DE10336999A1 - Strategie zum Steuern einer Kupplung zum Verbinden einer Maschine mit einem Antriebsstrang eines hybriden Elektrofahrzeuges - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Kupplung zum Verbinden einer Maschine mit einem Antriebsstrang eines hybriden Elektrofahrzeugs (HEV). Das System umfasst eine Steuerung, die programmiert ist, um einen gefilterten Drehzahlfehler der Maschine und eines Starters/Motors zu bestimmen und um eine Maschinenlaufanweisung zu bestimmen. Überwachungseinrichtungen, die funktional mit der Maschine und dem Starter/Motor verbunden sind, sind verbunden, um Daten an die Steuerung auszugeben, welche die Maschinendrehzahl und die Drehzahl des Starters/Motors darstellen. Die Steuerung ist programmiert, um eine Kupplungspositionsanweisung in Abhängigkeit der Daten für einen mit der Kupplung verbundenen Servo-Aktuator zu erzeugen. DOLLAR A Die Erfindung stellt ferner Verfahren zum Steuern einer solchen Kupplung bereit, umfassend die Schritte des Bestimmes einer Maschinenlaufanweisung, des Bestimmens eines gefilterten Drehzahlfehlers der Maschine und eines Starters/Motors und des Erzeugens einer Kupplungspositionsanweisung.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft im allgemeinen ein hybrides Elektrofahrzeug (HEV: hybrid electric vehicle), und im besonderen eine Strategie um das Ineingriffbringen und Außereingriffbringen einer Kupplung zu steuern, die zum Verbinden einer Maschine mit einem Antriebsstrang eines HEV's verwendet wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Notwendigkeit, den fossilen Kraftstoffverbrauch und die Emissionen bei Automobilen und anderen Fahrzeugen, die überwiegend durch Verbrennungsmaschinen (ICE: internal combustion engines) angetrieben sind, zu vermindern, ist wohl bekannt. Es wird versucht, mittels durch Elektromotoren angetriebenen Fahrzeugen diese Notwendigkeiten umzusetzen. Eine weitere alternative Lösung besteht in der Kombination einer kleineren ICE mit Elektromotoren in einem Fahrzeug. Solche Fahrzeuge verbinden die Vorteile eines ICE-Fahrzeugs und eines Elektrofahrzeugs und werden typischerweise als hybride Elektrofahrzeuge (HEV) bezeichnet, siehe beispielsweise das Severinsky erteilte amerikanische Patent US 5,343,970 .
  • Das HEV wird in einer Reihe von Konfigurationen beschrieben. Viele HEV-Patente offenbaren Systeme, bei welchen eine Bedienperson erforderlich ist um zwischen einem elektrischen Betrieb und einem Verbrennungsbetrieb auszuwählen. In anderen Konfigurationen treibt der Elektromotor einen Satz von Rädern an und die ICE treibt einen unterschiedlichen Satz an.
  • Andere vorteilhaftere Anordnungen wurden entwickelt. Beispielsweise umfasst ein hybrides Reihenelektrofahrzeug (SHEV: series hybrid electro vehivle) eine Maschine (typischerweise eine ICE) die mit einem als Generator bezeichneten Elektromotor verbunden ist. Der Generator selbst liefert Elektrizität an eine Batterie und an einen anderen, als Fahrmotor bezeichneten Motor. Bei einem SHEV ist der Fahrmotor die alleinige Quelle eines Raddrehmomentes. Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen der Maschine und den Antriebsrädern. Ein hybrides Parallelelektrofahrzeug (PHEV: parallel hybrid electrical vehicle) weist eine Maschine (am typischsten eine ICE) und einen Elektromotor auf, die in einem sich ändernden Maße zusammenarbeiten um das notwendige Raddrehmoment bereitzustellen um das Fahrzeug anzutreiben. Ferner kann in der PHEV-Anordnung der Motor als ein Generator verwendet werden um die Batterie mit der Leistung zu laden, die von der ICE erzeugt wird.
  • Ein hybrides Parallel/Reihen-Elektrofahrzeug (PSHEV: parallel/series hybrid electric vehicle) weist Eigenschaften sowohl von der PHEV- als auch von der SHEV-Anordnung auf und wird manchmal als eine Parallel/Reihen-Splitanordnung bezeichnet. In einer von mehreren Typen von PSHEV-Anordnungen ist die ICE mechanisch an zwei Elektromotoren mit einem Planetensammelgetriebe gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Umlaufgetriebe verbunden. Die ICE ist mit einem Zwischenrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, der Fahrmotor ist über ein zusätzliches Getriebe in einer Hinterachse mit einem Tellerrad (Ausgang) verbunden. Das Maschinendrehmoment kann den Generator zum Laden der Batterie antreiben. Der Generator kann auch zu dem notwendigen Raddrehmoment (Ausgangswelle) beitragen, wenn das System eine Einwege-Kupplung aufweist. Der Fahrmotor wird verwendet um zum Raddrehmoment beizutragen und um Bremsenergie zum Laden der Batterie zurückzugewinnen. In dieser Anordnung kann der Generator selektiv ein Gegenmoment bereitstellen, das verwendet werden kann um die Maschinendrehzahl zu steuern. Tatsächlich können die Maschine, der Generatormotor und der Fahrmotor eine kontinuierliche, variable Übertragung (CVT: continuous variable transmission) bereitstellen. Ferner stellt das HEV eine Möglichkeit dar, im Vergleich zu herkömmlichen Fahrzeugen die Maschinenleerlaufdrehzahl besser zu steuern durch das Verwenden des Generators um die Maschinendrehzahl zu steuern.
