DE102007023634B4

DE102007023634B4 - Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Getriebes während eines Schaltereignisses

Info

Publication number: DE102007023634B4
Application number: DE102007023634.6A
Authority: DE
Inventors: Jy-Jen F. Sah; Anthony H. Heap
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: CN101093016A; US20070276569A1; DE102007023634A1; CN101093016B; US7706949B2

Abstract

Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem ersten festen Gang (GR1) in einen zweiten festen Gang (GR2) in einem Antriebsstrangsystem, das ein elektromechanisches Getriebe (10) mit zwei Modi und Verbundleistungsverzweigung umfasst und dazu dient, einen Drehzahleingang von einer Brennkraftmaschine (14) zu erhalten, wobei das Verfahren umfasst, dass:eine weggehende Kupplung (75) deaktiviert wird;ein zeitbasiertes Profil für die Drehzahl einer herankommenden Kupplung (62) erzeugt wird;der Drehzahleingang von der Brennkraftmaschine (14) auf der Basis des zeitbasierten Profils für die Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) und eines Ausgangs des Getriebes (10) gesteuert wird; unddie herankommende Kupplung (62) betätigt wird;wobei die Ausgangsleistung des Getriebes (10) während einer Drehzahlphase nach dem Deaktivieren der weggehenden Kupplung (75) und vor dem Betätigen der herankommendem Kupplung (62) durch einen oder zwei Elektromotoren (56, 72) des elektromechanischen Getriebes (10) erzeugt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem ersten festen Gang in einen zweiten festen Gang in einem Antriebsstrangsystem. Solch ein Verfahren wird beispielsweise in der US 5,833,570 A beschrieben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei dem Schaltverfahren der US 6,953,409 B2 werden jedoch die kommende und die gehende Kupplung zeitgleich betätigt, weshalb die US 5,833,570 A für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist.
Antriebsstrangarchitekturen umfassen Drehmoment erzeugende Einrichtungen, die Brennkraftmaschinen und Elektromotoren einschließen, welche Drehmoment durch eine Getriebevorrichtung an einen Fahrzeugendantrieb übertragen. Ein derartiges Getriebe umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und Verbundleistungsverzweigung, das ein Antriebselement zur Aufnahme von Bewegungsdrehmoment von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle, typischerweise einer Brennkraftmaschine, und ein Abtriebselement zur Abgabe von Bewegungsdrehmoment von dem Getriebe an den Fahrzeugendantrieb benutzt. Elektromotoren, die funktional mit einer Speichereinrichtung für elektrische Energie verbunden sind, umfassen Motoren/Generatoren, die betreibbar sind, um Bewegungsdrehmoment für den Eingang in das Getriebe unabhängig von dem Drehmomenteingang von der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Elektromotoren sind darüber hinaus betreibbar, um kinetische Energie des Fahrzeugs, die durch den Endantrieb des Fahrzeugs übertragen wird, in elektrisches Energiepotenzial umzuwandeln, das in der Speichereinrichtung für elektrische Energie speicherbar ist. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingänge von dem Fahrzeug und dem Bediener und bietet eine funktionale Steuerung des Antriebsstrangsystems, einschließlich eine Steuerung eines Getriebeschaltvorganges, eine Steuerung der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und eine Regelung des Austauschs elektrischer Leistung zwischen der Speichereinrichtung für elektrische Energie und den Elektromotoren.
Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme implementieren, die elektromechanische Getriebe aufweisen, stehen vor der Aufgabe, Schaltschemata zwischen verschiedenen Betriebsmodi, die Modi mit fester Übersetzung und stufenlos verstellbare Modi umfassen, zu entwickeln. Während der Ausführung eines Schaltens in einen Modus mit fester Übersetzung kann es eine Änderung der Betriebsbedingungen geben, die die Betätigung einer herankommenden Kupplung und die zugehörige Endantriebsdynamik beeinflussen kann.
