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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft den Betrieb von Fahrzeugen, die Hybrid-Antriebsstrangsystem anwenden, während eines Anfahrens.
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HINTERGRUND
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Bekannte Fahrzeugsysteme verwenden Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen, um Traktionsdrehmoment zu erzeugen, unter Verwendung mehrerer Drehmoment erzeugender Einrichtungen, die Brennkraftmaschinen und ein oder mehrere nicht mit Kohlenwasserstoff beaufschlagte Drehmomentmaschinen umfassen, die Elektroarbeitsmaschinen einschließen können, die elektrische Leistung in mechanisches Drehmoment umwandeln. Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen können ausgelegt sein, um Traktionsdrehmoment zu einem Ausgangselement durch eine Getriebeeinrichtung zu übertragen. Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen können Reihenhybridkonfigurationen, Parallelhybridkonfigurationen und kombiniert leistungsverzweigte Hybridkonfigurationen umfassen. Elektroarbeitsmaschinen, die als Motoren und Generatoren fungieren, können gesteuert werden, um Drehmomenteingänge in das Getriebe unabhängig von einem Drehmomenteingang von der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Elektroarbeitsmaschinen können kinetischer Energie des Fahrzeugs, die durch den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, entgegenwirken und in elektrische Energie umwandeln, die in einer Speichereinrichtung für elektrischen Energie speicherbar ist, wobei regeneratives Bremsen und andere Verfahren angewendet werden. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingänge von dem Fahrzeug und dem Bediener und sorgt für eine funktionale Steuerung des Antriebsstrangs, umfassend Steuern des Getriebebetriebsbereichszustandes und des Gangschaltens, Steuern des Betriebs der Kraftmaschine und der Drehmomentmaschinen, und Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Speichereinrichtung für elektrische Energie und den Elektroarbeitsmaschinen, um Drehmoment- und Drehzahlausgänge des Getriebes zu verwalten.
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Bekannte Steuersysteme steuern den Betrieb einer Kraftmaschine in einem von einem Modus mit eingeschalteter Kraftmaschine und einem Modus mit ausgeschalteter Kraftmaschine, die einen Modus mit Kraftstoffabschaltung umfassen können. Bekannte Steuersysteme steuern den Betrieb eines Hybrid-Antriebsstrangsystems, um Traktionsdrehmoment zu erzeugen, das Traktionsdrehmoment zum Anfahren eines Fahrzeugs von einer Bedingung einer Drehzahl von Null oder einer Drehzahl in der Nähe von Null umfasst, in Ansprechen auf eine Bedieneranforderung nach Ausgangsdrehmoment.
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Fahrzeuge, die mit Hybrid-Antriebsstrangsystemen und Elektrofahrzeug-Antriebsstrangsystemen mit verlängerter Reichweite ausgestattet sind, können unter Verwendung von Batterieladungserschöpfungs-Steuerschemata oder Batterieladungserhaltungs-Steuerschemata arbeiten. Die gesamte Energie für den Vortrieb, die Energie zum Laden der Batterie einschließt, stammt von an Bord befindlichem Kraftstoff in einem Fahrzeug das ein Batterieladungserhaltungs-Steuerschema anwendet. Somit kann ein Fahrzeug, das ein Batterieladungserhaltungs-Steuerschema anwendet, einen Betrieb der Kraftmaschine unter Bedingungen anweisen, wenn ein Bediener einen Fahrzeugbetrieb in einem rein elektrischen Modus, wie etwa während eines Anfahrens mit niedriger Drehzahl, erwartet. Jedoch kann ein Vermeiden des Betriebs der Kraftmaschine unter spezifischen Umständen aufgrund eines Bedarfs, ein Laden der Batterie unter weniger optimalen Bedingungen vorzusehen, die Gesamtkraftstoffwirtschaftlichkeit negativ beeinflussen. Von Fahrzeug- und Antriebsstrang-Steuerschemata wird erwartet, dass sie einen beständigen Fahrzeugbetrieb während Manövern, z. B. Anfahren, zur Verfügung stellen und Fahrzeuggrößen, wie etwa Kraftstoffwirtschaftlichkeit, berücksichtigen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einem Hybrid-Antriebsstrangsystem umfasst Freigeben eines befohlenen Elektrofahrzeug-(EV)-Anfahrens, wenn ein Hochspannungs-Batterieladezustand (SOC) größer als ein SOC-Schwellenwert ist, eine Getriebeausgangsdrehzahl niedriger als ein unterer Drehzahlschwellenwert ist, ein Getriebeausgangsdrehmoment niedriger als ein Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis ist, und eine Bedienerdrehmomentanforderung in dem EV-Traktionsmodus erreichbar ist. Ein EV-Traktionsmodus wird angewandt, um das befohlene EV-Anfahren in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanforderung, die ein Anfahrmanöver umfasst, auszuführen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein Diagramm eines Fahrzeugs, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem umfasst, das eine Kraftmaschine, ein Hybridgetriebe, Drehmomentmaschinen und einen Endantrieb aufweist, gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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2 eine Mehrzahl von EV-Anfahrdrehzahl/Beschleunigungs-Kalibrierungskurven, die eine maximale Beschleunigungsrate in Relation zu der Fahrzeuggeschwindigkeit, um einen Betrieb in einem EV-Traktionsmodus während eines EV-Anfahrens zu gestatten, definieren, gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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3 ein Steuerschema zum Freigeben und Sperren eines EV-Anfahrens in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
