DE102010020592B4

DE102010020592B4 - Verfahren zum Regeln einer Pumpe für ein Hybridgetriebe

Info

Publication number: DE102010020592B4
Application number: DE102010020592.3A
Authority: DE
Inventors: Jy-Jen F. Sah
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2030-05-15
Also published as: US9014934B2; CN101949381B; DE102010020592A1; CN101949381A; US20100299033A1

Abstract

Verfahren zum Regeln einer Pumpe (106) für ein Hybridgetriebe (10), wobei das Verfahren umfasst:Anweisen eines ersten Leitungsdrucks (P1, 222) des Getriebes (10);Ableiten eines ersten Drehzahlwerts (N1, 226) von dem ersten Leitungsdruckbefehl;Ableiten eines ersten Drehmomentwerts (T1, 224) von dem ersten Leitungsdruckbefehl;Anweisen, dass die Pumpe (106) bei dem ersten Drehmomentwert (T1, 224)arbeitet;Überwachen einer tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106);Ableiten eines zweiten Drehmomentwerts (T2, 230) aus der Differenz zwischen der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106) und dem ersten Drehzahlwert (N1, 226);Ableiten eines dritten Drehmomentwerts (T3, 232) von dem ersten und von dem zweiten Drehmomentwert (T2, 230); undAnweisen, dass die Pumpe (106) bei dem dritten Drehmomentwert (T3, 232) arbeitet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Regeln einer Pumpe für ein Hybridgetriebe.
Die DE 10 2004 012 639 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Regeln einer Zusatzpumpe in einem Automatikgetriebe, bei dem ein Drehmomentwert für die Pumpe angewiesen wird. Dabei wird durch ein Solldruck-Modul zunächst ein erster Leitungsdruck des Getriebes angewiesen. Ein statisches Ausgleichsmodul berechnet daraufhin die Bestromung eines Elektromotors, der die Pumpe antreibt und weist über ein Summierungsmodul an, dass die Pumpe bei diesem Strom als Sollstrom arbeitet. Für einen elektrischen Pumpenausgleich wird die tatsächliche Drehzahl der Zusatzpumpe überwacht. Daraus wird ein Bestromungswert abgeleitet, der ein Äquivalent für einen zweiten Drehmomentwert darstellt.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die DE 10 2007 023 633 A1 verwiesen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kraftfahrzeuge enthalten einen Maschinen-/Antriebsstrang, der betreibbar ist, um das Fahrzeug voranzutreiben und um die Bordfahrzeugelektronik mit Leistung zu versorgen. Der Maschinen-/Antriebsstrang oder Triebstrang enthält allgemein eine Maschine, die das Achsantriebssystem [engl.: final drive system] über ein Mehrgang-Lastschaltgetriebe mit Leistung versorgt. Viele Fahrzeuge werden durch eine Brennkraftmaschine (BKM) vom Typ mit hin- und hergehenden Kolben mit Leistung versorgt.
Hybridfahrzeuge nutzen alternative Leistungsquellen, um das Fahrzeug voranzutreiben, wobei sie das Vertrauen auf die Maschine für die Leistung minimieren. Zum Beispiel enthält ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) sowohl elektrische Energie als auch chemische Energie und wandelt dieselbe in mechanische Leistung um, um das Fahrzeug voranzutreiben und die Fahrzeugsysteme mit Leistung zu versorgen. Das HEV nutzt allgemein einen oder mehrere Elektromotoren, die einzeln oder gemeinsam mit einer Brennkraftmaschine arbeiten, um das Fahrzeug voranzutreiben. Da Hybridfahrzeuge ihre Leistung von anderen Quellen als von der Maschine ableiten können, können die Maschinen in Hybridfahrzeugen abgeschaltet werden, während das Fahrzeug angehalten ist oder durch die alternative(n) Leistungsquelle(n) vorangetrieben wird.
Parallelhybridarchitekturen sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine und eine oder mehrere Elektromotor/-generator-Baueinheiten charakterisiert, von denen alle eine direkte mechanische Kopplung zu dem Getriebe aufweisen. Parallelhybridentwürfe nutzen kombinierte Elektromotoren/-generatoren, die die Traktion bereitstellen und sowohl den herkömmlichen Anlassermotor als auch die herkömmliche Lichtmaschine ersetzen können. Die Motoren/Generatoren sind mit einer Energiespeichervorrichtung (ESD) elektrisch verbunden. Die Energiespeichervorrichtung kann eine chemische Batterie sein. Für das Regulieren des Austauschs elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichervorrichtung und den Motoren/Generatoren sowie des Austauschs elektrischer Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Motor/Generator wird eine Steuereinheit genutzt.
Elektrisch variable Getriebe (EVT) liefern durch Kombination von Merkmalen sowohl von Reihen- als auch von Parallelhybridmaschinen-/Antriebsstrang-Architekturen und außerdem von Elementen herkömmlicher Nicht-Hybridgetriebe kontinuierlich variable Drehzahlverhältnisse. EVTs können für den Betrieb sowohl in Festgangmodi (FG-Modi) als auch in EVT-Modi ausgelegt sein. Wenn sie in einem Festgangmodus arbeiten, ist die Drehzahl des Getriebeausgangselements ein festes Verhältnis der Drehzahl des Eingangselements von der Maschine, das von der gewählten Anordnung verschiedener Zahnradanordnungsteilsätze abhängt. EVTs können außerdem für den Maschinenbetrieb konfiguriert werden, der mechanisch unabhängig von dem Achsantrieb ist.
Das EVT kann die Differentialzahnradanordnung nutzen, um einen Bruchteil seiner übertragenen Leistung über den Elektromotor/-generator (die Elektromotoren/- generatoren) und den Rest seiner Leistung über eine andere, parallele Strecke, die mechanisch ist, zu senden. Eine Form der Differentialzahnradanordnung, die verwendet wird, ist die epizyklische Planetenzahnradanordnung. Allerdings ist es möglich, ein leistungsverzweigtes Getriebe ohne Planetenräder, wie z. B. unter Verwendung von Kegelrädern oder einer anderen Differentialzahnradanordnung, zu entwerfen.
Hydraulisch betätigte Drehmomentübertragungsmechanismen wie etwa Kupplungen und Bremsen sind wahlweise einrückbar, um wahlweise die Zahnradelemente zu aktivieren, um zwischen der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle verschiedene Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnisse und -modi festzusetzen. Der Begriff „Kupplung“ wird im Folgenden zur allgemeinen Bezugnahme auf Drehmomentübertragungsmechanismen einschließlich ohne Beschränkung auf Vorrichtungen, die üblicherweise als Kupplungen und Bremsen bezeichnet werden, verwendet. Das Schalten von einem Drehzahlverhältnis oder -modus zu einem anderen kann in Ansprechen auf Fahrzeugbedingungen und Betreiberanforderungen (Fahreranforderungen) erfolgen. Das „Drehzahlverhältnis“ ist allgemein als die Getriebeeingangsdrehzahl, dividiert durch die Getriebeausgangsdrehzahl definiert. Somit hat ein niedriger Fahrbereich ein hohes Drehzahlverhältnis und hat ein hoher Fahrbereich ein verhältnismäßig niedrigeres Drehzahlverhältnis. Da EVTs nicht auf Ein-Drehzahl-Übersetzungsverhältnisse beschränkt sind, können die verschiedenen Betriebszustände als Fahrbereiche oder Modi bezeichnet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es werden Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 4 oder 8 zum Regeln einer Pumpe für ein Hybridgetriebe geschaffen.
Das jeweilige Verfahren enthält das Anweisen eines ersten Leitungsdrucks des Getriebes und das Ableiten eines ersten Drehmomentwerts - eines Steuerketten-Drehmomentwerts (engl.: „open-loop torque value“) - von dem ersten Leitungsdruckbefehl. Das jeweilige Verfahren weist die Pumpe an, bei dem erste Drehmomentwert zu arbeiten, und überwacht die tatsächliche Drehzahl der Pumpe. Das Verfahren jeweilige leitet aus der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe einen zweiten Drehmomentwert - einen Regelkreis-Drehmomentwert (engl.: „closed-loop torque value“) - ab. Von dem ersten und von dem zweiten Drehmomentwert wird ein dritter Drehmomentwert abgeleitet und die Pumpe wird angewiesen, bei dem dritten Drehmomentwert zu arbeiten.
Das jeweilige Verfahren kann ferner das Bilden einer im Wesentlichen linearen Kombination des ersten Drehmomentwerts und des zweiten Drehmomentwerts zum Ableiten des dritten Drehmomentwerts enthalten.
Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und anderer Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung hervor, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und mit den angefügten Ansprüchen genommen werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Fahrzeugmaschinen-/Antriebsstrangs mit einem elektrisch variablen Mehrmodus-Hybridgetriebe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Wahrheitstabelle, die für jeden der in 1 dargestellten Betriebsmodi des Getriebes die eingerückten Drehmomentübertragungsmechanismen aufführt;
3 ist eine graphische Darstellung verschiedener Betriebsbereiche in Bezug auf Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen des in 1 dargestellten Getriebes; und
4 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Druckregelsystems zum Liefern von Getriebefluid zu dem Hydraulikkreis des in 1 dargestellten Getriebes; und
5 ist eine beispielhafte graphische Darstellung des Leitungsdrucks, der Zusatzpumpendrehzahl und des Zusatzpumpendrehmoments.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die beanspruchte Erfindung ist hier im Kontext eines Fahrzeugmaschinen-/Antriebsstrangs vom Hybridtyp beschrieben, der ein elektrisch variables Mehrmodus-Mehrgang-Hybridgetriebe aufweist, das allein dafür bestimmt ist, eine repräsentative Anwendung zu bieten, durch die die vorliegende Erfindung integriert oder verwirklicht werden kann. Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die besondere in den Zeichnungen gezeigte Maschinen-/Antriebsstranganordnung beschränkt. Darüber hinaus ist der hier dargestellte Hybridmaschinen-/Antriebsstrang stark vereinfacht, wobei festzustellen ist, dass der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet weitere Informationen hinsichtlich des Standardbetriebs eines Hybridmaschinen-/Antriebsstrangs oder eines Fahrzeugs vom Hybridtyp kennt.
In den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Ansichten auf gleiche Komponenten beziehen, ist in 1 eine Hebeldiagrammdarstellung eines beispielhaften Fahrzeugmaschinen-/Antriebsstrangsystems gezeigt, das allgemein als 10 bezeichnet ist. Der Maschinen-/Antriebsstrang 10 enthält eine neustartbare Maschine 12, die über ein elektrisch variables Mehrmodus-Lastschaltgetriebe 14 vom Hybridtrieb wahlweise antreibend mit einem Achsantriebssystem 16 verbunden ist oder in Leistungsflussverbindung mit ihm steht.
