DE102007054361A1 - Steuerarchitektur und Verfahren für eine zweidimensionale Optimierung von Antriebsdrehmoment und Motordrehmoment in einer festen Übersetzung für ein Hybridantriebsstrangsystem - Google Patents
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Abstract
Description
- TECHNISCHES GEBIET
- Diese Erfindung betrifft allgemein Steuersysteme für Antriebsstrangsteuersysteme, die elektromechanische Getriebe anwenden.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Antriebsstrangarchitekturen umfassen Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die Brennkraftmaschinen und Elektromotoren umfassen, die Drehmoment durch eine Getriebeeinrichtung auf einen Fahrzeugendantrieb übertragen. Ein derartiges Getriebe umfasst ein kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Getriebe (two-mode, compound-split, electro-mechanical transmission), das ein Antriebselement, um Bewegungsdrehmoment von einer Antriebsaggregat-Leistungsquelle, typischerweise einer Brennkraftmaschine, aufzunehmen, und ein Abtriebselement benutzt, um Bewegungsdrehmoment von dem Getriebe an den Fahrzeugendantrieb abzugeben. Elektromotoren, die funktional mit einer Speichereinrichtung für elektrische Energie verbunden sind, umfassen Motoren/Generatoren, die betreibbar sind, um Bewegungsdrehmoment zum Eingang in das Getriebe unabhängig von dem Drehmomenteingang von der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Elektromotoren sind darüber hinaus betreibbar, um kinetische Energie des Fahr zeugs, die durch den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, in ein elektrisches Energiepotenzial umzuformen, das in der Speichereinrichtung für elektrische Energie gespeichert werden kann. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingänge von dem Fahrzeug und dem Bediener und stellt eine Steuerung des Betriebs des Antriebsstrangsystems bereit, die eine Steuerung des Gangschaltens des Getriebes, eine Steuerung der Drehmomenterzeugungseinrichtungen und das Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Speichereinrichtung für elektrische Energie und den Elektromotoren umfasst.
- Die beispielhaften elektromechanischen Getriebe sind selektiv in Modi mit fester Übersetzung und stufenlos verstellbaren Modi durch Betätigung der Drehmomentübertragungskupplungen betreibbar, die typischerweise einen Hydraulikkreis anwenden, um eine Kupplungsbetätigung zu bewirken. Ein Modus mit fester Übersetzung tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements, typischerweise aufgrund einer Betätigung von einer oder mehreren Drehmomentübertragungskupplungen, ein festes Verhältnis der Drehzahl des Antriebselements von der Maschine ist. Ein stufenlos verstellbarer Modus tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements auf der Basis von Betriebsdrehzahlen von einem oder mehreren Elektromotoren variabel ist. Die Elektromotoren können mit der Abtriebswelle über Betätigung einer Kupplung oder durch eine direkte Verbindung verbunden sein. Die Kupplungsbetätigung und -deaktivierung wird typischerweise durch einen Hydraulikkreis bewirkt.
- Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme mit elektromechanischen Getrieben implementieren, stehen vor der Aufgabe, Steuerschemata zu implementieren, um Systemzustände zu überwachen und den Betrieb von verschiedenen Systemen und Aktoren zu steuern, um den Antriebsstrangbetrieb effektiv zu steuern. Ein derartiges System wird nachstehend beschrieben.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebes eines Antriebsstrangssystems vorgesehen, das eine Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die betreibbar ist, um einen Drehmomenteingang von mehreren Drehmomentübertragungseinrichtungen zu übertragen.
- Das Verfahren ist darauf gerichtet, bevorzugte Betriebsbedingungen zum Betreiben des Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand mit fester Übersetzung zu identifizieren. Der beispielhafte Antriebsstrang umfasst eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Das Verfahren umfasst, dass ein Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten und Motordrehmomenten, die von dem ersten Elektromotor in das Getriebe eingegeben werden, bestimmt wird, und eine Vielzahl von Motordrehmomenten, die von dem zweiten Elektromotor eingegeben werden, auf der Basis davon bestimmt wird. Es wird eine Vielzahl von Kosten bestimmt, wobei die jeweiligen Kosten auf dem Bereich von Antriebsdrehmomenten und den Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor, die darauf bestimmt werden, beruhen. Ein bevorzugtes Antriebsdrehmoment und ein bevorzugtes Motordrehmoment werden auf der Basis der bestimmten Kosten identifiziert.