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4 eine Drehzahl/Drehmoment-Kalibrierungskurve für eine ausgewählte der EV-Anfahrdrehzahl/Beschleunigungs-Kalibrierungskurven, die ein maximales Getriebeausgangsdrehmoment in Relation zu der Getriebeausgangsdrehzahl zeigt, die während eines EV-Anfahrmanövers angewandt werden kann, um den Betrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems zu steuern, gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen nur zu dem Zweck dienen, bestimmte beispielhafte Ausführungsformen zu veranschaulichen, und nicht zu dem Zweck, selbige einzuschränken, zeigt 1 schematisch ein Fahrzeug 100, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 umfasst, das mit einem Endantrieb 60 gekoppelt ist und durch ein Steuersystem 10 gesteuert wird. Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 ist eine nicht einschränkende Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstrangsystems, das mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen anwendet, die eine Brennkraftmaschine und eine oder mehrere nicht auf interner Verbrennung beruhende Drehmomentmaschinen umfassen, um Traktionsdrehmoment zu erzeugen. Andere geeignete Hybrid-Antriebsstrangsysteme können ausgelegt sein, um unter spezifischen Bedingungen Traktionsdrehmoment mit ähnlichem Effekt zu erzeugen, wie es hierin beschrieben ist. Beispielsweise kann das Hybrid-Antriebsstrangsystem eine Brennkraftmaschine und (eine) andere geeignete nicht auf interner Verbrennung beruhende Drehmomentmaschine(n) anwenden, die hydraulisch-mechanische Drehmomentmaschinen, pneumatisch-mechanische Drehmomentmaschinen und andere umfassen, jedoch nicht darauf begrenzt sind. Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 ist ausgelegt, um in einem von mehreren Traktionsdrehmoment erzeugenden Modi zu arbeiten, wobei nur eine nicht auf interner Verbrennung beruhende Drehmomentmaschine angewandt wird, um Traktionsdrehmoment zu erzeugen, der hierin als ein Elektrofahrzeug-(EV)-Traktionsmodus bezeichnet wird. In einer Ausführungsform umfasst der EV-Traktionsmodus das Betreiben des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 in einem stufenlosen Betriebsbereichszustand bei im AUS-Zustand befindlicher Kraftmaschine. In einer Ausführungsform umfasst der EV-Traktionsmodus das Betreiben des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 in einem stufenlosen Betriebsbereichszustand bei im Zustand mit Kraftstoffabschaltung befindlicher Kraftmaschine. In einer Ausführungsform umfasst der EV-Traktionsmodus das Betreiben des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 in einem stufenlosen Betriebsbereichszustand bei im Leerlaufzustand arbeitender Kraftmaschine.
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Das hierin beschriebene Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 umfasst eine mechanische Leistungsstrecke, die die Kraftmaschine 40 und eine erste und zweite elektrisch beaufschlagte Drehmomentmaschine 42 bzw. 43 umfasst, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 50 gekoppelt sind, das ein Ausgangselement 62 aufweist, das mit einem Endantrieb 60 gekoppelt ist. Ein elektrischer Hochspannungskreis 30 ist elektrisch mit einer Hochspannungsbatterie 25 über einen Hochspannungsbus 29 verbunden. Der elektrische Hochspannungskreis 30 umfasst einen ersten und zweiten elektrischen Leistungsstromrichter 32 bzw. 33, die jeweils elektrisch mit der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 bzw. 43 verbunden sind.
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Die Kraftmaschine 40 kann irgendeine geeignete Brennkraftmaschine sein und ist bevorzugt eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung, die Kraftstoff durch einen Verbrennungsprozess in mechanische Leistung umwandelt. Die Kraftmaschine 40 ist konfiguriert, um Autostart- und Autostopp-Steuerschemata und FCO-Steuerschemata (Kraftstoffabschaltungs-Steuerschemata) während des laufenden Betriebs des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 auszuführen. Die Kraftmaschine 40 wird als im EIN-Zustand befindlich erachtet, wenn sie mit Kraftstoff beaufschlagt ist und rotiert und Drehmoment erzeugt, und wird als im AUS-Zustand befindlich erachtet, wenn sie nicht mit Kraftstoff beaufschlagt ist und nicht rotiert. Die Kraftmaschine 40 wird als im FCO-Zustand befindlich erachtet, wenn sie rotiert, aber nicht mit Kraftstoff beaufschlagt ist. Die Kraftmaschine 40 wird als im Leerlaufzustand befindlich erachtet, wenn sie mit Kraftstoff beaufschlagt ist und zündet, aber einen geringfügigen Betrag an Drehmoment erzeugt. Die Kraftmaschine 40 kann gestartet werden, um Traktionsdrehmoment zu erzeugen, das auf den Endantrieb 50 übertragen werden kann, und/oder Leistung an die erste Drehmomentmaschine 42 zu liefern, um Energie zu erzeugen, die von einer oder beiden von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42, 43 verwendet werden kann, um Traktionsdrehmoment zu erzeugen.
