DE102013208022A1

DE102013208022A1 - Steuerung von Antriebskomponenten in einem Hybridelektrofahrzeug zum Berghalten

Info

Publication number: DE102013208022A1
Application number: DE102013208022A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Yamazaki; Fazal Urrahman Syed; Marvin Paul Kraska; Francis Thomas Connolly
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2013-05-02
Publication date: 2013-11-07
Also published as: US20150197240A1; US9688263B2; US9108621B2; US20130296112A1; CN103386981A; CN103386981B

Abstract

Ein Hybridelektrofahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor und einen Traktionsmotor, der über eine Kopplungsvorrichtung oder eine Kupplung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt ist, um ein Drehmoment an Räder des Fahrzeugs zu liefern. Am Traktionsmotor ist ein Stromrichter elektrisch angeschlossen. Eine zweite Kopplungsvorrichtung oder mindestens eine Kupplung koppelt mindestens indirekt den Elektromotor selktiv mit den Antriebsrädern. Ein Steuergerät steuert die zweite Kopplungsvorrichtung ausgehend von einer Temperatur des Traktionsmotors und/oder Stromrichters.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung richtet sich auf eine Berghalteeinrichtung in einem Hybridelektrofahrzeug.
HINTERGRUND
Hybridelektrofahrzeuge (HEV – Hybrid Electric Vehicle) beinhalten eine Brennkraftmaschine und einen elektrischen Traktionsmotor, die beide jeweils den Vortrieb des HEV gewährleisten können. Wenn der Fahrzeugführer wünscht, dass das HEV im Stand verharren soll, kann das Fahrzeug mit ein- oder ausgeschaltetem Verbrennungsmotor stehen. Wenn das Fahrzeug mit eingeschaltetem Verbrennungsmotor steht, kann eine dem Verbrennungsmotor nachgeschaltete Kupplung ins Schleifen gebracht werden, um ein Abwürgen des Verbrennungsmotors zu verhindern. Wenn das Fahrzeug mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor steht, kann der Elektromotor bei offener nachgeschalteter Kupplung weiter laufen oder kann der Elektromotor deaktiviert werden.
Befindet sich das HEV an einer Steigung, muss der Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor die Räder weiter mit Leistung versorgen, wenn der HEV-Fahrer das Fahrzeug im Stand halten will. Das wird als Berghalten oder Hill-Hold bezeichnet. Es besteht Bedarf an einem Berghalte-System, das das HEV an einer Steigung hält, indem es den Verbrennungsmotor und/oder Traktionsmotor zur Drehmomentversorgung der Räder effizienter nutzt.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung umfasst ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor und einen Traktionsmotor zur Bereitstellung eines Drehmoments für mindestens ein Antriebsrad. Eine erste Kopplungsvorrichtung oder eine Kupplung koppelt den Verbrennungsmotor selektiv mit dem Traktionsmotor. Am Traktionsmotor ist ein Stromrichter elektrisch angeschlossen. Eine zweite Kopplungsvorrichtung wird bereitgestellt, die, mindestens indirekt, den Traktionsmotor mit den Rädern koppelt. Ein oder mehr Steuergeräte werden bereitgestellt, die mit verschiedenen Komponenten im Fahrzeug kommunizieren. Das eine oder die mehreren Steuergeräte sind so konfiguriert, dass sie die zweite Kopplungsvorrichtung steuern. Die zweite Kopplungsvorrichtung wird basierend auf einer Temperatur des Traktionsmotors und/oder einer Temperatur des Stromrichters angesteuert. In einer Ausführungsform ist das Steuergerät so konfiguriert, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung mindestens teilweise auskuppelt, wenn die Temperatur des Traktionsmotors und/oder Stromrichters einen ersten Schwellenwert übersteigt. Der Verbrennungsmotor kann aktiviert werden, wenn die Temperatur den ersten Schwellenwert übersteigt, wobei die Aktivierung weitgehend zeitgleich mit der Auskupplung der zweiten Kopplungsvorrichtung erfolgt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird ein Berghalte-System für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das System umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor zur Bereitstellung eines Drehmoments für mindestens ein Antriebsrad. Am Elektromotor ist ein Stromrichter elektrisch angeschlossen. Eine Kupplung koppelt, mindestens indirekt, den Elektromotor selektiv mit den Rädern. Es wird auch ein Steuergerät bereitgestellt, das eine erste Antriebsart und eine zweite Antriebsart aktiviert. In der ersten Antriebsart ist die Kupplung verriegelt und der Verbrennungsmotor deaktiviert. In der zweiten Antriebsart ist die Kupplung teilweise ausgekuppelt und der Verbrennungsmotor aktiviert. Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es die zweite Antriebsart aktiviert, wenn die Temperatur des Elektromotors und/oder Stromrichters einen Schwellenwert übersteigt.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wird ein Verfahren zur Steuerung des Berghaltens eines Fahrzeugs bereitgestellt. Es wird eine Temperatur eines Traktionsmotors und/oder eines Stromrichters ermittelt. Eine Kupplung wird entriegelt, wenn die ermittelte Temperatur einen Schwellenwert übersteigt. Die Kupplung ist zwischen dem Traktionsmotor und den Traktionsrädern angeordnet. Ein Verbrennungsmotor wird weitgehend zeitgleich mit der Entriegelung der Kupplung aktiviert, um die Räder mit Leistung zu versorgen. Weitgehend zeitgleich mit der Aktivierung des Verbrennungsmotors kann auch das Drehmoment des Traktionsmotors vermindert werden. Sobald die Temperatur des Traktionsmotors und des Stromrichters einen zweiten Schwellenwert übersteigt, kann die Kupplung verriegelt und das Drehmoment im Elektromotor erhöht werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Getriebes und anderer Antriebsstrangkomponenten eines Hybridelektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung;
3 ist ein Diagramm und zeigt beispielhaft die Fahrzeuggeschwindigkeit und Getriebeeingangsdrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit, wenn eine Kupplung verriegelt wird;
4 ist ein Diagramm und zeigt beispielhaft die Fahrzeuggeschwindigkeit und Getriebeeingangsdrehzahl in Abhängigkeit von der Zeit, wenn eine Kupplung zwischen schleifendem und nichtschleifendem Zustand wechselt;
5 ist ein Diagramm und zeigt die Stromrichtertemperatur und Elektromotortemperatur in Zeitabschnitten, in denen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung der Elektromotor und/oder der Verbrennungsmotor das Fahrzeug an einem Hang halten;
6 ist ein Fließschema und illustriert ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung; und
7 ist ein Fließschema und illustriert ein weiteres Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart. Es ist davon auszugehen, dass die offenbarten Ausführungsformen bloße Ausführungsbeispiele der Erfindung sind, die sich in verschiedenen und alternativen Formen ausführen lässt. Die Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht, da bestimmte Merkmale übertrieben oder untertrieben dargestellt sein können, um Einzelheiten besonderer Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern ausschließlich als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann die verschiedene Nutzung der vorliegenden Erfindung vor Augen zu führen.
Es wird auf 1 verwiesen, die eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung enthält. Das Fahrzeug 10 ist ein Hybridelektrofahrzeug (HEV). Das Leistungsübertragungssystem des HEV beinhaltet einen Verbrennungsmotor 12, eine elektrische Maschine oder Elektromotor/Generator (M/G) 14 und ein Getriebe 16, das zwischen dem M/G 14 und den Rädern 18 angeordnet ist. Optional kann zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 16 ein Drehmomentwandler 19 vorgesehen sein. Der Drehmomentwandler 19 überträgt eine Rotationsleistung vom M/G 14 an das Getriebe 16. Es ist davon auszugehen, dass an Stelle eines Drehmomentwandlers 19 eine oder mehr Kupplungen vorgesehen sein können, um das Drehmoment vom M/G 14 selektiv an das Getriebe 16 zu übertragen.
Der M/G 14 kann in einer Betriebsweise als Generator arbeiten, indem er ein Drehmoment vom Verbrennungsmotor 12 erhält und Wechselspannung an einen Stromrichter 20 liefert, wobei der Stromrichter 20 die Spannung in Gleichstromspannung umwandelt, um eine Traktionsbatterie oder Batterie 22 zu laden. Der M/G 14 kann in einer anderen Betriebsweise als Generator arbeiten, indem er regeneratives Bremsen dazu nutzt, die Bremsenergie des Fahrzeugs 10 in elektrische Energie zur Speicherung in Batterie 22 umzuwandeln. Alternativ kann der M/G 14 als Elektromotor arbeiten, in dem der M/G 14 Energie von Stromrichter 20 und Batterie 22 erhält und ein Drehmoment als Eintrag in den Drehmomentwandler 19 (oder Kupplung) über das Getriebe 16 letztlich bis an die Räder 18 liefert. Ein Differential 24 kann vorgesehen sein, um das Drehmoment vom Ausgang des Getriebes 16 auf die Räder 18 zu verteilen.