- Diese und andere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei eine Ausführungsform derselben in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, ausführlich beschrieben und dargestellt ist, und wobei:
-
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist; -
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für ein Steuersystem und einen Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung ist; -
3 eine graphische Darstellung gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und -
4 bis9 schematische Flussdiagramme gemäß der vorliegenden Erfindung sind. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
- 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 Brennkraftmaschine14 , einem Getriebe10 , einem Steuersystem und einem Endantrieb, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebaut worden ist. - Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes
10 sind ausführlich in dem gemeinschaftlich übertragenenU.S. Patent Nr. 6,953,409 mit dem Titel "Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios" (Kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Hybridgetriebe mit vier festen Übersetzungsverhältnissen), dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte, kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Hybridgetriebe, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, ist in1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen10 bezeichnet. Das Getriebe10 umfasst eine Antriebswelle12 , die eine Antriebsdrehzahl NI aufweist und die bevorzugt durch die Brennkraftmaschine14 angetrieben ist. Die Maschine14 weist eine Kurbelwelle auf, die eine charakteristische Drehzahl NE besitzt und funktional mit der Getriebeantriebswelle12 verbunden ist. Wenn eine Kupplungseinrichtung (die nicht gezeigt ist) die Maschine und das Getriebe funktional verbindet, können die Maschinendrehzahl NE und das Maschinenabtriebselement TE von der Getriebeantriebsdrehzahl NI und dem Getriebeantriebsdrehmoment TI abweichen. - Das Getriebe
10 benutzt drei Planetenradsätze24 ,26 und28 und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen, d.h. Kupplungen C170 , C262 , C373 und C475 . Ein elektrohydraulisches Steuersystem42 , das bevorzugt von dem Getriebesteuermodul17 gesteuert ist, ist betreibbar, um die Betätigung und Deaktivierung der Kupplungen zu steuern. Die Kupplungen C2 und C4 umfassen bevorzugt hydraulisch betätigte rotierende Reibkupplungen. Die Kupplungen C1 und C3 umfassen bevorzugt hydraulisch betätigte feststehende Einrichtungen, die an dem Getriebegehäuse68 an Masse festgelegt sind. - Die drei Planetenradsätze
24 ,26 und28 umfassen jeweils einfache Planetenradsätze. Darüber hinaus sind der erste und zweite Planetenradsatz24 und26 darin zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement des ersten Planetenradsatzes24 mit einem äußeren Zahnradelement des zweiten Planetenradsatzes26 zusammengefügt ist und mit einem ersten Elektromotor, der einen als MG-A bezeichneten Motor/Generator56 umfasst, verbunden ist. - Die Planetenradsätze
24 und26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger36 des ersten Planetenradsatzes24 durch eine Welle60 mit dem Träger44 des zweiten Planetenradsatzes26 zusammengefügt ist. Daher sind die Träger36 und44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes24 bzw.26 zusammengefügt. Die Welle60 ist auch selektiv mit dem Träger52 des dritten Planetenradsatzes28 durch die Kupplung C262 verbunden. Der Träger52 des dritten Planetenradsatzes28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement64 verbunden, das eine Abtriebsdrehzahl NO aufweist. Ein inneres Zahnradelement des zweiten Planetenradsatzes26 ist mit einem inneren Zahnradelement des dritten Planetenradsatzes28 durch eine Hohlwelle66 verbunden, die die Welle60 umgibt, und ist mit einem zweiten Elektromotor verbunden, der einen als MG-B bezeichneten Motor/Generator72 umfasst. - Alle Planetenradsätze
24 ,26 und28 sowie MG-A56 und MG-B72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle60 . MG-A und MG-B 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 MG-A und MG-B angeordnet sind. Das Getriebeabtriebselement64 ist funktional mit einem Fahrzeugendantrieb90 verbunden, um Bewegungsdrehmoment TO an Fahrzeugräder zu liefern. Jede Kupplung ist bevorzugt hydraulisch be tätigt, wobei sie Hydraulikdruckfluid von einer Pumpe, die nachstehend beschrieben ist, über einen elektrohydraulischen Steuerkreis42 aufnimmt. - Das Getriebe
10 nimmt Antriebsdrehmoment von den Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die die Brennkraftmaschine14 und den MG-A56 und den MG-B72 umfassen und welches als 'TI', 'TA' bzw. 'TB' bezeichnet ist, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrischen Energie (ESD)74 gespeichert ist, auf. Die ESD74 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 ESD74 ist vorzugsweise auf der Basis von Faktoren bemessen, die regenerative Anforderungen, Anwendungsgegebenheiten, die mit typischer Straßensteigung und Temperatur in Beziehung stehen, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraftunterstützung und elektrischer Bereich/Reichweite umfassen. Die ESD74 ist mit dem TPIM19 über Gleichstrom-Übertragungsleiter27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Das TPIM19 ist ein Element des Steuersystems, das nachstehend anhand von2 beschrieben ist. Das TPIM19 überträgt elektrische Energie auf und von MG-A56 durch Übertragungsleiter29 , und das TPIM19 überträgt ähnlich elektrische Energie auf und von MG-B72 durch Übertragungsleiter31 . Elektrischer Strom ist auf die oder von der ESD74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD74 aufgeladen oder entladen wird. Das TPIM19 umfasst das Paar Stromumrichter und jeweilige Motorsteuermodule, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. - Bei der Motorantriebssteuerung empfängt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstrom-Getriebeleitungen und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Elektromotor, d.h. MG-A und MG-B, über Übertragungsleiter
