DE102015103959A1

DE102015103959A1 - System und Verfahren zum Bestimmen des Drehmoments einer Kraftmaschinen-Trennkupplung

Info

Publication number: DE102015103959A1
Application number: DE102015103959.1A
Authority: DE
Inventors: Rajit Johri; Wei Liang; Mark Steven Yamazaki; XiaoYong Wang; Ryan Abraham McGee; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2015-09-24
Also published as: CN104943677A; US20150266462A1; US9738265B2; CN104943677B

Abstract

Ein System und ein Verfahren zum Schätzen des Drehmoments einer Trennkupplung während des Startens einer Kraftmaschine mit dem Motor in Fahrzeugen, die eine Kraftmaschine haben, die selektiv mit dem Motor und dem Getriebe gekoppelt ist, können dazu ausgelegt werden, dass das Motordrehmoment basierend auf einem Kupplungsdrehmoment gesteuert wird, das aus einer Differenz in einem gemessenen Antriebsstrangzustand und einem vorhergesagten Antriebsstrangzustand unter Verwendung des Motordrehmoments als Eingabe geschätzt wird. Die Antriebsstrangzustände können beispielsweise Motordrehzahl, Turbinendrehzahl, Kraftmaschinendrehzahl und Kupplungsdrehmoment umfassen. Eine adaptive Verstärkung kann verwendet werden, um die Differenz zwischen dem gemessenen und dem geschätzten Kupplungsdrehmoment gegen null zu bringen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum Bestimmen des Drehmoments einer Kraftmaschinen-Trennkupplung in einem Hybridfahrzeug, das eine Kraftmaschine hat, die selektiv mit einem Fahrmotor und einem Automatikgetriebe gekoppelt ist.
HINTERGRUND
Hybridelektrofahrzeuge (HEV – Hybrid Electric Vehicle) nutzen eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor, um die zum Antreiben eines Fahrzeugs nötige Leistung bereitzustellen. Diese Anordnung bietet eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit gegenüber einem Fahrzeug, das nur eine Brennkraftmaschine hat. Kupplungen können verwendet werden, um den Leistungsfluss zu steuern, sowie bei Übergangsbetrieb des Fahrzeugs, wie beim Hochziehen der Kraftmaschine oder des Elektromotors, um dem Fahrer einen gleichmäßigen Betrieb zu ermöglichen.
Beispielsweise kann die Kraftmaschine in einem HEV in Zeiten, in denen die Kraftmaschine ineffizient arbeitet oder nicht anderweitig erforderlich ist, um das Fahrzeug anzutreiben, heruntergefahren werden. In diesen Situationen wird der Elektromotor verwendet, um die gesamte Leistung, die zum Antreiben des Fahrzeugs erforderlich ist, bereitzustellen. Wenn die Leistungsanforderung durch den Fahrer so steigt, dass der Elektromotor nicht länger ausreichend Leistung zum Erfüllen der Anforderung bereitstellen kann, wenn der Ladezustand (SOC – State of Charge) der Batterie unter ein bestimmtes Niveau fällt oder wenn ein anderes Fahrzeugsystem den Betrieb der Kraftmaschine erforderlich macht, muss möglicherweise die Kraftmaschine gestartet werden, um zusätzliche Leistung für das Fahrzeug bereitzustellen. In Abhängigkeit vom Zustand des Fahrzeugs kann es wünschenswert sein, die Kraftmaschine unter Verwendung verschiedener Steuersequenzen mit dem Antriebsstrang, z. B. der Kraftmaschine, des Motors, des Getriebes usw. zu starten, um die Anforderungen des Fahrzeugs und des Fahrers rechtzeitig zu erfüllen.
KURZDARSTELLUNG
Offenbart werden ein System und ein Verfahren zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments während des Startens der Kraftmaschine mit einem Fahrmotor in Fahrzeugen, die eine Kraftmaschine haben, die selektiv mit dem Motor und dem Getriebe gekoppelt sind. Eine Steuereinheit kann dazu ausgelegt werden, dass das Motordrehmoment basierend auf dem Kupplungsdrehmoment gesteuert wird, das aus einer Differenz in einem gemessenen Antriebsstrangzustand und einem vorhergesagten Antriebsstrangzustand unter Verwendung des Motordrehmoments als Eingang geschätzt wird. Die Antriebsstrangzustände können beispielsweise Motordrehzahl, Turbinendrehzahl, Kraftmaschinendrehzahl und Kupplungsdrehmoment umfassen. Eine adaptive Verstärkung kann verwendet werden, um die Differenz zwischen dem gemessenen (oder tatsächlichen) Kupplungsdrehmoment und dem geschätzten (oder vorhergesagten) Kupplungsdrehmoment gegen null zu bringen.