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Die erste und zweite Drehmomentmaschine 42 und 43 können jegliche geeignete Vorrichtungen sein, die ausgelegt sind, um gespeicherte Energie in mechanische Leistung umzuwandeln, und umfassen in einer Ausführungsform Mehrphasen-Elektromotoren/Generatoren. Die Mehrphasen-Elektromotoren/Generatoren sind ausgelegt, um gespeicherte elektrische Energie in mechanische Leistung umzuwandeln, wenn in einem Drehmoment erzeugenden Zustand gearbeitet wird, und mechanische Leistung in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Hochspannungsbatterie 25 gespeichert werden kann, wenn in einem elektrische Leistung erzeugenden Zustand gearbeitet wird. Das Getriebe 50 kann irgendeine geeignete Drehmomentübertragungseinrichtung sein, und umfasst in einer Ausführungsform einen oder mehrere Differenzialzahnradsätze und Drehmomentübertragungskupplungen und -bremsen, um eine Drehmomentübertragung über einen Bereich von Drehzahlen zwischen der Kraftmaschine 40, der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 und 43 und dem Ausgangselement 62, das mit dem Fahrzeugendantrieb 60 gekoppelt ist, zu bewirken. Das Getriebe 50 ist bevorzugt ausgelegt, um in Festgang- und stufenlosen Betriebsbereichszuständen durch selektive Aktivierung der Drehmoment-Übertragungskupplungen zu arbeiten. Somit ist das Antriebsstrangsystem 20 ausgelegt, um in einer Mehrzahl von Traktionsdrehmoment erzeugenden Modi zu arbeiten, die Festgang- und stufenlose Betriebsbereichszustände umfassen, wobei die Maschine 40 sich in einem von dem EIN-Zustand, dem AUS-Zustand und dem FCO-Zustand befindet.
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Der Endantrieb 60 umfasst in einer Ausführungsform eine Differenzialzahnradeinrichtung 65, die mechanisch mit einer Achse 64 oder Halbwelle gekoppelt ist, die mechanisch mit einem Rad 66 gekoppelt ist. Die Differenzialzahnradeinrichtung 65 ist mit dem Ausgangselement 62 des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 gekoppelt und überträgt Ausgangsleistung dazwischen. Der Endantrieb 60 überträgt Traktionsleistung zwischen dem Hybridgetriebe 50 und einem Straßenbelag. Mechanische Leistung, die von der Kraftmaschine 40 stammt, kann über ein Eingangselement 35 auf die erste Drehmomentmaschine 42 und auf das Ausgangselement 62 über das Hybridgetriebe 50 übertragen werden. Mechanische Leistung, die von der ersten Drehmomentmaschine 42 stammt, kann auf die Kraftmaschine 40 über das Eingangselement 35 und auf das Ausgangselement 62 über das Hybridgetriebe 50 übertragen werden. Mechanische Leistung, die von der zweiten Drehmomentmaschine 43 stammt, kann über das Hybridgetriebe 50 auf das Ausgangselement 62 übertragen werden. Mechanische Leistung kann zwischen dem Hybridgetriebe 50 und dem Endantrieb 60 über das Ausgangselement 62 übertragen werden. Es können andere Antriebsstrangsystemausgestaltungen für einen ähnlichen Effekt angewandt werden.
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Die Hochspannungsbatterie 25 speichert potenzielle elektrische Energie und ist elektrisch über den Hochspannungsbus 29 mit dem elektrischen Hochspannungskreis 30 verbunden, der mit der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 und 43 verbunden ist, um elektrische Leistung dazwischen zu übertragen. Es ist festzustellen, dass die Hochspannungsbatterie 25 eine elektrische Energiespeichereinrichtung ist, die mehrere elektrische Zellen, Ultrakondensatoren und andere Einrichtungen umfassen kann, die ausgestaltet sind, um elektrische Energie im Fahrzeug zu speichern. Eine beispielhafte Hochspannungsbatterie 25 umfasst mehrere Lithium-Ionen-Zellen. Parametrische Zustande, die der Hochspannungsbatterie 25 zugeordnet sind, umfassen einen Ladezustand (SOC), Temperatur, verfügbare Spannung und verfügbare Batterieleistung, die jeweils von dem Steuersystem 10 überwacht werden.