29 und31 . Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Elektromotor über Übertragungsleiter29 und31 auf und überträgt Strom auf die Gleichstromleitungen27 . Der Netto-Gleichstrom, der zu oder von den Umrichtern geliefert wird, bestimmt den Aufladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der Speichereinrichtung für elektrische Energie74 . Bevorzugt sind MG-A56 und MG-B72 Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, die jeweils einen Rotor aufweisen, der derart betreibbar ist, dass er sich in einem an einem Gehäuse des Getriebes montierten Stator dreht. Die Umrichter umfassen bekannte komplementäre Einrichtungen mit Dreiphasen-Leistungselektronik. - 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 dienen dazu, eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Das Steuersystem dient dazu, 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 ESD74 und MG-A und MG-B56 ,72 umfassen. 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 Getriebe10 umfasst, über eine Forderung nach einem Drehmomentausgang steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbediener-Eingabeeinrichtungen für die UI13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwahleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jedes der vorstehend erwähnten Steuermodule kommuniziert mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Aktoren über einen Bus6 eines lokalen Netzes ('LAN' von Local Area Network). Der LAN-Bus6 erlaubt eine strukturierte Übermittlung 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 Mehrfach-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 ECM23 , des TCM17 , des TPIM19 und des BPCM21 zu koordinieren. Auf der Basis von verschiedenen Eingangssignalen von der UI13 und dem Antriebsstrang, der das Batteriepaket umfasst, erzeugt das HCP5 verschiedene Befehle, die umfassen: eine Bedienerdrehmomentforderung ('To_REQ'), die an den Endabtrieb90 ausgegeben wird, das Antriebsdrehmoment TI, das von der Maschine ausgeht, das Kupplungsdrehmoment ('TCL_N') für die N verschiedenen Drehmomentübertragungskupplungen C1, C2, C3, C4 des Getriebes10 ; und Motordrehmomente TA und TB für MG-A und MG-B. Das TCM17 ist funktional mit dem elektrohydraulischen Steuerkreis42 verbunden, wobei eingeschlossen ist, dass verschiedene Druckerfassungseinrichtungen (die nicht gezeigt sind) überwacht werden und Steuersignale für verschiedene Solenoide erzeugt und ausgeführt werden, um darin enthaltene Druckschalter und Steuerventile zu steuern. - Das ECM
23 ist funktional mit der Maschine14 verbunden und arbeitet, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine14 über mehrere diskrete Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammelleitung35 gezeigt sind. Das ECM23 empfängt den Maschinendrehmomentbefehl von dem HCP5 und erzeugt ein Soll-Achsdrehmoment und eine Angabe des Ist-Antriebsdrehmoments TI für das Getriebe, 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 für Welle12 , die sich zu der Getriebeantriebsdrehzahl NI umsetzen, 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 funktional mit dem Getriebe10 verbunden und arbeitet, 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 N Kupp lungen C1, C2, C3 und C4 und eine Getriebeabtriebsdrehzahl NO der Welle64 . Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Information von dem TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern. Das TCM17 überwacht Eingänge von Druckschaltern und betätigt selektiv Drucksteuersolenoide und Schaltsolenoide, um verschiedene Kupplungen zu betätigen und somit verschiedene Getriebebetriebsmodi zu erreichen, wie es nachstehend beschrieben ist. - Das BPCM
21 ist signaltechnisch mit einem oder mehreren Sensoren verbunden, die dazu dienen, elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD74 zu überwachen und somit Information über den Zustand der Batterien an das HCP5 zu liefern. Derartige Information umfasst den Batterieladezustand, die Batteriespannung und die verfügbare Batterieleistung, die als ein Bereich PBAT_MIN bis PBAT_MAX bezeichnet sind. - Das TPIM
19 umfasst die zuvor erwähnten Stromumrichter und Motorsteuermodule, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM19 ist betreibbar, um die Drehmomentbefehle für MG-A56 und MG-B72 , d.h. TA und TB, auf der Basis eines Eingangs von dem HCP5 zu erzeugen, das durch eine Bedienereingabe durch die UI13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die Motordrehmomentbefehle für MG-A und MG-B werden durch das Steuersystem implementiert, das das TPIM19 umfasst, um MG-A und MG-B zu steuern. Einzelne Motordrehzahlsignale für MG-A und MG-B werden von dem TPIM19 aus der Motorphaseninformation oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen an das HCP5 . Die Speichereinrichtung für elektrische Energie74 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. - Jedes der vorstehend erwähnten Steuermodule ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen 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 Digital/Analog-(D/A)-Schaltung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Vorrichtungen (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung umfasst. Jedes Steuermodul weist einen Satz Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers zu erfüllen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird bevorzugt 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 dienen dazu, Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierwerte 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 Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
- Das beispielhafte, kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Getriebe (two-mode, compound-split, electro-mechanical transmission) arbeitet in mehreren Betriebsmodi mit fester Übersetzung und stufenlos verstellbaren Betriebsmodi, wie es anhand von
1 und Tabelle 1 unten beschrieben ist. Tabelle 1Getriebebetriebsbereichszustand betätigte Kupplungen Modus I – Maschine aus (M1_Eng_Off) C1 70 Modus I – Maschine ein (M1_Eng_On) C1 70 Festes Verhältnis 1 (GR1) C1 70 C4 75 Festes Verhältnis 2 (GR2) C1 70 C2 62 Modus II – Maschine aus (M2_Eng_Off) C2 62 Modus II – Maschine ein (M2_Eng_On) C2 62 Festes Verhältnis 3 (GR3) C2 62 C4 75 Festes Verhältnis 4 (GR4) C2 62 C3 73 - Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsbereichszustände geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 für jeden der Betriebsbereichszustände eingerückt oder betätigt sind.
- Zusätzlich können MG-A und MG-B in verschiedenen Getriebebetriebsbereichszuständen jeweils als Elektromotoren arbeiten, um Bewegungsdrehmoment zu erzeugen, oder als Generator, um elektrische Energie zu erzeugen. Ein erster Modus, d.h. Modus I, wird gewählt, wenn die Kupplung C1
