DE102017109960A1

DE102017109960A1 - Antriebsstrangtotspielsteuerungsverfahren bei betätigung/freigabe durch den fahrer

Info

Publication number: DE102017109960A1
Application number: DE102017109960.3A
Authority: DE
Inventors: Mark Steven Yamazaki; Bernard D. Nefcy; Marvin Paul Kraska; Brandon R. Masterson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2017-05-09
Publication date: 2017-11-16
Also published as: US9873422B2; CN107433944B; CN107433944A; US20170327102A1

Abstract

Ein Fahrzeug schließt einen Elektromotor, der zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Antriebsstrang positioniert ist, der mit einem Fahrzeugrad verbunden ist, und eine Steuerung ein. Die Steuerung steuert das Verbrennungsmotordrehmoment und behält das Elektromotordrehmoment während der Umkehr des Raddrehmoments und des Antriebsstrangkomponentendrehmoments bei, um eine Änderungsrate des Fahrzeugausgangsdrehmoments durch einen Totspielbereich zu begrenzen, der mit einer Spanne von Antriebsstrangdrehmomentverhältnissen verknüpft ist. Ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs schließt das Steuern eines Verbrennungsmotordrehmoments zu einem spezifizierten Profil und das Beibehalten des Elektromotordrehmoments während mindestens einer von einer Umkehr des Raddrehmoments und des Antriebsstrangkomponentendrehmoments bei einem im Allgemeinen konstanten Wert ein, um eine Änderungsrate des Fahrzeugausgangsdrehmoments durch einen Totspielbereich zu begrenzen, der mit einer Spanne von Antriebsstrangdrehmomentverhältnissen verknüpft ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangtotspiels für das Fahrzeug.
HINTERGRUND
In einem Fahrzeug kann durch den Antriebsstrang eine Spieldurchquerung auftreten, wenn das Raddrehmoment oder Straßenlastdrehmoment und Antriebsmaschinendrehmoment zueinander die Richtung ändern. Der Antriebsstrang kann das Getriebesystem, die Antriebsstranggelenke und die Räder einschließen. Ein Totspiel oder Spiel kann zum Beispiel aufgrund eines Leerlaufs auftreten, der durch Schlupf oder Spielraum innerhalb verschiedener Antriebsstrangkomponenten verursacht wird, wenn das Drehmoment die Richtung ändert, wie etwa bei einem Fahrzeugbeschleunigungs- oder -abbremsereignis. Das Ignorieren der Auswirkungen einer Spieldurchquerung führt zu einer Störung für den Fahrer.
In einem Hybridfahrzeug wird das Steuern der Durchquerung der Totspielzone in dem Antriebsstrang komplexer, da es mehr als eine Antriebsmaschine geben kann, die für eine einzelne Eingangswelle des Antriebsstrangs ein Drehmoment bereitstellt. Die Steuerung der Durchquerung der Totspielzone in einem Hybridfahrzeug ist außerdem komplexer, da sich der Antriebsstrang in einer Antriebskonfiguration, um das Fahrzeug anzutreiben oder einer angetriebenen Konfiguration befinden kann, um die Batterie aufzuladen und/oder zu bremsen. Das Detektieren oder Vorhersagen von Betriebsbedingungen oder Zonen, bei bzw. in denen es wahrscheinlich ist, dass ein Antriebsstrangtotspiel auftritt, kann verwendet werden, um Auswirkungen der Durchquerung der Totspielzone abzuschwächen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Fahrmotor, der mit dem Verbrennungsmotor durch eine stromaufwärtige Kupplung verbunden ist, und einem Antriebsstrang bereitgestellt, der mit einem Fahrzeugrad verbunden ist. Der Antriebsstrang ist mit dem Fahrmotor durch eine stromabwärtige Kupplung verbunden. Das Fahrzeug weist eine Steuerung auf, um die Änderungsrate des Drehmoments zu begrenzen, das auf die Antriebsstrangkomponente angewendet wird, wenn die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Kupplungen verriegelt sind, indem ein Verbrennungsmotordrehmoment durch einen Bereich gesteuert wird, der eine Drehmomentumkehr umgibt, ein Antriebsstrangeingangsdrehmoment während einer Drehmomentumkehr eines Antriebsstrangausgangsdrehmoments gesteuert wird, um die Änderungsrate des Antriebsstrangausgangsdrehmoments zu begrenzen und ein Verbrennungsmotordrehmoment während einer Drehmomentumkehr von mindestens einer Antriebsstrangkomponente gesteuert wird, wobei der Bereich als eine Funktion des Antriebsstrangeingangsdrehmoments, des Antriebsstrangausgangsdrehmoments, nichtproportionaler Antriebsstrangverluste und eines tatsächlichen Drehmomentverhältnisses durch den Antriebsstrang definiert wird.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Fahrzeug mit einem Elektromotor, der zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Antriebsstrang positioniert ist, der mit einem Fahrzeugrad verbunden ist, und einer Steuerung bereitgestellt. Die Steuerung steuert das Verbrennungsmotordrehmoment und behält das Elektromotordrehmoment während der Umkehr des Raddrehmoments und des Antriebsstrangkomponentendrehmoments bei, um eine Änderungsrate des Fahrzeugausgangsdrehmoments durch einen Totspielbereich zu begrenzen, der mit einer Spanne von Antriebsstrangdrehmomentverhältnissen verknüpft ist.
