DE102007013335B4 - Verfahren zum Steuern des Drehmoments eines Kraftfahrzeug- Antriebsstrangs zum Umgang mit Klacken unter Verwendung einer multivariaten aktiven Endantriebsdämpfung - Google Patents
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Abstract
ein Spielzustand des Endantriebs (90) bestimmt wird;
die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (14, 56, 72) auf der Basis des Spielzustands gesteuert werden; und das
dadurch gekennzeichnet ist, dass
das Steuern der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (14, 56, 72) auf der Basis des Spielzustands umfasst, dass: eine Verstärkungsmatrix für ein multivariates Regelungssystem ausgewählt wird, das betreibbar ist, um jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (14, 56, 72) auf der Basis des Spielzustands zu steuern.
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Hybrid-Antriebsstrangsteuersysteme, und im Besonderen ein Verfahren zum Steuern des Drehmoments gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie dies beispielsweise aus der
DE 601 04 247 T2 bekannt geworden ist. - HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Es sind verschiedene Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen bekannt, um mit den Antriebs- und Abtriebsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsmaschinen in Hybridfahrzeugen, üblicherweise Brennkraftmaschinen und elektrische 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 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 herkömmlich ein Schaltgetriebe, um die bevorzugten Übersetzungsverhältnisse für einen Betrieb mit einem breiten Bereich bereitzustellen.
- Eine Hybrid-Antriebsstrangarchitektur umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung (two-mode, compoundsplit, 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. Eine erste und eine zweite elektrische Maschine sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen der Speichereinrichtung und den elektrischen Maschinen auszutauschen. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, um den elektrischen Leistungsaustausch zwischen der Energiespeichereinrichtung und den elektrischen Maschinen zu regeln. Die Steuereinheit regelt auch den elektrischen Leistungsaustausch zwischen den elektrischen Maschinen.
- Für Ingenieure besteht eine Herausforderung darin, mit Übergängen in den Betriebszuständen von Hybrid-Antriebsstrangsystemen umzugehen, um die Auswirkung auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs zu minimieren, die durch Endantriebspiel oder Spielraum in dem gesamten Zahnradstrang hervorgerufen wird. Aktionen, bei denen Endantriebsdrehmoment von einem positiven Drehmoment zu einem negativen Drehmoment oder von einem neutralen Drehmoment zu einem positiven oder negativen Drehmoment übergeht, können zu Zahnradspiel, Klacken, d. h. hörbarem Geräusch, und Ruckeln führen, wenn Spielraum aus dem Endantrieb und Endantriebskomponenten, die aufeinanderprallen, herausgenommen wird. Übermäßiges Zahnradspiel, Klacken, Ruckeln und andere damit in Beziehung stehende Ereignisse können zu Unzufriedenheit des Bedieners füh ren und können die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Antriebsstrangs und des Getriebes negativ beeinflussen.
- Zahnradspiel, Klacken und Ruckeln haben das Potenzial, während Fährzeugbedingungen aufzutreten, die die Folgenden umfassen: wenn der Bediener Getriebegänge wechselt, z. B. von Neutral/Parken zu Drive (Fahren) oder Rückwärts; wenn der Bediener Gas gibt oder wegnimmt; oder wenn das Fahrzeug auf einer geneigten Oberfläche betrieben wird. Eine Spielwirkung tritt beispielsweise wie folgt auf: Drehmoment erzeugende Einrichtungen des Antriebsstrangs üben ein positives Drehmoment auf die Getriebeantriebszahnräder aus, um das Fahrzeug durch den Endantrieb anzutreiben. Während einer nachfolgenden Verzögerung nimmt der Drehmomenteingang in den Antriebsstrang und dem Endantrieb ab, und Zahnräder in dem Getriebe und dem Endantrieb trennen sich. Nach dem Durchgang durch den Punkt mit einem Drehmoment von Null verbinden sich die Zahnräder wieder, um Drehmoment in der Form von Motorbremsen, elektrische Stromerzeugung und anderes zu übertragen. Das Wiederverbinden der Zahnräder zum Übertragen von Drehmoment führt zu einem Zahnradaufprall mit dem daraus resultierenden Klacken und Ruckeln.
- Hybrid-Antriebsstrangsysteme, wie etwa das beispielhafte elektromechanische Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, weisen mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen auf. Eine koordinierte Steuerung der Drehmoment erzeugenden Einrichtung ist erforderlich, um Zahnradspiel, Klacken und Ruckeln des Endantriebs zu verringern. Zusätzlich bringt das beispielhafte Hybrid-Antriebsstrangsystem die Herausforderung mit sich, Endantriebsübergänge zu steuern, die auftreten können, wenn einer der Motoren/Generatoren von dem Betrieb in einem Motorantriebsmodus in den Betrieb in einen Stromerzeugungsmodus übergeht.
- Daher besteht ein Bedarf für ein Steuerschema für Hybrid-Antriebsstrangsysteme, wie etwa das beispielhafte elektromechanische Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen aufweist, welches die vorstehend erwähnten Probleme, die mit Zahnradspiel und Klacken des Endantriebs in Beziehung stehen, anspricht. Dieses umfasst ein Schema, das sich Endantriebsdrehmomentübergängen bewusst ist, die auftreten können, wenn eine der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen eine elektrische Maschine umfasst, die zwischen dem Betrieb in einem Motorantriebsmodus und dem Betrieb in einem Stromerzeugungsmodus übergeht. Es gibt einen weiteren Bedarf, ein Hybrid-Antriebsstrangsteuersystem zu entwickeln, das Leistung von den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf eine Weise koordinieren und damit umgehen kann, die an Bord befindliche Berechnungsressourcen effektiv nutzt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, dem zuvor erläuterten Bedarf nachzukommen.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Steuern des Drehmoments eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
- Die Erfindung stellt Endantriebsspielinformation für einen multivariablen Regelungsansatz bereit, um eine aktive Endantriebsdämpfung und einen Umgang mit Klacken für ein Hybrid-Antriebsstrangsystem und andere Antriebsstrangsysteme, die mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen und Drehmomentsteuereinrichtungen verwenden, bereitzustellen.
