DE102015104054A1

DE102015104054A1 - Verfahren und System zur adaptiven Motorleistungsverlustschätzung in Hybridelektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102015104054A1
Application number: DE102015104054.9A
Authority: DE
Inventors: Rajit Johri; Wei Liang; XiaoYong Wang; Mark Steven Yamazaki; Ming Lang Kuang; Ryan Abraham McGee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-09-24
Also published as: CN104925052A; CN104925052B; US20150266466A1; US9598071B2

Abstract

Eine Steuerstrategie für einen Hybridelektrofahrzeugantriebsstrang mit einer Kraftmaschine, einem Motor und einem Getriebe enthält Betreiben des Antriebsstrangs gemäß einem Motorleistungsverlustterm, der basierend auf dem Motor zugeführter Batterieleistung, der Motorausgangsleistung und einem geschätzten Motorleistungsverlust so adaptiert ist, dass sich der Motorleistungsverlustterm über die Zeit ändert und zu einem konstanten Wert konvergiert, um dadurch den tatsächlichen Motorleistungsverlust anzuzeigen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Schätzen von Motorleistungsverlust in einem Hybridelektrofahrzeug.
HINTERGRUND
Ein Hybridelektrofahrzeugantriebsstrang enthält eine Kraftmaschine und einen Elektromotor, wobei ein Drehmoment (oder eine Leistung), das (die) durch die Kraftmaschine und/oder durch den Motor erzeugt wird, über ein Getriebe an die Fahrzeugantriebsräder übertragen werden kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Eine Traktionsbatterie führt dem Motor Energie zu. In bestimmten Antriebssträngen kann die Kraftmaschine durch eine Trennkupplung mit dem Motor verbunden werden, und der Motor ist mit dem Getriebe verbunden. Der Motor kann über einen Drehmomentwandler mit dem Getriebe verbunden sein. Die Kraftmaschine, die Trennkupplung, der Motor, der Drehmomentwandler und das Getriebe sind sequenziell in Reihe geschaltet.
Hybridfahrzeugsteuerungen beruhen auf einem genauen Wert des Leistungsverlusts des Motors. Zum Beispiel beruhen die Berechnung von Motordrehmoment zum Rad, Batterieleistungsgrenzen und plausiblen Verstößen, Ladeleistung für die Batterie anhand des Energiemanagementalgorithmus, der maximal zulässigen rekuperativen Bremsgrenze und andere Steuerstrategien auf einer genauen Schätzung des Motorleistungsverlusts.
Motorleistungsverlust ist im Allgemeinen eine Funktion der Motordrehzahl, des Motordrehmoments und der dem Motor zugeführten Traktionsbatteriespannung. Schätzungen von Motorleistungsverlusten für gegebene Kombinationen von Motordrehzahl und Motordrehmoment bei gegebenen Batteriespannungen können vordefiniert sein. Solche vordefinierten Schätzungen können durch Testen des Motors (oder insbesondere zum Beispiel des fertiggestellten Motorprototyps) auf einem Dynamometer erzeugt werden. Die vordefinierten Schätzungen werden in einem Kennfeld gespeichert. Anschließend greifen Fahrzeugsteuerungen auf das Kennfeld zu, um eine Schätzung des Motorleistungsverlusts zu einem gegebenen Zeitpunkt während des Betriebs des Fahrzeugs zu erhalten und die Schätzung in ihren Steuerroutinen zu verwenden.
Schwankungen beim Motor während der Fertigung oder eine Beeinträchtigung des Motorwirkungsgrads mit Zeit, Temperatur und/oder Tastverhältnis können zu verschiedenen Motorleistungsverlusten führen. Das vordefinierte Motorleistungsverlustkennfeld kann solche Schwankungen und Änderungen nicht erfassen.
KURZFASSUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Steuerung und eine Steuerstrategie (”Steuerung”) für einen Antriebsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV – hybrid electric vehicle) mit einer Kraftmaschine, einem Motor mit einer zugehörigen Traktionsbatterie und einem Getriebe, wobei der Motor mit dem Getriebe verbunden ist und die Kraftmaschine über den Motor und eine Trennkupplung mit dem Getriebe verbunden werden kann. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, Motorleistungsverluste zu schätzen und diese Verluste adaptiv zu lernen.