Deshalb gibt es einen Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung, um den Betrieb eines Hybridgetriebes während Gangschaltereignissen zu steuern und somit die oben erwähnten Probleme zu lösen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren vorgesehen, um ein Schalten von einem ersten festen Gang in einen zweiten festen Gang in einem Antriebsstrang auszuführen, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
Figurenliste
Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei ihre 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, welcher sich für die vorliegende Erfindung eignet und der Art nach aus der US 6,953,409 B2 bekannt ist;
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für Steuermodule für einen Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 ein beispielhafter Datengraph gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4A, 4B und 4C beispielhafte 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 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 dem gemeinschaftlich übertragenen U.S. Patent mit der Veröffentlichungsnummer US 6,953,409 und dem Titel Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios, (elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Modi, Verbundleistungsverzweigung und vier festen Verhältnissen) offenbart. Das beispielhafte elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbundleistungsverzweigung, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, ist in 1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Getriebe 10 weist eine Antriebswelle 12 auf, die bevorzugt direkt von der Maschine 14 angetrieben ist. Ein Dämpfer 20 für transientes Drehmoment ist zwischen der Abtriebswelle 18 der Maschine 14 und der Antriebswelle 12 des Hybridgetriebes 10 eingebaut. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment umfasst vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung 77, die Charakteristiken eines Dämpfungsmechanismus und einer Feder aufweist. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment erlaubt einen selektiven Eingriff der Maschine 14 mit dem Getriebe 10, es ist aber zu verstehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 nicht dazu benutzt wird, den Modus, in dem das Getriebe 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 Fremdzündungsmotor oder ein Kompressionszündungsmotor, 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 Getriebe 10 drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Hohlrad 30 auf, das ein inneres oder Sonnenrad 32 umgibt. 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 auch ein äußeres Hohlrad 38 auf, das ein inneres Sonnenrad 40 umgibt. 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 Hohlrad 46 auf, das ein inneres Sonnenrad 48 umgibt. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar montiert, so dass jedes Planetenrad 50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 46 als auch dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff steht.
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 durch 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 mit einem ersten Elektromotor verbunden, der einen Motor/Generator 56 umfasst, der auch als „MG-A“ bezeichnet ist.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24 durch eine Welle 60 mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Somit 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 durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 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 einem Endantrieb 90 verbunden, der einen Getriebekasten oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die einen Drehmomentausgang für eine oder mehrere Fahrzeugachsen oder Halbwellen (nicht gezeigt), die in Antriebselementen enden, bereitstellt. Die Antriebselemente können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie angewandt werden, oder sie können das Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein.
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 Hybridgetriebes 10 zu helfen. Die Hohlwelle 66 ist auch mit einem zweiten Elektromotor verbunden, der einen Motor/Generator 72 umfasst, der als MG-B bezeichnet ist.
Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie MG-A und MG-B 56 und 72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. MG-A und MG-B 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 dem MG-A und MG-B 56 und 72 angeordnet sind.
Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 73 verbindet das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse, d.h. mit dem Getriebegehäuse 68. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung, d.h. C4 75, dient als Sperrkupplung, die die Planetenradsätze 24, 26, MG-A und MG-B 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 bevorzugt hydraulisch betätigt, wobei sie ein Hydraulikdruckfluid von einer Pumpe empfängt, wenn ein entsprechendes Kupplungssteuersolenoid betätigt wird. Eine hydraulische Betätigung von jeder der Kupplungen wird bewerkstelligt, indem ein bekannter Hydrauikfluidkreis verwendet wird, der mehrere Kupplungssteuersolenoide aufweist, die hierin nicht im Detail beschrieben werden.
Das Getriebe 10 nimmt ein Bewegungsantriebsdrehmoment von den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen auf, die die Maschine 14 und die Elektromotoren 56 und 72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrischen Energie (ESD) 74 gespeichert ist. 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, Anwendungsaufgaben, 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 Elektromotor 56 über Übertragungsleiter 29, und das TPIM 19 kommuniziert ähnlich mit dem zweiten Elektromotor 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 ein Paar Stromumrichter und jeweilige Motorsteuermodule, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle und Steuerumrichterzustände davon zu empfangen und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen.
Bei der Motorantriebssteuerung empfängt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstromleitungen und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Elektromotor, d.h. MG-A und MG-B, über Übertragungsleiter 29 und 31. Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Elektromotor 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 MG-A 56 und MG-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 Elektromotoren 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 hydraulischen Getriebefluidpumpe 88 befestigt sein.
In 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Steuermodularchitektur 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 MG-A und MG-B 56, 72 einschließen. Die verteilte Steuermodularchitektur 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 Steuermodule. Es gibt eine Benutzerschnittstelle (UI von User Interface) 13, die funktional mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Antriebsstrangs, der das Getriebe 10 umfasst, über eine Drehmomentanforderung steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingabevorrichtungen für die UI 13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jedes der vorstehend erwähnten Steuermodule kommuniziert mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Aktoren über einen Bus 6 eines lokalen Netzes (LAN von Local Area Network). Der LAN-Bus 6 erlaubt eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Steuermodulen. Das besondere benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Multi-Steuermodul-Schnittstellenbildung zwischen den vorstehend erwähnten Steuermodulen und anderen Steuermodulen, 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 von verschiedenen Eingangssignalen von der UI 13 und dem Antriebsstrang, einschließlich dem Batteriepaket erzeugt das HCP 5 verschieden Befehle, die umfassen: ein Bedienerdrehmoment T_O, einen Maschinendrehmomentbefehl, Kupplungsdrehmomentbefehle für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Getriebes 10; und Motordrehmomentbefehle.