In einer Ausführungsform enthält ein Hybridfahrzeug eine Kraftmaschine, die selektiv über eine Trennkupplung mit einem Fahrmotor und einem Getriebe gekoppelt ist. Das Fahrzeug enthält auch eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, dass das Motordrehmoment basierend auf einem Kupplungsdrehmoment gesteuert wird, das aus einer Differenz in einem gemessenen Antriebsstrangzustand und einem vorhergesagten Antriebsstrangzustand geschätzt wird. Der vorhergesagte Antriebsstrangzustand umfasst eine Motordrehzahl und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Turbinendrehzahl und/oder ein Kupplungsdrehmoment. Das Kupplungsdrehmoment wird weiter unter Verwendung einer adaptiven Verstärkung geschätzt, die aus der Differenz im gemessenen Antriebsstrangzustand und dem vorhergesagten Antriebsstrangzustand, beispielsweise Motor- und Kraftmaschinendrehzahl, berechnet wird.
In einer anderen Ausführungsform enthält ein Hybridfahrzeug eine Kraftmaschine und ein Getriebe mit einer Zahnradanordnung, die mehrere Drehmomentflusswege von einer Eingangswelle zu einer Ausgangswelle des Getriebes definiert. Das Fahrzeug enthält auch einen Motor, der zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist, wobei die Kraftmaschine selektiv über eine Trennkupplung mit dem Motor und dem Getriebe gekoppelt ist. Eine Steuereinheit ist dazu ausgelegt, das Motordrehmoment während des Startens der Kraftmaschine zu steuern, wobei der Motor auf einem Kupplungsdrehmoment basiert, das aus einer Abweichung zwischen einer gemessenen Motordrehzahl und einer vorhergesagten Motordrehzahl geschätzt wird. Die vorhergesagte Motordrehzahl kann auf dem Motordrehmoment, der Motordynamik und der Turbinendynamik basieren, und die gemessene Motordrehzahl kann von einem Drehzahlsensor bestimmt werden. Das Kupplungsdrehmoment kann außerdem auf dem Motordrehmoment und einer adaptiven Verstärkung basieren, die aus der Abweichung zwischen der gemessenen Motordrehzahl und der vorhergesagten Motordrehzahl berechnet wird. Die Steuereinheit kann dazu ausgelegt werden, dass sie die Kraftmaschinendrehzahl basierend auf dem Motordrehmoment, dem Kraftmaschinendrehmoment und der Kraftmaschinendynamik vorhersagt.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs beschrieben, das eine Kraftmaschine hat, die selektiv mit einem Motor und einem Getriebe gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst auch das Steuern des Motordrehmoments basierend auf einem Kupplungsdrehmoment, das aus einer Differenz in einem gemessenen Antriebsstrangzustand und einem vorhergesagten Antriebsstrangzustand geschätzt wird. Das Verfahren umfasst außerdem das Abschätzen der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl basierend auf einem Motordrehmoment und/oder der Motordynamik und/oder der Turbinendynamik. Das Kupplungsdrehmoment wird ebenfalls aus dem Motordrehmoment, dem Kraftmaschinendrehmoment und einer adaptiven Verstärkung geschätzt, die aus der Differenz zwischen einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl und einer vorhergesagten Kraftmaschinendrehzahl geschätzt wird.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten verschiedene Vorteile. Beispielsweise reduzieren verschiedene Ausführungsformen Drehmomentstörungen, die vom Antriebsstrang auf die Fahrzeugkarosserie übertragen werden, wodurch die unangenehmen Schaltschläge, denen Fahrer ausgesetzt sind, reduziert werden. Darüber hinaus ermöglichen Ausführungsformen gemäß dieser Offenbarung einen gleichmäßigen Start der Kraftmaschine während des Einrückens der Trennkupplung. Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine grafische Darstellung, die das Einrücken einer Trennkupplung in einem Hybridfahrzeug während eines Starts einer Kraftmaschine in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3A ist eine grafische Darstellung, die eine Leistungsfaktorkurve für einen gegebenen Drehmomentwandler in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
3B ist eine grafische Darstellung, die eine Drehmomentverhältniskurve für einen gegebenen Drehmomentwandler in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 ist ein Ablaufplan, in dem ein Steuerungsalgorithmus zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments dargestellt wird;
5 ist ein Ablaufplan, in dem ein Verfahren zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments beim Kraftmaschinenstart in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt wird; und
6 ist ein Ablaufplan, in dem ein weiteres Verfahren zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments beim Kraftmaschinenstart in Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet werden können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie er die Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands unterschiedlich einsetzen kann.
Fahrzeughersteller verbessern Antriebsstrang- bzw. Triebstrangsysteme für Hybridfahrzeuge, um die Anforderungen nach erhöhter Kraftstoffeffizienz und niedrigeren Emissionen zu erfüllen. Eine solche Verbesserung kann einen Fahrmotor umfassen, der zwischen einem Automatikgetriebe und einer Kraftmaschine angeordnet ist. Die Kraftmaschine kann selektiv über eine Trennkupplung mit dem Fahrmotor und dem Automatikgetriebe gekoppelt werden. Die Trennkupplung kann dem Fahrzeug gestatten, im ausschließlich elektrischen Antriebsmodus, wobei der Fahrmotor als primäre Leistungsquelle tätig ist (Kraftmaschine getrennt), in einem Hybridmodus, wobei sowohl der Fahrmotor als auch die Kraftmaschine das Fahrzeug antreiben, und/oder in einem Nur-Kraftmaschine-Modus, bei dem das Fahrzeug nur von der Kraftmaschine angetrieben wird, betrieben zu werden.