  • Es ist klar, dass die Kombination von ICE mit elektrischen Motoren gewünscht ist. Es besteht ein großes Potential für das Vermindern des Fahrzeugkraftstoffverbrauchs und der Emissionen ohne den spürbaren Verlust von Fahrzeugleistung oder Dynamikfähigkeit. Das HEV erlaubt das Verwenden von kleineren Maschinen, das regenerative Bremsen, elektrisches Boosten und sogar den Betrieb des Fahrzeugs mit Maschinenstilllegung. Trotzdem müssen neue Wege entwickelt werden um das Potential der HEV's zu nutzen.
  • Ein solches Gebiet von HEV-Entwicklungen ist das Steuern des Ineingriffgelangens und Außereingriffgelangens der Maschine von dem HEV-Antriebbstrang. Häufig wird dies unter Verwendung einer Zweiwege-Kupplung in parallelen HEVs ausgeführt. Eine Zweiwege-Kupplung erlaubt es der Maschine, den Motor anzutreiben und erlaubt es der Maschine und dem Motor, das Fahrzeug anzutreiben. Kupplungssteuerungsstrategien für HEVs sind auf dem Gebiet bekannt. Siehe allgemein das an Lawrie erteilte Patent US 5,979,257 und das an Reed, Jr. et al. erteilte Patent US 5,943,918 . Dennoch ist keine gestaltet um das Ineingriffbringen und Außereingriffbringen einer Zweiwege-Kupplung zu steuern um eine Maschine mit einer parallelen HEV zu verbinden..
  • Dementsprechend besteht die Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung einer Strategie um das Ineingriffbringen und Außereingriffbringen einer Kupplung zu steuern, die verwendet wird um eine Maschine mit einem Antriebsstrang eines hybriden Elektrofahrzeugs (HEV) zu verbinden.
  • Kurz gesagt, stellt die Erfindung ein System für eine Kupplungssteuerung in einem HEV bereit. Das System, welches eine Kupplung zum Verbinden einer Maschine an dem Antriebsstrang der HEV steuert umfasst eine Steuerung, die programmiert ist um einen gefilterten Drehzahlfehler der Maschine und eines Starters/Motors zu bestimmen und um eine Maschinenlaufanweisung zu bestimmen. Überwachungseinrichtungen, die funktional mit der Maschine und dem Starter/Motor verbunden sind, sind verbunden um Daten an die Steuerung auszugeben, welche die Maschinendrehzahl und die Drehzahl des Starters/Motors darstellen. Die Steuerung ist programmiert um abhängig von den Daten eine Kupplungspositionsanweisung für einen Servo-Aktuator zu erzeugen, der mit der Kupplung verbunden ist.
  • Die Erfindung stellt ferner Verfahren zum Steuern einer solchen Kupplung bereit umfassend die Schritte des Bestimmens einer Maschinenlaufanweisung, des Bestimmens eines gefilterten Drehzahlfehlers der Maschine und eines Starters/Wechselstromgenerators (oder Starters/Motors) und des Erzeugens einer Kupplungspositionsanweisung. Der Schritt des Bestimmens einer Maschinenlaufanweisung kann die Schritte umfassen des Bestimmens, ob die Kupplung sich im Eingriff befindet, des Bestimmens, ob die Maschine wenigstens bei ei ner vorbestimmten Leerlaufdrehzahl dreht, und des Abgebens einer Kraftstoffanforderung an die Maschine, wenn sich die Kupplung im Eingriff befindet und sich die Maschine wenigstens mit der vorbestimmten Leerlaufdrehzahl dreht. Der Schritt des Bestimmens eines gefilterten Drehzahlfehlers kann die Schritte umfassen des Bestimmens eines Drehzahlfehlers, des Bestimmens eines skalierten Drehzahlfehlers; und des Eingebens des skalierten Drehzahlfehlers in einen digitalen Tiefpassfilter.
  • Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute auf dem Gebiet aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorstehenden Vorteile und Merkmale sowie andere Vorteile und Merkmale werden mit Bezugnahme auf die untenstehende Beschreibung und Figuren deutlich, bei welchen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente darstellen und bei denen:
  • 1 eine allgemeine hybride Parallel-Elektroantriebsstranganordnung,
  • 2 eine Kupplungssteuerungsbetriebslogik der Erfindung,
  • 3 eine 20-Sekunden-Simulation der Erfindung,
  • 4 eine ausgedehnte Sicht des 3- bis 5-Sekunden-Intervalls der Simulation von 3,
  • 5 eine ausgedehnte Sicht des 16- bis 18-Sekunden-Intervalls der Simulation von 3, und
  • 6 eine Steuerstrategie unter Verwendung der Erfindung zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Die vorliegende Erfindung betrifft hybride Elektrofahrzeuge (HEVs) und insbesondere eine Strategie zum Steuern des Ineingriffbringens und Außereingriffbringens einer Kupplung, die verwendet wird um eine Maschine mit dem Antriebsstrang eines HEV's zu verbinden. Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung verwendet eine Steuerung zum Ineingriffbringen und Außereingriffbringen einer Trocken-Zweiwege-Kupplung, die verwendet wird um eine Maschine mit einem Antriebsstrang in einem hybriden Parallel-Elektrofahrzeug (PHEV) zu verbinden.