- Die Parameter, die von dem Zustandsschätzer verwendet werden, hängen davon ab, ob das Endantriebsspiel ausgeglichen wird, d. h. Drehmoment durch den Endantrieb übertragen wird, oder das Endantriebsspiel gegenwärtig locker oder neutral ist. Wenn die Größe des geschätzten Achsdrehmoments des Endantriebs ein Wert ist, der im Wesentlichen nicht gleich einem Drehmomentwert von Null oder neutral ist, werden die nominalen Parameter für den geeigneten Modus oder Gang in dem Zustandsschätzer verwendet, und der Spielschätzer gibt entweder einen positiven oder einen negativen Spielzustand an. Wenn die Größe des geschätzten Achsdrehmoments im Wesentlichen Null beträgt, werden die Parameter zu Parametern für ein neutrales Spiel umgeschaltet, der Spielschätzer gibt einen neutralen Spielzustand an und der Winkel des Spiels wird verfolgt, bis der Winkel den erwarteten Betrag an Spiel in dem Endantrieb ansammelt. An diesem Punkt gibt der Spielschätzer wieder ein positives oder negatives Spiel an.
- Um mit dem Klacken umzugehen, wird das gewünschte Achsdrehmoment beschränkt, wenn eine Drehmomentumkehr auftritt. Wenn der Fahrzeugbediener oder das System einen Befehl ausführt, der erfordert, dass das System sich von einem positiven Drehmoment zu einem negativen Drehmoment oder von einem negativen Drehmoment zu einem positiven Drehmoment ändert, wird das gewünschte Achsdrehmoment während der Umkehr auf ein niedriges Niveau begrenzt, bis die Spielschätzung sich entsprechend, d. h. von positiv zu negativ oder von negativ zu positiv, geändert hat. Während dieser Übergangszeit steuert die aktive Dämpfung die Antwort der Endantriebskomponentendrehzahlen derart, dass die Wirkung des Spielausgleichs minimiert ist. Nachdem der Spielausgleich auftritt, kann das gewünschte Achsdrehmoment ohne Einschränkung für den Bediener- oder Systembefehl fortfahren.
- Daher werden gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und ein Fertigungsgegenstand zum Steuern von Drehmoment, das zwischen einem Antriebsstrangsystem und einem Endantrieb übertragen wird, geboten. Das Antriebsstrangsystem umfasst vorzugsweise mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, die wirksam mit einem Getriebe verbunden sind. Das Verfahren umfasst, dass ein Endantriebsachsdrehmoment, eine Abtriebsdrehzahl des Antriebsstrangs und eine Abtriebsdrehzahl eines angetriebenen Rades des Endantriebs bestimmt werden. Es wird ein Spielzustand bestimmt, und jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen wird auf der Basis des Spielzustandes gesteuert.
- Ein Aspekt der Erfindung umfasst, dass der Spielzustand auf der Basis des Endantriebsachsdrehmoments und der Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades des Endantriebs als ein positiver Zustand, ein negativer Zustand und ein neutraler Zustand bestimmt wird.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Bestimmen des Spielzustandes als ein neutraler Zustand auf der Basis des Endantriebsachsdrehmoments ferner umfasst, dass der Spielzustand als der neutrale Zustand bestimmt wird, wenn das Endantriebsachsdrehmoment im Wesentlichen gleich einem Drehmomentwert von Null ist.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen derart gesteuert werden, dass eine Änderungsrate von Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb übertragen wird, kleiner ist als eine vom Bediener befohlene Änderungsrate des Endantriebsdrehmoments, wenn der Spielzustand neutral ist.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen derart gesteuert werden, dass das Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb übertragen wird, über einen Zeitraum kleiner ist als ein vom Bediener befohlenes Drehmoment.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis des Spielzustandes gesteuert werden, was ferner umfasst, dass eine Verstärkungsmatrix für ein multivariates Regelungssystem ausgewählt wird, das betreibbar ist, um jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf der Basis des Spielzustandes zu steuern. Dies umfasst vorzugsweise, dass die Verstärkungsmatrix für das multivariate Regelungssystem ausgewählt wird, das betreibbar ist, um die mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen derart zu steuern, dass Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb übertragen wird, kleiner ist als ein vom Bediener befohlenes Drehmoment, wenn der Spielzustand neutral ist. Dies umfasst vorzugsweise, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen derart gesteuert werden, dass das Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb übertragen wird, für einen Zeitraum kleiner ist als das vom Bediener befohlene Drehmoment.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Antriebsstrangdrehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb übertragen wird, überwacht wird, indem das Drehmoment mit einem Sensor gemessen wird, und dass das Bestimmen der Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades umfasst, dass die Raddrehzahl mit einem Sensor gemessen wird.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das Antriebsstrangdrehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb übertragen wird, überwacht wird, indem das Drehmoment, das zu dem Endantrieb übertragen wird, geschätzt wird. Alternativ umfasst das Bestimmen der Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades ferner, dass Raddrehzahlen von mehreren angetriebenen Rädern gemessen werden, und daraus ein Durchschnittswert für die Raddrehzahl bestimmt wird.
- Die Erfindung umfasst darüber hinaus, dass ein Achsdrehmoment bestimmt wird, indem das Achsdrehmoment auf der Basis der Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades geschätzt wird.
- Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die Abtriebsdrehzahl des Getriebes des Antriebsstrangs und die Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades auf der Basis von gemessenen Betriebsparametern geschätzt werden.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die Erfindung kann physikalische Formen 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 Schaubild eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist; -
2 ein schematisches Schaubild einer beispielhaften Steuerarchitektur und eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist; -
3 ,4 und5 schematische Informationsflussdiagramme gemäß der vorliegenden Erfindung sind; und -
6 und7 repräsentative Datengraphen gemäß der vorliegenden Erfindung sind. - 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 und2 ein System mit einer Maschine14 , einem Getriebe10 , 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, (Hybrides elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi, Verbund-Verzweigung und vier festen Verhältnissen), das hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, ist in1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen10 bezeichnet. Das Hybridgetriebe10 weist ein Antriebselement12 auf, das in der Natur einer Welle vorliegen kann, die direkt durch eine Maschine14 angetrieben ist. Ein Dämpfer20 für transientes Drehmoment ist zwischen der Abtriebswelle18 der Maschine14 und dem Antriebselement12 des Hybridgetriebes10 eingebaut. Der Dämpfer20 für transientes Drehmoment umfasst vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung77 , die Charakteristiken eines Dämpfungsmechanismus und einer Feder, die jeweils als78 und79 gezeigt sind, aufweist. Der Dämpfer20 für transientes Drehmoment erlaubt einen selektiven Eingriff der Maschine14 mit dem Hybridgetriebe10 , es ist aber zu verstehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung77 nicht dazu benutzt wird, den Modus, in dem das Hybridgetriebe10 arbeitet, zu verändern oder zu steuern. Die Drehmomentübertragungseinrichtung77 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 Getriebe10 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 Maschine14 mit dem Antriebselement12 des Getriebes10 verbunden ist, ist das Antriebselement12 mit einem Planetenradsatz24 in dem Getriebe10 verbunden. - Nun unter spezieller Bezugnahme auf
1 benutzt das Hybridgetriebe10 drei Planetenradsätze24 ,26 und28 . Der erste Planetenradsatz24 weist ein äußeres Zahnradelement30 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet sein kann und ein inneres Zahnradelement32 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente34 sind an einem Träger36 drehbar montiert, so dass jedes Planetenradelement34 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement30 als auch dem inneren Zahnradelement32 in Eingriff steht. - Der zweite Planetenradsatz
26 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement38 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement40 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente42 sind an einem Träger44 drehbar montiert, so dass jedes Planetenrad42 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement38 als auch dem inneren Zahnradelement40 in Eingriff steht. - Der dritte Planetenradsatz
28 weist auch ein äußeres Zahnradelement46 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement48 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente50 sind an einem Träger52 drehbar montiert, sodass jedes Planetenrad50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement46 als auch dem inneren Zahnradelement48 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 Planetenradsatze26 beträgt 65/33; und das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes28 beträgt 94/34. - Die drei Planetenradsätze
24 ,26 und28 umfassen jeweils einfache Planetenradsätze. Darüber hinaus sind der erste und zweite Planetenradsatz24 und26 darin zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement32 des ersten Planetenradsatzes24 , etwa über ein Nabenplattenzahnrad54 , mit dem äußeren Zahnradelement38 des zweiten Planetenradsatzes26 verbunden ist. Die verbundenen inneres Zahnradelement32 des ersten Planetenradsatzes24 und äußeres Zahnradelement38 des zweiten Planetenradsatzes26 sind ständig mit einem ersten Motor/Generator56 verbunden, der auch als ”Motor A” bezeichnet ist. - Die Planetenradsätze
24 und26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger36 des ersten Planetenradsatzes24 , wie über eine Welle60 , mit dem Träger44 des zweiten Planetenradsatzes26 verbunden ist. Als solches sind die Träger36 und44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes24 bzw.26 verbunden. Die Welle60 ist auch selektiv mit dem Träger52 des dritten Planetenradsatzes28 , wie über eine Drehmomentübertragungseinrichtung62 , verbunden, die, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird, angewandt wird, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes10 zu helfen. Der Träger52 des dritten Planetenradsatzes28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement64 verbunden. - In der hierin beschriebenen Ausführungsform, in der das Hybridgetriebe
10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, ist das Abtriebselement64 wirksam mit dem Endantrieb verbunden, der einen Getriebekasten90 oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die einen Drehmomentausgang für eine oder mehrere Fahrzeugachsen92 oder Halbwellen (nicht gezeigt) bereitstellt. Die Achsen92 enden wiederum in Antriebselementen96 . Die Antriebselemente96 können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie angewandt werden, oder sie können das Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Den Antriebselementen96 kann irgendeine Form von Radbremse94 zugeordnet sein. Die Antriebselemente weisen jeweils einen Drehzahlparameter NWHL, auf, der die Rotationsgeschwindigkeit jedes Rades96 umfasst, die typischerweise mit einem Raddrehzahlsensor messbar ist. - Das innere Zahnradelement
40 des zweiten Planetenradsatzes26 ist mit dem inneren Zahnradelement48 des dritten Planetenradsatzes28 , etwa über eine Hohlwelle66 , die die Welle60 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement46 des dritten Planetenradsatzes28 ist selektiv mit Mas se, die durch das Getriebegehäuse68 dargestellt ist, durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung70 wird, wie es nachstehend ebenfalls erläutert wird, auch angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes10 zu helfen. Die Hohlwelle66 ist auch ständig mit einem zweiten Motor/Generator72 verbunden, der auch als ”Motor B” bezeichnet wird. - Alle Planetenradsätze
24 ,26 und28 sowie die beiden Motoren/Generatoren56 und72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle60 . Die Motoren/Generatoren56 und72 sind beide von einer kreisringförmigen Konfiguration, die zulässt, dass diese die drei Planetenradsätze24 ,26 und28 derart umgeben können, dass die Planetenradsätze24 ,26 und28 radial innen von den Motoren/Generatoren56 und72 angeordnet sind. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende, d. h. die Umfangsabmessung, des Getriebes10 minimiert ist. - Eine Drehmomentübertragungseinrichtung