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Der elektrische Hochspannungskreis 30 umfasst einen ersten und zweiten Stromrichter 32 bzw. 33, die jeweils elektrisch mit der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 bzw. 43 verbunden sind. Die erste und zweite Drehmomentmaschine 42 und 43 wechselwirken mit dem jeweiligen ersten und zweiten Stromrichter 32 und 33, um gespeicherte elektrische Energie in mechanische Leistung umzuwandeln und mechanische Leistung in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Hochspannungsbatterie 25 gespeichert werden kann. Der erste und zweite elektrische Leistungsstromrichter 32 und 33 dienen dazu, elektrische Hochspannungs-DC-Leistung in elektrische Hochspannungs-AC-Leistung umzuwandeln, und dienen auch dazu, elektrische Hochspannungs-AC-Leistung in elektrische Hochspannungs-DC-Leistung umzuwandeln. Elektrische Leistung, die von der ersten Drehmomentmaschine 42 stammt, kann elektrisch zu der Hochspannungsbatterie 25 über den elektrischer Hochspannungskreis 30 und den Hochspannungsbus 29 und zu der zweiten Drehmomentmaschine 43 über den elektrischen Hochspannungskreis 30 übertragen werden. Elektrische Leistung, die von der zweiten Drehmomentmaschine 43 stammt, kann elektrisch zu der Hochspannungsbatterie 25 über den elektrischen Hochspannungskreis 30 und den Hochspannungsbus 29 und zu der ersten Drehmomentmaschine 42 über den elektrischen Hochspannungskreis 30 übertragen werden.
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Das Steuersystem 10 umfasst ein Steuermodul 12, das ausgelegt ist, um den Betrieb des Fahrzeugs 100, das das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 umfasst, in Ansprechen auf Bedienereingaben zu steuern, die über eine Bedienerschnittstelle 14 detektiert werden. Die Bedienerschnittstelle 14 erfasst und befördert Informationen von einer Vielzahl von Mensch/Maschine-Schnittstelleneinrichtungen, durch die der Fahrzeugbediener den Betrieb des Fahrzeugs 100 anweist, die z. B. einen Zündschalter umfassen, um es einem Bediener zu ermöglichen, die Kraftmaschine 40 anzulassen und zu starten, ein Gaspedal, ein Bremspedal und eine Getriebebereichswähleinrichtung (PRNDL). Obwohl das Steuermodul 12 und die Bedienerschnittstelle 14 als einzelne diskrete Elemente gezeigt sind, dient eine derartige Darstellung zur Erleichterung der Beschreibung. Es ist festzustellen, dass eine Informationsübertragung zu und von dem Steuermodul 12 unter Verwendung von einer oder mehreren Kommunikationsstrecken, z. B. einem Kommunikationsbus 18, bewerkstelligt werden kann, der eine oder mehrere von einer direkten Verbindung, einem Bus eines lokalen Netzes und einem Bus einer seriellen peripheren Schnittstelle umfassen kann. Das Steuermodul 12 ist signaltechnisch und funktional mit einzelnen Elementen des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 direkt oder über einen oder mehrere Kommunikationsbusse, die hierin als Kommunikationsbus 18 gezeigt sind, verbunden. Das Steuermodul 12 ist signaltechnisch mit den Erfassungseinrichtungen eines jeden von der Hochspannungsbatterie 25, dem Hochspannungsbus 29, dem ersten und zweiten elektrischen Leistungsstromrichter 32 und 33, der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 und 43, der Kraftmaschine 40 und dem Hybridgetriebe 50 verbunden, um den Betrieb zu überwachen und deren parametrische Zustände zu ermitteln. Das Steuermodul 12 ist mit den Aktoren des ersten und zweiten Stromrichters 32 und 33, der Kraftmaschine 40 und des Hybridgetriebes 50 verbunden, um deren Betrieb gemäß ausgeführten Steuerschemata zu steuern, die in der Form von Algorithmen und Kalibrierungen gespeichert sind. Es ist festzustellen, dass abhängig von Drehmomenteingängen und Betriebsbedingungen ein jeder von dem ersten und zweiten Stromrichter 32 und 33 elektrische Leistung auf eine Weise umwandelt, die zum Erzeugen von Drehmoment geeignet ist, indem eine oder beide von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 und 43 angewandt wird/werden, und mechanische Leistung auf eine Weise umwandelt, die geeignet ist, um elektrische Leistung zu erzeugen, indem eine oder beide von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 42 und 43 angewandt wird/werden.