70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement des dritten Planetenradsatzes28 "an Masse festzulegen". Die Maschine14 kann entweder ein oder aus sein. Ein zweiter Modus, d.h. Modus II, wird gewählt, wenn die Kupplung C170 gelöst wird und die Kupplung C262 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle60 mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes28 zu verbinden. Wieder kann die Maschine14 entweder ein oder aus sein. Zu Zwecken der Beschreibung ist „Maschine aus" dadurch definiert, dass die Maschinenantriebsdrehzahl NE gleich null Umdrehungen pro Minute (RPM oder U/min) ist, d.h. die Maschinenkurbelwelle nicht rotiert. Andere Faktoren außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beeinflussen, wann die Elektromotoren56 ,72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht besprochen. - Das Steuersystem, das vorwiegend in
2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen an Welle64 von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes Betriebsbereichszustands bereitzustellen. Die Kombination von zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Bereichszustand lässt zu, dass das Getriebe10 ein Fahrzeug von einer stehenden Bedingung aus bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben kann und verschiedene andere Erfordernisse 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 Betriebsmodus 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 Elektromotoren56 und72 gesteuert werden, was als ein stufenlos verstellbarer Getriebemodus bezeichnet werden kann. Nachstehend werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, bei denen feste Übersetzungsverhältnisse erreicht werden, indem eine zusätzliche Kupplung angewandt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C373 oder C475 sein, wie es in der Tabelle oben gezeigt ist. - Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird, wird ein Betrieb mit festem Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. NI/NO, erreicht. Die Rotationen der Motoren MG-A und MG-B
56 ,72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie durch das Kuppeln definiert und proportional zu der Antriebsdrehzahl, die an der Welle12 gemessen wird. Die Motoren MG-A und MG-B arbeiten 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 arbeiten oder irgendeine Kombination davon. Dies lässt zu, dass beispielsweise während des Betriebs Festes Verhältnis 1 Bewegungsausgangsleistung von dem Getriebe an Welle64 durch Leistung von der Maschine und Leistung von MG-A und MG-B durch den Planetenradsatz28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der ESD74 aufgenommen wird. - In
3 sind verschiedene Getriebebetriebsmodi als Funktion der Getriebeabtriebsdrehzahl NO und der Getriebeantriebsdrehzahl NI für das beispielhafte in den1 und2 gezeigte Antriebsstrangsteuersystem aufgetragen. Der Betrieb Festes Verhältnis ist als einzelne Linien für jedes der spezifischen Übersetzungsverhältnisse GR1, GR2, GR3 und GR4 gezeigt, wie es anhand von Tabelle 1 oben beschrieben ist. Der Betrieb im stufenlos verstellbaren Modus ist als Betriebsbereiche für jeden von Modus I und Modus II gezeigt. Der Getriebebetriebsbereichszustand wird zwischen einem Betrieb Festes Verhältnis und einem Betrieb im stufenlos verstellbaren Modus umgeschaltet, indem spezifische Kupplungen aktiviert oder deaktiviert werden. Das Steuersystem ist betreibbar, um einen spezifischen Getriebebetriebsmodus auf der Basis von verschiedenen Kriterien unter Verwendung von Algorithmen und Kalibrierwerten zu bestimmen, die von dem Steuersystem abgearbeitet werden, und liegt außerhalb des Umfangs dieser Erfindung. Die Auswahl des Betriebsbereichszustands des Getriebes hängt vorwiegend von der Bedienerdrehmomentforderung TO_REQ und der Fähigkeit des Antriebsstrangs, dieser Abtriebsdrehmomentforderung nachzukommen, ab. - Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und wieder auf
3 umfasst der Niederbereichsbetriebszustand eine selektive Betätigung der Kupplungen C1, C2 und C4, wobei der Betrieb in irgendeinem von dem stufenlos verstellbaren Modus I und den festen Übersetzungen oder Gängen GR1, GR2 und GR3 ermöglicht wird. Der Hochbereichsbetriebszustand umfasst eine selektive Betätigung der Kupplungen C2, C3 und C4, wobei der Betrieb in irgendeinem von dem stufenlos verstellbaren Modus II und den festen Übersetzungen oder Gängen GR3 und GR4 ermöglicht wird. Die Bereiche des stufenlos verstellbaren Betrieb für Modus I und Modus II können sich überlappen. - In Ansprechen auf eine Handlung des Bedieners, wie sie durch die UI
13 erfasst wird, bestimmen das Aufsicht führende HCP-Steuermodul5 und eines oder mehrere der anderen Steuermodule eine Bedienerdrehmomentforderung TO_REQ an Welle64 . Selektiv betriebene Komponenten des Getriebes10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf die Bedieneranforderung zu reagieren. Wenn der Bediener beispielsweise in der in den1 und2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, bestimmt das HCP5 ein Abtriebsdrehmoment, 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. Der Betriebsmodus wird für das beispielhafte Getriebe auf der Basis eine Vielfalt von Betriebseigenschaften des Antriebsstrangs bestimmt. Dies umfasst eine Anforderung für eine Bedieneranforderung von Drehmoment, die typischerweise durch Eingänge in die UI
13 übermittelt wird, wie es zuvor beschrieben wurde. Zusätzlich basiert eine Anforderung für Abtriebsdrehmoment auf äußeren Bedingungen, die z.B. Straßensteigung, Straßenoberflächenbedingungen oder Windlast umfassen. Der Betriebsmodus kann auf einer Antriebsstrangdrehmomentanforderung basieren, die von einem Steuermodulbefehl verursacht wird, um die Elektromotoren in einem elektrische Energie erzeugenden Modus oder in einem Drehmoment erzeugenden Modus zu betreiben. Der Betriebsmodus kann durch einen Optimierungsalgorithmus oder eine Optimierungsroutine, die dazu dienen, einen optimalen Systemwirkungsgrad zu bestimmen, auf der Basis einer Bedieneranforderung nach Leistung, dem Batterieladezustand und Energiewirkungsgraden der Maschine14 und von MG-A und MG-B56 ,72 , bestimmt werden. Das Steuersystem verwaltet Drehmomenteingänge von der Maschine14 und MG-A und MG-B56 ,72 auf der Basis eines Erfolgs der ausgeführten Optimierungsroutine, und es erfolgt eine Systemoptimierung, um Systemwirkungsgrade zu optimieren und somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und das Laden der Batterie zu verwalten. Darüber hinaus kann der Betrieb auf der Basis eines Fehlers in einem Bauteil oder System bestimmt werden. Das HCP5 überwacht die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungseinrichtungen und bestimmt den Ausgang des Getriebes, der erforderlich ist, um zu dem Soll-Abtriebsdrehmoment zu gelangen, wie es nachstehend beschrieben wird. Unter der Anweisung des HCP5 arbeitet das Getriebe10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um der Bedieneranforderung zu entsprechen. - Anhand der
