DE102008047380A1

DE102008047380A1 - Verfahren und Vorrichtung für das Management von Drehmomenteingaben in ein elektromechanisches Getriebe

Info

Publication number: DE102008047380A1
Application number: DE102008047380A
Authority: DE
Inventors: Manpreet S. Windsor Bajwa
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2028-09-17
Also published as: US20090076672A1; DE102008047380B4; CN101391608B; CN101391608A; US7774109B2

Abstract

Eine Hybridelektrofahrzeug-Antriebsstrangsteuerung wird auf vordefinierte Kurzfahrten trainiert, was die effiziente Verwendung von Drehmomentereignissen während dieser Kurzfahrten ermöglicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf die Steuerung elektromechanischer Antriebsstrangsysteme.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt bieten lediglich Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung und brauchen keinen Stand der Technik zu bilden.
Antriebsstrangarchitekturen umfassen Drehmomenterzeugungsvorrichtungen einschließlich Brennkraftmaschinen und Elektromotoren/-generatoren, die über eine Getriebevorrichtung ein Drehmoment an einen Fahrzeugendantrieb übertragen. Solche Antriebsstrangsysteme enthalten Parallelhybridsysteme und kombiniert-leistungsverzweigte Hybridsysteme, in denen das Traktionsdrehmoment zu einem oder zu mehreren Rädern durch die Brennkraftmaschine, durch den Elektromotor/-generator oder durch eine Kombination davon über eine Getriebevorrichtung erzeugt wird. Üblicherweise enthalten solche Systeme ein elektrisches Leistungssystem, das funktional ist, um ein Drehmoment zu erzeugen und über das Getriebe zu übertragen, wobei sie den Elektromotor/-generator und eine Elektroenergiespeichervorrichtung (ESD) umfassen, die funktional über Leistungselektronikvorrichtungen verbunden sind. Der Elektromotor/-generator umfasst einen Motor/Generator, der betreibbar ist, um unab hängig von der Drehmomenteingabe von der Brennkraftmaschine ein Traktionsdrehmoment zur Eingabe in das Getriebe zu erzeugen. Der Elektromotor/-generator ist betreibbar, um kinetische Fahrzeugenergie, die über den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, in Elektroenergiepotential umzuwandeln, das in der ESD gespeichert werden kann. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingaben von dem Fahrzeug und von dem Betreiber und stellt eine Betriebssteuerung des Antriebsstrangsystems einschließlich der Steuerung der Getriebegangschaltung, der Steuerung der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und der Regulierung des Austauschs elektrischer Leistung zwischen der ESD und dem Elektromotor/-generator bereit.
Eine primäre Motivation für die Verwendung eines Hybridantriebsstrangsystems ist das Verbessern der Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit durch Nutzung des Elektromotors/-generators, um in Ansprechen auf spezifische Betreiberdrehmomentanforderungen, z. B. Beschleunigungsereignisse, einen Teil oder das gesamte Traktionsdrehmoment zu erzeugen und somit den Kraftstoffverbrauch zu verringern. Darüber hinaus kann kinetische Fahrzeugenergie verwendet werden, um während des Fahrzeugbetriebs wie etwa während Bremsereignissen Elektroenergie zu erzeugen und somit eine elektrische Speichervorrichtung, üblicherweise eine Batterie, nachzuladen.
Ein Betriebsparameter für ein Hybridantriebsstrangsystem ist der Ladezustand (SOC) der ESD, der ein bekannter Parameter ist, der leicht bestimmbar ist. Es ist bevorzugt, den SOC der ESD innerhalb eines Bereichs von Werten zu halten, um die Nutzungsdauer der ESD zu optimieren und um eine Beschädigung wegen Überladung und übermäßiger Entladung zu verhindern.
Fahrzeugbetreiber folgen häufig einer vorhersagbaren Sollroute, um ein Ziel zu erreichen. Beispiele hierfür enthalten das Fahren zwischen einem Wohnort zu und von einer Arbeitsstelle. Weitere Routen enthalten z. B. die zur Schule oder zu einer Einkaufseinrichtung. Jede Sollroute kann hinsichtlich insgesamt zurückgelegter Entfernung, Betreiberbremsereignissen, die bei spezifischen Entfernungen auftreten, und Betreiberdrehmomentanforderungen charakterisiert werden.