Bei einer Ausführungsform ist die Steuerung dazu konfiguriert, ein Motorleistungsverlustmodell für den Antriebsstrang adaptiv zu schätzen und zu erzeugen. Bei einem gegebenen Motorbetriebspunkt stellt die Steuerung eine adaptive Motorleistungsverlustschätzung bereit, die allgemein auf dem vordefinierten oder bekannten Motorleistungsverlustterm und einem zusätzlichen adaptiven Motorleistungsverlustterm basiert. Die adaptive Motorleistungsverlustschätzung ist genauer als eine Motorleistungsverlustschätzung, die nur auf dem vordefinierten Motorleistungsverlustterm auf die oben im Abschnitt Hintergrund beschriebene Weise basiert. Bei der Bereitstellung der adaptiven Motorverlustschätzung erhält die Steuerung den vordefinierten Motorleistungsverlustterm von dem vordefinierten Motorleistungsverlustkennfeld. Die Steuerung berechnet den adaptiven Motorleistungsverlustterm basierend auf einer Schätzung der Batterieleistung und der Motorleistung und dem vordefinierten Motorleistungsverlustterm. Ferner kann die Steuerung bei der Berechnung des adaptiven Motorleistungsverlustterms Zubehörverlust berücksichtigen. Die Steuerung speichert den berechneten adaptiven Motorleistungsverlustterm in einem separaten Motorleistungsverlustkennfeld oder adaptive Parameter eines Motorleistungsverlustmodells. Die Steuerung verwendet das adaptive Motorleistungsverlustkennfeld/modell zusammen mit dem vordefinierten Motorleistungsverlustkennfeld, um bei jedem gegebenen Motorbetriebspunkt den Motorleistungsverlust zu schätzen (das heißt, die adaptive Motorleistungsverlustschätzung bereitzustellen). Dies kann zum Beispiel die Berechnung der maximalen rekuperativen Drehmomentgrenze, der vom Energiemanagement erforderten Batterieleistung, des zum Starten der Kraftmaschine verfügbaren Motordrehmomentpuffers, des maximalen oder minimalen Motordrehmoments unter Einbeziehung relativ präziser oder genauer elektrischer Motorverluste verbessern.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren für einen Antriebsstrang mit einer Kraftmaschine, einem Motor und einem Getriebe, die in Reihe gekoppelt sind, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Betreiben des Antriebsstrangs gemäß einem Motorleistungsverlustterm, der basierend auf dem Motor zugeführter Batterieleistung, Motorausgangsleistung und einem geschätzten Motorleistungsverlust so adaptiert wird, dass sich der Motorleistungsverlustterm über die Zeit ändert und zu einem konstanten Wert konvergiert, um dadurch tatsächlichen Motorleistungsverlust anzuzeigen.
Bei einer Ausführungsform wird ein System für den Antriebsstrang mit einer zur Durchführung des Verfahrens konfigurierten Steuerung bereitgestellt.
Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen leichter hervor, wobei sich darin gleiche Bezugszahlen auf entsprechende Teile beziehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 stellt ein Blockdiagramm eines Antriebsstrangs eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt ein Flussdiagramm dar, das die Funktionsweise einer Steuerstrategie, die einen auf LMS (least mean square) basierenden Lernalgorithmus für eine adaptive Motorleistungsverlustschätzung in einem HEV-Antriebsstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, beschreibt;
3 stellt ein Flussdiagramm dar, das die Funktionsweise der Steuerstrategie von 2, das ferner einen Algorithmus zur Berechnung des schnellen Leistungsverlustkorrekturterms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, beschreibt;
4 stellt ein Flussdiagramm dar, das die Funktionsweise einer Steuerstrategie, die einen tabellenbasierenden Algorithmus für eine adaptive Motorleistungsverlustschätzung in einem HEV-Antriebsstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, beschreibt; und
5 stellt ein Flussdiagramm dar, das die Funktionsweise einer Steuerstrategie, die einen auf RLS (recursive least squares) basierenden Lernalgorithmus für eine adaptive Motorleistungsverlustschätzung in einem HEV-Antriebsstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet, beschreibt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgestaltet sein kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstäblich; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hierin offenbart werden, sollen deshalb nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise einzusetzen ist.
Auf 1 Bezug nehmend, wird ein Blockdiagramm eines Antriebsstrangsystems 10 für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Antriebsstrangsystem 10 enthält eine Kraftmaschine 20, einen Elektromotor/Generator 30 (”Motor”), eine Traktionsbatterie 36 und ein Mehrstufenautomatikgetriebe 50.
Die Kraftmaschine 20 und der Motor 30 sind Antriebsquellen für das Fahrzeug. Die Kraftmaschine 20 kann durch eine Trennkupplung 32 mit dem Motor 30 in Reihe geschaltet werden. Der Motor 30 ist mit der Eingangsseite des Getriebes 50 verbunden. Die Eingangsseite des Getriebes 50 ist sowohl mit der Kraftmaschine 20 als auch mit dem Motor 30 in Reihe geschaltet, wenn die Kraftmaschine 20 über die Trennkupplung 32 mit dem Motor 30 verbunden ist. In diesem Fall ist das Getriebe 50 mit dem Motor 30 verbunden, während es gleichzeitig über den Motor 30 mit der Kraftmaschine 20 verbunden ist. Auf der Ausgangsseite ist das Getriebe 50 mit den Antriebsrädern 60 des Fahrzeugs verbunden. Die von der Kraftmaschine 20 und/oder vom Motor 30 angelegten Antriebskräfte werden durch das Getriebe 50 auf die Antriebsräder 60 übertragen, wodurch das Fahrzeug angetrieben wird.
Die Kraftmaschine 20 weist eine Kraftmaschinenwelle 22 auf, die durch die Trennkupplung 32 mit einer Eingangswelle 24 des Motors 30 verbunden werden kann. Obgleich die Trennkupplung 32 als eine hydraulische Kupplung beschrieben und dargestellt wird, können auch andere Arten von Kupplungen verwendet werden. Der Motor 30 weist eine Ausgangswelle 42 auf die mit der Eingangsseite des Getriebes 50 verbunden ist.
Das Antriebsstrangsystem 10 kann ferner einen Drehmomentwandler mit Überbrückungskupplung oder als Alternative eine (nicht gezeigte) Anfahrkupplung zwischen dem Motor 30 und der Eingangsseite des Getriebes 50 für Drehmomententkopplung enthalten. In diesem Fall ist der Motor 30 über den Drehmomentwandler oder die Anfahrkupplung mit der Eingangsseite des Getriebes 50 verbunden. Eine (nicht gezeigte) Getriebeölpumpe ist auf der gleichen Welle wie der Motor positioniert und stellt Ölfluss durch das Getriebe 50 für Schmierung und Hydraulikbetrieb bereit. Diese Hauptpumpe kann durch eine elektrische Zusatzpumpe ergänzt werden.
