DE112011103334T5

DE112011103334T5 - Verfahren und Strategie zum Erkennen der Sperrung eines Planetengetriebes in leistungsverzweigten Hybridfahrzeugen

Info

Publication number: DE112011103334T5
Application number: DE112011103334T
Authority: DE
Inventors: Ming Lang Kuang; Fazal Urrahman Syed; Shailesh Shrikant Kozarekar; Jonathan Andrew Butcher; Kimberly Murphy; Edward William Haran
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-07-25
Also published as: CN103153664B; WO2012044948A1; US9180874B2; CN103153664A; DE102011083829A1; US20120053010A1; US20140031169A1; US8535201B2

Abstract

Ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridelektrofahrzeugantriebsstrangs haben einen durch einen Planetenradsatz verbundenen Verbrennungsmotor, Generator und Motor, um Sperrung im Planetenradsatz zu erkennen und den Antriebsstrang als Reaktion darauf zu steuern. Wenn Drehmoment in einem elektrischen Betriebsmodus bei deaktiviertem Verbrennungsmotor verteilt wird, wird der Generator auf Grundlage mindestens dessen deaktiviert, dass eine Differenz zwischen der Istgeneratordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen Schwellwert übersteigt, was eine Sperrung in dem Planetenradsatz anzeigt. Wenn der Verbrennungsmotor aktiviert ist und Drehmoment durch den Antriebsstrang verteilt, werden der Verbrennungsmotor und der Generator auf Grundlage mindestens dessen deaktiviert, dass eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotorbeschleunigung und einer erwarteten Verbrennungsmotorbeschleunigung einen ersten Schwellwert übersteigt und eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Hohlraddrehzahl unter einem zweiten Schwellwert liegt.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fahrzeug und ein Steuersystem zur Steuerung des Fahrzeugs.
In einem Hybridelektrofahrzeug (HEV – hybrid electric vehicle) sind ein Verbrennungsmotor und/oder ein Elektromotor in der Lage, den Rädern des Fahrzeugs Energie zuzuführen. Viele HEVs enthalten auch Planetenradsätze. Zum Beispiel ist in einem leistungsverzweigten Hybridfahrzeug ein Planetenradsatz mit dem Verbrennungsmotor und mit einem Generator gekoppelt, der Energie für einen Elektromotor und eine Batterie erzeugt. Der Planetenradsatz kann ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder in einem Planetenträger enthalten. Drehmoment wird vom Verbrennungsmotor durch den Planetenradsatz geliefert, wenn sich beliebige zwei der drei Komponenten miteinander verriegeln (”Sperrung”). Es kann eine nicht beabsichtigte Sperrung auftreten, bei der sich Komponenten des Planetenradsatzes zu unerwünschten Zeitpunkten sperren. Dies kann eine unbeabsichtigte Drehmomentverstärkung für die Räder vom Verbrennungsmotor bereitstellen. Derzeit besteht ein Erfordernis, eine Sperrung im Planetenradsatz effektiv zu erkennen. Weiterhin besteht ein Erfordernis, den Sperrzustand zu mindern und übermäßige Zufuhr von Drehmoment an den Rädern des Fahrzeugs zu verhindern.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt. Das Fahrzeug weist einen Verbrennungsmotor und einen Traktionsmotor auf, die mit einem Triebstrang gekoppelt sind. Der Triebstrang enthält einen Planetenradsatz mit einem Hohlrad. Ein Generator ist mit dem Planetenradsatz gekoppelt und mit dem Traktionsmotor elektrisch verbunden. Der Generator wird auf Grundlage mindestens dessen, dass eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotorbeschleunigung und einer erwarteten Verbrennungsmotorbeschleunigung einen ersten Schwellwert übersteigt, deaktiviert. Der Generator wird weiterhin auf Grundlage dessen, dass eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Hohlraddrehzahl unter einem zweiten Schwellwert liegt, deaktiviert. Der Vergleich zwischen diesen Differenzen und ihren jeweiligen Schwellwerten zeigt eine Sperrung im Planetenradsatz an. Der Generator kann durch Anlegen einer phasenverschobenen Spannung an einen Rotor mit Magneten am Rotor im Generator deaktiviert werden. Als Alternative dazu oder in Kombination damit kann der Generator durch Öffnen von Schaltern, die die Verteilung von elektrischem Strom und Energie zum Generator steuern, deaktiviert werden. Statt des Generators oder zusammen damit kann der Verbrennungsmotor deaktiviert werden, wenn eine Sperrung im Planetenradsatz erkannt wird. Der Verbrennungsmotor und/oder der Generator können weiterhin auf Grundlage mindestens dessen deaktiviert werden, dass eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und einer Sollverbrennungsmotordrehzahl einen dritten Schwellwert übersteigt und ein Generatordrehmoment einen vierten Schwellwert übersteigt.