In noch einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt und schließt das Steuern eines Verbrennungsmotordrehmoments zu einem spezifizierten Profil und das Beibehalten des Elektromotordrehmoments während mindestens einer von einer Umkehr des Raddrehmoments und des Antriebsstrangkomponentendrehmoments bei einem im Allgemeinen konstanten Wert ein, um eine Änderungsrate des Fahrzeugausgangsdrehmoments durch einen Totspielbereich zu begrenzen, der mit einer Spanne von Antriebsstrangdrehmomentverhältnissen verknüpft ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaubild eines Hybridfahrzeugs, das dazu in der Lage ist, eine Ausführungsform umzusetzen;
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Spiels veranschaulicht, das in einem Antriebsstrang auftritt;
3 ist ein Diagramm, das ein Modell zum Detektieren einer Totspielzone für ein Fahrzeug veranschaulicht;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Ermitteln einer Totspielzone gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
Die 5A und 5B sind Zeitdiagramme, die ein Betätigungsereignis und ein Freigabeereignis für ein Fahrzeug ohne eine Spieldurchquerungssteuerung veranschaulichen;
Die 6A und 6B sind Zeitdiagramme, die ein Betätigungsereignis und ein Freigabeereignis für ein Fahrzeug im rein elektrischen Betrieb mit einer Spieldurchquerungssteuerung veranschaulichen;
Die 7A und 7B sind Zeitdiagramme, die ein Betätigungsereignis und ein Freigabeereignis für ein Fahrzeug im Hybridbetrieb mit einer Spieldurchquerungssteuerung veranschaulichen; und
Die 8A und 8B sind ein Ablaufdiagramm, das einen Prozess zum Steuern der Auswirkungen einer Spieldurchquerung in einem Fahrzeug veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhafter Natur sind und in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Offenbarung zu lehren.
1 veranschaulicht eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs 10 gemäß einer Ausführungsform. Das Fahrzeug 10 schließt einen Verbrennungsmotor 12 und eine elektrische Maschine ein, die in der in 1 gezeigten Ausführungsform ein Elektromotorgenerator (M/G) 14 ist und alternativ ein Fahrmotor sein kann. Der M/G 14 ist konfiguriert, um ein Drehmoment auf den Verbrennungsmotor 12 oder die Fahrzeugräder 16 zu übertragen.
Der M/G 14 ist mit dem Verbrennungsmotor 12 unter Verwendung einer ersten Kupplung 18 verbunden, die auch als eine Ausrückkupplung oder die stromaufwärtige Kupplung bekannt ist. Eine zweite Kupplung 22, auch bekannt als eine Anfahrkupplung oder die stromabwärtige Kupplung, verbindet den M/G 14 mit einem Getriebe 24 und das gesamte Eingangsdrehmoment zu dem Getriebe 24 strömt durch die Anfahrkupplung 22. Obwohl die Kupplungen 18, 22 als hydraulische Kupplungen beschrieben und veranschaulicht werden, können ebenso andere Arten von Kupplungen, wie etwa elektromechanische Kupplungen, verwendet werden. Die Kupplungen 18, 22 können Nasskupplungen oder Trockenkupplungen sein. Alternativ kann die Kupplung 22 durch einen Drehmomentwandler ersetzt werden, der eine Bypass-Kupplung aufweist, wie weiter unten beschrieben. In anderen Ausführungsformen bezieht sich die stromabwärtige Kupplung 22 auf verschiedene Kupplungsvorrichtungen für das Fahrzeug 10, einschließend eine herkömmliche Kupplung und einen Drehmomentwandler, der eine Bypass-(Lock-out-)Kupplung aufweist. Bei dieser Konfiguration kann ein auf andere Weise herkömmliches automatisches Stufenverhältnisgetriebe mit einem Drehmomentwandler verwendet werden und sie wird gelegentlich als eine modulare Hybridgetriebekonfiguration bezeichnet.
Die Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 12 ist mit der Ausrückkupplung 18 verbunden, die wiederum mit der Eingangswelle für den M/G 14 verbunden ist. Die Ausgangswelle des M/G 14 ist mit der Anfahrkupplung 22 verbunden, die wiederum mit dem Getriebe 24 verbunden ist. Die verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 sind sequenziell oder in Reihe zueinander positioniert. Die Anfahrkupplung 22 verbindet die Antriebsmaschinen des Fahrzeugs mit dem Antriebsstrang 26, welcher das Getriebe 24, das Differential 28 und die Fahrzeugräder 16 und ihre Komponenten einschließt, durch die sie miteinander verbunden sind. In anderen Ausführungsformen kann das hierin beschriebene Verfahren auf Hybridfahrzeuge angewendet werden, die andere Systemarchitekturen aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs 10 ist die stromabwärtige Kupplung 22 eine Bypass-Kupplung mit einem Drehmomentwandler. Der Eingang von dem M/G 14 ist die Laufradseite des Drehmomentwandlers und der Ausgang von dem Drehmomentwandler zu dem Getriebe 24 ist die Turbinenseite. Der Drehmomentwandler 22 überträgt ein Drehmoment unter Verwendung seiner Fluidkopplung und eine Drehmomentmultiplikation kann in Abhängigkeit von dem Maß des Schlupfes zwischen den Laufrad- und Turbinenseiten auftreten. Die Bypass- oder Überbrückungskupplung für den Drehmomentwandler kann selektiv eingekuppelt werden, um eine mechanische oder Reibschlussverbindung zwischen der Laufradseite und der Turbinenseite für eine direkte Übertragung des Drehmoments herzustellen. Die Bypass-Kupplung kann verschoben und/oder geöffnet werden, um den Betrag des Drehmoments zu steuern, der durch den Drehmomentwandler übertragen wird. Der Drehmomentwandler kann außerdem eine mechanische Überbrückungskupplung einschließen.
