DE102008046280A1

DE102008046280A1 - Steuerarchitektur und -verfahren für die eindimensionale Optimierung des Antriebsdrehmoments und des Motordrehmoments in einem festen Gang für ein Hybridantriebsstrangsystem

Info

Publication number: DE102008046280A1
Application number: DE102008046280A
Authority: DE
Inventors: Anthony H. Ann Arbor Heap
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-11
Filing date: 2008-09-08
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: US20090069148A1; CN101386259A; DE102008046280B4; US7988591B2; CN101386259B

Abstract

Es wird ein Steuersystem für ein Antriebsstrangsystem geschaffen, das ein elektromechanisches Getriebe enthält, das in mehreren Festgangmodi und stufenlosen Modi betreibbar ist. Das Steuersystem ist so ausgelegt, dass es bevorzugte Betriebsbedingungen zum Betreiben des Antriebsstrangs in einem Festgang-Betriebsbereichszustand identifiziert. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente. Die Zustände für das Antriebsdrehmoment werden iterativ ausgewählt und ein von dem ersten Elektromotor/-generator ausgegebenes Motordrehmoment wird auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment optimiert. Auf der Grundlage der optimierten Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator wird eine Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator bestimmt. Für jeden der iterativ ausgewählten Zustände für das Antriebsdrehmoment und für die Motordrehmomente von dem ersten und von dem zweiten Elektromotor/-generator werden Kosten berechnet. Auf der Grundlage der mehreren Kosten wird ein bevorzugter Betriebsbereich identifiziert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteme für Antriebsstrangsteuersysteme, die elektromechanische Getriebe nutzen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Antriebsstrangarchitekturen umfassen Drehmomenterzeugungsvorrichtungen einschließlich Brennkraftmaschinen und Elektromotoren/-generatoren, die ein Drehmoment über eine Getriebevorrichtung an einen Fahrzeugendantrieb übertragen. Ein solches Getriebe enthält ein kombiniert-leistungsverzweigtes elektromechanisches Zweifachmodus-Getriebe, das ein Antriebselement zum Empfangen eines Bewegungsdrehmoments von einer Antriebsmaschinenleistungsquelle, üblicherweise einer Brennkraftmaschine, und ein Abtriebselement zum Liefern eines Bewegungsdrehmoments von dem Getriebe an den Fahrzeugendantrieb nutzt. Elektromotoren/-generatoren, die funktional mit einer Elektroenergie-Speichervorrichtung verbunden sind, umfassen Motoren/Generatoren, die unabhängig von der Drehmomenteingabe von der Brennkraftmaschine zum Erzeugen eines Bewegungsdrehmoments zur Eingabe in das Getriebe betreibbar sind. Ferner sind die Elektromotoren/-generatoren zum Umwandeln kinetischer Fahrzeugenergie, die über den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, in Elektroenergiepotential betreibbar, das in der Elektroenergie-Speichervorrichtung gespeichert werden kann. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingaben von dem Fahrzeug und von dem Betreiber und liefert eine Betriebssteuerung des Antriebsstrangsystems einschließlich des Steuerns der Getriebegangschaltung, des Steuerns der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und des Regulierens des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Elektroenergie-Speichervorrichtung und den Elektromotoren/-generatoren.
Die beispielhaften elektromechanischen Getriebe sind über die Betätigung der Drehmomentübertragungskupplungen, die üblicherweise einen Hydraulikkreis nutzen, um die Kupplungsbetätigung zu bewirken, wahlweise in Festgangmodi und stufenlosen Modi betreibbar. Ein Festgangmodus tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements, üblicherweise wegen Betätigung einer oder mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen, ein festes Verhältnis der Drehzahl des Antriebselements von der Maschine ist. Ein stufenloser Modus tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements auf der Grundlage der Drehzahlen eines oder mehrerer Elektromotoren/-generatoren variabel ist. Die Elektromotoren/-generatoren können über Betätigung einer Kupplung oder durch direkte Verbindung mit der Abtriebswelle verbunden werden. Die Kupplungsbetätigung und -deaktivierung wird üblicherweise über einen Hydraulikkreis ausgeführt.
Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme mit elektromechanischen Getrieben realisieren, erhalten die Aufgabe, Steuerschemata zum Überwachen von Systemzuständen und zum Steuern des Betriebs verschiedener Systeme und Stellglieder zum effektiven Steuern des Antriebsstrangbetriebs zu realisieren. Ein solches System ist im Folgenden beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebs eines Antriebsstrangsystems geschaffen, das eine elektromechanische Drehmomentübertragungsvorrichtung umfasst, die zum Übertragen eines von mehreren Drehmomenterzeugungsvorrichtungen eingegebenen Drehmoments betreibbar ist.
Das Verfahren umfasst das Betreiben des Antriebsstrangs zum Bestimmen eines Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente von einer Brennkraftmaschine zu dem elektromechanischen Getriebe. Die Zustände für das Antriebsdrehmoment aus dem Bereich zulässiger Drehmomente werden iterativ ausgewählt und ein von dem ersten Elektromotor/-generator ausgegebenes Motordrehmoment wird auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment optimiert. Auf der Grundlage der optimierten Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator wird eine Motordrehmomentabgabe von dem zweiten Elektromotor/-generator bestimmt. Für jeden der iterativ ausgewählten Zustände für das Antriebsdrehmoment und für die Motordrehmomente von dem ersten und von dem zweiten Elektromotor/-generator werden Kosten berechnet. Auf der Grundlage der mehreren Kosten wird ein bevorzugtes Antriebsdrehmoment identifiziert.
Die Erfindung geht für den Fachmann auf dem Gebiet beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen eine physikalische Form annehmen, von der eine Ausführungsform ausführlich beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, die einen Teil davon bilden und in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Antriebsstrangs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für ein Steuersystem und für einen Antriebsstrang in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine graphische Darstellung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
4–9 schematische Ablaufplane in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zur Veranschaulichung der Erfindung und nicht zu deren Beschränkung dienen, zeigen 1 und 2 ein System, das eine Maschine 14, ein Getriebe 10, ein Steuersystem und einen Endantrieb umfasst, die in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert worden sind. Das hier beschriebene Steuerschema umfasst ein Verfahren zum Bestimmen der Betriebsbedingungen für einen Antriebsstrang, der eine Brennkraftmaschine und ein Hybridgetriebe, das wahlweise zum Übertragen eines Drehmoments dazwischen betreibbar ist, umfasst. Das Verfahren umfasst das Bestimmen einer Drehmomentabgabe und von Betriebskosten für das Betreiben der Elektromotoren des Hybridgetriebes zum Erfüllen einer Betreiberdrehmomentanforderung, wenn die Maschine in einem Maschine-Aus-Betriebszustand arbeitet, was wirksam ist, um die Betreiberdrehmomentanforderung zu erfüllen. Das Bestimmen der Drehmomentabgabe für den Betrieb der Elektromotoren umfasst das Ausführen einer vorgegebenen Systemgleichung, die das Bestimmen der Motordrehmomentabgaben von jedem der Elektromotoren auf der Grundlage des ausgewählten Zustandswerts für das Antriebsdrehmoment und für die Betreiberdrehmomentanforderung bewirkt.