Ein Hebeldiagramm ist eine schematische Darstellung der Komponenten einer mechanischen Vorrichtung wie etwa eines Automatikgetriebes. Jeder einzelne Hebel repräsentiert einen Planetenradsatz, wobei die drei mechanischen Grundkomponenten des Planetenrads jeweils durch einen Knoten repräsentiert sind. Somit enthält ein einzelner Hebel drei Knoten: einen für das Sonnenradelement, einen für das Planetenradträgerelement und einen für das Hohlradelement. Die relative Länge zwischen den Knoten jedes Hebels kann verwendet werden, um das Hohlrad-zu-Sonnenrad-Verhältnis jedes jeweiligen Zahnradsatzes zu repräsentieren. Diese Hebelverhältnisse werden wiederum verwendet, um die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes zu ändern, um geeignete Verhältnisse und eine geeignete Verhältnisprogression zu erzielen. Mechanische Kopplungen oder Verbindungen zwischen den Knoten der verschiedenen Planetenradsätze und anderen Komponenten des Getriebes (wie etwa Motoren/Generatoren) sind durch dünne, horizontale Linien dargestellt. Drehmomentübertragungsvorrichtungen wie etwa Kupplungen und Bremsen sind als verschachtelte Finger dargestellt. Falls die Vorrichtung eine Bremse ist, ist ein Satz der Finger auf Masse festgelegt.
Das Getriebe 14 ist zum Aufnehmen wenigstens eines Teils seiner Antriebsleistung von der Maschine 12, z. B. über ein Eingangselement 18, ausgelegt. Das Getriebeeingangselement 18, das dem Wesen nach eine Welle ist, kann eine Maschinenausgangswelle (auch als eine „Kurbelwelle“ bezeichnet) sein. Alternative kann zwischen der Maschine 12 und dem Eingangselement 18 des Getriebes 14 ein Übergangsdrehmomentdämpfer (nicht gezeigt) implementiert sein. Die Maschine 12 überträgt Leistung an das Getriebe 14, das das Drehmoment über ein Getriebeausgangselement oder über eine Getriebeausgangswelle 20 verteilt, um das Achsantriebssystem 16 anzutreiben und dadurch das Fahrzeug (nicht gezeigt) voranzutreiben.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann die Maschine 12 irgendeine von zahlreichen Formen mit Benzinkraftstoff beaufschlagter Antriebsaggregate wie etwa die Brennkraftmaschinen vom Typ mit hin- und hergehenden Kolben, die fremdgezündete Benzinmaschinen und selbstgezündete Dieselmaschinen enthalten, sein. Die Maschine 12 ist leicht anpassbar, um ihre verfügbare Leistung in einem Bereich von Betriebsdrehzahlen, z. B. von Leerlauf bei oder nahe 600 Umdrehungen pro Minute (min^-1) bis über 6000 min^-1, an das Getriebe 14 zu liefern. Unabhängig von den Mitteln, durch die die Maschine 12 mit dem Getriebe 14 verbunden ist, ist das Eingangselement 18 mit einem Differentialzahnradsatz verbunden, der, wie im Folgenden ausführlicher erläutert ist, innerhalb des Getriebes 14 eingeschlossen ist.
Weiter anhand von 1 nutzt das Hybridgetriebe 14 eine oder mehrere Differentialzahnradanordnungen, dem Wesen nach vorzugsweise drei miteinander verbundene epizyklische Planetenradsätze, die in dieser Reihenfolge allgemein mit 24, 26 und 28 bezeichnet sind. Jeder Zahnradsatz enthält drei Zahnradelemente: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element. Bei Bezugnahme auf den ersten, auf den zweiten und auf den dritten Zahnradsatz in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen können diese Sätze in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von links nach rechts, von rechts nach links usw.) als „erster“ bis „dritter“ gezählt werden. Gleichfalls können diese Elemente bei Bezugnahme auf das erste, auf das zweite und auf das dritte Element jedes Zahnradsatzes in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen in irgendeiner Reihenfolge in den Zeichnungen (z. B. von oben nach unten, von unten nach oben usw.) für jeden Zahnradsatz als „erster“ bis „dritter“ gezählt oder identifiziert werden.
Der erste Planetenradsatz 24 weist drei Zahnradelemente auf: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, in dieser Reihenfolge 30, 32 und 34. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erste Element 30 ein Außenzahnradelement (das als ein „Hohlrad“ bezeichnet werden kann), das das dritte Element 34 umschreibt, das ein Innenzahnradelement enthalten kann (das als ein „Sonnenrad“ bezeichnet werden kann). In diesem Fall wirkt das zweite Element 32 als ein Planetenträgerelement. Das heißt, an dem zweiten Element, dem Planetenträger 32, sind drehbar eine Mehrzahl von Planetenradelementen (die als „Ritzel“ bezeichnet werden können) angebracht. Jedes Planetenradelement ist sowohl mit dem ersten Element, dem Hohlradelement 30, als auch mit dem dritten Element, dem Sonnenrad 34, kämmend in Eingriff.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls drei Zahnradelemente auf: ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, in dieser Reihenfolge 40, 42 und 44. In der oben in Bezug auf den ersten Planetenradsatz 24 diskutierten bevorzugten Ausführungsform ist das erste Element 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ein Außen-„Hohlrad“-Element, das das dritte Element 44 umschreibt, das ein Innen-„Sonnenrad“-Element ist. Das Hohlradelement 40 ist in Bezug auf das Sonnenradelement 44 koaxial ausgerichtet und drehbar. Eine Mehrzahl von Planetenradelementen sind drehbar an dem zweiten Element 42 angebracht, das als ein Planetenträgerelement wirkt, sodass jedes Planetenrad sowohl mit dem Hohlradelement 40 als auch mit dem Sonnenradelement 44 kämmend in Eingriff ist.
Ähnlich dem ersten und dem zweiten Zahnradsatz 24, 26 weist auch der dritte Planetenradsatz 28 ein erstes, ein zweites und ein drittes Element, in dieser Reihenfolge 50, 52 und 54, auf. Allerdings ist in dieser Anordnung das zweite Element 52, das an dem mittleren Knoten des Hebels für den dritten Planetenradsatz 28 gezeigt ist, das äußere „Hohlrad“. Das Hohlrad (das zweite Element 52) ist in Bezug auf das Sonnenrad, das dritte Element 54, koaxial ausgerichtet und drehbar. Das erste Element 50 ist in diesem besonderen Zahnradsatz der Planetenträger und ist an dem oberen Knoten gezeigt. Somit sind an dem Planetenträger, dem ersten Element 50, eine Mehrzahl von Planeten- oder Ritzelelementen drehbar angebracht. Jedes der Ritzelelemente ist so ausgerichtet, dass es entweder mit dem Hohlrad (zweiten Element 52) und einem benachbarten Ritzelelement oder mit dem Sonnenrad (dritten Element 54) und einem benachbarten Ritzelelement kämmend in Eingriff ist.
In einer Ausführungsform sind an dem Getriebe 14 sind der erste und der zweite Planetenradsatz 24, 26 jeweils einfache Planetenradsätze, während der dritte Planetenradsatz 28 ein kombinierter Planetenradsatz ist. Allerdings kann jedes der oben beschriebenen Planetenträgerelemente entweder eine Einritzel-Trägerbaueinheit (einfache Trägerbaueinheit) oder eine Doppelritzel-Trägerbaueinheit (kombinierte Trägerbaueinheit) sein. Ausführungsformen mit langen Ritzeln sind ebenfalls möglich.
Der erste, der zweite und der dritte Planetenradsatz 24, 26, 28 sind dahingehend kombiniert, dass das zweite Element 32 des ersten Planetenradsatzes 24, etwa durch eine zentrale Welle 36, mit dem zweiten Element 42 des zweiten Planetenradsatzes 26 und mit dem dritten Element 54 des dritten Planetenradsatzes 28 zusammengefügt (d. h. ununterbrochen verbunden) ist. Somit sind diese drei Zahnradelemente 32, 42, 54 zur gemeinsamen Drehung starr befestigt.
Die Maschine 12 ist, z. B. über eine einteilige Nabenplatte 38, z. B. zur gemeinsamen Drehung damit, ständig mit dem ersten Element 30 des ersten Planetenradsatz 24 verbunden. Das dritte Element 34 des ersten Planetenradsatzes 24 ist, z. B. durch eine erste Hohlwelle 46, ständig mit einer ersten Motor-/Generatorbaueinheit 56 verbunden, die hier austauschbar als „Motor A“ bezeichnet ist. Das dritte Element 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist durch eine zweite Hohlwelle 48 ständig mit einer zweiten Motor-/Generatorbaueinheit 58 verbunden, die hier ebenfalls austauschbar als „Motor B“ bezeichnet ist. Das zweite Element 52 (das Hohlrad) des dritten Planetenradsatzes 28 ist, z. B. über eine einteilige Nabenplatte, ständig mit dem Getriebeausgangselement 20 verbunden. Die erste und die zweite Hohlwelle 46, 48 können die zentrale Welle 36 umschreiben.
Eine erste Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 - die hier austauschbar als Kupplung „C1“ bezeichnet ist - verbindet wahlweise das erste Zahnradelement 50 mit einem feststehenden Element, das in 1 durch das Getriebegehäuse 60 repräsentiert ist. Die zweite Hohlwelle 48 und somit das Zahnradelement 44 und der Motor/Generator 58 sind über das wahlweise Einrücken einer zweiten Drehmomentübertragungsvorrichtung 72 - die hier austauschbar als Kupplung „C2“ bezeichnet ist - wahlweise mit dem ersten Element 50 des dritten Planetenradsatzes 28 verbindbar. Eine dritte Drehmomentübertragungsvorrichtung 74 - die hier austauschbar als Kupplung „C3“ bezeichnet ist - verbindet wahlweise das erste Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 mit dem Getriebegehäuse 60. Die erste Hohlwelle 46 und somit das dritte Zahnradelement 34 und der erste Motor/Generator 56 sind außerdem über das wahlweise Einrücken einer vierten Drehmomentübertragungsvorrichtung 76 - die hier austauschbar als Kupplung „C4“ bezeichnet ist, wahlweise mit dem ersten Element 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbindbar.
Eine fünfte Drehmomentübertragungsvorrichtung 78 - die hier austauschbar als Kupplung „C5“ bezeichnet ist - verbindet wahlweise das Eingangselement 18 der Maschine 12 und das erste Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24 mit dem Getriebegehäuse 60. Die Kupplung C5 ist eine Eingangsbremsenkupplung, die wahlweise das Eingangselement 18 sperrt, wenn die Maschine 12 ausgeschaltet ist. Das Sperren des Eingangselements 18 liefert mehr Reaktion für die regenerative Bremsenergie. Wie im Folgenden in 2 gezeigt ist, ist C5 an den Modus-/Gang-/Neutral-Schaltmanövern des Getriebes 14 nicht beteiligt.
Die erste und die zweite Drehmomentübertragungsvorrichtung 70, 72 (C1 und C2) können als „Ausgangskupplungen“ bezeichnet werden. Die dritte und die vierte Drehmomentübertragungsvorrichtung 74, 76 (C3 und C4) können als „Haltekupplungen“ bezeichnet werden.