73 verbindet das Sonnenrad40 selektiv mit Masse, d. h. mit dem Getriebegehäuse68 . Eine Drehmomentübertragungseinrichtung75 dient als Sperrkupplung, die die Planetenradsätze24 ,26 , Motoren56 ,72 und den Antrieb sperrt, so dass sie als eine Gruppe rotieren, indem das Sonnenrad40 selektiv mit dem Träger44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen62 ,70 ,73 ,75 sind alle Reibungskupplungen, die jeweils wie folgt bezeichnet sind: Kupplung C170 , Kupplung C262 , Kupplung C373 und Kupplung C475 . 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 Maschine14 und die Motoren/Generatoren56 und72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD)74 gespeichert ist, auf. Die ESD74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere elektrische Energie- und elektrochemische Energiespeichereinrichtungen, 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 ESD74 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 ESD74 ist mit einem Getriebestromumrichtermodul (TPIM von transmission power inverter module)19 über Gleichstromleitungen oder Übertragungsleiter27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Das TPIM19 ist ein Element des Steuersystems, das nachstehend anhand von2 beschrieben wird. Das TPIM19 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator56 über Übertragungsleiter29 , und das TPIM19 kommuniziert ähnlich mit dem zweiten Motor/Generator72 über Übertragungsleiter31 . Elektrischer Strom ist zu oder von der ESD74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD74 aufgeladen oder entladen wird. Das TPIM19 umfasst ein 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 und31 . Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Motor über Übertragungsleiter29 und31 auf und liefert Strom an die Gleichstromleitungen27 . Der Netto-Gleichstrom, der zu oder von den Umrichtern geliefert wird, bestimmt den Aufladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der elektrischen Energiespeichereinrichtung74 . Der Motor A56 und Motor B72 sind vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, und die Umrichter umfassen eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik. - Wieder nach
1 kann ein Antriebszahnrad80 an dem Antriebselement12 vorgesehen sein. Wie es gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad80 das Antriebselement12 fest mit dem äußeren Zahnradelement30 des ersten Planetenradsatzes24 , und das Antriebszahnrad80 nimmt daher Leistung von der Maschine14 und/oder den Motoren/Generatoren56 und/oder72 über die Planetenradsätze24 und/oder26 auf. Das Antriebszahnrad80 steht kämmend mit einem Zwischenzahnrad82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Verteilerzahnrad84 in Eingriff steht, das an einem Ende einer Welle86 befestigt ist. Das andere Ende der Welle86 kann an einer Hydraulik-/Getriebefluidpumpe und/oder Leistungsentnahmeeinheit (PTO-Unit von Power Take-Off Unit) befestigt sein, die entweder einzeln oder gemeinsam mit88 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 ver schiedene Aktoren zu steuern und somit Steuerziele zu erreichen, die solche Parameter einschließen wie die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahreigenschaften und den Schutz von Bauteilen, die die Batterien der ESD74 und Motoren56 ,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 Getriebe10 umfasst, steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingabvorrichtungen für die UI13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jeder der vorstehend erwähnten Controller kommuniziert mit anderen Controller, Sensoren und Aktoren über einen Bus6 eines lokalen Netzes (LAN von Local Area Network). Der LAN-Bus6 erlaubt eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Controller. 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 ECM23 , des TCM17 , des TPIM19 und BCPM21 zu koordinieren. Auf der Basis verschiedener Eingangssignale von der UI13 und dem Antriebsstrang erzeugt das HCP5 verschiedene Befehle, umfassend: einen Maschinendrehmomentbefehl TE_CMD; Kupplungsdrehmomentbefehle TCL_N für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Hybridgetriebes10 ; und Motordrehmomentbefehle TA_CMD und TB_CMD für die Elektromotoren A bzw. B. - Das ECM
23 ist wirksam mit der Maschine14 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine14 über eine Vielzahl von diskreten Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammellinie35 gezeigt sind. Das ECM23 empfangt den Maschinendrehmomentbefehl TE_CMD von dem HCP5 und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment TAXLE_DES und eine Angabe des aktuellen Maschinendrehmoments TE, die an das HCP5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM23 derart gezeigt, dass es allgemein eine bidirektionale Schnittstelle mit der Maschine14 über Sammelleitung35 aufweist. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl (NE) einer zu dem Getriebe führenden Welle, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule. - Das TCM
17 ist wirksam mit dem Getriebe10 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssignale an das Getriebe zu liefern. Eingänge von dem TCM17 in das HCP5 umfassen geschätzte Kupplungsdrehmomente TCL_N_EST für jede der Kupplun gen C1, C2, C3 und C4 und Drehgeschwindigkeit NO der Abtriebswelle64 . 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 ESD74 zu überwachen, um Informationen über den Zustand der Batterien an das HCP5 zu liefern. Derartige Informationen umfassen den Batterieladezustand Bat_SOC und andere Zustande der Batterien, die die Spannung VBAT und die verfügbare Leistung PBAT_MIN und PBAT_MAX umfassen. - Das Getriebestromumrichtermodul (TPIM)
19 umfasst ein Paar Stromumrichter und Motor-Controller die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle und Steuerumrichterzustände davon zu empfangen und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM19 ist betreibbar, um Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, TA_CMD und TB_CMD auf der Basis eines Einganges von dem HCP5 zu erzeugen, das durch eine Bedienereingabe durch die UI13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die vorbestimmten Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, TA_CMD und TB_CMD werden mit Motordämpfungsdrehmomenten TA_DAMP und TB_DAMP eingestellt, um Motordrehmomente TA und TB zu bestimmen, die durch das Steuersystem, einschließlich des TPIM19 , um die Motoren A und B zu steuern, implementiert sind. Einzelne Motordrehzahlsignale NA und NB für Motor A bzw. Motor B werden jeweils von dem TPIM19 aus den Motorphaseninformationen oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen NA und NB an das HCP5 . Die elektrische Energiespeichereinrichtung74 ist an das TPIM19 über Gleichstromleitungen27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Elektrischer Strom ist zu oder von dem TPIM19 dementsprechend übertragbar, ob die ESD74 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 vorzunehmen. 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 Abhängigkeit von einer Betätigung durch den Bediener, wie sie durch die UI
