreiben, sodass sich eine Drehzahl des Verbrennungsmotors um mindestens einen vorbestimmten Betrag erhöht.
Antriebsstrang nach Anspruch 3, wobei der vorbestimmte Betrag von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig ist, sodass der vorbestimmte Betrag mit abnehmender Drehzahl abnimmt.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Betreiben der elektrischen Maschine ferner das Erhöhen oder Verringern einer Drehzahl der elektrischen Maschine, um das Getriebe mit dem einem von der vorbestimmten Anzahl von diskreten Verhältnissen zu betreiben, sodass eine anfängliche Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs basiert.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zweite elektrische Maschine, die durch eine zweite Getriebeanordnung mit der Ausgangswelle wirkverbunden ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Getriebeanordnung einen Planetenradsatz beinhaltet.
Antriebsstrang nach Anspruch 7, wobei der Planetenradsatz ein an die elektrische Maschine gekoppeltes Sonnenrad, ein an die Ausgangswelle gekoppeltes Hohlrad und einen an die Eingangswelle gekoppelten Planetenträger aufweist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion auf eine Anforderung zum manuellen Schalten des Getriebes auf eines von einer vorbestimmten Anzahl von virtuellen diskreten Drehzahlverhältnissen und darauf, dass der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, das Stoppen des Verbrennungsmotors zu verhindern.
Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor; ein Fahrpedal; ein stufenloses Getriebe, das eine elektrische Maschine und eine Getriebeanordnung beinhaltet; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, nach einer Anforderung zum manuellen Herunterschalten des stufenlosen Getriebes, wenn der Motor ausgeschaltet ist und das Fahrpedal freigegeben ist, (i) das Starten des Verbrennungsmotors auf eine erste anfängliche Drehzahl anzuordnen und (ii) die elektrische Maschine zu betreiben, um das stufenlose Getriebe auf ein erstes von einer vorbestimmten Anzahl von diskreten Drehzahlverhältnissen der Getriebeanordnung zu schalten.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert, nach einer Anforderung zum manuellen Hochschalten des Getriebes, wenn der Motor ausgeschaltet ist und das Fahrpedal freigegeben ist, (i) das Starten des Verbrennungsmotors auf eine zweite anfängliche Drehzahl, die kleiner als die erste Drehzahl ist, anzuordnen und (ii) die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf ein zweites der diskreten Drehzahlverhältnisse, das höher als das erste Drehzahlverhältnis ist, zu schalten.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die erste anfängliche Drehzahl auf einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 12, wobei die erste anfängliche Drehzahl auf einer Position des Fahrpedals basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, nach einer Anforderung zum manuellen Herunterschalten des Getriebes, wenn der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist, die elektrische Maschine zu betreiben, um das Getriebe auf ein zweites von der vorbestimmten Anzahl von diskreten Drehzahlverhältnissen der Getriebeanordnung zu schalten.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die Getriebeanordnung einen Planetenradsatz beinhaltet und wobei der Planetenradsatz ein an die elektrische Maschine gekoppeltes Sonnenrad, ein an eine Ausgangswelle des Getriebes gekoppeltes Hohlrad und einen an eine Eingangswelle des Getriebes gekoppelten Planetenträger aufweist.