Das Getriebe 50 enthält mehrere diskrete Gangstufen, die durch eine Fahrzeugsystemsteuerung 80 als Reaktion auf Fahrzeugbetriebsbedingungen und einen durch den Bediener gewählten Fahrmodus automatisch wählbar sind. Die Ausgangsseite des Getriebes 50 enthält eine Ausgangswelle 54, die mit einem Differenzial 56 verbunden ist. Antriebsräder 60 sind durch jeweilige Achsen 66 mit dem Differenzial 56 verbunden. Bei dieser Anordnung überträgt das Getriebe 50 eine Antriebsstrangausgangsleistung 68 zu den Antriebsrädern 60.
Die Kraftmaschine 20, wie zum Beispiel eine Brennkraftmaschine, erzeugt eine Kraftmaschinenleistung 76, die dem Getriebe 50 zugeführt wird, wenn die Kraftmaschine 20 über die Trennkupplung 32 mit dem Motor 30 verbunden ist. Die Kraftmaschinenleistung 76 entspricht dem Produkt aus Kraftmaschinendrehmoment (τ_eng) und Kraftmaschinendrehzahl (ω_eng) der Kraftmaschine 20. Zum Antrieb des Fahrzeugs mit der Kraftmaschine 20 passiert mindestens ein Teil der Kraftmaschinenleistung 76 von der Kraftmaschine 20 durch die Trennkupplung 32 zum Motor 30 und dann vom Motor 30 zum Getriebe 50. Ein (nicht gezeigter) Niederspannungsstarter zum Starten der Kraftmaschine 20 kann in dem Antriebsstrangsystem 10 vorgesehen sein.
Die Batterie 36 ist eine andere Antriebsquelle für das Antriebsstrangsystem 10. Der Motor 30 ist durch eine Verkabelung 53 mit der Batterie 36 verbunden. In Abhängigkeit von dem Fahrzeugbetriebsmodus wandelt der Motor 30 entweder in der Batterie 36 gespeicherte elektrische Energie in Motorleistung 78 um oder sendet, wenn er als Generator betrieben wird, eine entsprechende Menge an elektrischer Leistung an die Batterie 36. Die Motorleistung 78 entspricht dem Produkt aus Motordrehmoment (τ_mot) und Motordrehzahl (ω_eng) des Motors 30. Zum Antrieb des Fahrzeugs mit dem Motor 30 wird die Motorleistung 78 vom Motor 30 zum Getriebe 50 übertragen. Bei der Erzeugung von elektrischer Leistung zur Speicherung in der Batterie 36 erhält der Motor 30 Leistung entweder von der Kraftmaschine 20 in einem Fahrmodus oder von der Trägheit im Fahrzeug, wenn der Motor 30 bei Betrieb in einem rekuperativen Bremsmodus als Bremse fungiert.
Wie beschrieben, sind die Kraftmaschine 20, die Trennkupplung 32, der Motor 30 und das Getriebe 50 sequenziell in Reihe schaltbar, wie in 1 dargestellt. Somit stellt das Antriebsstrangsystem 10 einen HEV-Antriebsstrang dar, bei dem die Kraftmaschine 20 durch die Trennkupplung 32 mit dem Motor 30 verbunden ist, wobei der Motor 30 mit dem Getriebe 50 verbunden ist.
Der Zustand oder der Modus der Trennkupplung 32, sei er eingerückt oder ausgerückt, bestimmt, ob die Kraftmaschinen- und die Motorleistung 76 bzw. 78 zum Getriebe 50 übertragen wird. Wenn die Trennkupplung 32 zum Beispiel ausgerückt ist, dann wird dem Getriebe 50 nur Motorleistung 78 zugeführt. Wenn die Trennkupplung 32 eingerückt/gesperrt ist, dann werden dem Getriebe 50 sowohl Kraftmaschinenleistung 76 als auch Motorleistung 78 zugeführt. Ist für das Getriebe 50 nur Kraftmaschinendrehmoment 76 erwünscht, wird die Trennkupplung 32 eingerückt/gesperrt, aber der Motor 30 wird nicht angeregt, so dass dem Getriebe 50 nur Kraftmaschinenleistung 76 zugeführt wird.
Der Gesamtbetrag an Kraftmaschinenleistung 76 und Motorleistung 78, der zu der Eingangsseite des Getriebes 50 übertragen wird, ist die Getriebeeingangsleistung (τ_in, ω_in) 79. Das Getriebe 50 enthält Kupplungen, Riemen, Zahnräder und dergleichen und Planetenradsätze zum Herbeiführen verschiedener diskreter Gangstufen durch gezieltes Einrücken von Reibelementen zur Herstellung von Drehmomentflusswegen und Bereitstellung der entsprechenden gewünschten mehreren Gangstufen. Die Reibelemente sind durch eine Schaltroutine in der Steuerung 80 oder eine eigens vorgesehene Getriebesteuerung, die bestimmte Elemente der Planetenradsätze verbindet und trennt, steuerbar, um das Verhältnis zwischen dem Getriebeeingang und dem Getriebeausgang zu steuern. Das Getriebe 50 wird basierend auf den Erfordernissen des Fahrzeugs automatisch von einem Verhältnis in ein anderes geschaltet. Das Getriebe 50 stellt eine Getriebeausgangsleistung (τ_out, ω_out) 81 für die Getriebeausgangswelle 54 bereit. Die Antriebsräder 60 erhalten wiederum Antriebsstrangausgangsleistung (τ_final, ω_final) 68.