Eine erste Kopplungsvorrichtung oder Trennkupplung 26 befindet sich zwischen dem Verbrennungsmotor 12 und dem M/G 14. Die Trennkupplung 26 kann vollständig geöffnet, teilweise eingekuppelt oder vollständig eingekuppelt (verriegelt) sein. Zum Starten des Verbrennungsmotors 12 dreht der M/G 14 den Verbrennungsmotor 12 an, wenn die Trennkupplung 26 mindestens teilweise eingekuppelt ist. Sobald der Verbrennungsmotor 12 durch den M/G 14 auf eine bestimmte Drehzahl (z. B. ca. 100–200 min^–1) hochgefahren ist, können Kraftstoffzufuhr und Zündung beginnen. Dadurch kann der Verbrennungsmotor 12 ”starten” und ein Drehmoment an den M/G 14 zurückzugeben, wodurch der M/G 14 die Batterie 22 aufladen und/oder die Räder 18 mit Leistung für den Vortrieb des Fahrzeugs 10 versehen kann. Alternativ kann ein separater Anlasser (nicht dargestellt) für den Verbrennungsmotor vorgesehen sein.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet auch ein Steuerungssystem, das in der Ausführungsform von 1 als drei separate Steuergeräte (Controller) dargestellt ist: ein Verbrennungsmotorsteuerungsmodul (ECM – Engine Control Modul) 28, ein Getriebesteuerungsmodul (TCM – Transmission Control Module) 30 und ein Fahrzeugsystemsteuergerät (VSC – Vehicle System Controller) 32. Das ECM 28 ist direkt mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden und das TCM 30 kann mit dem M/G 14 und dem Getriebe 16 verbunden sein. Die drei Steuergeräte 28, 30, 32 sind über ein Steuergerätenetzwerk (Controller Area Network, kurz CAN) 34 miteinander verbunden. Das VSC 32 veranlasst das ECM 28 zur Steuerung von Verbrennungsmotor 12 und das TCM 30 zur Steuerung von M/G 14 und Getriebe 16. Obwohl das Steuerungssystem des Fahrzeugs 10 drei separate Steuergeräte beinhaltet, kann ein solches Steuerungssystem mehr oder weniger als drei Steuergeräte beinhalten, wenn so gewünscht. Beispielsweise kann ein separates Elektromotorsteuerungsmodul direkt mit dem M/G 14 und den anderen Steuergeräten im CAN 34 verbunden sein.
Gemäß Darstellung in 1 beziehen sich τ_eng und ω_eng auf das Drehmoment bzw. die Drehzahl des Verbrennungsmotors. Ferner beziehen sich τ_mot und ω_mot auf Drehmoment bzw. Drehzahl auf beiden Seiten des Elektromotors 14. τ_in und ω_in beziehen sich auf Drehmoment bzw. Drehzahl am Eingang des Getriebes 16 nach dem Drehmomentwandler 19, während τ_out und ω_out sich auf Drehmoment bzw. Drehzahl am Ausgang des Getriebes 16 beziehen. Das finale Drehmoment und die finale Drehzahl, wie nach Einkupplung am Differential 24 letztlich an die Räder 18 übertragen, werden durch τ_final bzw. ω_final dargestellt.
In 2 ist das Getriebe 16 im Detail dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, dass 2 ein bloßes Ausführungsbeispiel einer Konfiguration eines Getriebes 16 darstellt. In einem Fahrzeug 10 mit der beispielhaft dargestellten Konfiguration von 2 wird aufgrund der mehreren Kupplungen und Planetenradsätze innerhalb des Getriebes gegebenenfalls kein Drehmomentwandler im Fahrzeug benötigt. Es ist deshalb davon auszugehen, dass in Kombination mit einem Drehmomentwandler ein vereinfachtes Getriebe 16 genutzt werden kann, in dem weniger Kupplungen und Planetenradsätze innerhalb des Getriebes 16 benötigt werden. Es sind mehrere andere Ausführungsformen mit verschiedenen Konfigurationen von in der Technik bekannten Kupplungen und/oder Planetenradsätzen, mit oder ohne Verwendung eines Drehmomentwandlers, mit erfasst.
Das Getriebe 16 von 2 beinhaltet eine Eingangswelle 40, die ein Drehmoment von Verbrennungsmotor 12 und M/G 14 entweder separat oder kombiniert erhält. Die Eingangswelle 40 ist mit einer zweiten Kupplung 42 und einer dritten Kupplung 44 wirksam verbunden. Ein Teilabschnitt sowohl der zweiten Kupplung 42 als auch der dritten Kupplung 44 ist mit einem ersten Planetenradsatz (PG) 46 verbunden, der mit einem zweiten Planetenradsatz (PG) 48 verbunden ist. Mit dem PG 48 können auch eine Rückwärtsgangkupplung oder vierte Kupplung 49 und eine Langsam/Rückwärtsgangbremse oder fünfte Kupplung 50 verbunden sein. Der zweite PG 48 treibt einen Riemen oder eine Kette 52 an, um Leistung an einen dritten Planetenradsatz (PG) 54 zu übertragen. Die Planetenradsätze 46, 48, 54 können jeweils ein Sonnenrad, ein Hohlrad und einen Planetenträger beinhalten, um im Getriebe 16 verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen. Der dritte PG 52 stellt ein abschließendes Übersetzungsverhältnis zur Verfügung, um Drehmoment vom Getriebe 16 an das Differential 24 zu übertragen.
