DE102017103447A1

DE102017103447A1 - System und Verfahren zur Modellierung von Kraftmaschinen-Anlassmomentstörungen während Starts und Stopps

Info

Publication number: DE102017103447A1
Application number: DE102017103447.1A
Authority: DE
Inventors: Jose VELAZQUEZ ALCANTAR; Rajit Johri; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20170247025A1; CN107128299A; US10569758B2; CN107128299B

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs beinhaltet das Befehlen einer ersten elektrischen Maschine, ein Kompensationsdrehmoment bereitzustellen. Das Kompensationsdrehmoment basiert auf einem berechneten Zylinderdruck. Der berechnete Zylinderdruck wird mithilfe eines dynamischen Modells berechnet. Das Modell beinhaltet einen initialisierenden Eingang der Kraftmaschinen-Kurbelposition und Echtzeit-Eingänge der gemessenen Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und der gemessenen Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Hybrid-Elektrofahrzeuge, die eine Brennkraftmaschine und mindestens eine elektrische Maschine aufweisen.
STAND DER TECHNIK
Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) weisen eine Brennkraftmaschine, eine oder mehrere elektrische Maschinen und eine Traktionsbatterie auf, die mindestens teilweise die elektrische Maschine betreibt. Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEV) gleichen den HEV, aber die Traktionsbatterie in einem PHEV ist dazu fähig, aus einer externen Stromquelle wieder aufgeladen zu werden. Allgemein sind HEV und PHEV fähig, in einem rein elektrischen Modus bei ausgeschalteter Kraftmaschine betrieben zu werden. Daher kann die Kraftmaschine als Reaktion auf verschiedene Betriebsbedingungen während eines Fahrzyklus, wie z. B. Batterieladezustand, Klimaanlagenanforderungen und Verbrauch durch elektrischen Zubehör, gestoppt und gestartet werden.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs beinhaltet das Befehlen einer ersten elektrischen Maschine, ein Kompensationsdrehmoment bereitzustellen. Das Kompensationsdrehmoment basiert auf einem Zylinderdruckausgang von einem dynamischen Modell. Das Modell schließt einen anfänglichen Eingang der Kraftmaschinen-Kurbelposition und Echtzeit-Eingänge der gemessenen Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und der gemessenen Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine ein.
Gemäß einer ersten Ausführungsform beinhaltet das Befehlen der ersten elektrischen Maschine zum Bereitstellen eines Kompensationsdrehmoments das Befehlen der ersten elektrischen Maschine, ein kombiniertes Drehmoment zu erzeugen, das einer Summe des Basisdrehmoments und eines inkrementalen Drehmoments entspricht. Das Basisdrehmoment kann einem Drehmoment entsprechen, das zum Erfüllen einer Fahrerdrehmomentanforderung erforderlich ist, und kann von einer Drehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife erhalten werden. Das inkrementale Drehmoment ist von gleicher Größe aber entgegengesetzt zu einem Getriebeeingangsdrehmoment, das dem berechneten Zylinderdruck entspricht.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind die gemessene Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und die gemessene Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine die einzigen Echtzeit-Eingänge in das Modell.
Gemäß einer dritten Ausführungsform schließt das dynamische Modell eine berechnete Getriebeeingangselement-Drehzahl ein.
Ein Hybridfahrzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Brennkraftmaschine, eine erste elektrische Maschine, eine zweite elektrische Maschine und eine Steuerung auf. Die Steuerung ist zum Steuern der ersten elektrischen Maschine zum Bereitstellen eines Kompensationsdrehmoments basierend auf einem Zylinderdruckausgang von einem dynamischen Modell konfiguriert. Das Modell beinhaltet einen initialisierenden Eingang der Kraftmaschinen-Kurbelposition und Echtzeit-Eingänge der gemessenen Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und der gemessenen Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Steuerung zum Steuern der ersten elektrischen Maschine zum Bereitstellen eines Kompensationsdrehmoments durch Befehlen der ersten elektrischen Maschine, ein kombiniertes Drehmoment zu erzeugen, das einer Summe des Basisdrehmoments und eines inkrementalen Drehmoments entspricht, konfiguriert. Das Basisdrehmoment kann einem Drehmoment entsprechen, das zum Erfüllen einer Fahrerdrehmomentanforderung erforderlich ist, und kann von einer Drehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife erhalten werden. Das inkrementale Drehmoment ist gleich aber entgegengesetzt zu einem Getriebeeingangsdrehmoment, das dem berechneten Zylinderdruck entspricht.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform sind die gemessene Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und die gemessene Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine die einzigen Echtzeit-Eingänge in das Modell.
Gemäß einer dritten Ausführungsform beinhaltet das dynamische Modell eine berechnete Getriebeeingangselement-Drehzahl.
Ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das eine erste und zweite elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, beinhaltet das Befehlen der ersten elektrischen Maschine, ein Kompensationsdrehmoment als Reaktion auf ein Kraftmaschinenstartereignis oder Kraftmaschinenstoppereignis bereitzustellen. Der Kompensationsdrehmomentimpuls basiert auf einem Getriebeeingangs-Drehmomentausgang von einem dynamischen Kraftmaschinenmodell. Das dynamische Kraftmaschinenmodell verwendet gemessene Drehzahlen der ersten und zweiten elektrischen Maschine als Echtzeit-Eingänge.
Gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet das dynamische Modell eine gemessene Kraftmaschinen-Kurbelposition als einen anfänglichen Eingang. Das dynamische Modell kann nur die gemessenen Drehzahlen der ersten und zweiten elektrischen Maschine als Echtzeit-Eingänge und nur die gemessene Kraftmaschinen-Kurbelposition als einen initialisierten Eingang verwenden.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist der Kompensationsdrehmomentimpuls die gleiche Größe und eine entgegengesetzte Richtung wie das berechnete Getriebe-Eingangsdrehmoment auf.
Gemäß einer dritten Ausführungsform wird der Drehmomentimpuls zusätzlich zu einem Basisdrehmoment angewiesen, um den derzeitigen Fahrzeugleistungsanforderungen nachzukommen. Das Basisdrehmoment kann von einer Drehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife erhalten werden, die mit einem Drehzahlsteuermodus der ersten elektrischen Maschine assoziiert ist.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung bieten eine Anzahl von Vorteilen. Zum Beispiel stellt die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zum Kompensieren von Anlass-Drehmomentstörungen in einer Kraftmaschine bereit, wodurch Lärm, Vibration und Härte (NVH) reduziert und die Kundenzufriedenheit erhöht werden.
Der obige Vorteil und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Darstellung einer Kraftmaschine gemäß der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine schematische Darstellung eines Kraftmaschinensystemmodells gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
4 ist eine Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung abbildet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezielle strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als beschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Art und Weise einzusetzen ist. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen dargestellter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es könnten jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
Mit Bezug auf 1 weist Fahrzeug 10 einen antriebsverzweigten Antriebsstrang auf. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 12 ist bereitgestellt. Die VSC 12 steuert die Energieverteilung im Antriebsstrang des Fahrzeugs 10. Eine Batterie 14 ist bereitgestellt und wird durch ein Batterie-Steuermodul (BCM) 15 gesteuert. Das BCM 15 ist über einen Controller Area Network(CAN)-Bus in Kommunikation mit oder unter der Kontrolle der VSC 12. Die Batterie 14 weist eine elektrische Zweiwege-Verbindung auf, sodass sie elektrische Energie z. B. durch regeneratives Bremsen erhalten und speichern kann und die Energie auch an einen elektrischen Traktionsmotor 16 abgeben kann. Die VSC 12 kommuniziert auch mit oder steuert ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 17 über den CAN-Bus, der wiederum den Betrieb einer Brennkraftmaschine (ICE) 18 steuert. Sowohl der Motor 16 als auch die Kraftmaschine 18 können ein Getriebe 20 versorgen, das schließlich Drehmoment an die Räder des Fahrzeugs 10 abgibt.
Die Kraftmaschine 18 gibt Energie an eine Drehmomenteingangswelle 22 ab, die mit einem Planetengetriebesatz 24 durch einen Torsionsdämpfer 23 verbunden ist. Die Eingangswelle 22 versorgt den Planetengetriebesatz 24. Der Planetengetriebesatz 24 beinhaltet ein Hohlrad 26, ein Sonnenrad 28 und eine Planetenträgeranordnung 30. Die Eingangswelle 22 ist antriebswirksam mit der Trägeranordnung 30 verbunden, die bei Versorgung mit Strom das Hohlrad 26 und/oder das Sonnenrad 28 drehen kann. Das Sonnenrad 28 ist antriebswirksam mit einem Generator 32 verbunden. Der Generator 32 kann mit dem Sonnenrad 28 in Eingriff stehen, sodass der Generator 32 entweder mit dem Sonnenrad 28 drehen oder nicht damit drehen kann. Der Motor 16 und der Generator 32 können als erste und zweite elektrische Maschine bezeichnet werden. Jede elektrische Maschine 16, 32 kann sowohl elektrische Energie erzeugen als auch Antriebsenergie bereitstellen. Eine Motor-Generator-Steuereinheit (MGCU) 19 steuert den Betrieb des Motors 16 und des Generators 32 und ist über den CAN-Bus in Kommunikation mit der VSC 12 oder wird von dieser gesteuert.