Das Antriebsstrangsystem 10 enthält ferner ein Fahrpedal 92. Der Fahrer des Fahrzeugs drückt das Fahrpedal 92 nieder, um das Fahrzeug anzutreiben. Als Reaktion darauf wird für die Steuerung 80 ein Gesamtfahrbefehl basierend auf der Positionierung des Fahrpedals 92 bereitgestellt. Die Steuerung 80 teilt den Gesamtfahrbefehl zwischen der für das Getriebe 50 bereitzustellenden Kraftmaschinenleistung und Motorleistung auf. Insbesondere teilt die Steuerung 80 den Gesamtfahrbefehl zwischen (i) einem Kraftmaschinendrehmomentbefehl 100 (der den Betrag des von der Kraftmaschine 20, die mit einer entsprechenden Kraftmaschinendrehzahl betrieben wird, für das Getriebe 50 bereitzustellenden Kraftmaschinendrehmoments darstellt) und (ii) einem Motordrehmomentbefehl 98 (der den Betrag des vom Motor 30, der mit einer entsprechenden Motordrehzahl betrieben wird, für das Getriebe 50 bereitzustellenden Motordrehmoments darstellt) auf. Die Kraftmaschine 20 erzeugt wiederum Kraftmaschinenleistung 76, und der Motor 30 erzeugt Motorleistung 78. Die Kraftmaschinenleistung 76 und die Motorleistung 78 werden dem Getriebe 50 zugeführt (wobei angenommen wird, dass die Kraftmaschine 20 über die Trennkupplung 32 mit dem Motor 30 verbunden ist), so dass das Fahrzeug angetrieben wird.
Das Antriebsstrangsystem 10 enthält ferner ein Bremspedal 94. Der Fahrer des Fahrzeugs drückt das Bremspedal 94 nieder, um das Fahrzeug zu verlangsamen oder zu bremsen. Als Reaktion darauf wird für die Steuerung 80 ein Gesamtbremsbefehl basierend auf der Positionierung des Bremspedals 94 bereitgestellt. Die Steuerung 80 teilt den Gesamtbremsbefehl zwischen (i) für das Getriebe 50 durch die Kraftmaschine 20 und/oder den Motor 30 bereitzustellender Antriebsstrangbremsleistung zum Bremsen des Fahrzeugs und (ii) durch die Reibungsbremsen 70 anzulegender Reibungsbremsleistung zum Antreiben der Räder 60 zum Bremsen des Fahrzeugs auf. Die Antriebsstrangbremsleistung stellt ”negative” Antriebsstrangleistung zur Bereitstellung für das Getriebe 50 durch die Kraftmaschine 20 und/oder den Motor 30 zum Bremsen des Fahrzeugs dar. Die Steuerung 80 teilt die Antriebsstrangbremsleistung zwischen (i) dem Kraftmaschinendrehmomentbefehl 100 (der in diesem Fall den Betrag an von der Kraftmaschine 20, die mit einer entsprechenden Kraftmaschinendrehzahl betrieben wird, für das Getriebe 50 zum Bremsen des Fahrzeugs bereitzustellendem negativem Kraftmaschinendrehmoment darstellt) und (ii) dem Motordrehmomentbefehl 98 (der in diesem Fall den Betrag des vom Motor 30, der mit einer entsprechenden Motordrehzahl betrieben wird, für das Getriebe 50 zum Bremsen des Fahrzeugs bereitzustellenden negativen Motordrehmoments darstellt) auf. Die Kraftmaschine 20 erzeugt wiederum die Kraftmaschinenleistung 76, und der Motor 30 erzeugt Motorleistung 78 zum Bremsen des Fahrzeugs. Die Kraftmaschinenleistung 76 und die Motorleistung 78 werden dem Getriebe 50 zugeführt (wobei angenommen wird, dass die Kraftmaschine 20 über die Trennkupplung 32 mit dem Motor 30 verbunden ist), um das Fahrzeug zu bremsen. Ferner erzeugt die Steuerung 80 einen Reibungsbremsmomentbefehl 96 (der den Betrag an durch die Reibungsbremsen 70 zu erhaltendem Drehmoment darstellt). Die Reibungsbremsen 70 legen wiederum das Reibungsbremsmoment an die Antriebsräder 60 für das Bremsen des Fahrzeugs an.
Die Steuerung 80 enthält eine Hochspannungsbatteriesteuerung (BECM – battery energy control module), die die Batterietemperatur, die Spannung, den Strom und den Batterieladezustand (SOC – state-of-charge) überwacht und maximal zulässige Entlade- und Ladeleistungsgrenzen bestimmt. In Verbindung mit dem Zuteilen des Gesamtantriebs-(oder -brems-)befehls bestimmt die Steuerung 80 den Antriebsstrangbetriebspunkt, um den Batterie-SOC zu halten, den Kraftstoffverbrauch auf ein Minimum zu reduzieren und den vom Fahrer angeforderten Fahrzeugbetrieb zu liefern.