Das ECM 23 ist funktional 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 von dem HCP 5 und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment und eine Angabe des aktuellen Maschinendrehmomenteingangs in das Getriebe, der 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_I) einer zu dem Getriebe führenden Welle 12, 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 funktional 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 für jede der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und eine Drehzahl 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 Information umfasst den Batterieladezustand, die Batteriespannung und die verfügbare Batterieleistung.
Das Getriebestromumrichtermodul (TPIM) 19 umfasst ein Paar Stromumrichter und Motorsteuermodule, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle und Steuerumrichterzustände davon zu empfangen und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM 19 ist betreibbar, um Drehmomentbefehle für MG-A 56 und MG-B 72 auf der Basis eines Einganges von dem HCP 5 zu erzeugen, das durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die Motordrehmomentbefehle für MG-A und MG-B werden durch das Steuersystem implementiert, das das TPIM 19 umfasst, um MG-A und MG-B zu steuern. Einzelne Motordrehzahlsignale für MG-A bzw. MG-B werden jeweils von dem TPIM 19 aus den Motorphaseninformationen oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen 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.
Jedes der vorstehend erwähnten Steuermodule ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien, die einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM) umfassen, 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. Jedes Steuermodul 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 auszuführen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des vorstehend erwähnten LAN 6 bewerkstelligt.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Steuermodule 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 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden 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 das Aufsicht führende HCP-Steuermodul 5 und eines oder mehrere der anderen Steuermodule das angeforderte Getriebeabtriebsdrehmoment T_O an Welle 64, das auch als Bedienerdrehmomentanforderung bezeichnet wird. Selektiv betriebene Komponenten des Getriebes 10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf den Bedienerbedarf zu reagieren. Wenn der Bediener beispielsweise in der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient, bestimmt das HCP 5 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 Verbundleistungsverzweigung umfasst ein Abtriebselement 64, das Ausgangsleistung über zwei unterschiedliche Zahnradstränge in dem Getriebe 10 erhält, und arbeitet in mehreren Getriebebetriebsmodi, die nun anhand von 1 und der Tabelle 1 unten beschrieben werden. Tabelle 1

Betriebsmodus des Getriebes	Betätigte Kupplungen
Modus I	C1	70
Festes Verhältnis (GR1)	C1	70	C4	75
Festes Verhältnis (GR2)	C1	70	C2	62
Modus II	C2	62
Festes Verhältnis (GR3)	C2	62	C4	75
Festes Verhältnis (GR4)	C2	62	C3	73

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 MG-A und MG-B in verschiedenen Betriebsmodi des Getriebes jeweils als Elektromotoren arbeiten, um Bewegungsantriebsdremoment zu erzeugen, oder als Generator, um elektrische Energie zu erzeugen. 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 beeinflussen, wann die Elektromotoren 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht besprochen.
Das Steuersystem, das vor allem in 2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen No der Welle 64 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 verschiedenen anderen Anforderungen nachkommt, 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 Elektromotoren 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 eingerückt ist, wird ein festes Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. N_I/N_O, erreicht. Die Rotationen der Motoren MG-A und MG-B 56, 72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie sie durch das Kuppeln definiert ist, und sind proportional zu der Antriebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 bestimmt oder gemessen wird. Die Motoren MG-A and MG-B funktionieren 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 Betriebes in dem festen Verhältnis GR1 die Bewegungsleistung, die von dem Getriebe an Welle 64 ausgegeben wird, durch Leistung von der Maschine und Leistung von MG-A und MG-B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der Energiespeichereinrichtung 74 aufgenommen wird.
In 3 sind verschiedene Getriebsbetriebsmodi als Funktion der Getriebeabtriebsdrehzahl N_O und der Getriebeantriebsdrehzahl N_I für das beispielhafte in den 1 und 2 gezeigte Getriebe- und Steuersystem aufgetragen. Der Betrieb mit festem Verhältnis ist als Einzellinien für jedes der spezifischen Übersetzungsverhältnisse GR1, GR2, GR3 und GR4 gezeigt, wie es anhand von Tabelle 1 oben beschrieben wurde. Der Betrieb mit stufenlos verstellbarem Modus ist als Betriebsbereiche für jeden von Modus I und Modus II gezeigt. Der Getriebebetriebsmodus wird zwischen dem Betrieb mit festem Verhältnis und dem Betrieb mit stufenlos verstellbarem Modus umgeschaltet, indem spezifische Kupplungen aktiviert oder deaktiviert werden. Das Steuersystem ist betreibbar, um einen spezifischen Getriebebetriebsmodus auf der Basis verschiedener Kriterien unter Verwendung von Algorithmen und Kalibrierungen zu bestimmen, die von dem Steuersystem ausgeführt werden.