In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind die verschiedenen Drehmomentübertragungsvorrichtungen 70, 72, 74, 76, 78 (C1-C5) alle Reibungskupplungen. Allerdings können andere herkömmliche Kupplungskonfigurationen wie etwa Klauenkupplungen, Kipphebelkupplungen und andere dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannte genutzt werden. Die Kupplungen C1-C5 können hydraulisch betätigt werden, wobei sie Druckhydraulikfluid von einer Pumpe (nicht gezeigt) aufnehmen. Die Hydraulikbetätigung der Kupplungen C1-C5 wird z. B. unter Verwendung eines herkömmlichen Hydraulikfluidsteuerkreises ausgeführt, wie ihn der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kennt.
In der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, in der der Hybridmaschinen-/Antriebsstrang 10 als ein Bodenkraftfahrzeug verwendet wird, ist die Getriebeausgangswelle 20 funktional mit dem Achsantriebssystem (oder „Endantrieb“) verbunden. Der Endantrieb kann ein vorderes oder hinteres Differential oder eine andere Drehmomentübertragungsvorrichtung enthalten, das/die über jeweilige Fahrzeugachsen oder -halbwellen (nicht gezeigt) Drehmoment an eines oder mehrere Räder ausgibt. Die Räder können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs, an dem sie genutzt werden, oder können ein Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt, dass das Achsantriebssystem irgendeine bekannte Konfiguration einschließlich Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD) oder Allradantrieb (AWD) enthalten kann, ohne den Umfang der beanspruchten Erfindung zu ändern.
Alle Planetenradsätze 24, 26, 28 sowie der erste und der zweite Motor/Generator 56, 58 (Motor A und Motor B) sind vorzugsweise koaxial um die zentrale Zwischenwelle 36 oder eine andere Achse orientiert. Der Motor A oder der Motor B kann eine ringförmige Konfiguration annehmen, was zulässt, dass einer oder beide die drei Planetenradsätze 24, 26, 28 allgemein umschreiben. Eine solche Konfiguration kann die Gesamteinhüllende verringern, d. h., die Durchmesser- und die Längsdimension des Hybridgetriebes 14 werden minimiert.
Das Hybridgetriebe 14 nimmt Eingangsantriebsdrehmoment von einer Mehrzahl von Drehmomenterzeugungsvorrichtungen auf. „Drehmomenterzeugungsvorrichtungen“ enthält die Maschine 12 und die Motoren/Generatoren 56, 58 im Ergebnis der Energieumwandlung von Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gelagert ist, oder elektrischem Potential, das in einer elektrischen Energiespeichervorrichtung gespeichert ist (von denen keines gezeigt ist).
Die Maschine 12, der Motor A (56) und der Motor B (58) können einzeln oder zusammen - in Verbindung mit den Planetenradsätzen und mit den wahlweise einrückbaren Drehmomentübertragungsmechanismen - arbeiten, um die Getriebeausgangswelle 20 zu drehen. Darüber hinaus sind der Motor A und der Motor B vorzugsweise zum wahlweisen Arbeiten sowohl als ein Motor als auch als ein Generator konfiguriert. Zum Beispiel sind der Motor A und der Motor B fähig, elektrische Energie in mechanische Energie (z. B. während des Fahrzeugvortriebs) umzuwandeln, und ferner fähig, mechanische Energie in elektrische Energie (z. B. während der regenerativen Bremsung oder während Perioden übermäßiger Leistungszufuhr von der Maschine 12) umzuwandeln.
Weiter in 1 ist schematisch in einer beispielhaften Ausführungsform eine elektronische Steuervorrichtung (oder ein „Controller“) mit einer verteilten Controllerarchitektur als eine mikroprozessorgestützte elektronische Steuereinheit (ECU) 80 gezeigt. Die ECU 80 enthält ein Speichermedium mit einer geeigneten Menge an programmierbarem Speicher, der zusammen bei 82 dargestellt ist, der so programmiert ist, dass er ohne Beschränkung einen Algorithmus oder ein Verfahren 100 zum Regulieren des Betriebs eines Mehrmodus-Hybridgetriebes enthält, wie er/es im Folgenden in Bezug auf 4 ausführlicher diskutiert wird.
Wie im Folgenden beschrieben ist, ist die Steuervorrichtung betreibbar, um eine koordinierte Systemsteuerung des hier schematisch gezeigten und beschriebenen Maschinen-/Antriebsstrangs 10 zu liefern. Die Bestandteile der Steuervorrichtung können ein Teilsatz eines Gesamtfahrzeugsteuersystems sein. Das Steuersystem ist betreibbar, um relevante Informationen und Eingaben zu synthetisieren und um Steuerverfahren und -algorithmen zum Steuern verschiedener Aktuatoren zum Erzielen von Steuerzielen auszuführen. Das Steuersystem überwacht Ziele und Parameter einschließlich ohne Beschränkung: Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung, Fahrbarkeit und Schutz der Maschinen-/Antriebsstrangbauteile - wie etwa, aber nicht beschränkt auf, der Maschine 12, des Getriebes 14, des Motors A, des Motors B und des Achsantriebs 16.
Die verteilte Controllerarchitektur (ECU 80) kann ein Getriebesteuermodul (TCM), ein Maschinensteuermodul (ECM), ein Getriebeleistungs-Wechselrichter/Gleichrichter-Modul (TPIM) und ein Batteriepaketsteuermodul (BPCM) enthalten. Ein Hybridsteuermodul (HCP) kann integriert sein, um eine Gesamtsteuerung und -koordinierung der oben erwähnten Controller zu bieten.
Eine Nutzerschnittstelle (UI) ist mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen (nicht gezeigt), über die ein Fahrzeugbetreiber üblicherweise den Betrieb des Maschinen-/Antriebsstrangs steuert oder anweist, funktional verbunden. Beispielhafte Fahrzeugbetreibereingabeeinrichtungen in die Ul enthalten ein Fahrpedal, ein Bremspedal, einen Getriebewählhebel, einen Fahrzeugtempomat und andere Eingabeeinrichtungen, die der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet kennt.
Jeder der oben erwähnten Controller kommuniziert mit anderen Controllern, Sensoren, Aktuatoren usw. über einen Bus eines lokalen Netzes (LAN-Bus) oder über eine Kommunikationsarchitektur. Der LAN-Bus ermöglicht die strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Controllern. Das genutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Zum Beispiel und ohne Beschränkung ist ein verwendbares Kommunikationsprotokoll der Society of Automotive Engineers Standard J1939. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle stellen eine robuste Nachrichtübermittlung und Mehr-Controller-Schnittstellen zwischen den oben erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität bereitstellen, bereit.
Das ECM ist funktional verbunden mit und steht in Kommunikation mit der Maschine 12. Das ECM ist zum Erfassen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren und zum Steuern einer Vielzahl von Aktuatoren der Maschine 12 über eine Mehrzahl diskreter Leitungen konfiguriert. Das ECM empfängt einen Maschinendrehmomentbefehl von dem HCP, erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment und eine Angabe des tatsächlichen Maschinendrehmoments, die an das HCP übermittelt wird. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM erfasst werden können, enthalten die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschineneingangsdrehzahl zu dem Getriebe, den Krümmerdruck und die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsluftdruck. Verschiedene Aktuatoren, die durch das ECM gesteuert werden können, enthalten ohne Beschränkung Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, Zündmodule und Drosselsteuermodule.
Das TCM ist funktional mit dem Getriebe 14 verbunden und fungiert zum Erfassen von Daten von einer Vielzahl von Sensoren und zum Liefern von Befehlssignalen an das Getriebe 14. Eingaben von dem TCM in das HCP können geschätzte Kupplungsdrehmomente für jede der Kupplungen C1-C5 und die Drehzahl der Getriebeausgangswelle 20 enthalten. Zusätzliche Aktuatoren und Sensoren können verwendet werden, um für Steuerzwecke zusätzliche Informationen von dem TCM an das HCP zu liefern.
Jeder der oben erwähnten Controller kann ein Universaldigitalcomputer sein, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine Zentraleinheit, Nur-Lese-Speicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen schnellen Taktgeber, Analog-Digital-(A/D-) und Digital-Analog-(D/A-)Schaltungen und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen (E/A) und geeignete Signalaufbereitungs- und -pufferschaltungen enthält. Jeder Controller weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, der residente Programmanweisungen und -kalibrierungen enthält, die im ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern kann unter Verwendung des oben erwähnten LAN ausgeführt werden.
Der Überwachungs-HCP-Controller und einer oder mehrere der oben in Bezug auf 1 beschriebenen anderen Controller bestimmen in Ansprechen auf eine Betreibereingabe, wie sie durch die UI erfasst wird, das geforderte Getriebeausgangsdrehmoment. Die wahlweise betriebenen Komponenten des Hybridgetriebes 14 werden geeignet gesteuert und manipuliert, um auf den Betreiberbedarf anzusprechen. Wenn der Betreiber z. B. in der in 1 gezeigten Ausführungsform einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Fahrpedal oder das Bremspedal manipuliert, bestimmt das HCP ein Ausgangsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Die endgültige Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Variablen einschließlich solcher Faktoren wie Norm-Fahrwiderstand, Straßengefälle und Fahrzeugmasse beeinflusst. Das HCP überwacht die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungsvorrichtungen und bestimmt diejenige Ausgabe des Getriebes, die erforderlich ist, um die gewünschte Drehmomentausgabe zu erreichen. Das Getriebe 14 arbeitet unter der Anweisung des HCP über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Betreiberanforderung zu erfüllen.
Die ECU 80 empfängt außerdem Frequenzsignale von Sensoren zur Verarbeitung zur Drehzahl N_i des Eingangselements 18 und zur Drehzahl N_o des Ausgangselements 20 zur Verwendung bei der Steuerung des Getriebes 14. Der Systemcontroller kann außerdem Drucksignale von Druckschaltern (nicht gezeigt) zur Überwachung von Kupplungsanlegekammerdrücken empfangen und verarbeiten. Alternativ können Druckwandler für die Weitbereichs-Drucküberwachung genutzt werden. Durch den Controller 80 werden Pulsbreitenmodulationssignale (PWM-Signale) und/oder Binärsteuersignale an das Getriebe 14 übertragen, um das Füllen und Leeren der Kupplungen C1-C5 für das Einrücken und Ausrücken davon zu steuern.
Außerdem kann der Controller 80 Getriebefluidwannen-Temperaturdaten wie etwa von Thermoelementeingaben (nicht gezeigt) empfangen, um eine Wannentemperatur abzuleiten. Der Controller 80 kann von der Eingangsdrehzahl N_i abgeleitete PWM-Signale und die Wannentemperatur zur Regelung des Leitungsdrucks über einen oder mehrere Regler liefern.
Das Füllen und Entleeren der Kupplungen C1-C5 kann z. B. durch Solenoidgesteuerte Schieberventile bewirkt werden, die auf PWM- und Binärsteuersignale ansprechen. Zur Bereitstellung einer präzisen Platzierung des Schiebers innerhalb des Ventilgehäuses und einer entsprechenden präzisen Steuerung des Kupplungsdrucks während des Anlegens können Trimmventile genutzt werden, die Solenoide mit variabler Entnahme verwenden. Ähnlich können einer oder mehrere Leitungsdruckregler (nicht gezeigt) genutzt werden, um einen geregelten Leitungsdruck in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal festzusetzen. Die Kupplungsschlupfdrehzahlen über die Kupplungen können z. B. abgeleitet werden von: der Getriebeeingangsdrehzahl, von der Getriebeausgangsdrehzahl, von der Drehzahl des Motors A und/oder von der Drehzahl des Motors B.