Eine Pumpe 56 stellt den Druck für die Einkupplung/Auskupplung der einzelnen Kupplungen gemäß der Ansteuerung durch TCM 30 bereit. Es ist davon auszugehen, dass eine oder mehrere der Kupplungen 42, 44, 49, 50 so angesteuert werden können, dass sie eingekuppelt (verriegelt), teilweise eingekuppelt oder vollständig ausgekuppelt sind, analog zur Funktionsweise der Trennkupplung 26. Beispielsweise kann, wenn die zweite Kupplung 42 und/oder dritte Kupplung 44 ausgekuppelt sind, das Getriebe 16 vom M/G 14 so getrennt werden, dass kein Drehmoment über das Getriebe 16 und an die Räder 18 übertragen wird. Es ist auch davon auszugehen, dass die Kupplungen 42, 44 zwar als ein Teil des Getriebes 16 illustriert sind, aber dass eine oder mehr Kupplungen zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 16 separat genutzt werden können, statt ein integraler Bestandteil von Getriebe 16 zu sein.
Wie in den 1–2 dargestellt, können der Verbrennungsmotor 12 und der M/G 14 einzeln oder zusammen arbeiten, um einen relativ kleinen Leistungsbetrag an die Räder 18 zu liefern um das Fahrzeug 10 an einer Steigung im Stand zu halten. Dies wird nachstehend als Berghalten oder Hill-Hold bezeichnet. Wenn ein Betreiber des Fahrzeugs 10 an einer Steigung stoppt oder den Leerlauf veranlasst, sollte ein Loslassen des Bremspedals nicht bewirken, dass das Fahrzeug 10 zurückzurollen beginnt. Der Verbrennungsmotor 12 und/oder MG 14 können ein Drehmoment an die Räder 18 liefern, um entweder das Fahrzeug 10 im Stand zu halten oder, wenn die Steigung relativ gering ist, das Fahrzeug 10 mit einer kleinen Vorwärts- oder ”Kriech”-Bewegung zu versehen.
Wenn das notwendige Drehmoment während des Berghalten-Zustands vom M/G 14 an die Räder 18 bereitgestellt wird, ohne dass der Verbrennungsmotor 12 aktiviert ist, kann eine dem M/G 14 nachgeschaltete Kopplungsvorrichtung oder Kupplung so verriegelt werden, dass das Drehmoment über das Getriebe 16 und an die Räder 18 übertragen wird. Zu einem speziellen Zeitpunkt, wie in der Folge noch erörtert, kann die Kupplung so entriegelt werden, dass der Verbrennungsmotor 12 vom M/G 14 aktiviert werden und mit der Bereitstellung eines Drehmoments für die Räder beginnen und das Berghalten fortsetzen kann. Die vorliegende Offenlegung stellt ein System zur Verfügung, welches ermittelt, ob der Verbrennungsmotor 12 oder der M/G 14 zu verwenden ist und wann die Kupplung zu ver- oder entriegeln ist, um die Berghalten-Funktionalität bereitzustellen. Wenn in der vorliegenden Schrift auf eine ”Kupplung” oder eine ”Kopplungsvorrichtung” verwiesen wird, die beim Berghalten verriegelt oder entriegelt wird, ist davon auszugehen, dass die ”Kupplung” oder ”Kopplungsvorrichtung” sich auf eine oder mehr dem M/G 14 nachgeschaltete Kupplungen beziehen kann, die den M/G 14 mindestens indirekt mit den Rädern 18 koppeln, so dass das Drehmoment vom M/G 14 an den Rädern 18 in Leistung übersetzt wird. Die Kupplung kann beispielsweise jegliche Kupplung im Getriebe 16 sein, wie die Kupplungen 42 und 44. Die Kupplung kann auch eine Bypass-Kupplung im Drehmomentwandler 19 oder, falls im Fahrzeug 10 kein Drehmomentwandler 19 enthalten ist, eine zwischen dem M/G 14 und Getriebe 16 angeordnete Kupplung sein. Ferner kann sich die Kupplung auch auf die Kombination von Drehmomentwandler 19 und Getriebe 16 beziehen. Wann immer in der vorliegenden Schrift nachstehend von einer ”Kupplung” die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass jegliche der oben genannten Kupplungen oder Kombinationen von Kupplungen mit erfasst sind, sofern nicht anders angegeben.