Bezugnehmend auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Eine Kraftmaschine 110 kann mit einem Niederspannungsanlasser 112 wirkverbunden sein, der zum Starten der Kraftmaschine 110 verwendet werden kann, wenn zusätzliches Drehmoment benötigt wird. Der Niederspannungsanlasser 112 kann durch eine Niederspannungsbatterie 114 gespeist werden. Eine elektrische Maschine 116, oder Fahrmotor, kann mit einem Triebstrang wirkverbunden und zwischen der Kraftmaschine 110 und dem Getriebe 126 angeordnet sein. Die elektrische Maschine 116 kann durch eine Hochspannungsbatterie 124 gespeist werden. Die Kraftmaschine 110 kann selektiv über eine Trennkupplung 118 mit dem Motor 116 und dem Getriebe 126 gekoppelt sein, wodurch es möglich ist, dass die Kraftmaschine 110 unabhängig vom Fahrzeugbetrieb abgekoppelt und heruntergefahren werden kann. Drehmoment, das von der Kraftmaschine 110 und dem Motor 116 übertragen wird, kann über den Triebstrang dem Getriebe 126 bereitgestellt werden, das seinerseits das Drehmoment dem Differenzial 128 bereitstellt, um die Räder 130 anzutreiben.
Wie in 1 gezeigt, kann entweder ein Drehmomentwandler 122 mit einer Überbrückungskupplung zum Sperren des Treibrads und des Turbinenrads oder eine Startkupplung zwischen dem Motor 116 und dem Getriebe 126 angeordnet werden und kann für Torsionsisolierung verwendet werden. Eine Getriebeölpumpe 120 kann ebenfalls auf der gleichen Welle wie der Motor 116 angeordnet werden, die einen Ölstrom durch das Getriebe 126 zum Schmieren und für den Hydraulikbetrieb bereitstellt. Diese Hauptpumpe 120 kann durch eine elektrische Hilfspumpe ergänzt werden.
Das Fahrzeug kann auch eine Fahrzeugsystemsteuereinheit (VSC – Vehicle System Controller) 134 zum Steuern der verschiedenen Fahrzeugsysteme und -teilsysteme enthalten. Die VSC 134 kann verschiedene Arten von computerlesbaren Speichermedien zum Implementieren von flüchtigem und/oder persistentem Speicher enthalten. In einer Ausführungsform enthält die VSC 134 eine Kraftmaschinensteuereinheit (ECU – Engine Control Unit) 138 und eine Getriebesteuereinheit (TCU – Transmission Control Unit) 136. Die ECU 138 ist elektrisch mit der Kraftmaschine 110 verbunden und steuert den Betrieb der Kraftmaschine 110. Die TCU 136 ist elektrisch mit dem Motor 116 und dem Getriebe 126 verbunden und steuert diese, wie in 132 dargestellt. Die ECU 138 steht über ein Fahrzeugnetzwerk in Kommunikation mit der TCU 136 und anderen Steuereinheiten (nicht gezeigt) unter Verwendung eines üblichen Datenbusprotokolls (z. B. CAN), in Übereinstimmung mit einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform die Funktionalität der VSC 134 zum Steuern des Hybrid-Antriebsstrangs so dargestellt wird, als wäre sie innerhalb von zwei Steuereinheiten (ECU 138 und TCU 136) enthalten, können weitere Ausführungsformen des Hybridfahrzeugs eine einzige VSC-Steuereinheit und/oder irgendeine andere Kombination von Steuereinheiten zum Steuern des Hybrid-Antriebsstrangs enthalten.