In dem Fahrzeug 10 kann die Anfahrkupplung 22 oder Bypass-Kupplung für den Drehmomentwandler verriegelt sein, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen und sie kann verriegelt sein, wenn bei einem Betätigungs- oder Freigabeereignis eine Totspielzone durchquert wird. Das Fahrverhalten und die Steuerung der Auswirkungen einer Totspieldurchquerung in dem Antriebsstrang hängen von der Steuerung des Triebwerkdrehmoments von dem Verbrennungsmotor 12 und/oder der elektrischen Maschine 14 ab. Das Drehmoment des M/G 14 kann mit einer größeren Genauigkeit und einer schnelleren Reaktionszeit gesteuert werden als das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12. Bei einem rein elektrischen Betriebsmodus für das Fahrzeug 10 kann das Drehmoment des M/G 14 gesteuert werden, wenn eine Totspielzone durchquert wird. Bei einem Hybridbetriebsmodus des Fahrzeugs, wobei sowohl der Verbrennungsmotor 12 als auch der M/G 14 betrieben werden, können das Drehmoment des M/G 14 und das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 zusammen gesteuert werden, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs 10 zu verbessern und die Auswirkungen einer Totspieldurchquerung in dem Antriebsstrang zu verringern.
In der veranschaulichten repräsentativen Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 12 ein Direkteinspritzungsverbrennungsmotor. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 12 ein anderer Typ eines Verbrennungsmotors oder einer Antriebsmaschine, wie etwa ein Saugrohreinspritzungsverbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle sein oder verschiedene Kraftstoffquellen, wie etwa Diesel, Biokraftstoff, Erdgas, Wasserstoff oder Ähnliches, verwenden. In einigen Ausführungsformen schließt das Fahrzeug 10 außerdem einen Anlasser 30 ein, der operativ mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden ist, zum Beispiel durch ein Riemen- oder Zahnradgetriebe. Der Anlasser 30 kann verwendet werden, um ein Drehmoment bereitzustellen, um den Verbrennungsmotor 12 ohne die Hinzufügung eines Drehmoments von dem M/G 14 zu starten, wie etwa für einen Kaltstart oder einige Startereignisse mit hoher Drehzahl.
Der M/G 14 kommuniziert mit einer Batterie 32. Die Batterie 32 kann eine Hochspannungsbatterie sein. Der M/G 14 kann konfiguriert sein, um die Batterie 32 in einem Regenerationsmodus, zum Beispiel wenn eine Leistungsausgabe des Fahrzeugs den Fahrerbedarf übersteigt, durch regeneratives Bremsen oder Ähnliches aufzuladen. Der M/G 14 kann außerdem in einer Generatorkonfiguration platziert werden, um den Betrag des Drehmoments des Verbrennungsmotors 12 zu mäßigen, das für den Antriebsstrang 26 bereitgestellt wird. In einem Beispiel ist die Batterie 32 konfiguriert, um sich mit einem externen Stromnetz zu verbinden, wie etwa für ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEF) mit der Fähigkeit die Batterie aus einem elektrischen Stromnetz aufzuladen, das einem elektrischen Ausgang an einer Ladestation Energie zuführt. Eine Niederspannungsbatterie kann außerdem vorhanden sein, um Energie für den Anlasser oder andere Fahrzeugkomponenten bereitzustellen oder Niederspannungsenergie kann durch einen Gleichstromwandler bereitgestellt werden, der mit der Batterie 32 verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen ist das Getriebe 24 ein Automatikgetriebe und mit den Antriebsrädern 16 auf herkömmliche Weise verbunden und kann ein Differential 28 einschließen. Das Getriebe 24 kann ein Zahnradgetriebe sein und kann ein Stufenverhältnisgetriebe oder stufenloses Getriebe sein. Das Fahrzeug 10 wird außerdem mit einem Paar nicht angetriebener Räder bereitgestellt, jedoch können in alternativen Ausführungsformen ein Verteilergetriebe und ein zweites Differential verwendet werden, um alle der Fahrzeugräder positiv anzutreiben.
Der M/G 14 und die Kupplungen 18, 22 können sich in einem Elektromotorgeneratorgehäuse 34 befinden, das in das Gehäuse des Getriebes 24 eingebunden werden kann oder alternativ ein separates Gehäuse in dem Fahrzeug 10 darstellt. Das Getriebe 24 weist einen Getriebekasten auf, um für das Fahrzeug 10 verschiedene Übersetzungsverhältnisse bereitzustellen. Der Kasten des Getriebes 24 kann Kupplungen und Planetengetriebe oder andere Anordnungen von Kupplungen und Zahnradgetrieben einschließen, wie sie in der Technik bekannt sind. In alternativen Ausführungsformen ist das Getriebe 24 ein stufenloses Getriebe oder ein automatisiertes mechanisches Getriebe. Das Getriebe 24 kann ein automatisches Sechsganggetriebe, ein Automatikgetriebe mit einer anderen Anzahl von Gängen oder ein anderer Getriebekasten sein, wie in der Technik bekannt.
Das Getriebe 24 wird unter Verwendung einer Getriebesteuereinheit (TCU) 36 oder Ähnlichem gesteuert, um nach einem Schaltplan, wie etwa einem Produktionsschaltplan, betrieben zu werden, der Elemente in dem Getriebekasten verbindet und trennt, um die Übersetzung zwischen dem Getriebeausgang und dem Getriebeeingang zu steuern. Die Übersetzung des Getriebes 24 ist das ideale Drehmomentverhältnis des Getriebes 24. Die TCU 36 wirkt außerdem, um den M/G 14, die Kupplungen 18, 22 und beliebige andere Komponenten in dem Elektromotorgeneratorgehäuse 34 zu steuern.
Eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) 38 ist konfiguriert, um den Betrieb des Verbrennungsmotors 12 zu steuern. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 40 überträgt Daten zwischen der TCU 36 und der ECU 38 und kommuniziert außerdem mit verschiedenen Fahrzeugsensoren. Das Steuersystem 42 für das Fahrzeug 10 kann eine beliebige Anzahl von Steuerungen einschließen und in eine einzige Steuerung integriert sein oder verschiedene Module aufweisen. Einige oder alle der Steuerungen können durch ein Steuergerätenetzwerk (CAN) oder ein anderes System verbunden sein. Das Steuersystem 42 kann konfiguriert sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten des Getriebes 24, der Elektromotorgeneratoranordnung 34, des Anlassers 30 und des Verbrennungsmotors 12 unter beliebigen von einer Anzahl unterschiedlicher Bedingungen zu steuern, einschließend auf eine Art und Weise, durch welche die Auswirkungen einer Totspieldurchquerung in dem Antriebsstrang 26 und die Auswirkungen auf den Fahrer bei Betätigungs- oder Freigabeereignissen minimiert oder verringert werden.