In den 1 und 2 ist ein beispielhaftes Hybridantriebsstrangsystem gezeigt, das eine Maschine 14, ein Getriebe 10, ein Steuersystem und einen Endantrieb 90 umfasst und das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung konstruiert sind. Das beispielhafte Hybridantriebsstrangsystem ist zum Ausführen des in 3–9 gezeigten taktischen Steuerschemas zum Steuern der Maschine konfiguriert. Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind ausführlich in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,953,409 mit dem Titel "Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios" offenbart, das hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. Das beispielhafte kombiniert-leistungsverzweigte elektromechanische Zweifachmodus-Hybridgetriebe, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in 1 gezeigt. Das Getriebe 10 enthält eine Antriebswelle 12 mit einer Antriebsdrehzahl N_I, die vorzugsweise durch die Brennkraftmaschine 14 angetrieben wird, und eine Abtriebswelle 64 mit einer Abtriebsdrehzahl N_O.
Die Maschine 14 weist eine Kurbelwelle mit einer charakteristischen Drehzahl N_E auf, die funktional mit der Getriebeantriebswelle 12 verbunden ist. Wenn eine Drehmomentwandler-Überbrückungskupplungsvorrichtung (nicht gezeigt) die Maschine und das Getriebe funktional verbindet, können sich die Maschinendrehzahl N_E und das Abtriebsdrehmoment T_E von der Getriebeantriebszahl N_I und von dem Antriebsdrehmoment T_I unterscheiden.
Das Getriebe 10 nutzt drei Planetenzahnradsätze 24, 26 und 28 und vier Drehmomentübertragungsvorrichtungen, d. h. Kupplungen, C1 70, C2 62, C3 73 und C4 75. Ein elektrohydraulisches Steuersystem 42, das vorzugsweise durch ein Getriebesteuermodul ('TCM') 17 gesteuert wird, ist zum Steuern des Betätigens und des Deaktivierens der Kupplungen betreibbar. Die Kupplungen C2 und C4 umfassen vorzugsweise hydraulisch betätigte Rotationsreibungskupplungen. Die Kupplungen C1 und C3 umfassen vorzugsweise hydraulisch betätigte feststehende Vorrichtungen, die zu dem Getriebegehäuse 68 geerdet sind.
Es gibt einen ersten Elektromotor/-generator, der einen Motor/Generator 56 ('MG-A') umfasst, und einen zweiten Elektromotor/-generator, der einen Motor/Generator 72 ('MG-B') umfasst, die über die Planetenzahnräder funktional mit dem Getriebe verbunden sind. Die Getriebeabtriebswelle 64 ist funktional mit einem Fahrzeugendantrieb 90 verbunden, um an die Fahrzeugräder ein Bewegungsabtriebsdrehmoment T_O zu liefern. Jede Kupplung wird vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie über einen elektrohydraulischen Steuerkreis 42 Druckhydraulikfluid von einer im Folgenden beschriebenen Pumpe empfangt.
Das Getriebe 10 empfängt im Ergebnis der Energieumwandlung von Kraftstoff oder in einer Elektroenergie-Speichervorrichtung (ESD) 74 gespei chertem elektrischem Potential von den Drehmomenterzeugungsvorrichtungen einschließlich der Maschine 14 und des MG-A 56 und des MG-B 72 ein Antriebsdrehmoment, das in dieser Reihenfolge als 'T_I', 'T_A' und 'T_B' bezeichnet ist. Die ESD 74 ist über Gleichstromübertragungsleiter 27 mit einem Getriebe-Leistungs-Wechselrichter/Gleichrichter-Modul, das im Folgenden nur noch als Getriebe-Leistungswechselrichtermodul bezeichnet wird, ('TPIM') 19 Hochspannungs-Gleichspannungs-gekoppelt. Das TPIM 19 ist ein Element des im Folgenden anhand von 2 beschriebenen Steuersystems. Das TPIM 19 überträgt über die Übertragungsleiter 29 Elektroenergie zum und vom MG-A 56 und das TPIM 19 überträgt ähnlich über die Übertragungsleiter 31 Elektroenergie zum und vom MG-B 72. In Übereinstimmung damit, ob die ESD 74 geladen oder entladen wird, wird elektrischer Strom zu und von der ESD 74 übertragen. Das TPIM 19 enthält das Paar Leistungswechselrichter und jeweiliger Motorsteuermodule, die zum Empfangen von Motorsteuerbefehlen und zum Steuern von Wechselrichterzuständen davon zum Bereitstellen der Motorantriebs- oder Motorrückgewinnungsfunktionalität konfiguriert sind. Vorzugsweise sind der MG-A 56 und der MG-B 72 Dreiphasen-Wechselstrommotoren/-generatoren jeweils mit einem Rotor, der betreibbar ist, um sich in einem Stator zu drehen, der in ein Gehäuse des Getriebes eingebaut ist. Die Wechselrichter umfassen bekannte komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronikvorrichtungen.
In 2 ist ein schematischer Blockschaltplan des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Steuermodularchitektur umfasst. Die im Folgenden beschriebenen Elemente umfassen eine Teilmenge der Gesamtfahrzeugsteuerarchitektur und sind zum Bereitstellen einer koordinierten Systemsteuerung des hier beschriebenen Antriebsstrangsystems betreibbar. Das Steuersystem ist betreibbar, um relevante Informationen und Einga ben zu synthetisieren und Algorithmen zum Steuern verschiedener Stellglieder zum Erreichen von Steuerzielen einschließlich solcher Parameter wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung, Antriebsverhalten und Schutz der Hardware einschließlich der Batterien der ESD 74 und des MG-A und des MG-B 56, 72 auszuführen. Die verteilte Steuermodularchitektur enthält ein Maschinensteuermodul ('ECM') 23, ein Getriebesteuermodul ('TCM') 17, ein Batteriepacksteuermodul ('BPCM') 21 und ein TPIM 19. Ein Hybridsteuermodul ('HCP') 5 stellt eine allumfassende Steuerung und Koordinierung der oben erwähnten Steuermodule bereit. Es gibt eine Anwenderschnittstelle ('UI') 13, die funktional mit mehreren Vorrichtungen verbunden ist, über die ein Fahrzeugbetreiber durch eine Anforderung für ein Abtriebsdrehmoment üblicherweise den Betrieb des Antriebsstrangs einschließlich des Getriebes 10 steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbetreibereingaben in die UI 13 enthalten ein Fahrpedal, ein Bremspedal, einen Getriebewählhebel und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung. Jedes der oben erwähnten Steuermodule kommuniziert über einen Bus 6 eines lokalen Netzes ('LAN'-Bus 6) mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Stellgliedern. Der LAN-Bus 6 ermöglicht eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Steuermodulen. Das spezifische genutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle stellen eine robuste Mitteilungsübermittlung und Mehr-Steuermodul-Schnittstellen zwischen den oben erwähnten Steuermodulen und weiteren Steuermodulen, die eine Funktionalität wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität bereitstellen, bereit.