Im normalen Betrieb werden die Fahreranforderungen durch die VSC 134 interpretiert. Diese Anforderungen umfassen die Gangwahl (PRNDL – Park, Reverse, Neutral, Drive, Low) und die Gaspedalstellung (APPS – Accelerator Pedal Position) zum Interpretieren des vom Fahrer beabsichtigten Raddrehmoments. Die Fahrereingabe am Bremspedal (BPPS – Brake Pedal) wird durch das Bremssystem-Steuermodul (BSCM – Brake System Control Module) interpretiert, und eine Anforderung zur Modifikation des Raddrehmoments wird an die VSC 134 gesendet, um das endgültige Raddrehmoment einzustellen. Die Hochspannungsbatteriesteuereinheit (BECM – Battery Energy Control Module) überwacht die Batterietemperatur, Spannung, Stromstärke, den Ladezustand und bestimmt die maximal zulässige Entladeleistungsgrenze und die maximal zulässige Ladeleistungsgrenze. Die VSC 134 bestimmt den Antriebsstrangbetriebspunkt zum Aufrechterhalten des Ladezustands der Batterie, zum Minimieren des Kraftstoffverbrauchs und zur Bereitstellung des vom Fahrer angeforderten Fahrzeugbetriebs. Eine Drehmomentsteuerungsfunktion (TC – Torque Control) im Inneren der VSC 134 dient zum Bestimmen der Drehmomentaufteilung zwischen der Kraftmaschinen- und der Motordrehmomentanweisung. Die TC berechnet die Batterieladeleistungsanforderung basierend auf der vorliegenden Leistungsanforderung durch den Fahrer und dem Ladezustand. Basierend auf dem Energiemanagementalgorithmus kann die TC ein Ein- oder Ausschalten der Kraftmaschine anfordern, um zwischen dem ausschließlich elektrischen Modus und dem Hybridmodus umzuschalten. Wie bereits erörtert, kann die Kraftmaschine unter Verwendung des Motors gestartet werden, indem die Trennkupplung 118 eingerückt wird oder indem der Niederspannungsanlasser 112 verwendet wird.
Bezugnehmend auf 2 wird ein Graph gezeigt, der das Einrücken einer Trennkupplung in einem Hybridfahrzeug während eines Startens einer Kraftmaschine darstellt. Von t₀ bis t₁ ist die Kupplung geöffnet, und das Drehmoment der Trennkupplung ist null. Von t₁ bis t₂ schließt sich die Kupplung, und die Drehmomentleistung ist veränderlich. Dies ist das Interessengebiet dieser Offenbarung. Von t₁ bis t₂ ist die Kupplung geschlossen. Das Kupplungsdrehmoment ist gleich dem Kraftmaschinendrehmoment. Es ist bekanntermaßen schwierig, das Kupplungsdrehmoment zu bestimmen, während sich eine Kupplung schließt, und es ist aufwändig zu messen. Die vorliegende Offenbarung bietet ein System und ein Verfahren zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments, während die Kupplung durchrutscht, unter Verwendung von Drehzahlsensoren, die bereits im Antriebsstrang vorhanden sind. Ein Modell der Kupplung wird in der Steuereinheit gehalten und in Echtzeit aktualisiert. Die von den Drehzahlsensoren detektierte Störung dient als Eingabe für das Modell, und das Modell wird entsprechend aktualisiert. Dies bietet nicht nur eine robuste Lösung, sondern eine Lösung, die im Vergleich mit der Verwendung eines Ist-Drehmomentsensors mit geringeren Kosten verbunden ist.
Wie oben beschrieben, enthalten einige Hybride eine Kraftmaschine, die selektiv mit einer elektrischen Maschine und einem Getriebe gekoppelt ist. In Hybriden wie diesen kann die Kraftmaschine unter Verwendung eines Niederspannungsanlassers gestartet werden. Alternativ kann die Kraftmaschine durch Einrücken der Trennkupplung und unter Verwenden des Motors zum Starten der Kraftmaschine gestartet werden. Während des Einrückens erfolgt eine Drehmomentübertragung vom Motor zur Kraftmaschine, um Verdichtung und Reibungsdrehmoment zu überwinden, bevor die Kraftmaschine beginnt, Drehmoment zu erzeugen. Wenn während dieser Phase des Startens der Kraftmaschine das anfängliche Kupplungsdrehmoment nicht kompensiert wird, fällt die Motordrehzahl – wodurch die Treibraddrehzahl fällt und ein Drehmomentloch im Triebstrangdrehmoment erzeugt wird. Für ein gleichmäßiges Starten der Kraftmaschine und zum Überwinden der Störunterdrückung vom Triebstrangdrehmoment aufgrund eines Startens der Kraftmaschine ist es notwendig, das Kupplungsdrehmoment zu schätzen. Das Kupplungsdrehmoment ist schwierig zu schätzen und eine Messung würde einen Drehmomentsensor an Bord eines Produktionsfahrzeugs erfordern, was kostenaufwändig ist. Als solche bietet die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments während des Startens einer Kraftmaschine oder bei anderen Ereignissen, bei denen die Kupplung nicht vollständig gesperrt ist.
Insbesondere wird ein Steuerungsalgorithmus zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments basierend auf dem Fehler zwischen den gemessenen (oder tatsächlichen) und den geschätzten (oder vorhergesagten) Antriebsstrangzuständen unter Verwendung eines vereinfachten Modells der Antriebsstrangdynamik beschrieben. Der Algorithmus umfasst ein vereinfachtes Antriebsstrangmodell, wobei die Kupplung als ein interner Zustand der Anlage modelliert wird. Dem Antriebsstrangmodell wird das Motordrehmoment als Eingabe zugeführt. Basierend auf der Dynamik des Antriebsstrangmodells werden die Motordrehzahl, die Turbinendrehzahl und das Kupplungsdrehmoment vorhergesagt. Da die anfängliche Schätzung des Kupplungsdrehmoments nicht genau bekannt ist, und aufgrund von kleinen Fehlern beim Wissen über die Dynamik des Antriebsstrangmodells, wird sich die vorhergesagte Motordrehzahl von der tatsächlich gemessenen Motordrehzahl unterscheiden. Der Fehler bei der Drehzahlvorhersage wird dann durch einen adaptiven Algorithmus geführt. Der Algorithmus modifiziert die Eingabe zum Antriebsstrangmodell, um die Fehlerdifferenz zwischen der vorhergesagten und der gemessenen Motordrehzahl sowie der Turbinendrehzahl auf null zu bringen. Dies führt auch dazu, dass sich die Schätzung des Kupplungsdrehmoments in Richtung des tatsächlichen Kupplungsdrehmoments bewegt.