Es wäre vorteilhaft, Eigenschaften einer spezifischen Sollfahrroute zu verwenden, um den Betrieb eines Hybridantriebsstrangsystems so zu managen, dass die Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimiert wird und der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Ein solches System ist im Folgenden beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Antriebsstrang enthält eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor/-generator, die mit einem elektromechanischen Getriebe gekoppelt sind, um mechanische Leistung an einen Endantrieb zu übertragen. Zwischen dem Elektromotor/-generator und einem Energiespeichersystem fließt elektrische Leistung. Die Steuerung des Antriebsstrangs enthält das Bestimmen des Auftretens einer vordefinierten Kurzfahrt. Es werden Betreiberdrehmomentanforderungen, Betreiberbremsanforderungen und der Energiespeichersystem-Ladezustand überwacht. Es wird ein veranschlagter oder geplanter Gewinn des Ladezustands des Energiespeichersystems für ein während der vordefinierten Kurzfahrt auftretendes Bremsereignis bestimmt. Außerdem wird für das Bremsereignis die Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator auf der Grundlage des geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems bestimmt. Die Drehmomentabgaben von dem Elektromotor/-generator und von der Maschine werden auf der Grundlage der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator und der Betreiberdrehmomentanforderung gesteuert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es werden nun eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Antriebsstrangs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein algorithmischer Ablaufplan in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 und 4 beispielhafte Datengraphen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nunmehr anhand der Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zur Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zu deren Beschränkung dienen, zeigt 1 ein Fahrzeugsystem 12, das in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform konstruiert worden ist. Das Fahrzeug umfasst eine Brennkraftmaschine 14, ein elektromechanisches Getriebe 10 und einen Antriebsstrang, der so ausgelegt ist, dass er ein Traktionsdrehmoment an die Fahrzeugräder 90 überträgt, wobei sein Betrieb durch ein Steuermodul (CM) 16 gesteuert wird. Ein elektrisches Leistungssystem umfasst elektrische Leistungs komponenten einschließlich Elektromotoren/-generatoren, einer Speichervorrichtung 74 für elektrische Leistung, z. B. einer Batterie, und einer Leistungselektronikschaltung 19. Die Elektromotoren/-generatoren umfassen in dieser Ausführungsform Motor-/Generatorvorrichtungen, die einen ersten Elektromotor/-generator 56 und einen zweiten Elektromotor/-generator 72 umfassen. Die Elektromotoren/-generatoren umfassen vorzugsweise Dreiphasenwechselstrommaschinen und enthalten einen Stator, einen Rotor und eine Resolver-Baueinheit. Der Motor-Stator für jeden Motor/Generator ist an einem Außenabschnitt des Getriebegehäuses geerdet und enthält einen Statorkern mit gewendelten elektrischen Wicklungen, die davon ausgehen. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und von der Steuerstrategie, die durch das CM 16 ausgeführt wird, arbeiten der erste und der zweite Elektromotor/-generator als Elektromotoren, um Elektroenergie in ein mechanisches Drehmoment umzuwandeln, und arbeiten sie als Elektrogeneratoren, um ein mechanisches Drehmoment in Elektroenergie umzuwandeln. Die Leistungselektronikschaltung 19 umfasst Motorsteuermodule, von denen jedes elektrische Leistung über Übertragungsleiter zwischen der Batterie 74 und den Elektromotoren/-generatoren 56, 72 überträgt. Die elektrische Leistung wird in Übereinstimmung damit übertragen, ob die Batterie 74 geladen oder entladen wird. Die Leistungselektronikschaltung enthält Leistungswechselrichter/-gleichrichter, die im Folgenden nur noch als Leistungswechselrichter bezeichnet werden, und jeweilige Motorsteuermodule, die so konfiguriert sind, dass sie Motorsteuerbefehle empfangen und Wechselrichterzustände davon steuern, um eine Motorantriebs- oder Motorrückgewinnungsfunktionalität bereitzustellen. Die Wechselrichter umfassen bekannte komplementäre Dreiphasenleistungselektronikvorrichtungen einschließlich Isolierschicht-Bipolartransistoren (IGBT) zum Umsetzen von Gleichstromleistung von der Batterie 74 in Wechselstromleistung, um einen der Elektromotoren/-generatoren durch Schalten mit hohen Frequen zen mit Leistung zu versorgen. Üblicherweise gibt es für jede Phase der Dreiphasenelektromotoren/-generatoren ein Paar IGBTs.
Die Batterie 74 umfasst ein Hochspannungsbatteriesystem, das so ausgelegt ist, dass es Elektroenergie speichert und elektrische Leistung über die Leistungselektronikschaltung 19 zu den Elektromotoren/-generatoren überträgt. Die ESD und die Elektromotoren/-generatoren sind für den elektrischen Leistungsfluss dazwischen elektrisch funktional gekoppelt. Die Maschine, die Elektromotoren/-generatoren und das elektromechanische Getriebe sind mechanisch funktional gekoppelt, um mechanische Leistung dazwischen zu übertragen, um über einen Ausgang 64 ein Bewegungsdrehmoment an den Endantrieb zu übertragen. Die beispielhafte Maschine 14 umfasst eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, die wahlweise in mehreren Zuständen betreibbar ist, um ein Drehmoment über eine Welle an das Getriebe zu übertragen, und kann entweder eine Ottomaschine oder eine Dieselmaschine sein.