Die VSC 40 empfängt Signale, die für einen Fahrerbedarf bezeichnend sind. Ein Sensor für die Gaspedalstellung (APPS) kommuniziert mit der VSC 40 und liefert Informationen in Bezug auf die Stellung des Gaspedals oder eine Betätigung und Freigabe des Gaspedals. Eine Betätigung kann in Bezug auf eine Anforderung von dem Fahrer für eine höhere Drehzahl, eine höhere Leistung und/oder ein höheres Drehmoment verwendet werden, während eine Freigabe in Bezug auf eine Anforderung von dem Fahrer für eine niedrigere Drehzahl, eine niedrigere Leistung und/oder ein niedrigeres Drehmoment verwendet werden kann. Der Sensor für die Bremspedalstellung (BPPS) und die Gangwahl (PRND) kommunizieren ebenso mit der VSC 40, um Informationen in Bezug auf den Fahrerbedarf bereitzustellen.
Unter normalen Bedingungen des Triebwerks (keine Teilsysteme/Komponenten bemängelt) interpretiert die VSC 40 den Bedarf des Fahrers (z. B. PRND- und Beschleunigungs- oder Bremsbedarf) und bestimmt dann den Raddrehmomentbefehl auf Grundlage des Fahrerbedarfs und der Grenzen des Triebwerks. Zusätzlich ermittelt die VSC 40, wann jede Stromquelle ein Drehmoment bereitstellen muss und wie viel, um dem Drehmomentbedarf des Fahrers zu entsprechen und um die Betriebspunkte (Drehmoment und Drehzahl) des Verbrennungsmotors 12 und des M/G 14 zu erreichen.
Das Fahrzeug 10 kann Drehzahlsensoren 44 aufweisen, die an verschiedenen Stellen des Triebwerks und des Antriebsstrangs 26 positioniert sind. Die Drehzahlsensoren 44 liefern Informationen an das Steuersystem 42 im Hinblick auf die Rotationsgeschwindigkeit einer Welle annähernd in Echtzeit, obwohl es aufgrund der Reaktionszeit und der Signal- und Datenverarbeitung eine gewisse Verzögerung geben kann. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt wird, gibt es einen Drehzahlsensor 44, der die Drehzahl der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 12, die Drehzahl der Welle, die mit dem M/G 14 verbunden ist, die Drehzahl der Eingangswelle des Getriebes 24, die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 24 und die Drehzahl von einer oder beiden Achsen misst, die mit den Rädern 16 verbunden sind.
Als Teil der Steuerstrategie oder des Steueralgorithmus für den Betrieb des Fahrzeugs 10 kann das Steuersystem 42 eine Drehmomentanforderung des Verbrennungsmotors 12 (τ_V) und/oder eine Drehmomentanforderung des M/G 14 (τ_M) stellen, wie in 1 gezeigt. Das Nettogetriebeeingangsdrehmoment (τ_E) setzt sich aus dem Elektromotordrehmoment und dem Verbrennungsmotordrehmoment (τ_E = τ_M + τ_V) zusammen, wobei angenommen wird, dass die Ausrück- und Anfahrkupplung 18, 22 verriegelt sind.
In alternativen Ausführungsformen kann die Kupplung 22 durch eine Drehmomentwandlereinheit, einschließend einen Drehmomentwandler und eine Überbrückungskupplung oder Bypass-Kupplung, ersetzt werden. Der Drehmomentwandler weist Drehmomentmultiplikationseffekte auf, wenn durch den Drehmomentwandler bestimmte Rotationsgeschwindigkeitsdifferentiale vorliegen. Während der Drehmomentmultiplikation ist das Ausgangsdrehmoment des Drehmomentwandlers aufgrund einer Drehmomentmultiplikation durch den Drehmomentwandler größer als das Eingangsdrehmoment. Eine Drehmomentmultiplikation liegt zum Beispiel vor, wenn das Fahrzeug 10 aus einem Ruhezustand gestartet wird und die Eingangswelle zu dem Drehmomentwandler damit beginnt sich zu drehen, und sich die Ausgangswelle von dem Drehmomentwandler immer noch in einem Ruhezustand befindet oder gerade erst damit begonnen hat, sich zu drehen.
Die Überbrückungskupplung oder Bypass-Kupplung wird verwendet, um den Drehmomentwandler auszusperren, sodass das Eingangs- und Ausgangsdrehmoment für die stromabwärtige Drehmomentübertragungsvorrichtung 22 einander entsprechen und die Eingangs- und Ausgangsrotationsgeschwindigkeiten für die Vorrichtung 22 einander entsprechen. Durch eine verriegelte Kupplung werden Schlupf und eine Ineffizienz des Antriebsstrangs durch den Drehmomentwandler beseitigt, zum Beispiel wenn das Verhältnis der Rotationsgeschwindigkeit durch den Drehmomentwandler größer als annähernd 0,8 ist und sie kann die Kraftstoffeffizienz für das Fahrzeug 10 erhöhen.
