DE102007013334A1

DE102007013334A1 - Verfahren und Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung

Info

Publication number: DE102007013334A1
Application number: DE102007013334A
Authority: DE
Inventors: Robert L. Milford Morris
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: CN101042186B; US8010263B2; US8195352B2; CN101042186A; US20070225887A1; DE102007013334B4; US20110178686A1

Abstract

Es sind ein multivariates Steuerverfahren und ein multivariates Steuersystem vorgesehen, um Drehmoment zu steuern, das von einem Antriebsstrangsystem an einem Endantrieb ausgegeben wird, um somit Endantriebsschwingungen zu vermindern. Der Antriebsstrang umfasst vorzugsweise einen Hybridantriebsstrang mit mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die mit einem Getriebe verbunden sind. Es werden gewünschte Antriebsstrang- und Endantriebsbetriebszustände ebenso wie mehrere Betriebszustandsfehler bestimmt. Jede Drehmoment erzeugende Einrichtung wird auf der Basis der Betriebszustandsfehler und des Betriebsmodus des Getriebes gesteuert. Ein Dämpfungsdrehmomentbefehl, der zu einem befohlenen Drehmoment addiert wird, wird für eine oder mehrere der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis des bestimmten Getriebebetriebsmodus bestimmt. Die bestimmten Betriebszustände umfassen eine Bedienereingabe und den Antriebsstrang/Endantrieb einschließlich Endantriebsdrehmoment; Getriebeantriebsdrehmoment, Drehgeschwindigkeit der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen; Straßenlast; und Nebenaggregatlast.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Hybrid-Antriebsstrangsteuersysteme, und im Besonderen das Dämpfen von Antriebsstrangsvibrationen, indem mehrere Drehmomenteingänge gesteuert werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind verschiedene Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen bekannt, um mit den Antriebs- und Abtriebsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsmaschinen in Hybridfahrzeugen, üblicherweise Brennkraftmaschinen und elektrischen Maschinen, umzugehen. Reihenhybridarchitekturen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine aus, die einen elektrischen Generator antreibt, der wiederum elektrische Leistung an einen elektrischen Triebstrang und an ein Batteriepaket liefert. Die Brennkraftmaschine in einem Reihenhybrid ist nicht direkt mechanisch mit dem Triebstrang gekoppelt. Der elektrische Generator kann auch in einem Motorantriebsmodus arbeiten, um eine Startfunktion für die Brennkraftmaschine bereitzustellen, und der elektrische Triebstrang kann Fahrzeugbremsenergie wieder auffangen, indem er auch in einem Generatormodus arbeitet, um das Batteriepaket wieder aufzuladen. Parallelhybridarchitekturen zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor aus, die beide eine direkte mechanische Kopplung mit dem Triebstrang aufweisen. Der Triebstrang umfasst her kömmlich ein Schaltgetriebe, um die bevorzugten Übersetzungsverhältnisse für einen Betrieb mit einem breiten Bereich bereitzustellen.
Eine solche Parallel-Hybridantriebsstrangarchitektur umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung (two-mode, compound-split, electro-mechanical transmission), das ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle und ein Abtriebselement zur Abgabe von Leistung von dem Getriebe benutzt. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen der Speichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator auszutauschen. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, um den Austausch elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator zu regeln. Die Steuereinheit regelt auch den Austausch elektrischer Leistung zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.
Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme implementieren, treffen auf Endantriebsvibrationen, die typischerweise in einem Bereich von für einen Bediener unmerklich bis zu für diesen störend liegen. Endantriebsvibrationen machen den Kunden unzufrieden und können die Lebensdauer von einer oder mehreren Endantriebskomponenten vermindern. Typischerweise versuchen die Ingenieure, mit den Endantriebsvibrationen umzugehen, indem Systeme eingesetzt werden, die derart arbeiten, dass sie Drehmomentschwingungen bei einer spezifischen Frequenz oder über einen Bereich von Frequenzen oder einen Satz von Frequenzen, der auf der Basis des Übersetzungsverhältnisses, mit dem der Endantrieb gegenwärtig arbeitet, gewählt ist, auszulöschen. Derartige Drehmomentauslöschungssysteme leiten typischerweise Endantriebseingänge durch Signalaufbereitungsfilter, die das Ansprechvermögen des Systems verlangsamen. Ein langsames Ansprechen des Systems führt oft zu einem Stoß oder Überschießen, der/das aufgrund von Verzögerungen in Sprungantworten, die erforderlich sind, um Filter zu entwickeln, auftritt, wenn es eine aggressive Bedienerdrehmomentanforderung gibt. Derartige Systeme verwenden häufig eine einzige Rückkopplungsvariable, typischerweise die Maschinendrehzahl, und befehlen ein einziges Steuersignal, typischerweise das Maschinendrehmoment. Jedoch liefern Vibrationssteuerungssysteme mit einer einzigen Rückkopplung/einer einzigen Steuerung keine angemessene Dämpfung in einem System, das mehrere Einrichtungen aufweist, die so betreibbar sind, dass Vibrationen in einem Endantrieb erzeugt werden.
Ein Hybridantriebsstrangsystem ist beispielhaft für ein System, das mehrere Einrichtungen aufweist, die so betreibbar sind, dass Vibrationen in einem Endantrieb erzeugt werden, was daher einen Bedarf für ein alternatives Verfahren und eine alternative Vorrichtung zum Steuern von Endantriebsvibrationen hervorruft.