Bei noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, einem Traktionsmotor und einem Generator bereitgestellt. Der Generator wird durch einen Zahnradsatz gezielt mit Antriebsrädern gekoppelt. Drehmoment wird in einem elektrischen Betriebsmodus, in dem der Verbrennungsmotor daran gehindert wird, die Antriebsräder anzutreiben, verteilt. Der Generator wird auf Grundlage mindestens dessen, dass eine Differenz zwischen der Istgeneratordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen Schwellwert übersteigt, deaktiviert.
Bei noch einer anderen Ausführungsform wird ein System zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das System umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Planetenradsatz, der mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Der Planetenradsatz weist ein Hohlrad auf und verteilt Drehmoment zu Antriebsrädern in einem ersten Betriebsmodus. Ein Generator ist mit dem Planetenradsatz gekoppelt. Ein Traktionsmotor ist mit dem Generator elektrisch verbunden. Der Motor liefert den Antriebsrädern in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Verbrennungsmotor deaktiviert ist, Energie. Eine Systemsteuerung deaktiviert gezielt den Verbrennungsmotor und/oder den Generator im ersten und zweiten Betriebsmodus. Im ersten Betriebsmodus, wenn die Verbrennungsmotorbeschleunigung über einer erwarteten Verbrennungsmotorbeschleunigung liegt und eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Hohlraddrehzahl unter einem ersten Schwellwert liegt, wird/werden der Verbrennungsmotor und/oder der Generator deaktiviert. Im zweiten Betriebsmodus, wenn eine Differenz zwischen der Generatordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen zweiten Schwellwert übersteigt, wird/werden der Verbrennungsmotor und/oder der Generator deaktiviert.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten verschiedene Vorteile. Zum Beispiel kann eine Sperrungserkennung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bei einem größeren Bereich von Betriebsbedingungen verwendet werden als bei einigen vorherigen Erkennungsstrategien, die auf Fahrzeuggeschwindigkeiten über einem bestimmten Schwellwert beschränkt waren, oder wenn das Fahrzeug geparkt ist. Erkennung der Sperrung und Steuerung des Verbrennungsmotors und/oder Generators als Reaktion darauf reduzieren oder verhindern bei verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die übermäßige Zufuhr von Drehmoment an den Fahrzeugrädern. Effektive Überwachung von Sperrung kann auch Widerstand und Schwingungen reduzieren oder verhindern, wenn das Fahrzeug im EV-Modus (EV – electric vehicle/Elektrofahrzeug) betrieben wird, und kann den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs erhöhen.
Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
1 ist eine schematische Darstellung eines leistungsverzweigten Antriebsstrangsystems mit Sperrungserkennung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zur Erkennung und Minderung von Sperrung in einem Planetenradsatz in mehreren Fahrbetriebsmodi gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zur Erkennung und Minderung einer Sperrung in einem Planetenradsatz eines Fahrzeugs, während das Fahrzeug in einem Elektromodus betrieben wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
4 ist ein Flussdiagramm, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zur Erkennung und Minderung einer Sperrung in einem Planetenradsatz eines Fahrzeugs, während das Fahrzeug zumindest teilweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Es werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann. Wie für den Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können verschiedene Merkmale der dargestellten Ausführungsformen, die unter Bezug auf irgendeine der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren Figuren dargestellt werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen der dargestellten Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, erwünscht sein. Die repräsentativen Ausführungsformen, die in den Darstellungen verwendet werden, betreffen allgemein Systeme oder Verfahren zur Erkennung von Planetenradsatzsperrung in einem leistungsverzweigten Hybridelektrofahrzeug. Die Lehren der vorliegenden Offenbarung können jedoch auch in anderen Anwendungen verwendet werden. Der Durchschnittsfachmann kann ähnliche Anwendungen oder Implementierungen mit andern Fahrzeugkonfigurationen oder -technologien erkennen.
Auf 1 Bezug nehmend, enthält ein Hybridelektrofahrzeug (HEV – hybrid electric vehicle) einen leistungsverzweigten Antriebsstrang 10. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – vehicle system controller) und ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM – powertrain control module) 12 steuern eine Elektrotraktionsbatterie 14. Die Batterie 14 weist eine elektrische Zweiwegeverbindung auf, wodurch sie elektrische Energie empfängt und speichert und einem elektrischen Traktionsmotor 16 Energie zuführt. Die Steuerung 12 steuert weiterhin den Betrieb eines Verbrennungsmotors (ICE – internal combustion engine) 18. Sowohl der Motor 16 als auch der Verbrennungsmotor 18 können ein Getriebe 20 antreiben, das letztendlich Drehmoment zu den Rädern des Fahrzeugs liefert.