Das HCP 5 stellt eine allumfassende Steuerung des Hybridantriebsstrangsystems bereit, die zum Koordinieren des Betriebs des ECM 23, des TCM 17, des TPIM 19 und des BPCM 21 dient. Das HCP 5 erzeugt auf der Grundlage verschiedener Eingangssignale von der UI 13 und dem Antriebsstrang einschließlich des Batteriepacks verschiedene Befehle einschließlich: einer Betreiberdrehmomentanforderungsausgabe ('T_{O_REQ}'-Ausgabe) an den Endantrieb 90, des von der Maschine ausgehenden Antriebsdrehmoments T_I, eines Kupplungsdrehmoments ('T_{CL_N}') für die N verschiedenen Drehmomentübertragungskupplungen C1, C2, C3, C4 des Getriebes 10; und Motordrehmomenten T_A und T_B für MG-A und für MG-B. Das TCM 17 ist funktional mit der elektrohydraulischen Steuerschaltung 42 verbunden, einschließlich der Überwachung verschiedener Druckabtastvorrichtungen (nicht gezeigt) und dem Erzeugen und Ausführen von Steuersignalen für verschiedene Elektromagneten zum Steuern darin enthaltener Druckschalter und Steuerventile.
Das ECM 23 ist funktional mit der Maschine 14 verbunden und wirkt so, dass es über mehrere diskrete Leitungen, die gemeinsam als Leitungsgruppe 35 gezeigt sind, Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern der Maschine 14 steuert. Das ECM 23 empfangt von dem HCP 5 den Maschinendrehmomentbefehl und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment und eine Angabe des tatsächlichen Antriebsdrehmoments T_I an das Getriebe, die an das HCP 5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 allgemein mit einer doppelt gerichteten Schnittstelle mit der Maschine 14 über die Leitungsgruppe 35 gezeigt. Verschiedene weitere Parameter, die durch das ECM 23 abgetastet werden können, enthalten die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl N_E zur Welle 12, die in die Getriebeantriebsdrehzahl N_I übersetzt wird, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Stellglieder, die durch das ECM 23 gesteuert werden können, enthalten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Zündungsmodule und Drosselsteuermodule.
Das TCM 17 ist funktional mit dem Getriebe 10 verbunden und wirkt so, dass es Daten von einer Vielzahl von Sensoren erfasst und Befehlssignale an das Getriebe liefert. Eingaben von dem TCM 17 in das HCP 5 enthalten die geschätzten Kupplungsdrehmomente (T_{CL_EST_N}) für jede der N Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und die Getriebeabtriebsdrehzahl N_O der Abtriebswelle 64. Es können weitere Stellglieder und Sensoren verwendet werden, um für Steuerzwecke zusätzliche Informationen von dem TCM an das HCP zu liefern. Das TCM 17 überwacht Eingaben von Druckschaltern und betätigt wahlweise Drucksteuer-Elektromagnete und Schaltelektromagnete zum Betätigen verschiedener Kupplungen, um verschiedene wie im Folgenden beschriebene Getriebebetriebsmodi zu erreichen.
Das BPCM 21 ist signaltechnisch mit einem oder mit mehreren Sensoren verbunden, die zum Überwachen von Parametern des elektrischen Stroms oder der elektrischen Spannung der ESD 74 betreibbar sind, um Informationen über den Zustand der Batterien an das HCP 5 zu liefern. Solche Informationen enthalten den Batterieladezustand, die Batteriespannung und die verfügbare Batterieleistung, die als ein Bereich P_{BAT_MIN} bis P_{BAT_MAX} bezeichnet ist.
Jedes der oben erwähnten Steuermodule ist vorzugsweise ein Universaldigitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, Speichermedien, die Nur-Lese-Speicher (ROM), Schreib-Lese-Speicher (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM) umfassen, einen schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-(A/D-) und eine Digital/Analog-(D/A-)Schaltungsanordnung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung und -vorrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Signalpufferschaltungsanordnung umfasst. Jedes Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die im ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des oben erwähnten LAN 6 ausgeführt.
Die Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Steuermodule werden üblicherweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, sodass jeder Algorithmus in jedem Schleifenzyklus wenigstens einmal ausgeführt wird. Die in den nichtflüchtigen Speichervorrichtungen gespeicherten Algorithmen werden von einer der Zentraleinheiten ausgeführt und sind zum Überwachen von Eingaben von den Abtastvorrichtungen und zum Ausführen von Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs der jeweiligen Vorrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen betreibbar. Die Schleifenzyklen werden während des andauernden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs üblicherweise in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, ausgeführt. Alternativ können die Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.

Das beispielhafte kombiniert-leistungsverzweigte elektromechanische Zweifachmodus-Getriebe arbeitet in mehreren Festgang-Betriebsmodi und stufenlosen Betriebsmodi, die anhand von 1 und der folgenden Tabelle 1 beschrieben sind. Tabelle 1

Getriebebetriebsbereichszustand	Betätigte Kupplungen
Modus 1 – Maschine aus (M1_Eng_Off)	C1 70
Modus 1 – Maschine ein (M1_Eng_On)	C1 70
Festes Verhältnis 1 (GR1)	C1 70	C4 75
Festes Verhältnis 2 (GR2)	C1 70	C2 62
Modus 2 – Maschine aus (M1_Eng_Off)	C2 62
Modus 2 – Maschine ein (M1_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 Betriebsbereichzustände eingerückt oder betätigt sind.