Eine Änderung des Betrags und/oder der Richtung des Drehmoments kann zu Störungen oder einer Schwingung in dem Antriebsstrang 26 führen, was mit einer Totspieldurchquerung verknüpft ist. Ein Spiel kann in dem Antriebsstrang 26 eines Fahrzeugs immer dann auftreten, wenn eines des Drehmoments des Rads 16 und des Drehmoments des Kraftwerks 12, 14 die Richtung zueinander ändert. Diese Änderung der Richtung des Drehmoments kann mit dem Fahrzeug 10 auftreten, das sowohl mit der Ausrückkupplung 18 als auch der Anfahrkupplung 22 oder der Lock-out-Kupplung für den Drehmomentwandler in einer verriegelten oder eingekuppelten Stellung betrieben wird. Zum Beispiel stellt, wenn das Fahrzeug 10 bremst, der Kompressionsbremseffekt des Verbrennungsmotors 12 ein negatives Drehmoment für das Getriebe 24 bereit, welches dann durch das Differential 28 und dann zu den Rädern 16 weitergeleitet wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Antriebsstrang 26 in der negativen Richtung gewickelt. Wenn der Fahrer eine Leistungsanforderung oder Betätigung unter Verwendung des Gaspedals bereitstellt, wechselt das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 von negativ zu positiv, wenn es damit beginnt, ein Drehmoment zuzuführen, um das Fahrzeug 10 vorwärts zu treiben. Der Antriebsstrang 26 wird ausgewickelt, wenn jede Antriebsstrangkomponente von einer Übertragung eines negativen Drehmoments zu einer Übertragung eines positiven Drehmoments wechselt. An einem gewissen Punkt durchläuft der Antriebsstrang 26 während dieses Übergangs einen entspannten Zustand, wobei kein Drehmoment auf die Räder 16 angewendet wird.
In diesem Bereich mit einem nullwertigen Drehmoment ist die Verzahnung in dem Getriebe 24 und/oder Differential 26 nicht zwangsläufig eng mit den passenden Zahnrädern gekoppelt und es kann ein gewisses Spiel in dem Antriebsstrang 26 vorhanden sein. Ein Spiel durch mehrere Sätze von Zahnrädern wirkt kumulativ. Wenn der Verbrennungsmotor 12 damit fortfährt, ein positives Drehmoment bereitzustellen, wickelt sich der Antriebsstrang 26 in der positiven Richtung auf. Die Zahnräder können schnell gekoppelt werden, was zu einem Schnappen führt. Außerdem kann sich die Achse, die das Differential 26 mit einem Rad 16 verbindet, als Folge eines höheren Drehmoments auf der Seite des Differentials 26 der Achse im Vergleich zu der Seite des Rads 16 leicht verbiegen. Die Achse kann als eine Torsionsfeder wirken, um diese Energie zu speichern. Wenn das Fahrzeug 10 mit der Beschleunigung beginnt, holt das Drehmoment des Rads 16 das Drehmoment an dem Differential 26 ein und Energie, die in der Achse gespeichert ist, wird schnell freigesetzt, was zu einer Schwingung in der entgegengesetzten Richtung oder Spiel führt. Das Ergebnis dieser Spieldurchquerung ist ein Schnappen oder Geräusch, wenn die Verzahnung aufeinander trifft und eine Verringerung des Raddrehmoments, wenn die Achsenenergie aufgewendet wird. Das Schnappen und die Schwingungen können von einem Fahrer in Abhängigkeit von ihrer Schwere bemerkt werden. Für einen Antriebsstrang mit mehreren Zahneingriffen, die in Reihe angeordnet sind, kann jeder Zahneingriff eine Totspielzone aufweisen. Das Totspiel in dem Antriebsstrang fällt durch die Zahneingriffe ab oder schreitet durch diese voran. Nachdem ein Zahneingriff in Eingriff gebracht wurde, durchquert der darauffolgende Zahneingriff eine Totspielzone, wenn die Drehmomentumkehr hindurchgeht. Ein Spiel kann das Totspiel eines Hauptgetriebes sowie von darauffolgenden Getrieben einschließen.
Zu dem zuvor beschriebenen Szenario kann es auch in der entgegengesetzten Richtung kommen. In diesem Fall stellt der Fahrer eine Leistungsanforderung, wie etwa eine Betätigung des Gaspedals für eine Fahrzeugbeschleunigung, bereit und nimmt dann plötzlich die Leistungsanforderung zurück, indem das Gaspedal durch eine Freigabe freigegeben wird. Die Antriebswelle 26 geht mit einem ähnlichen Drehmomentverlust oder einer ähnlichen Drehmomentlücke und einem Schnappen bei dem Übergang von einem gewickelten Zustand in der positiven Richtung zu einem gewickelten Zustand in der negativen Richtung über. Die Wirkung der Spieldurchquerung aufgrund einer plötzlichen Beschleunigung ist üblicherweise auffälliger als bei einem plötzlichen Abbremsen.
Zwei Spielbedingungen für das Fahrzeug 10 werden graphisch in 2 als ein Beispiel gezeigt. Das Gaspedal 60, die Getriebeausgangsdrehzahl 62, die Raddrehzahl 64 und das Raddrehmoment 66 werden bei 68 während eines plötzlichen Abbremsens und einer plötzlichen Beschleunigung bei 70 gezeigt. Nach der Abbremsanforderung bei 68 nimmt die Getriebeausgangsdrehzahl 62 schneller ab als die Raddrehzahl 64. Dies führt zu dem Bereich 72, der mit „nullwertiges Raddrehmoment“ gezeichnet ist, in dem sich der Antriebsstrang 26 in seinem entspannten Zustand befindet, wenn das Raddrehmoment 66 von positiv zu negativ übergeht. Sofort im Anschluss an diesen Übergang nimmt das Raddrehmoment 66 rapide ab, wenn die Raddrehzahl 64 die Getriebeausgangsdrehzahl 62 einholt, was zu dem Bereich 74 führt, der mit „Drehmomentverlust“ gekennzeichnet ist. Dieser Drehmomentverlust 74 ist im Wesentlichen das Spiel und wird durch die Energie, die in der Halbwelle gespeichert ist, die freigegeben wird und das Spiel in dem Getriebe 24 und anderen Antriebsstrangkomponenten verursacht, zusätzlich zu dem negativen Drehmoment, das durch den Getriebeausgang zugeführt wird. Die Wirkung der Spieldurchquerung 74 führt zu einer resultierenden Schwingung hinsichtlich des Raddrehmoments.