In 3 ist ein Diagramm zu sehen, das ein Beispiel einer elektrischen Betriebsart illustriert, bei der der M/G 14 das Fahrzeug 10 vorantreibt und der Verbrennungsmotor 12 deaktiviert ist. Wie in 3 dargestellt, zeigen die Eingangsdrehzahl (ω_in) des Getriebes 16 und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 einen ähnlichen Verlauf. Das rührt daher, dass die Kupplung verriegelt ist und nicht schleift. Vor Zeitpunkt T1 und nach Zeitpunkt T2 hat das Fahrzeug eine Geschwindigkeit von 0 Meilen pro Stunde (mph). Das zeigt an, dass das Fahrzeug entweder angehalten oder im Leerlauf ist und zwar entweder auf ebener Fläche oder an einer Steigung. Genau während dieser Zeiten müssen der Verbrennungsmotor 12, der M/G 14 und die dem M/G 14 nachgeschaltete Kupplung gesteuert werden, falls das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 für die Aufrechterhaltung des Berghalten-Zustands benötigt wird.
Unter Verweis auf 4 wird eine alternative Ausführungsform bereitgestellt, die ein Beispiel darstellt, bei dem die Kupplung während der Fahrzeugbewegung zwischen einem schleifenden und nichtschleifenden Zustand wechselt. In diesem Fall wird es dem M/G 14 gestattet, bei einer vorherbestimmten Drehzahl oder ”Leerlaufdrehzahl” zu laufen, wenn sich das Fahrzeug 10 im Ruhezustand befindet. Vor T1 ist das Fahrzeug 10 im Stand, M/G 14 läuft, und die Kupplung schleift. Es ist zu beachten, dass es sich in diesem illustrierten Ausführungsbeispiel, da die Drehzahl am Eingang des Getriebes 16 (ω_in) positiv ist, bei der schleifenden Kupplung um eine dem Drehmomentwandler 19 nachgeschaltete Kupplung handelt. Die Kupplung kann somit beispielsweise Kupplung 42, 44 im Getriebe sein.
An Zeitpunkt T1 erhöht sich die Eingangsdrehzahl des Getriebes 16, da sich das Fahrzeug fortzubewegen beginnt. Der Druck in der Kupplung kann sich erhöhen, aber die Kupplung schleift noch zwischen den Zeitpunkten T1 und T2. Das Fahrzeug 10 kann zwischen T1 und T2 beispielsweise in Schrittgeschwindigkeit fahren. Bei Zeitpunkt T2 wird die Kupplung verriegelt und die Drehzahl des Getriebes 16 entspricht der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10. Zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 fährt das Fahrzeug 10 ohne schleifende Kupplung, so dass die Änderungen am M/G 14 Änderungen der Eingangsdrehzahl des Getriebes 16 entsprechen, die ihrerseits Änderungen der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechen. Zum Zeitpunkt T3 entriegelt die Kupplung und beginnt zu schleifen, während die Drehzahl des M/G 14 auf die Leerlaufdrehzahl zurückfällt und die Eingangsdrehzahl des Getriebes 16 weiter abnimmt, während das Fahrzeug 10 sich zum Anhalten verlangsamt. Bei Zeitpunkt T4 wird das Fahrzeug 10 mit laufendem M/G 14 und schleifender Kupplung erneut angehalten.
Wie zuvor offengelegt, muss das Fahrzeug 10 mit minimalen Störungen regungslos im Stand gehalten werden, damit ein zufriedenstellendes Berghalten vorliegt. Bei einem Berghalten muss deshalb ein Steuerungssystem vorgesehen sein, wenn die Aktivierung des Verbrennungsmotors 12 oder zumindest die Erhöhung des Drehmoments notwendig ist, wie weiter oben beschrieben. Ein Beispiel eines solchen Systems wird nunmehr unter Verweis auf die 5–7 beschrieben.
In 5 sind die Temperatur des M/G 14 (”E-Motor-Temp”) sowie die Temperatur des Stromrichters 20 (”Inverter-Temp”) während eines Berhalten-Zyklus dargestellt. Für die Inverter-Temp und E-Motor-Temp wird auch jeweils eine Hysteresekurve bereitgestellt. Die ”Inverter-Temp-Hysterese” und die ”E-Motor-Temp-Hysterese” stellen zeitverzögerte Daten in Abhängigkeit von den Inverter-Temp- bzw. E-Motor-Temp-Daten dar.
Vor dem Zeitpunkt T1 erfolgt das Berghalten mit dem M/G 14 bei deaktiviertem Verbrennungsmotor 12 mit verriegelter Kupplung. Die Temperatur des Stromrichters 20 und des M/G 14 steigt beim Ausführen des Berghaltens mit dem M/G 14 aufgrund des Flusses elektrischer Energie von Batterie 22 zu M/G 14 weiter an.