Der Verbrennungsmotor 18 liefert Energie zu einer Drehmomenteingangswelle 22, die durch eine Freilaufkupplung (O. W. C. – one-way clutch) mit einem Planetenradsatz 24 verbunden ist. Die Eingangswelle 22 treibt den Planetenradsatz 24 an, der ein Hohlrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Planetenträgeranordnung 30 enthält. Die Eingangswelle 22 ist mit der Trägeranordnung 30 antriebsverbunden, um den Planetenradsatz 24 anzutreiben. Das Sonnenrad 28 ist mit einem Generator 32 antriebsverbunden. Der Generator 32 kann mit dem Sonnenrad 28 so in Eingriff stehen, dass sich der Generator 32 entweder mit dem Sonnenrad 28 drehen kann oder sich nicht mit ihm drehen kann. Wenn die Freilaufkupplung den Verbrennungsmotor 18 mit dem Planetenradsatz 24 koppelt, erzeugt der Generator 32 Energie als ein Reaktionselement für den Betrieb des Planetenradsatzes 24. Vom Generator 32 erzeugte elektrische Energie wird durch die elektrischen Verbindungen 36 zur Batterie 14 übertragen. Die Batterie 14 empfängt und speichert auf bekannte Weise auch elektrische Energie durch Nutzbremsung. Die Batterie 14 liefert dem Motor 16 gespeicherte elektrische Energie für den Betrieb. Der Teil der dem Generator 32 vom Verbrennungsmotor 18 zugeführten Energie kann auch direkt zum Motor 16 übertragen werden. Die Batterie 14, der Motor 16 und der Generator 32 sind jeweils durch die elektrischen Verbindungen 36 in einem Zweiwegepfad für elektrischen Strom miteinander verbunden.
Das Fahrzeug kann allein durch den Verbrennungsmotor 18, durch die Batterie 14 und allein durch den Motor 16 oder durch eine Kombination des Verbrennungsmotors 18 mit der Batterie 14 und dem Motor 16 angetrieben werden. In einem ersten Betriebsmodus wird der Verbrennungsmotor 18 dazu aktiviert, Drehmoment durch den Planetenradsatz 24 zuzuführen. Das Hohlrad 26 verteilt Drehmoment zu den Stufenrädern 38, die Eingriffszahnradelemente 40, 42, 44 und 46 umfassen. Die Zahnräder 42, 44 und 46 sind auf einer Vorgelegewelle angebracht, und das Zahnrad 46 verteilt Drehmoment zum Zahnrad 48. Dann verteilt das Zahnrad 48 Drehmoment zu einer Drehmomentabgabewelle 50. Im ersten Betriebsmodus kann der Motor 16 auch dazu aktiviert werden, den Verbrennungsmotor 18 zu unterstützen. Wenn der Motor 16 aktiv ist und unterstützt, verteilt das Zahnrad 52 Drehmoment zum Zahnrad 44 und zur Vorgelegewelle. In einem zweiten Betriebsmodus oder EV-Modus ist der Verbrennungsmotor 18 deaktiviert oder wird auf andere Weise daran gehindert, Drehmoment an die Drehmomentabgabewelle 50 zu verteilen. Im zweiten Betriebsmodus treibt die Batterie 14 den Motor 16 an, um Drehmoment durch die Stufenräder 38 und zur Drehmomentabgabewelle 50 zu verteilen. Die Drehmomentabgabewelle 50 ist mit einem Differenzial- und Achsmechanismus 56 verbunden, der Drehmoment an die Antriebsräder 58 verteilt. Die Steuerung 12 steuert entweder im ersten Betriebsmodus oder im zweiten Betriebsmodus die Batterie 14, den Verbrennungsmotor 18, den Motor 16 und den Generator 32, um Drehmoment zu den Rädern 58 zu verteilen.
Wie zuvor beschrieben, gibt es zwei Antriebsquellen für den Triebstrang. Die erste Antriebsquelle ist der Verbrennungsmotor 18, der dem Planetenradsatz 24 Drehmoment zuführt. Die andere Antriebsquelle betrifft nur das elektrische Antriebssystem, das nur den Motor 16, den Generator 32 und die Batterie 14 enthält, wobei die Batterie 14 als ein Energiespeichermedium für den Generator 32 und den Motor 16 dient. Der Generator 32 kann durch den Planetenradsatz 24 angetrieben werden und kann als Alternative als ein Motor fungieren und dem Planetenradsatz 24 Energie zuführen.