Bei der Beschleunigung tritt nach einer Betätigungsanfrage bei 70 ein ähnliches Szenario auf, nur umgekehrt. Die Zunahme der Getriebeausgangsdrehzahl 62 führt zu der Zunahme der Raddrehzahl 64, was zu dem Bereich 76 mit einem nullwertigen Drehmoment und dann bei 78 zu einem schnellen Drehmomentanstieg oder einer „Drehmomentspitze“ führt, wodurch ein Spieldurchquerungseffekt oder ein Geräusch und eine Schwingung hervorgerufen wird bzw. werden, was von dem Fahrer wahrgenommen werden kann.
Das Steuersystem 42 ist konfiguriert, um den Totspielbereich zu detektieren, zu erfassen und/oder vorherzusagen, um den Effekt der Spieldurchquerung zu verringern oder abzuschwächen. Das Spiel in dem Fahrzeug 10 kann erfasst werden, indem das Getriebeeingangs- und -ausgangsdrehmomentverhältnis beobachtet werden, wie nachfolgend beschrieben. In einem Beispiel detektiert oder erfasst das Steuersystem 42 einen Spielzustand für das Fahrzeug, wie in U.S.-Patent Nr. 9,037,329 B2 , erteilt am 19. Mai 2015 und hierin vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen, beschrieben. In anderen Ausführungsformen kann Spiel außerdem unter Verwendung von Drehzahlsensoren oder anderen Methoden, wie sie in der Technik bekannt sind, erfasst werden, wie etwa denjenigen, die in U.S.-Patent Nr. 7,223,203 B2 , erteilt am 29. Mai 2007 und hierin vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen, beschrieben werden.
3 zeigt das Verhältnis des Eingangsdrehmoments zu dem Ausgangsdrehmoment durch das Getriebe 24. Ein ideales oder perfektes Getriebe 24 weist ein perfektes Drehmomentverhältnis auf, wie durch die Linie 100 gezeigt, die durch null hindurchgeht. Jedoch gibt es bei einem echten Getriebe 24 proportionale und nichtproportionale Verluste, die erfasst werden müssen. Die Verluste weisen den Effekt auf, dass sie das ideale Drehmomentverhältnis zu einem tatsächlichen Verhältnis des Ausgangsdrehmoments zu dem Eingangsdrehmoment umstellen oder modifizieren. Das tatsächliche Drehmomentverhältnis entspricht dem idealen Drehmomentverhältnis mit der Hinzufügung von Verlusten. Wenn das Eingangs- und Ausgangsdrehmoment jeweils negativ ist (generierend), wirken die Getriebeverluste, um zum Verlangsamen des Fahrzeugs beizutragen. Wenn das Eingangs- und Ausgangsdrehmoment positiv sind (Antrieb), behindern die Verluste Antriebsbemühungen. Linie 118 stellt das tatsächliche Verhältnis während des Antriebs dar, wobei Verluste erfasst werden. Linie 120 stellt das tatsächliche Verhältnis beim Generieren dar, wobei Verluste erfasst werden. Linie 122 entspricht der Spanne von Verhältnissen, bei denen das Getriebe 24 ein annähernd nullwertiges Drehmoment führt und das Potenzial für den Effekt des Auftretens der Totspielzone am höchsten ist und Linie 122 stellt den Totspielbereich dar.
Der Bereich 124 stellt den Eintrittsbereich für die Totspielzone von der Seite des Antriebs oder des positiven Eingangsdrehmoments dar. Der Bereich 126 stellt den Eintritt mit dem Eintrittsbereich für ein Totspiel von der generierenden Seite oder der Seite des negativen Eingangsdrehmoments dar. Es wird vermerkt, dass die Linie 122 zwischen den Bereichen 124 und 126 durch ein Eingangsdrehmoment von null (bei 126) zu einem Eingangsdrehmoment mit einer positiven skalaren Größe (bei 124) und durch ein Ausgangsdrehmoment mit einem negativen skalaren Wert (bei 126) zu einem Ausgangdrehmoment von null (bei 124) begrenzt ist. In anderen Ausführungsformen können andere Grenzen festgelegt werden, um die Totspielzone zu definieren. Indem das Eingangsdrehmoment gesteuert wird, wenn das Fahrzeug 10 auf Linie 122 betrieben wird, während das Fahrzeug entlang dieser beschleunigt wird oder abbremst, können die Effekte eines Totspieldurchquerungsereignisses verringert oder abgeschwächt werden. Die Linie 122 kann linear oder nichtlinear sein. Zum Beispiel kann Linie 122 eine Schrittfunktion mit mehreren Schritten sein, die durch ein Totspiel in jedem Zahneingriff in dem Antriebsstrang verursacht werden.