Das elektrisch variable Mehrmodus-Hybridgetriebe 14 ist für mehrere Getriebebetriebsmodi konfiguriert. Die in 2 gegebene Wahrheitstabelle stellt einen beispielhaften Einrückplan (auch als ein Schaltplan bezeichnet) der Drehmomentübertragungsmechanismen C1-C4 zum Erzielen der Anordnung von Betriebszuständen oder -modi bereit. Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsmodi geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1-C4 für jeden der Betriebsmodi eingerückt (betätigt) sind und welche ausgerückt (deaktiviert) sind.
Im Allgemeinen können im Getriebe 14 Verhältnisänderungen in der Weise ausgeführt werden, dass Drehmomentstörungen minimiert werden und die Schaltungen glatt und störungsfrei für die Fahrzeuginsassen sind. Außerdem sollte das Ausrücken und Einrücken der Kupplungen C1-C4 in einer Weise ausgeführt werden, die die wenigste Menge Energie verbraucht und sich nicht negativ auf die Haltbarkeit der Kupplungen auswirkt. Ein Hauptfaktor, der diese Betrachtungen beeinflusst, ist das Drehmoment bei der Kupplung, die gesteuert wird, das in Übereinstimmung mit den Leistungsanforderungen wie Beschleunigung und Fahrzeugbelastung wesentlich variieren kann. Durch eine Bedingung des Drehmoments null oder nahe null bei den Kupplungen zum Zeitpunkt des Einrückens oder Ausrückens können verbesserte Schaltungen erreicht werden, wobei diese Bedingung im Wesentlichen dem Schlupf null über die Kupplung folgt. Kupplungen, die den Schlupf null über die Kupplung aufweisen, können als synchron arbeitend bezeichnet werden.
Elektrisch variable Betriebsmodi können in vier allgemeine Klassen eingeteilt werden: eingangsleistungsverzweigte Modi, ausgangsleistungsverzweigte Modi, kombiniert-leistungsverzweigte Modi und Reihenmodi. In einem eingangsleistungsverzweigten Modus ist ein Motor/Generator (wie etwa entweder der Motor A oder der Motor B) derart übersetzt, dass seine Drehzahl proportional zum Getriebeausgang variiert, und ist ein anderer Motor/Generator (wie etwa der andere des Motors A oder des Motors B) derart übersetzt, dass seine Drehzahl eine Linearkombination der Eingangs- und Ausgangselementdrehzahlen ist. In einem ausgangsleistungsverzweigten Modus ist ein Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl direkt proportional zu dem Getriebeeingangselement variiert, und ist der andere Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl eine Linearkombination der Eingangs- und Ausgangselementdrehzahlen ist. Bei einem kombiniertleistungsverzweigten Modus sind andererseits beide Motoren/Generatoren derart übersetzt, dass ihre Drehzahlen Linearkombinationen der Eingangs- und Ausgangselementdrehzahlen sind, aber keine direkt proportional entweder zu der Drehzahl des Eingangselements oder zu der Drehzahl des Ausgangselements ist.
Wenn schließlich in einem Reihenmodus gearbeitet wird, ist ein Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl direkt proportional zur Drehzahl des Getriebeeingangselements variiert, und ist der andere Motor/Generator derart übersetzt, dass seine Drehzahl direkt proportional zu der Drehzahl des Getriebeausgangselements variiert. Beim Betrieb im Reihenmodus gibt es keine direkte mechanische Leistungsübertragungsstrecke zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen und muss daher die gesamte Leistung elektrisch übertragen werden.
Bei jedem der vier allgemeinen Typen elektrisch variabler Betriebsmodi, die oben angeführt sind, sind die Drehzahlen der Motoren Linearkombinationen der Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen. Somit haben diese Modi zwei Freiheitsgrade (die nachfolgend der Einfachheit halber als „FrGr“ abgekürzt werden können). Mathematisch nehmen die Drehmoment-(T-) und Drehzahl-(N-)Gleichungen dieser Modusklasse die Form an: $[\begin{matrix} T_{a} \\ T_{b} \end{matrix}] = [\begin{matrix} a_{1,1} & a_{1,2} \\ a_{2,1} & a_{2,2} \end{matrix}] [\begin{matrix} T_{i} \\ T_{o} \end{matrix}] und [\begin{matrix} N_{a} \\ N_{b} \end{matrix}] = [\begin{matrix} b_{1,1} & b_{1,2} \\ b_{2,1} & b_{2,2} \end{matrix}] [\begin{matrix} N_{i} \\ N_{o} \end{matrix}]$
wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebeverzahung bestimmt sind. Der Typ von EVT-Modus kann aus der Struktur der Matrix von b-Koeffizienten ermittelt werden. Das heißt, wenn b_2,1 = b_1,2 = 0 oder b_1,1 = b_2,2 = 0 ist, ist der Modus ein Reihenmodus. Wenn b_1,1 = 0 oder b_1,2 = 0 ist, ist der Modus ein eingangsleistungsverzweigter Modus. Wenn b_2,1 = 0 oder b_2,2 = 0 ist, ist der Modus ein ausgangsleistungsverzweigter Modus. Wenn ein jeder von b_1,1, b_1,2, b_2,1 und b_2,2 beispielsweise nicht null ist, ist der Modus ein kombiniert-leistungsverzweigter Modus.
Ein elektrisch variables Getriebe kann auch einen oder mehrere Festgang-(FG-)Modi enthalten. Im Allgemeinen resultieren FG-Modi aus dem Schließen (d. h. Betätigen) einer zusätzlichen Kupplung als die Zahl, die erforderlich ist, um einen elektrisch variablen Modus auszuwählen. In FG-Modi sind die Drehzahlen des Eingangs und jedes Motors proportional zu der Drehzahl des Ausgangs. Somit haben diese Modi nur einen Drehzahlfreiheitsgrad. Mathematisch nehmen die Drehmoment- und Drehzahlgleichungen dieser Klasse von Modi die Form an: $[T_{b}] = [\begin{matrix} a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \end{matrix}] [\begin{matrix} T_{a} \\ T_{i} \\ T_{o} \end{matrix}] und [\begin{matrix} N_{a} \\ N_{b} \\ N_{i} \end{matrix}] = [\begin{matrix} b_{1,1} & b_{1,2} & b_{1,3} \end{matrix}] [N_{o}]$
wobei a und b wieder Koeffizienten sind, die durch die Getriebezahnradanordnung bestimmt werden. Wenn b_1,1 nicht null ist, kann der Motor A während des Betriebs in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn b_1,2 nicht null ist, kann der Motor B während des Betriebs in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn b_1,3 nicht null ist, kann die Maschine während des Betriebs in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn b_1,3 null ist, ist der Modus ein nur elektrischer Festgangmodus.
Ein elektrisch variables Getriebe kann auch für einen oder mehrere Modi mit drei Drehzahlfreiheitsgraden konfiguriert sein. Diese Modi können Reaktionsdrehmomentquellen enthalten oder nicht, sodass das Getriebe in der Lage ist, Ausgangsdrehmoment proportional zum Maschinendrehmoment oder Motordrehmoment zu erzeugen. Wenn ein Modus mit drei Drehzahlfreiheitsgraden in der Lage ist, Ausgangsdrehmoment zu erzeugen, werden die Drehmomente der Maschine und jedes Motors, der als eine Reaktion auf das Maschinendrehmoment verbunden ist, im Allgemeinen proportional zum Ausgangsdrehmoment sein. Wenn der Motor nicht als eine Reaktion auf das Maschinendrehmoment verbunden ist, kann sein Drehmoment derart angewiesen werden, dass seine Drehzahl unabhängig von der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des Getriebes gesteuert wird.
In einem Modus mit drei Drehzahlfreiheitsgraden ist es im Allgemeinen nicht möglich, die Batterieleistung unabhängig von dem Ausgangsdrehmoment leicht zu steuern. Dieser Typ von Modus erzeugt ein Ausgangsdrehmoment, das proportional zu jeder der Reaktionsdrehmomentquellen in dem System ist. Der Bruchteil der Gesamtausgangsleistung, die von jeder der drei Drehmomentquellen geliefert wird, kann durch Verändern der Drehzahlen der Motoren und des Eingangs eingestellt werden. Diese Modi werden nachstehend als elektrische Drehmomentwandler-(ETC-)Modi in Anerkennung der Tatsache bezeichnet, dass die Leistung zu oder von der Energiespeichervorrichtung als eine Funktion des Ausgangsdrehmoments und der Drehzahl der Maschine, des Ausgangs und eines der Motoren fließt. Mathematisch nehmen die Drehmoment- und Drehzahlgleichungen dieser Klasse von Modi die Form an: $[\begin{matrix} T_{a} \\ T_{b} \\ T_{i} \end{matrix}] = [\begin{matrix} a_{1,1} & a_{1,2} & a_{1,3} \end{matrix}] [T_{o}] und [N_{b}] = [\begin{matrix} b_{1,1} & b_{1,2} & b_{1,3} \end{matrix}] [\begin{matrix} N_{a} \\ N_{i} \\ N_{o} \end{matrix}]$
wobei a und b Koeffizienten sind, die durch die Getriebezahnradanordnung bestimmt werden. Wenn a_1,1 nicht null ist, dient der Motor A als Reaktionselement und ist sein Drehmoment proportional zu dem Ausgangsdrehmoment, wenn in dem ETC-Modus gearbeitet wird. Wenn a_1,1 null ist, ist der Motor A getrennt und wird sein Drehmoment nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Wenn a_1,2 nicht null ist, dient der Motor B als Reaktionselement und ist sein Drehmoment proportional zu dem Ausgangsdrehmoment, wenn in dem ETC-Modus gearbeitet wird. Wenn a_1,2 null ist, ist der Motor B getrennt und wird sein Drehmoment nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Wenn a_1,3 nicht null ist, kann die Maschine während des Betriebs in dem Festgangmodus zum Ausgangsdrehmoment beitragen. Wenn a_1,3 null ist, ist der Eingang getrennt und wird sein Drehmoment nicht durch das Ausgangsdrehmoment bestimmt. Wenn alle von a_1,1, a_1,2 und a_1,3 null sind, ist der Modus ein neutraler Modus, der nicht in der Lage ist, Ausgangsdrehmoment zu erzeugen.
Es gibt vier neutrale Modi, die in 2 dargestellt sind. In Neutral 1 sind alle Kupplungen gelöst. Neutral 1 kann genutzt werden, wenn das gesamte Fahrzeug gestoppt und in einem Aus-Zustand ist und es somit keine Leistungsverteilung, elektrisch, mechanisch oder auf andere Weise, gibt, die aktiv durch den Maschinen-/Antriebsstrang 10 verteilt wird. In Neutral 1 kann eine 12-Volt-Batterie zum Starten, Beleuchten und Zünden (SLI) zum Start der Maschine verwendet werden.