Wie oben gezeigt, richten sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine Steuerstrategie oder einen Steueralgorithmus (”Steuerstrategie”) zum Schätzen von Motorleistungsverlusten und adaptiven Lernen dieser Verluste in HEV-Antriebssträngen. In dieser Hinsicht wird durch die Steuerstrategie ein Motorleistungsverlustmodell für den Antriebsstrang adaptiv geschätzt und erzeugt. Durch die Steuerstrategie für die adaptive Motorleistungsverlustschätzung bereitgestellte Lösungen sind für Hybridantriebsstränge, wie zum Beispiel HEV-Antriebsstränge, bei denen ein Elektromotor Triebstrangdrehmoment liefert, spezifisch. Die Steuerstrategie verwendet eine Batterieleistungsmessung und Motorleistung zum adaptiven Lernen der Motorleistungsverluste.
Im Allgemeinen berechnet die Steuerstrategie (zum Beispiel die zur Durchführung der Steuerstrategie konfigurierte Steuerung 80) einen adaptiven Motorleistungsverlustterm basierend auf einer Schätzung der Batterieleistung und der Motorleistung und dem vordefinierten Motorleistungsverlustterm. Die Steuerung 80 erhält die Schätzung der Batterieleistung und der Motorleistung von Strom- und Spannungssensoren an der Traktionsbatterie 36 bzw. von Drehmoment- und Drehzahlsensoren des Motors 30. Die Steuerung 80 erhält den vordefinierten Motorleistungsverlustterm von dem vordefinierten Motorleistungsverlustkennfeld. Die Steuerung 80 speichert den berechneten adaptiven Motorleistungsverlustterm in einem getrennten Motorleistungsverlustkennfeld oder adaptive Parameter eines Motorleistungsverlustmodells. Die Steuerung 80 schätzt den Motorleistungsverlust (das heißt stellt die adaptive Motorleistungsverlustschätzung bereit) bei einem gegebenen Motorbetriebspunkt anhand der Summe des adaptierten Motorleistungsverlustterms und des vordefinierten Motorleistungsverlustterms für den gegebenen Motorbetriebspunkt. Somit verwendet die Steuerung 80 das adaptive Motorleistungsverlustkennfeld zusammen mit dem vordefinierten Motorleistungsverlustkennfeld zum Schätzen des Motorleistungsverlusts bei irgendeinem gegebenen Motorbetriebspunkt.
Die durch die Steuerung 80 durchgeführte Steuerstrategie zur Schätzung des Motorleistungsverlusts und zum adaptiven Lernen des Motorleistungsverlusts für einen Antriebsstrang wird nunmehr in näherer Einzelheit beschrieben. Zu Beginn der Steuerstrategie wird der adaptive Motorleistungsverlustterm L_mot,adp auf null initialisiert. Während des Betriebs des Motors 30 berechnet die Steuerung 80 den Fehler e (oder die Differenz) der Batterieleistung und der Motorleistung gemäß der folgenden Gleichung: e = (V_batt·I_batt) – (τ_mot·ω_mot) – L_mot,map – L_DCDC (1) wobei e der Leistungsfehler ist, V_batt und I_batt die Spannung bzw. der Strom der Batterie 36 sind, τ_mot und ω_mot das Drehmoment und die Drehzahl des Motors 30 sind, L_mot,map ist der festgelegte, vordefinierte Motorleistungsverlustterm aus dem vordefinierten Motorkennfeld, und L_DCDC Hochspannungsnebenaggregatverlust, einschließlich Umrichter- und Klimaanlagenverlusten ist. Ein anderer Verlustfaktor P_aux ist die Hochspannungszusatzverlustleistung, zum Beispiel der Energieverbrauch des Luftkompressors, wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist. Der Leistungsfehler e wird für adaptives Lernen des Motorleistungsverlusts und zum Aktualisieren des adaptiven Motorleistungsverlustterms L_mot,adp verwendet.
Die Steuerung 80 enthält einen Strom- und Spannungssensor an der Batterie 36 zum Detektieren der Spannung und des Stroms der Batterie 36. Ebenso enthält die Steuerung 80 einen Drehmoment- und Drehzahlsensor am Motor 30 zum Detektieren des Motordrehmoments und der Motordrehzahl.
Die durch die Steuerung 80 bereitgestellte endgültige adaptive Motorleistungsverlustschätzung L_mot wird durch folgende Gleichung gegeben: L_mot = L_mot,map + L'_mot,adp + L_corr (2) wobei L_mot,adp der adaptive Motorleistungsverlustterm von dem adaptiven Motorleistungsverlustkennfeld ist und L_corr ein schneller Leistungsverlustkorrekturterm ist, der unten in näherer Einzelheit beschrieben wird.