4 bis8 wird nun das Steuern eines Betriebs eines Hybridantriebsstrangs mit Bezugnahme auf den in den1 ,2 und3 beschriebenen beispielhaften Antriebsstrang beschrieben. Insbesondere nach4 umfassen das hierin beschriebene Verfahren und System einen Aspekt einer strategischen Steueroptimierung (Block110 ), wobei ein bevorzugter oder Soll-Betriebsbereichszustand (Op_RangeDES) vorwiegend auf der Basis der Abtriebsdrehzahl NO der Welle64 und der Bedienerdrehmomentforderung TO_REQ ausgewählt wird. Der Ausgang der strategischen Steuerung umfasst den bevorzugten oder Soll-Betriebsbereichszustand ('Op_RangeDES') und die Soll-Antriebsdrehzahl ('NI_DES'), die alle in einen Schaltausführungssteuerblock120 eingegeben werden. Andere Aspekte der Gesamtarchitektur für eine strategische Optimierung und Steuerung des beispielhaften Antriebsstrangs sind in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer _/_,_ (Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-308478-PTH-CD) mit dem Titel CONTROL ARCHITECTURE FOR OPTIMIZATION AND CONTROL OF A HYBRID POWERTRAIN SYSTEM (Steuerarchitektur zur Optimierung und Steuerung eines Hybridantriebsstrangsystems), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mitaufgenommen ist und die hierin nicht beschrieben werden muss, beschrieben. - Weitere Details sind in der gemeinschaftlich übertragenen, ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer _/_,_ (Aktenzeichen des Anwalts GP-308470-PTH-CD) mit dem Titel CONTROL ARCHITECTURE FOR SELECTION OF OPTIMAL MODE OR GEAR AND INPUT SPEED FOR A HYBRID POWERTRAIN SYSTEM (Steuerarchitektur zur Auswahl eines optimalen Modus oder einer optimalen Übersetzung und Antriebsdrehzahl für ein Hybridantriebsstrangsystem), das hierin durch Bezugnahme vollständig mitaufgenommen ist, zu finden. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, die als ein oder mehrere Algorithmen in den Steuermodulen der verteilten Steuermodularchitektur ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst, dass ein Ausgang des Getriebes, typischerweise NO, die Bedienerdrehmomentforderung TO_REQ an Welle
64 und die verfügbare Batterieleistung PBAT_MIN und PBAT_MAX überwacht werden. Es wird zumindest ein erlaubter Betriebsbereichszustand, der anhand von Tabelle 1 beschrieben ist, identifiziert. Es wird ein Drehmomentbereich für jeden der erlaubten Bereichszustände bestimmt. Die Kosten für einen Betrieb in jedem der bestimmten Drehmomentbereiche werden berechnet, und einer der bestimmten Drehmomentbereiche wird als ein bevorzugter Betriebsbereichszustand auf der Basis der berechneten Kosten für jeden bestimmten Drehmomentbereich ausgewählt. Der Antriebsstrang wird danach auf den bevorzugten Betriebsbereichszustand gesteuert. - Nach
5 gibt nun ein Funktionsblockdiagramm detailliert den Block der strategischen Steuerung110 von4 an und zeigt Eingänge NO und TO_REQ in ein strategisches Managementeinrichtungssegment220 , das Ausgänge für ein Systemrandbedingungssegment240 und ein Optimierungssegment260 aufweist. Der Ausgang des Systemrandbedingungssegments240 wird in das Optimierungssegment260 eingegeben. Die Ausgänge des Optimierungssegments260 werden in ein Schaltstabilisierungs- und Arbitrierungssegment280 eingegeben, das einen Ausgang aufweist, der den bevorzugten Betriebsbereichszustand OP_RANGEDES und die Soll-Antriebsdrehzahl NI_DES umfasst. - Nach
6 umfasst nun das strategische Managementeinrichtungssegment220 Bedienereingaben, typischerweise Drehmomentforderungen und andere Eingänge durch die UI13 , Kostenstrukturinformation, die nachstehend beschrieben wird, und rohe strategische Eingänge, die rohe Parametersignale umfassen, die mit den Hybridantriebsstrangbetriebsbedingungen in Beziehung stehen, einschließlich jene, die mit der ESD74 in Beziehung stehen. Ausgänge von dem strategischen Managementeinrichtungssegment220 umfassen Kostenstrukturinformation (COST) und strategische Eingänge, die die Getriebeabtriebsdrehzahl NO, den Bereich der verfügbaren Batterieleistung PBAT_MIN und PBAT_MAX und die Bedienerdrehmomentforderung TO_REQ einschließen. - Nun wird anhand von
7 das strategische Systemrandbedingungssegment240 detailliert beschrieben. Die Abtriebsdrehzahl NO wird in das strategische Drehzahlrandbedingungssegment230 eingegeben. Das Drehzahlrandbedingungssegment230 bestimmt maximale und minimale Antriebsdrehzahlen für einen Betrieb in jedem stufenlos verstellbaren Modus, d.h. NI_MIN_M1, NI_MAX_M1, NI_MIN_M2 und NI_MAX_M2, um zu bestimmen, welche der Hybridbetriebsbereichszustände, d.h. GR1, GR2, GR3, GR4, M1_Eng_Off, M1_Eng_On, M2_Eng_Off und M2_Eng_On und auf der Basis der gegenwärtigen Betriebsrandbedingungen, speziell die Abtriebsdrehzahl NO, erlaubt sind. Es gibt drei Ausgangsstrecken242 ,244 ,246 von dem Segment240 , die dem Optimierungssegment260 Eingänge zuführen. Die Ausgangsstrecke244 liefert relevante Systemrandbedingungsinformation, die einen Bereich von Drehmomentwerten in der Form von minimalen und maximalen Motordrehmomenten für MG-A (TA_MIN, TA_MAX) und minimalen und maximalen Antriebsdrehmomenten (TI_MIN, TI_MAX) für jeden der Betriebsabläufe mit fester Übersetzung, d.h. GR1, GR2, GR3, GR4 umfasst. Diese Information wird an jedes der Segmente270 ,272 ,274 und276 von Segment260 übermittelt. - Anhand von