In Neutral 2 ist nur die Kupplung C3 eingerückt, und der Motor A und der Motor B können die Maschine 12 zum Start oder zum Laden der Energiespeichervorrichtung zur Reaktion bringen. Ähnlich wie Neutral 2 können der Motor A und der Motor B, wenn das Getriebe 14 in Neutral 3 ist, die Maschine 12 mit der Kupplung C4 als der einzigen eingerückten Drehmomentübertragungseinrichtung zum Start oder zum Laden der Energiespeichervorrichtung in Reaktion bringen. In Neutral 4 sind die dritte und die vierte Kupplung C3, C4 beide in einem aktivierten Zustand. In diesem Fall ist der Motor A gesperrt oder „auf Masse festgelegt“ und der Motor B ist mit der Maschine 12 für den Maschinenstart übersetzt.
Der erste und der zweite Planetenradsatz 24, 26 wirken mit dem ersten und mit dem zweiten Motor/Generator 56, 58 gemeinsam mit der wahlweisen Einrückung der ersten und der zweiten Kupplung C1, C2 zusammen, um einen elektrischen Drehmomentwandler (ETC) zu bilden. Wenn beispielsweise das Getriebe 14 in einem ETC-Modus arbeitet, können der elektrische Ausgang von Motor A und/oder von Motor B, abhängig von dem aktiven Steuerplan, ausgebildet sein, um die Übertragung von Drehmoment von der Maschine 12 über die Getriebedifferentialzahnradanordnung auf das Ausgangselement 20 zu steuern. Wenn das Fahrzeug gestartet wird, wird der ETC1-Modus hergestellt, indem die erste Kupplung C1 eingerückt wird. Im ETC1-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem dritten Planetenradsatz 24, 28 in Reaktion und der Motor B läuft frei. Im ETC1-Modus kann das stehende Fahrzeug glatt bzw. gleichmäßig gestartet werden, wobei die Maschine 12 auf einer geeigneten Drehzahl gehalten wird, indem der Betrag an elektrischer Leistung, der von dem Motor A erzeugt wird - d. h. die Reaktionskraft des Motors A -, allmählich erhöht wird.
Es sind zwei andere alternative ETC-Modi verfügbar, wobei die hierin dargestellte Getriebekonfiguration genutzt wird. Der ETC2-Modus, der auch als „kombinierter ETC“ bekannt ist, kann eingeleitet werden, indem die Kupplung C2 eingerückt und die übrigen Kupplungen ausgerückt werden. In dem ETC2-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem dritten Planetenradsatz 24, 28 in Reaktion, während der Motor B die Maschine 12 und den Motor A an dem Antriebselement 20 in Reaktion bringt. Die Verteilung des Maschinendrehmoments wird durch das zusammenwirkende Management des Beitrags an elektrischem Leistungsausgang, der von Motor A und Motor B erzeugt wird, manipuliert.
Der dritte ETC-Modus, der ETC12-Modus, kann eingeleitet werden, indem sowohl die Kupplung C1 als auch die Kupplung C2 eingerückt werden. Ähnlich wie der ETC1-Modus bringt der Motor A die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem dritten Planetenradsatz 24, 28 in Reaktion. Jedoch ist in diesem Fall der Motor B an dem Getriebegehäuse 60 auf Masse festgelegt. Im ETC12-Modus kann das Fahrzeug gleichmäßig beschleunigt werden, wobei die Maschine 12 auf einer geeigneten Drehzahl gehalten wird, indem die Reaktionskraft, die von dem Motor A erzeugt wird, allmählich erhöht wird; diese kann proportional zu der durch den Motor A erzeugten elektrischen Leistung sein.
Wenn die Maschine 12 in einem Aus-Zustand ist, kann das Getriebe 14 den Kupplungssteuerplan des ETC-Modus nutzen, um die Menge an elektrischer Energie, die von dem Motor A erzeugt wird, zu verändern und somit allmählich das Antriebsdrehmoment des Motors A und/oder des Motors B zu erhöhen. Wenn beispielsweise das Getriebe 14 in den ETC1-Modus geschaltet wird und die Maschine 12 sich in einem Aus-Zustand befindet, wird die Maschine 12 eine Reaktionskraft mittels des Eingangselements 18 erzeugen. Der Antriebsausgang des Motors A kann dann gesteuert werden, und es wird ein ständiges und ununterbrochenes Getriebeausgangsdrehmoment aufrechterhalten, ohne die Maschine 12 einschalten zu müssen.
Der hierin beschriebene beispielhafte Maschinen-/Antriebsstrang 10 weist drei Festgang-(FG-) oder „direkte“ Betriebsmodi auf. In allen Festgangmodi dieser Ausführungsform des Getriebes 14 wird das Fahrzeug durch den Betrieb der Maschine 12 in der Vorwärtsrichtung angetrieben. Die wahlweise Einrückung der Kupplungen C1, C3 und C4 schaltet das Getriebe 14 in den FG1-Modus. In FG1 ist der Motor A auf Masse festgelegt und treibt die Maschine den ersten Planetenradsatz 24 an den dritten Planetenradsatz 28 und somit das Ausgangselement 20 an. Der FG2-Modus wird durch die wahlweise Einrückung der Kupplungen C1, C2 und C4 erreicht. In FG2 ist der Motor B auf Masse festgelegt und die Maschine treibt den ersten und zweiten Planetenradsatz 24, 26 an den dritten Planetenradsatz 28 und somit das Ausgangselement 20 an. Gleichermaßen wird der FG3-Modus durch die wahlweise Einrückung der Kupplungen C2, C3 und C4 erreicht. In FG3 ist der Motor A gesperrt und treibt die Maschine den ersten Planetenradsatz 24 an den zweiten und dritten Planetenradsatz 26, 28 und das Ausgangselement 20 an. Wenn in einem Festgang-Betriebsmodus gearbeitet wird, ist die Ausgangselementdrehzahl N_o direkt proportional zur Eingangselementdrehzahl N_i und dem ausgewählten Übersetzungsverhältnis: N_i = N_o × GR.
Mit fortgesetztem Bezug auf 2 kann das Getriebe 14 auch in vier elektrisch variablen Getriebe-(EVT-)Modi arbeiten. In EVT1 und EVT4 arbeitet das Getriebe 14 in einem eingangsleistungsverzweigten Modus, wobei die Ausgangsdrehzahl N_o des Getriebes 14 proportional zu der Drehzahl von einem Motor/Generator 56, 58 (Motor A oder Motor B) ist. Genauer wird der EVT1-Modus durch die wahlweise Einrückung der ersten und der dritten Kupplung C1 und C3 erreicht. In EVT1 fungiert der Motor A, um die Maschine 12 mit dem ersten Planetenradsatz 24 an dem dritten Planetenradsatz 28 und dem Ausgangselement 20 in Reaktion zu bringen; während der Motor B den zweiten und den dritten Planetenradsatz 26, 28 antreibt. Der Motor A treibt das Fahrzeug in EVT1 voran. Alternativ kann das Getriebe 14 wahlweise in den EVT4-Modus geschaltet werden, indem die Kupplung C2 und die Kupplung C3 betätigt werden. In EVT4 fungiert der Motor A, um die Maschine 12 mit dem ersten Planetenradsatz 24 an dem zweiten und an dem dritten Planetenradsatz 26, 28 und an dem Ausgangselement 20 in Reaktion zu bringen, während der Motor B den zweiten und den dritten Planetenradsatz 26, 28 antreibt. Der Motor B treibt das Fahrzeug in EVT4 voran.
In EVT2 und EVT3 arbeitet das Getriebe 14 in einem kombiniert-leistungsverzweigten Modus, wobei die Ausgangsdrehzahl N_o des Getriebes 14 nicht proportional zu der Drehzahl eines einzelnen Motors/Generators ist, sondern vielmehr eine algebraische Linearkombination der Drehzahlen beider Motoren/Generatoren ist. Genauer wird EVT2 durch die wahlweise Einrückung der ersten und der vierten Kupplung C1, C4 erreicht. In diesem Modus arbeiten der Motor A und der Motor B, um die Maschine 12 mit dem ersten und mit dem zweiten Planetenradsatz in Reaktion zu bringen. Alternativ kann das Getriebe 14 wahlweise in den EVT3-Modus geschaltet werden, indem die Kupplung C2 und die Kupplung C4 betätigt werden. Wenn in dem EVT3-Modus gearbeitet wird, bringen die beiden Motor/Generator-Baugruppen 56, 58 die Maschine 12 mit allen drei Planetenradsätzen 24, 26, 28 in Reaktion.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Ausdruck der Getriebeausgangsdrehzahl N_o längs der horizontalen Achse über die Eingangsdrehzahl N_i über die vertikale Achse hinweg dargestellt. 3 ist nur eine graphische Darstellung beispielhafter Betriebsbereiche für jeden Betriebsmodus mit Bezug auf Eingangs- und Ausgangsdrehzahlen dieser Ausführungsform des Getriebes 14.
Der synchrone Betrieb in FG1 - die Eingangsdrehzahl- und Ausgangsdrehzahlbeziehungen, wobei die Kupplungen C1, C3 und C4 mit einer Schlupfdrehzahl von im Wesentlichen null darüber hinweg arbeiten - ist durch die Linie 91 dargestellt. Somit stellt die Linie 91 eine Eingangsdrehzahl- und Ausgangsdrehzahlbeziehung dar, bei der im Wesentlichen ein synchrones Schalten zwischen EVT-Modi auftreten kann. FG1 ist auch ein Bereich, bei dem eine direkte mechanische Kopplung vom Eingang zum Ausgang durch gleichzeitiges Einrücken der Kupplungen C1, C3 und C4 - d. h. ein festes oder direktes Übersetzungsverhältnis - bewirkt werden kann.
Ein synchroner Betrieb in FG2 - die Eingangsdrehzahl- und Ausgangsdrehzahlbeziehungen, wobei die Kupplungen C1, C2 und C4 mit einer Schlupfdrehzahl im Wesentlichen null darüber hinweg arbeiten - ist durch Linie 93 dargestellt. Ähnlich sind die Beziehungen zwischen der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl während des Betriebs in FG3, wobei die Kupplungen C2, C3 und C4 gleichzeitig mit einer Schlupfdrehzahl von im Wesentlichen null darüber hinweg arbeiten, durch Linie 95 dargestellt.
Links von der Schaltverhältnislinie 91 befindet sich ein beispielhafter Betriebsbereich für den ersten EVT-Modus, EVT1, wobei sowohl C1 als auch C3 eingerückt und C2 und C4 gelöst sind. Rechts von der Schaltverhältnislinie 91 und links von der Schaltverhältnislinie 93 befindet sich ein beispielhafter Betriebsbereich für den zweiten EVT-Modus, EVT2, wobei C1 und C4 eingerückt und C2 und C3 gelöst sind.