13 erfasst wird, bestimmen der Aufsicht führende HCP-Controller5 und einer oder mehrere der anderen Controller das erforderliche Getriebeabtriebsdrehmoment TO. Selektiv betriebene Komponenten des Hybridgetriebes10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf den Bedienerbefehl zu antworten. Beispielsweise in der in den1 und2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform, wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient, bestimmt das HCP5 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 HCP5 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 HCP5 arbeitet das Getriebe10 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 Getriebe10 aufnimmt, und arbeitet in mehreren Getriebebetriebsmodi, die nun anhand von1 und der Tabelle 1 unten beschrieben werden. Tabelle 1Getriebebetriebsmodus betätigte Kupplungen Modus I C1 70 festes Verhältnis 1 C1 70 C4 75 festes Verhältnis 2 C1 70 C2 62 Modus II C2 62 festes Verhältnis 3 C2 62 C4 75 festes Verhältnis 4 C2 62 C3 73 - Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsmodi geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt wird. Zusätzlich können der Motor A
56 oder der Motor B72 in verschiedenen Getriebebetriebsmodi jeweils als Elektromotoren arbeiten, was jeweils als MA, MB bezeichnet ist, und Motor A56 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 Zahnradelement46 des dritten Planetenradsatzes28 ”auf Masse zu legen”. Ein zweiter Modus oder Zahnradstrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung70 gelöst wird und die Drehmomentübertragungseinrichtung62 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle60 mit dem Träger52 des dritten Planetenradsatzes28 zu verbinden. Andere Faktoren außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beeinflussen, wann die elektrischen Maschinen56 ,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 NO der Welle64 von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes 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 Getriebes10 , um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Modi zuzulassen. - Der erste und zweite Betriebmodus beziehen sich auf Umstände, unter denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d. h. entweder Kupplung C1
62 oder C270 , und durch die gesteuerte Drehzahl und das gesteuerte Drehmoment der Motoren/Generatoren56 und72 gesteuert werden. Nachstehend werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, bei denen feste Verhältnisse erreicht werden, indem eine zusätzliche Kupplung angewandt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C373 oder C475 sein, wie es in der Tabelle oben gezeigt. - Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird, wird ein festes Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d. h. NI/NO, erreicht. Die Rotationen der Motoren/Generatoren
56 ,72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie sie durch das Kuppeln definiert ist, und ist proportional zur Antriebsdrehzahl NI, die an der Welle12 bestimmt oder gemessen wird. Die Motoren/Generatoren fungieren als Motoren oder Generatoren. Sie sind vollständig unabhängig von dem Leistungsfluss von der Maschine zum 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 diese Bewegungsleistung, die von dem Getriebe an die Welle64 ausgegeben wird, durch Leistung von der Maschine und Leistung von den Motoren A und B durch den Planetenradsatz28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der Energiespeichereinrichtung74 aufgenommen wird. - Der Getriebetriebsmodus 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 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 dieser Eingabe ab. BEREICH 1 fällt vorwiegend in den Betrieb von Modus I, wenn die Kupplungen C1
70 und C475 eingerückt sind. BEREICH2 fällt in den Modus I und den Modus II, wenn die Kupplungen C262 und C170 eingerückt sind. Ein dritter Bereich mit festem Verhältnis ist primär während des Modus II erhältlich, wenn die Kupplungen C262 und C475 eingerückt sind, und ein vierter Bereich mit festem Verhältnis ist während des Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C262 und C373 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 NO des Getriebes, die an der Welle
64 gemessen wird, ist aufgrund von Begrenzungen der Maschinenabtriebsdrehzahl NE, die an der Welle18 gemessen wird, und der Getriebeantriebsdrehzahl NI, die an der Welle12 gemessen wird, und Geschwindigkeitsbegrenzungen der Elektromotoren A und B, die als ±NA, ±NB bezeichnet sind, begrenzt. Das Abtriebsdrehmoment TO des Getriebes64 ist aufgrund von Begrenzungen des Maschinenantriebsdrehmoments TE und des Antriebsdrehmoments TI, das an der Welle12 nach dem Dämpfer20 für transientes Drehmoment gemessen wird, und Drehmomentbegrenzungen (TA_MAX, TA_MIN, TB_MAX, TB_MIN) der Motoren A und B56 ,72 ähnlich begrenzt. - In
3 ist ein Steuerschema gezeigt, das ein multivariates Regelungssystem umfasst, das vorzugsweise als Algorithmen in dem Controller des vorstehend anhand von2 beschriebenen Steuersystems ausgeführt wird, um den Betrieb des anhand von1 beschriebenen Systems zu steuern. Das nachstehend beschriebene Steuersystem umfasst einen Teilsatz der gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur. Das Steuerschema umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung. Ein beispielhaftes Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung ist in der gemeinschaftlich übertragenen und anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/xxx,xxx: mit dem Titel METHOD AND APPARATUS FOR MULTIVARIATE ACTIVE DRIVELINE DAMPING, Aktenzeichen des Anwalts GP-307477, beschrieben. Das vorstehend erwähnte Verfahren und die vorstehend erwähnte Vorrichtung sind hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen, so dass die multivariate aktive Endantriebsdämpfung nicht ausführlich beschrieben werden muss. Das beispielhafte multivariate Regelungsverfahren und -system umfasst grundlegende Elemente zum Steuern von Drehmomentausgängen von den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen14 ,56 ,72 durch das Getriebe10 bis zu dem Endantrieb. Dies umfasst die gesamten Steuerelemente des Bestimmens der gewünschten Betriebszustandsparameter für das Antriebsstrangsystem und den Endantrieb, die Eingänge in das gewünschte Dynamiksegment210 umfassen. Ausgänge des gewünschten Dynamiksegments210 umfassen mehrere Re ferenzwerte für Achsdrehmoment TAXLE_REF; für Dämpferdrehmoment, TDAMP_REF und verschiedene Drehzahlen NA_REF, NB_REF, NO_REF, NE_REF, NWHL_REF. Die Referenzwerte und die und eine Vielzahl von Betriebszustandsfehlern, die aus Ausgängen des Endantriebs berechnet werden, umfassen Eingänge in ein Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema220 . Das Motordämpfungs-Drehmomentsteuerschema220 wird ausgeführt, um Dämpfungsdrehmomente für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, in dieser Ausführungsform für die Motoren A und B, d. h. TA_DAMP und TB_DAMP, zu bestimmen. Eine Dynamiksteuerung des Endantriebs, die als230 bezeichnet ist, umfasst das Steuern von Eingängen für jede Drehmoment erzeugende Einrichtung und andere Drehmomenteinrichtungen in dem Getriebe und dem Endantrieb auf der Basis der Betriebszustandsfehler und der Referenzzustände. - In