Das geschätzte Kupplungsdrehmoment kann dann als Vorwärtsregelung für die Motorsteuereinheit zum Kompensieren der Verdichtung der Kraftmaschine und des Reibungsdrehmoments während des Startens der Kraftmaschine mit dem Motor verwendet werden. Darüber hinaus kann der Algorithmus zum Schätzen des Kupplungsdrehmoments während anderer Ereignisse verwendet werden, bei denen die Kupplung nicht vollständig gesperrt ist.
Wenn die Trennkupplung eingerückt wird, um die Kraftmaschine zu starten, stellt der Motor zusätzlich zur Bereitstellung von Drehmoment für den Triebstrang auch zusätzliches Drehmoment bereit, um die Verdichtung der Kraftmaschine und das Reibungsdrehmoment zu überwinden. Der vorgeschlagene Algorithmus verwendet ein Modell der Antriebsstrangdynamik, um dieses zusätzliche Störungsdrehmoment am Motor während Kraftmaschinenstartereignissen vorherzusagen. Das Antriebsstrangmodell hat drei Zustände: x = [ω_m, ω_Turbine, τ_Kupplung]^T (1) wobei ω_m die Motor-/Treibraddrehzahl ist, ω_Turbine die Turbinendrehzahl ist und τ_Kupplung das Kupplungsdrehmoment ist. Die Dynamik des Motors und des Drehmomentwandler-Turbinenzustands ist wie folgt: ω .m = (τ_m – τ_Kupplung – τ_Pumpe)/I_m (2) wobei τ_m das Motordrehmoment ist, τ_Pumpe die Last auf dem Drehmomentwandler-Treibrad ist und I_m die kombinierte Trägheit des Motors, der Trennkupplung und des Drehmomentwandler-Treibrads ist, d. h. effektiv von allem, was sich innerhalb des Motors dreht.
Das Kupplungsdrehmoment τ_Kupplung kann mit Gleichung (2) berechnet werden, wenn die Motorbeschleunigung ω ._m bekannt ist. Mathematisch kann die Motorbeschleunigung ω ._m durch numerisches Differenzieren der Motordrehzahl ω_m berechnet werden. Allerdings führt numerische Differenzierung zu einer Verstärkung des Rauschens im ursprünglichen Signal, und das resultierende Motorbeschleunigungssignal ist verrauscht. Das vorgeschlagene Schätzungsverfahren berechnet das Kupplungsdrehmoment, ohne explizit das Motordrehzahlsignal zu differenzieren, wie in den Gleichungen (3) und (4) gezeigt: ω ._Turbine = (τ_Turbine – O ^_Fahrz.Lad.)/I_Fahrz. (3) ω ._Turbine = (τ_Turbine – μMg – 0.5C_dρA_Fahrz.ν²)/(Mr) (4) wobei τ_Turbine das Drehmomentwandler-Turbinendrehmoment ist, μ der Rollreibungskoeffizient ist, M die Masse des Fahrzeugs ist, C_d der Luftwiderstandsbeiwert ist, A_Fahrz. die frontale Fläche des Fahrzeugs ist, ν die Fahrzeuggeschwindigkeit ist und r der effektive Radradius ist.
Wie in den Gleichungen (5) und (6) gezeigt, werden die Drehmomente der Drehmomentwandler-Turbine und des Treibrads wie folgt unter Verwendung der Leistungsfaktor- und Drehmomentverhältniskurven berechnet:
wobei für einen gegebenen Drehmomentwandler K die Leistungsfaktorkurve ist, T_R die Drehmomentverhältniskurve ist und beide eine Funktion des Drehzahlverhältnisses, SR (Speed Ratio), sind, wie oben in Gleichung (7) gezeigt. 3A und 3B stellen eine repräsentative Leistungsfaktorkurve bzw. Drehmomentverhältniskurve gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung dar. Darüber hinaus wird, wie in Gleichung (8) gezeigt, das Kupplungsdrehmoment mit einer Dynamik von null modelliert. τ .Kupplung = 0 (8)
Alternativ kann auch die Kraftmaschinendynamik zum Schätzen des Kupplungsdrehmoments verwendet werden. Die Kraftmaschinendynamik wird durch Gleichung (9) gegeben und wie folgt berechnet:
wobei τ_e das Kraftmaschinendrehmoment ist und I_e die Trägheit der Kraftmaschine ist. Der Algorithmus würde abgesehen lediglich von der Addition der Kraftmaschinendrehzahl als Antriebsstrangzustand (z. B. x = [ω_e, ω_m, ω_Turbine, τ_Kupplung]^T gleich bleiben und könnte verwendet werden, um zu helfen, den Fehler zwischen dem geschätzten und dem tatsächlichen Kupplungsdrehmoment auf null zu bringen. Ein Kraftmaschinendrehzahlsensor kann verwendet werden, um die tatsächliche Kraftmaschinendrehzahl zu messen. Die gemessene Kraftmaschinendrehzahl kann mit der vorhergesagten Kraftmaschinendrehzahl verglichen werden, die unter Verwendung der oben genannten Gleichungen bestimmt werden kann. Der Fehler zwischen gemessenen und vorhergesagten Antriebsstrangzuständen kann dann in den adaptiven Verstärkungsalgorithmus eingegeben werden.