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Steuermodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten irgendeines oder verschiedene Kombination von einem oder mehreren eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises/anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), einem elektronischen Schaltkreis/elektronischen Schaltkreisen, einer zentralen Verarbeitungseinheit/zentralen Verarbeitungseinheiten (bevorzugt einem Mikroprozessor/Mikroprozessoren) und zugehöriger Speicher und Ablage (Nur-Lese-Speicher, programmierbarer Nur-Lese-Speicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher usw.) der/die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder -routinen ausführt/ausführen, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis/kombinatorische logische Schaltkreise, einen Eingabe-/Ausgabeschaltkreis und eine Eingabe-/Ausgabeeinrichtung/Eingabe-/Ausgabeschaltkreise und Eingabe-/Ausgabeeinrichtungen, eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung und andere Komponenten, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Ausdrücke bedeuten irgendwelche von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen einschließen. Das Steuermodul weist einen Satz Steuerroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen vorzusehen. Routinen werden ausgeführt, etwa von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und sind betreibbar, um Eingänge von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden, während des fortwährenden Kraftmaschinen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt werden. Alternativ können Routinen in Antwort auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
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Das Steuermodul 12 führt Steuerschemata aus, um den Betrieb der Kraftmaschine 40 zu steuern, in Koordination mit dem ersten und zweiten Leistungsstromrichter 32 und 33, um den Gesamtbetrieb des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 zu steuern und somit die Übertragung von mechanischer Leistung auf den Endantrieb 60 zu verwalten und den elektrischen Stromfluss zu der Hochspannungsbatterie 25 zu verwalten. Derartige Steuerschemata umfassen das Ausbalancieren des Betriebs der Kraftmaschine 40 mit den zulässigen zu der Hochspannungsbatterie 25 gehörenden Batterieleistungsgrenzen, während an dem Endantrieb 60 ein Ausgangsdrehmoment in Reaktion auf eine Bedienerdrehmomentanforderung erreicht wird.
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2 veranschaulicht eine Mehrzahl von EV-Anfahrdrehzahl/Beschleunigung-Kalibrierungskurven (EV-Anfahrkurven) 202, 204 und 206, wobei die Beschleunigung (auf der y-Achse 210) in Relation zu der Drehzahl (auf der x-Achse 220) gezeigt ist. Die EV-Anfahrkurven 202, 204 und 206 legen fest und definieren jeweils eine Beschleunigungsgrenze, d. h. eine maximale Beschleunigungsrate in Relation zu der Fahrzeuggeschwindigkeit, um einen Betrieb in dem EV-Traktionsmodus während eines EV-Anfahrens zu gestatten. Die EV-Anfahrkurven 202, 204 und 206 definieren jeweils eine Beziehung für die Fahrzeuggeschwindigkeit und -beschleunigung für das Betreiben einer Ausführungsform des Fahrzeugs 100 in dem EV-Traktionsmodus in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung, so lange die Bedienerdrehmomentanforderung geringer ist als ein gewünschtes Beschleunigungsniveau, das der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht. Die EV-Anfahrkurven 202, 204 und 206 sollen veranschaulichend sein.
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Ein Anfahren ist ein Fahrzeugmanöver, das ein Beschleunigen eines Fahrzeugs aus einer gestoppten oder nahezu gestoppten Bedingung in einer Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung in Ansprechen auf eine Bedienereingabe in ein Gaspedal umfasst. In einer Ausführungsform wird ein Anfahren durch einen Übergang der Fahrzeuggeschwindigkeit von einer Drehzahl bei oder nahe Null zu einer Drehzahl von nicht Null angezeigt. Ein Anfahren wird ausgeführt, indem Drehmomentbeiträge von den elektrisch beaufschlagten Drehmomentmaschinen 42 und 43 und der Brennkraftmaschine 40 ermittelt und gesteuert werden, um Traktionsdrehmoment auf eine Weise zu erzeugen, die auf die Bedienerdrehmomentanforderung antwortet, während der Kraftstoffverbrauch minimiert wird und die Batterieleistungsnutzung maximiert wird. Ein Anfahren kann in dem EV-Traktionsmodus und in einem Nicht-EV-Traktionsmodus ausgeführt werden. Es ist der EV-Traktionsmodus beschrieben worden. Das Hybrid-Antriebsstrangsystem 20 wendet die Brennkraftmaschine 40 an, um etwas oder das gesamte Traktionsdrehmoment in dem Nicht EV-Traktionsmodus zu liefern. Dies umfasst das Erzeugen von Traktionsdrehmoment auf eine Weise, die auf die Bedienerdrehmomentanforderung antwortet, während der Kraftstoffverbrauch minimiert wird und die Batterieleistungsnutzung maximiert wird.
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Die EV-Anfahrkurven 202, 204 und 206 legen fest und definieren jeweils eine Beschleunigungsgrenze, d. h. eine maximale Beschleunigungsrate in Relation zu der Fahrzeuggeschwindigkeit in dem EV-Traktionsmodus, und werden von dem Steuersystem angewandt, um die Drehmomentausgänge der elektrisch mit Leistung beaufschlagten Drehmomentmaschinen 42 und 43 zu steuern und somit Traktionsdrehmoment in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanforderung zu erzeugen. Die EV-Anfahrkurven 202, 204 und 206 werden bevorzugt experimentell abgeleitet, um Antriebsqualität, Batterieleistung und Gesamtkraftstoffverbrauch für ein spezifisches Fahrzeugmodell ins Gleichgewicht zu bringen. Die EV-Anfahrkurven 202, 204 und 206 werden bevorzugt unter Verwendung eines repräsentativen Fahrzeugs mit einem einzigen Insassen entwickelt, wobei das Fahrzeug und das Antriebsstrangsystem aufgewärmt sind und das Fahrzeug auf einer ebenen Fläche mit minimalem Windwiderstand und ausgehend von eine Geschwindigkeit von Null arbeitet.