8 wird nun das strategische Optimierungssegment260 beschrieben. Die zulässigen Hybridbetriebsbereichszustände, die von Segment240 an das strategische Optimierungssegment260 ausgegeben werden, werden dazu verwendet, zu identifizieren, welche der Optimierungssegmente262 ,264 ,266 ,268 ,270 ,272 ,274 und276 auszuführen sind. Die Segmente262 ,264 ,268 ,270 ,272 ,274 und276 umfassen jeweils Optimierungssegmente, wobei optimale Betriebskosten (PCOST) für jeden der zulässigen Betriebsbereichszustände auf der Basis der zuvor beschriebenen Eingaben bestimmt werden, einschließlich des zuvor beschriebenen Drehmomentwertebereichs und der Kosten, die mit Fahreigenschaften, Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen und Batterielebensdauer in Beziehung stehen. Die optimalen Betriebskosten umfassen vorzugsweise minimale Betriebskosten bei einem Antriebsstrangbetriebspunkt innerhalb des Bereichs von erzielbaren Drehmomentwerten für jeden Betriebsbereichszustand. - Anhand von
9 wird nun ein Verfahren zum Bestimmen bevorzugter Betriebsbedingungen zum Betreiben des beispielhaften Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand in einem Modus mit fester Übersetzung, d.h. irgendeinem von GR1, GR2, GR3 und GR4, beschrieben. Der Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomentwerten für das Getriebe und den Endantrieb, der minimale und maximale Antriebsdrehmomente TI_MIN und TI_MAX und minimale und maximale Motordrehmomente, die von MG-A ausgegeben werden, d.h. TA_MIN und TA_MAX umfasst, wird von Segment244 in Segment360 für jeden der Blöcke270 ,272 ,274 und276 eingegeben. Segment360 umfasst eine zweidimensionale Suchmaschine ("2D-Suchmaschine"), die iterativ Parameterwerte für das Getriebeantriebsdrehmoment und MG-A-Drehmoment [TI, TA]j zur Ausführung in einer iterativen Schleife366 erzeugt. Der Index "j" bezieht sich auf eine spezifische Iteration und liegt in einem Wertebereich von 1 bis n. Die Menge an Iterationen n kann durch irgendeines von einer Anzahl von Verfahren entweder innerhalb der Suchmaschine oder als Teil des Gesamtverfahrens erzeugt werden. Es ist zu verstehen, dass das Verfahren alternativ als Eingänge den Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomentwerten in das Getriebe und den Endantrieb verwenden kann, der minimale und maximale Antriebsdrehmomente TI_MIN und TI_MAX und minimale und maximale Motordrehmomente, die von MG-B ausgegeben werden, d.h. TB_MIN und TB_MAX verwenden kann, die von Segment244 in Segment360 für jeden der Blöcke270 ,272 274 und276 eingegeben werden. - Die Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und MG-A-Drehmoment [TI, TA]j werden in eine Systemgleichung
362 eingegeben, aus der ein Parameterwert für das Motordrehmoment TB bestimmt wird. Die Motordrehmomente TA und TB und das Antriebsdrehmoment TI werden in eine Kostenfunktion364 eingegeben, die Kosten (PCOST)j zum Betreiben des beispielhaften Antriebsstrangs, um das spezifische Parameterantriebsdrehmoment und Motordrehmoment von Iterationsschritt j zu erreichen, berechnet. Die während jeder Iteration bestimmten Kosten werden in der Suchmaschine360 abhängig von Besonderheiten der Suchmaschine360 zurückgegeben, erfasst oder analysiert. Die Suchmaschine360 bewertet Parameterwerte für die Kosten (PCOST)j iterativ und identifiziert bevorzugte Kosten, die in dieser Ausführungsform minimale Kosten für alle iterativ berechneten Parameterwerte umfassen. Die bevorzugten Kosten und entsprechende Werte für das Antriebsdrehmoment und MG-A-Drehmoment [TI, TA, PCOST]PREF werden an Block280 von jedem der Blöcke270 ,272 ,274 und276 ausgegeben und umfassen bevorzugte Kosten für jedes der festen Übersetzungsverhältnisse. - Das Verfahren umfasst, dass der Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten TI_MAX bis TI_MIN und Motordrehmomenten TA_MIN und TA_MAX be stimmt wird. Die zulässigen Antriebsdrehmomente umfassen praktische Randbedingungen, die zu der spezifischen Maschinenausführungsform gehören, und beruhen auf Betriebseigenschaften der spezifischen verwendeten Maschine. Die zulässigen Motordrehmomente umfassen anwendungsspezifische Grenzen, die mit der Elektromotorkonstruktion und der verfügbaren Batterieleistung in Beziehung stehen. Die zulässigen Antriebsdrehmomente und Motordrehmomente für MG-A werden bevorzugt durch Leitung
244 für jede der Übersetzungen GR1, GR2, GR3, GR4 in Segment360 eingegeben, das ein Element von jedem der Segmente270 ,272 ,274 ,276 umfasst, und umfassen einen Ausgang von Segment240 , wie es oben beschrieben ist. - Die Bereiche von zulässigen Antriebsdrehmomenten TI_MIN und TI_MAX und zulässigen MG-A-Drehmomenten TA_MIN und TA_MAX umfassen Grenzbedingungen, die in die zweidimensionale Suchmaschine
360 eingegeben werden, die eine iterative Suchschleife366 umfasst. Die zweidimensionale Suchmaschine umfasst irgendeines von mehreren bekannten Verfahren, die als ein Algorithmus in einem der Steuermodule ausgeführt werden, der dazu dient, Parameterwerte für TI und TA innerhalb der Bereiche von zulässigen Werten zu erzeugen, die Parameterwerte [TI, TA, TB]j an die Iterationsschleife366 auszugeben, um korrelierte Kosten (PCOST)j zu bestimmen, und das Ergebnis, d.h. [PCOST]j in der Suchmaschine360 zu bewerten. Die Suchmaschine bestimmt ein bevorzugtes Ergebnis, d.h. [TI, TA, PCOST]PREF, indem das Ergebnis von jeder Iteration mit einem zuvor bestimmten Ergebnis verglichen wird. Wenn das bevorzugte Ergebnis einen Minimalwert für die korrelierten Kosten umfasst, wählt die Maschine360 den kleineren Wert des Ergebnisses und des zuvor bestimmten Ergebnisses aus und erfasst und speichert ihn. Wenn die Suchmaschine die Suche über einen Bereich von Parameterwerten für TI und TA ausgeführt hat, umfasst das abschließende erfasste Ergebnis das bevorzugte Ergebnis [TI, TA, PCOST]PREF, das dann an Block280 ausgegeben wird. - Die zweidimensionale Suchmaschine