Zum Zeitpunkt T1 ist die Temperatur des Stromrichters 20 über eine vorherbestimmte kalibrierte Stromrichter-Temperatur (”Inverter-Temp-Kal”) gestiegen. Diese kalibrierte Temperatur ist vorzugsweise höher als 200°F, kann aber auf jede Temperatur kalibriert sein, bei der ein Hitzeschaden drohen kann. Bei T1 wird die Kupplung zum Schleifen gebracht, um die Hitze vom M/G 14 abzuführen. Um den Leistungsbedarf der Räder 18 für Berghalten-Zwecke ergänzend zu decken, während die Kupplung schleift, wird bei T1 der Verbrennungsmotor 12 aktiviert. Die Aktivierung des Verbrennungsmotors 12 und das Schleifen der Kupplung erfolgen weitgehend gleichzeitig, vorzugsweise innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde. Sobald der Verbrennungsmotor 12 aktiviert ist, wird die Kupplung geöffnet oder schleifend betrieben, damit die übertragene Drehzahl nicht die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 12 unterschreitet und so ein Abwürgen des Verbrennungsmotors 12 vermieden wird.
Zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 liefert der Verbrennungsmotor 12 weiter das notwendige Drehmoment über das Leistungsübertragungssystem, um das Fahrzeug 10 in einem Berghalten zu halten. Da der Verbrennungsmotor 12 aktiviert bleibt, kühlen der M/G 14 und der Stromrichter 20 aufgrund ihrer Inaktivität ab. Der Verbrennungsmotor 12 ist in der Lage, die Räder 18 mit dem Drehmoment für ein Berghalten zu versorgen. Der Verbrennungsmotor 12 kann bei Bedarf auch die notwendige Leistung zur Aufladung der Batterie 22 in der zuvor offengelegten Art und Weise bereitstellen.
Zum Zeitpunkt T2 ist die Inverter-Temp-Hysterese unter die vorherbestimmte kalibrierte Stromrichter-Temperaturhöhe abgesunken und ist die E-Motor-Temp-Hysterese unter die vorherbestimmte kalibrierte Elektromotor-Temperaturhöhe abgesunken. Es ist darauf hinzuweisen, dass der kalibrierte Stromrichter-Temperaturwert und der kalibrierte Elektromotor-Temperaturwert anders sein können, wenn der Verbrennungsmotor 12 zugeschaltet ist, als wenn der Verbrennungsmotor 12 abgeschaltet ist. In anderen Worten: die kalibrierten Temperaturwerte für den Stromrichter und Elektromotor können während des Abkühlens von Stromrichter 20 und M/G 14 niedriger oder höher sein als während der Erhitzung von Stromrichter 20 und M/G 14.
Wenn die Hysteresewerte der Stromrichter- und Elektromotortemperatur bei Zeitpunkt T2 unter die kalibrierten Werte gefallen sind, wird festgestellt, dass die Temperaturen von Stromrichter 20 und M/G 14 einer sicheren Temperatur entsprechen, so dass die Kupplung verriegeln kann und der M/G 14 wieder die Bereitstellung des für ein Berghalten notwendigen Drehmoments übernehmen kann. Nach Zeitpunkt T2 steigen die Inverter-Temp und die Elektromotor-Temp aufgrund der Arbeit, die zum Halten des Fahrzeugs 10 an der Steigung geleistet wird, wieder an.
Unter Verweis auf 6 wird ein Beispiel eines Verfahrens für ein Berghaltenbereitgestellt, bei dem die Kupplung verriegelt werden kann und der M/G 14 bei 0 mph steht, während das Fahrzeug 10 im Ruhezustand ist. Das illustrierte Beispiel wird vom VSC 32 und anderen Steuergeräten realisiert. Das Verfahren beginnt bei Schritt 100. Bei Schritt 102 wird ermittelt, ob die Kupplung verriegelt ist. Ist die Kupplung verriegelt, wird in Schritt 104 ermittelt, ob die Temperatur des M/G 14 höher ist als die vorherbestimmte kalibrierte Elektromotortemperatur. Falls nicht, wird in Schritt 106 ermittelt, ob die Temperatur des Stromrichters 20 höher ist als die vorherbestimmte kalibrierte Stromrichtertemperatur. Falls eine der Temperaturen höher als die jeweiligen vorherbestimmten Werte ist, wird die Kupplung in Schritt 108 entriegelt. In Schritt 110, der weitgehend zeitgleich mit Schritt 108 erfolgen kann, erfolgt eine Anforderung zum Hochziehen und Aktivieren des Verbrennungsmotors 12 und wird das Drehmoment des M/G 14 reduziert. Dadurch können der M/G 14 und der Stromrichter 20 abkühlen ohne Drehmoment an die Räder 18 zu liefern.