Wenn die Kraftmaschine 18 mit dem Planetengetriebesatz 24 gekoppelt ist, erzeugt der Generator 32 Energie als Reaktion auf den Betrieb des Planetengetriebesatzes 24. Die von dem Generator 32 erzeugte elektrische Energie wird durch elektrische Verbindungen 36 zur Batterie 14 übertragen. Die Batterie 14 empfängt und speichert auch elektrische Energie durch regeneratives Bremsen, wobei Drehmoment von den Rädern und zurück durch das Getriebe 20 in den Generator 32 übertragen wird und in der Batterie 14 gespeichert wird. Die Batterie 14 liefert die gespeicherte elektrische Energie an den Motor 16, um diesen zu betreiben. Der Anteil der Energie, die von der Kraftmaschine 18 zum Generator 32 abgegeben wird, kann auch direkt zum Motor 16 übertragen werden. Die Batterie 14, der Motor 16 und der Generator 32 sind miteinander in einem elektrischen bidirektionalen Strömungsweg durch elektrische Verbindungen 36 verbunden, die einen Hochspannungsbus aufweisen können.
Das Fahrzeug kann allein durch die Kraftmaschine 18, die Batterie 14 und den Motor 16 angetrieben werden oder durch eine Kombination von Kraftmaschine 18 mit Batterie 14 und Motor 16. In einem mechanischen Antriebsmodus oder erstem Betriebsmodus, wird die Kraftmaschine 18 aktiviert, um ein Drehmoment durch den Planetengetriebesatz 24 abzugeben. Das Hohlrad 26 verteilt Drehmoment auf Übersetzungszahnräder 38, die ineinander greifende Zahnradelemente 40, 42, 44 und 46 umfassen. Die Zahnräder, 42, 44 und 46 sind auf einer Gegenwelle montiert und Zahnrad 46 verteilt Drehmoment auf das Zahnrad 48. Das Zahnrad 48 verteilt dann Drehmoment auf eine Drehmoment-Ausgangswelle 50. Im mechanischen Antriebsmodus kann der Motor 16 auch aktiviert werden, um die Kraftmaschine 18 beim Betreiben des Getriebes 20 zu unterstützen. Wenn der Motor 16 aktiv bei der Unterstützung ist, verteilt das Zahnrad 52 das Drehmoment auf das Zahnrad 44 und auf die Gegenwelle. Im Allgemeinen wird der Generator 32 in einem Drehzahlsteuermodus zur Steuerung der Kraftmaschinendrehzahl und zum Aufladen der Batterie verwendet, während der Motor im Drehmomentsteuermodus zum Abgeben des gewünschten Antriebsmoments und regenerativen Bremsmoments verwendet wird.
In einem elektrischen Antriebsmodus (EV-Modus), oder zweitem Betriebsmodus, ist die Kraftmaschine 18 deaktiviert oder wird anders an der Verteilung von Drehmoment auf die Drehmomentausgangswelle 50 gehindert. Im EV-Modus treibt die Batterie 14 den Motor 16 zum Verteilen von Drehmoment durch das Zahnrad 52, die Übersetzungszahnräder 38 und Drehmomentausgangswelle 50 an. Die Drehmomentausgangswelle 50 ist mit einem Differential- und Achsenmechanismus 56 verbunden, der Drehmoment auf die Traktionsräder 58 verteilt. Die VSC 12 steuert die Batterie 14, die Kraftmaschine 18, den Motor 16 und Generator 32, z. B. durch Ausgeben von Befehlen an das BCM 15, ECM 17 und die MGCU 19, um Drehmoment auf die Räder 58 entweder im mechanischen Antriebsmodus oder EV-Modus zu verteilen. Die VSC 12 befiehlt die Menge des Energieausgangs aus jeder der Stromquellen, sodass die Fahreranforderung erfüllt wird.
Die VSC 12, das BCM 15, ECM 17 und die MGCU 19 können jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) aufweisen, die mit verschiedenen Typen von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien kommunizieren. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder Medien können zum Beispiel flüchtige und nichtflüchtige Speicher in Nurlesespeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und batteriegestützte Speicher (KAM) aufweisen. Der KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der verwendet werden kann, um diverse Betriebsvariablen zu speichern, während die CPU ausgeschaltet ist. Rechnerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl bekannter Speichervorrichtungen umgesetzt werden, wie zum Beispiel PROMs (programmierbare Nurlesespeicher), EPROMs (elektrische PROMs), EEPROMs (elektrisch löschbare PROMs), Flash-Speicher oder irgendwelche anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die in der Lage sind, Daten zu speichern, von welchen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuervorrichtung beim Steuern der Kraftmaschine oder des Fahrzeugs verwendet werden.