Ein erster Modus, d. h. Modus 1, ist ausgewählt, wenn die Kupplung C1 70 betätigt ist, um das Außenzahnradelement des dritten Planetenzahnradsatzes 28 zu "erden". Die Maschine 14 kann entweder ein oder aus sein. Ein zweiter Modus, d. h. Modus 2, ist ausgewählt, wenn die Kupplung C1 70 ausgerückt ist und die Kupplung C2 62 gleichzeitig betätigt ist, um die Welle 60 mit dem Träger des dritten Planetenzahnradsatzes 28 zu verbinden. Die Maschine 14 kann wiederum ein oder aus sein. Für diese Beschreibung ist Maschine aus dadurch definiert, dass die Maschinenantriebsdrehzahl N_E gleich null Umdrehung pro Minute (min^–1) ist, d. h., dass sich die Maschinenkurbelwelle üblicherweise im Ergebnis dessen, dass die Maschine von dem Getriebe entkoppelt ist, nicht dreht.
Weitere Faktoren außerhalb des Umfangs der Erfindung beeinflussen, wann die Elektromotoren 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten und sind hier nicht diskutiert.
Das hauptsächlich in 2 gezeigte Steuersystem ist betreibbar, um innerhalb jedes Betriebsbereichszustands an der Welle 64 einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen von verhältnismäßig langsam bis verhältnismäßig schnell zu liefern. Die Kombination von zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Bereichszustand ermöglicht, dass das Getriebe 10 ein Fahrzeug von einem stationären Zustand bis auf Autobahngeschwindigkeiten antreibt und verschiedene wie zuvor beschriebene weitere Anforderungen erfüllt. Außerdem koordiniert das Steuersystem den Betrieb des Getriebes 10 so, dass synchronisierte Schaltungen zwischen den Modi ermöglicht werden.
Der erste und der zweite Betriebsmodus beziehen sich auf Umstände, unter denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d. h. entweder durch die Kupplung C1 62 oder durch die Kupplung C2 70, und durch die gesteuerte Drehzahl und durch das gesteuerte Drehmoment der Elektromotoren 56 und 72 gesteuert werden, was als stufenloser Getriebemodus bezeichnet werden kann. Im Folgenden werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, in denen durch Einrücken einer zusätzlichen Kupplung feste Übersetzungsverhältnisse erreicht werden. Diese zusätzliche Kupplung kann wie in der obigen Tabelle gezeigt die Kupplung C3 73 oder C4 75 sein.
Wenn die zusätzliche Kupplung eingerückt wird, wird ein Betrieb mit festem Verhältnis der Antriebsdrehzahl zur Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d. h. N_I/N_O, erreicht. Die Drehungen der Motoren/Generatoren MG-A und MG-B 56, 72 hängen von der inneren Drehung des Mechanismus ab, wie sie durch die Kupplungsbetätigung definiert ist, und sind proportional zu der bei der Welle 12 gemessenen Antriebsdrehzahl. Die Motoren/Generatoren MG-A und MG-B wirken als Motoren oder Generatoren. Sie sind un abhängig von der Maschine, um einen Leistungsfluss abzugeben, und ermöglichen dadurch, dass beide Motoren sind, beide als Generatoren wirken oder irgendeine Kombination davon. Dies ermöglicht z. B. während des Betriebs im festen Verhältnis 1, dass die Bewegungsleistungsabgabe von dem Getriebe bei der Welle 64 durch Leistung von der Maschine und durch Leistung von MG-A und MG-B über den Planetenzahnradsatz 28 durch Annahme von Leistung von der ESD 74 geliefert wird.
In 3 sind verschiedene Getriebebetriebsmodi als Funktion der Getriebeabtriebsdrehzahl N_O und der Getriebeantriebsdrehzahl N_I für das in 1 und 2 gezeigte beispielhafte Antriebsstrangsteuersystem graphisch dargestellt. Der Betrieb mit festem Verhältnis ist für jedes der spezifischen Übersetzungsverhältnisse GR1, GR2, GR3 und GR4, wie sie oben anhand von Tabelle 1 beschrieben sind, als einzelne Linien gezeigt. Der Betrieb im stufenlosen Modus ist als Betriebsbereiche sowohl des Modus 1 als auch des Modus 2 gezeigt. Der Getriebebetriebsbereichszustand wird durch Aktivieren oder Deaktivieren spezifischer Kupplungen zwischen Betrieb im festen Verhältnis und im stufenlosen Modus umgeschaltet. Das Steuersystem ist funktional, um auf der Grundlage verschiedener Kriterien einschließlich Algorithmen und Kalibrierungen, die durch das Steuersystem ausgeführt werden und außerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, einen spezifischen Getriebebetriebsmodus zu bestimmen. Die Auswahl des Betriebsbereichszustands des Getriebes hängt hauptsächlich von der Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ} und von der Fähigkeit des Antriebsstrangs, diese Abtriebsdrehmomentanforderung zu erfüllen, ab.
Anhand von Tabelle 1 und wieder von 3 enthält der Betriebszustand des niedrigen Bereichs die wahlweise Betätigung der Kupplungen C2, C1 und C4, was den Betrieb in irgendeinem des stufenlosen Modus 1 und der festen Gänge GR1 und GR2 ermöglicht. Der Betriebszustand des hohen Bereichs enthält die wahlweise Betätigung der Kupplungen C2, C3 und C4, was den Betrieb in irgendeinem des stufenlosen Modus 2 und der festen Gänge GR3 und GR4 ermöglicht. Die Bereiche des stufenlosen Betriebs für Modus 1 und Modus 2 können sich überschneiden.
Das Überwachungs-HCP-Steuermodul 5 und eines oder mehrere der anderen Steuermodule bestimmen in Ansprechen auf eine Betreiberaktion, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, die Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ}, die bei der Welle 64 ausgeführt werden soll. Die endgültige Fahrzeugbeschleunigung wird durch weitere Faktoren einschließlich z. B. Norm-Fahrwiderstand, Straßenqualität und Fahrzeugmasse beeinflusst. Der Betriebsmodus für das beispielhafte Getriebe wird auf der Grundlage einer Vielzahl von Betriebscharakteristiken des Antriebsstrangs bestimmt. Wie zuvor beschrieben wurde, enthält dies eine Betreiberanforderung für das Drehmoment, die üblicherweise über Eingaben in die UI 13 übermittelt wird. Außerdem wird anhand externer Bedingungen einschließlich z. B. Straßenqualität, Straßendeckenbedingungen oder Windlast eine Anforderung für das Abtriebsdrehmoment behauptet. Der Betriebsmodus kann anhand einer Antriebsstrang-Drehmomentanforderung behauptet werden, die durch einen Steuermodulbefehl zum Betreiben der Elektromotoren/-generatoren in einem Elektroenergieerzeugungsmodus oder in einem Drehmomenterzeugungsmodus verursacht wird. Der Betriebsmodus kann durch einen Optimierungsalgorithmus oder durch eine Optimierungsroutine bestimmt werden, der/die auf der Grundlage der Betreiberanforderung für Leistung, des Batterieladezustands und der Energieeffizienzen der Maschine 14 und des MG-A und MG-B 56, 72 zum Bestimmen der optimalen Systemeffizienz betreibbar ist. Das Steuersystem managt die Drehmomenteingaben von der Maschine 14 und von dem MG-A und MG-B 56, 72 auf der Grundlage des Ergebnisses der ausgeführten Optimierungsroutine, wobei eine Systemoptimierung stattfindet, um die Systemeffizienzen zu optimieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und um die Batterieladung zu managen. Darüber hinaus kann der Betrieb auf der Grundlage eines Ausfalls in einer Komponente oder in einem System bestimmt werden. Wie im Folgenden beschrieben ist, überwacht das HCP 5 die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und bestimmt die Abgabe des Getriebes, die erforderlich ist, um die gewünschte Drehmomentabgabe zu erreichen. Das Getriebe 10 arbeitet unter der Anweisung des HCP 5 über einem Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Betreiberanforderung zu erfüllen.