  • 1 veranschaulicht einen möglichen PHEV-Antriebsstrang um die Erfindung darzulegen und ist im allgemeinen mit der Ziff. 18 bezeichnet. Dieser Antriebsstrang 18 weist eine Maschine 20 (wie eine herkömmliche, 2,0 l fremdgezündete Verbrennungsmaschine (ICE: internal combustion engine)) und eine Starter/Motor-Kombination 24 auf um Antriebsdrehmoment für das Fahrzeug zu liefern. Der Starter/Motor 24 ist gestaltet und ausgelegt um nicht nur ein Antriebsdrehmoment bereitzustellen sondern auch um die Maschine 20 zum Starten anzudrehen. Für die Erfindung kann ein 60 PS Starter/Motor 24 verwendet werden. Der Fahrzeugantriebsstrang weist auch eine Trennkupplung („Kupplung") 22 auf, welche zwischen der Maschine 20 und dem Starter/Motor 24 angeordnet ist. Die Kupplung 22 kann eine bekannte Zweiwege-Trockentrennkupplung sein. Die Kupplung 22 kann an die Maschine 20 an dem Maschinenschwungrad verbunden sein und kann an dem Starter/Motor 24 an dessen Rotorwelle 50 verbunden sein. Ein zusammen mit der Kupplung 22 untergebrachter Servo-Aktuator 26 kann die Kupplung 22 in eine geschlossene und eine offene Position auslösen. Der Servo-Aktuator 26 kann elektronisch das Ineingriffbringen und Außereingriffbringen der Kupplung 22 durch das Aufbringen oder Freigeben von Druck auf die Reibungskomponenten steuern. Diese Mechanismen sind auf dem Gebiet wohlbekannt.
  • Die Kupplung 22 in einer geschlossenen Position erlaubt es, dass die Maschine 20 mit dem Antriebsstrang 18 verbunden ist. Diese geschlossene Position dient drei HEV-Antriebsstrangfunktionen. Erstens erlaubt sie es der Maschine 20, den Starter/Motor 24 zu drehen um eine Hochleistungsenergiespeichereinrichtung wie eine Batterie 28 (die Batterie 28 ist elektrisch mit dem Starter/Motor 24 verbunden) zu laden und zu entladen. Zweitens erlaubt sie es dem Starter/Motor 24, die Maschine 20 während des Startens der Maschine zu drehen. Und drittens erlaubt sie es sowohl der Maschine 20 und als auch dem Starter/Motor 24, den Antriebsstrang 18 gleichzeitig anzutreiben. In einer offenen Position ist die Maschine 20 von dem Fahrzeugantriebsstrang 18 getrennt. Die Kupplung 22 würde offen sein, wenn die Maschine 20 nicht läuft.
  • Wie in 1 gezeigt, weist der Antriebsstrang ferner auf: eine Antriebskupplung 30, die mit dem Starter/Motor 24 verbunden ist; eine elektronisch gesteuerte konverterlose Transmission (ECLT: electronically controlled converterless transmission) 32, die mit der Vorwärtskupplung 30 verbunden ist; eine Differential- und Halbwellenkombination („Differential") 34, das mit der ECLT 32 verbunden ist; und wenigstens ein Antriebsrad 36, das mit dem Differential 34 verbunden ist. Jedes der Fahrzeugräder kann mit einem mechanischen Bremssystem 42 verbunden sein, das durch eine Betriebsperson ausgelöst werden kann unter Verwendung eines Bremsauslösemittels wie einem auf dem Gebiet bekannten Bremspedal 44. Dieser Antriebsstrang ist nur für veranschaulichende Zwecke angegeben. Mehrere andere Antriebsstranganordnungen sind unter Verwendung der vorliegenden Erfindung möglich.
  • Jede Komponente des dargestellten Antriebsstranges 18 kann einen Sensor und eine zugeordnete Steuerung aufweisen. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC: vehicle system controller) 38 kann eine Sensoreingabe empfangen und die Komponenten gemäß dieser HEV-Anordnung durch das Verbinden mit der Steuerung jeder Komponente steuern. Alternativ können die Steuerungen physisch in jeder Kombination zusammengesetzt sein oder als getrennte Einheiten stehen. Die in 1 dargestellte VSC 38 kann mit dem Servo-Aktuator 26 und anderen Komponenten durch ein Kommunikationsnetzwerk wie ein Steuerungsnetzwerk (CAN: controller area network) 40 kommunizieren. Sensoreingaben können umfasst sein für die Drehzahl des Starters/Motors 24, die Drehzahl der Maschine 20, die Position der Kupplung 22, und die Position der durch den Fahrer bedienten Brems- und Gaspedalmittel. Der Sensor für das Gaspedalmittel kann ein Gasbetätigungspositionssensor 46 sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strategie zum Steuern des Servo-Aktuators 26 um die Kupplung 22 zu öffnen und zu schließen. Die dargestellte Kupplungssteuerung befindet sich innerhalb der VSC 38. In dieser Darstellung kann die Steuerung eine Positionsanweisung (Clutch_Position_Cmd) an den Servo-Aktuator als 8-Bit-Integer erzeugen, der eine skalierte, Festkomma-Darstellung des Intervalls 0,0 bis 1,0 ist, aufgeteilt in 256 gleichen Stufen des Wertes von 1/256. Der Servo-Aktuator kann die Clutch_Position_Cmd entsprechend der untenstehenden Tabelle 1 interpretieren.
  • Figure 00080001
    Tabelle 1
  • Beispielsweise kann die VSC 38 nur den Starter/Motor 24 anweisen um Antriebskraft zum Antriebsstrang 18 bereitzustellen. Diese Anweisung oder Befehl kann das Ausschalten der Maschine 20 und das Trennen der Kupplung 22 umfassen. Die Kupplung 22 kann vollständig durch das Erzeugen einer Clutch_Position_Cmd > 0,85 außer Eingriff gebracht werden. Jeder Positionswert zwischen – 0,5 und – 1,0 führt zu einem Auslösen des Servo-Aktuators 26 um die Kupplung 22 vollständig außer Eingriff zu bringen. Wenn die VSC 38 anweist, die Maschine 20 mit dem Antriebsstrang 18 zu verbinden, erzeugt die Steuerung der vorliegenden Erfindung ähnlich eine Clutch_Position_Cmd < 0,15. Jeder Positionswert zwischen 0 und 0,15 wird dazu führen, dass der Servo-Aktuator 26 ausgelöst wird um die Kupplung 22 vollständig in Eingriff zu bringen.