Das beispielhafte Getriebe 10 umfasst eine elektromechanische Vorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie in einem von mehreren Betriebsbereichszuständen arbeitet, die den Festgangbetrieb und den stufenlosen Betrieb umfassen. Vorzugsweise enthält das Getriebe eine Leistungsverzweigervorrichtung, durch die ein Teil des Antriebsdrehmoments von der Maschine an einen der Elektromotoren/-generatoren 72 übertragen werden kann, um elektrische Leistung zum Laden der Batterie 74 zu erzeugen. Das Getriebe 10 empfängt im Ergebnis der Energieumwandlung von Kraftstoff oder von in der Batterie 74 gespeichertem elektrischem Potential ein Antriebsdrehmoment von den Drehmomenterzeugungsvorrichtungen einschließlich der Maschine 14 und der Elektromotoren/-generatoren 56, 72. Die Batterie 74 ist über Gleichstromübertragungsleiter mit der Leistungswechselrichtervorrichtung 19 Hochspannungs-Gleichspan nungs-gekoppelt. In Übereinstimmung damit, ob die Batterie geladen oder entladen wird, wird elektrische Leistung, die in Strom und Spannung messbar ist, zu und von der Batterie 74 übertragen. Ausführlichere mechanische Aspekte eines beispielhaften elektromechanischen Getriebes 10 sind in dem gemeinsam übertragenen US-Patent Nr. 6,953,409 offenbart.
Die Nutzerschnittstelle 15 ist funktional mit mehreren Vorrichtungen verbunden, über die der Fahrzeugbetreiber üblicherweise den Betrieb des Antriebsstrangs einschließlich des Getriebes 10 steuert oder anweist. Die Eingaben in die Nutzerschnittstelle enthalten eine Betreiberdrehmomentanforderung (T_{O_REQ}) über ein Fahrpedal und eine Betreiberbremsung (Bremsen) über ein Bremspedal. Außerdem gibt es eine Kurzfahrtidentifizierervorrichtung (Kurzfahrt-ID) 21, um wie im Folgenden beschrieben eine Betreibereingabe zu liefern. Weitere Betreibereingabevorrichtungen enthalten üblicherweise einen Getriebewählhebel und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung.
Das CM 16 umfasst vorzugsweise ein verteiltes Steuermodulsystem, das so ausgelegt ist, dass es die Eingaben von der Nutzerschnittstelle 15 und von mehreren Erfassungsvorrichtungen überwacht und vorgegebene Algorithmen ausführt, die darin gespeichert sind, um Stellglieder der verschiedenen Vorrichtungen zu steuern, um die Betreiberdrehmomentanforderung und weitere Parameter hinsichtlich Leistung, Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Antriebsverhalten und Schutz der Hardware einschließlich der Batterien zu erfüllen. Das CM 16 stellt eine koordinierte Systemsteuerung des hier beschriebenen Antriebsstrangsystems bereit und ist eine Teilmenge der Gesamtfahrzeugsteuerarchitektur. Das CM 16 enthält vorzugsweise ein Maschinensteuermodul, ein Getriebesteuermodul, ein Batteriepacksteuermodul, ein Wechselrichtersteuermodul und ein Hybridsteuermodul, das eine Überwachungssteuerung und Koordinierung der oben erwähnten Steuermodule bereitstellt. Jedes der oben erwähnten Steuermodule kommuniziert über ein lokales Netz (LAN), das die strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Steuermodulen zulässt, mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Stellgliedern.
Jedes der 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 und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsvorrichtung und Eingabe/Ausgabe-Schaltungsvorrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltungsanordnung umfasst. Jedes Steuermodul weist eine Reihe 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 Computer wird vorzugsweise unter Verwendung des oben erwähnten LAN 6 ausgeführt. Üblicherweise werden während voreingestellter Schleifenzyklen Algorithmen für die Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Steuermodule ausgeführt, sodass jeder Algorithmus in jedem Schleifenzyklus wenigstens einmal ausgeführt wird. Die in den nicht flüchtigen Speichervorrichtungen gespeicherten Algorithmen werden durch eine der Zentraleinheiten ausgeführt und sind zum Überwachen von Eingaben von den Erfassungsvorrichtungen und zum Ausführen von Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs der jeweiligen Vorrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen betreibbar. Die Schleifenzyklen werden üblicherweise während des andau ernden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs 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.
In Übereinstimmung mit einem Verfahren, das vorzugsweise als ein Computerprogramm in dem CM 16 ausgeführt wird, um den Hybridantriebsstrang zu betreiben, von dem eine Ausführungsform oben beschrieben worden ist, enthält das anhand von 2 gezeigte Verfahren, dass der Betreiber das Auftreten einer vordefinierten Kurzfahrt angibt, die durch ein Kurzfahrtprofil definiert werden soll oder bereits definiert worden ist. Dies enthält das Bestimmen eines Anfangs-SOC und eines Ziel-SOC am Ende der vordefinierten Kurzfahrt und eines Bereichs für den zulässigen SOC. Die zurückgelegte Entfernung und die Betreiberdrehmomentanforderung T_{O_REQ} und die Betreiberbremsanforderung BREMSEN werden andauernd überwacht und der SOC der Batterie wird regelmäßig bestimmt. Während jeder Iteration der Kurzfahrt wird das Kurzfahrtprofil aktualisiert, was das Bestimmen des Auftretens jedes Bremsereignisses und das Bestimmen einer Änderung des SOC für jedes der Bremsereignisse während der Kurzfahrt umfasst. Ein von dem Elektromotor abgegebenes Drehmoment wird auf der Grundlage des SOC und der Änderung des SOC bestimmt und gesteuert. Die Drehmomentabgabe von der Maschine wird auf der Grundlage der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor so bestimmt und gesteuert, dass die Betreiberdrehmomentanforderung erfüllt wird. Die Maschine und der Elektromotor werden so gesteuert, dass Drehmomentabgaben geliefert werden, die die Betreiberdrehmomentanforderung erfüllen.