Wie zuvor beschrieben, gibt es zwei Energiequellen für das Antriebssystem. Die erste Energiequelle ist die Kraftmaschine 18, die Drehmoment an den Planetengetriebesatz 24 abgibt. Die andere Energiequelle bezieht nur das elektrische Antriebssystem ein, das den Motor 16, den Generator 32 und die Batterie 14 beinhaltet, wobei die Batterie 14 als ein Energiespeichermedium für den Generator 32 und den Motor 16 dient. Der Generator 32 kann von dem Planetengetriebesatz 24 angetrieben werden und kann alternativ als ein Motor agieren und den Planetengetriebesatz 24 mit Strom versorgen. Einer oder beide von Motor 16 und Generator 32 können als Motoren, Generatoren und/oder elektrische Maschinen bezeichnet werden, weil beide dazu in der Lage sind, Energie zuzuführen und zu absorbieren.
Es versteht sich, dass, obgleich ein antriebsverzweigter Antriebsstrang im Fahrzeug 10 dargestellt ist, das Fahrzeug 10 auch viele andere Konfigurationen aufweisen kann. Daher wird berücksichtigt, dass einzelne Komponenten des Antriebsstranges anders sein können, um verschiedenen besonderen Anwendungen zu genügen. Andere Fahrzeugkonfigurationen der Fahrzeugantriebsstränge und Implementierungen von elektrischen Maschinen werden deshalb als in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallend angesehen.
Aufgrund der Tatsache, dass der antriebsverzweigte Antriebsstrang keinen herkömmlichen Drehmomentwandler verwendet, ist die Kraftmaschine 18 immer direkt mit den Antriebsrädern 58 und mit relativ geringer Dämpfung im System verbunden. Als Ergebnis können jegliche Störungen, die durch die Kraftmaschine 18 erzeugt werden, auf die Antriebsräder 58 weitergeleitet werden und somit auf den Fahrer, wenn das Antriebsstrang-Steuersystem diese nicht angemessen kompensiert. Bei Kraftmaschinenstarts und -stopps kann die Drehmomentstörung vom Pumpen oder der Kompression während der Anlassphase den Kraftmaschinendämpfer und die Antriebssystem-Resonanzfrequenz erregen, was zu NVH im Antriebssystem führt, die letztendlich vom Fahrer wahrgenommen werden.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung implementieren ein einfaches, zylinderbasiertes, dynamisches, mathematisches Modell der Kraftmaschine 18, die mit dem Torsionsdämpfer 23 zum Vorhersagen der Anlassdrehmomentstörung, die durch die Kraftmaschine 18 während Kraftmaschinenstarts und -stopps erzeugt wird, gekoppelt ist. Die Anlassdrehmomentstörung, die von dem Kraftmaschinen-Mathematikmodell berechnet wird, kann dann als ein Vorwärtskopplungsterm in der Generatordrehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife zum Erzeugen eines Drehmoments auf dem Sonnenrad 28 zum Unterbrechen des Störungsdrehmoments verwendet werden, das von der Kraftmaschine 18 auf dem Träger 30 erzeugt wird.
Mit Bezug auf 2 ist ein allgemeines Schema einer Kraftmaschine mit einer flachen Kurbelwelle dargestellt. Wie in 2 dargestellt, steht θ_eng für den Kraftmaschinen-Kurbelwinkel, ist J_eng die zusammengefasste Kraftmaschinenträgheit, steht R für den Kurbelstiftradius, ist L die Verbindungsstangenlänge, sind x_bank1 und x_bank2 die Kolbenpositionen der ersten Bank (bank 1) bzw. zweiten Bank (bank 2), wie von der Kurbelmittellinie gemessen. Schließlich steht C für die Übereinstimmung mit der im Zylinder eingefangenen Luft. K_cyl kann als ein Steuerventil gedacht sein, das einzelne Zylinder der Atmosphäre aussetzen kann.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung fassen den Kraftmaschinendämpfer mit dem Kraftmaschinenmodell zusammen. Das zusammengefasste System weist einen Eingang auf, nämlich die Trägerdrehzahl auf der Eingangsseite des Kraftmaschinendämpfers. Die gesamte Kraftmaschine wird mit einer Trägheit zusammengefasst und die Kolben werden als masselos angesehen. Die kinematischen Beschränkungen zwischen der Kraftmaschinendrehzahl ω_eng und den Kolbengeschwindigkeiten sind in den Gleichungen 1 und 2 unten angegeben.
Durch die kinematischen Beschränkungen oben und den Kolbenbereich A_p wird ein Verbindungsschaubild der mathematischen Modelldarstellung abgeleitet, wie in 3 dargestellt. Wie zu sehen ist, verwendet das Verbindungsschaubildmodell einen Eingang, die Trägerdrehzahl ω_carrier und gibt vier nichtlineare gewöhnliche Differentialgleichungen aus, die das System beschreiben. Durch Einbeziehen des Kurbelwinkels θ_eng kann der Zustandsraum auf fünf erweitert werden, wie in den Gleichungen 3–7 unten dargestellt.