Die Steuerung 12 empfängt Informationen von (nicht gezeigten) Sensoren, so dass die Steuerung 12 Drehzahlen ω des Motors 16, des Verbrennungsmotors 18 und/oder des Generators 32 überwachen kann. Natürlich können eine oder mehrere Drehzahlen auf Grundlage von bekannten Beziehungen und/oder Verhältnissen zwischen den verschiedenen Komponenten bestimmt, abgeleitet oder berechnet werden. Darüber hinaus können entsprechende Drehmomente τ des Motors 16, des Generators 32, des Hohlrads 26, des Sonnenrads 28, der Trägeranordnung 30 und der Antriebswelle 50 unter Verwendung beliebiger mehrerer bekannter Techniken berechnet, gemessen oder auf andere Weise bestimmt werden. Unter normalen Betriebsbedingungen und angenommen, der Motor 16 und der Generator 32 liefern das angeforderte Drehmoment, kann das Istantriebswellendrehmoment an den Rädern wie folgt dargestellt werden:
wobei T₁ das Übersetzungsverhältnis von der Vorgelegewelle zu der Hohlradwelle ist, T₂ das Übersetzungsverhältnis von der Motorwelle zur Vorgelegewelle ist, T_g das Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle zur Vorgelegewelle ist, ρ das Übersetzungsverhältnis von dem Verbrennungsmotor zum Generator ist. J_{mot_lumped} ist das zusammengefasste Trägheitsmoment des Rotors des Motors, des Hohlrads und aller Zahnräder, dargestellt durch:
Wenn jedoch eine Sperrung im Planetenradsatz 30 auftritt und nicht erkannt wird, kann sich das Istraddrehmoment von dem angesteuerten Raddrehmoment unterscheiden. Die Sperrung tritt dann auf, wenn bestimmte relative Drehzahlen des Hohlrads 26, des Sonnenrads 28 und des Planetenträgers 30 ein Kämmen und ”Sperren” der Zahnräder verursachen, wodurch Drehmoment vom Verbrennungsmotor 18 zu dem Getriebe 20 übertragen wird. Dies kann letztendlich aufgrund von zusätzlicher Eingabe von Drehmoment vom Verbrennungsmotor 18 zu einem unerwünschten Drehmoment (in positiver oder negativer Richtung) an den Rädern 58 führen. Dies kann auch unerwünschten Widerstand verursachen, da eine Sperrung im Planetenradsatz 24 im EV-Modus bewirkt, dass ein Fahrer des Fahrzeugs Widerstand vom Antriebsstrang 10 und Schwingungen im Verbrennungsmotor 18 verspürt, da der Verbrennungsmotor 18 als eine Reiblast gedreht wird. Unerwünschte Drehmomentverstärkung könnte das nächste Mal, wenn die Steuerung 12 einen Start des Verbrennungsmotors 18 anfordert, auftreten. Wenn der Planetenradsatz 24 gesperrt ist und die Sperrung nicht erkannt wird, dann kann das Istraddrehmoment wie folgt dargestellt werden.
Das Istraddrehmoment ist aufgrund der nicht erkannten Sperrung im Planetenradsatz 24 und des zusätzlichen Terms [(T₁ × T₂ × (1 + 1 / ρ ) × τ_gen) + T₁ × T₂ × τ_gen], der in Gleichung (3) enthalten ist, größer als das vom Fahrer angeforderte Drehmoment.
Zur Reduzierung oder Eliminierung der übermäßigen Drehmomentzufuhr überwachen und erkennen verschiedene Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Sperrung des Planetenradsatzes. Effektives Überwachen von Sperrung kann auch dabei helfen, Widerstand und Schwingungen zu verhindern, wenn das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird. Erkennung von Sperrung erleichtert gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch die Überwachung und Erkennung, wenn das Fahrzeug in einem beliebigen mehrerer Betriebsmodi betrieben wird. Die 2–4 stellen Flussdiagramme bereit, die die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zur Erkennung von Sperrung und Steuerung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen. Wie für den Durchschnittsfachmann auf der Hand liegt, können die durch die Blöcke des Flussdiagramms dargestellten Funktionen durch Software und/oder Hardware durchgeführt werden. In Abhängigkeit von der bestimmten Verarbeitungsstrategie, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interrupt-gesteuert usw., können die verschiedenen Funktionen in einer anderen Ordnung oder Folge durchgeführt werden als in den Figuren dargestellt, oder können weggelassen werden. Ebenso kann/können ein/eine oder mehrere Schritte oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden, obgleich dies nicht explizit dargestellt wird. Bei einer Ausführungsform werden die dargestellten Funktionen in erster Linie durch Software, Befehle oder einen Code implementiert, der in einem rechnerlesbaren Speichermedium gespeichert ist und durch einen Rechner auf Mikroprozessorbasis oder eine Steuerung zur Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs ausgeführt. Weiterhin versteht sich, dass die Steuerung 12 eine einzige Fahrzeugsystemsteuerung oder eine Kombination aus einem getrennten Verbrennungsmotorsteuermodul, einer Motorsteuerung, einer Generatorsteuerung und/oder einer Batteriesteuerung sein kann.