  • Während des Übergangs der Kupplung 22 von einem Eingriffszustand in einen Außereingriffszustand (und von einem Außereingriffszustand zu einem Eingriffszustand) liegt ein Abschnitt des Erniedrigens (und Erhöhens) des Eingriffs der Kupplung 22. Dieser „Rutsch-Zustand" der Kupplung 22 weist eine nichtlineare Beziehung zwischen dem Wert von Clutch_Position_Cmd und dem Umfang des Eingriffs der Kupplung 22 auf. Beispielsweise wird mehr Rutschen angewiesen, wenn der 8-Bit-Positionswert sich 0,85 nähert (d.h. weniger Drehmoment durch die Kupplung 22 übertragen wird). Ähnlich kann weniger Rutschen angewiesen werden, wenn der Positionswert sich 0,15 nähert (d.h. mehr Drehmoment durch die Kupplung 22 übertragen wird) und um so mehr wird die Kupplung voll in Eingriff gebracht.
  • Die Steuerung der Kupplung 22 der vorliegenden Erfindung steuert das Rutschen der Kupplung 22 während des Ineingriffbringens und des Außereingriffbringens um einen glatten Übergang bereitzustellen, der für den Fahrer im Bezug auf Geräuschbedingungen, Vibrationsbedingungen und Härtebedin gungen (NVH: noise, vibration and harshness) und Leistungsgefühl transparent ist. Dieser glatte Übergang ist wichtig, da ein hybrides Elektrofahrzeug (HEV) häufig zwischen den verschiedenen HEV-Betriebsarten wie nur Maschine 20, nur Starter/Motor 24, Maschine 20 mit Boost des Starters/Motors 24, Laden und regeneratives Bremsen, übergehen kann.
  • Die Erfindung ist eine Trennkupplungssteuerung (disconnect_clutch_control) und kann eine „top level"-Struktur mit drei Hauptstrategien umfassen: (1) Determ_Engine_Run_Cmd, (2) Determ_Filtered_Speed_Error, und (3) Generate_Clutch_Pos_Cmd.
  • (1) Determ_Engine_Run_Grads
  • Einer der zwei Ausgaben von Disconnect_Clutch_Control kann eine Maschinenlaufanweisung (Engine_Run_Cmd) sein, wobei das Zuführen von Kraftstoff zur Maschine gestartet (= 1) oder gestoppt wird (= 0). Die andere Ausgabe ist ein Clutch_Position_Cmd. Die Engine_Run_Cmd ist eine modifizierte Version eines VCS-Signals Fuel_Engine_Request und kann hochgesetzt sein immer wenn die Maschine 20 angeschaltet werden muss um eine Antriebsleistung oder eine Ladung der Batterie 28 bereitzustellen. Sobald die VSC 38 bestimmt, dass die Maschine 20 gestartet werden muss, setzt sie üblicherweise Fuel_Engine_Request auf hoch (= 1) um mit dem Zuführen von Kraftstoff zur Maschine zu beginnen. Falls jedoch die Kupplung 22 noch nicht in Eingriff gebracht ist und die Maschine 20 noch nicht mit ausreichender Drehzahl dreht, muss die Kraftstoffzuführung verhindert werden. Daher verzögert die Anweisung Determ_Engine_Run_Cmd die Kraftstoffzuführung zur Maschine 20 bis der Starter/Motor 24 in Verbindung mit dem Kupplungseingriff die Maschine 20 auf oder über deren „Leerlaufdrehzahl" gebracht ist, die in dieser Ausführungsform bei 750 U/min. liegen kann. Nur dann ist die An weisung Fuel_Engine_Cmd auf hoch gesetzt und die Kraftstoffzufuhr zur Maschine 20 beginnt (siehe Schritte 82, 86, 90 und 92).
  • Eine Ausführungsmuster-Code-Darstellung der obigen Beschreibung und des Inhalts von 3, Determ_Engine_Run_Cmd ist: FALLS((Clutch_Pos_Actual < 0,85) UND (Eng_Spd_GT_750=1) UND (Fuel_Engine_Request=1)), DANN (Engine_Run_Cmd=1) SONST (Engine_Run_Cmd=0) ENDE.
  • Wobei:
    Clutch_Pos_Actual < 0,85: die Kupplung rutscht.
    Eng_Spd_GT_750=1: Maschinendrehzahl ist größer als 750 U/min.
    Fuel_Engine_Request=l: Die VSC hat entschieden, dass die ICE laufen muss.
    Engine_Run_Cmd=1: Beginn der Kraftstoffzufuhr zur ICE.
    Engine_Run_Cmd=0: Keine Kraftstoffzufuhr zur ICE.