Wie in Gleichung 4 verwendet, steht der Ausdruck τ_{eng_frictio}(ω_eng) für die Kraftmaschinenreibung und ist von der Kraftmaschinendrehzahl ω_eng abhängig. Des Weiteren stehen τ_{eng_damper} und τ_crank für das Kraftmaschinendämpfungsmoment bzw. die Kurbelmomentstörung, die wie in Gleichung 8 bzw. 9 dargestellt berechnet werden können. τ_{eng_damper} = K_{eng_damper}θ_{eng_damper} + b_{eng_damper}(ω_carrier – ω_eng) (8) τ_crank = –A_pm_bank1(θ_eng)(P_cyl1 + P_cyl4) – A_pm_bank2(θ_eng)(P_cyl2 + P_cyl3) – τ_{cyl_friction}(θ_eng, ω_eng) (9)
In Gleichung 8 ist der Kraftmaschinendämpfer als lineare Feder mit einer Federkonstante K_{eng_damper} und als Dämpfer mit einem Dämpfungskoeffizienten b_{eng_damper} modelliert. Der Kraftmaschinendämpfer kann jedoch alternativ als eine allgemein nicht lineare Funktion modelliert sein, die auf der Kraftmaschinendämpfer-Verschiebung und relativen Geschwindigkeit betrieben wird, wie in Gleichung 10 gezeigt.
In Gleichung 9 steht τ_{cyl_frictio}(θ_eng, ω_eng) für das Drehmoment, das aus der Zylinderreibung resultiert. Dieses Drehmoment kann als allgemeine Funktion der Kraftmaschinenposition θ_eng und Kraftmaschinendrehzahl ω_eng modelliert werden. Die einzelnen Zylinderdrücke P_cyl,1-4 können mithilfe des isentropen Kompressions-/Expansionsgesetzes für ein geschlossenes System berechnet werden, wie in Gleichung 11 dargestellt.
Die Zylinderdrücke des geschlossenen Systems werden für jede Bank berechnet. Für dieses spezielle Vierzylinder-Beispiel entspricht Bank 1 den Zylindern 1 und 4 und Bank 2 entspricht den Zylindern 2 und 3. Daher können die Zylinderdrücke des geschlossenen Systems gemäß den Gleichungen 12 und 13 berechnet werden.
In den obigen Ausdrücken ist γ das Verhältnis des spezifischen Wärmeverhältnisses des Arbeitsfluids und K_cyl ist eine kalibrierte Verstärkung, die zum Feineinstellen des Systems verwendet wird. P_atm steht für den Luftdruck, V₀ steht für das Gesamtvolumen des Zylinders vom unteren Totpunkt (BDC) zu Oberseite des Zylinderkopfes und V_cyl14,nst und V_cyl23,inst stehen für die momentanen Zylindervolumina in der ersten bzw. zweiten Bank. Die momentanen Zylindervolumina sind von den Modellzuständen V_cyl14 und V_cyl23 abhängig und können gemäß den Gleichungen 14 und 15 berechnet werden. V_cyl,inst = V₀ – (V_cyl14 – A_p(L – R)) (14) V_cyl23,inst = V₀ – (V_cyl23 – A_p(L – R)) (15)
Die endgültigen Zylinderdrücke (P_cyl,1-4) können durch Ausführen der Zylinderdrücke (P_cyl14, P_cyl23) in dem geschlossenen System durch den Ventil-Zeitsteuerungsalgorithmus aus Gleichung 16 berechnet werden.
Wie in Gleichung 16 verwendet, steht θ_cyl für die Kurbelwinkelposition des Kolbens i. θ_start und θ_end stehen für die Kurbelwinkel, die beschreiben, wann das System der Atmosphäre ausgesetzt ist (Öffnen des Abgasventils) bzw. wann es vor der Atmosphäre verschlossen ist (Schließen des Einlassventils). Des Weiteren können θ_start und θ_end auch kalibrierbare Abstimmfaktoren sein. Die Ventil-Zeitsteuerungsalgorithmus, der in Gleichung 16 dargestellt ist, sieht vor, dass, wenn die Kurbelwinkelposition des Zylinders i innerhalb des Kurbelwinkelbereichs fällt, in dem der Zylinder i der Atmosphäre ausgesetzt ist, der endgültige Druck im Zylinder i auf Luftdruck eingestellt wird. Des Weiteren sieht der Ventil-Zeitsteuerungsalgorithmus in Gleichung 16 vor, dass, wenn die Kurbelwinkelposition des Zylinders i nicht innerhalb des Kurbelwinkelbereichs fällt, in dem der Zylinder i der Atmosphäre ausgesetzt ist, der endgültige Druck im Zylinder i als ein geschlossenes System berechnet wird, mithilfe des relevanten Ausdrucks aus Gleichung 12 oder Gleichung 13.