In den 4–9 wird anhand des in 1, 2 und 3 beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangs der Steuerbetrieb eines Hybridantriebsstrangs beschrieben. Genauer umfassen das hier beschriebene Verfahren und System anhand von 4 einen Aspekt der Optimierung der strategischen Steuerung (Block 110), in der ein bevorzugter oder gewünschter Betriebsbereichszustand (Op_Range_DES) hauptsächlich anhand der Abtriebsdrehzahl N_O der Welle 64 und der Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ} ausgewählt wird. Die Ausgabe der strategischen Steuerung enthält den bevorzugten oder gewünschten Betriebsbereichszustand ('Op_Range_DES') und die gewünschte Antriebsdrehzahl ('N_{I_DES}'), die jeweils in einen Schaltausführungs-Steuerblock 120 eingegeben werden. Weitere Aspekte der Gesamtarchitektur für die strategische Optimierung und Steuerung des beispielhaften Antriebsstrangs sind in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung, laufende Nummer 11/561,140 (Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-308478-PTH-CD), mit dem Titel CONTROL ARCHITECTURE FOR OPTIMIZATION AND CONTROL OF A HYBRID POWERTRAIN SYSTEM beschrieben, die hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist und nicht beschrieben zu werden braucht. Weitere Einzelheiten sind in der gemeinsam übertragenen gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung, laufende Nr. 11/561,156 (Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-308470-PTH-CD), mit dem Titel CONTROL ARCHITECTURE FOR SELECTION OF OPTIMAL MODE OR GEAR AND INPUT SPEED FOR A HYBRID POWERTRAIN SYSTEM beschrieben, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, die als einer oder mehrere Algorithmen in den Steuermodulen der verteilten Steuermodularchitektur ausgeführt werden. Das Verfahren enthält das Überwachen der Abgabe des Getriebes, üblicherweise N_O, der Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ} bei der Welle 64 und der verfügbaren Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX}. Es wird wenigstens ein anhand von Tabelle 1 beschriebener zulässiger Betriebsbereichzustand identifiziert. Für jeden der zulässigen Bereichszustände wird ein Drehmomentbereich bestimmt. Es werden die Kosten für den Betrieb in jedem der bestimmten Drehmomentbereiche berechnet und es wird auf der Grundlage der berechneten Kosten für jeden bestimmten Drehmomentbereich einer der bestimmten Drehmomentbereiche als ein bevorzugter Betriebsbereich ausgewählt. Danach wird der Antriebsstrang auf den bevorzugten Betriebsbereichszustand gesteuert.
In 5 zeigt ein Funktionsblockschaltplan genau den strategischen Steuerblock 110 aus 4, wobei er die Eingaben N_O und T_{O_REQ} in ein strategisches Managersegment 220 zeigt, das Ausgaben in ein Systembeschränkungssegment 240 und in ein Optimierungssegment 260 aufweist. Die Ausgabe des Systembeschränkungssegments 240 wird in das Optimierungssegment 260 eingegeben. Die Ausgaben des Optimierungssegments 260 werden in das Schaltstabilisierungs- und Entscheidungssegment 280 eingegeben, das eine Ausgabe aufweist, die den bevorzugten Betriebsbereichszustand OP_Range_DES und die gewünschte Antriebsdrehzahl N_{I_DES} umfasst.
In 6 enthält das strategische Managersegment 220 Betreibereingaben, üblicherweise Drehmomentanforderungen und weitere Eingaben über die UI 13, im Folgenden beschriebene Kostenstrukturinformationen und strategische Originaleingaben, die Originalsignale umfassen, die sich auf die Hybridantriebsstrang-Betriebsbedingungen einschließlich jener in Bezug auf die ESD 74 beziehen. Ausgaben von dem strategischen Managersegment 220 umfassen Kostenstrukturinformationen (COST), strategische Eingaben einschließlich der Getriebeabtriebsdrehzahl N_O, den Bereich der verfügbaren Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} und die Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ}.
Anhand von 7 wird nun eine ausführliche Beschreibung des Segments 240 strategischer Systembeschränkungen beschrieben. In das Segment 230 strategischer Drehzahlbeschränkungen wird die Abtriebsdrehzahl N_O eingegeben. Das Drehzahlbeschränkungssegment 230 bestimmt die minimale und die maximale Antriebsdrehzahl für den Betrieb in jedem stufenlosen Modus, d. h. N_{I_MIN_}M1, N_{I_MAX_}M1, N_{I_MIN_}M2 und N_{I_MAX_}M2. Die minimale und die maximale Antriebsdrehzahl, die verfügbare Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} und die Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ} werden an das Segment 250 strategischer Systembeschränkungen ausgegeben, das auf der Grundlage der gegenwärtigen Betriebsbeschränkungen, spezifisch der Abtriebsdrehzahl N_O, für jeden der Hybridbetriebsbereichszustände, d. h. GR1, GR2, GR3, GR4, M1_Eng_Off, M1_Eng_On, M2_Eng_Off und M2_Eng_On, die Eingaben in das strategische Optimierungssegment 260 bestimmt. Vom Segment 250 gibt es drei Ausgangspfade 242, 244, 246, die Eingaben an das Optimierungssegment 260 liefern. In dieser Erfindung liefert der Ausgangspfad 244 relevante Systembeschränkungsinformationen, die für jede der Festgangoperationen, d. h. GR1, GR2, GR3 und GR4, einen Bereich von Drehmomentwerten in Form des minimalen und des maximalen Antriebsdrehmoments (T_{I_MIN}, T_{I_MAX}) umfassen. Diese Informationen werden an jedes der Segmente 270, 272, 274 und 276 des Segments 260 übermittelt.