Das obige Antriebsstrangmodell kann verwendet werden, um die Antriebsstrangsystemzustände unter Verwendung des Motordrehmoments als Eingabe zu berechnen. 4 stellt ein Blockdiagramm zur Umsetzung des Steuerungsalgorithmus bereit, das verwendet werden kann, um solche Antriebsstrangsystemzustände zu berechnen. Insbesondere wird das Motordrehmoment als eine Eingabe 410 für das vereinfachte Modell der Antriebsstrangdynamik 412 verwendet. Das vereinfachte Modell der Antriebsstrangdynamik 412 verwendet die oben beschriebenen Gleichungen, um die Motordrehzahl, die Kraftmaschinendrehzahl, die Turbinendrehzahl und die Kupplungsdrehzahl zu schätzen und/oder vorherzusagen. Die geschätzte (oder vorhergesagte) Motordrehzahl wird bei 416 mit der gemessenen Motordrehzahl verglichen. Der Fehler zwischen gemessener und vorhergesagter Motordrehzahl wird in den adaptiven Algorithmus 418 eingegeben. Wie bereits erwähnt, kann das Antriebsstrangmodell auch den Fehler zwischen gemessener und vorhergesagter Kraftmaschinendrehzahl verwenden, um das Kupplungsdrehmoment zu schätzen. Aufgrund des Fehlers bei der Initialisierung des Kupplungsdrehmomentzustands und der nicht modellierten Anlagendynamik unterscheiden sich die vorhergesagten Zustände von den gemessenen Zuständen, d. h. Motor-, Turbinen- und/oder Kraftmaschinendrehzahl. Der Fehler zwischen den vorhergesagten und gemessenen Zuständen wird dann mit einer adaptiven Verstärkung L multipliziert und zur Eingabe des Anlagenmodells hinzu addiert. Die Verstärkung wird unter Verwendung eines adaptiven Algorithmus angepasst, um den Fehler bei der vorhergesagten und gemessenen Motor-, Turbinen- und/oder Kraftmaschinendrehzahl auf null zu bringen. Dies führt auch dazu, dass sich die Schätzung des Kupplungsdrehmoments in Richtung des tatsächlichen Kupplungsdrehmoments bewegt.
5 und 6 stellen Verfahren zum Schätzen des Kupplungsdrehmoments gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, können die in den 5 und 6 dargestellten Funktionen in Abhängigkeit von einer speziellen Anwendung und Umsetzung durch Software und/oder Hardware durchgeführt werden. Die verschiedenen Funktionen können in einer anderen als der in den 5 und 6 dargestellten Reihenfolge oder Sequenz durchgeführt werden, in Abhängigkeit von der speziellen Verarbeitungsstrategie, wie ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert usw. In ähnlicher Weise können einer oder mehrere Schritte oder eine oder mehrere Funktionen unter bestimmten Betriebsbedingungen oder in speziellen Anwendungen wiederholt durchgeführt, parallel durchgeführt und/oder ausgelassen werden, auch wenn nicht explizit dargestellt. Bei einer Ausführungsform werden die dargestellten Funktionen in erster Linie durch Software, Anweisungen oder einen Code umgesetzt, der in einer computerlesbaren Speichereinrichtung gespeichert ist und durch einen oder mehrere mikroprozessorbasierte Rechner oder Steuerungen zum Steuern des Betriebs des Fahrzeugs ausgeführt wird.