Der adaptive Motorleistungsverlustterm L_mot,adp ist als ein Polynom zweiter Ordnung modelliert, das eine Funktion der Motordrehzahl und des Motordrehmoments gemäß den folgenden Gleichungen ist: L'_mot,adp = w₀ + w₁ω_mot + w₂τ_mot + w₃ω 2 / mot + w₄τ 2 / mot + w₅ω_motτ_mot (3) L'_mot,adp = w·u (4) wobei: w = (w₀, w₁, ..., w₅) u = (1, ω_mot, τ_mot, ω 2 / mot , τ 2 / mot , ω_motτ_mot)^T
Nunmehr auf 2 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm 200 gezeigt, das die Funktionsweise der einen auf LMS basierenden Lernalgorithmus für die adaptive Motorleistungsverlustschätzung L_mot gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendenden Steuerstrategie beschreibt. Zu Anfang werden die Koeffizienten (w₀, w₁, ..., w₅) in Gleichung (3) auf null initialisiert. Der auf LMS basierende adaptive Lernalgorithmus wird dazu verwendet, die Werte der Koeffizienten zu aktualisieren. Das heißt, obgleich die Koeffizienten unbekannt sind, ist bekannt, dass eine gewisse Kombination eine genaue Schätzung des adaptiven Motorleistungsverlustterms bei einem gegebenen Motorbetriebspunkt bereitstellt. Der auf LSM basierende Algorithmus soll die Koeffizienten bestimmen, so dass bei einem gegebenen bestimmten Motordrehmoment und einer gegebenen bestimmten Motordrehzahl (das heißt einem bestimmten Motorbetriebspunkt) der auf LMS basierende Algorithmus den adaptiven Motorleistungsterm bestimmen kann.
Im Betrieb des auf LMS basierenden Algorithmus sind das Motordrehmoment τ_mot und die Motordrehzahl ω_mot des Motors 30 Eingaben u in die Steuerstrategie, wie in Block 202 gezeigt.
Wie in Block 204 gezeigt, versucht der auf LMS basierende Algorithmus für einen gegebenen Leistungsfehler e die durch die folgende Gleichung gegebene Leistungsfunktion f auf ein Minimum zu reduzieren: f = (e – w·u)² (5)
Wie weiter in Block 204 gezeigt, wird dann der Leistungsfunktionsgradient gemäß der folgenden Gleichung berechnet: ∇f = 2(e – w·u)·u ^T (6)
Wie in Block 206 gezeigt, wird der Eingabeparameter ||u|| gemäß der folgenden Gleichung berechnet: ||u|| = (u)·u ^T (7)
Wie in Block 208 gezeigt, werden die Gewichtungen der Koeffizienten des Modells des adaptiven Motorleistungsverlustterms L_mot,adp gemäß der folgenden Gleichung aktualisiert:
wobei 0 ≤ λ ≤ 1 die Lernrate ist und w' der aktualisierte Koeffizientenvektor ist. Die Lernrate ist eine vorgewählte Schrittgröße, die den auf LMS basierenden Algorithmus konvergent macht.
Die Koeffizienten w' sind in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert, und das Lernen wird zwischen Key-on- und Key-off-Ereignissen behalten. Wie in Block 210 gezeigt, wird der adaptive Motorleistungsverlustterm L_mot,adp gemäß der folgenden Gleichung berechnet: L_mot,adp = w'·u (9)
Nunmehr auf 3 Bezug nehmend und unter weiterer Bezugnahme auf 2, wird ein Flussdiagramm 220 gezeigt, das die Funktionsweise der Steuerstrategie beschreibt, die weiter einen Algorithmus zur Berechnung des schnellen Leistungsverlustkorrekturterms gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Wie oben unter Bezugnahme auf Gleichung (2) angemerkt, ist L_corr ein schneller Leistungsverlustkorrekturterm. Der Algorithmus für den Verlustadaptionsterm muss sowohl Genauigkeit als auch Stabilität berücksichtigen. Um Divergenz und Instabilität in dem Adaptionsalgorithmus aufgrund von Rauschen im System zu verhindern, wird die Lernrate kleiner als eins (das heißt 0 ≤ λ ≤ 1) gehalten.
Dies bewirkt ein langsames Konvergieren des Algorithmus zu dem adaptierten Motorleistungsverlustkennfeld. Das heißt, der adaptive Motorleistungsverlustterm L_mot,adp ist ein Term, der relativ langsam gelernt wird. Bei Echtzeitverlustberechnung ist es wichtig, dass eine korrekte Verlustadaptation, selbst bevor die Adaption konvergent ist, vorliegt. Der schnelle Leistungsverlustkorrekturterm L_corr ist für diesen Zweck erwünscht.
Unter Bezugnahme auf 3 folgt der Algorithmus zur Berechnung des schnellen Leistungsverlustkorrekturterms (siehe Blöcke 230, 232 und 234) dem adaptiven Lernalgorithmus, der in diesem Fall der auf LMS basierende adaptive Lernalgorithmus ist (siehe Blöcke 222, 224, 226 und 228). Wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, beginnt die Steuerstrategie damit, dass der adaptive Motorleistungsverlustterm L_mot,adp auf null initialisiert wird, wie in Block 222 beschrieben, und dass der Fehler e der Batterieleistung und der Motorleistung gemäß Gleichung (1) berechnet wird, wie in Block 224 beschrieben. Der für das adaptive Lernen verwendete auf LMS basierende Algorithmus wird dann unter Verwendung des Fehlers der Leistung e durchgeführt, um die zukünftige Berechnung des Modells des adaptiven Motorleistungsverlustterms L_mot,adp zu adaptieren, wie in Block 226 gezeigt. Der adaptive Motorleistungsverlustterm L'_mot,adp für den aktuellen Motorbetriebspunkt wird dann berechnet, wie in Block 228 gezeigt.