Wenn, wie in Schritt 102 ermittelt, die Kupplung verriegelt ist, wird in Schritt 112 ermittelt, ob die Temperatur des M/G 14 niedriger ist als die kalibrierte Elektromotor-Temperaturhysterese. Wenn ja, folgt in Schritt 114 eine Ermittlung, ob die Temperatur des Stromrichters 20 niedriger ist als die kalibrierte Stromrichter-Temperaturhysterese. Ist das Ermittlungsergebnis der Schritte 112 und 114 positiv, hat die Temperatur sowohl des M/G 14 als auch des Stromrichters 20 eine Sicherheitsgrenze erreicht, so dass das Drehmoment des M/G 14 zum Bereitstellen von Berghalten erhöht werden kann. In Schritt 116 wird die Kupplung verriegelt. In Schritt 118, der zeitgleich mit Schritt 116 erfolgen kann, erfolgt eine Anforderung zum Deaktivieren des Verbrennungsmotors und wird das Drehmoment des M/G 14 zum Bereitstellen von Berghalten erhöht. Das Verfahren endet bei 120, wobei das Verfahren gleichzeitig wieder mit Schritt 100 neu beginnen kann.
Unter Verweis auf 7 wird ein anderes Beispiel eines Algorithmus für ein Berghalten bereitgestellt, bei dem der M/G 14 weiter läuft, während das Fahrzeug 10 im Ruhezustand ist. Das illustrierte Beispiel wird vom VSC 32 und anderen Steuergeräten realisiert. Das Verfahren beginnt bei Schritt 200. Bei Schritt 202 wird ermittelt, ob der Verbrennungsmotor 12 aktiviert ist. Ist der Verbrennungsmotor 12 nicht aktiviert, wird in Schritt 204 ermittelt, ob die Temperatur des M/G 14 höher ist als der vorherbestimmte kalibrierte Elektromotor-Temperaturwert. Falls der M/G 14 nicht zu heiß ist, wird in Schritt 206 ermittelt, ob der Stromrichter 20 zu heiß ist (d. h. die Temperatur des Stromrichters 20 übersteigt die vorherbestimmte kalibrierte Stromrichtertemperatur). Falls entweder Schritt 204 oder Schritt 206 positiv beantwortet wird, erfolgt in Schritt 208 eine Anforderung zur Aktivierung des Verbrennungsmotors 12 sowie zur Absenkung des Drehmoments von M/G 14. Der Verbrennungsmotor 12 vollzieht somit das Berghalten, während der M/G 14 und der Stromrichter abgekühlt werden.
Wenn in Schritt 202 die Aktivierung des Verbrennungsmotors festgestellt wurde, wird in Schritt 210 ermittelt, ob die Temperatur des M/G 14 niedriger ist als die kalibrierte Elektromotor-Temperaturhysterese. Wenn ja, folgt in Schritt 212 eine weitere Ermittlung, ob die Temperatur des Stromrichters 20 niedriger ist als die kalibrierte Stromrichter-Temperaturhysterese. Ist das Ermittlungsergebnis beider Schritte 210 und 212 positiv, hat die Temperatur sowohl des M/G 14 als auch des Stromrichters 20 eine Sicherheitsgrenze erreicht, so dass das Drehmoment des M/G 14 zum Bereitstellen von Berghalten erhöht werden kann. Somit wird der Verbrennungsmotor in Schritt 214 deaktiviert und wird das Drehmoment des M/G 14 erhöht, um das notwendige Drehmoment an die Räder 18 zu liefern.
Oben werden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei nicht beabsichtigt ist, dass diese Ausführungsbeispiele alle möglichen Formen der Erfindung zu beschreiben. Die in dieser Schrift verwendeten Wörter sind keine einschränkenden, sondern vielmehr beschreibende Wörter. Es ist auch beabsichtigt, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung zur Erzielung eines speziellen Ergebnisses kombiniert oder neu angeordnet werden können. Soweit hier beschriebene besondere Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehr Eigenschaften als weniger wünschenswert dargestellt werden als andere Ausführungsformen oder bestehende Realisierungsformen aus dem Stand der Technik, befinden sich die anderen Ausführungsformen und bereits bestehenden Realisierungsformen nicht außerhalb des Geltungsbereichs der Offenlegung und können für besondere Anwendungen wünschenswert sein.
Es werden allgemein beschrieben:

A. Fahrzeug umfassend: einen Verbrennungsmotor; einen Traktionsmotor für die Drehmomentbereitstellung an Räder; eine erste Kopplungsvorrichtung für die selektive Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Traktionsmotor; einen an den Traktionsmotor elektrisch angeschlossenen Stromrichter; eine zweite Kopplungsvorrichtung für die selektive Kopplung des Traktionsmotors mit den Rädern; und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung basierend auf einer Temperatur des Traktionsmotors und/oder Stromrichters steuert.
B. Fahrzeug nach A, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung mindestens teilweise auskuppelt, wenn die Temperatur des Traktionsmotors und/oder Stromrichters einen ersten Schwellenwert übersteigt.