  • (2) Determ_Filtered_Speed_Error
  • Dieses Verfahren bestimmt den Drehzahlfehler Speed_Error (U/min) zwischen der Drehzahl des Starters/Motors 24 und der Drehzahl der Maschine 20 als ein Maß für das Rutschen der Kupplung 22 (siehe unten Schritt 72). Der Drehzahlfehler wird mit einem sehr kleinen Skalierungsfaktor multipliziert um diesen in einen Bereich von ungefähr ±1 zum Verwenden im Rest der Strategie zu skalieren. Dieser skalierte Drehzahlfehler Scaled_Speed_Error (siehe untenstehend in Schritt 70) kann die Eingabe für ein digitales Tiefpassfilter Digital_Lowpass_Filter sein. Dieses Filter, das ein auf dem Gebiet bekanntes standardisiertes Digitalfilter sein kann, kann durch die folgende Differenzgleichung (siehe Schritt 72) bestimmt sein: Filtered_Speed_Error (k) = TIME_CONSTANT*Scaled_Speed_Error(k) + (1-TIME_CONSTANT)*Filtered_Speed_Error (k – 1)
  • Der Wert "k" bezieht sich auf den aktuellen Bestimmungszeitschritt und „k – 1" auf die Bestimmung des vorhergehenden Zeitschrittes. TIME_CONSTANT ist eine Zahl zwischen 0,0 und 1,0. Je näher sie zu 0,0 liegt, desto mehr gefiltert oder geglättet wird die Ausgabe Filtered_Speed_Error (k) sein; umgekehrt je näher diese zu 1,0 liegt, desto weniger wird sie gefiltert sein. Je stärker die Filterung desto langsamer ist es der Kupplung gestattet, in Eingriff zu gehen; folglich ist die Wahl von TIME_CONSTANT der Schlüssel um die Strategie geeignet einzustellen. In einer Ausführungsform kann die Konstante TIME_CONSTANT = 0,03 sein. Hier wird sehr hartes Filtern ausgeführt um das Ineingriffbringen der Kupplung 22 abzuflachen, wodurch ein nahtloser, nicht wahrnehmbarer Übergang von einer HEV Antriebsbetriebsart zur nächsten Betriebsart sichergestellt ist.
  • (3) Generate_Clutch_Position_Cmd
  • Die primäre Ausgabe von Disconnect_Clutch_Control der vorliegenden Erfindung ist Clutch_Pos_Cmd (siehe die untenstehenden Schritte 78, 92 und 99). Diese Anweisung kann über das CAN 40 zu dem Kupplungs-Servo-Aktuator 26 gesendet werden um die Position der Lamellen der Kupplung 22 entsprechend der Anweisung einzustellen. Der Servo-Aktuator 26 besitzt einen Sensor um die tatsächliche Position Clutch_Position_Actual der Kupplung 22 zu bestimmen und sendet diese zurück zu der VSC 38 zu dem Disconnect_Clutch_Control Verfahren, wo sie verwendet wird um Determ_Engine_Run_Cmd wie vorstehend beschrieben zu bestimmen. Generate_Clutch_Position_Cmd beinhaltet Switching_Logic_Subsystem um Eng_Spd_GT_750 (Maschinendrehzahl > 750 U/min.) zu bestimmen und sendet es zu De term_Engine_Run_Cmd, und Engine_Off_and_Brk. Braking_Logic, das in einer anderen Prozedur (siehe unten Schritt 62) der VSC 38 bestimmt wird, liegt auf hoch (=1), wenn die Bremseinrichtung wie ein Bremspedal 44 betätigt ist oder wenn der Gasbetätigungspositionssensor 46 erfasst, dass die Gasbetätigung NICHT betätigt ist, beispielsweise während einer Bremsung oder einer Bergabfahrt. Braking_Logic ist niedrig (=0) wenn das Gaspedal betätigt ist. Die Prozedur Switching_Logic_Subsystem UND-verknüpft logisch Braking_Logic mit Eng_Spd_GT_750 um Engine_Off_and_Brk zu erzeugen. Wenn beispielsweise die mechanische Bremse betätigt ist (oder weder das Bremspedal noch das Gaspedal betätigt sind) und die Drehzahl der Maschine 20 größer als 750 U/min. ist, ist dieses Signal hoch (=1), wodurch die Anweisung Clutch_Position_Cmd = 1 gesetzt wird um die Kupplung 22 voll in Eingriff zu bringen. Wenn die Gasbetätigung betätigt ist, d.h. der Fuß des Fahrers sich auf dem Gaspedal befindet, ist Engine_Off_and_Brk = 0 und der Schalter wird durch das niedrige Signal laufen, dessen Bestimmung als nächstes beschrieben ist.
  • Es gibt verschiedene Wege um das sich in Eingriffbefinden und das sich Außereingriffbefinden der Kupplung 22 zu bestimmen. Wenn einfach der Crank_Engine_Cmd = 1 oder wenn die Anforderung Fuel_Engine_Request = 1 (mit anderen Worten, falls die VSC 38 entschieden hat, die Maschine 20 anzulassen oder wenn diese schon angelassen ist und zum Zuführen von Kraftstoff fertig ist, dann läuft Filtered_Speed_Error durch den Schalter und wird von 1 subtrahiert (die Ausgabe von Crank_Engine_Cmd oder Fuel_Engine_Request). Diese Operation ist der Grund dafür, dass es notwendig ist, Speed_Error zu Scaled_Speed_Error in Determ_Filtered_Speed_Error zu skalieren. Der Skalierungsfaktor ist so gewählt, dass wenn die Kupplung 22 in Eingriff zu bringen ist, Filtered_Speed_Error einen Wert in der Nähe von 0,5 besitzt.
  • 2 kann eine Ausführungsform der Erfindung einer Generate_Clutch_Position_Cmd Logik veranschaulichen. 2 zeigt verschiedene Variablen als Funktion der Zeit (5 Sekunden) umfassend: Crank_Engine_Cmd 100, Clutch-Step-Input 102, Filtered_Speed_Error 104, Scaled_Speed_Error 106, Clutch_Position_Cmd 108, und Clutch_Pos_Actual 110. In dem Beispiel von 2 ist der Wert Filtered_Speed_Error 102 grob 0,4 wenn Crank_Engine_Cmd auf hoch geht. Clutch_Step_Input 102 = 1 – Filtered-Speed Error 104 liegt dann um 0,6, was zu einem Clutch_Position_Cmd 108 = ungefähr 40 nach dem Durchlaufen der linearen Interpolationstafel Clutch_Pos_Map (Tabelle 2 und untenstehender Schritt 99) führt.