Das Modell des Eingangsdrehmoments zu dem Ausgangsdrehmoment für eine Übersetzung, wie in 3 veranschaulicht, kann, wie nachfolgend beschrieben, ermittelt werden. Bei Beschleunigungsereignissen befindet sich der Antriebsstrang in einer Antriebskonfiguration, sodass ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 12 und/oder dem M/G 14 durch das Getriebe 24 auf die Räder 16 übertragen wird. Bei Abbremsereignissen befindet sich der Antriebsstrang in einer angetriebenen Konfiguration, sodass ein Drehmoment von den Rädern 16 durch das Getriebe 24 auf den M/G 14 übertragen wird. Jedoch ist der Betrag des Drehmoments, das durch das Getriebe 24 und den Antriebsstrang 26 übertragen wird, eine Funktion der Übersetzung und der Verluste in dem Getriebe 24 und dem Antriebsstrang 26. In 3 werden das Drehmoment, die Übersetzung und die Verluste des Getriebes 24 graphisch veranschaulicht. Die Übersetzung des Getriebes 24 entspricht einem Verhältnis des Drehmomenteingangs (τ_ein) und Drehmomentausgangs (τ_aus), wobei τ_ein dem Drehmoment an der Eingangswelle 46 zu dem Getriebe 24 entspricht und τ_aus dem Drehmoment an der Ausgangswelle 48 des Getriebes 24 entspricht und es in dem System keine Verluste gibt. Die Übersetzung kann auf einem Drehzahlverhältnis basieren und direkt aus der Anzahl der Zähne der verschiedenen Zahnräder berechnet werden, die in dem Getriebe 24 in Eingriff stehen. Die Übersetzung kann außerdem als ein ideales Drehmomentverhältnis angesehen werden. Zum Beispiel entspricht das Ausgangsdrehmoment (τ_aus), wenn die Übersetzung 4:1 ist, für ein Eingangsdrehmoment (τ_ein) von +100 Nm (Newtonmeter) 400 Nm. Demnach wird das ideale Drehmomentverhältnis in 3 durch Linie 100 dargestellt, wobei der Anstieg der Linie dem idealen Drehmomentverhältnis oder der Übersetzung entspricht.
Eine lineare Beziehung kann verwendet werden, um den Drehmomenteingang für ein Getriebe mit dem Drehmomentausgang in Zusammenhang zu bringen, wobei die lineare Linie mit der folgenden Formel beschrieben werden kann: y = m·x + b wobei y dem Ausgangsdrehmoment (τ_aus) entspricht und x dem Eingangsdrehmoment (τ_ein) entspricht. Der Anstieg m entspricht dem Drehmomentverhältnis für Ausgang/Eingang oder der Übersetzung und b entspricht dem Ausgangsdrehmoment, wenn das Eingangsdrehmoment null ist.
Idealerweise oder bei einem Getriebe 24 ohne Verluste würde der Anstieg dem idealen Drehmomentverhältnis entsprechen und die Verschiebung wäre null, wie durch Linie 100 gezeigt. Der Anstieg ohne Verluste entspricht dem idealen Drehmomentverhältnis oder der Übersetzung (DV_ideal). Demnach ist die Formel für die Linie 100: τ_aus = (τ_ein·DV_ideal) Gleichung (1)
Jedoch ist das Getriebe 24 nicht vollkommen effizient und weist einige Verluste auf. Die Verluste in dem Getriebe können einer Funktion von Reibung, Wärme, Umlaufverlusten oder vielen anderen Faktoren entsprechen. Die Verluste in dem Getriebe können als „proportionale Verluste“ und „nichtproportionale Verluste“ gekennzeichnet werden. Proportionale Verluste variieren als eine Funktion des aktuellen Gangs und der aktuellen Drehzahl, während nichtproportionale Verluste von dem Drehmoment unabhängig sind. Die Effizienz für ein Getriebe 24 wird normalerweise durch das Getriebe 24 gemessen. Die Effizienz des Antriebsstrangs 26 wird üblicherweise mit der verriegelten Anfahrkupplung 22 oder der verriegelten Bypass-Kupplung für einen Drehmomentwandler gemessen oder kann ohne einen Drehmomentwandler modelliert werden.
Der Achsenabschnitt b entspricht dem nichtproportionalen Verlust, T_s, veranschaulicht bei 112 in 2, für jedes Zahnrad für ein Zahnradschrittgetriebe. Linie 114 veranschaulicht das ideale Drehmomentverhältnis oder die Übersetzung, wenn nichtproportionale Verluste, T_s, in dem Getriebe 24 erfasst werden. Die nichtproportionalen Verluste, T_s, können Einheiten des Ausgangsdrehmoments entsprechen. Die nichtproportionalen Verluste oder Umlaufverluste in dem Antriebsstrang können einer Funktion der Ausgangsdrehzahl des Antriebsstrangs, der Öltemperatur des Antriebsstrangs und des Ganges entsprechen, in dem sich der Antriebsstrang befindet. Die Ausgangsdrehzahl des Antriebsstrangs kann einer Funktion der Eingangsdrehzahl des Antriebsstrangs und einer Übersetzung des Antriebsstrangs entsprechen. Demnach ist die Formel für Linie 114: τ_aus = (τ_ein·DV_ideal) – T_s Gleichung(2)
Proportionale Getriebeverluste sollten in dem Modell ebenso erfasst werden. Das tatsächliche Drehmomentverhältnis des Getriebes 24 von τ_aus zu τ_ein kann in unterschiedlichen Gängen empirisch gemessen werden. Die empirische Modellierung des Getriebes 24 ohne den Drehmomentwandler 22 (verriegelt oder nicht eingeschlossen) ermöglicht eine Darstellung der Verluste „proportional zu dem Drehmoment“ getrennt von den Verlusten „nichtproportional zu dem Drehmoment“, die unter Verwendung einer linearen Beziehung zwischen dem Ausgangsdrehmoment und dem Eingangsdrehmoment dargestellt werden können. Proportionale Verluste können einer Funktion der Öltemperatur des Antriebsstrangs, dem Gang, in dem sich der Antriebsstrang befindet und dem Eingangsdrehmoment zu dem Antriebsstrang entsprechen. Proportionale Verluste werden durch den Anstieg der Beziehung des Ausgangsdrehmoments zu dem Eingangsdrehmoment für jeden Gang dargestellt. Der Anstieg, einschließend proportionale Verluste, entspricht dem tatsächlichen Drehmomentverhältnis durch das Getriebe 24.