Der Algorithmus zur Berechnung des schnellen Leistungsverlustkorrekturterms wirkt wiederum zur Berechnung des schnellen Leistungsverlustkorrekturterms L_corr wie folgt. Ein auf einer Proportional-Integrator(PI)-Steuerung basierender Algorithmus zur schnellen Fehlerdetektion wird zusätzlich zu dem adaptiven Motorleistungsverlustkennfeld verwendet. Basierend auf dem vorhergesagten Motorleistungsverlust in dem Ist-Motorbetriebszustand anhand des Modells des adaptiven Motorleistungsverlusts L'_mot,adp, wie in Block 230 gezeigt, wird der neue Fehler des Leistungsverlussterms e' gemäß der folgenden Gleichung berechnet: e' = e – L'_mot,adp (10)
Wie in Block 232 gezeigt, wird der neue Leistungsverlustterm e' integriert und zur Berechnung des Korrekturterms L_corr gemäß der folgenden Gleichung verwendet: L_corr = K_p·e' + K_i∫e'dt (11)
Mit Fortschreiten des adaptiven Algorithmus konvergiert das adaptive Motorverlustmodell mit dem neuen Leistungsverlusttermfehler e' → 0, wodurch der schnelle Korrekturterm L_corr → 0 angesteuert wird. Die gemeldete adaptive Motorleistungsverlustschätzung L_mot wird dann gemäß Gleichung (2) berechnet, wie in Block 234 gezeigt.
Nunmehr auf die 4 und 5 Bezug nehmend, kann eine Steuerstrategie gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung alternative Verfahren zur Durchführung des adaptiven Lernens anstelle des auf LMS basierenden adaptiven Lernalgorithmus enthalten. 4 stellt ein Flussdiagramm 240 dar, das die Funktionsweise einer Steuerstrategie beschreibt, die einen auf einer Tabelle basierenden Lernalgorithmus für eine adaptive Motorleistungsverlustschätzung in einem Antriebsstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. 5 stellt ein Flussdiagramm 260 dar, das die Funktionsweise einer Steuerstrategie beschreibt, die einen auf RLS (recursive least squares) basierenden Lernalgorithmus für eine adaptive Motorleistungsverlustschätzung in einem Antriebsstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. 4 und 5 zeigen zwei alternative Algorithmen zur Durchführung von adaptivem Lernen und Speichern des adaptierten Motorleistungsverlustterms für jeden gegebenen Motorbetriebspunkt. Jede Steuerstrategie der 4 bzw. 5 kann wieder mit dem oben beschriebenen Algorithmus zur Berechnung des schnellen Leistungsverlustterms ergänzt werden.
In 4 stellt das Flussdiagramm 240 die Funktionsweise für die Implementierung des auf der Nachschlagetabelle basierenden Lernalgorithmus dar. Der Ablauf beginnt mit dem Motordrehmoment τ_mot und der Motordrehzahl ω_mot des Motors 30, die die Eingaben u für die Steuerstrategie sind, wie in Block 242 gezeigt. Dann wird der adaptive Motorleistungsverlustterm L'_mot,adp anhand des/der adaptiven Motorleistungsverlustkennfelds/tabelle für den Ist-Motorbetriebspunkt berechnet (das heißt L'_mot,adp = f(_τmot, ω_mot)), wie in Block 244 gezeigt. Wie in Block 246 gezeigt, wird ein zu lernender neuer Fehler der Leistung L_correction gemäß der folgenden Gleichung berechnet: L_correction = e – L'mot,adp (12)
Dann werden die entsprechenden Zellen in der Tabelle zur Aktualisierung bestimmt, wie in Block 248 gezeigt. Der Aktualisierungswert für jede entsprechende Zelle wird dann berechnet, und die Tabelle wird aktualisiert, wie in Block 250 gezeigt. Dann wird der Motorleistungsverlustterm L'_mot,adp mit der aktualisierten Tabelle berechnet (das heißt L'_mot,adp = f(τ_mot, ω_mot)), wie in Block 252 gezeigt.
In 5 stellt das Flussdiagramm 260 die Funktionsweise für die Implementierung eines auf RLS (recursive least squares) basierenden Lernalgorithmus dar. Der Ablauf beginnt mit dem Motordrehmoment τ_mot und der Motordrehzahl ω_mot des Motors 30, die die Eingaben u für die Steuerstrategie sind, wie in Block 262 gezeigt. Dann wird eine Verstärkungsmatrix K berechnet, wie in Block 264 gezeigt. Dann wird eine neue Innovation α berechnet, wie in Block 266 gezeigt. Dann werden die Koeffizientengewichtungen aktualisiert, wie in Block 268 gezeigt. Die Fehlerkovarianzmatrix P wird dann aktualisiert, wie in Block 270 gezeigt.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung 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 Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Verfahren für einen Antriebsstrang mit einer Kraftmaschine, einem Motor und einem Getriebe, umfassend: Betreiben des Antriebsstrangs gemäß einem Motorleistungsverlustterm, der basierend auf dem Motor zugeführter Batterieleistung, Motorausgangsleistung und einem geschätzten Motorleistungsverlust so adaptiert wird, dass sich der Motorleistungsverlustterm über die Zeit ändert und zu einem konstanten Wert konvergiert, um dadurch einen tatsächlichen Motorleistungsverlust anzuzeigen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Adaptieren des Motorleistungsverlustterms basierend auf einer Differenz zwischen der dem Motor zugeführten Batterieleistung und einer Summe der Motorausgangsleistung und des geschätzten Motorleistungsverlusts derart, dass sich der Motorleistungsverlustterm über die Zeit ändert und zu dem konstanten Wert konvergiert.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Detektieren des Drehmoments und der Drehzahl des Motors unter Verwendung mindestens eines mit dem Motor kommunizierenden Sensors, wobei ein Produkt aus dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl die Motorausgangsleistung ist.