360 kann irgendeine von mehreren bekannten Suchmaschinen umfassen, die dazu dienen, Parameterwerte für TI und TA innerhalb der Bereiche von zulässigen Werten dafür zu erzeugen. Beispielsweise erzeugt eine derartige Suchmaschine iterativ Kombinationen von Eingängen über den gesamten Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten TI_MIN bis TI_MAX und über den gesamten Bereich von zulässigen MG-A-Drehmomenten TA_MIN bis TA_MAX. Beispielsweise umfasst eine andere Suchmaschine, die als ein direktes Suchverfahren bezeichnet wird, einen heuristischen Abtastsuchprozess, bei dem Parameterwerte für TI und TA zur Eingabe in die Systemgleichung bestimmt werden (Block362 ). Das zweidimensionale direkte Suchverfahren umfasst ein bekanntes Verfahren zum Lösen von Optimierungsproblemen, das keine Information über den Gradienten der Zielfunktion erfordert, und ist auf ein Verfahren anwendbar, bei dem es zwei oder mehr Freiheitsgrade gibt, die in dieser Ausführungsform unabhängige Variablen TI und TA umfassen. Das direkte Suchverfahren umfasst einen Algorithmus, der einen Satz von Punkten um den ersten oder gegenwärtigen Parameterwert herum sucht, wobei nach dem Wert der Zielfunktion, d.h. dem Ausgang der Kostenfunktion, der niedriger als der Wert an dem gegenwärtigen Punkt sein soll, gesucht wird. Ungeachtet der benutzten Suchmaschine befindet sie sich als ein Algorithmus in einem der Steuermodule zur Ausführung während des fortwährenden Betriebes des Fahrzeugs. - Die Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und MG-A-Drehmoment werden in die Systemgleichung
362 eingegeben, aus welcher ein Parameterwert für das Motordrehmoment TB bestimmt wird. Wenn das beispielhafte Getriebe in einem der Betriebsbereichszustände mit fester Überset zung betrieben wird, ist die Drehzahlbeziehung zwischen MG-A, MG-B, dem Maschinenantrieb NI und dem Getriebeabtrieb NO wie in Gleichung 1 unten definiert: wobei NI die Antriebsdrehzahl von der Maschine14 umfasst, NO die Getriebeabtriebsdrehzahl ist, NA und NB die Betriebsdrehzahlen für MG-A56 und MG-B72 sind, und b11, b21 und b31 bekannte skalare Werte sind, die für die besondere Anwendung bestimmt werden. Wenn in dieser Anwendung die Getriebeabtriebsdrehzahl NO bekannt ist, können NI für die Maschine14 und NA und NB bestimmt werden. Die Drehmomentbeziehung zwischen MG-A und MG-B ist wie in Gleichung 2 unten definiert: wobei TI das Antriebsdrehmoment von der Maschine14 ist, TO das Getriebeabtriebsdrehmoment, d.h. das geforderte Abtriebsdrehmoment TO_REQ, ist, TA und TB die Betriebsdrehmomente für MG-A56 und MG-B72 sind, NI eine auf die Zeit bezogene Änderung der Antriebsdrehzahl der Maschine14 dargestellt, und d11, d12, d13, d14 bekannte skalare Werte sind, die für die spezifische Anwendung bestimmt werden. Wenn in dieser Anwendung das Getriebeabtriebsdrehmoment TO bekannt ist, gibt es zwei Freiheitsgrade, d.h. TI und TA, durch die TB bestimmt werden kann. Die Sys temgleichung362 , die aus den Gleichungen 1 und 2 abgeleitet wird, ist wie in Gleichung 3 folgt: wobei a11, a12, a13 und b1 bekannte skalare Werte sind, die für die spezifische Anwendung bestimmt werden. - Der iterative Suchprozess umfasst vorzugsweise, dass Parameterwerte für TI und TA ausgewählt werden, die in einen Algorithmus eingegeben werden, der die Systemgleichung umfasst, die als Gleichung 3 oben gezeigt ist (Block
362 ), um einen Ausgang zu erzeugen, der einen entsprechenden Parameterwert für das Motordrehmoment TB umfasst. - Die ausgewählten Parameterwerte für TI und TA und der berechnete Parameterwert für das Motordrehmoment TB, der von Gleichung 3 ausgegeben wird, werden alle in die Kostenfunktion eingegeben (Block
364 ), um Kosten PCOST zu berechnen, die zu den ausgewählten Parameterwerten für TI und TA gehören. Die Kosten PCOST und TI und TA [TI, TA, PCOST]j werden zurück durch die Suchschleife in Segment360 eingegeben, das das zweidimensionale Suchverfahren iterativ über den Bereich von zulässigem Antriebsdrehmoment TI und Motordrehmoment TA ausführt, um auf einen bevorzugten oder optimalen Wert für die Kosten (PCOST)PREF zu konvergieren. Der Optimalwert für die Kosten PCOST ist in dieser Ausführungsform bevorzugt ein Minimalkostenwert. - Die in der Kostenfunktion
364 verwendete Kosteninformation umfasst vorzugsweise Betriebskosten, die allgemein auf der Basis von Faktoren bestimmt werden, die mit den Fahreigenschaften des Fahrzeugs, der Kraft stoffwirtschaftlichkeit, den Emissionen und der Batterielebensdauer für den bestimmten Drehmomentbereich in Beziehung stehen. Darüber hinaus werden Kosten dem Kraftstoff- und elektrischen Energieverbrauch, welcher zu einem spezifischen Betriebspunkt des Antriebsstrangsystems für das Fahrzeug gehört, zugewiesen und zugeordnet. Niedrigere Betriebskosten gehören im Allgemeinen zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch bei hohen Umwandlungswirkungsgraden, niedrigerer Batterieleistungsnutzung und niedrigeren Emissionen für einen Betriebspunkt und berücksichtigen einen gegenwärtigen Betriebsbereichszustand des Antriebsstrangsystems. Die optimalen Betriebskosten (PCOST) können bestimmt werden, indem ein Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet wird, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, wie sie dem Steuern des Batterieladezustandes zugeordnet werden kann. Der Gesamtsystemleistungsverlust umfasst einen Ausdruck auf der Basis eines Maschinenleistungsverlustes, der durch Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Abgasemissionen angetrieben ist, plus Verlusten in dem mechanischen System (z.B. Zahnräder, Pumpen, Riemen, Riemenscheiben, Ventile, Ketten), Verlusten in dem elektrischen System (z.B. Drahtimpedanzen und Schalt- und Solenoidverluste), und Wärmeverlusten. Andere Verluste umfassen Elektromotorleistungsverluste und interne Batterieleistungsverluste. Es können auch andere Faktoren berücksichtigt werden, die mit der Batterielebensdauer in Beziehung stehende Faktoren aufgrund einer Tiefentladung der ESD74 , gegenwärtigen Umgebungstemperaturen und deren Auswirkung auf den Ladezustand der Batterie einschließen. Die Betriebskosten werden bevorzugt in Bezug auf spezifische Antriebsstrang/Fahrzeuganwendungen während der Vorproduktionskalibrierung des Fahrzeugs entwickelt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen von Maschinenleistungsverlusten ist in der gemeinschaftlich übertragenen U.S. Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005/0256633 A2 mit dem Titel COST STRUCTURE METHOD INCLUDING FUEL ECONOMY AND ENGINE EMISSION CONSIDERATIONS (Kostenstrukturverfahren, das Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Maschinenemissionserwägungen einschließt), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist, beschrieben. - Es ist zu verstehen, dass Abwandlungen in den Bauteilen innerhalb des Umfangs der Erfindung zulässig sind. Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben worden. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Alle derartigen Abwandlungen und Abänderungen, insofern sie in den Schutzumfang der Erfindung gelangen, sollen miteingeschlossen sein.