Daher besteht ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Endantriebsdämpfung für ein Hybrid-Antriebsstrangsteuersystem über den Betriebsbereich des Antriebsstrangs bereitzustellen. Es besteht weiterhin Bedarf, ein Leistungsvermögen des Fahrverhaltens ähnlich dem eines Fahrzeugs bereitzustellen, das einen Drehmomentwandler in einem Fahrzeug, das mit einem Hybridendantrieb ausgestattet ist, aufweist, insbesondere in einem Fahrzeug, das mit einem Hybridendantrieb ausgestattet ist, der Handschaltgetriebekonfigurationen enthält, wie etwa eine direkte Verbindung zwischen Maschine, Elektromotoren und Getriebeantriebswellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wendet einen Ansatz einer multivariaten Regelung an, um eine aktive Endantriebsdämpfung für einen Hybridantriebsstrang oder irgendeinen Antriebsstrang, der mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen anwendet, bereitzustellen Der Endantrieb ist durch ein mehrfaches Masse-Feder-System mit mehreren Freiheitsgraden und mehrere Drehmomentsteuereinrichtungen dargestellt. Es wird die dynamische Antwort der Drehzahl jeder unabhängigen Masse und des Drehmoments jeder Feder in dem System modelliert. Eine gewünschte Trajektorie für jede Drehzahl und jedes Drehmoment wird berechnet, und die tatsächliche Drehzahl und die tatsächlichen Drehmomente werden mit ihren jeweiligen gewünschten Trajektorien verglichen. Der Vektor von Trajektorienfehlern wird mit einer Matrix aus Rückkopplungsverstärkungen multipliziert, um die koordinierten Befehle zu bilden, die zu jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung gesendet werden. Die gesamte Dynamiktrajektorie jeder Komponente in dem Endantrieb wird als solche gesteuert. Dies beseitigt Achsüberschießen oder einen ersten Stoß in Ansprechen auf aggressive Bedienereingaben und liefert eine vollständige Steuerung über alle Schwingungsmodi, die in dem Endantrieb existieren. Die Werte der Rückkopplungsverstärkungsmatrix werden vorzugsweise für jeden Getriebebetriebsmodus, d.h. jeden Modus und jede Zahnradkonfiguration des Endantriebs, offline bestimmt und als Nachschlagetabelle in dem Controller gespeichert. Wenn der Endantrieb zwischen Betriebsmodi umschaltet, wird die geeignete Rückkopplungsverstärkungsmatrix aus der Nachschlagetabelle ausgewählt. Dieser Ansatz liefert eine Dynamikkoordination aller Drehmomentbefehle, um die Sprungantwort des beispielhaften Endantriebs unter Verwendung des Hybridgetriebes einschließlich Maschinendrehmomentbefehle, Elektromotordrehmomentbefehle und Kupplungs drehmomentbefehle sowie andere steuerbare Drehmomenteingänge zu steuern.
Es ist daher ein Aspekt dieser Erfindung, ein multivariates Steuerverfahren und ein multivariates Steuersystem bereitzustellen, um Drehmoment zu steuern, das von einem Antriebsstrangsystem an einen Endantrieb ausgegeben wird, wenn das Antriebsstrangsystem mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen umfasst, die mit einem Getriebe wirksam verbunden sind. Das Verfahren umfasst, dass eine Matrix aufgebaut wird, die gewünschte Betriebszustände für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb umfasst, und eine Matrix aus Betriebszustandsfehlern aufgebaut wird. Jede Drehmoment erzeugende Einrichtung wird auf der Basis der Matrix aus Betriebszustandsfehlern gesteuert. Jede Drehmoment erzeugende Einrichtung wird darüber hinaus auf der Basis des Getriebebetriebsmodus gesteuert, was das Bestimmen eines spezifischen Getriebebetriebsmodus, z.B. eines Modus oder eines festen Ganges, mit dem das Getriebe arbeitet, umfasst. Ein Dämpfungsdrehmomentbefehl wird für eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis des bestimmten Getriebebetriebsmodus bestimmt.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die gewünschten Betriebszustände für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb bestimmt werden, was das Überwachen einer Bedienereingabe und das Überwachen von Betriebszuständen des Antriebsstrangsystems und des Endantriebs umfasst. Die Betriebszustände des Antriebsstrangsystems und des Endantriebs umfassen ein Endantriebdrehmoment; ein Antriebsdrehmoment für das Getriebe; sowie Drehgeschwindigkeiten von jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und dem Getriebe.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass eine Matrix aus Betriebszustandsfehlern bestimmt wird, indem Referenzzustände für den Antriebsstrang und den Endantrieb auf der Basis der gewünschten Betriebszustände bestimmt werden und die Matrix aus den Referenzzuständen mit einer Matrix aus tatsächlichen Referenzzuständen für den Antriebsstrang und den Endantrieb verglichen wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die tatsächlichen Referenzzustände bestimmt werden, was umfasst, dass Eingangsdrehmomente für das Getriebe und ein Endantriebsachsdrehmoment bestimmt werden, und Drehgeschwindigkeiten der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen bestimmt werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass vorbestimmte Referenzzustände auf der Basis einer Messung derselben bestimmt werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass vorbestimmte Referenzzustände auf der Basis einer Schätzung derselben bestimmt werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass ein Dämpfungsdrehmomentbefehl für zumindest eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis der Matrix von Betriebszustandsfehlern bestimmt wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass ein vorbestimmtes Befehlsdrehmoment für eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit dem bestimmten Dämpfungsdrehmomentbefehl eingestellt wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen in einem Endantrieb. Dies umfasst, dass ein Drehmoment gesteuert wird, das von dem Antriebsstrangsystem ausgegeben wird, das mehrere einzeln steuerbare Drehmoment erzeugende Einrichtungen umfasst, die wirksam mit einem elektromechanischen Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung verbunden sind, wobei das Getriebe mehrere Betriebsmodi aufweist. Das Verfahren umfasst, dass eine Matrix aus gewünschten Betriebszuständen für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb bestimmt wird, und dass eine Matrix aus Betriebszustandsfehlern bestimmt wird. Jede Drehmoment erzeugende Einrichtung wird auf der Basis der Betriebszustandsfehler und des Getriebemodus gesteuert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst ein Antriebsstrangsystem, das mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen aufweist, die jeweils betreibbar sind, um Drehmoment zu erzeugen, das an ein Getriebe abgegeben werden kann. Das Getriebe ist betreibbar, um Bewegungsdrehmoment an einen Endantrieb abzugeben. Es ist ein Steuersystem enthalten, das betreibbar ist, um die integrierten Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und das Getriebe zu steuern. Das Steuersystem umfasst ein Speichermedium, in dem ein Computerprogramm codiert ist, um ein multivariates Steuerverfahren zu bewirken und somit Bewegungsdrehmoment zu steuern, das von dem Getriebe an den Endantrieb ausgegeben wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst das Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine und ein Paar Elektromotoren umfasst, die betreibbar sind, um Bewegungsdrehmoment an ein elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung zu liefern.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst das Steuersystem, das betreibbar ist, um das Getriebe zu einem spezifischen Getriebebetriebsmodus hin zu steuern und somit ferner jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis des Getriebebetriebsmodus zu steuern.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen annehmen, wobei deren bevorzugte Ausführungsform in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, ausführlich beschrieben und dargestellt wird, und wobei:
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für einen Controller und Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, und
4 ein detailliertes schematisches Diagramm eines beispielhaften Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen allein zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht zum Zweck selbige einzuschränken, zeigen die 1 und 2 ein System mit einer Maschine 14, einem Getriebe 10, einem Steuersystem und einem Endantrieb, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut worden ist.
Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind ausführlich in der gemeinschaftlich übertragenen U.S. Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer U.S. 2005/0137042 A1, die am 23. Juni 2005 veröffentlicht wurde, mit dem Titel Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios (elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Modi, Verbund-Verzweigung und vier festen Verhältnissen), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, ist in 1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Hybridgetriebe 10 weist ein Antriebselement 12 auf, das in der Natur einer Welle vorliegen kann, die direkt durch eine Maschine 14 angetrieben ist. Ein Dämpfer 20 für transientes Drehmoment ist zwischen der Abtriebswelle 18 der Maschine 14 und dem Antriebselement 12 des Hybridgetriebes 10 eingebaut. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment umfasst vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung 77, die Charakteristiken eines Dämpfungsmechanismus und einer Feder, die jeweils als 78 und 79 gezeigt sind, aufweist. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment erlaubt einen selektiven Eingriff der Maschine 14 mit dem Hybridgetriebe 10, es ist aber zu verstehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 nicht dazu benutzt wird, den Modus, in dem das Hybridgetriebe 10 arbeitet, zu verändern oder zu steuern. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 umfasst vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung, die als Kupplung C5 bezeichnet ist.
Die Maschine 14 kann irgendeine von zahlreichen Formen von Brennkraftmaschinen sein, wie etwa ein Ottomotor oder ein Dieselmotor, die leicht anpassbar ist, um eine Leistungsabgabe an das Getriebe 10 mit einem Bereich von Betriebsdrehzahlen von Leerlauf bei oder in der Nähe von 600 Umdrehungen pro Minute (RPM oder U/min) bis zu über 6000 RPM oder U/min bereitzustellen. Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 14 mit dem Antriebselement 12 des Getriebes 10 verbunden ist, ist das Antriebselement 12 mit einem Planetenradsatz 24 in dem Getriebe 10 verbunden.
Nun unter spezieller Bezugnahme auf 1 benutzt das Hybridgetriebe 10 drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet sein kann und ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 34 sind an einem Träger 36 drehbar montiert, so dass jedes Planetenradelement 34 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 30 als auch dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff steht.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 42 sind an einem Träger 44 drehbar montiert, so dass jedes Planetenrad 42 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 38 als auch dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff steht.
Der dritte Planetenradsatz 28 weist auch ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnrad element 48 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar montiert, sodass jedes Planetenrad 50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 46 als auch dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff steht.
Verhältnisse von Zähnen an Hohlrädern/Sonnenrädern beruhen typischerweise auf Konstruktionserwägungen, die dem Fachmann bekannt sind und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Beispielsweise beträgt in einer Ausführungsform das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 24 65/33; das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 26 beträgt 65/33; und das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 28 beträgt 94/34.
Die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 umfassen jeweils einfache Planetenradsätze. Darüber hinaus sind der erste und zweite Planetenradsatz 24 und 26 darin zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24, etwa über ein Nabenplattenzahnrad 54, mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Die verbundenen inneres Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und äußeres Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind ständig mit einem ersten Motor/Generator 56 verbunden, der auch als "Motor A" bezeichnet ist.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24, wie über eine Welle 60, mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Als solches sind die Träger 36 und 44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 verbunden. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28, wie über eine Drehmo mentübertragungseinrichtung 62, verbunden, die, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird, angewandt wird, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu helfen. Der Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden.
In der hierin beschriebenen Ausführungsform, in der das Hybridgetriebe 10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, ist das Abtriebselement 64 wirksam mit dem Endantrieb verbunden, der einen Getriebekasten 90 oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die ein Drehmoment bereitstellt, das an eine oder mehrere Fahrzeugachsen 92 oder Halbwellen (nicht gezeigt) ausgegeben wird. Die Achsen 92 enden wiederum in Antriebselementen 96. Die Antriebselemente 96 können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie angewandt werden, oder sie können das Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Den Antriebselementen 96 kann irgendeine Form von Radbremse 94 zugeordnet sein. Die Antriebselemente weisen jeweils einen Drehzahlparameter N_WHL auf, der die Rotationsgeschwindigkeit jedes Rades 96 umfasst, die typischerweise mit einem Raddrehzahlsensor messbar ist.
Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28, etwa über eine Hohlwelle 66, die die Welle 60 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 ist selektiv mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist, durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 wird, wie es nachstehend ebenfalls erläutert wird, auch angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetrie bes 10 zu helfen. Die Hohlwelle 66 ist auch ständig mit einem zweiten Motor/Generator 72 verbunden, der auch als "Motor B" bezeichnet ist.
Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie die beiden Motoren/Generatoren 56 und 72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. Die Motoren/Generatoren 56 und 72 sind beide von einer kreisringförmigen Konfiguration, die zulässt, dass diese die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 derart umgeben können, dass die Planetenradsätze 24, 26 und 28 radial innen von den Motoren/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende, d.h. die Umfangsabmessung, des Getriebes 10 minimiert ist.
Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 73 verbindet das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse, d.h. mit dem Getriebegehäuse 68. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 75 dient als Sperrkupplung, die die Planetenradsätze 24, 26, Motoren 56, 72 und den Antrieb sperrt, so dass sie als eine Gruppe rotieren, indem das Sonnenrad 40 selektiv mit dem Träger 44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73, 75 sind alle Reibungskupplungen, die jeweils wie folgt bezeichnet sind: Kupplung C1 70, Kupplung C2 62, Kupplung C3 73 und Kupplung C4 75. Jede Kupplung ist vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie Hydraulikdruckfluid von einer Pumpe aufnimmt. Die hydraulische Betätigung wird unter Verwendung eines bekannten Hydraulikfluidkreises bewerksteligt, der hierin nicht ausführlich beschrieben wird.