Das endgültige Anlassmoment kann daher gemäß Gleichung 9 berechnet werden. Der verallgemeinerte Anlassmoment-Ausdruck kann als Gleichung 17 gegeben sein. τ_crank = –A_pm_bank1(θ_eng)(ΣP_cyl,bank1) – A_pm_bank2(θ_eng)(ΣP_cyl,bank2) – τ_{cyl_friction}(θ_eng, ω_eng) (17)
Wie in Gleichung 17 verwendet, stehen ΣP_cyl,bank1 und ΣP_cyl,bank2 für die Summe der einzelnen Zylinder, die in Bank 1 bzw. Bank 2 enthalten sind. Die einzelnen Zylinderdrücke für Bank 1 und 2 können mithilfe der Routine aus den Gleichungen 12–16 mit der angemessenen Zylinderzahlaufführung, die auf jeder Seite verwendet wird, berechnet werden. Darüber hinaus werden die gleichen fünf Zustandsgleichungen, Gleichungen 3–7, sogar bei einer Kraftmaschine mit einer Menge n an Kolben zurückgehalten, solange die Kraftmaschine eine flache Kurbelwelle verwendet.
Wie zu sehen ist, erfordert das oben beschriebene Modell nur einen anfänglichen Eingang, nämlich die Kraftmaschinen-Kurbelposition, und einen Echtzeiteingang, die Trägerdrehzahl, d. h. Eingangsdrehzahl zum Getriebe 20. Die Trägerdrehzahl wird vorzugsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Generators 32 und der Drehzahl des Motors 16 berechnet, basierend auf den Übersetzungsverhältnissen, die mit dem Planetengetriebesatz 24 assoziiert sind. Vorteilhafterweise ermöglicht dies genauere Messungen, da Resolver, die mit dem Motor 16 und dem Generator 32 assoziiert sind, allgemein genauer sind als ein Kurbelwinkelsensor, der mit der Kraftmaschine 18 assoziiert ist.
Nach der Berechnung kann das Anlassmoment τ_crank durch ein Gegenmoment vom Generator 32 oder Motor 16 kompensiert werden. Die Kompensation kann das Steuern des Generators 32 oder Motors 16 beinhalten und eine Summe eines Basismoments und eines inkrementalen Drehmoments bereitstellen. Das Basisdrehmoment entspricht einem Drehmoment, das erforderlich ist, um der derzeitigen Fahrzeugsleistungsanforderung nachzukommen. Das inkrementale Drehmoment ist von gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung wie das berechnete Drehmoment am Getriebeeingangselement, oder wie das berechnete Anlassmoment, das durch das berechnete Kraftmaschinendämpfermoment modifiziert wird. In der Ausführungsform aus 1 ist das Drehmoment am Getriebeeingangselement das Drehmoment am Träger 30. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Anlassmoment τ_crank durch den Generator 32 aufgrund seiner relativen Nähe zur Kraftmaschine 18 kompensiert.
Als ein zusätzlicher Vorteil kann das oben beschriebene dynamische Modell zeitabhängige Veränderungen im Zustand des Systems mit einbeziehen, während bekannte Verfahren statische Modelle in Zusammenhang mit einer Nachschlagetabelle verwenden und weniger reaktionsfähig sind.
Als weiterer Vorteil können die Schritte der Drehzahlmessung von Generator 32 und Motor 16, Berechnung des Anlassmoments und Steuerung des Motors 16 oder Generators 32 zum Kompensieren des Anlassmoments alle von der MGCU 19 durchgeführt werden. Durch Durchführung aller Schritte innerhalb der MGCU 19 werden CAN-Bus-Getriebeverzögerungen innerhalb der verschiedenen Steuerungen minimiert.
Mit Bezug auf 4 wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung in Flussdiagramm-Form bereitgestellt. Das Verfahren beginnt bei Block 60.
Bei Operation 62 wird bestimmt, ob ein Kraftmaschinenstart- oder -stoppereignis stattfindet, z. B., ob die Kraftmaschine angelassen wird. Wenn die Bestimmung Nein lautet, d. h. kein Start- oder Stoppereignis stattfindet, geht die Steuerung zu Block 64. Wie bei Block 64 dargestellt, werden der Motor 16 und der Generator 32 gemäß einer Standard-Steuerlogik gesteuert. Die Steuerung kehrt dann zu Operation 62 zurück. Daher werden, es sei denn und bis ein Kraftmaschinenstart- oder -stoppereignis auftritt, der Motor 16 und der Generator 32 gemäß der Standardlogik gesteuert.