Anhand von 8 wird nun das strategische Optimierungssegment 260 beschrieben. Die vom Segment 240 an das strategische Optimierungssegment 260 ausgegebenen zulässigen Hybridbetriebsbereichszustände werden verwendet, um zu identifizieren, welches der Optimierungssegmente 270, 272, 274 und 276 ausgeführt werden soll. Die Segmente 262, 264, 270, 272, 274 und 276 umfassen Optimierungssegmente und die Segmente 266 und 268 umfassen Bewertungssegmente, in denen auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Eingaben einschließlich des zuvor beschriebenen Bereichs von Drehmomentwerten und Kosten in Bezug auf Antriebsverhalten, Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen und Batterielebensdauer für jeden der zulässigen Betriebsbereichszustände optimale Betriebskosten (P_COST) bestimmt werden. Vorzugsweise umfassen die optimalen Betriebskosten für jeden Betriebsbereichszustand bei einem Antriebsstrang-Arbeitspunkt innerhalb des Bereichs erreichbarer Drehmomentwerte minimale Betriebskosten.
Anhand von 9 wird ein Verfahren zum Bestimmen bevorzugter Betriebsbedingungen für den Betrieb des beispielhaften Antriebsstrangs im Festgangmodus-Betriebsbereichszustand, d. h. in einem von GR1, GR2, GR3 und GR4, beschrieben. Der Bereich zulässiger Antriebsdrehmomentwerte zu dem Getriebe, der ein minimales und ein maximales Antriebs drehmoment T_{I_MIN} und T_{I_MAX} umfasst, wird für jeden der Blöcke 270, 272, 274 und 276 vom Segment 244 in das Segment 360 eingegeben. Der Block 360 umfasst eine eindimensionale Suchmaschine ("1D-Suchmaschine"), die iterativ Zustandswerte für das Antriebsdrehmoment [T_I]_j innerhalb des Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente zur Ausführung in einer iterativen Schleife 366 erzeugt. Der Index "j" bezieht sich auf eine spezifische Iteration und sein Wert liegt im Bereich von 1 bis n. Die Menge der Iterationen n kann durch eines einer Anzahl von Verfahren, entweder intern gegenüber der Suchmaschine oder als Teil des Gesamtverfahrens, erzeugt werden.
Der Zustandswert für das Antriebsdrehmoment [T_I]_j wird in eine Systemgleichung 362 eingegeben, die eine eindimensionale Optimierungsgleichung umfasst, aus der ein optimaler Zustandswert für das Motordrehmoment T_A bestimmt wird. Ein Zustandswert für das Motordrehmoment T_B wird auf der Grundlage des bestimmten optimalen Zustandswerts für das Motordrehmoment T_A bestimmt. Die Motordrehmomente T_A und T_B und das Antriebsdrehmoment T_I werden in eine Kostenfunktion 364 eingegeben, die die Kosten (P_COST)_j für das Betreiben des beispielhaften Antriebsstrangs zum Erzielen der spezifischen Antriebsdrehmomente berechnet. Die in jeder Iteration bestimmten Kosten werden zurückgegeben und erfasst oder in Abhängigkeit von den Spezifiken der Suchmaschine 360 in der Suchmaschine 360 analysiert. Die Suchmaschine 360 berechnet iterativ Werte für die Kosten (P_COST)_j und identifiziert bevorzugte Kosten, die in dieser Ausführungsform minimale Kosten für alle iterativ berechneten Werte umfassen. Die bevorzugten Kosten und der entsprechende Wert für das Antriebsdrehmoment [T_I, P_COST]_PREF werden von jedem der Blöcke 270, 272, 274 und 276 an den Block 280 ausgegeben und umfassen bevorzugte Kosten für jedes der festen Übersetzungsverhältnisse.
Das Verfahren enthält das Bestimmen des Bereichs zusätzlicher Antriebsdrehmomente T_{I_MIN} bis T_{I_MAX}. Die zulässigen Antriebsdrehmomente umfassen praktische Beschränkungen, die der spezifischen Maschinenausführungsform zugeordnet sind, und beruhen auf Betriebscharakteristiken der spezifischen verwendeten Maschine mit Grenzwerten, die sich auf die Verbrennungsstabilität und auf die Kraftstoffabschaltung beziehen. Die zulässigen Getriebeantriebsdrehmomente und die Menge "n" der Iterationen werden vorzugsweise über die Leitung 244 für jedes der Zahnräder GR1, GR2, GR3, GR4 in das Segment 360 eingegeben, das ein Element jedes der Segmente 270, 272, 274, 276 umfasst und eine Ausgabe vom oben beschriebenen Segment 240 umfasst.
Der Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente T_{I_MIN} und T_{I_MAX} umfasst Grenzbedingungen, die in die eindimensionale Suchmaschine 360 einschließlich der iterativen Suchschleife 366 eingegeben werden. Die eindimensionale Suchmaschine umfasst eines von mehreren bekannten Verfahren, das als ein Algorithmus in einem der Steuermodule ausgeführt wird, das betreibbar ist, um in der Suchmaschine 360 innerhalb des Bereichs zulässiger Werte Zustandswerte für T_I zu erzeugen, die Zustandswerte [T_I]_j an die Iterationsschleife 366 auszugeben, um korrelierte Kosten (P_COST)_j zu bestimmen, und die Resultierende, d. h. [T_I, P_COST]_j, zu bewerten. Die Suchmaschine bestimmt eine bevorzugte Resultierende, d. h. [T_I, P_COST]_PREF, durch Vergleichen der Resultierenden von jeder Iteration mit einer zuvor bestimmten Resultierenden. Wenn die bevorzugte Resultierende einen Minimalwert für die korrelierten Kosten umfasst, wählt die Maschine 360 den kleineren Wert der Resultierenden und der zuvor bestimmten Resultierenden aus und erfasst und speichert ihn. Wenn die Suchmaschine die Suche über den Bereich von Zustandswerten für T_I ausgeführt hat, umfasst die endgültige erfasste Resultierende die bevor zugte Resultierende [T_I, P_COST]_PREF, die daraufhin an den Block 280 ausgegeben wird.
Die eindimensionale Suchmaschine 360 kann eine von mehreren bekannten Suchmaschinen umfassen, die betreibbar ist, um innerhalb des Bereichs zulässiger Werte dafür iterativ einen Wert für T_I zu erzeugen. Beispielhaft erzeugt eine solche Suchmaschine iterativ Eingaben über einen gesamten Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente T_{I_MIN} bis T_{I_MAX}. Beispielhaft umfasst eine andere Suchmaschine einen heuristischen Abtastsuchprozess, in dem ein Zustandswert für T_I zur Eingabe in die Systemgleichung (Block 362) auf der Grundlage zuvor bestimmter Zustandswerte für T_I und P_COST bestimmt wird. Das eindimensionale Suchverfahren löst die Optimierungsprobleme, indem es nach dem Wert der Zielfunktion, d. h. nach der Ausgabe der Kostenfunktion, die kleiner als der Wert des gegenwärtigen Punkts ist, sucht. Unabhängig von der genutzten Suchmaschine liegt sie als ein Algorithmus in einem der Steuermodule zur Ausführung während des andauernden Betriebs des Fahrzeugs.