Die Auswahl des Betriebsmodus des Getriebes hängt primär von der Bedienereingabe und der Fähigkeit des Antriebsstrangs, dieser Eingabe nachzukommen, ab. Wieder nach 3 und Tabelle 1 fällt ein erster Bereich vorwiegend in den Betrieb des Modus I, wenn die Kupplungen C1 70 und C4 75 eingerückt sind. Ein zweiter Bereich fällt in Modus I und Modus II, wenn die Kupplungen C2 62 und C1 70 eingerückt sind. Das erste feste Übersetzungsverhältnis ist während Modus I verfügbar, wenn die Kupplungen C1 und C4 eingerückt sind. Das zweite feste Übersetzungsverhältnis ist während Modus I verfügbar, wenn die Kupplungen C1 und C2 eingerückt sind. Der dritte Bereich mit festem Übersetzungsverhältnis ist während Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C4 75 eingerückt sind, und der vierte Bereich mit festem Verhältnis ist während Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C3 73 eingerückt sind. Es ist festzustellen, dass sich der erste und zweite Bereich des stufenlos verstellbaren Betriebes für Modus I und Modus II überlappen können.
Die Ausgangsleistung des vorstehend beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystems ist aufgrund von mechanischen und Systembebegrenzungen eingeschränkt. Die Abtriebsdrehzahl N_O des Getriebes, die an der Welle 64 gemessen wird, ist aufgrund von Begrenzungen der Abtriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine und der Antriebsdrehzahl N_I des Getriebes, die an der Welle 12 gemessen wird, und Drehzahlbegrenzungen des MG-A und MG-B begrenzt. Das Abtriebsdrehmoment des Getriebes 10 ist aufgrund von Begrenzungen eines Eingangsdrehmoments der Brennkraftmaschine und des Eingangsdrehmoments, das an der Welle 12 nach dem Dämpfer 20 für transientes Drehmoment gemessen wird, und Drehmomentbegrenzungen von MG-A und MG-B 56, 72 ähnlich begrenzt.
Im Betrieb tritt ein Schalten in dem beispielhaften Getriebe aufgrund einer Vielfalt von Betriebseigenschaften des Antriebsstrangs auf. Es kann eine Änderung der Anforderung für eine Bedieneranforderung nach Drehmoment geben. Derartige Anforderungen werden typischerweise durch Eingaben in die UI 13 übermittelt, wie es zuvor beschrieben wurde. Zusätzlich kann eine Anforderungsänderung für Abtriebsdrehmoment anhand einer Änderung von äußeren Bedingungen vorhergesagt werden, die zum Beispiel eine Änderung der Straßensteigung, der Straßenbelagbedingungen oder der Windlast umfassen. Eine Schaltänderung kann anhand einer Änderung der Antriebsstrangdrehmomentanforderung vorhergesagt werden, die durch einen Steuermodulbefehl hervorgerufen wird, um einen der Elektromotoren zwischen einem elektrischen Energie erzeugenden Modus und einem Drehmoment erzeugenden Modus zu wechseln. Eine Schaltänderung kann anhand einer Änderung eines Optimierungsalgorithmus oder einer Optimierungsroutine vorhergesagt werden, die betreibbar ist, um den optimalen Systemwirkungsgrad auf der Basis einer Bedieneranforderung für Leistung, des Batterieladezustandes und von Energiewirkungsgraden der Brennkraftmaschine 14 und von MG-A und MG-B 56, 72 zu bestimmen. Das Steuersystem verwaltet Drehmomenteingänge von der Brennkraftmaschine 14 und von MG-A und MG 56, 72 auf der Basis des Ergebnisses der ausgeführten Optimierungsroutine, und es kann Änderungen der Systemoptimierung geben, die eine Schaltänderung erzwingen, um Systemwirkungsgrade zu optimieren und somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und das Laden der Batterie zu verwalten. Eine Schaltänderung kann auch auf einem Fehler in einer Komponente oder einem System beruhen.