Das Fahrzeugsystem ist mit der Kurzfahrtidentifizierervorrichtung 21 ausgestattet, die eine Mensch-Maschine-Schnittstellenvorrichtung umfasst, die zum Empfangen von Steuereingaben von dem Fahrzeugbetreiber betreibbar ist. Durch wahlweise Betätigung durch den Betreiber identifizieren die Steuereingaben das Auftreten einer vordefinierten Kurzfahrt und geben sie ein Ende der vordefinierten Kurzfahrt an. Alternativ oder in Verbindung damit wird das Auftreten des Endes der vordefinierten Kurzfahrt dann, wenn das Fahrzeug abgeschaltet wird, wie etwa bei einem Schlüssel-Aus-Ereignis, aufgezeichnet. Die Steuereingaben der Kurzfahrtidentifizierervorrichtung 21 enthalten vorzugsweise ein Bedienfeld, das einen oder mehrere eines berührungsaktivierten Sichtanzeigebildschirms und Vorrichtungen, die durch den Betreiber auswählbare Schaltflächen, Schalter und Knöpfe umfassen, umfasst. Die Kurzfahrtidentifizierervorrichtung 21 befindet sich vorzugsweise in einer Konsole zwischen dem Fahrzeugbetreiber und einem Mitfahrer in dem Vordersitz des Fahrzeugs und kann ein Element eines Bordnavigationssystems sein. Es kann mehrere vordefinierte Kurzfahrten geben, die durch den Betreiber aus einem Menü an der Kurzfahrtidentifizierervorrichtung 21 auswählbar sind.
Jede vordefinierte Kurzfahrt umfasst das Kurzfahrtprofil, das hinsichtlich einer für die Kurzfahrt gefahrenen Gesamtentfernung definiert ist, und mehrere geplante Bremsereignisse, die während der Kurzfahrt auftreten, und optional mehrere weitere Ereignisse einschließlich Beschleunigungsereignissen, stationären Ereignissen und Verzögerungsereignissen. Jedes der geplanten Bremsereignisse ist hinsichtlich einer zurückgelegten Entfernung vom Start oder von der Initiierung der Kurzfahrt, eines geplanten Gewinns des Ladezustands für das Bremsereignis (ΔSOC) und einer Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses P(Ereignis) identifiziert und charakterisiert. Für jedes während jeder Iteration der vordefinierten Kurzfahrt auftretende Bremsereignis wird eine Zunahme oder ein Gewinn des SOC (SOC_GAIN(EVENT)), zusammen mit der Anzahl der Iterationen (N) oder der Antriebszyklen für die vordefinierte Kurzfahrt, bei der dieses Bremsereignis bei der oder in der Nähe der zurückgelegten Entfernung aufgetreten ist, bestimmt. Diese Informationen werden erfasst und als Teil des Kurzfahrtprofils gespeichert. Um Fälle zu beseitigen, in denen die Bremse bei feststehendem Fahrzeug angelegt wird, wird die Initiierung eines Bremsereignisses durch Setzen eines Software-Merkers (BRAKE_EVENT) angegeben, wenn der Betreiber eine Kraft auf das Bremspedal ausübt und das Fahrzeug über einer vorkalibrierten Geschwindigkeit (K_SPEED_MIN) fährt. Das Ende jedes Bremsereignisses wird dadurch signalisiert, dass der BRAKE_EVENT-Merker zurückgesetzt wird, wenn das Fahrzeug zur Ruhe kommt, während das Bremspedal niedergedrückt ist, d. h. bei der Geschwindigkeit null, oder wenn das Bremspedal bei sich bewegendem Fahrzeug losgelassen wird. Die zurückgelegte Entfernung, bei der das Bremsereignis beginnt, ist als die Entfernung definiert, bei der der Betreiber erstmals eine Kraft auf das Bremspedal ausübt. Das SOC_GAIN(EVENT) ist als eine Differenz zwischen dem SOC zu Beginn und am Ende des Bremsereignisses definiert und wird zusammen mit und korreliert zu der zurückgelegten Entfernung im Computerspeicher gespeichert. Außerdem wird eine minimale Entfernung vor Aktivieren des beschriebenen Systems definiert. Es gibt mehrere erfasste Datenpunkte, die N Bremsereignissen entsprechen, die während jeder Iteration der vordefinierten Kurzfahrt auftreten, die in einer Weise gespeichert werden, die die jüngste Iteration und die älteste Iteration identifiziert. Ein gesetztes Bit gibt an, dass das Ereignis in dieser Iteration aufgetreten ist. Die Informationen, die jedem Bremsereignis in diesem Algorithmus entsprechen, werden vorzugsweise in sieben Bytes Computerspeicher, einschließlich vier Bytes für die zurückgelegte Entfernung (Meter), einem Byte für SOC_GAIN(EVENT) und zwei Bytes für die Anzahl des Auftretens des Ereignisses, gespeichert. Somit erfordern 100 Bremsereignisse, die in einer Kurz fahrt auftreten, 700 Bytes Speicher. Die maximale Anzahl der Bremsereignisse, die in einem Kurzfahrtprofil gespeichert werden können, ist auf einen oberen Wert beschränkt, der auf Speicherzuweisungen in dem Steuermodul beruht.