4 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen von Zustandsparametern für einen multivariaten Endantrieb mit einem Endantrieb-Dynamikschätzer240 gezeigt. Ein beispielhaftes Verfahren und eine beispielhafte Vorrichtung für eine multivariate aktive Endantriebsdämpfung ist in der gemeinschaftlich übertragenen und anhängigen U. S. Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/xxx,xxx: mit dem Titel PARAMETER STATE ESTIMATION, Aktenzeichen des Anwalts GP-307478 beschrieben. Im Gesamtbetrieb ist der Endantriebs-Dynamikschätzer240 ein mathematisches Modell, das mehrere lineare Gleichungen umfasst, die als Algorithmen in einem der Controller ausgeführt werden. Die mathematischen Modellgleichungen, einschließlich der Kalibrierungswerte, werden unter Verwendung von Algorithmen ausgeführt, um Darstellungen des Betriebes des beispielhaften anhand der1 und2 beschriebenen Endantriebs zu modellieren, wobei anwendungsspezifische Massen, Trägheiten, Reibungsfaktoren und andere Charakteristiken und Parameter des Endantriebs, die die verschiedenen Betriebszustände beeinflussen, be rücksichtigt werden. Das Verfahren, um Zustandsparameter für das vorstehend erwähnte Antriebsstrangsystem zu schätzen, umfasst, dass die Betriebsdrehzahl für jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, in diesem Fall Motor A56 , Motor B72 und Maschine14 überwacht wird. Die Maschinenabtriebsdrehzahl NE wird an der Welle18 gemessen und die Getriebeantriebsdrehzahl NI wird an der Welle12 gemessen. An der Welle64 wird die Abtriebsdrehzahl NO des Getriebes10 gemessen. Drehmomentbefehle von dem Steuersystem für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen werden bestimmt und als TA, TB und TE bezeichnet. Mehrere Endantriebs-Drehmomentlasten werden ebenfalls bestimmt und als Eingabe verwendet. Die vorstehend erwähnten mathematischen Modellgleichungen werden in einem der Controller ausgeführt, um jeden Zustandsparameter abzuschätzen, die TDAMP, TAXLE, NA, NB, NO, NE, NWHL umfassen, wobei als Eingänge verwendet werden: die Betriebsdrehzahl für jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die Abtriebsdrehzahl der Getriebeeinrichtung, die Drehmomentbefehle für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und die Drehmomentlasten. Die anhand von2 beschriebene verteilte Controller-Architektur und die hierin beschriebene algorithmische Struktur werden auf eine Weise ausgeführt, die bewirkt, dass eine Schätzung der vorstehend erwähnten Zustandsparameter in Echtzeit erreicht wird, d. h. die Berechnung jedes geschätzten Zustandes tritt während eines einzigen Taktzyklus des Controllers auf, so gibt es keine begrenzte Zeit oder keine Verzögerungszeit bei der Bestimmung der verschiedenen Zustände, wodurch ein Potenzial für einen Steuerungsverlust für das System beseitigt oder minimiert wird. Eingangsparameter in dem Endantriebs-Dynamikschätzer240 umfassen Motordrehmomentwerte TA und TB, Maschinendrehmoment TE, Kupplungsdrehmomente TCL_N für Kupplungen C1, C2, C3, C4, Bremsdrehmoment TBRAKE, Nebenaggregatlast TACC und Straßenlast TRL und den Getriebebetriebsmodus. Die mathematischen Modellgleichungen werden auf die vorstehend erwähnten Eingänge angewandt, um geschätzte Ausgangszustandsparameter des Endantriebs, die TDAMP_EST, TAXLE_EST, NA_EST, NB_EST, NO_EST, NE_EST und NWHL umfassen, auf der Basis der angegebenen Parameter dynamisch zu berechnen. Eine erste Drehzahlmatrix, die die geschätzten Drehzahlen NA_EST, NB_EST, NO_EST, NE_EST und NWHL_EST umfasst, wird von einer zweiten Drehzahlmatrix subtrahiert, die gemessene Drehzahlen, NA, NB, NO, NE, NWHL umfasst, die von der Endantriebs-Dynamiksteuerung230 ausgegeben werden. Die resultierende Matrix wird in einen Schätzer232 eingegeben, in dem sie mit einer von mehreren Verstärkungsmatrizen multipliziert wird, um eine Matrix von geschätzten Zustandskorrekturen zu bestimmen. Jede der Verstärkungsmatrizen umfasst ein Matrix aus skalaren Verstärkungsfaktoren, die vorzugsweise für jeden Getriebebetriebsmodus, d. h. den spezifischen Betriebsmodus und die Zahnradkonfiguration, die oben anhand von Tabelle 1 beschrieben wurde, bestimmt werden. In dieser Ausführungsform werden die Verstärkungsmatrizen offline bestimmt und als Kalibrierungswerte in einem der an Bord befindlichen Controller gespeichert. Sie sind vorzugsweise zumindest zwei Sätze von Verstärkungsmatrizen, die als Teil der Aktion der Schätzerrückkopplungsverstärkung232 entwickelt und ausgeführt werden, wobei ein Satz zur Verwendung dient, wenn der Endantrieb sich in einem Zustand mit neutralem Spiel befindet, und ein Satz zur Verwendung dient, wenn der Endantrieb sich in einem Fahrzustand befindet. - Die Matrix der geschätzten Zustandskorrekturen wird als Rückkopplung von dem Endantriebs-Dynamikschätzer
240 bei der Bestimmung der dynamisch berechneten geschätzten Abtriebszustände des Endantriebs, die TDAMP_EST, TAXLE_EST, NA_EST, NB_EST, NO_EST, NE_EST, NWHL_EST umfassen, auf der Basis der eingegebenen Parameter verwendet. Wenn die erste Drehzahlmatrix, die die geschätzten Drehzahlen umfasst, gleich der zweiten Drehzahlmatrix ist, die die gemessenen Drehzahlen umfasst, wird festge stellt, dass die Ausgänge des Schätzers, die TDAMP_EST, TAXLE_EST, NA_EST, NB_EST, NO_EST, NE_EST, NWHL_EST umfassen, genaue Messungen der tatsächlichen Betriebszustände des Endantriebs sind. - In den
5 bis7 wird ein Verfahren zum Steuern des von dem anhand der1 und2 beschriebenen Antriebsstrangsystem übertragenen Drehmoments während Übergängen beschrieben, die zu Endantriebsspiel und Klacken führen. Das hierin beschriebene Verfahren und System werden als ein oder mehrere Algorithmen in der anhand von2 gezeigten verteilten Controller-Architektur ausgeführt und benutzen das anhand von3 beschriebene multivariate Regelungsschema, einschließlich die anhand von4 beschriebene Parameterzustandsschätzung. Das Gesamtverfahren umfasst, dass die Größe des Antriebsstrangdrehmoments, das zu dem Endantrieb übertragen wird, d. h. TAXLE, die Abtriebsdrehzahl des Getriebes NO für den Endantrieb und die Drehzahl des angetriebenen Rades NWHL überwacht werden. Es wird ein Spielzustand bestimmt, und jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen des Antriebsstrangs wird auf der Basis des Spielzustands gesteuert. In dieser Ausführungsform wird der Spielzustand unter Verwendung eines Schätzers250 bestimmt, der vorzugsweise einen Algorithmus in dem Steuersystem umfasst. Eingänge in den Spielzustandsschätzer250 umfassen das geschätzte Achsdrehmoment TAXLE_EST, die geschätzte Abtriebsdrehzahl des Getriebes NO_EST und die geschätzte Drehzahl des angetriebenen Rades NWHL_EST, von denen jede von dem Endantrieb-Dynamikschätzer240 ausgegeben wird. Der Spielzustandsschätzer250 ist betreibbar, um das geschätzte Achsdrehmoment TAXLE_EST und die geschätzte Abtriebsdrehzahl NO_EST zu vergleichen, um den Spielzustand als einen positiven Zustand, einen negativen Zustand oder einen neutralen Zustand zu bestimmen. Der positive Zustand wird angegeben, wenn das geschätzte Achsdrehmoment TAXLE_EST und die geschätzte Abtriebsdrehzahl NO_EST und die geschätzte Drehzahl des ange triebenen Rades NWHL_EST zeigen, dass Drehmoment von dem Getriebe durch den Endantrieb in einer Vorwärtsrichtung übertragen wird. Der negative Zustand wird angegeben, wenn das geschätzte Achsdrehmoment TAXLE_EST und die geschätzte Abtriebsdrehzahl NO_EST und die geschätzte Drehzahl des angetriebenen Rades NWHL_EST zeigen, dass Drehmoment von dem Getriebe durch den Endantrieb in einer negativen Richtung übertragen wird. Der neutrale Zustand wird angegeben, wenn im Wesentlichen kein Drehmoment zwischen den angetriebenen Rädern und dem Endantrieb durch das Getriebe übertragen wird, d. h. das Endantriebs-Achsdrehmoment im Wesentlichen gleich einem Drehmomentwert von Null ist. - Wenn der Ausgang des Spielzustandschätzers einen positiven Spielzustand oder einen negativen Spielzustand angibt, tritt in dem Steuersystem auf der Basis des Spiels keine Aktion auf.