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4 zeigt grafisch eine aufgetragene Drehzahl/Drehmoment-Kalibrierungskurve 254, wobei das Getriebeausgangsdrehmoment (auf der y-Achse 250) in Relation zu der Getriebeausgangsdrehzahl (auf der x-Achse 260) gezeigt ist. Die Drehzahl/Drehmoment-Kalibrierungskurve 254 stellt eine ausgewählte der EV-Anfahrkurven dar, d. h. Kurve 204, die unter Bezugnahme auf 2 gezeigt ist, die in eine Getriebeausgangsdrehzahl und ein Getriebedrehmoment für eine ausgewählte Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 und des Fahrzeugs 100 während eines Anfahrmanövers übersetzt worden ist. Die ausgewählte EV-Anfahrkurve kann in die Getriebeausgangsdrehzahl und das Getriebedrehmoment übersetzt und angewandt werden, um den Drehmomentausgang (s) der elektrisch mit Leistung beaufschlagten Drehmomentmaschinen 42 und 43 unter Verwendung von Berechnungen des Newtonschen Gesetzes Kraft = Masse·Beschleunigung zur Berechnung eines Drehmomentbefehl (Kraft), der mit einem Beschleunigungsbefehl (Beschleunigung) korreliert, für die ausgewählte Ausführungsform des Hybrid-Antriebsstrangsystems 20 und des Fahrzeugs 100 (Masse) zu steuern. Die Drehzahl/Drehmoment-Kalibrierungskurve 254 definiert eine Beziehung für die Getriebeausgangsdrehzahl und das Getriebeausgangsdrehmoment zum Befehlen eines Betriebs in dem EV-Traktionsmodus in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung, solange die Bedienerdrehmomentanforderung niedriger ist als ein Schwellen-Getriebeausgangsdrehmoment, das in Relation zu der Getriebeausgangsdrehzahl, die der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, ermittelt wird.
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3 zeigt schematisch ein Steuerschema
300 zum Freigeben und Sperren eines befohlenen EV-Anfahrens in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung, die einen Befehl umfasst, ein Anfahrmanöver auszuführen. Das Steuerschema
300 kann in einem Hybridfahrzeug ausgeführt werden, wie es z. B. unter Bezugnahme auf
1 beschrieben ist. Tabelle 1 ist als ein Schlüssel zu
3 angegeben, wobei die mit Zahlen gekennzeichneten Blöcke und die entsprechenden Funktionen wie folgt ausgeführt sind. Tabelle 1
| BLOCK | BLOCKINHALTE |
| 302 | Einleiten Fahrzeuganfahren |
| 310 | Zugelassener EV-Anfahrmodus |
| 311 | Ausführen zugelassenes EV-Anfahren |
| 312 | Ist EV-Traktionsmodus gestattet? |
| 314 | Ist Hochspannungs-Batterie-SOC größer als SOC-Schwellenwert? |
| 316 | Ist Getriebeausgangsdrehzahl niedriger als ein unterer Drehzahlschwellenwert? |
| 318 | Ist Getriebeausgangsdrehmoment niedriger als ein Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis? |
| 319 | Ist Bedienerdrehmomentanforderung in EV-Traktionsmodus erreichbar? |
| 320 | Freigeben befohlenes EV-Anfahren? |
| 330 | Befohlener EV-Anfahrmodus |
| 331 | Ausführen befohlener EV-Anfahrmodus |
| 332 | Ist Nicht-EV-Traktionsmodus angefordert? |
| 334 | Ist Hochspannungs-Batterie-SOC kleiner als SOC-Schwellenwert? |
| 336 | Ist Getriebeausgangsdrehzahl größer als oberer Drehzahlschwellenwert? |
| 338 | Ist Getriebeausgangsdrehmoment größer als Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis? |
| 339 | Ist Bedienerdrehmomentanforderung in EV-Traktionsmodus unerreichbar? |
| 340 | Sperren befohlenes EV-Anfahren? |
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Insgesamt gestattet das Steuerschema 300, dass eines von einem befohlenen EV-Anfahren 331 und einem zugelassenen EV-Anfahren 311 in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung ausgeführt werden kann, um ein Fahrzeuganfahren 302 einzuleiten. Das befohlene EV-Anfahren 331 ist ein Steuerschema zum Befehlen und Steuern der Fahrzeugbeschleunigung unter Anwendung des EV-Traktionsmodus, um das Fahrzeug in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung zu beschleunigen, so lange ausgewählte Freigabebedingungen erfüllt sind, wie es hierin beschrieben ist. Das zugelassene EV-Anfahren 311 ist ein Steuerschema zum Steuern der Fahrzeugbeschleunigung unter Anwendung des EV-Traktionsmodus oder des Nicht-EV-Traktionsmodus, um das Fahrzeug in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanforderung zu beschleunigen.