Das Hybridgetriebe 10 nimmt ein Bewegungsantriebsdrehmoment von mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die die Maschine 14 und die Motoren/Generatoren 56 und 72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrischen Energie (ESD von Electrical Energy Storage Device) 74 gespeichert ist, auf. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere Speichereinrichtungen für elektrische Energie und elektrochemische Energie, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die ESD 74 ist vorzugsweise auf der Basis von Faktoren bemessen, die regenerative Anforderungen, Anwendungssaufgaben, die mit typischer Straßensteigung und Temperatur in Beziehung stehen, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraftunterstützung und elektrischer Bereich umfassen. Die ESD 74 ist mit einem Getriebestromumrichtermodul (TPIM von Transmission Power Inverter Module) 19 über Gleichstromleitungen oder Übertragungsleiter 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Das TPIM 19 ist ein Element des Steuersystems, das nachstehend anhand von 2 beschrieben wird. Das TPIM 19 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator 56 über Übertragungsleiter 29, und das TPIM 19 kommuniziert ähnlich mit dem zweiten Motor/Generator 72 über Übertragungsleiter 31. Elektrischer Strom ist zu oder von der ESD 74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird. Das TPIM 19 umfasst das Paar Stromumrichter und jeweilige Motor-Controller, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle und Steuerumrichterzustände davon zu empfangen und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen.
Bei der Motorantriebssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstromleitungen auf und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Motor über Übertragungsleiter 29 und 31. Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Motor über Übertragungsleiter 29 und 31 auf und liefert Strom an die Gleichstromleitungen 27. Der Netto-Gleichstrom, der zu oder von den Umrichtern geliefert wird, bestimmt den Aufladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der Speichereinrichtung für elektrische Energie 74. Der Motor A 56 und Motor B 72 sind vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, und die Umrichter umfassen eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik.
Wieder nach 1 kann ein Antriebszahnrad 80 an dem Antriebselement 12 vorgesehen sein. Wie es gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad 80 das Antriebselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24, und das Antriebszahnrad 80 nimmt daher Leistung von der Maschine 14 und/oder den Motoren/Generatoren 56 und/oder 72 über die Planetenradsätze 24 und/oder 26 auf. Das Antriebszahnrad 80 steht kämmend mit einem Zwischenzahnrad 82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Verteilerzahnrad 84 in Eingriff steht, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Hydraulik-/Getriebefluidpumpe und/oder Leistungsentnahmeeinheit (PTO-Unit von Power Take-Off Unit) befestigt sein, die entweder einzeln oder gemeinsam mit 88 bezeichnet sind und eine Nebenaggregatlast umfassen.
In 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Controller-Architektur umfasst. Die nachstehend beschriebenen Elemente umfassen einen Teilsatz einer gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur und sind betreibbar, um eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Das Steuersystem ist betreibbar, um sachdienliche Informationen und Eingänge zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Aktoren zu steuern und somit Steuerziele zu erreichen, die solche Parameter umfassen wie die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahreigenschaften und den Schutz von Bauteilen, die die Batterien der ESD 74 und Motoren 56, 72 einschließen. Die verteilte Controller-Architektur umfasst ein Maschinensteuermodul (ECM von Engine Control Module) 23, ein Getriebesteuermodul (TCM von Transmission Control Module) 17, ein Batteriepaketsteuermodul (BPCM von Battery Pack Control Module) 21 und ein Getriebestromumrichtermodul (TPIM von Transmission Power Inverter Module) 19. Ein Hybridsteuermodul (HCP von Hybrid Control Module) 5 liefert eine übergreifende Steuerung und. Koordination der vorstehend erwähnten Controller. Es gibt eine Benutzerschnittstelle (UI von User Interface) 13, die wirksam mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Antriebsstrangs, der das Getriebe 10 umfasst, steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingabevorrichtungen für die UI 13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jeder der vorstehend erwähnten Controller kommuniziert mit anderen Controllern, Sensoren und Aktoren über einen Bus 6 eines lokalen Netzes (LAN von Local Area Network). Der LAN-Bus 6 erlaubt eine strukturierte Übertragung von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Controllern. Das besondere benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise ist ein Kommunikationsprotokoll der Standard J1939 der Society of Automotive Engineers. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Schnittstellenbildung zwischen mehreren Controllern zwischen den vorstehend erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
Das HCP 5 stellt eine übergreifende Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangsystems bereit, wobei es dazu dient, einen Betrieb des ECM 23, des TCM 17, des TPIM 19 und BPCM 21 zu koordinieren. Auf der Basis verschiedener Eingangssignale von der UI 13 und dem Antriebsstrang erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle, umfassend: einen Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD}; Kupplungsdrehmomentbefehle T_{CL_N_CMD} für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Hybridgetriebes 10; und Motordrehmomentbefehle T_{A_CMD} Und T_{B_CMD} für die Elektromotoren A bzw. B.
Das ECM 23 ist wirksam mit der Maschine 14 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 über eine Vielzahl von diskreten Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammellinie 35 gezeigt sind. Das ECM 23 empfängt den Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD} von dem HCP 5 und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} und eine Angabe des aktuellen Maschinendrehmoments T_{E_ACT}, die an das HCP 5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 derart gezeigt, dass es allgemein eine bidirektionale Schnittstelle mit der Maschine 14 über Sammelleitung 35 aufweist. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM 23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl (N_E) einer zu dem Getriebe führenden Welle, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule.
Das TCM 17 ist wirksam mit dem Getriebe 10 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssignale an das Getriebe zu liefern. Eingänge von dem TCM 17 in das HCP 5 umfassen geschätzte Kupplungsdrehmomente T_{CL_N_EST} für jede der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und Drehgeschwindigkeit N_O der Abtriebswelle 64. Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Informationen von dem TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern.
Das BPCM 21 steht in Signalverbindung mit einem oder mehreren Sensoren, die betreibbar sind, um elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen und somit Informationen über den Zustand der Batterien an das HCP 5 zu liefern. Derartige Informationen umfassen den Batterieladezustand Bat_SOC und andere Zustände der Batterien, die die Spannung V_BAT und die verfügbare Leistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} umfassen.