  • Figure 00140001
    Tabelle 2: Clutch_Pos_Map
  • Dieser Wert Clutch_Position_Cmd wird zu dem Servo-Aktuator 26 der Kupplung gesendet, welcher die Lamellen der Kupplung 22 komprimiert um diese angewiesene Position zu erreichen. Die Bodenkurve von 2 zeigt Clutch_Pos_Actual von der Sensorausgabe des Kupplungspositionssensors. Die mechanische Dynamik des Kupplungsmechanismusses erzeugt den Filtereffekt zwischen dem Steuersignal Clutch_Position_Cmd und dem physikalisch gemessenen Clutch_Pos_Actual.
  • Die oben beschriebene Wirkung des Tiefpassfilters Digital_Lowpass_Filter wird aus 2 ersichtlich durch Filtered_Speed_Error 104 und Scaled_Speed_Error 106. Wenn der oben beschriebene Wert TIME_CONSTANT nicht ausreichend klein war um eine genügende Glättung bereitzustellen, wird Filtered_Speed_Error 104 dazu tendieren, größer als Scaled_Speed_Error 106 (der gefiltert wurde um Filtered_Speed_Error 104 zu erhalten) zu sein, was zu sehr oszillatorischen Ineingriff- und Außereingriff-Prozessen führt und deshalb zu einem unerwünschten Verhalten.
  • 3 zeigt eine 20-Sekunden-Simulation einer Ausführungsform der Erfindung umfassend: Clutch_Pos_Actual 120, Eng/Motor_Speed_rpm 122, Eng_Cranking 124, Engine_Run_Cmd 126 und Eng_Off & Braking 128. 3 zeigt, dass die Kupplung 22 beginnt in Eingriff zu gehen, wenn die Maschine angelassen wird. 3 zeigt auch ein 3- bis 5-Sekunden-Eingriffszeitintervall der Kupplung 22. Die Kupplung 22 geht durch ein kurzes Rutschintervall bis die Drehzahl der Maschine 20 gleich der Drehzahl des Starters/Motors 24 ist. Die Kupplung 22 wird dann vollständig in Eingriff gebracht, während die Fahrzeugbedienperson bis kurz nach 12 Sekunden beschleunigt. Gerade nach 12 Sekunden gibt die Fahrzeugbedienperson das Gaspedal frei und beginnt entweder mit einem Bremsen oder mit einem Bergabfahren, bei welchem weder die Bremse noch das Gas niedergedrückt ist. Die Kupplung 22 bleibt im Eingriff, während dieses Abfahrtsintervalls und wird gerade vor der 18-Sekundenmarke außer Eingriff gebracht, wenn die Maschine 20 unterhalb von 750 U/min. gefallen ist. 4 vergrößert die Ineingriffphase von 3 (3 bis 5 Sekunden) und 5 erweitert die Außereingriffphase von 3 (16 bis 18 Sekunden).
  • Die mögliche Steuerstrategie für die Steuerung der vorliegenden Erfindung ist in 6 dargestellt. Diese kann innerhalb der VSC 38 untergebracht sein. Viele andere Steuerstrategien unter Verwendung der vorliegenden Erfindung sind möglich. Diese Strategie kann bei jedem Fahrzyklus (d.h. zwischen „Schlüssel-an" und „Schlüssel-aus") starten und enden. In 6 startet die dargestellte Ausführungsform bei Schritt 60 und bestimmt, ob die Fahrzeugsteuerungsausgaben initialisiert wurden (Out puts_Initialized). Hier müssen die Ausgaben beim ersten Mal durch den Algorithmus nach dem Starten auf einen bekannten Wert initialisiert werden um sicherzustellen, dass die Ausgaben nicht auf unerwünschte Zustände durch die Einschaltsequenz der Steuerung gesetzt sind. Falls ja, fährt das Verfahren mit Schritt 62 fort. Falls nein, läuft das Verfahren zu Schritt 64 und gibt den Befehl „Initialize_Outputs" umfassend: Clutch_Position_Cmd = Außer Eingriff and Fuel_Engine_Cmd = falsch. Das Verfahren läuft als nächstes zum Schritt 66 und weist Outputs_Initialized = wahr an und fährt mit Schritt 62 fort. Sobald in dem ersten Durchlauf des Algorithmus initialisiert wurde, werden nachfolgende Ausgangswerte durch den Algorithmus bestimmt. Wie oben beschrieben, kann die Anweisung Clutch_Position_Cmd für diesen Schritt ein 8-Bit-Integer > 0,85 sein.
  • Bei Schritt 62 wird das Verfahren angewiesen, verschiedene Fahrzeugeingaben wie andere VSC 38 Anweisungen zu lesen und gibt verschiedene Fahrzeugsensorausgaben ein. In der in 6 gezeigten Darstellung sind folgende Beispiele umfasst: Crank_Engine_Cmd, Engine_Speed, Motor_Speed, Braking_Logic, Clutch_Position_Actual, und Fuel_Engine_Request.