- Wenn der Ausgang des Spielzustandschätzers einen neutralen Zustand angibt, wird die resultierende Matrix, die die vorstehend erwähnte Differenz zwischen der ersten Drehzahlmatrix, die die geschätzten Drehzahlen umfasst, und der zweiten Drehzahlmatrix, die die gemessenen Drehzahlen umfasst, mit der Verstärkungsmatrix in der Schätzerrückkopplungsverstärkung
23 zur Verwendung multipliziert, wenn der Endantrieb sich in dem neutralen Spielzustand befindet. - Wenn die Matrix von geschätzten Zustandskorrekturen für den Spielbetrieb in dem Endantriebs-Dynamikschätzer
240 verwendet wird, werden die resultierenden Ausgänge des Schätzers240 , die TDAMP_EST, TAXLE_EST, NA_EST, NB_EST, NO_EST, NE_EST und NWHL_EST umfassen, als Rückkopplung zur Verwendung mit der multivariaten Motordämpfungssteuerung220 verwendet. Die multivariate Motordämpfungssteuerung220 verwendet die Schätzerausgänge, um den tatsächlichen Achsdrehmomentausgang TAXLE während der Zeit zu dämpfen, in der der neutrale Spielzustand detektiert wird. Die Dämpfung des Achsdrehmomentausgangs TAXLE wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem eine auf die Zeit bezogene Übertragungsrate (time-rate transfer) von elektrischer Energie zwischen einem der Elektromotoren56 ,72 und der elektrischen Energiespeichereinrichtung74 gesteuert wird, indem ein elektrischer Stromfluss durch die Stromumrichter und Motor-Controller des TPIM19 moderiert wird, d. h. die auf die Zeit bezogene Übertragungsrate von elektrischer Energie gesteuert wird. - Alternativ kann das Dämpfen des Achsdrehmomentausgangs TAXLE bewerkstelligt werden, indem der Drehmomenteingang in das Getriebe
10 von der Brennkraftmaschine14 durch die Wellen18 und12 unter Verwendung bekannter Maschinensteuerstrategien moderiert wird. Somit ist das zu dem Endantrieb übertragene Drehmoment TAXLE kleiner als das vom Bediener befohlene Drehmoment TAXLE_DES, wenn der Spielzustand neutral ist. Wenn der Spielzustand im Anschluss entweder positiv oder negativ wird, wird die Verwendung der Spielverstärkungsmatrizen unterbrochen, und es wird eine Verstärkungsmatrix ausgewählt, wie es zuvor anhand von4 beschrieben wurde. - Ergebnisse, die die oben beschriebene Aktion zeigen, werden nun anhand von
6 gezeigt. Wenn das geschätzte Achsdrehmoment TAXLE_EST als im Wesentlichen gleich Null bestimmt wird, ändert sich der Spielzustand von einem positiven Spiel zu einem neutralen Spiel. Der Controller ist in der Lage, festzustellen, wann das Spielereignis endet, d. h. wann der neutrale Spielzustand endet, auf der Basis der geschätzten Raddrehzahl multipliziert mit dem Achsantriebsverhältnis des Getriebes und des Endantriebs, der geschätzten Abtriebsdrehzahl und des geschätzten Spielwinkels, aus denen eine Spielschließrate bestimmbar ist. Ein geschätzter Schließwinkel ist ebenfalls bestimmbar. Der Controller kann Drehmomentausgänge von dem Motor A56 und dem Motor B72 auf der Basis der Schließrate steuern. Das Steuern der Drehmomentausgänge von den Elektromotoren wird typischerweise bewerkstelligt, indem die Rate und die Größe der elektrichen Energie, die von der ESD74 zu einem oder beiden Elektromotoren56 ,72 übertragen wird, gesteuert wird. - Nach
7 wird, wenn das Spielsteuerschema verwendet wird, um mit Klacken, d. h. Endantriebsgeräusch, umzugehen, das Spielereignis überwacht, wie es oben beschrieben wurde. Das gewünschte Achsdrehmoment TAXLE_DES wird bestimmt und eingestellt, um ein in Bezug auf Klacken begrenztes gewünschtes Achsdrehmoment zu erreichen, das während eines neutralen Spielereignisses implementiert wird. Die Spielschließrate kann auf einen Maximalwert begrenzt werden, wobei ein beispielhafter Wert, der in7 gezeigt ist, vier Grad im Bogenmaß pro Sekunde beträgt. Diese Aktion sorgt dafür, dass eine Änderungsrate in dem tatsächlichen Achsdrehmoment kleiner als die gewünschte Änderungsrate ist, wodurch Klacken oder Geräusch begrenzt wird. Die Drehmomentbegrenzung wird vorzugsweise bewerkstelligt, indem Dämpfungsdrehmomentwerte für den Motor A und den Motor B TA_DAMP und TB_DAMP gesteuert werden, die anhand der multivariaten Motordämpfungsdrehmomentsteuerung oder -regelung220 berechnet wurden, auf die vorher verwiesen wurde und die vorher beschrieben wurde. Die multivariate Motordämpfungssteuerung220 verwendet die Schätzerausgänge, um den tatsächlichen Achsdrehmomentausgang TAXLE zu dämpfen. Somit ist das zu dem Endantrieb übertragene Drehmoment TAXLE kleiner als das vom Bediener befohlene Drehmoment TAXLE_DES, wenn das gewünschte Achsdrehmoment in Bezug auf Klacken begrenzt ist. - Jede der mehreren Spielverstärkungsmatrizen, die bei dem Schätzer-Rückkopplungsverstärkungsblock
232 verwendet werden, umfasst eine Matrix aus skalaren Verstärkungsfaktoren, die vorzugsweise für jeden Getriebebetriebsmodus, d. h. den spezifischen Betriebsmodus und die spezifische Zahnradkonfiguration, die oben anhand von Tabelle 1 beschrieben wurden, bestimmt werden. In dieser Ausführungsform werden die Spielverstärkungsfaktoren offline bestimmt und als Kalibierungswerte in einem der an Bord befindlichen Controller gespeichert. Darüber hinaus kann die Dauer der Verwendung des Spielverstärkungsfaktors auf eine vorbestimmte verstrichene Zeit begrenzt werden. Auf diese Weise ist das multivariate Regelungsschema verwendbar, um mit der Größe und mit dem Auftreten von Endantriebsklacken umzugehen und dieses zu unterdrücken. - Obwohl diese Ausführungsform derart beschrieben worden ist, dass sie den Ausgang der Elektromotoren steuert, ist zu verstehen, dass alternative Ausführungsformen dieser Erfindung Steuerschemata umfassen können, die betreibbar sind, um den Drehmomentausgang der Brennkraftmaschine sowie der Elektromotoren zu steuern. Es ist ferner zu verstehen, dass einige oder alle geschätzten Werte für Drehmoment und Drehzahl stattdessen direkt mit Sensoren und Erfassungsschemata überwacht werden können.