Auf 2 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das die Funktionsweise eines Systems oder Verfahrens zur Erkennung und Minderung einer Planetengetriebesperrung in verschiedenen Betriebsmodi darstellt. Sensoren (nicht gezeigt) erkennen und kommunizieren Informationen zu der Steuerung 12. In Abhängigkeit von der bestimmten Anwendung und Implementierung kann die Steuerung 12 verschiedene Fahrzeugbetriebsparameter von einem oder mehreren Sensoren berechnen, ableiten oder auf andere Weise bestimmen. In Schritt 100 werden aktuelle Betriebsdrehzahlen des Verbrennungsmotors, Generators und Motors erkannt oder bestimmt. Eine Sollverbrennungsmotordrehzahl wird auf Grundlage einer Fahrpedalstellung, von zur Verfügung stehender Energie im Motor, des Batterieladezustands und anderer Faktoren, die in der Technik bekannt sind, berechnet. Ein entsprechendes Drehmoment des Verbrennungsmotors und des Generators werden auch bestimmt. Der aktuelle Betriebsmodus des Antriebsstrangs wird auch bestimmt. Repräsentative Betriebsmodi können zum Beispiel einen Verbrennungsmotoranlassmodus, einen Verbrennungsmotorbetriebsmodus, einen Verbrennungsmotorherunterrampmodus und einen reinen Elektromodus (EV-Modus), in dem der Verbrennungsmotor deaktiviert ist und das Fahrzeug nur durch die elektrische Batterie und den Motor angetrieben wird, umfassen. Nach diesen Bestimmungen wird die Drehzahl des Hohlrads 26 des Planetenradsatzes 24 bei 102 bestimmt. Es können auf Grundlage des Betriebsmodus des Fahrzeugs und der Hohlraddrehzahl verschiedene Sperrungserkennungs- und -minderungsverfahren implementiert werden.
Bei 104 wird bestimmt, ob das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird. Bei Betrieb im EV-Modus wird bei 106 eine Sperrungserkennung und -minderung implementiert. Wenn das Fahrzeug nicht im EV-Modus betrieben wird, wird bei 108 bestimmt, ob der Verbrennungsmotor angelassen wird oder nicht, und wenn dies der Fall ist, dann wird bei 110 die Sperrungserkennung und -minderung für den Verbrennungsmotoranlassmodus durchgeführt. Wenn das Fahrzeug nicht im Verbrennungsmotoranlassmodus betrieben wird, wird bei 112 bestimmt, ob das Fahrzeug in einem Verbrennungsmotorbetriebsmodus läuft, und wenn dies der Fall ist, dann wird bei 114 die Sperrungserkennung und -minderung für den Verbrennungsmotorbetriebsmodus implementiert. Bei 116 wird bestimmt, ob das Fahrzeug in einem Verbrennungsmotorherunterrampmodus betrieben wird oder nicht, und wenn dies der Fall ist, wird bei 118 die Sperrungserkennung und – minderung für den Herunterrampmodus implementiert. Der Prozess endet bei 120 und wiederholt sich in seiner Gesamtheit während des ganzen Fahrzeugbetriebs, so dass die Steuerung ständig bestimmt, ob eine Sperrung im Planetenradsatz vorliegt, und die Sperrung in Abhängigkeit von dem Betriebsmodus des Fahrzeugs mindert. Nunmehr auf 3 Bezug nehmend, wird ein System zur Erkennung von Sperrung im Planetenradsatz 24, während das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird, dargestellt. Im EV-Modus ist der Verbrennungsmotor 18 deaktiviert, und die Batterie 14 und der Motor 16 treiben die Antriebsräder 58 ohne Unterstützung durch den Verbrennungsmotor 18 elektrisch an. Zur Erkennung von Planetengetriebesperrung im EV-Modus wird bei 130 eine erwartete Generatordrehzahl bestimmt. Die Drehzahl des Generators 32 wird mit der auf dem Planetengetriebeübersetzungsverhältnis basierenden Drehzahl des Hohlrads 26 in Beziehung gesetzt. Insbesondere kann die erwartete Generatordrehzahl wie folgt bestimmt werden:
wobei ρ das Planetengetriebeübersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad 28 und dem Hohlrad 26 ist.