Rechts von der Schaltlinie 93 und links von der Schaltverhältnislinie 95 befindet sich ein beispielhafter Betriebsbereich für den dritten EVT-Modus, EVT3, bei dem C2 und C4 eingerückt und C1 und C3 gelöst sind. Rechts von der Schaltverhältnislinie 95 befindet sich ein beispielhafter Betriebsbereich für den vierten EVT-Modus, EVT4, wobei C2 und C3 eingerückt und C1 und C4 gelöst sind. So wie es hierin mit Bezug auf die Kupplungen C1-C5 verwendet wird, gibt der Ausdruck „eingerückt“ oder „betätigt“ eine wesentliche Drehmomentübertragungskapazität über die jeweilige Kupplung an. Die Ausdrücke „gelöst“ oder „deaktiviert“ geben im Gegensatz dazu eine unwesentliche oder keine Drehmomentübertragungskapazität über die jeweilige Kupplung hinweg an.
Obwohl die Betriebsbereiche, die oben spezifiziert sind, im Allgemeinen für den Betrieb des Hybridgetriebes 14 favorisiert werden, soll dies nicht bedeuten, dass impliziert wird, dass die verschiedenen EVT-Betriebsbereiche, die in 3 gezeigt sind, sich nicht überlappen können oder sich nicht überlappen. In Allgemeinen kann es jedoch bevorzugt sein, in den spezifizierten Bereichen zu arbeiten, da jeder besondere Betriebsmodus vorzugsweise Zahnradsätze und Motorbauteile nutzt, die besonders gut für die verschiedenen Aspekte (z. B. Masse, Größe, Kosten, Trägheitsfähigkeiten usw.) für diesen Bereich geeignet sind. Während ähnlich die einzelnen Betriebsbereiche, die oben spezifiziert sind, im Allgemeinen für die besonderen, angegebenen Betriebsmodi bevorzugt sind, soll dies nicht bedeuten, dass impliziert wird, dass die Betriebsbereiche für die einzelnen EVT-Modi nicht umgeschaltet werden können.
Im Allgemeinen kann ein Schalten in den Modus 1 als Herunterschalten betrachtet werden und ist einem höheren Übersetzungsverhältnis gemäß der Beziehung N_i/N_o zugeordnet. Im Gegensatz dazu wird ein Schalten in den Modus 4 als ein Hochschalten angesehen und ist einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis gemäß der Beziehung N_i/N_o zugeordnet. Wie es hier diskutiert wurde, sind andere Modus-in-Modus-Schaltsequenzen machbar. Beispielsweise ist ein Schalten von EVT1 in EVT3 ebenfalls ein Hochschalten, während ein Schalten von EVT4 in EVT2 als ein Herunterschalten betrachtet wird.
Nun mit Bezug auf 4 und weiter mit Bezug auf 1-3 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Drucksteuersystems 100 zum Zuführen von Getriebefluid zu dem Hydraulikkreis des in 1 gezeigten Getriebes 14 gezeigt. Das Drucksteuersystem 100 führt Getriebefluid zu einem teilweise bei 102 gezeigten Hydraulikkreis zu, der Getriebefluid für die Kupplungen C1-C5 und ebenfalls für die Getriebeschmierungs- und -kühlungssysteme zuführt.
Das Drucksteuersystem 100 enthält eine erste und eine zweite Fluidpumpe: eine Hauptpumpe 104 und eine Zusatzpumpe 106. Die Haupt- und die Zusatzpumpe 104 und 106 saugen Getriebefluid aus einer Fluidwanne 108 an, die auch als ein Auslass für andere Teile des Hydraulikkreises arbeiten kann.
Die Hauptpumpe 104, die auch als eine Maschinenpumpe bezeichnet werden kann, leitet über einen Riemen, eine Zahnradanordnung oder eine andere Antriebsverbindung mit der Getriebeausgangswelle, Leistung von der Maschine 12 ab. Somit ist die Hauptpumpe 104 nicht funktional, wenn die Maschine 12 nicht mit ausreichenden Drehzahlen zum Betreiben der Hauptpumpe läuft, und ist die Hauptpumpe 104 vollständig ausgeschaltet, wenn die Maschine 12 ausgeschaltet ist - wie etwa, wenn das Getriebe 14 an nur elektrischer Antriebsleistung arbeitet.
Die Zusatzpumpe 106 arbeitet unabhängig von der Maschine 12 und kann somit arbeiten, während die Maschine 12 ausgeschaltet ist oder mit sehr niedrigen Drehzahlen läuft. „Zusatz“ wird häufig als „Zus.“ abgekürzt und wird hier austauschbar verwendet. Die Zus.-Pumpe 106 ist entweder eigen betrieben (weist einen darin integrierten Motor auf) oder wird durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) mit Leistung versorgt. Der Elektromotor kann allein für den Betrieb der Zus.-Pumpe 106 vorgesehen sein und kann von der dem Maschinen-/Antriebsstrang 10 zugeordneten Energiespeichervorrichtung oder von einer dedizierten Batterie (nicht gezeigt) Leistung entnehmen. Die Zus.-Pumpe 106 leitet ihre Leistung nicht von einer mechanischen Kupplung oder Verbindung mit der Maschine 12 ab.
Fluid von der Hauptpumpe 104 strömt in einen Hauptkanal 110 und Fluid von der Zus.-Pumpe 106 strömt in einen Zusatzkanal 112. Die Kanäle 110, 112 laufen bei einem Regelventil 116 zusammen, bevor sie in den Hydraulikkreis 102 eintreten.
Der Druck des von der Haupt- und von der Zus.-Pumpe 104, 106 durch die Kanäle 110, 112 gehenden Getriebefluids wird durch einen ersten und einen zweiten Regler geregelt, um den Druck des in den Hydraulikkreis 102 eintretenden Fluids zu regeln. Im Allgemeinen sind Regler Einheiten, die bei einem druckvariablen Einlassdruck einen im Wesentlichen konstanten Auslassdruck geben, sofern der Einlassdruck höher als der geforderte Auslassdruck bleibt.
Ein Hauptregler 120 hält einen im Wesentlichen konstanten Fluiddruck in dem Hauptkanal 110 aufrecht, solange der durch die Hauptpumpe 104 erzeugte Druck den Regeldruck des Hauptreglers 120 übersteigt. Ähnlich hält ein Zusatzregler 122 einen im Wesentlichen konstanten Fluiddruck in dem Zus.-Kanal 112 aufrecht, solange der durch die Zus.-Pumpe 106 erzeugte Druck den Regeldruck des Zus.-Reglers 122 übersteigt. Die Struktur und die Prozesse zum Regeln des Haupt- und des Zus.-Reglers 120, 122 werden hier ausführlicher beschrieben. Sowohl der Haupt- als auch der Zusatzregler können in Abhängigkeit von der gewählten anwendungsspezifischen Konfiguration entweder als der erste Regler oder als der zweite Regler angesehen werden.
Die Fluidströmung von der Haupt- und von der Zus.-Pumpe 104, 106 tritt über das Regelventil 116 in den Hydraulikkreis 102 ein. In der in 4 gezeigten Ausführungsform lässt das Regelventil 116 wahlweise im Wesentlichen eine ausschließliche Fluidströmungsverbindung mit dem Hydraulikkreis 102 immer nur von einem der Kanäle 110, 112 zu.
Das Regelventil 116 kann eine Exklusiv-Oder-Konfiguration (‚XOR‘-Konfiguration) sein. In einer XOR-Ausführungsform ist das Regelventil 116 zum Regeln der Strömung von Hydraulikfluid von der Zus.-Pumpe 106 und von der Hauptpumpe 104 mechanisiert, indem die Strömung von Druckfluid in den Hydraulikkreis 102 des Getriebes 14 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Drucks und von der Strömung von jeder der Pumpen im Wesentlichen ausschließlich entweder von der Zus.-Pumpe 106 oder von der Hauptpumpe 104 zugelassen wird. Für kurze Zeitdauern kann das Regelventil 116 die Fluidströmung zu dem Hydraulikkreis 102 von beiden Kanälen 110, 112 zulassen; oder kann es kleine Fluidmengen von einem Kanal zulassen, während der andere ausgewählt oder in der Regelung angeordnet wird; unter den meisten Betriebsbedingungen wird die Fluidströmung aber ausschließlich von einem oder von dem anderen der Kanäle 110, 112 erfolgen.
4 zeigt schematisch das Regelventil 116 in der Position zum Zulassen einer Fluidströmungsverbindung zwischen dem Hydraulikkreis 102 und der Zus.-Pumpe 106, während die Strömung von der Hauptpumpe 104 durch den Kanal 110 im Wesentlichen gesperrt ist. Dies zeigt, dass 4 einen Betriebsmodus repräsentiert, in dem die Maschine 12 die Hauptpumpe 104 nicht mit Leistung versorgt. Die schematisch in 4 gezeigten Bedingungen können einen EVT-Modus oder einen anderen Modus, in dem das Fahrzeug allein durch Traktionsleistung von dem Motor A oder B (56, 58) vorangetrieben wird, angeben.
Der Haupt- und der Zus.-Regler 120, 122 regeln den Druck in den Kanälen 110 bzw. 112 in Übereinstimmung mit einem Regelsignal. Das Regelsignal ist ein Hydraulikfluiddrucksignal, das von einem einzelnen Druckregelsolenoid (PCS) 124 durch Signalkanäle 126 gesendet wird. Jeder der Regler 120, 122 variiert seinen Maximaldruck als eine Funktion des Drucks in den Signalkanälen 126. Das PCS 124 wird durch eine elektronische Kombination von einem PCS-Controller 128 geregelt.
Das zum PCS 124 gesendete Regelsignal ist ein gewünschter oder angewiesener Leitungsdruck P. Das Signal wird von einem Hybridcontroller 140, einer Komponente des Hybridregelsystems, auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Maschinen-/Antriebsstrangs 10 gesendet. Der Hybridcontroller 140 kann sich innerhalb des oder in Kommunikation mit dem Getriebe 14 befinden.
Über diese Regelstruktur kann eine einzelne Regelvorrichtung (PCS 124), die ein einzelnes elektronisches Signal empfängt, zwei (oder mehr) Regler regeln. Darüber hinaus kann dieses eine Drucksignal durch Ändern der Antwortfunktionen der einzelnen Regler 120, 122 zu verschiedenen Druckwertausgaben führen.
Der Hybridcontroller 140 kommuniziert mit einem Pumpencontroller 142, der zum Regeln des Betriebs der Zus.-Pumpe 106 konfiguriert ist. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Pumpencontroller 142 ferner in Kommunikation mit der Hauptpumpe 104 stehen, um den Betrieb davon zu regeln. Der Pumpencontroller 142 sendet ein Signal mit einer gewünschten oder angewiesenen Zus.-Pumpendrehzahl N_c zu der Zus.-Pumpe 106. In einigen Ausführungsformen können der Hybridcontroller 140 und der Pumpencontroller 142 als Teil eines einzelnen Controllers kombiniert sein, der sich innerhalb des Getriebes 14 oder in Verbindung mit ihm befinden kann.