Das Getriebestromumrichtermodul (TPIM) 19 umfasst ein Paar Stromumrichter und Motor-Controller die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM 19 ist betreibbar, um Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, T_{A_CMD} und T_{B_CMD}, auf der Basis eines Einganges von dem HCP 5 zu erzeugen, das durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die vorbestimmten Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, T_{A_CMD} und T_{B_CMD}, werden mit Motordämpfungsdrehmomenten T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} eingestellt, um Motordrehmomente T_A und T_B zu bestimmen, die durch das Steuersystem, einschließlich des TPIM 19, um die Motoren A und B zu steuern, implementiert sind. Einzelne Motordrehzahlsignale N_A und N_B für Motor A bzw. Motor B werden jeweils von dem TPIM 19 aus den Motorphaseninformationen oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen N_A und N_B an das HCP 5. Die Speichereinrichtung für elektrische Energie 74 ist an das TPIM 19 über Gleichstromleitungen 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Elektrischer Strom ist zu oder von dem TPIM 19 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.
Jeder der vorstehend erwähnten Controller ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D-)- und eine Digital/Analog-(D/A)-Schaltung eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung umfasst. Jeder Controller weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers zu erfüllen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des vorstehend erwähnten LAN 6 bewerkstelligt.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Controller werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden durch eine der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und sind betreibbar, um Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebes der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen auszuführen. Die Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3, 6,25, 15, 25 und 100 Millisekunden während des anhaltenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
In Ansprechen auf eine Betätigung durch den Bediener, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen der Aufsicht führende HCP-Controller 5 und einer oder mehrere der anderen Controller das erforderliche Getriebeabtriebsdrehmoment T_O. Selektiv betriebene Komponenten des Hybridgetriebes 10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf den Bedienerbefehl zu antworten. Beispielsweise bestimmt das HCP 5 in der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform, wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient, ein Abtriebsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Eine abschließende Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Faktoren beeinflusst, die z.B. die Straßenlast, die Straßensteigung und die Fahrzeugmasse umfassen. Das HCP 5 überwacht die Parameterzustände der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und bestimmt den Abtrieb des Getriebes, der erforderlich ist, um zu dem gewünschten Drehmomentausgang zu gelangen. Unter der Anweisung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um dem Bedienerbefehl nachzukommen.
Das elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung umfasst ein Abtriebselement 64, das Ausgangsleistung über zwei unterschiedliche Zahnradstränge in dem Getriebe 10 aufnimmt, und arbeitet in mehreren Getriebebetriebsmodi, die nun anhand von 1 und der Tabelle 1 unten beschrieben werden.
Tabelle 1
Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Betriebsmodi des Getriebes geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3, C4 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt wird. Zusätzlich können der Motor A 56 oder der Motor B 72 in verschiedenen Betriebsmodi des Getriebes jeweils als Elektromotoren arbeiten, was jeweils als MA, MB bezeichnet ist, und Motor A 56 kann als Generator arbeiten, was als GA bezeichnet ist. Ein erster Modus oder Zahnradstrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 "auf Masse zu legen". Ein zweiter Modus oder Zahnradstrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 gelöst wird und die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 zu verbinden. Andere Faktoren außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beeinflussen, wann die elektrischen Maschinen 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht weiter besprochen.
Das Steuersystem, das vor allem in 2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen N_O der Welle 64 von relativ langsam bis relativ schnell in jedem Betriebsmodus bereitzustellen. Die Kombination von zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Modus lässt zu, dass das Getriebe 10 ein Fahrzeug von einer stehenden Bedingung aus bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben kann und verschiedene andere Anforderungen erfüllt, wie sie zuvor beschrieben wurden. Zusätzlich koordiniert das Steuersystem den Betrieb des Getriebes 10, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Modi zuzulassen.
Der erste und zweite Betriebsmodus beziehen sich auf Umstände, unter denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d.h. entweder Kupplung C1 62 oder C2 70, und durch die gesteuerte Drehzahl und das gesteuerte Drehmoment der Motoren/Generatoren 56 und 72 gesteuert werden. Nachstehend werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, bei denen feste Verhältnisse erreicht werden, indem eine zusätzliche Kupplung angewandt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C3 73 oder C4 75 sein, wie es in der Tabelle oben gezeigt ist.
Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird, wird ein festes Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. N_I/N_O, erreicht. Die Rotationen der Motoren/Generatoren 56, 72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie sie durch das Kuppeln definiert ist, und sind proportional zur Antriebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 bestimmt oder gemessen wird. Die Motoren/Generatoren fungieren als Motoren oder Generatoren. Sie sind vollständig unabhängig von dem Leistungsfluss von der Maschine zu dem Abtrieb, wodurch ermöglicht wird, dass beide Motoren sind, beide als Generatoren fungieren oder irgendeine Kombination davon. Dies lässt zu, dass beispielsweise während des Betriebs in dem festen Verhältnis 1 die Bewegungsleistung, die von dem Getriebe an die Welle 64 ausgegeben wird, durch Leistung von der Maschine und Leistung von den Motoren A und B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der Energiespeichereinrichtung 74 aufgenommen wird.
Der Betriebsmodus des Getriebes kann zwischen einem Betrieb mit festem Verhältnis und einem Modus-Betrieb umgeschaltet werden, indem eine der zusätzlichen Kupplungen während des Betriebes in Modus I oder Modus II aktiviert oder deaktiviert wird. Die Bestimmung des Betriebes in einem festen Verhältnis oder die Modus-Steuerung erfolgt durch Algorithmen, die durch das Steuersystem ausgeführt werden, und liegt außerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung.
Die Betriebsmodi können das Betriebsverhältnis überlappen und die Auswahl hängt wieder von der Fahrereingabe und von der Antwort des Fahrzeugs auf diese Eingabe ab. BEREICH 1 fällt vorwiegend in den Betrieb von Modus I, wenn die Kupplungen C1 70 und C4 75 eingerückt sind. BEREICH 2 fällt in den Modus I und den Modus II, wenn die Kupplungen C2 62 und C1 70 eingerückt sind. Ein dritter Bereich mit festem Verhältnis ist vorwiegend während des Modus II erhältlich, wenn die Kupplungen C2 62 und C4 75 eingerückt sind, und ein vierter Bereich mit festem Verhältnis ist während des Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C3 73 eingerückt sind. Es ist anzumerken, dass sich Betriebsbereiche für den Modus I und den Modus II typischerweise signifikant überlappen.