Auf Grundlage der erwarteten Generatordrehzahl kann bei 132 eine Sperrung erkannt werden. Wenn die Differenz zwischen der Istgeneratordrehzahl und der erwarteten Generatordrehzahl über einer Kalibrierung oder einem Schwellwert liegt, dann liegen Bedingungen für das Vorhandensein einer Sperrung im Planetenradsatz 24 vor. Wenn eine Sperrung erkannt wird, dann steuert die Steuerung 12 einen Betrieb nur des EV-Modus an, bei dem der Generator 32 deaktiviert ist. Dann kehrt das Steuersystem bei 136 zurück, um ein ständiges Erkennungs- und Minderungsverfahren während des gesamten Betriebs des Fahrzeugs im EV-Modus zu gewährleisten.
Der Generator 32 kann auf verschiedene Weise deaktiviert werden. Zum Beispiel kann eine phasenverschobene Spannung mit Magneten im Generator 32 von der Batterie 14 angelegt werden. Dadurch wird ein Teil des Magnetfeldes in einem als Feldschwächung bekannten Prozess im Wesentlichen aufgehoben.
Feldschwächung wird vorzugsweise dazu verwendet, den Generator bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten im EV-Modus ”aktiv” zu deaktivieren, während eine ”passive” Deaktivierung vorzugsweise bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten verwendet wird. Bei einer passiven Deaktivierung des Generators können Schalter in einem mit dem Generator 32 verbundenen Wechselrichter geöffnet werden, um einen elektrischen Antrieb des Generators 32 zu verhindern. Es versteht sich, dass der Verbrennungsmotor 18 zwar während eines gesamten EV-Betriebsmodus deaktiviert wird, die Steuerung 12 aber ein weiteres Signal senden kann, um den Verbrennungsmotor 18 zur Deaktivierung anzusteuern, falls der Verbrennungsmotor 18 tatsächlich einen fehlerhaften Betrieb aufweist. Deaktivierung des Verbrennungsmotors 18 kann infolge dessen erfolgen, dass die Steuerung 12 verhindert, dass Kraftstoff in Brennkammern des Verbrennungsmotors 18 eintritt.
Auf 4 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das die Funktionsweise eines Systems oder eines Verfahrens zur Erkennung und Minderung einer Planetengetriebesperrung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt. Diese Strategie kann für Nicht-EV-Betriebsmodi, zum Beispiel einen Verbrennungsmotoranlassmodus, einen Verbrennungsmotorbetriebsmodus und einen Verbrennungsmotorherunterrampmodus, verwendet werden. Sensoren im Fahrzeug kommunizieren mit der Steuerung 12, um bei 140 Verbrennungsmotorbeschleunigung (a_e) und Generatorbeschleunigung (a_g) zu bestimmen. Eine erwartete Verbrennungsmotorbeschleunigung (a_{e_exp}) wird bei 142 unter Verwendung der Beschleunigung des Generators wie folgt berechnet:
wobei J_eng&carrier das kombinierte Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors 18 und der Trägeranordnung 30 ist, T_eng2gen das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator durch den Planetenradsatz ist, τ_g das Generatordrehmoment ist und J_gen&sun das kombinierte Trägheitsmoment des Generators 32 und des Sonnenrads 28 ist. Wenn das Fahrzeug im Verbrennungsmotorbetriebsmodus betrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor 18 den Rädern 58 das Drehmoment zuführt, dann kann die erwartete Verbrennungsmotorbeschleunigung wie folgt berechnet werden:
wobei τ_e das Drehmoment des Verbrennungsmotors ist.