Ein Pumpendrehzahlsensor 144 ist zum Überwachen einer tatsächlichen Pumpendrehzahl (N_p) der Zus.-Pumpe 106 und zum Übermitteln der tatsächlichen Pumpendrehzahl (N_p) zu dem Pumpencontroller 142 konfiguriert. Der Pumpendrehzahlsensor 144, der Pumpencontroller 142 und die Zus.-Pumpe 106 bilden einen Rückkopplungskreis 146.
Nun mit Bezug auf 5 und weiter mit Bezug auf 1-4 ist ein schematischer Graph 200 einer beispielhaften Regelfunktion für die Zus.-Pumpe 106 gezeigt. Der Graph 200 zeigt ein Übergangsereignis, in dem die Zus.-Pumpe 106 einer Änderung des Leitungsdrucks P des Hydraulikkreises 102 ausgesetzt wird. Die Leitungsdruckzunahme kann die tatsächliche Pumpendrehzahl (N_p) der Zus.-Pumpe 106 beeinflussen, da die Pumpe gegen einen höheren Fluiddruck drückt. In einigen Fällen können Übergangsereignisse veranlassen, dass die tatsächliche Pumpendrehzahl (N_p) - wie etwa durch einen Abfall des Ansprechens auf eine Zunahme des Leitungsdrucks oder durch ein Ansteigen in Ansprechen auf eine Abnahme des Leitungsdrucks - fluktuiert.
Der Graph 200 zeigt schematisch auf der vertikalen Achse (y-Achse) den Leitungsdruck (P), die Pumpendrehzahl (N) und das Drehmoment (T) und auf der horizontalen Achse (x-Achse) die Zeit. Der Leitungsdruck (P) ist in der Linie 210 gezeigt. Die tatsächliche Pumpendrehzahl (N_p) ist in der Linie 212 gezeigt und der Pumpendrehzahlbefehl (N_c) ist in der Linie 214 gezeigt. Der Pumpendrehzahlbefehl in der Linie 214 ist nur gezeigt, wo sich der angewiesene Wert von der tatsächlichen Pumpendrehzahl (N_p) in dem in 5 gezeigten schematischen beispielhaften Pumpenübergangsereignis unterscheidet (oder abweicht).
Der Drehmomentbefehl von dem Pumpencontroller 142 zu der Zus.-Pumpe 106 ist in der Linie 216 gezeigt. Der Drehmomentbefehl kann z. B. (und ohne Beschränkung) zu einer Ersatzspannung oder zu einem Ersatzstrom zum Betreiben der Zus.-Pumpe 106 weiterverarbeitet werden. Wie im Folgenden beschrieben ist, repräsentiert die Linie 218 einen Steuerketten-Drehmomentwert, der von dem Hybridcontroller 140 zu dem Pumpencontroller 142 gesendet wird. Wie im Folgenden beschrieben ist, repräsentiert die Linie 220 einen Regelkreis-Drehmomentwert, der durch den Pumpencontroller 142 teilweise auf der Grundlage von Informationen von dem Pumpendrehzahlsensor 144 bestimmt wird, die über den Rückkopplungskreis 146 gesendet werden.
Der Leitungsdruck, die Pumpendrehzahl und das Pumpendrehmoment beginnen alle bei einem stationären oder Grundlinienzustand, wie er links im Graphen 200 gezeigt ist. Das Übergangsereignis (das allgemein bei 222 gezeigt ist) beginnt, während der Hybridcontroller 140, möglicherweise über den PCS-Controller 128, einen ersten Leitungsdruckbefehl P₁ zu dem Getriebe 14 sendet. In dem im Graphen 200 gezeigten schematischen Beispiel ist das Übergangsereignis 222 eine Zunahme des Leitungsdrucks gegenüber der Grundlinie auf den ersten Leitungsdruck P₁, die z. B. wegen des Einrückens einer oder mehrerer zusätzlicher Kupplungen auftreten kann.
Der Hybridcontroller 140 berechnet in Ansprechen auf die Zunahme des Leitungsdruckbefehls aus dem ersten Leitungsdruckbefehl P₁ einen ersten Drehmomentwert T₁ bzw. leitet ihn daraus ab. Der erste Drehmomentwert T₁ beruht auf einer Schätzung des Drehmoments, das die Zus.-Pumpe 106 bereitstellen muss, um den geforderten Leitungsdruck zu dem Getriebe 14 zuzuführen. Die Berechnung kann durch einen Algorithmus oder durch Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle erfolgen. Da die Zus.-Pumpe 106 gegen den tatsächlichen Leitungsdruck im Hydraulikkreis 102 drückt, wird sich der geforderte Drehmomentwert in Abhängigkeit von dem Leitungsdruckbefehl ändern.
Der Pumpencontroller 142 sendet den ersten Drehmomentwert T₁ zu der Pumpe 106, sodass die Pumpe 106 bei dem ersten Drehmomentwert T₁ arbeitet. Dies ist eine Steuerung bzw. Steuerkette, da der Hybridcontroller 140 den Betrieb der Zus.-Pumpe 106 ohne Rückkopplung hinsichtlich der Bedingungen der Zus.-Pumpe 106 ändert. Die Zunahme des ersten Drehmomentwerts T₁ ist im Abschnitt 224 der Steuerketten-Drehmomentlinie 218 aus 5 gezeigt.
Entweder der Hybridcontroller 140 oder der Pumpencontroller 142 berechnet aus dem ersten Leitungsdruckbefehl P₁ oder aus dem ersten Drehmomentwert T₁ einen ersten Drehzahlwert N₁ für die Zus.-Pumpe 106 oder leitet ihn daraus ab. Da die geforderte Pumpendrehzahl wie der Drehmomentwert als eine Funktion des Leitungsdruckbefehls und verschiedener Strömungsanforderungen variiert, kann diese Berechnung ebenfalls durch einen Algorithmus oder durch Bezugnahme auf eine Nachschlagetabelle erfolgen. Allerdings kann der erhöhte Leitungsdruck auch zu einem erhöhten Leckverlust innerhalb des Getriebes 14 führen, wobei der - beim Liniensegment 211 gezeigte - tatsächliche Leitungsdruck somit nicht genau zu dem Leitungsdruckbefehl passen kann. Der Pumpencontroller 142 integriert diese Leckverluste in die angewiesene Pumpendrehzahl. Die Zunahme auf den ersten Drehzahlwert N₁ ist als Abschnitt 226 der Pumpendrehzahl-Befehlslinie 214 aus 5 gezeigt.
Der Steuerketten-Drehmomentbefehl, der erste Drehmomentwert T₁, ermöglicht, dass die Zus.-Pumpe 106 auf die Druckzunahme auf den ersten Leitungsdruckbefehl P₁ in Ansprechen auf das Übergangsereignis 222 anspricht. Der zunehmende Leitungsdruck wirkt als Gegendruck und erfordert, dass die Zus.-Pumpe 106 schneller rotiert und bei höherem Drehmoment arbeitet, um den Gegendruck zu überwinden. Um weiter ausreichend Fluidströmung zum Aufrechterhalten des Betriebsdrucks für alle Elemente des Getriebes 14 bereitzustellen, muss die Pumpendrehzahl möglicherweise über die in Ansprechen auf den Steuerketten-Drehmomentbefehl (den ersten Drehmomentwert T₁) berechnete Zunahme hinaus erhöht werden; z. B. kann die tatsächliche Pumpendrehzahl nicht N₁ erreichen.
Der Pumpendrehzahlsensor 144 überwacht die tatsächliche Drehzahl N_p der Zus.-Pumpe 106. Die tatsächliche Pumpendrehzahl N_p ist in der Linie 212 aus 5 gezeigt, und der Pumpendrehzahlsensor 144 kann die Drehzahl überwachen, bevor, während und nachdem das Übergangsereignis 222 veranlasst, dass das Steuerketten-Drehmoment im Abschnitt 224 auf den ersten Drehmomentwert T₁ zunimmt.
Nach der Zunahme des ersten Drehzahlwerts N₁ können der Pumpendrehzahlbefehl 214 und die tatsächliche Pumpendrehzahl 212, wie in 5 gezeigt ist, wegen Leckverlusts oder anderen Verlusten in dem Getriebe 14 auseinanderlaufen. Dies zeigt, dass der erste Drehmomentwert T₁ allein unter dem gegenwärtigen Leitungsdruckbefehl, dem ersten Drehmomentwert T₁, nicht ausreichen würde, um die gewünschte Pumpendrehzahl - den ersten Pumpendrehzahlbefehl N₁ - bereitzustellen. Somit verwendet der Pumpencontroller 142 einen Regelkreis-Prozess, um den Fehler zu korrigieren und die Pumpendrehzahl unter dem Leitungsdruck auf die Zieldrehzahl zu bringen.
Der Pumpencontroller 142 empfängt die tatsächliche Pumpendrehzahl N_p, die durch den Pumpendrehzahlsensor 144 über den Rückkopplungskreis 146 überwacht wird. Der Pumpencontroller 142 vergleicht die beobachtete tatsächliche Pumpendrehzahl N_p der Zus.-Pumpe 106 mit dem Pumpendrehzahlbefehl (in Linie 214 gezeigt), der der erste Drehzahlwert N₁ ist. Da der erste Drehzahlwert N₁ zu der Drehzahlerhöhung 226 geführt hat, ergibt sich zwischen der angewiesenen (N₁) und der tatsächlichen (N_p) Pumpendrehzahl ein Drehzahldifferential 228. Der Pumpencontroller 142 stellt auf der Grundlage seiner Überwachung des Drehzahldifferentials 228 einen zweiten Drehzahlwert N₂ ein. Somit ist N₂ eine Funktion der Differenz zwischen N₁ und N_p.
Der zweite Drehzahlwert N₂ repräsentiert ein Regelkreis-Rückkopplungssignal, das verwendet werden kann, um den Betrieb der Zus.-Pumpe 106 einzustellen, bis der tatsächliche Leitungsdruck des Hydraulikkreises 102 bei oder nahe dem durch den Hybridcontroller 140 angewiesenen Leitungsdruck liegt. Der zweite Drehzahlwert N₂ kann im Wesentlichen äquivalent zu dem Drehzahldifferential 228 sein. Allerdings kann der zweite Drehzahlwert N₂ gegenüber dem Drehzahldifferential 228 um einen vorhergesagten Fehler- oder Verlustfaktor geändert werden oder kann der zweite Drehzahlwert N₂ als eine Funktion des Drehzahldifferentials 228 berechnet werden.
Der Pumpencontroller 142 berechnet aus dem zweiten Drehzahlwert N₂ einen zweiten Drehmomentwert T₂, der als Abschnitt 230 der Regelkreis-Drehmomentlinie 220 aus 5 gezeigt ist, oder leitet ihn daraus ab. Der zweite Drehmomentwert T₂ wird verwendet, um den zu der Zus.-Pumpe 106 gesendeten Drehmomentbefehl 216 einzustellen. Während die Größe des Drehzahldifferentials 228 abnimmt, nimmt der Betrag der notwendigen Einstellung ab und nimmt der zweite Drehmomentwert T₂ ab. Wie in 5 gezeigt ist, stagniert die Größe der Regelkreis-Drehmomentlinie 220, während die Drehzahlbefehlslinie 212 und die Linie 214 der tatsächlichen Pumpendrehzahl zusammenlaufen, und kann sogar abnehmen, bevor ein stationärer Zustand erreicht wird, nachdem das Drehzahldifferential 228 auf null geht.