Claims (20)
- Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe aufweist, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten und ein Bereich von zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor bestimmt werden; eine Vielzahl von Kosten bestimmt wird; und ein bevorzugtes Antriebsdrehmoment und ein bevorzugtes Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor auf der Basis der Vielzahl von Kosten identifiziert werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten und der Bereich von zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor auf der Basis einer Abtriebsdrehzahl des Getriebes und einer Bedienerdrehmomentforderung bestimmt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass ein Soll-Betriebsbereichszustand und eine Soll-Antriebsdrehzahl auf der Basis des bevorzugten Antriebsdrehmoments und des bevorzugten Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor bestimmt werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Vielzahl von Kosten ferner umfasst, dass: iterativ Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und für das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor ausgewählt werden; ein Motordrehmoment von dem zweiten Elektromotor auf der Basis der ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor bestimmt wird; und Kosten für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und die Motordrehmomente von dem ersten und zweiten Elektromotor berechnet werden.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei das iterative Auswählen von Parameterwerten für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor umfasst, dass: eine zweidimensionale Suchmaschine agewendet wird, um Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor innerhalb von Bereichen zulässiger Antriebsdrehmomente und Motordrehmomente zu erzeugen.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bestimmen eines Motordrehmoments von dem zweiten Elektromotor umfasst, dass eine Systemgleichung auf der Basis des ausgewählten Parameterwerts für das Antriebsdrehmoment und des ausgewählten Parameterwerts für das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor angewendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, wobei die jeweiligen Kosten auf der Basis des Maschinenkraftstoffverbrauchs und von elektrischen Batterieleistungskosten, die zu dem Antriebsdrehmoment und den Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor gehören, berechnet werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments und eines bevorzugten Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor auf der Basis der Vielzahl von Kosten umfasst, dass Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und die Elektromotordrehmomente für den ersten und zweiten Elektromotor, die minimale Kosten aufwenden, identifiziert werden.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich von zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor auf der Basis der verfügbaren Batterieleistung bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das elektromechanische Getriebe des Antriebsstrangs in einem Modus mit fester Übersetzung betrieben wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass der Antriebsstrang selektiv in einem von vier Modi mit fester Übersetzung betrieben wird.
- Verfahren zum Identifizieren bevorzugter Betriebsbedingungen zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand mit fester Übersetzung, um eine Bedienerdrehmomentforderung zu erreichen, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten und ein Bereich von zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor bestimmt werden; eine Vielzahl von Kosten bestimmt wird, wobei die jeweiligen Kosten auf ausgewählten zulässigen Antriebsdrehmomenten und ausgewählten zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor beruhen; und ein bevorzugtes Antriebsdrehmoment und ein bevorzugtes Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor auf der Basis der Vielzahl von Kosten identifiziert werden.
- Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Bestimmen der Vielzahl von Kosten ferner umfasst, dass: iterativ Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und für das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor ausgewählt werden; ein Motordrehmoment von dem zweiten Elektromotor auf der Basis der ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor bestimmt wird; und Kosten für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und Motordrehmomente von den Elektromotoren bestimmt werden.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei das iterative Auswählen von Parameterwerten für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor umfasst, dass: eine zweidimensionale Suchmaschine angewendet wird, um Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor in Bereichen von zulässigen Antriebsdrehmomenten und Motordrehmomenten zu erzeugen.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei die jeweiligen Kosten auf der Basis des Maschinenkraftstoffverbrauchs und von elektrischen Batterieleistungskosten, die zu dem Antriebsdrehmoment und den Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor gehören, bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments und eines bevorzugten Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor auf der Basis der Vielzahl von Kosten umfasst, dass ein Antriebsdrehmoment und Elektromotordrehmomente für den ersten und zweiten Elektromotor, die minimale Kosten aufwenden, identifiziert werden.
- Erzeugnis mit einem Speichermedium mit einem darin eincodierten Computerprogramm zum Bewirken eines Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand eines Modus mit fester Übersetzung, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, um einer Abtriebs drehmomentforderung nachzukommen, wobei das Programm umfasst: Code zum Bestimmen eines Bereichs von zulässigen Antriebsdrehmomenten und eines Bereichs von zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor; Code zum Bestimmen einer Vielzahl von Kosten; und Code zum Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments und eines bevorzugten Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor auf der Basis der Vielzahl von Kosten.
- Erzeugnis nach Anspruch 17, wobei der Code zum Bestimmen der Vielzahl von Kosten ferner umfasst: Code zum iterativen Auswählen von Parameterwerten für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor; Code zum Bestimmen eines Motordrehmoments von dem zweiten Elektromotor auf der Basis der ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor; und Code zum Berechnen von Kosten für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und die Motordrehmomente von den Elektromotoren.
- Vorrichtung, umfassend: eine verteilte Steuermodularchitektur, umfassend: mehrere Steuermodule, die funktional mit einem Antriebsstrang verbunden sind, der eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, wobei das Getriebe selektiv in einem der mehreren Betriebsbereichszustände mit fester Übersetzung durch selektive Betätigung mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen betreibbar ist; wobei die Steuermodule eingerichtet sind, eine Vielzahl von darin enthaltenen Algorithmen auszuführen, um das folgende zu bewirken, umfassend: Code zum Bestimmen eines Bereichs von zulässigen Antriebsdrehmomenten und eines Bereichs von zulässigen Motordrehmomenten von dem ersten Elektromotor; Code zum Bestimmen einer Vielzahl von Kosten; und Code zum Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments und eines bevorzugten Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor auf der Basis der Vielzahl von Kosten.
- Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Code zum Bestimmen der Vielzahl von Kosten ferner umfasst: Code zum iterativen Auswählen von Parameterwerten für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor; Code zum Bestimmen eines Motordrehmoments von dem zweiten Elektromotor auf der Basis der ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor; und Code zum Bestimmen von Kosten für jeden der iterativ ausgewählten Parameterwerte für das Antriebsdrehmoment und das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor und das Motordrehmoment von dem zweiten Elektromotor, das daraus bestimmt wird.
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