Die gespeicherten Werte in dem Kurzfahrtprofil werden während jeder Iteration der vordefinierten Kurzfahrt ununterbrochen aktualisiert. Für eine Anfangsiteration der vordefinierten Kurzfahrt werden die Ereigniswerte ohne Änderung im Speicher gespeichert. In nachfolgenden Iterationen wird die Entfernung, bei der das Bremsereignis aufgetreten ist, innerhalb des gespeicherten Kurzfahrtprofils gesucht. Falls diese Entfernung innerhalb einer vorkalibrierten zulässigen Toleranz der Entfernung jedes Bremsereignisses innerhalb des gespeicherten Kurzfahrtprofils liegt, wird eine Anpassung identifiziert. Wenn die Gesamtzahl der Iterationen kleiner als die Menge N der Iterationen ist, wird die Entfernung wie folgt aktualisiert: Entfernung = (gespeicherte Entfernung + neue Entfernung)/2 (1)wobei 'gespeicherte Entfernung die im Speicher gespeicherte zurückgelegte Entfernung und 'neue Entfernung' die zurückgelegte Entfernung für das Bremsereignis für die jüngste Iteration der vordefinierten Kurzfahrt ist.
Ähnlich wird ΔSOC wie folgt aktualisiert: ΔSOC = (ΔSOC + SOC_GAIN(EVENT))/2, (2)wobei ΔSOC das im Speicher gespeicherte ΔSOC ist und das SOC_GAIN(EVENT) die Änderung des Ladezustands für das Bremsereignis für die jüngste Iteration der vordefinierten Kurzfahrt ist.
Wenn die Gesamtzahl der Iterationen die Menge X von Iterationen übersteigt, werden die Entfernung und ΔSOC unter Verwendung eines Gewichtungsfaktors wie folgt aktualisiert: Entfernung = (1 – α)·gespeicherte Entfernung + α) neue Entfernung (3)und ΔSOC = (1 – α)·ΔSOC + α·SOC_GAIN(EVENT). (4)
Dabei ist der Faktor α ein vorkalibrierter Wert, der während der Fahrzeugentwicklung bestimmt wird.
Der Wert für die Anzahl, in der jedes Bremsereignis in der Menge der letzten N Iterationen aufgetreten ist, wird wie oben erwähnt in Form bitcodierter Werte gespeichert. Das niedrigstwertige Bit gibt die jüngste Iteration an und das höchstwertige Bit gibt die älteste gespeicherte Iteration an. Dieser gespeicherte Wert wird für jede Iteration um ein Bit nach links verschoben, was zum Verlust des höchstwertigen Bits führt. Daraufhin wird je nachdem, ob bei dieser Entfernung ein Bremsereignis aufgetreten ist oder nicht, ein Bitwert von '0' oder '1' zu dem niedrigstwertigen Bit geschoben. Mit dieser Technik fällt der gespeicherte Wert für die Bremsereignisse, die in einer Anzahl N von Iterationen nicht aufgetreten sind, auf 0. Außerdem wird das gespeicherte Profil von irgendeinem Ereignis gesäubert, dessen Wert des Auftretens auf null fällt, sodass das Profil von einmaligen oder zufälligen Ereignissen, die während einer der Iterationen auftreten, gereinigt wird.
Die momentane Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator wird auf der Grundlage des Gesamt-SOC für die Kurzfahrt und des ΔSOC für ein erwartetes Bremsereignis, das unmittelbar nachfolgend darauf auftritt, d. h. für das nächste auftretende Bremsereignis während der vor definierten Kurzfahrt, bestimmt und gesteuert. Der Gesamt-SOC für die Kurzfahrt wird auf der Grundlage eines Anfangs-SOC zu Beginn der Kurzfahrt und eines Ziel-SOC am Ende der Kurzfahrt bestimmt und enthält die elektrische Leistung, die während der Kurzfahrt erzeugt wird. Die elektrische Leistung, die während der vordefinierten Kurzfahrt erzeugt wird, umfasst Leistung, die während Rückgewinnungsbremsereignissen erzeugt wird, und Leistung, die durch Ladeereignisse während des andauernden Antriebsstrangbetriebs erzeugt wird. Wie zuvor beschrieben wurde, beruht die Leistung, die während Rückgewinnungsbremsereignissen erzeugt wird, auf den vorhergesagten oder erwarteten Bremsereignissen und auf dem zugeordneten Bremsdrehmoment, das während der vordefinierten Kurzfahrt auftritt.