C. Fahrzeug nach B, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es den Verbrennungsmotor aktiviert, wenn die Temperatur den ersten Schwellenwert übersteigt.
D. Fahrzeug nach C, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung verriegelt, wenn die Temperatur sowohl des Traktionsmotors als auch des Stromrichters einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
E. Fahrzeug nach D, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es den Verbrennungsmotor deaktiviert, wenn die Temperatur sowohl des Traktionsmotors als auch des Stromrichters den zweiten Schwellenwert unterschreitet.
F. Fahrzeug nach A, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es die erste Kopplungsvorrichtung basierend auf der Temperatur des Traktionsmotors und/oder des Inverters steuert.
G. Fahrzeug nach A, wobei die zweite Kopplungsvorrichtung ein zwischen dem Traktionsmotor und den Rädern angeordneter Drehmomentwandler ist.
H. Fahrzeug nach A, wobei die zweite Kopplungsvorrichtung eine zwischen dem Traktionsmotor und den Rädern angeordnete Kupplung ist.
I. Berghalte-System für ein Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor; einen Elektromotor für die Drehmomentbereitstellung an Räder; einen an den Elektromotor elektrisch angeschlossenen Stromrichter; eine Kupplung für die selektive Kopplung des Elektromotors mit den Rädern; und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist: dass es eine erste Antriebsart aktiviert, in der die Kupplung verriegelt und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, und dass es eine zweite Antriebsart aktiviert, wenn eine Temperatur des Elektromotors und/oder Stromrichters einen Schwellenwert übersteigt, wobei in der zweiten Antriebsart die Kupplung teilweise ausgekuppelt ist und der Verbrennungsmotor eingeschaltet ist.
J. System nach I, ferner umfassend eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete zweite Kupplung zur selektiven Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Elektromotor.
K. System nach I, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es die erste Antriebsart aktiviert, wenn die Temperatur sowohl des Stromrichters als auch des Elektromotors einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
L. System nach I, wobei die Kupplung innerhalb eines Getriebes angeordnet ist, so dass der Elektromotor selektiv ein Drehmoment über das Getriebe und an die Räder bereitstellt.
M. Verfahren zur Steuerung des Berghaltens eines Fahrzeugs, umfassend: Ermitteln einer Temperatur eines Traktionsmotors und/oder eines Stromrichters; Entriegeln einer zwischen dem Traktionsmotor und Traktionsrädern angeordneten Kupplung, wenn die ermittelte Temperatur einen Schwellenwert übersteigt; und Aktivieren eines Verbrennungsmotors zur Leistungsübertragung an die Räder weitgehend zeitgleich mit dem Entriegeln der Kupplung.
N. Verfahren nach M, ferner umfassend das Vermindern des Drehmoments des Traktionsmotors weitgehend zeitgleich mit dem Aktivieren des Verbrennungsmotors.
O. Verfahren nach M, ferner umfassend das Verriegeln der Kupplung, wenn die Temperatur sowohl des Traktionsmotors als auch des Stromrichters einen zweiten Schwellenwert überschreitet.
P. Verfahren nach O, ferner umfassend das Erhöhen des Drehmoments im Traktionsmotor basierend auf der Verriegelung der Kupplung.

Claims

Fahrzeug umfassend: einen Verbrennungsmotor; einen Traktionsmotor für die Drehmomentbereitstellung an Räder; eine erste Kopplungsvorrichtung für die selektive Kopplung des Verbrennungsmotors mit dem Traktionsmotor; einen an den Traktionsmotor elektrisch angeschlossenen Stromrichter; eine zweite Kopplungsvorrichtung für die selektive Kopplung des Traktionsmotors mit den Rädern; und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung basierend auf einer Temperatur des Traktionsmotors und/oder des Stromrichters steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung mindestens teilweise auskuppelt, wenn die Temperatur des Traktionsmotors und/oder Stromrichters einen ersten Schwellenwert übersteigt.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es den Verbrennungsmotor aktiviert, wenn die Temperatur den ersten Schwellenwert übersteigt.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es die zweite Kopplungsvorrichtung verriegelt, wenn die Temperatur sowohl des Traktionsmotors als auch des Stromrichters einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es den Verbrennungsmotor deaktiviert, wenn die Temperatur sowohl des Traktionsmotors als auch des Stromrichters den zweiten Schwellenwert unterschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät ferner so konfiguriert ist, dass es die erste Kopplungsvorrichtung basierend auf der Temperatur des Traktionsmotors und/oder des Inverters steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die zweite Kopplungsvorrichtung ein zwischen dem Traktionsmotor und den Rädern angeordneter Drehmomentwandler ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die zweite Kopplungsvorrichtung eine zwischen dem Traktionsmotor und den Rädern angeordnete Kupplung ist.