Der Abtrieb des vorstehend beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystems ist aufgrund von mechanischen und Systemgrenzen eingeschränkt. Die Abtriebsdrehzahl N_O des Getriebes, die an der Welle 64 gemessen wird, ist aufgrund von Begrenzungen der Maschinenabtriebsdrehzahl N_E, die an der Welle 18 gemessen wird, und der Getriebean triebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 gemessen wird, und Geschwindigkeitsbegrenzungen der Elektromotoren A und B, die als +/– N_A, +/– N_B bezeichnet sind, begrenzt. Das Abtriebsdrehmoment T_O des Getriebes 64 ist aufgrund von Begrenzungen des Maschinenantriebsdrehmoments T_E und des Antriebsdrehmoments T_I, das an der Welle 12 nach dem Dämpfer 20 für transientes Drehmoment gemessen wird, und Drehmomentbegrenzungen (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}, T_{B_MAX}, T_{B_MIN}) der Motoren A und B 56, 72 ähnlich begrenzt.
In den 3 und 4 ist ein Steuerschema gezeigt, das ein multivariates Regelungssystem umfasst, das vorzugsweise als Algorithmen in den Controllern des vorstehend anhand von 2 beschriebenen Steuersystems ausgeführt wird, um den Betrieb des anhand von 1 beschriebenen Systems zu steuern. Das nachstehend beschriebene Steuersystem umfasst einen Teilsatz der gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur.
Wieder nach 3 umfasst das multivariate Regelungssystem einen Gesamtbetrieb, bei dem mehrere gewünschte Systemzustände von der gewünschten Dynamik 210 übersetzt werden, um Referenzzustände zu schaffen. Die Referenzzustände werden mit tatsächlichen Betriebszuständen verglichen, um Zustandsfehler zu bestimmen, was ein Rückkopplungssystem umfasst. Die Zustandsfehler werden mehreren proportionalen Verstärkungsfaktoren 220 unterzogen, um Anlagensteuereingänge zu bestimmen, die in eine physikalische Anlage 230 eingegeben werden, die eine bestimmbare Dynamik aufweist, um tatsächliche Betriebszustände zu steuern.
Nach 4 umfassen das multivariate Rückkopplungsverfahren und das multivariate Rückkopplungsregelungssystem grundlegende Elemente zum Steuern von Drehmoment, das von den Drehmoment erzeugenden Ein richtungen 14, 56, 72 durch das Getriebe 10 an die Achse 92 des Endantriebs ausgegeben wird, welcher anhand der 1 und 2 oben beschrieben wurde. Dies umfasst die gesamten Steuerelemente der Bestimmung von Referenzparametern für mehrere Betriebszustände auf der Basis von gegenwärtigen Betriebsbedingungen und gewünschten Betriebsbedingungen durch ein Steuerschema 210 für eine gewünschte Dynamik. In dieser Ausführungsform dient das Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema 220 dazu, Motordämpfungsdrehmomente zum Steuern der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, d.h. Motor A 56 und Motor B 72, auf der Basis der vorstehend erwähnten Referenzparameter und mehrerer Betriebszustandsfehler, die eine Rückkopplung von dem Antriebsstrang und dem Endantrieb 230 umfassen, die jeweils feststellbare dynamische Eigenschaften aufweisen, zu steuern.
Die Ausgänge von der Motordämpfungs-Drehmomentsteuerung 220 umfassen Elektromotordämpfungsdrehmomente T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP}, die mit befohlenen Elektromotordrehmomenten T_{A_CMD} und T_{B_CMD} kombiniert werden, um Motordrehmomentwerte T_A und T_B abzuleiten. Die Motordrehmomente T_A und T_B werden von dem Steuersystem in Verbindung mit anderen Endantriebsdynamik-Steuervorgängen verwendet, um den Betrieb des Endantriebs 230 zu steuern und zu managen. Der Endantrieb ist in dieser Zeichnung als Position 230 dargestellt, auf den mehrere Kräfte einwirken, und der Ausgänge aufweist, die durch die dynamischen Kräfte, die auf den Endantrieb einwirken, und individuelle Eigenschaften des Endantriebs, die die Masse und Trägheitskräfte umfassen, bestimmbar sind. Dieser Betrieb wird nachstehend weiter beschrieben.
Das Steuersystem bestimmt gewünschte Dynamiken für den Antriebsstrang und den Endantrieb, indem Parameter für verschiedene Betriebszustände überwacht und bestimmt werden, die das tatsächliche Maschi nendrehmoment T_{E_ACT}, ein bestimmtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES}, die durchschnittliche Drehzahl des angetriebenen Rades N_WHL die gewünschte Rotationseingangsgeschwindigkeit in das Getriebe N_{I_DES} und die gewünschte Drehzahl an der Kupplung C1 N_{C1_DES} umfassen, wie es bei 210 gezeigt ist. Das tatsächliche Maschinendrehmoment T_{E_ACT} ist auf der Basis der gemessenen Drehzahl (RPM bzw. U/min) und der Last der Maschine 14 bestimmbar. Das gewünschte Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} ist auf der Basis von Bedienereingaben in die UI 13 bestimmbar, vorzugsweise entweder als Eingaben in das Gaspedal, die Getriebegangwähleinrichtung, das Fahrzeugbremssystem oder andere Bedienereingabevorrichtungen, z.B. die Fahrzeuggeschwindigkeits-Fahrtregelung. Die durchschnittliche Drehzahl des angetriebenen Rades NWHL umfasst ein Maß der durchschnittlichen Drehzahl des angetriebenen Rades, vorzugsweise auf der Basis eines Signals, das von Raddrehzahlsensoren eingegeben wird, die an jedem der angetriebenen Räder montiert sind. Alternativ umfasst die durchschnittliche Drehzahl des angetriebenen Rades N_WHL eine Schätzung der Raddrehzahl auf der Basis einer Ausgabe eines Dynamikmodells des Endantriebs. Die gewünschte Antriebsdrehzahl N_{I_DES} umfasst die Antriebsdrehzahl für das Getriebe 10, wie sie an der Welle 12 gemessen wird. Die gewünschte Drehzahl an der Kupplung C1 N_{C1_DES} umfasst eine Bestimmung der gewünschten Drehzahl der Kupplung C1 70. Die vorstehend erwähnten Eingänge werden dazu verwendet, einen gewünschten Betriebszustand für jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen als Referenzparameter für Betriebszustände ausgedrückt zu bestimmen. Die bevorzugten Referenzparameter umfassen: Dämpferdrehmoment T_{DAMP_REF}, das das Referenzeingangsdrehmoment für das Getriebe an Welle 12 nach dem Dämpfer 20 für transientes Drehmoment ist; das Achsdrehmoment T_{AXLE_REF}, das an Achse 92 bestimmbar ist, und Motor- und Wellendrehzahlen N_{A_REF}, N_{B_REF}, N_{O_REF}, N_{E_REF} und die Raddrehzahl N_WHL.