Claims (17)
- Verfahren zum Steuern des Drehmoments, das zwischen einem Antriebsstrangsystem und einem Endantrieb (
90 ) übertragen wird, wobei das Antriebsstrangsystem mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen (14 ,56 ,72 ) umfasst, die wirksam mit einem Getriebe (10 ) verbunden sind, das umfasst, dass: ein Spielzustand des Endantriebs (90 ) bestimmt wird; die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (14 ,56 ,72 ) auf der Basis des Spielzustands gesteuert werden; und das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuern der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (14 ,56 ,72 ) auf der Basis des Spielzustands umfasst, dass: eine Verstärkungsmatrix für ein multivariates Regelungssystem ausgewählt wird, das betreibbar ist, um jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (14 ,56 ,72 ) auf der Basis des Spielzustands zu steuern. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen eines Spielzustandes umfasst, dass: ein Endantriebs-Achsdrehmoment bestimmt wird; eine Abtriebsdrehzahl des Antriebsstrangs und eine Abtriebsdrehzahl eines angetriebenen Rades (
96 ) des Endantriebs (90 ) bestimmt werden; der Spielzustand auf der Basis des Endantriebs-Achsdrehmoments und der Abtriebsdrehzahlen des Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades (96 ) des Endantriebs (90 ) als ein positiver Zustand, ein negativer Zustand oder ein neutraler Zustand bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen, dass der Spielzustand ein neutraler Zustand ist, auf der Basis des Endantriebs-Achsdrehmoments ferner umfasst, dass der Spielzustand als der neutrale Zustand bestimmt wird, wenn das Endantriebs-Achsdrehmoment im Wesentlichen gleich einem Drehmomentwert von Null ist.
- Verfahren nach Anspruch 3, das umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ) derart gesteuert werden, dass die Änderungsrate des Drehmoments, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb (90 ) übertragen wird, kleiner ist als eine vom Bediener befohlene Änderungsrate des Endantriebs-Drehmoments, wenn der Spielzustand neutral ist. - Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ) derart gesteuert werden, dass das Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb (90 ) übertragen wird, über einen Zeitraum kleiner ist als ein vom Bediener befohlenes Drehmoment. - Verfahren nach Anspruch 1, das umfasst, dass das Auswählen der Verstärkungsmatrix für das multivariate Regelungssystem dazu dient, die mehreren Drehmo ment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ) derart zu steuern, dass Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb (90 ) übertragen wird, kleiner ist als ein vom Bediener befohlenes Drehmoment, wenn der Spielzustand neutral ist. - Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ) derart gesteuert werden, dass das Drehmoment, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb (90 ) übertragen wird, über einen Zeitraum kleiner ist als das vom Bediener befohlene Drehmoment. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Steuern des Antriebsstrangdrehmoments, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb (
90 ) übertragen wird, umfasst, dass mit einem Sensor Drehmoment gemessen wird. - Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Steuern des Antriebsstrangdrehmoments, das zwischen dem Antriebsstrangsystem und dem Endantrieb (
90 ) übertragen wird, umfasst, dass das zu dem Endantrieb (90 ) übertragene Drehmoment geschätzt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen eines Achsdrehmoments umfasst, dass das Achsdrehmoment auf der Basis der Abtriebsdrehzahlen der Antriebsstrangs und des angetriebenen Rades (
96 ) geschätzt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Abtriebsdrehzahl des Antriebsstrangs umfasst, dass eine Abtriebsdrehzahl der Getriebeeinrichtung (
10 ), die betreibbar ist, um Drehmoment von jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf den Endantrieb (90 ) zu übertragen, gemessen wird. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades (
96 ) umfasst, dass mit einem Sensor eine Raddrehzahl gemessen wird. - Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades (
96 ) ferner umfasst, dass Raddrehzahlen von mehreren angetriebenen Rädern (96 ) gemessen werden und daraus ein Mittelwert für die Raddrehzahl bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Abtriebsdrehzahl des Antriebsstrangs und der Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades (
96 ) des Endantriebs (90 ) umfasst, dass die Abtriebsdrehzahl des Getriebes (10 ) des Antriebsstrangs und die Abtriebsdrehzahl des angetriebenen Rades (96 ) auf der Basis der gemessenen Betriebsparameter geschätzt werden. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ) eine erste und eine zweite elektrische Maschine (56 ,72 ) umfassen. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ) ferner eine Brennkraftmaschine (14 ) umfassen. - Antriebsstrang mit mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (
14 ,56 ,72 ), einem Getriebe (10 ) und einem Endantrieb (90 ), wobei zum Umgang mit Spielzuständen, Klacken und/oder Ruckeln ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchgeführt wird.
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