Jeder Zustandswert für das Antriebsdrehmoment (T_i)_j wird in den Systemgleichungsblock 362 eingegeben, von welchem Zustandswerte für die Motordrehmomente T_A und T_B bestimmt werden. Die Drehmomentbeziehung zwischen MG-A und MG-B ist so, wie es in den folgenden Gleichungen 1 und 2 definiert ist:

wobei T_I das Antriebsdrehmoment ist, das von der Maschine 14 ausgeht, T_O das Getriebeabtriebsdrehmoment, d. h. das angeforderte Abtriebsdrehmoment T_{O_REQ}, ist, T_A und T_B die Betriebsdrehmomente für MG-A 56 und MG-B 72 sind, N ·_I die zeitliche Änderungsrate der Getriebeantriebsdrehzahl N_I repräsentiert und d₁₁, d₁₂, d₁₃, d₁₄ und g₁₁, g₁₂, g₁₃, g₁₄ bekannte skalare Werte sind, die für jeden der festen Gänge der spezifischen Anwendung bestimmt werden. Wenn in dieser Anwendung das Getriebeabtriebsdrehmoment T_O bekannt ist, gibt es in Abhängigkeit von dem Festgang-Betriebsbereichszustand zwei Freiheitsgrade, d. h. T_I und T_A, durch die T_B optimiert und bestimmt werden kann, oder T_I und T_B, durch die T_A optimiert und bestimmt werden kann.
Die Systemgleichung (Block 362) arbeitet in zwei Teilen, um einen bevorzugten oder optimalen Wert für T_I zu bestimmen. In dem ersten Teil wird für jeden iterierten Wert für T_I oder über den Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente T_{I_MIN} und T_{I_MAX} und auf der Grundlage der Minimierung der Batterieleistung P_BAT zum Betreiben der Elektromotoren MG-A und MG-B, was eine vorgegebene Kalibrierung oder eine eindimensionale Optimierungssuche umfassen kann, ein optimaler Wert für T_A bestimmt. Auf der Grundlage des optimierten T_A wird unter Verwendung einer der obigen Gleichungen 1 und Gleichung 2 das Drehmoment T_B berechnet. Somit reduziert sich das System auf einen einzelnen Freiheitsgrad, d. h. T_I, durch den T_A optimiert werden kann und T_B bestimmt werden kann oder durch den T_B optimiert werden kann und T_A bestimmt werden kann.
Die ausgewählten Zustandswerte für T_I und der optimierte Wert für T_A und der berechnete Zustandswert für das Motordrehmoment T_B werden alle in die Kostengleichung (Block 364) eingegeben, um die Kosten P_COST zu berechnen, die den ausgewählten Zustandswerten für T_I zugeordnet sind. Das Antriebsdrehmoment und die Kosten [T_I, P_COST]_j werden über die Suchschleife zurück in das Segment 360 eingegeben, das iterativ das eindimensionale Suchverfahren über den Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente T_I ausführt, um bei einem bevorzugten oder optimalen Wert für die Kosten P_COST zu konvergieren. Der optimale Wert für die Kosten P_COST ist vorzugsweise ein minimaler Kostenwert.
Die in der Kostenfunktion 364 verwendeten Kosteninformationen umfassen vorzugsweise Betriebskosten, die allgemein auf der Grundlage von Faktoren in Bezug auf das Fahrzeugantriebsverhalten, auf die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, auf die Emissionen und auf die Batterielebensdauer für den bestimmten Drehmomentbereich bestimmt werden. Darüber hinaus werden die Kosten in dieser Erfindung nur dem Verbrauch elektrischer Leistung zugewiesen und zugeordnet, der einem spezifischen Arbeitspunkt des Antriebsstrangsystems für das Fahrzeug zugeordnet ist. Niedrigere Betriebskosten sind allgemein einer niedrigeren Batterieleistungsnutzung und niedrigeren Emissionen für einen Arbeitspunkt zugeordnet und berücksichtigen einen gegenwärtigen Betriebsbereichszustand des Antriebsstrangsystems. Die optimalen Betriebskosten (P_COST) können durch Berechnen eines Gesamtantriebsstrangsystemverlusts bestimmt werden, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe, wie sie etwa dem Steuern des Batterieladezustands zugeordnet werden kann, umfasst. Der Gesamtsystemleistungsverlust umfasst einen Term, der auf Verlusten in dem elektrischen System (z. B. Leitungsimpedanzen und Schalt- und Elektromagnetverlusten) und auf Wärmeverlusten beruht. Weitere Ver luste enthalten Elektromotor/-generator-Leistungsverluste und interne Batterieleistungsverluste. Weitere Faktoren einschließlich Faktoren, die sich auf die Batterielebensdauer wegen der Tiefe der Entladung der ESD 74, auf die gegenwärtigen Umgebungstemperaturen und auf ihre Wirkung auf den Batterieladezustand beziehen, können ebenfalls betrachtet werden. Vorzugsweise werden die Betriebskosten in Bezug auf spezifische Antriebsstrang-/Fahrzeuganwendungen während der Fahrzeugkalibrierungs-Vorserie entwickelt. Beispielhafte Verfahren zum Bestimmen von Maschinenleistungsverlusten sind in der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nummer 2005/0256633 A2 mit dem Titel COST STRUCTURE METHOD INCLUDING FUEL ECONOMY AND ENGINE EMISSION CONSIDERATIONS beschrieben, deren Inhalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Somit wird der bevorzugte Betriebsbereich auf der Grundlage der Kosten identifiziert, die das bevorzugte Antriebsdrehmoment enthalten, das minimale Kosten aufwendet. Die Bereiche zulässiger Motordrehmomente von MA und MB können auf der Grundlage des Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente, auf der Grundlage der verfügbaren Batterieleistung, bestimmt werden. Die führt zur Bestimmung eines bevorzugten Festgang-Betriebsbereichszustands auf der Grundlage des bevorzugten Antriebsdrehmoments.