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Freigabebedingungen umfassen Elemente 312, 314, 316, 318, 319, 332, 334, 336, 338 und 339, die als logische Komparatoren dargestellt sind, die diskrete Ausgänge von hoch oder niedrig, abhängig von den verglichenen Signalen erzeugen. Element 320 ist als ein logisches UND-Glied dargestellt, und Element 340 ist als ein logisches ODER-Glied dargestellt. Die Verwendung von logischen Vorrichtungen soll die hierin beschriebenen Freigabebedingungen veranschaulichen, und kein bevorzugtes Mittel angeben, um das Steuerschema 300 zu ermöglichen. Die Elemente 312, 314, 316, 318, 319 und 320 sind dem Freigeben eines befohlenen EV-Anfahrmodus 330, was das Befehlen eines EV-Traktionsmodus in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung, die ein Anfahren umfasst, einschließt, zugeordnet. Die Elemente 332, 334, 336, 338, 339 und 340 sind dem Unterbrechen der Freigabe des befohlenen EV-Anfahrens 331, nachdem seine Ausführung freigegeben wurde und in einem zugelassenen EV-Anfahrmodus 310 gearbeitet wurde, um das zugelassene EV-Anfahren 311 auszuführen, zugeordnet. Das Unterbrechen des befohlenen EV-Anfahrens 331 umfasst Vorgänge zum Ausführen des zugelassenen EV-Anfahrens 311 in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanfrage, die das Anfahren umfasst.
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Der Betrieb des Steuerschemas 300 ist wie folgt. In Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung, ein Fahrzeuganfahren 302 einzuleiten, wird ein Standardzustand des zugelassenen Anfahrmodus 310 freigegeben. Der befohlene EV-Anfahrmodus 330 wird nur dann freigegeben, wenn alle Elemente 312, 314, 316, 318 und 319, die dem Freigeben des befohlenen EV-Anfahrens 331 zugeordnet sind, im ”high-Zustand” sind, was angibt, dass alle Freigabebedingungen zum Ausführen des befohlenen EV-Anfahrens 331 erfüllt sind. Element 312 ermittelt, ob das Steuersystem eine Betrieb in einem EV-Traktionsmodus im Hinblick auf gegenwärtige Betriebsbedingungen gestattet, was Beschränkungen umfassen kann, die durch die Batterietemperatur, Motor- und Kraftmaschinendrehzahlen und -drehmomente und andere Beschränkungen auferlegt werden. Das Antriebsstrangsystem kann ausgelegt sein, um in einem oder mehreren EV-Traktionsmodi zu arbeiten, und diese Bedingung ist erfüllt, so lange einer der EV-Traktionsmodi befohlen ist. Element 314 ermittelt, ob ein Hochspannungs-Batterie-SOC größer als ein SOC-Schwellenwert ist. Somit erfordert das Ausführen des befohlenen EV-Anfahrens 331, dass der SOC größer als ein minimaler SOC ist. Wenn der SOC kleiner als der SOC-Schwellenwert ist, ist die Hochspannungsbatterie nicht in der Lage, einem Betrieb im EV-Traktionsmodus während des Anfahrens standzuhalten, und das befohlene EV-Anfahren wird gesperrt. Element 316 ermittelt, ob eine Getriebeausgangsdrehzahl niedriger als ein unterer Drehzahlschwellenwert ist. Die Getriebeausgangsdrehzahl korreliert direkt mit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Ausführen des befohlenen EV-Anfahrens 331 erfordert eine anfängliche niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit oder von Null mit einer entsprechenden Getriebeausgangsdrehzahl. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als ein vorbestimmter Schwellenwert, z. B. niedriger als 8 km/h, ist.
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Element 318 ermittelt, ob ein Getriebeausgangsdrehmoment niedriger als ein Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis ist. 4 zeigt eine beispielhafte Drehzahl/Drehmoment-Kalibrierungskurve 254, die angewandt werden kann, um den Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis, der dem EV-Anfahren zugeordnet ist, zu ermitteln. Der Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis wird bevorzugt in Relation zu der Getriebeausgangsdrehzahl unter Anwendung einer algorithmischen Nachschlagetabelle oder einer anderen vorbestimmten Beziehung ermittelt. Der Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis berücksichtigt Faktoren, die der Fahrbarkeit, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und der Kapazität der Drehmomentmaschinen 42, 43 zugeordnet sind, um Drehmoment zu erzeugen und auf das Getriebe oder den Endantrieb zu übertragen. Somit ist diese Bedingung erfüllt, wenn das Getriebeausgangsdrehmoment kleiner als der Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis ist. Element 319 ermittelt, ob die Bedienerdrehmomentanforderung in dem EV-Traktionsmodus erreichbar ist, und berücksichtigt Faktoren, die der Fahrbarkeit und der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zugeordnet sind.