Bezugnehmend auf 5 wird die beschriebene Steuerstrategie 500 bei jeder Instanz 510 durchgeführt, in der eine Anforderung 512 zum Einrücken der Trennkupplung und zum Starten der Kraftmaschine unter Verwendung des Motors vorliegt. Die Steuerstrategie 500 wird mit der aktuellen Motordrehzahl, dem aktuellen Motordrehmoment, der aktuellen Drehmomentwandler-Turbinendrehzahl, einem Kupplungsdrehmoment von null und einer anfänglichen Verstärkung L₀ 514 initialisiert. Alternativ können auch Kraftmaschinendrehzahl und Kraftmaschinendrehmoment verwendet werden. Die Steuerstrategie 500 verwendet dann ein vereinfachtes Modell der Antriebsstrangdynamik zum Schätzen/Vorhersagen der Motordrehzahl, der Turbinendrehzahl und des Kupplungsdrehmoments 516. Bei Block 518 berechnet die Steuerstrategie den Fehler zwischen gemessener Motordrehzahl und vorhergesagter Motordrehzahl. Der Fehler wird dann in den adaptiven Algorithmus 520 zum Berechnen eines neuen Wertes für die Abschätzungsverstärkung L eingegeben. Die adaptive Verstärkung kann unter Verwendung eines Recursive-Least-Squares-Algorithmus, eines Kalman-Filters oder irgendeines im technischen Gebiet bekannten Verfahrens berechnet werden. Der Algorithmus wird in einer Schleife ausgeführt, bis die Kupplung vollständig eingerückt und gesperrt ist 522. Die Steuerstrategie endet bei 524, wenn entweder keine Anforderung zum Einrücken der Trennkupplung vorliegt oder die Trennkupplung vollständig eingerückt und gesperrt ist. Wie oben angegeben, kann die Steuereinheit das Kupplungsdrehmoment basierend auf dem Fehler zwischen tatsächlicher/gemessener Kraftmaschinendrehzahl und vorhergesagter Kraftmaschinendrehzahl unter Verwendung des oben offenbarten Verfahrens schätzen.
Alternativ kann, anstatt die Verstärkung beim Start des Algorithmus auf L₀ zurückzusetzen, der letzte adaptierte Wert der Verstärkung L als Anfangswert für das nächste Kraftmaschinenstartereignis verwendet werden. Dieses alternative Verfahren wird in 6 noch ausführlicher beschrieben. 6 stellt noch ein weiteres Verfahren zum Abschätzen des Kupplungsdrehmoments gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung dar. Insbesondere beginnt die Steuerstrategie 600 bei Block 610, wo die Steuereinheit prüft, ob eine Anforderung zum Einrücken der Trennkupplung 612 vorliegt. Wenn bei 612 keine Anforderung vorliegt, endet die Steuerstrategie bei Block 626. Wenn allerdings bei 612 eine Anforderung zum Einrücken der Trennkupplung vorliegt, liest die Steuereinheit den gespeicherten Wert der Abschätzungsverstärkung, L 614, und verwendet diesen zusammen mit dem Motordrehmoment, um die Motordrehzahl, die Turbinendrehzahl und das Kupplungsdrehmoment 616 zu schätzen. Die Steuereinheit prüft dann, ob die Kupplung eingerückt ist 622. Wenn die Kupplung bei 622 nicht eingerückt ist, wird der Fehler 620 zwischen gemessener Motordrehzahl und vorhergesagter Motordrehzahl berechnet. Dieser Fehlerwert wird dann an einen adaptiven Algorithmus 618 übergeben, um den Fehler zwischen gemessener und vorhergesagter Motordrehzahl, und damit auch den Fehler zwischen geschätztem und tatsächlichem Kupplungsdrehmoment, auf null zu bringen. Die Motordrehzahl, Turbinendrehzahl und das Kupplungsdrehmoment werden unter Verwendung der neuen Abschätzungsverstärkung L geschätzt, und der Prozess wird wiederholt, bis die Kupplung bei 622 sperrt. Wenn die Kupplung sperrt, wird der letzte berechnete Wert der Abschätzungsverstärkung L gespeichert 624 zur Verwendung in dem Fall, dass eine weitere Anforderung zum Einrücken der Trennkupplung vorliegt. Die Steuerstrategie endet bei Block 626. In gleicher Weise können die gemessene und vorhergesagte Motordrehzahl zusammen mit dem Kraftmaschinendrehmoment verwendet werden, um das Kupplungsdrehmoment unter Verwendung der oben offenbarten Verfahren zu schätzen.
Wie durch die hier beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen gesehen werden kann, helfen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung, die Herausforderungen zu bewältigen, die durch das Verwenden des Motors zum Starten der Kraftmaschine in Fahrzeugen entstehen, die eine Kraftmaschine haben, die selektiv sowohl mit dem Motor als auch mit dem Getriebe gekoppelt ist. Durch die Verwendung der offenbarten Betriebsstrategien kann das Kupplungsdrehmoment geschätzt werden, ohne dass ein fahrzeuginterner Drehmomentsensor eingesetzt wird, was sehr kostenaufwändig sein kann.