Die verteilte Steuerarchitektur wirkt zusammen, um eine Notwendigkeit für eine Änderung des Getriebebetriebszustands zu bestimmen und führt das vorstehende aus, um den Gangwechsel zu bewirken. Eine Schaltänderung in dem beispielhaften System umfasst eine von zumindest drei möglichen Situationen. Es kann ein Schalten von einem ersten festen Gang in einen zweiten festen Gang geben. Es kann ein Schalten von einem festen Gang in einen der stufenlos verstellbaren Modi geben. Es kann ein Schalten von einem der stufenlos verstellbaren Modi in einen festen Gang geben.
Wenn ein Schalten von einem festen Gang in einen zweiten festen Gang erfolgt, umfasst der Schaltprozess, dass eine weggehende Kupplung deaktiviert wird und eine herankommende Kupplung betätigt wird. Beispielsweise wird beim Schalten von GR1 in GR2 die weggehende Kupplung C4 75 deaktiviert und die herankommende Kupplung C2 62 wird betätigt, was zulässt, dass sie Drehmoment überträgt. Die Kupplung C1 70 ist während des gesamten Prozesses betätigt. Die Betätigung einer herankommenden Kupplung umfasst vorzugsweise, dass die Drehzahlen der Elemente der herankommenden Kupplung synchronisiert werden, indem die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen gesteuert werden und gegebenenfalls der Schlupf der herankommenden Kupplung gesteuert wird. Die Kupplungsdrehzahl ist allgemein als die Differenz der Drehzahl zwischen den Elementen der Kupplung definiert.
Eine Schaltänderung aus irgendeinem der Betriebsmodi mit dem festen Gang heraus kann ein Mehrschrittprozess sein, bei dem Drehmoment, das über die weggehende Kupplung hinweg übertragen wird, vorzugsweise vor ihrer Deaktivierung entlastet wird. Ein Entlasten von Drehmoment über die weggehende Kupplung hinweg umfasst, dass der Drehmomenttransport über andere Drehmomentübertragungswege, z.B. unter Verwendung von MG-A oder MG-B und die herankommende Kupplung, eingestellt wird. Das Deaktivieren einer weggehenden Kupplung umfasst, dass die Drehmomenttransportkapazität der weggehenden Kupplung verringert wird, indem Hydraulikdruck durch Steuerung von einem der Solenoide vermindert wird, wie es zuvor beschrieben wurde.
Um ein Schalten in einen festen Gang zu bewirken, wird Drehmoment von der weggehenden Kupplung entlastet und sie wird deaktiviert. Eine Eingangsseite der herankommenden Kupplung wird vorzugsweise mit der Drehzahl eines Ausgangs der herankommenden Kupplung synchronisiert und der Schlupf wird gesteuert, um die Wärmeerzeugung in der herankommenden Kupplung zu minimieren, während Stöße und Ruckeln des Endantriebs verhindert oder vermindert werden. Die herankommende Kupplung wird betätigt, indem Hydraulikdruck, der an die Kupplung angelegt wird, auf eine Größe gesteuert wird, die ausreicht, um die Kupplung mit einem Schlupf von Null über die Kupplungselemente hinweg zu halten. Ungeachtet von der Art des ausgeführten Schaltens benötigt die Schaltänderung eine endliche Zeitdauer zur Ausführung, wobei typischerweise weniger als eine Sekunde angestrebt wird, und wird auf spezifischen Umständen beruhen, die von dem oben beschriebenen Steuersystem überwacht und gesteuert werden.
Nach 4 umfasst die Erfindung nun allgemein einen Algorithmus, der sich in einem der Module des Steuersystems befindet und darin ausgeführt wird und der bewirkt, dass ein Verfahren zum Steuern des Betriebs des Antriebsstrangsystems, d.h. des Getriebes 10 und der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 während eines Schaltens von einem ersten Betriebsmodus, vorzugsweise einem der festen Gänge, in einen zweiten Betriebsmodus, welcher einer der festen Gänge ist, implementiert wird. Wenn ein Schalten befohlen wird, ist das Steuersystem betreibbar, um die spezifische Drehmomentübertragungskupplung, die zu entlasten und zu deaktivieren ist, und die spezifische Drehmomentübertragungskupplung, die zu betätigen ist, auf der Basis einer Kalibrierung festzustellen, die die Substanz der Information enthält, die in Tabelle 1 oben enthalten ist. Die weggehende Kupplung wird deaktiviert und das Getriebe tritt in eine Drehzahlphase ein, wobei die Ausgangsleistung des Getriebes auf der Basis des Betriebes der Elektromotoren MG-A und MG-B bestimmt wird. Es wird ein zeitbasiertes Drehzahlprofil für die herankommende Kupplung festgelegt. Der Ausgang des Getriebes N_O wird überwacht, und die Antriebsdrehzahl N_I von der Brennkraftmaschine wird auf der Basis des zeitbasierten Drehzahlprofils für die herankommende Kupplung und des Ausgangs des Getriebes vorzugsweise innerhalb einer begrenzten verstrichenen Zeit ungeachtet einer Änderung des Ausganges des Getriebes gesteuert. Dieser Vorgang wird nachstehend ausführlich beschrieben.