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Alle Elemente 312, 314, 316, 318 und 319, die dem Freigeben des befohlenen EV-Anfahrmodus 330 zugeordnet sind, müssen erfüllt sein, um die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 zu gestatten. Wenn die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 gestattet ist, werden die Elemente 332, 334, 336, 338 und 339, die dem Sperren der Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens zugeordnet sind, überwacht. Wenn irgendwelche der Elemente 332, 334, 336, 338 und 339 erfüllt sind, sperrt das Steuerschema den befohlenen EV-Anfahrmodus 330 und unterbricht die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331. Das Steuerschema 300 befiehlt den Betrieb in dem zugelassenen Anfahrmodus 310, um das zugelassene EV-Anfahren 311 auszuführen.
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Der befohlene EV-Anfahrmodus 330 wird gesperrt und das befohlene EV-Anfahren 331 wird unterbrochen, wenn irgendeines der Elemente 332, 334, 336, 338 und 339, die dem Sperren des EV-Anfahrmodus 330 zugeordnet sind, auf einem ”low-Zustand” ist, was angibt, dass zumindest eine der Sperrbedingungen erfüllt ist. Element 332 ermittelt, ob ein Nicht-EV-Traktionsmodus angefordert wird. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn ein Nicht-EV-Traktionsmodus, z. B. ein Festgangmodus, befohlen wird, wodurch der befohlene EV-Anfahrmodus 330 gesperrt wird und die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 unterbrochen wird. Element 334 ermittelt, ob der Hochspannungs-Batterie-SOC niedriger als der SOC-Schwellenwert, bevorzugt unter Zulassen einer Hysterese, während des EV-Anfahrens ist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn der SOC niedriger als der SOC-Schwellenwert ist (wobei Hysterese zugelassen wird), weil die Hochspannungsbatterie nicht in der Lage ist, einem Betrieb in dem EV-Traktionsmodus während des Anfahrens standzuhalten. Somit wird der befohlene EV-Anfahrmodus 330 gesperrt und die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 wird unterbrochen. Element 336 ermittelt, ob eine Getriebeausgangsdrehzahl größer als ein oberer Drehzahlschwellenwert ist. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn die Getriebeausgangsdrehzahl einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, der angibt, dass die Drehzahlfähigkeit der Drehmomentmaschinen 42, 43 erreicht worden ist. Somit wird der befohlene EV-Anfahrmodus 330 gesperrt und die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 wird unterbrochen.
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Element 338 ermittelt, ob ein Getriebeausgangsdrehmoment größer als ein Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis ist, der gleich dem Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis sein kann, der dem Element 318 zugeordnet ist, unter Zulassen einer Hysterese. 4 zeigt eine Ausführungsform der Drehzahl/Drehmoment-Kalibrierungskurve 254, die angewandt werden kann, um den Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis, der dem Ausführen des befohlenen EV-Anfahrmodus 330 zugeordnet ist, zu ermitteln. Der Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis wird bevorzugt in Relation zu der Getriebeausgangsdrehzahl unter Anwendung einer algorithmischen Nachschlagetabelle oder einer anderen vorbestimmten Beziehung ermittelt. Der Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis berücksichtigt Faktoren, die der Fahrbarkeit, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einer Kapazität der Drehmomentmaschinen 42, 43 zugeordnet sind, um Drehmoment zu erzeugen und auf das Getriebe zu übertragen. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn das Getriebeausgangsdrehmoment größer als der Drehmomentschwellenwert auf Drehzahlbasis, bevorzugt unter Zulassung einer Hysterese, ist. Der befohlene EV-Anfahrmodus 330 wird gesperrt und die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 wird unterbrochen, wenn diese Bedingung erfüllt ist. Element 339 ermittelt, ob die Bedienerdrehmomentanforderung in dem EV-Traktionsmodus nicht erreichbar ist. Derartige Bedingungen können eine ”high” Gaspedalstellung umfassen, die eine Bedienerdrehmomentanforderung für Beschleunigung angibt, die größer als die Fähigkeit des EV-Traktionsmodus ist. Der befohlene EV-Anfahrmodus 330 wird gesperrt und die Ausführung des befohlenen EV-Anfahrens 331 wird unterbrochen, wenn diese Bedingung erfüllt ist.
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Somit ist das Steuerschema 300 ausgelegt, um ein Anfahren des betreffenden Fahrzeugs zuzulassen, indem eines von dem befohlenen EV-Anfahren 331 und dem zugelassenen EV-Anfahren 311 befohlen wird. Das befohlene EV-Anfahren 331 wird befohlen, wenn die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt sind, und wird ausgeführt, bis die Betriebsbedingungen nicht länger gelten. Wenn jedoch die Bedienerdrehmomentanforderung in dem EV-Traktionsmodus nicht erfüllt werden kann, unterbricht das Steuerschema 300 den Betrieb in dem EV-Traktionsmodus, um ein nicht reagierendes Pedal zu vermeiden. Dies umfasst ein Nichtreagieren aufgrund niedriger Batterieleistungsgrenzen, die durch eine kalte oder heiße Batterie bewirkt werden.
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Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können Dritten beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Daher ist beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die besondere Ausführungsform/besonderen Ausführungsformen, die als die beste Art und Weise, die zum Ausführen dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird/werden, offenbart ist/sind, begrenzt ist, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