  • Diese Beispiele stellen verschiedene Eingaben dar, welche notwendig sind um eine Kupplung zwischen Eingriffszuständen und Außereingriffszuständen glatt überzuführen. Crank_Engine_Cmd weist das Verfahren darauf hin, dass die Maschine durch die VSC 38 zum Starten angewiesen wurde. Engine_Speed kann von einem auf dem Gebiet bekannten Drehzahlsensor der Maschine 20 erzeugt werden. Ähnlich kann Motor_Speed von einem auf dem Gebiet bekannten Drehzahlsensor des Starters/Motors 24 erzeugt werden. Der Unterschied zwischen Engine_Speed und Motor_Speed kann verwendet werden um das tatsächliche Rutschen der Kupplung 22 zu bestimmen (siehe unten). Wenn ein mechanisches Bremsmittel wie ein Bremspedal 44 niedergedrückt ist und ein Fahrzeuggasbetätigungsmittel wie ein Gaspedal NICHT gedrückt ist, dann ist Bra king_Logic = wahr. Andernfalls ist Braking_Logic = falsch. Die Position des Gaspedals wird durch den Gasbetätigungspositionssensor 46 erfasst. Der Wert Clutch_Position_Actual ist die aktuelle Position der Kupplung 22 im Sinne von Ineingriff- und Außereingriff, die durch einen Kupplungspositionssensor abgetastet wird. Die Anforderung Fuel_Engine_Request ist eine VSC-Anweisung, welche die Steuerung der Erfindung verwenden kann um anzuzeigen, ob die Maschine 20 läuft.
  • Sobald die Eingaben in Schritt 62 gelesen sind, fährt das Verfahren fort zu Schritt 68 und bestimmt Speed_Error. Speed_Error ist die Differenz zwischen der Drehzahl des Starters/Motors 24 und der Drehzahl der Maschine 20.
  • Als nächstes fährt die Strategie fort zu Schritt 70 um Scaled_Speed_Error zu bestimmen. Wie oben beschrieben, multipliziert Scaled_Speed_Error den in Schritt 68 bestimmten Speed_Error mit Speed_Gain.
  • Als nächstes fährt die Strategie mit Schritt 72 fort um Filtered_Speed_Error zu bestimmen. Der Fehler Filtered_Speed_Error ist wie oben beschrieben: (Time_Constant) Scaled_Speed_Error)(k) + (1 – Time_Constant)*Filtered_Speed_Error)(k – 1)
  • Als nächstes fährt die Strategie mit Schritt 74 fort und bestimmt, ob die VSC 38 eine Kraftstoffzufuhr zu der Maschine 20 angefordert hat. Falls ja, fährt die Strategie mit Schritt 80 fort. Falls nein, fährt die Strategie mit Schritt 76 fort und bestimmt, ob die VSC 38 Crank_Engine_Cmd angewiesen hat. Falls ja, fährt die Strategie mit Schritt 80 fort. Falls nein, fährt die Strategie mit Schritt 78 fort und weist die Kupplung an, außer Eingriff zu gehen (d.h. Clutch_Position_Cmd = Außer Eingriff), und fährt dann mit Schritt 80 fort.
  • Bei Schritt 80 bestimmt die Strategie, ob Clutch_Position_Cmd die Kupplung 22 zum Rutschen anweist. Falls nein, wird die Fuel_Engine_Cmd bei Schritt 82 auf falsch angewiesen und die Strategie fährt zum Anfang zurück. Falls ja, fährt die Strategie mit Schritt 84 fort und bestimmt, ob die Maschinendrehzahl größer als eine vorbestimmte Startdrehzahl (wie oben angenommen, eine Startdrehzahl kann unter 750 U/min. liegen) ist. Falls nein bei Schritt 84 weist die Strategie Fuel_Engine_Cmd = falsch zu und fährt mit Schritt 94 fort.
  • Falls bei Schritt 84 ja, bestimmt die Strategie bei Schritt 88, ob der Wert Braking_Logic = wahr ist (wie obenstehend beschrieben). Falls nein, fährt die Strategie mit Schritt 90 fort und weist Fuel_Engine_Cmd = wahr zu, und fährt dann mit Schritt 94 fort.
  • Falls bei Schritt 88 ja, weist die Strategie die Kupplung 22 an, in Eingriff zu gehen (Clutch_Position_Cmd = im Eingriff) und stoppt dann die Kraftstoffzufuhr an die Maschine 20 (Fuel_Engine_Cmd = falsch). Die Strategie kehrt dann als nächstes zum Beginn zurück.
  • Bei Schritt 94 bestimmt die Strategie Clutch_Step_Input als ein Wert (Temp) von 1-Filtered_Speed_Error (von Schritt 72) und fährt mit Schritt 95 fort. Bei Schritt 95 bestimmt die Strategie, ob „Temp" von Schritt 94 < 1 ist. Falls ja, fährt die Strategie mit Schritt 96 fort und setzt in Schritt 96 den Fehler Filtered_Speed_Error auf 1 und fährt mit Schritt 99 fort.
  • Falls nein bei Schritt 95 fährt die Strategie mit Schritt 97 fort und bestimmt, ob „Temp" > –1 ist. Falls nein, fährt die Strategie mit Schritt 99 fort. Falls ja, fährt die Strategie mit Schritt 98 fort und setzt Filtered_Speed_Error auf –1 und fährt dann mit Schritt 99 fort.
  • Bei Schritt 99 führt die Prozedur eine lineare Interpolation aus um einen glatten Übergang zu dem Ineingriffbringen der Kupplung 22 zu realisieren.