Die Erfindung ist mit spezifischem Bezug auf die Ausführungsformen und Änderungen daran beschrieben worden. Weitere Änderungen und Abwandlungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung einfallen. Alle solchen Änderungen und Abwandlungen, soweit sie im Umfang der Erfindung liegen, sollen enthalten sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6953409 [0014]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der eine Brennkraftmaschine und einen ersten und einen zweiten Elektromotor/-generator und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das wahlweise zum Übertragen eines Drehmoments dazwischen betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente von der Brennkraftmaschine zu dem elektromechanischen Getriebe; iteratives Auswählen von Zuständen für das Antriebsdrehmoment aus dem Bereich zulässiger Drehmomente; Optimieren einer Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment; Bestimmen einer Motordrehmomentabgabe von dem zweiten Elektromotor/-generator auf der Grundlage der optimierten Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator; Berechnen von Kosten für jeden der iterativ ausgewählten Zustände für das Antriebsdrehmoment und für die Motordrehmomente von dem ersten und von dem zweiten Elektromotor/-generator; und Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments auf der Grundlage der mehreren Kosten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Identifizieren des bevorzugten Betriebsbereichs auf der Grundlage der mehreren Kosten das Identifizieren eines Zustandswerts für das Antriebsdrehmoment, der minimale Kosten aufwendet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen von Bereichen zulässiger Motordrehmomente eines jeden von dem ersten und von dem zweiten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Bereiche zulässiger Motordrehmomente eines jeden von dem ersten und von dem zweiten Elektromotor/-generator auf der Grundlage der verfügbaren Batterieleistung bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente auf der Grundlage einer Abtriebsdrehzahl des Getriebes und einer Betreiberdrehmomentanforderung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen eines bevorzugten Betriebsbereichszustands auf der Grundlage des bevorzugten Antriebsdrehmoments umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das iterative Auswählen von Zustandswerten für das Antriebsdrehmoment umfasst: Ausführen einer eindimensionalen Suchmaschine zum Erzeugen von Zustandswerten für das Antriebsdrehmoment innerhalb des Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kosten jeweils auf der Grundlage des Maschinenkraftstoffverbrauchs und von Kosten der elektrischen Batterieleistung, die einem Antriebsdrehmoment und den Motordrehmomenten für den ersten und für den zweiten Elektromotor/-generator zugeordnet sind, berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Betreiben des elektromechanischen Getriebes des Antriebsstrangs in einem Festgang-Betriebsbereichszustand umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Identifizieren eines bevorzugten Festgang-Betriebsbereichszustands auf der Grundlage der mehreren Kosten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Optimieren der Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment das Auswählen der Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment zum Minimieren der Batterieleistung zum Betreiben des ersten und des zweiten Elektromotors/-generators umfasst.
Verfahren zum Identifizieren bevorzugter Betriebsbedingungen zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Festgang-Betriebsbereichszustand, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und einen ersten und einen zweiten Elektromotor/-generator und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das wahlweise zum Übertragen eines Drehmoments dazwischen betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen eines Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente; Bestimmen mehrerer Kosten, wobei die Kosten jeweils auf einem ausgewählten zulässigen Antriebsdrehmoment beruhen; und Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments auf der Grundlage der mehreren Kosten.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Identifizieren der bevorzugten Betriebsbedingungen für das Betreiben des Antriebsstrangs in dem Festgang-Betriebsbereichszustand, um eine Betreiberdrehmomentanforderung im Wesentlichen zu erfüllen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Bestimmen der mehreren Kosten, wobei die Kosten jeweils auf einem ausgewählten zulässigen Antriebsdrehmoment beruhen, ferner umfasst: iteratives Auswählen von Zustandswerten für das Antriebsdrehmoment aus dem Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente; Bestimmen eines optimalen Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage jedes der ausgewählten Zustandswerte für das Antriebsdrehmoment; Bestimmen eines Motordrehmoments von dem zweiten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustandswerts für das Antriebsdrehmoment und des optimalen Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor/-generator; und Bestimmen von Kosten für jeden iterativ ausgewählten Zustandswert für das Antriebsdrehmoment, für das optimale Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor/-generator und für das daraus bestimmte Motordrehmoment von dem zweiten Elektromotor/-generator.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das iterative Auswählen von Zustandswerten für das Antriebsdrehmoment umfasst: Ausführen einer eindimensionalen Suchmaschine zum Erzeugen der Zustandswerte für das Antriebsdrehmoment über den Bereich zulässiger Antriebsdrehmomente.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Bestimmen des Motordrehmoments von dem zweiten Elektromotor/-generator das Ausführen einer Systemgleichung auf der Grundlage des ausgewählten Zustandswerts für das Antriebsdrehmoment und des ausgewählten Zustandswerts für das Motordrehmoment von dem ersten Elektromotor/-generator umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner das Bestimmen des optimalen Motordrehmoments von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage jedes der ausgewählten Zustandswerte für das Antriebsdrehmoment zum Minimieren der Batterieleistung zum Betreiben des ersten und des zweiten Elektromotors/-generators umfasst.
Vorrichtung, die umfasst: eine verteilte Steuermodularchitektur, die umfasst: mehrere Steuermodule, die funktional mit einem Antriebsstrang verbunden sind, der eine Brennkraftmaschine und einen ersten und einen zweiten Elektromotor/-generator und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das wahlweise zum Übertragen eines Drehmoments dazwischen betreibbar ist, wobei das Getriebe durch wahlweise Betätigung mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen wahlweise in einem von mehreren Festgang-Betriebsbereichszuständen betreibbar ist; wobei die Steuermodule so ausgelegt sind, dass sie mehrere darin enthaltene Algorithmen ausführen, um die folgenden Schritte zu bewirken, wobei die Algorithmen umfassen: Code zum Bestimmen eines Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente von der Brennkraftmaschine zu dem elektromechanischen Getriebe; Code zum iterativen Auswählen von Zuständen für das Antriebsdrehmoment aus dem Bereich zulässiger Drehmomente; Code zum Optimieren einer Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment; Code zum Bestimmen einer Motordrehmomentabgabe von dem zweiten Elektromotor/-generator auf der Grundlage der optimierten Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator; Code zum Berechnen von Kosten für jeden der iterativ ausgewählten Zustände für das Antriebsdrehmoment und für die Motordrehmomente von dem ersten und von dem zweiten Elektromotor/-generator; Code zum Identifizieren eines bevorzugten Antriebsdrehmoments auf der Grundlage der mehreren Kosten; und Code zum Auswählen eines bevorzugten Festgang-Betriebsbereichszustands.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Code zum Optimieren der Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment Code zum Auswählen der Motordrehmomentabgabe von dem ersten Elektromotor/-generator auf der Grundlage des ausgewählten Zustands für das Antriebsdrehmoment zum Minimieren der Batterieleistung zum Betreiben des ersten und des zweiten Elektromotors/-generators umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der der Code zum iterativen Auswählen von Zustandswerten für das Antriebsdrehmoment umfasst: Code zum Ausführen einer eindimensionalen Suchmaschine zum Erzeugen von Zustandswerten für das Antriebsdrehmoment innerhalb des Bereichs zulässiger Antriebsdrehmomente.