In 4 ist eine Reihe von zeitbezogenen Datengraphen gezeigt, die ein beispielhaftes Schalten von einem ersten festen Gang, in diesem Beispiel GR1, in einen zweiten festen Gang, in diesem Beispiel GR2, darstellen. Der erste Datengraph stellt ein Maß der Antriebsdrehzahl N_I, als Funktion der Zeit aufgetragen, für das beispielhafte Schaltereignis dar. Vor dem Punkt B arbeitet das Getriebe in dem ersten festen Gang GR1, der sich durch die Betätigung der Drehmomentübertragungskupplungen C1 70 und C4 75 auszeichnet. Bei Punkt B wird Kupplung C4 deaktiviert und das Getriebe arbeitet in dem stufenlos verstellbaren Modus I, wobei nur die Kupplung C1 betätigt ist, was auch als eine Drehzahlphase bezeichnet wird. An Punkt G wird die Kupplung C2 62 betätigt und das Getriebe beginnt einen Betrieb in dem zweiten festen Gang GR2, und die Drehzahlphase endet. Während der Drehzahlphase werden Elemente der Kupplung C2 62 im Wesentlichen synchronisiert, um eine Betätigung der herankommenden Kupplung C2 ohne Endantriebsstörungen zuzulassen. Der Prozess des Synchronisierens der Elemente der Kupplung C2 62 umfasst, dass die Antriebsdrehzahl N_I gemäß einem vorbestimmten Steuerschema gesteuert wird, das wie folgt beschrieben wird. Die Antriebsdrehzahl N_I bestimmt die Drehzahl der herankommenden Kupplung C2, was die Drehzahl eines Elementes der herankommenden Kupplung ergibt. Die Drehzahl des anderen Elementes der herankommenden Kupplung ist die Drehzahl des Trägers 52 des dritten Planetenradsatzes 28, der direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden ist. Die Drehzahl des Trägers 52 ist als die Drehzahl der Abtriebswelle 64, N_O, multipliziert dem Übersetzungsverhältnis GR2, oder N_O × GR2 berechenbar. Die gesamte verstrichene Zeit zum Ausführen des Schaltens von dem ersten festen Gang zu dem zweiten festen Gang liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 500 Millisekunden ab dem Deaktivieren der weggehenden Kupplung bis zur Betätigung der herankommenden Kupplung.
Der Datengraph von 4 ist ein Graph für ein beispielhaftes zeitbasiertes Profil für die Drehzahl der herankommenden Kupplung Nc während der Drehzahlphase, wobei Elemente davon als Kalibrierwerte in dem Steuersystem gehalten werden. Daraus wird ein zeitbasiertes Drehzahlprofil, das als der dritte Datensatz gezeigt ist und eine Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung N_{C_DOT} über die feste Zeitdauer umfasst, erzeugt und dazu verwendet, die Antriebsdrehzahl N_I während der Drehzahlphase des Schaltens zu steuern. Die herankommende Kupplung wird anfangs mit einer bekannten Drehzahl N_{C_INIT} betrieben, die auf der Basis der Antriebsdrehzahl N_I, der Abtriebsdrehzahl No und des weggehenden Übersetzungsverhältnisses bestimmbar ist. Die Y-Achse des Graphen ist ein Maß einer Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung, die als N_{C_DOT} bezeichnet wird. Für jede anfängliche Betriebsdrehzahl N_{C_INIT} der herankommenden Kupplung wird das Betriebsprofil zum Ändern der Drehzahl der herankommenden Kupplung N_{C_DOT} als Getriebeabtriebsdrehzahl N_O über die feste Zeitdauer ausgedrückt bestimmt.