Zurück zu Operation 62 und wenn die Bestimmung Ja lautet, d. h. ein Start- oder Stoppereignis stattfindet, geht die Steuerung zu Block 66. Wie bei Block 66 dargestellt, wird ein Zustandsvektor x mit einer derzeitigen Kurbelwinkelmessung θ initialisiert. Die derzeitige Kurbelwinkelmessung θ kann zum Beispiel von einem Kraftmaschinen-Kurbelwinkelsensor erhalten werden. Der Zustandsvektor x steht für eine derzeitige Kolbenposition und damit Zylindervolumen, wie oben in 2 dargestellt, und ist von der Kurbelwinkelmessung θ abhängig. Die Steuerung geht dann zu Block 68.
Wie bei Block 68 dargestellt, wird eine derzeitige Trägerdrehzahl bestimmt. Dies kann die Berechnung der Trägerdrehzahl in Abhängigkeit der gemessenen Drehzahlen des Motors 16 und Generators 32 und basierend auf den Übersetzungsverhältnissen, die mit dem Planetengetriebesatz 24 assoziiert sind, beinhalten. Zusätzlich wird das Kraftmaschinen-Reibungsmoment berechnet, z. B. in Abhängigkeit von der Kraftmaschinendrehzahl, wie oben erörtert. Das Zylinder-Reibungsmoment wird ebenfalls berechnet, z. B. in Abhängigkeit von der berechneten Kraftmaschinendrehzahl und der berechneten Kurbelposition, wie oben erörtert. Des Weiteren wird das Kraftmaschinen-Dämpfermoment berechnet, z. B. basierend auf einer Position des Kraftmaschinendämpfers, Trägerdrehzahl und Kraftmaschinendrehzahl, wie oben erörtert und in Gleichung 8 gezeigt. Die Steuerung geht dann zu Block 70.
Wie bei Block 70 dargestellt, werden die Zylinderdrücke des geschlossenen Systems berechnet, z. B. wie oben erörtert und in den Gleichungen 12 und 13 dargestellt. Die Steuerung geht dann zu Block 72.
Wie bei Block 72 dargestellt, wird ein Ventil-Zeitsteuerungsalgorithmus ausgeführt, um die endgültigen Zylinderdrücke zu berechnen, z. B. wie oben erörtert und in Gleichung 16 dargestellt. Die Steuerung geht dann zu Block 74.
Wie bei Block 74 dargestellt, wird das Anlassmoment berechnet, z. B. wie oben erörtert und in Gleichung 17 dargestellt. Die Steuerung geht dann zu Block 76.
Wie bei Block 76 dargestellt, werden der Motor 16 und der Generator 32 gesteuert, um ein Kompensationsdrehmoment bereitzustellen. Dies kann das Steuern des Motors 16 oder des Generators 32 zum Bereitstellen einer Summe eines Basismoments und eines inkrementalen Drehmoments beinhalten. Das Basisdrehmoment entspricht einem Drehmoment, das zum Nachkommen der derzeitigen Fahrzeugleistungsanforderung erforderlich ist und kann im Wesentlichen ungleich Null sein, basierend auf der derzeitigen Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeugleistungsanforderung. Das inkrementale Drehmoment ist von gleicher Größe aber entgegengesetzter Richtung wie das berechnete Trägerdrehmoment, d. h. das berechnete Anlassmoment, das von dem berechneten Kraftmaschinendämpfer-Drehmoment modifiziert wird. Die Steuerung geht dann zu Operation 78.
Wie bei Operation 78 dargestellt, wird bestimmt, ob die Kraftmaschine immer noch angelassen wird. Wenn die Bestimmung Ja lautet, d. h. die Kraftmaschine immer noch angelassen wird, geht die Steuerung zu Block 80.
Wie bei Block 80 dargestellt, werden die Modellzustandsgleichungen ausgeführt, z. B. wie oben erörtert und in den Gleichungen 3–7 dargestellt. Die Steuerung geht dann zurück zu Block 68. Daher wird, es sei denn und bis die Kraftmaschine das Start- und Stoppereignis abgeschlossen hat, d. h. bis das Anlassen abgeschlossen wurde, das Kraftmaschinen-Anlassmoment weiterhin vom Modell berechnet und der Motor 16 oder Generator 32 werden zum Kompensieren des Anlassmoments gesteuert.
Zurück bei Operation 78 geht, wenn die Bestimmung Nein ist, d. h. die Kraftmaschine nicht länger angelassen wird, die Steuerung zu Block 82 und der Algorithmus endet.
Wie gesehen werden kann, stellt die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren zum Kompensieren von Anlassmomentstörungen in einer Kraftmaschine bereit, wodurch Lärm, Vibration und Härte reduziert und die Kundenzufriedenheit erhöht werden. Darüber hinaus können durch die Implementierung eines dynamischen Modells mit einer begrenzten Zahl von Eingängen Systeme gemäß der vorliegenden Offenbarung diese Vorteile mit einer hohen Reaktionsgeschwindigkeit bereitstellen.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungseinrichtung, eine Steuerung oder einen Computer, zu denen irgendeine bereits vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit zählen können, lieferbar sein oder durch sie umgesetzt werden. Ebenso können die Prozesse, Methoden oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die durch eine Steuerung oder einen Computer ausführbar sind, in vielen Formen gespeichert werden, darunter, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Einrichtungen, permanent gespeichert sind, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetdatenspeicherbändern, optischen Datenspeicherbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, veränderbar gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Als Alternative können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung von geeigneten Hardwarekomponenten, wie etwa ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardwarekomponenten oder -einrichtungen oder einer Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, realisiert werden.
Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer erwünschter Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, erkennen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um gewünschte Gesamteigenschaften des Systems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Diese Merkmale können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ausführungsformen, die bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, umfassend: Befehlen einer ersten elektrischen Maschine, ein Kompensationsdrehmoment basierend auf einem Zylinderdruckausgang von einem dynamischen Modell bereitzustellen, das einen initialisierenden Eingang einer Kraftmaschinen-Kurbelposition und Echtzeit-Eingänge einer gemessenen Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und gemessenen Drehzahl einer zweiten elektrischen Maschine beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befehlen der ersten elektrischen Maschine, ein Kompensationsdrehmoment bereitzustellen, das Befehlen der ersten elektrischen Maschine zum Erzeugen eines kombinierten Drehmoments umfasst, das einer Summe eines Basisdrehmoments und eines inkrementalen Drehmoments entspricht, wobei das inkrementale Drehmoment gleich und entgegengesetzt einem Getriebeeingangsdrehmoment ist, das dem Zylinderdruck entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die erste elektrische Maschine in einem Drehzahlsteuermodus gesteuert wird, und wobei das Basisdrehmoment von einer Drehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife erhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gemessene Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und die gemessene Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine die einzigen Echtzeit-Eingänge in das dynamische Modell sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das dynamische Modell eine berechnete Getriebeeingangselement-Drehzahl beinhaltet.
Hybridfahrzeug, umfassend: eine Brennkraftmaschine; eine erste elektrische Maschine; eine zweite elektrische Maschine; und eine Steuerung, die zum Steuern der ersten elektrischen Maschine konfiguriert ist, um ein Kompensationsdrehmoment basierend auf einem Zylinderdruckausgang aus einem dynamischen Modell bereitzustellen, die einen initialisierenden Eingang der Kraftmaschinen-Kurbelposition und Echtzeit-Eingänge der gemessenen Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und gemessenen Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine beinhaltet.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Steuerung zum Steuern der ersten elektrischen Maschine konfiguriert ist, um ein Kompensationsdrehmoment bereitzustellen, indem die erste elektrische Maschine angewiesen wird, ein kombiniertes Drehmoment zu erzeugen, das einer Summe eines Basisdrehmoments und eines inkrementalen Drehmoments entspricht, wobei das inkrementale Drehmoment gleich und entgegengesetzt einem Getriebeeingangsdrehmoment ist, das dem Zylinderdruck entspricht.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Steuerung konfiguriert ist, die erste elektrische Maschine in einem Drehzahlsteuermodus zu steuern, und wobei das Basisdrehmoment von einer Drehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife erhalten wird.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die gemessene Drehzahl der ersten elektrischen Maschine und die gemessene Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine die einzigen Echtzeit-Eingänge in das dynamische Modell sind.
Hybridfahrzeug nach Anspruch 6, wobei das dynamische Modell eine berechnete Getriebeeingangselement-Drehzahl beinhaltet.
Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das eine erste und eine zweite elektrische Maschine aufweist, umfassend: als Reaktion auf ein Kraftmaschinen-Startereignis oder Kraftmaschinen-Stoppereignis, Befehlen der ersten elektrischen Maschine, einen Kompensationsdrehmomentimpuls basierend auf einem Getriebeeingangsdrehmoment bereitzustellen, das von einem dynamischen Kraftmaschinenmodell ausgegeben wird, das gemessene Drehzahlen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine als Echtzeiteingänge verwendet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das dynamische Modell eine gemessene Kraftmaschinen-Kurbelposition als einen initialisierenden Eingang verwendet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das dynamische Modell nur die gemessenen Drehzahlen der ersten und zweiten elektrischen Maschine als Echtzeit-Eingänge verwendet und nur die gemessene Kraftmaschinen-Kurbelposition als einen initialisierenden Eingang verwendet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Kompensationsdrehmomentimpuls die gleiche Größe und eine entgegengesetzte Richtung des berechneten Getriebe-Eingangsdrehmoments aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Drehmomentimpuls zusätzlich zu einem Basisdrehmoment angewiesen wird, um den derzeitigen Fahrzeugleistungsanforderungen nachzukommen.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Basisdrehmoment von einer Drehzahlsteuerungs-Rückkopplungsschleife erhalten wird, die mit einem Geschwindigkeitssteuermodus der ersten elektrischen Maschine assoziiert ist.