Die Sperrungserkennung fährt mit 144 fort, wo die Verbrennungsmotorbeschleunigung und die erwartete Verbrennungsmotorbeschleunigung verglichen werden. Insbesondere werden der Absolutwert der Verbrennungsmotorbeschleunigung und der Absolutwert der erwarteten Verbrennungsmotorbeschleunigung, die größer ist als eine erste Kalibrierung oder ein erster Schwellwert (|a_e| – |a_{e_exp}| > cal1), oder die Verbrennungsmotorbeschleunigung ist größer als die erwartete Verbrennungsmotorbeschleunigung (|a_e| > |a_{e_exp}|). Weiterhin wird die Verbrennungsmotordrehzahl mit der Hohlraddrehzahl verglichen. Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Hohlraddrehzahl geringer ist als ein zweiter Schwellwert (|ω_e – ω_ring| < cal2), dann zeigt dies in Kombination mit der Beschleunigung des Verbrennungsmotorvergleichs an, dass eine Sperrung im Zahnradsatz vorliegt. Wenn dieser Schritt zu ”Nein” führt, dann fährt das Steuersystem mit Schritt 148 fort, ansonsten fährt das Steuersystem mit Schritt 150 fort. In Schritt 148 wird eine Hohlraddrehzahl mit einer Verbrennungsmotordrehzahl verglichen, ähnlich wie in Schritt 144. Weiterhin liegt, wenn die Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und einer Sollverbrennungsmotordrehzahl einen vierten Schwellwert übersteigt (|ω_e – ω_{e_target}| > cal4), und das Drehmoment des Generators einen fünften Schwellwert übersteigt (|τ_g| > cal5), eine Sperrung im Zahnradsatz vor. In Schritt 148 liegt auf der Hand, dass statt der Verwendung eines Absolutwerts beim Verbrennungsmotordrehzahlvergleich oder Drehmomentvergleich die Vergleiche auch geteilt und mit einem negativen Schwellwert oder einem positiven Schwellwert verglichen werden können, und zwar in Abhängigkeit davon, ob sich der Verbrennungsmotor schneller oder langsamer als gewünscht dreht. Wenn entweder durch Schritt 144 oder Schritt 148 eine Sperrung erkannt wird, wird der Generator bei 150 durch zuvor beschriebene Verfahren deaktiviert. Bei 152 fordert die Steuerung 12 einen reinen EV-Betrieb an, bei dem der Verbrennungsmotor 18 durch zuvor beschriebene Verfahren deaktiviert ist. Dadurch wird gestattet, dass die Räder 58 des Fahrzeugs durch die Batterie 14 und den Motor 16 ohne Unterstützung vom Verbrennungsmotor 18 angetrieben werden, wodurch jegliche Drehmomentverstärkung vom Verbrennungsmotor 18 aufgrund der Sperrung im Planetenradsatz 24 verhindert wird.
Wie hier dargestellt und beschrieben können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung verschiedene Vorteile bieten, die mit der Erkennung einer Sperrung eines Planetenradsatzes in Verbindung stehen und eine robustere Erkennung unter einem größeren Bereich von Betriebsbedingungen umfassen, wie zum Beispiel bei Betrieb bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, oder wenn das Fahrzeug beispielsweise geparkt ist. Erkennung von Sperrung und Steuerung des Verbrennungsmotors und/oder Generators als Reaktion darauf reduzieren oder verhindern gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung eine übermäßige Drehmomentzufuhr an den Fahrzeugrädern. Effektive Überwachung von Sperrung kann auch Widerstand und Schwingungen reduzieren oder verhindern, wenn das Fahrzeug im EV-Modus betrieben wird, und den Gesamtbetriebswirkungsgrad des Fahrzeugs verbessern.
Obgleich die beste Durchführungsweise ausführlich beschrieben worden ist, sind für den Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche ersichtlich. Verschiedene Ausführungsformen wurden zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben, jedoch können, wie für den Fachmann offensichtlich ist, zwischen einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Systemmerkmale zu erreichen, was von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig ist. Zu diesen Merkmalen gehören unter anderem: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Die hier bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementationen des Stands der Technik beschriebenen Ausführungsformen liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen wünschenswert sein.
Bezugszeichenliste
Fig. 1

32: Generator
16: Motor
18: Verbrennungsmotor
14: Batterie/BCM

100: Eingaben lesen: Drehzahl für Verbrennungsmotor, Generator und Motor Sollverbrennungsmotordrehzahl Drehmoment für Verbrennungsmotor und Generator Antriebsstrangbetriebsmodus (EV, Anlassen, Betrieb und Herunterrampen
102: Hohlraddrehzahl berechnen
104: EV-Modus?
106: Sperrungserkennung und -minderung im EV-Modus
108: Verbrennungsmotor angelassen?
110: Sperrungserkennung und -minderung im Verbrennungsmotoranlassmodus
112: Verbrennungsmotor läuft?
114: Sperrungserkennung und -minderung im Verbrennungsmotorbetriebsmodus
116: Herunterrampen des Verbrennungsmotors?
118: Sperrungserkennung und -minderung im Verbrennungsmotor-Herunterrampmodus
120: Zurückkehren

130: Erwartete Generatordrehzahl bestimmen
132: Differenz zwischen Generatordrehzahl und erwarteter Generatordrehzahl > Schwellwert?