Das Betriebsprofil wird wie folgt mit Bezugnahme auf den dritten Datengraphen erzeugt, der ein vorkalibriertes Format für eine zeitbasierte Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung N_{C_DOT} darstellt, das vorzugsweise in einer nichtflüchtigen Speichereinrichtung von einem der Steuermodule gespeichert ist. Das vorkalibrierte Format für eine zeitbasierte Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung umfasst vorzugsweise ein Dreistufenformat, das durch Zeitschritte T1, T2 und T3 bezeichnet ist, und jeder Zeitschritt ist vorzugsweise ein vorbestimmter Prozentsatz der gesamten verstrichenen Zeit für ein Schalten. Die Gesamtzeit T1 + T2 + T3 umfasst die verstrichene Zeit von Punkt B zu Punkt G. Der erste Zeitschritt T1 umfasst eine Übergangsperiode, wobei es einen anfänglichen Anstieg der Kupplungsdrehzahl gibt. Der zweite Zeitschritt T2 umfasst eine Periode einer stationären Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung. Der dritte Zeitschritt T3 umfasst ein Absinken der Drehzahl der herankommenden Kupplung, wenn eine Synchronisation auftritt.
Wieder nach den Datengraphen von 4 ist im Gesamtbetrieb die Drehzahl von jeder der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 auf der Basis der Antriebsdrehzahl N_I und der Abtriebsdrehzahl No bestimmbar. Die verstrichene Zeit zum Ausführen des Schaltens ist fest. Das Format für die zeitbasierte Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung N_{C_DOT} ist vorkalibriert, und der gewünschte feste Gang ist festgelegt, wodurch identifiziert wird, welche der Kupplungen herankommt. Deshalb ist an Punkt B, wenn die weggehende Kupplung deaktiviert wird, eines der Steuermodule betreibbar, um die Anfangsdrehzahl der herankommenden Kupplung N_{C_INIT} und eine abschließende Drehzahl der herankommenden Kupplung zu bestimmen, die bei Null fest ist, da die Kupplungsdrehzahl auf der Basis der relativen Drehzahl von gegenüberliegenden Kupplungselementen berechenbar ist. Ein spezifisches zeitbasiertes Drehzahlprofil für die Antriebsdrehzahl N_I wird auf der Basis des vorkalibrierten Formats für eine zeitbasierte Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung N_{C_DOT} und der Abtriebsdrehzahl des Getriebes, die messbar ist, erzeugt. Die Antriebsdrehzahl N_I wird gesteuert, indem der Betrieb der Brennkraftmaschine 14 über ECM 23 gesteuert wird. Wenn die Antriebsdrehzahl N_I mit der Drehzahl der Abtriebswelle 64, No, multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis GR2 oder No × GR2 synchronisiert ist, wird die herankommende Kupplung betätigt und der Betrieb mit einem festen Gang beginnt.
Wieder nach 4 sind Aspekte der Drehzahlphasen-Schaltausführung ausführlicher beschrieben. Linienelement A umfasst eine Darstellung einer Antriebsdrehzahl N_I als Funktion der Abtriebsdrehzahl multipliziert mit dem ersten Übersetzungsverhältnis GR1, N_O × GR1. Zum Zeitpunkt B wird ein Schalten mit der Absicht eingeleitet, in den zweiten Gang GR2 zu schalten, der durch Linienelement D dargestellt ist. Bei einem ersten beispielhaften Schaltereignis stellen Liniensegmente C und F die Antriebsdrehzahl N_I für ein Schaltereignis dar, wobei es keine Änderung der Abtriebsdrehzahl des Getriebes während der Drehzahlphase des Schaltens gibt. Zum Zeitpunkt G, wenn die Antriebsdrehzahl N_I mit der Abtriebsdrehzahl multipliziert mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis, No × GR2, synchronisiert ist, wird die herankommende Kupplung C2 62 betätigt. Von diesem Punkt aus nach vorne arbeitet das Getriebe in dem zweiten festen Gang GR2. Die verstrichene Zeit von Punkt B zu Punkt G ist eine feste Zeitdauer, typischerweise etwa 500 Millisekunden.
In einem zweiten beispielhaften Schaltereignis stellen Liniensegmente C und F' die Antriebsdrehzahl N_I für ein Schaltereignis dar, wobei es eine Änderung des Ausgangs des Getriebes während der Drehzahlphase gibt. An Punkt E ändert sich der Getriebeausgang N_O zu N_O', was weiter durch Liniensegment F' dargestellt ist. Das Steuersystem, das die Abtriebsdrehzahl No überwacht, ist betreibbar, um das zeitbasierte Profil für die Drehzahl der herankommenden Kupplung neu zu berechnen, und stellt die Verbrennungsmaschinenantriebsdrehzahl N_I ein, um die Änderung der Kupplungsdrehzahl zu erreichen und somit die geänderte Abtriebsdrehzahl No' zu synchronisieren. Punkt G' stellt den Zeitpunkt dar, zu dem die Antriebsdrehzahl N_I sich mit dem Ausgang des Getriebes multipliziert mit dem dazwischenliegenden Übersetzungsverhältnis, No' × GR2, synchronisiert. Zum Zeitpunkt G', wenn die Antriebsdrehzahl N_I mit der Abtriebsdrehzahl multipliziert mit dem zweiten Übersetzungsverhältnis, N_O' × GR2, synchronisiert ist, wird die herankommende Kupplung C2 62 betätigt. Von diesem Punkt aus nach vorne arbeitet das Getriebe in dem zweiten festen Gang GR2. Die verstrichene Zeit ab Punkt B bis zu Punkt G' ist die vorstehend erwähnte feste Zeitdauer, typischerweise etwa 500 Millisekunden.