Obgleich beispielhafte Ausführungsformen oben beschrieben werden, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden. Obgleich die beste Durchführungsweise ausführlich beschrieben worden ist, wird ein Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der folgenden Ansprüche erkennen. Wie dem Fachmann bekannt ist, wurden verschiedene Ausführungsformen zwar hinsichtlich einer oder mehrerer Eigenschaften als gegenüber anderen Ausführungsformen des Stands der Technik Vorteile bietend oder bevorzugt beschrieben, jedoch können zwischen einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden, um die gewünschten Systemmerkmale zu erreichen, die von der besonderen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Merkmale umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Die hier erörterten Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Hybridfahrzeug, umfassend: eine Kraftmaschine, die selektiv über eine Trennkupplung mit einem Fahrmotor und einem Getriebe gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, dass das Motordrehmoment basierend auf einem Kupplungsdrehmoment gesteuert wird, das aus einem gemessenen Antriebsstrangzustand und einem vorhergesagten Antriebsstrangzustand geschätzt wird.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der vorhergesagte Antriebsstrangzustand eine Motordrehzahl und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl und/oder eine Turbinendrehzahl und/oder ein Kupplungsdrehmoment umfasst.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der gemessene Antriebsstrangzustand eine Motordrehzahl und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl und/oder eine Turbinendrehzahl umfasst.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Kraftmaschinendrehzahl von einem Kraftmaschinendrehzahlsensor gemessen wird und die Motordrehzahl von einem Motordrehzahlsensor gemessen wird.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Kupplungsdrehmoment des Weiteren geschätzt wird unter Verwendung einer adaptiven Verstärkung, die aus einer Differenz im gemessenen Antriebsstrangzustand und dem vorhergesagten Antriebsstrangzustand berechnet wird.
Hybridfahrzeug, umfassend: eine Kraftmaschine; ein Getriebe mit einer Zahnradanordnung, die mehrere Drehmomentflusswege von einer Eingangswelle zu einer Ausgangswelle des Getriebes definiert; einen Motor, der zwischen der Kraftmaschine und dem Getriebe angeordnet ist, wobei die Kraftmaschine selektiv über eine Trennkupplung mit dem Motor und dem Getriebe gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die dazu ausgelegt ist, das Motordrehmoment während des Startens einer Kraftmaschine zu steuern, wobei der Motor auf einem Kupplungsdrehmoment basiert, das aus einer Abweichung zwischen einer gemessenen Motordrehzahl und einer vorhergesagten Motordrehzahl geschätzt wird.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die vorhergesagte Motordrehzahl auf dem Motordrehmoment, der Motordynamik und der Turbinendynamik basiert.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Steuereinheit des Weiteren dazu ausgelegt ist, die Kraftmaschinendrehzahl basierend auf dem Motordrehmoment, dem Kraftmaschinendrehmoment und der Kraftmaschinendynamik vorherzusagen.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei das Kupplungsdrehmoment des Weiteren auf dem Motordrehmoment und einer adaptiven Verstärkung basiert, die aus der Abweichung zwischen der gemessenen Motordrehzahl und der vorhergesagten Motordrehzahl berechnet wird.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei das Kupplungsdrehmoment des Weiteren aus dem Motordrehmoment, dem Kraftmaschinendrehmoment und einer adaptiven Verstärkung geschätzt wird, die aus einer Differenz zwischen einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl und einer vorhergesagten Kraftmaschinendrehzahl berechnet wird.
Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das eine Kraftmaschine hat, die selektiv mit einem Motor und einem Getriebe gekoppelt ist, umfassend: Steuern des Motordrehmoments basierend auf einem Kupplungsdrehmoment, das aus einem gemessenen Antriebsstrangzustand und einem vorhergesagten Antriebsstrangzustand geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, außerdem umfassend: Vorhersagen der Motordrehzahl und der Turbinendrehzahl basierend auf dem Motordrehmoment, der Motordynamik und der Turbinendynamik.
Verfahren nach Anspruch 11, außerdem umfassend: Vorhersagen der Kraftmaschinendrehzahl basierend auf dem Motordrehmoment, dem Kraftmaschinendrehmoment und der Kraftmaschinendynamik.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Kupplungsdrehmoment aus dem Motordrehmoment und einer adaptiven Verstärkung geschätzt wird, die aus einer Differenz zwischen einer gemessenen Motordrehzahl und einer vorhergesagten Motordrehzahl berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Kupplungsdrehmoment aus dem Motordrehmoment, dem Kraftmaschinendrehmoment und einer adaptiven Verstärkung geschätzt wird, die aus einer Differenz zwischen einer gemessenen Kraftmaschinendrehzahl und einer vorhergesagten Kraftmaschinendrehzahl berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der vorhergesagte Antriebsstrangzustand eine Motordrehzahl und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl und/oder eine Turbinendrehzahl und/oder ein Kupplungsdrehmoment umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der gemessene Antriebsstrangzustand eine Motordrehzahl und/oder eine Kraftmaschinendrehzahl und/oder eine Turbinendrehzahl umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Kraftmaschinendrehzahl von einem Kraftmaschinendrehzahlsensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Motordrehzahl von einem Motordrehzahlsensor gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Kupplungsdrehmoment des Weiteren geschätzt wird unter Verwendung einer adaptiven Verstärkung, die aus einer Differenz im gemessenen Antriebsstrangzustand und dem vorhergesagten Antriebsstrangzustand berechnet wird.