Der geplante Gewinn des Ladezustands für ein Bremsereignis ΔSOC wird wie folgt bestimmt. Während jeder Iteration der vordefinierten Kurzfahrt wird die vom Beginn der Kurzfahrt zurückgelegte Entfernung berechnet. Wenn die berechnete Entfernung innerhalb der kalibrierbaren zurückgelegten Entfernung der gespeicherten Entfernung eines Bremsereignisses in dem Kurzfahrtprofil liegt, bestimmt das Steuermodul, dass das nachfolgende Bremsereignis bevorsteht. Die Wahrscheinlichkeit des nachfolgenden Bremsereignisses wird aus der gespeicherten Anzahl, in der dieses Ereignis auftritt, innerhalb der jüngsten auftretenden N Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt berechnet. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses P(Ereignis) ist wie folgt: P(Ereignis) = (Anzahl der Vorkommen)/N Iterationen. (5)
Außerdem ist der geplante Gewinn des Ladezustands ΔSOC für das Bremsereignis wie folgt: ΔSOC = P(Ereignis)·gespeichertes ΔSOC·β, (6) wobei gespeichertes ΔSOC das im Speicher gespeicherte ΔSOC für das spezifische Bremsereignis ist und β ein Zoom- oder Dämpfungsfaktor ist, der das ΔSOC für die zuletzt aufgetretenen Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt gewichten soll. Es wird betrachtet, dass der geplante Gewinn des Ladezustands ΔSOC aus dem nachfolgenden Bremsereignis zur Leistungsversorgung des Elektromotors/-generators verfügbar ist, um ein Traktionsdrehmoment zu liefern. Somit wird wie beschrieben das von dem Elektromotor/-generator zugeführte Traktionsdrehmoment erhöht. Das Elektromotor/-generator-Drehmoment T_EM wird wie im Folgenden beschrieben unter Verwendung einer Tangens-Hyperbolicus-Funktion berechnet.
Nunmehr anhand von 3 wird nun die Bestimmung eines Prozentsatzes oder Bruchteils des maximalen Drehmoments für den Elektromotor/-generator T_{EM_MAN}, bei dem der Elektromotor/-generator des Systems arbeiten soll, beschrieben. Vorzugsweise wird der SOC innerhalb eines Bereichs gehalten, der zwischen einer vorgegebenen Untergrenze (SOC_LOW) und einer vorgegebenen Obergrenze (SOC_HIGH) liegt, die z. B. in Übereinstimmung mit Kriterien bestimmt werden, die auf Batterieentwurfskriterien, Batterielebensdauererwartungen und Kundenzufriedenheitsmetriken beruhen. In einem Beispiel des Betriebs des oben beschriebenen Systems werden Werte für SOC_LOW und SOC_HIGH als 0,50 bzw. 0,85 ausgewählt, wobei sie normierte Werte für den SOC repräsentieren. Wie in 3 gezeigt ist, weist die Tangens-Hyperbolicus-Funktion eine charakteristische S-Form auf. Die Tangens-Hyperbolicus-Funktion wird genutzt, um den Bruchteil des maximalen Drehmoments für den Elektromotor/-generator T_{EM_MAX}, der verwendet werden kann, auf der Grundlage des SOC so zu bestimmen, dass dann, wenn der SOC niedrig ist, der Elektromotor/-generator einen verhältnismäßig kleinen Teil des maximal verfügbaren Motor-/Generatordrehmoments beiträgt, und dann, wenn der SOC hoch ist, der Elektromotor/-generator einen verhältnismäßig großen Teil des maximal verfügbaren Motor-/Generatordrehmoments beiträgt. Der Graph in 3 zeigt tanh(x) für x = –5 bis +5, wobei x = –5 der Untergrenze von SOC entspricht, d. h. SOC_LOW = 0,5, und x = 5 der Obergrenze von SOC entspricht, d. h. SOC_HIGH = 0,85. Der Wert von SOC wird wie folgt in einen Wert von X übersetzt: X = –5 + [(SOC – SOC_LOW)·10/(SOC_HIGH – SOC_LOW)]. (7)
Daraufhin wird der Wert von Y, der den Prozentsatz oder Bruchteil des maximalen Drehmoments für den Elektromotor/-generator T_{EM_MAX} umfasst, wie folgt bestimmt: Y = (1 + tanh(X))/2; (8)
Außerdem wird das angeforderte Motor-/Generatordrehmoment wie folgt bestimmt: TEM(angefordert) = Y·TEM_MAX. (9)
Somit ist das angeforderte Motor-/Generatordrehmoment das maximale Drehmoment für den Elektromotor T_{EM_MAX}, wenn der SOC bei oder nahe SOC_HIGH ist. Umgekehrt ist das angeforderte Motor-/Generatordrehmoment null, wenn der SOC bei oder nahe SOC_LOW ist.