  • Zusammengefasst werden die Schritte 96 und 98 verwendet um Temp auf +1 oder –1 zu beschränken, wenn die Berechnung in 94 zu einem Wert von Temp > +1 oder < –1 führt. Wenn Temp zwischen –1 und 1 liegt, wird der Algorithmus von dem Schritt 94 zu Schritt 95 zu Schritt 97 und zu Schritt 99 weiterfahren. Anweisungswerte können nur positive Werte zwischen 0 und 1 besitzen, wobei Clutch_Step_Input Werte zwischen –1 und 1 annimmt.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nur beispielhaft. Viele andere Variationen, Modifikationen und Anwendungen der Erfindung können durchgeführt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Steuern einer Kupplung um einen Motor einer Maschine mit einem Antriebsstrang eines elektrischen Hybridfahrzeuges (HEV: hybrid electric vehicle) zu verbinden, umfassend die Schritte: Bestimmen einer Maschinenlaufanweisung; Bestimmen eines gefilterten Drehzahlfehlers der Maschine und eines Starters/Motors; und Erzeugen einer Kupplungspositionsanweisung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das HEV ein paralleles HEV ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens einer Maschinenlaufanweisung die Schritte umfasst: Bestimmen, ob sich die Kupplung im Eingriff befindet; Bestimmen, ob die Maschine mit wenigstens einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl dreht; Abgeben einer Kraftstoffanforderung an die Maschine, wenn sich die Kupplung im Eingriff befindet und die Maschine sich mit wenigstens der vorbestimmten Leerlaufdrehzahl dreht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl 750 U/min. ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens eines gefilterten Drehzahlfehlers die Schritte umfasst: Bestimmen eines Drehzahlfehlers; Bestimmen eines skalierten Drehzahlfehlers; und Eingeben des skalierten Drehzahlfehlers in ein digitales Tiefpassfilter.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen eines Drehzahlfehlers die Schritte umfasst: Abfühlen der Starter/Wechselstromgenerator-Drehzahl und der Maschinendrehzahl; und Bestimmen des Unterschieds der Starter/Wechselstromgenerator-Drehzahl und der Maschinendrehzahl.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Bestimmens des skalierten Drehzahlfehlers die Schritte umfasst: Bestimmen eines Drehzahlskalierungsfaktors; und Multiplizieren des Drehzahlskalierungsfaktor mit dem Drehzahlfehler.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Bestimmens des gefilterten Drehzahlfehlers die Schritte umfasst: Multiplizieren des skalierten Drehzahlfehlers mit einer vorbestimmten Zeitkonstante (TC: time constant) und eines aktuellen Bestimmungszeitschrittes (K); Multiplizieren (1 – TC) mit dem gefilterten Drehzahlfehler und (k – 1); und Addieren des Schrittes Multiplieren des skalierten Drehzahlfehlers mit TC und einem aktuellen Bestimmungszeitschritt (K) und dem Schritt des Multiplizierens (1 – TC) mit dem gefilterten Drehzahlfehler und (k – 1).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die vorbestimmte Zeitkonstante 0,03 ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens einer Kupplungspositionsanweisung die Schritte umfasst: Abfühlen der aktuellen Kupplungsposition, ob eine Gasbetätigungseinrichtung betätigt ist, und ob eine mechanische Bremseinrichtung betätigt ist; Eingeben der gegenwärtigen Kupplungsposition in eine Fahrzeugsystemsteuerung; Bestimmen, ob die Maschinendrehzahl größer ist als eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl; Abgeben einer Anweisung zum Ineingriffbringen der Kupplung, wenn die Bremseinrichtung betätigt ist und die Maschinendrehzahl größer als eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl ist; und Abgeben einer Anweisung zum Ineingriffbringen der Kupplung, wenn sowohl die Bremseinrichtung als auch die Gasbetätigungseinrichtung betätigt sind und die Maschinendrehzahl größer ist als die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl 750 U/min. ist.
  12. System zum Steuern einer Kupplung zum Verbinden einer Maschine an einen Antriebsstrang eines hybriden Elektrofahrzeuges umfassend: Eine Steuerung, die programmiert ist um einen gefilterten Drehzahlfehler der Maschine und eines Starters/Motors zu bestimmen und um eine Maschinenlaufanweisung zu bestimmen; Überwachungseinrichtungen, die funktional mit der Maschine und dem Starter/Motor verbunden sind, sind verbunden um Daten an die Steuerung auszugeben, welche die Drehzahl der Maschine und des Starters/Motors darstellen; und die Steuerung programmiert ist um eine Kupplungspositionsanweisung für einen mit der Kupplung verbundenen Servo-Aktuator in Abhängigkeit von den Daten zu erzeugen.
  13. System nach Anspruch 12, wobei die Steuerung ferner Programme umfasst, zum Bestimmen der Maschinenlaufanweisung, zum Bestimmen ob die Kupplung sich im Eingriff befindet; und zum Bestimmen ob sich die Maschine wenigstens mit einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl dreht.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung programmiert ist um die Anweisung einer Kraftstoffanforderung an die Maschine abzugeben, wenn sich die Kupplung im Eingriff befindet und die Maschine mit wenigstens einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl dreht.
  15. Hybrides Elektrofahrzeug (HEV: hybrid electric vehicle) umfassend ein System zum Steuern einer Kupplung um eine Maschine mit einem Antriebsstrang der HEV zu verbinden, wobei das System umfasst: eine Steuerung, die programmiert ist um einen gefilterten Drehzahlfehler der Maschine und eines Starters/Motors zu bestimmen und um eine Maschinenlaufanweisung zu bestimmen; Überwachungseinrichtungen, die funktional mit der Maschine und dem Starter/Motor verbunden sind, sind verbunden um Daten an die Steuerung auszugeben, welche die Drehzahl der Maschine und des Starters/Motors darstellen; und die Steuerung programmiert ist um eine Kupplungspositionsanweisung für einen mit der Kupplung verbundenen Servo-Aktuator in Abhängigkeit der Daten und im Ansprechen auf die Kupplungspositionsanweisung zu erzeugen.
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