N: Nein
134: Nur EV-Modus anfordern
136: Zurückkehren

140: Verbrennungsmotorbeschleunigung und Generatorbeschleunigung bestimmen
142: Erwartete Verbrennungsmotorbeschleunigung bestimmen
150: Generator ausschalten
152: Reinen EV-Modus anfordern
154: Zurückkehren

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einem Traktionsmotor, die mit einem Triebstrang gekoppelt sind, der einen Generator und einen Planetenradsatz mit einem Hohlrad enthält, umfassend: Deaktivieren des Generators auf Grundlage mindestens dessen, dass eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotorbeschleunigung und einer erwarteten Verbrennungsmotorbeschleunigung einen ersten Schwellwert übersteigt; und eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Hohlraddrehzahl unter einem zweiten Schwellwert liegt, was eine Sperrung im Planetenradsatz anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Generator mit dem Planetenradsatz gekoppelt ist und mit dem Traktionsmotor elektrisch verbunden ist, wobei das Verfahren weiterhin Deaktivieren des Verbrennungsmotors, wenn die Sperrung im Planetenradsatz angezeigt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Deaktivieren des Generators Deaktivieren des Generators auf Grundlage mindestens dessen: dass eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und einer Sollverbrennungsmotordrehzahl einen dritten Schwellwert übersteigt, und ein Generatordrehmoment einen vierten Schwellwert übersteigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin Zufuhr von Drehmoment vom Traktionsmotor zu Fahrzeugrädern bei Deaktivierung des Generators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Deaktivierung des Generators Anlegen einer phasenverschobenen Spannung an einen Rotor mit Magneten im Generator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Deaktivieren des Generators Öffnen von Schaltern, die die Energieverteilung zum Generator steuern, umfasst.
Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, einem Traktionsmotor und einem durch einen Zahnradsatz gezielt mit Antriebsrädern gekoppelten Generator, umfassend: Verteilen von Drehmoment in einem elektrischen Betriebsmodus, in dem der Verbrennungsmotor daran gehindert wird, die Antriebsräder anzutreiben; und Deaktivieren des Generators auf Grundlage mindestens dessen, dass eine Differenz zwischen der Istgeneratordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen Schwellwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Zahnradsatz einen Planetenradsatz umfasst, der ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder aufweist, wobei das Verfahren weiterhin Deaktivieren des Generators als Reaktion auf eine Hohlraddrehzahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Zahnradsatz einen Planetenradsatz umfasst, der ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder aufweist, wobei die erwartete Generatordrehzahl der Hohlraddrehzahl entspricht.
System zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor; einen Planetenradsatz mit einem Hohlrad, der mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, um in einem ersten Betriebsmodus Drehmoment an die Antriebsräder zu verteilen; einen Generator, der mit dem Planetenradsatz gekoppelt ist; einen Traktionsmotor, der mit dem Generator elektrisch verbunden ist, um den Antriebsrädern in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Verbrennungsmotor deaktiviert ist, Energie zuzuführen; und eine Systemsteuerung, die den Verbrennungsmotor und/oder den Generator auf Grundlage von Folgendem deaktiviert: im ersten Betriebsmodus ist die Verbrennungsmotorbeschleunigung größer als eine erwartete Verbrennungsmotorbeschleunigung und eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Hohlraddrehzahl liegt unter einem ersten Schwellwert; und im zweiten Betriebsmodus übersteigt eine Differenz zwischen der Generatordrehzahl und einer erwarteten Generatordrehzahl einen zweiten Schwellwert.
System nach Anspruch 10, wobei die Systemsteuerung den Generator im ersten Betriebsmodus auf Grundlage von Folgendem deaktiviert: eine Differenz zwischen der Verbrennungsmotordrehzahl und einer Sollverbrennungsmotordrehzahl übersteigt einen dritten Schwellwert, und eine Generatordrehzahl übersteigt einen vierten Schwellwert.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung verhindert, dass Kraftstoff in die Brennkammern des Verbrennungsmotors eintritt.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung den Generator durch Anlegen einer phasenverschobenen Spannung an einen Rotor mit Magneten im Rotor deaktiviert.
System nach Anspruch 10, wobei die Systemsteuerung den Generator deaktiviert, und wobei Deaktivieren des Generators Öffnen von Schaltern, die Energieverteilung zum Generator steuern, umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei der Traktionsmotor den Antriebsrädern bei Deaktivierung des Verbrennungsmotors oder des Generators Energie zuführt.
System nach Anspruch 10, wobei der Traktionsmotor den Antriebsrädern in dem ersten Betriebsmodus Energie zuführt.