Das angeforderte Maschinendrehmoment T_ENG wird wie folgt als eine Differenz zwischen der Betreiberdrehmomentanforderung und dem angeforderten Elektromotor-/-generatordrehmoment bestimmt: TENG = TO_REQ – TEM(angefordert). (10)
Wenn der geplante Gewinn des Ladezustands für das Bremsereignis ΔSOC nicht in die Berechnungen einbezogen wird, wird der Prozentsatz des maximalen Motor-/Generatordrehmoments für einen gegebenen Ladezustand X zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt wie folgt bestimmt: Y = (1 + tanh(X))/2. (11)
Wenn der als dx dargestellte geplante Gewinn des Ladezustands für ein Bremsereignis ΔSOC in die Berechnungen einbezogen wird, ist der Prozentsatz des maximalen Motor-/Generatordrehmoments wie folgt: Y = (1 + tanh(X + dx))/2, (12)wobei
ist.
Dies lässt einen größeren Drehmomentbeitrag von dem Elektromotor/-generator zu, wenn es eine hohe Wahrscheinlichkeit gibt, dass in naher Zukunft von dem geplanten Bremsereignis eine Nachladung auftritt, wobei die Ladungsrückgewinnung während des geplanten Bremsereignisses im Ergebnis der Rückgewinnungsbremsung stattfindet. Ähnlich wird der Drehmomentbeitrag von dem Elektromotor/-generator verringert, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass in naher Zukunft von dem geplanten Bremsereignis eine Nachladung auftritt, niedrig ist.
Das Steuermodul steuert das von den Elektromotoren/-generatoren ausgegebene Drehmoment auf der Grundlage des angeforderten Elektromotordrehmoments. Das Steuermodul ist funktional, um das von der Maschine ausgegebene Drehmoment auf der Grundlage der Betreiberdreh momentanforderung und des von den Elektromotoren/-generatoren ausgegebenen Drehmoments zu steuern, wobei Reaktionszeiten und Systemverzögerungszeiten in der Maschine und in den Elektromotoren/-generatoren berücksichtigt werden. In der gezeigten Ausführungsform ist das System funktional, um wahlweise einen der Elektromotoren/-generatoren, d. h. den Elektromotor/-generator 72, zu nutzen, um die Batterie 74 während des andauernden Betriebs zu laden. Bei Realisierung dieses Systems kann das Steuermodul die Verzweigung der Maschinenleistung zu dem für das Laden der Batterie 74 verwendeten Elektromotor/-generator verringern und somit die Maschineneffizienz verbessern und potentiell die Kraftstoffwirtschaftlichkeit für die Kurzfahrt verbessern.
Nunmehr anhand von 4 zeigen Datengraphen Ergebnisse einer Simulation, die zum Bestimmen der Effektivität der Steuerung der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wurde. Der erste Abschnitt des Graphen zeigt die Fahrzeuggeschwindigkeit auf der Grundlage der verstrichenen Zeit, wobei das Fahrzeug über einen vordefinierten Zyklus mit mehreren Bremsereignissen betrieben wird. Der hier gezeigte Zyklus besteht aus einem Bundesstadtfahrzyklus (federal urban driving cycle, FUDS) mit dem bevorzugten SOC für das System im Bereich zwischen SOC_LOW = 0,5 und SOC_HIGH = 0,85. Der Wert weiterer in der Simulation verwendeter Kalibrierungen enthielt: Anzahl der Iterationen N der vordefinierten Kurzfahrt gleich 10; vorkalibrierte zulässige Toleranz der Entfernung jedes Bremsereignisses gleich 0,0 m; minimale Entfernung gleich 100 m; K_SPEED_MIN gleich 4 m/s; und Dämpfungsfaktor β gleich 10. Es sind die Drehmomentabgabe des Elektromotors/-generators T_EM und der SOC dargestellt und die Ergebnisse geben an, dass der Algorithmus ladungserhaltend ist, wobei eine Änderung des SOC gut innerhalb des zulässigen Bereichs zwischen 0,85 und 0,50 liegt und in dem beschriebenen System eine Schwankung des SOC zwischen 0,65 und 0,55 aufweist.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Änderungen daran beschrieben. Weitere Änderungen und Abwandlungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung einfallen. Somit soll die Offenbarung nicht auf die besondere Ausführungsform (besonderen Ausführungsformen), die als die beste Art zur Ausführung dieser Offenbarung betrachtet wird (werden), beschränkt sein, sondern alle im Umfang der beigefügten Ansprüche liegenden Ausführungsformen enthalten.