Die Referenzparameter, die jeden Betriebszustand definieren, werden als Eingänge in das Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema 220 in Verbindung mit Rückkopplungsparametern T_DAMP, T_AXLE und Drehzahlen N_A, N_B, N_E, N_O, N_WHL verwendet. Es wird eine erste Matrix gebildet, die eine eindimensionale Matrix oder einen Vektor umfasst, der die Referenzparameter TDAMP_REF, T_{AXLE_REF}, N_{A_REF}, N_{B_REF}, N_{O_REF}, N_{E_REF}, N_WHL umfasst. Es wird eine zweite Matrix gebildet, die die Rückkopplungsparameter T_DAMP, T_AXLE und Drehzahlen N_A, N_B, N_E, N_O, N_WHL umfasst. Die zweite Matrix wird mit einer Verstärkungsfaktormatrix multipliziert, um eine Rückkopplungsmatrix zu berechnen. Es gibt eine individuelle Verstärkungsfaktormatrix, die für jeden Betriebsmodus des Getriebes, d.h. den spezifischen Betriebsmodus und die spezifische Zahnradkonfiguration, die vorstehend anhand von Tabelle 1 beschrieben wurde, bestimmt wird. In dieser Ausführungsform werden die Verstärkungsfaktormatrizen offline bestimmt und als Kalibrierungswerte in einem der an Bord befindlichen Controller gespeichert. Es gibt vorzugsweise sieben Verstärkungsfaktormatrizen, und zwar eine entsprechend für jeden der sechs Modi des Getriebes, die anhand von Tabelle 1 beschrieben wurden, und einen Verstärkungsfaktor für das Getriebe in einer neutralen Position.
Die erste Matrix und die Rückkopplungsmatrix werden in das Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema 220 eingegeben. Das Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema 220 umfasst vorzugsweise einen eingebetteten Controller, in dem mehrere Gleichungen gleichzeitig unter Verwendung von algebraischen Matrix-Techniken gelöst werden. Die gleichzeitig gelösten Gleichungen dienen dazu, Dämpfungsdrehmomente für den Motor A und den Motor B, T_{A_DAMP} Und T_{B_DAMP}, auf der Basis der Betriebszustandsparameter, die in der ersten Matrix und der Rückkopplungsmatrix enthalten sind, zu bestimmen. Indem alle Komponenten des Endantriebs von den Eingangsdrehmomenten bis zu dem Rad berücksich tigt werden, ist das multivariate Steuersystem in der Lage, den Endantrieb dynamisch zu steuern, um Schwingungen zu dämpfen.
Die Rückkopplungsparameter T_DAMP, T_AXLE, N_A, N_B, N_E, N_O, N_WHL sind durch direkte Messung des spezifischen Parameters unter Verwendung von einem oder mehreren Sensoren bestimmbar, die Daten in einen der Controller eingeben, wobei diese möglicherweise einer Analog/Digital-Umwandlung, Filterung, Kalibrierung und anderen Manipulationen unterzogen werden, um ein Signal zu erzielen, das für den gemessenen Parameter repräsentativ ist. Die direkte Messung von Parametern mit Sensoren ist allgemein bekannt. Alternativ kann oder können ein oder mehrere der Rückkopplungszustandsparameter T_DAMP, T_AXLE, N_A, N_B, N_E, N_O, N_WHL durch Schätzung bestimmt werden, wobei eine oder mehrere Deduktionsgleichungen auf Rückkopplungsbasis verwendet werden, die in dem Steuersystem als Algorithmen ausgeführt werden. Ein beispielhaftes Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung zur Zustandsparameterschätzung ist in der gemeinschaftlich übertragenen und anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/xxx,xxx: mit dem Titel STATE PARAMETER ESTIMATION, Aktenzeichen des Anwalts GP-307478 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen ist, so dass die Schätzung von verschiedenen Zustandsparametern nicht ausführlich beschrieben werden muss. Geschätzte Zustandsparameter können Parameter für Betriebszustände T_DAMP, T_AXLE, N_A, N_B, N_E, N_O, N_WHL umfassen. Zusätzlich können Parameter für Betriebszustände für Motordrehmomentwerte T_A und T_B, Maschinendrehmoment T_E, Kupplungsdrehmomente T_CLn für Kupplungen C1, C2, C3, C4, Bremsdrehmomente T_BRAKE, Nebenaggregatlast T_ACC und Straßenlast T_RL geschätzt werden.
Die Dämpfungswerte für die Motoren A und B T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} werden zu befohlenen Drehmomentwerten T_{A_CMD} und T_{B_CMD} addiert, die zuvor als Teil einer anhaltenden Antriebsstrangsteuerung bestimmt wurden, wie es oben beschrieben wurde. Die Dämpfungsdrehmomente T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} können positiv oder negativ sein, wodurch die jeweiligen befohlenen Drehmomentwerte erhöht oder vermindert werden. Die resultierenden Motordrehmomentwerte T_A und T_B werden von dem Steuersystem in Verbindung mit anderen Endantriebsdynamik-Steuervorgängen angewandt, um den Betrieb des Antriebsstrangs und des Endantriebs zu steuern und zu managen. Andere Eingangsparameter in den Endantrieb 230 umfassen das Maschinendrehmoment T_E, Kupplungsdrehmomente T_{CL_N} für Kupplungen C1, C2, C3 bzw. C4, Bremsdrehmoment T_BRAKE, Nebenaggregatlast T_ACC und Straßenlast T_RL und den Betriebsmodus des Getriebes. Der dynamische Betrieb des Endantriebs wird in Ansprechen auf die vorstehend erwähnten Eingänge auf der Basis von gegenwärtigen Betriebszuständen des Endantriebs und die spezifische Implementierung des Endantriebs einschließlich der verschiedenen Massen und Trägheitswerte bestimmt werden.
Die anhand von 2 beschriebene verteilte Controller-Architektur und die hierin beschriebene algorithmische Struktur werden auf eine Weise ausgeführt, die bewirkt, dass die Ausführung des multivariaten aktiven Endantriebsdämpfungs-Steuerschemas in Echtzeit erreicht wird, d.h. es gibt eine begrenzte oder keine Verzögerungszeit bei der Bestimmung der verschiedenen Zustände, wodurch das Potential für einen Verlust an Dynamiksteuerung des Systems beseitigt oder minimiert wird.
Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen davon beschrieben worden. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Es sollen alle derartigen Modifikationen und Abwandlungen eingeschlossen sein, insofern sie in den Schutzumfang der Erfindung fallen.

Claims

Multivariates Steuerverfahren zum Steuern des Drehmoments, das von einem Antriebsstrangsystem an einen Endantrieb ausgegeben wird, wobei das Antriebsstrangsystem mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen erfasst, die wirksam mit einem Getriebe verbunden sind, das umfasst, dass: gewünschte Betriebszustände für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb bestimmt werden; mehrere Betriebszustände bestimmt werden; und jede Drehmoment erzeugende Einrichtung auf der Basis der bestimmten Betriebszustände und der gewünschten Betriebszustände gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der gewünschten Betriebszustände für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb umfasst, dass: Bedienereingaben überwacht werden; und mehrere Betriebszustände des Antriebsstrangsystems und des Endantriebs überwacht werden.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass eine Matrix aus Parametern aufgebaut wird, die die Bedienereingaben und die mehreren Betriebszustände für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Überwachen der Betriebszustände des Antriebsstrangsystems und des Endantriebs ferner umfasst, dass: ein Endantriebsdrehmoment überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Überwachen der Betriebszustände des Antriebsstrangsystems und des Endantriebs ferner umfasst, dass: ein Eingangsdrehmoment in das Getriebe überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Überwachen der Betriebszustände des Antriebsstrangsystems ferner umfasst, dass: die Drehgeschwindigkeit von jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Überwachen der Betriebszustände des Antriebsstrangsystems umfasst, dass: eine Drehgeschwindigkeit eines angetriebenen Rades überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen mehrerer Betriebszustände umfasst, dass: eine Matrix aus Rückkopplungsparametern bestimmt wird, die Betriebszustände für den Antriebsstrang und den Endantrieb umfassen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen der Matrix aus Rückkopplungsparametern, die Betriebszustände für den Antriebsstrang und den Endantrieb umfassen, umfasst, dass Eingangsdrehmomente in das Getriebe und ein Endantriebsachsdrehmoment bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bestimmen der Matrix aus Rückkopplungsparametern ferner umfasst, dass Drehgeschwindigkeiten der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Bestimmen der Matrix aus Rückkopplungsparametern ferner umfasst, dass eine Drehgeschwindigkeit eines angetriebenen Rades bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen der Matrix aus Rückkopplungsparametern ferner umfasst, dass vorbestimmte Betriebszustände auf der Basis einer Messung derselben bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen der Matrix aus Rückkopplungsparametern umfasst, dass vorbestimmte Referenzzustände auf der Basis einer Schätzung derselben bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass die Matrix aus Rückkopplungsparametern mit einer Verstärkungsfaktormatrix eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst, dass die Verstärkungsfaktormatrix auf der Basis eines Betriebsmodus des Getriebes bestimmbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf der Basis der bestimmten Betriebszustände und der gewünschten Betriebszustände umfasst, dass: ein Dämpfungsdrehmomentbefehl für zumindest eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst, dass ein vorbestimmter Drehmomentbefehl für zumindest eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit dem bestimmten Dämpfungsdrehmomentbefehl für die Drehmoment erzeugende Einrichtung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass jede Drehmoment erzeugende Einrichtung auf der Basis eines Getriebebetriebsmodus gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf der Basis des Getriebebetriebsmodus ferner umfasst, dass: ein spezifischer Getriebebetriebsmodus, in dem das Getriebe arbeitet, bestimmt wird, und ein Dämpfungsdrehmomentbefehl für zumindest eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis des bestimmten Getriebebetriebsmodus bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst, dass ein vorbestimmter Drehmomentbefehl für zumindest eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit dem bestimmten Dämpfungsdrehmomentbefehl für die Drehmoment erzeugende Einrichtung eingestellt wird.
Verfahren zum Dämpfen von Schwingungen in einem Endantrieb, das umfasst, dass ein Drehmoment gesteuert wird, das von einem Antriebsstrangsystem ausgegeben wird, der mehrere einzeln steuerbare Drehmoment erzeugende Einrichtungen umfasst, die wirksam mit einem elektromechanischen Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung verbunden sind, wobei das Getriebe mehrere Betriebsmodi aufweist, und das umfasst, dass: eine Matrix aus gewünschten Betriebszuständen für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb aufgebaut wird; eine Matrix aus Betriebszustandsfehlern aufgebaut wird; und jede Drehmoment erzeugende Einrichtung auf der Basis der Matrix aus Betriebszustandsfehlern und dem Betriebsmodus des Getriebes gesteuert wird.
Antriebsstrangsystem, umfassend: mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, die jeweils betreibbar sind, um Drehmoment zu erzeugen, das an ein Getriebe abgegeben werden kann, wobei das Getriebe betreibbar ist, um Bewegungsdrehmoment an einen Endantrieb abzugeben; und ein Steuersystem, das betreibbar ist, um die integrierten Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und das Getriebe zu steuern, wobei das Steuersystem ein Speichermedium umfasst, in dem ein Computerprogramm codiert ist, um ein multivariates Steuerverfahren zu bewirken und somit Bewegungsdrehmoment zu steuern, das von dem Getriebe an den Endantrieb ausgegeben wird, wobei das Programm umfasst: Code zum Aufbauen einer Matrix aus gewünschten Betriebszuständen für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb; Code zum Aufbauen einer Matrix aus Betriebszustandsfehlern; und Code zum Steuern jeder Drehmoment erzeugenden Einrichtung auf der Basis der Matrix aus Betriebszustandsfehlern.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 22, wobei die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen eine Brennkraftmaschine und ein Paar Elektromotoren umfassen.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 22, wobei das Getriebe ein elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung umfasst.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 22, wobei das Steuersystem, das betreibbar ist, um das Getriebe zu steuern, ferner umfasst, dass das Steuersystem betreibbar ist, um einen Betriebsmodus des Getriebes zu steuern.
Antriebsstrangsystem nach Anspruch 25, wobei das Steuersystem, das betreibbar ist, um das Getriebe zu steuern, ferner umfasst, dass das Steuersystem betreibbar ist, um jede Drehmoment erzeugende Einrichtung auf der Basis des Betriebsmodus des Getriebes zu steuern.