Wie in 5 gezeigt ist, werden der erste und der zweite Drehmomentwert (T₁ und T₂) durch den Pumpencontroller 142 zu einem dritten Drehmomentwert T₃ kombiniert, der als Abschnitt 232 des Drehmomentbefehls 216 gezeigt ist. Die Zus.-Pumpe 106 arbeitet dann bei dem dritten Drehmomentwert T₃. Somit trägt sowohl der (von dem Leitungsdruckbefehl 210 abgeleitete) Steuerketten-Drehmomentbefehl 218 als auch der (von dem Drehzahldifferential abgeleitete) Regelkreis-Drehmomentbefehl 220 zu dem Gesamtdrehmomentbefehl 216 bei, der dazu verwendet wird, die Zus.-Pumpe 106 bei einem effizienteren Niveau zu betreiben.
In einigen Ausführungsformen kann der dritte Drehmomentwert T₃ als eine im Wesentlichen lineare Kombination des ersten Drehmomentwerts T₁ und des zweiten Drehmomentwerts T₂ berechnet werden. Alternativ kann der dritte Drehmomentwert T₃ gegenüber der Linearkombination des ersten Drehmomentwerts T₁ und des zweiten Drehmomentwerts T₂ um einen vorhergesagten Fehler- oder Verlustfaktor variiert werden oder als eine Funktion der kombinierten Drehmomentwerte berechnet werden.
Zusätzliche Übergangsereignisse wie etwa eine weitere durch den Hybridcontroller angewiesene Leitungsdruckzunahme oder -abnahme werden ähnlich veranlassen, dass der Pumpencontroller 142 den zu der Zus.-Pumpe 106 gesendeten Steuerketten-Drehmomentbefehl erhöht oder verringert. Zum Beispiel kann der Pumpencontroller 142 einen vierten Drehmomentwert T₄ als einen Steuerketten-Drehmomentbefehl zu der Zus.-Pumpe 106 senden.
Darüber hinaus werden irgendwelche Fehler in dem Steuerketten-Drehmomentbefehl oder unerwartete Änderungen des Leitungsdrucks des Hydraulikkreises 106 veranlassen, dass die tatsächliche Pumpendrehzahl 212 der Zus.-Pumpe 216 von dem Pumpendrehzahlbefehl 214 abweicht. Dieses Differential wird ebenfalls über den Rückkopplungskreis 146 zu dem Pumpencontroller 142 übertragen, der einen neuen Regelkreis-Drehmomentbefehl - z. B. einen fünften Drehmomentwert T₅ - berechnen und das angewiesene Gesamtdrehmoment - einen sechsten Drehmomentwert T₆ - der Zus.-Pumpe 106 dementsprechend nach oben oder unten einstellen wird.
Die Kombination der Steuerketten- und Regelkreis-Drehmomentbefehle kann die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Zus.-Pumpe 106, insbesondere während des stationären Betriebs, bei einer allzu hohen und somit ineffizienten Drehzahl arbeitet. Darüber hinaus kann die Kombination aus Steuerung und Regelung die Wahrscheinlichkeit verringern, dass die Zus.-Pumpe 106 bei einer niedrigen Drehzahl arbeitet, die einen Druckverlust in dem Hydraulikkreis 102 zulässt, was das unbeabsichtigte Ausrücken einer oder mehrerer Kupplungen während Übergangsereignissen zulassen kann.

Claims

Verfahren zum Regeln einer Pumpe (106) für ein Hybridgetriebe (10), wobei das Verfahren umfasst: Anweisen eines ersten Leitungsdrucks (P₁, 222) des Getriebes (10); Ableiten eines ersten Drehzahlwerts (N₁, 226) von dem ersten Leitungsdruckbefehl; Ableiten eines ersten Drehmomentwerts (T₁, 224) von dem ersten Leitungsdruckbefehl; Anweisen, dass die Pumpe (106) bei dem ersten Drehmomentwert (T₁, 224)arbeitet; Überwachen einer tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106); Ableiten eines zweiten Drehmomentwerts (T₂, 230) aus der Differenz zwischen der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106) und dem ersten Drehzahlwert (N₁, 226); Ableiten eines dritten Drehmomentwerts (T₃, 232) von dem ersten und von dem zweiten Drehmomentwert (T₂, 230); und Anweisen, dass die Pumpe (106) bei dem dritten Drehmomentwert (T₃, 232) arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ableiten des dritten Drehmomentwerts (T₃, 232) das Bilden einer im Wesentlichen linearen Kombination des ersten Drehmomentwerts (T₁, 224) und des zweiten Drehmomentwerts (T₂, 230) enthält.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Anweisen eines zweiten Leitungsdrucks des Getriebes (10); Ableiten eines vierten Drehmomentwerts (T₄) von dem zweiten Leitungsdruckbefehl; Ableiten eines fünften Drehmomentwerts (T₅) von der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106); Ableiten eines sechsten Drehmomentwerts (T₆) von dem vierten und von dem fünften Drehmomentwert (T₄, T₅); und Anweisen, dass die Pumpe (106) bei dem sechsten Drehmomentwert (T₆) arbeitet.
Verfahren zum Regeln einer Pumpe (106) für ein Hybridgetriebe (10), das einen Hybridcontroller (140), einen Pumpencontroller (142), einen Drehzahlsensor (144) und einen Hydraulikkreis (102) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Senden eines ersten Leitungsdruckbefehls von dem Hybridcontroller (140) zu dem Hydraulikkreis (102); Ableiten eines ersten Drehmomentwerts (T₁, 224) von dem ersten Leitungsdruckbefehl; Senden des ersten Drehmomentwerts (T₁, 224) von dem Pumpencontroller (142) zu der Pumpe (106), sodass die Pumpe (106) bei dem ersten Drehmomentwert (T₁, 224) arbeitet; Überwachen einer tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106) mit dem Drehzahlsensor (144); Ableiten eines ersten Drehzahlwerts (N₁, 226) von dem ersten Drehmomentwert (T₁, 224); Ableiten eines zweiten Drehzahlwerts (N₂) von der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106), wobei der Pumpencontroller (142) die überwachte tatsächliche Drehzahl der Pumpe (106) mit dem ersten Drehzahlwert (N₁, 226) vergleicht, um ein Differential zu bestimmen, und wobei der zweite Drehzahlwert (N₂) im Wesentlichen äquivalent dem Differential ist; Ableiten eines zweiten Drehmomentwerts (T₂, 230) von dem zweiten Drehzahlwert (N₂); Ableiten eines dritten Drehmomentwerts (T₃, 232) mit dem Pumpencontroller (142) durch Kombinieren des ersten und des zweiten Drehmomentwerts (T₂, 230); und Senden des dritten Drehmomentwerts (T₃, 232) von dem Pumpencontroller (142) zu der Pumpe (106), sodass die Pumpe (106) bei dem dritten Drehmomentwert (T₃, 232) arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Drehzahlsensor (144), die Pumpe (106) und der Pumpencontroller (142) so angeordnet sind, dass sie einen Rückkopplungskreis bilden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ableiten des dritten Drehmomentwerts enthält, dass der Pumpencontroller (142) eine im Wesentlichen lineare Kombination des ersten Drehmomentwerts (T₁, 224) und des zweiten Drehmomentwerts (T₂, 230) bildet.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfasst: Senden eines zweiten Leitungsdruckbefehls von dem Hybridcontroller (140) zu dem Getriebe (10) und zu dem Pumpencontroller (142); Ableiten eines vierten Drehmomentwerts (T₄) von dem zweiten Leitungsdruckbefehl; Ableiten eines dritten Drehzahlwerts von dem vierten Drehmomentwert; Ableiten eines vierten Drehzahlwerts von der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106), wobei der Pumpencontroller (142) die überwachte tatsächliche Drehzahl der Pumpe (106) mit dem dritten Drehzahlwert vergleicht, um das Differential zu bestimmen, und der vierte Drehzahlwert im Wesentlichen äquivalent zu dem Differential ist; Ableiten eines fünften Drehmomentwerts (T₅) von dem vierten Drehzahlwert; Kombinieren des vierten und des fünften Drehmomentwerts (T₄, T₅) mit dem Pumpencontroller (142), um einen sechsten Drehmomentwert (T₆) abzuleiten, wobei das Ableiten des sechsten Drehmomentwerts (T₆) enthält, dass der Pumpencontroller (142) eine im Wesentlichen lineare Kombination des vierten und des fünften Drehmomentwerts (T₄, T₅) bildet; und Senden des sechsten Drehmomentwerts (T₆) von dem Pumpencontroller (142) zu der Pumpe (106), sodass die Pumpe (106) bei dem sechsten Drehmomentwert (T₆) arbeitet.
Verfahren zum Regeln einer Pumpe (106) für ein Hybridgetriebe (10), das einen Pumpencontroller (142) aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen eines ersten Leitungsdrucks (P₁, 222) des Getriebes (10); Ableiten eines ersten Drehmomentwerts (T₁, 224) von dem ersten Leitungsdruckbefehl; Anweisen, dass die Pumpe (106) bei dem ersten Drehmomentwert (T₁, 224) arbeitet; Ableiten eines ersten Drehzahlwerts (N₁, 226) von dem ersten Drehmomentwert (T₁, 224), Überwachen einer tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106); Ableiten eines zweiten Drehzahlwerts (N₂) von der überwachten tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106), wobei der Pumpencontroller (142) die überwachte tatsächliche Drehzahl der Pumpe (106) mit dem ersten Drehzahlwert (N₁, 226) vergleicht, um ein erstes Differential zu bestimmen, und der zweite Drehzahlwert (N₂) im Wesentlichen äquivalent zu dem ersten Differential ist; Ableiten eines zweiten Drehmomentwerts (T₂, 230) von dem zweiten Drehzahlwert (N₂); Ableiten eines dritten Drehmomentwerts (T₃, 232) von dem ersten und von dem zweiten Drehmomentwert (T₂, 230); und Anweisen, dass die Pumpe (106) bei dem dritten Drehmomentwert (T₃, 232) arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst: Überwachen einer neuen tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106); Ableiten eines dritten Drehzahlwerts von der überwachten neuen tatsächlichen Drehzahl der Pumpe (106), wobei der Pumpencontroller (142) die überwachte neue tatsächliche Drehzahl der Pumpe (106) mit dem ersten Drehzahlwert (N₁, 226) vergleicht, um ein zweites Differential zu bestimmen, und wobei der dritte Drehzahlwert im Wesentlichen äquivalent zu dem zweiten Differential ist; Ableiten eines vierten Drehmomentwerts (T₄) von dem dritten Drehzahlwert; Ableiten eines fünften Drehmomentwerts (T₅) von dem dritten und von dem vierten Drehmomentwert (T₄); und Senden des fünften Drehmomentwerts (T₅) von dem Pumpencontroller (142) zu der Pumpe (106), sodass die Pumpe (106) bei dem fünften Drehmomentwert (T₅) arbeitet.