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Adaptieren des Motorleistungsverlustterms das Verwenden eines LMS-Algorithmus umfasst, wobei (i) die Differenz und (ii) das Motordrehmoment und die Motordrehzahl verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend: Adaptieren des Motorleistungsverlustterms das Verwenden eines RLS-Algorithmus umfasst, wobei das Motordrehmoment und die Motordrehzahl verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei: Adaptieren des Motorleistungsverlustterms das Verwenden eines auf Tabellen basierenden Algorithmus umfasst, wobei das Motordrehmoment und die Motordrehzahl verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Betreiben des Antriebsstrangs gemäß einem Korrekturmotorleistungsverlust anstelle des Motorleistungsverlustterms, bis der Motorleistungsverlustterm zu dem konstanten Wert konvergiert, wobei der Korrekturmotorleistungsverlustterm auf der Differenz und dem Motorleistungsverlustterm basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Erhalten des geschätzten Motorleistungsverlusts aus einem Kennfeld mit mehreren geschätzten Motorleistungsverlusten, die mehreren Motorbetriebspunkten entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Detektieren des Drehmoments und der Drehzahl des Motors unter Verwendung mindestens eines mit dem Motor kommunizierenden Sensors; und Erhalten des geschätzten Motorleistungsverlusts aus einem Kennfeld mit mehreren geschätzten Motorleistungsverlusten, die mehreren Motorbetriebspunkten entsprechen, wobei jeder Motorbetriebspunkt ein entsprechendes Paar von Motordrehmoment um Motordrehzahl aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Detektieren der Spannung und des Stroms der Batterie unter Verwendung eines mit einer dem Motor Batterieleistung zuführenden Batterie kommunizierenden Sensors, wobei ein Produkt aus der Batteriespannung und dem Batteriestrom die dem Motor zugeführte Batterieleistung ist.
System für einen Antriebsstrang mit einer Kraftmaschine, einem Motor und einem Getriebe, umfassend: eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Antriebsstrang gemäß einem Motorleistungsverlustterm zu betreiben, der basierend auf dem Motor zugeführter Batterieleistung, der Motorausgangsleistung und einem geschätzten Motorleistungsverlust so adaptiert ist, dass sich der Motorleistungsverlustterm über die Zeit ändert und zu einem konstanten Wert konvergiert, um dadurch einen tatsächlichen Motorleistungsverlust anzuzeigen.
System nach Anspruch 11, wobei: die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Motorleistungsverlustterm basierend auf einer Differenz zwischen der dem Motor zugeführten Batterieleistung und einer Summe der Motorausgangsleistung und des geschätzten Motorleistungsverlusts so zu adaptieren, dass sich der Motorleistungsverlustterm über die Zeit ändert und zu dem konstanten Wert konvergiert.
System nach Anspruch 12, ferner umfassend: mindestens einen Sensor, der dazu konfiguriert ist, das Drehmoment und die Drehzahl des Motors zu detektieren; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, ein Produkt aus dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl als die Motorausgangsleistung zu verwenden.
System nach Anspruch 13, wobei: die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Motorleistungsverlustterm unter Verwendung eines LMS-Algorithmus zu adaptieren, wobei (i) die Differenz und (ii) das Motordrehmoment und die Motordrehzahl verwendet werden.
System nach Anspruch 13, wobei: die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Motorleistungsverlustterm unter Verwendung eines RLS-Algorithmus zu adaptieren, wobei das Motordrehmoment und die Motordrehzahl verwendet werden.
System nach Anspruch 13, wobei: die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Motorleistungsverlustterm zu adaptieren einschließlich unter Verwendung eines auf Tabellen basierenden Algorithmus, wobei das Motordrehmoment und die Motordrehzahl verwendet werden.
System nach Anspruch 12, wobei: die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Antriebsstrang gemäß einem Korrekturmotorleistungsverlust anstelle des Motorleistungsverlustterms zu betreiben, bis der Motorleistungsverlustterm zu dem konstanten Wert konvergiert, wobei der Korrekturmotorleistungsverlustterm auf der Differenz und dem Motorleistungsverlustterm basiert.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend: ein Kennfeld mit mehreren geschätzten Motorleistungsverlusten, die mehreren Motorbetriebspunkten entsprechen; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Motorleistungsverlust aus dem Kennfeld zu erhalten.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend: einen zum Detektieren von Drehmoment und Drehzahl des Motors konfigurierten Sensor; und ein Kennfeld mit mehreren geschätzten Motorleistungsverlusten, die mehreren Motorbetriebspunkten entsprechen, wobei jeder Motorbetriebspunkt ein entsprechendes Paar von Motordrehmoment um Motordrehzahl aufweist; wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den geschätzten Motorleistungsverlust aus dem Kennfeld unter Verwendung des Motordrehmoments und der Motordrehzahl zu erhalten.
System nach Anspruch 11, ferner umfassend: eine Batterie, die zum Zuführen der dem Motor zugeführten Batterieleistung konfiguriert ist; und einen Sensor, der zum Detektieren der Spannung und des Stroms der Batterie konfiguriert ist, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, ein Produkt aus der Batteriespannung und dem Batteriestrom als die dem Motor zugeführte Batterieleistung zu verwenden.