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 [0015]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor/-generator umfasst, die mechanisch funktional mit einem elektromechanischen Getriebe gekoppelt sind, um mechanische Leistung an einen Endantrieb zu übertragen, wobei der Elektromotor/-generator für einen elektrischen Leistungsfluss dazwischen elektrisch funktional mit einem Energiespeichersystem gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen des Auftretens einer vordefinierten Kurzfahrt; Überwachen einer Betreiberdrehmomentanforderung, einer Betreiberbremsanforderung und eines Ladezustands des Energiespeichersystems; Bestimmen eines geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems für ein während der vordefinierten Kurzfahrt auftretendes Bremsereignis; Bestimmen eines von dem Elektromotor/-generator abgegebenen Drehmoments auf der Grundlage des geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems für das Bremsereignis; und Steuern der Drehmomentabgaben von dem Elektromotor/-generator und von der Maschine auf der Grundlage der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator und der Betreiberdrehmomentanforderung.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das während der vordefinierten Kurzfahrt auftretende Bremsereignis eine zurückgelegte Entfernung, einen Gewinn des Ladezustands und eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses auf der Grundlage der Vorkommen des Bremsereignisses während mehrerer früherer Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der geplante Gewinn des Ladezustands auf der Grundlage der Gewinne des Ladezustands des Energiespeichersystems während früherer Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt bei der zurückgelegten Entfernung für das Bremsereignis bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der geplante Gewinn des Ladezustands des Energiespeichersystems ferner auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Bestimmen der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator auf der Grundlage des Ladezustands umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bestimmen des Auftretens der vordefinierten Kurzfahrt das Bestimmen umfasst, dass der Betreiber das Auftreten über eine Steuereingabe in eine Kurzfahrtidentifizierervorrichtung angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Aktualisieren der vordefinierten Kurzfahrt während aufeinander folgender Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die vordefinierte Kurzfahrt eine zurückgelegte Gesamtentfernung und mehrere Bremsereignisse umfasst.
Verfahren zum Steuern des elektrischen Leistungsflusses in einem Antriebsstrang, der eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor/-generator umfasst, die mechanisch funktional mit einem elektromechanischen Getriebe gekoppelt sind, das dazu dient, einen mechanischen Leistungsfluss zu einem Endantrieb zu übertragen, wobei der Elektromotor/-generator für einen elektrischen Leistungsfluss dazwischen elektrisch funktional mit einem Energiespeichersystem gekoppelt ist; wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen des Auftretens einer vordefinierten Kurzfahrt; Überwachen einer Betreiberdrehmomentanforderung, einer Betreiberbremsanforderung und eines Ladezustands des Energiespeichersystems; Bestimmen eines geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems für ein nachfolgendes Bremsereignis, das während der vordefinierten Kurzfahrt auftritt; und Bestimmen und Steuern der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator vor dem nachfolgenden Bremsereignis auf der Grundlage des geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems für das nachfolgende Bremsereignis.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem sich das Bremsereignis durch eine zurückgelegte Entfernung, durch einen Gewinn des Ladezustands und durch eine Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses auszeichnet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses auf der Grundlage der Vorkommen des Bremsereignisses während mehrerer früherer Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der geplante Gewinn des Ladezustands des Energiespeichersystems für ein nachfolgendes Bremsereignis, der während der vordefinierten Kurzfahrt auftritt, auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit des Auftretens des nachfolgenden Bremsereignisses und der Gewinne des Ladezustands während mehrerer früherer Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Bestimmen einer Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator auf der Grundlage des Ladezustands; und Bestimmen und Steuern der Drehmomentabgabe von der Brennkraftmaschine auf der Grundlage der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator und der Betreiberdrehmomentanforderung.
Verfahren für das Management des Drehmoments zu einem elektromechanischen Getriebe von einem Elektromotor/-generator, der mechanisch funktional damit gekoppelt ist, um mechanische Leistung an einen Endantrieb zu übertragen, wobei der Elektromotor/- generator für den elektrischen Leistungsfluss dazwischen elektrisch funktional mit einem Energiespeichersystem gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen des Auftretens einer vordefinierten Kurzfahrt, wobei die vordefinierte Kurzfahrt eine zurückgelegte Gesamtentfernung und mehrere geplante Bremsereignisse umfasst; Überwachen einer Betreiberbremsanforderung und eines Ladezustands des Energiespeichersystems; Bestimmen eines geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems für ein nachfolgend auftretendes Bremsereignis; und Bestimmen und Steuern der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator zu dem elektromechanischen Getriebe auf der Grundlage des Ladezustands und des geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems für das nachfolgend auftretende Bremsereignis.
Verfahren nach Anspruch 15, das ferner umfasst: Überwachen einer Betreiberdrehmomentanforderung; und Managen der Drehmomentengabe in das elektromechanische Getriebe von einer Brennkraftmaschine, die mechanisch funktional damit gekoppelt ist, um mechanische Leistung an den Endantrieb zu übertragen, auf der Grundlage der Drehmomentabgabe von dem Elektromotor/-generator und der Betreiberdrehmomentanforderung.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem jedes der geplanten Bremsereignisse auf der Grundlage einer zurückgelegten Entfernung, eines geplanten Gewinns des Ladezustands des Energiespeichersystems und einer Wahrscheinlichkeit des Auftretens definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der geplanten Bremsereignisse auf der Grundlage der Vorkommen der geplanten Bremsereignisse während mehrerer früherer Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der geplante Gewinn des Ladezustands des Energiespeichersystems auf der Grundlage der Gewinne des Ladezustands des Energiespeichersystems während früherer Iterationen der vordefinierten Kurzfahrt bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der geplante Gewinn des Ladezustands des Energiespeichersystems ferner auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit des Auftretens des Bremsereignisses bestimmt wird.