Im Betrieb wird die Drehzahl der herankommenden Kupplung vorzugsweise mit der Getriebeabtriebsdrehzahl multipliziert mit dem herankommenden Übersetzungsverhältnis, N_O × GR2, synchronisiert, um ein Schalten in den herankommenden festen Gang zu bewirken, ohne eine Endantriebsdynamik, z.B. Klingeln, Stöße und Kupplungsschlupf einzuführen. In dem beispielhaften Getriebe 10 ist, wenn die Abtriebsdrehzahl No und das herankommende Übersetzungsverhältnis bekannt sind, die synchronisierte Drehzahl der herankommenden Kupplung, in diesem Beispiel C2, auf der Basis der Abtriebsdrehzahl und des herankommenden Übersetzungsverhältnisses, d.h. N_C2 = N_O × GR2, berechenbar. Das Steuersystem steuert die Antriebsdrehzahl N_I durch bekannte Verbrennungsmaschinensteueralgorithmen, einschließlich nachfolgender Änderungen der Abtriebsdrehzahl, um die Drehzahl der herankommenden Kupplung zu synchronisieren und eine Betätigung der Kupplung in der verstrichenen Zeitdauer zu bewirken.

Claims

Verfahren zum Ausführen eines Schaltens von einem ersten festen Gang (GR1) in einen zweiten festen Gang (GR2) in einem Antriebsstrangsystem, das ein elektromechanisches Getriebe (10) mit zwei Modi und Verbundleistungsverzweigung umfasst und dazu dient, einen Drehzahleingang von einer Brennkraftmaschine (14) zu erhalten, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine weggehende Kupplung (75) deaktiviert wird; ein zeitbasiertes Profil für die Drehzahl einer herankommenden Kupplung (62) erzeugt wird; der Drehzahleingang von der Brennkraftmaschine (14) auf der Basis des zeitbasierten Profils für die Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) und eines Ausgangs des Getriebes (10) gesteuert wird; und die herankommende Kupplung (62) betätigt wird; wobei die Ausgangsleistung des Getriebes (10) während einer Drehzahlphase nach dem Deaktivieren der weggehenden Kupplung (75) und vor dem Betätigen der herankommendem Kupplung (62) durch einen oder zwei Elektromotoren (56, 72) des elektromechanischen Getriebes (10) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen des zeitbasierten Profils für die Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) umfasst, dass: eine Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) bei einem Start des Schaltens bestimmt wird; und die bestimmte Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) bei dem Start des Schaltens auf ein vorkalibriertes Format für eine zeitbasierte Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) angewandt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das vorkalibrierte Format für eine zeitbasierte Änderung der Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) ein Dreistufenformat umfasst, wobei die erste Stufe einen Anstieg der Drehzahl umfasst, die zweite Stufe eine stationäre Änderung der Drehzahl umfasst und die dritte Stufe einen Abstieg der Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Steuern des Drehzahleingangs von der Brennkraftmaschine (14) auf der Basis des zeitbasierten Profils für die Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) und eines Ausgangs des Getriebes (10) umfasst, dass der Drehzahleingang von der Brennkraftmaschine (14) gesteuert wird, was bewirkt, dass die Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) im Wesentlichen mit der Drehzahl einer Abtriebswelle (64) des Getriebes multipliziert mit einem Übersetzungsverhältnis des zweiten festen Ganges (GR2) synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst, dass der Drehzahleingang von der Brennkraftmaschine (14) gesteuert wird, um die Drehzahl der herankommenden Kupplung (62) mit einer Drehzahl einer Abtriebswelle (64) des Getriebes (10) multipliziert mit einem Übersetzungsverhältnis des zweiten festen Gangs (GR2) nach einer vorbestimmten verstrichenen Zeitdauer zu synchronisieren.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte verstrichene Zeitdauer eine Dauer von ungefähr 500 Millisekunden ab der Deaktivierung der weggehenden Kupplung (75) bis zur Betätigung der herankommenden Kupplung (62) umfasst.