Indem das ideale Drehmomentverhältnis oder die Übersetzung und die Beziehung des Drehmomenteingangs zu dem Drehmomentausgang bekannt sind und lediglich ein paar Punkte der tatsächlichen Beziehung des Drehmomentverhältnisses für den Eingang zu dem Ausgang gemessen werden, kann die Differenz zwischen den Anstiegen des idealen Drehmomentverhältnisses (DV_ideal) und des tatsächlichen Drehmomentverhältnisses (DV_tatsächlich) ermittelt werden. Indem der Anteil von τ_ein subtrahiert wird, der von der Differenz hinsichtlich der Anstiege zwischen dem idealen Drehmomentverhältnis und dem tatsächlichen Drehmomentverhältnis stammt, können die proportionalen Drehmomentverluste erfasst werden. Nichtproportionale Verluste werden durch T_s dargestellt. Die lineare Formel für das Getriebe, wenn proportionale und nichtproportionale Verluste erfasst werden, gezeigt als Linie 116 in 2, kann wie folgt ausgedrückt werden: τ_aus = (τ_ein·DV_ideal) – T_s – τ_ein·(DV_ideal – DV_tatsächlich) Gleichung(3A)
Durch das Wegkürzen der Terme auf der rechten Seite der Verlustgleichung kann die Formel für Linie 116 in 3 zu Folgendem vereinfacht werden: τ_aus = (τ_ein·DV_tatsächlich) – T_s Gleichung(3B)
Zum Beispiel kann τ_aus mit einem Eingangsdrehmoment von +100 Nm; einem tatsächlichen Drehmomentverhältnis von 4,0; einem idealen Drehmomentverhältnis von 4,1 und einem nichtproportionalen Verlust von 5 wie folgt ermittelt werden. Es wird vermerkt, dass die Zahlen in dem Beispiel der Einfachheit halber verkürzt dargestellt werden.
Zunächst wird das Ausgangsdrehmoment unter Verwendung von Gleichung (3A) wie folgt berechnet: τ_aus = (100·4,1) – 5 – (100·(4,1 – 4,0)) = 395 Nm
Unter Verwendung von Gleichung (3B) wird das Ausgangsdrehmoment wie folgt berechnet: τ_aus = (100·4,0) – 5 = 395 Nm
Die Leistung kann ermittelt werden, indem das Drehmoment mit der Drehzahl der Wellen 46, 48 multipliziert wird, veranschaulicht durch die folgende Gleichung: P = τ·ω
Unter Verwendung einer Eingangsdrehzahl von 400 rad/s können die Leistungsberechnungen ermittelt werden. P_ein = 100·400 = 40.000 Watt P_aus = 395·(400/4,1) = 38.536 Watt
Die Differenz zwischen der Leistung an dem Getriebeeingang 46 und dem Getriebeausgang 48 entspricht dem Betrag des Leistungsverlustes aufgrund einer Ineffizienz des Getriebes. P_ein – P_aus = 1.464 Watt
Die Verlustformeln in Gleichung (3) sind bei der Beschreibung des Getriebes, einschließend Verluste in einem herkömmlichen Triebwerk, im Allgemeinen genau. Durch die Verlustformeln in Gleichung (3) kann außerdem das Getriebe, einschließend Verluste in einem HEV-Triebwerk, genau beschrieben werden, wenn das Fahrzeug 10 fährt. Jedoch ergibt sich ein Problem, wenn das Fahrzeug 10 dem Getriebeausgang 62 Leistung zuführt und diese aus dem Getriebeeingang 60 extrahiert, wie etwa bei dem regenerativen Bremsen eines Triebwerks in einem HEV. In dieser Situation sind die Werte für das Drehmoment durch den Antriebsstrang 26 negativ, befindet sich das Getriebe in einer angetriebenen Konfiguration und werden die Verlustformeln in Gleichung (3) anders angewendet.
Das Problem hinsichtlich der Verlustformeln in Gleichung (3) bei dem regenerativen Bremsen eines Triebwerks wird durch ein anderes Beispiel veranschaulicht, wie nachfolgend gezeigt. Zum Beispiel wird für negative Drehmomente, wobei das Eingangsdrehmoment τ_ein einem Eingangsdrehmoment von –100 Nm entspricht, das tatsächliche Verhältnis 4,0 entspricht, das ideale Verhältnis 4,1 entspricht und nichtproportionale Verluste (T_s) 5 entsprechen, τ_aus wie folgt berechnet:
τ_aus = (–100·4,1) – 5 – (100·(4,1 – 4,0)) = –405 Nm, unter Verwendung von Gleichung (3A)
oder
τ_aus = (–100·4,0) – 5 = –405 Nm, unter Verwendung von Gleichung (3B).
Unter Verwendung einer Eingangsdrehzahl von 400 rad/s können die Leistungsberechnungen wie folgt ermittelt werden: P_ein = –100·400 = –40.000 Watt P_aus = –405·(400/4,1) = –39.512 Watt P_ein – P_aus = –488 Watt
Unter Verwendung der Standardformeln ergibt sich eine negative Verlustberechnung, was nicht möglich ist, da die Leistung, die in die Ausgangswelle 48 des Getriebes 24 hineingeht, kleiner ist als die Leistung, die durch die Eingangswelle 46 des Getriebes herauskommt. Für dieses Beispiel werden 40.000 Watt von regenerativer Energie an dem Getriebeeingang 46 aufgefangen, wenn lediglich 39.512 Watt von regenerativer Energie von den Rädern 16 in den Getriebeausgang 48 hineingehen.
Zum Modellieren der Drehmomentbeziehung sind zwei Linien für die Daten besser geeignet als eine Linie. Die erste Linie, veranschaulicht als Linie 118 in 3, steht für das positive Ausgangsdrehmoment τ_aus und Eingangsdrehmoment τ_ein, wie etwa wenn das Fahrzeug 10 fährt. Die zweite Linie, veranschaulicht als Linie 120 in 2, steht für das negative Ausgangsdrehmoment und Eingangsdrehmoment, wie etwa wenn das Fahrzeug 10 eine regenerative Bremsung ausführt.
Die nichtproportionalen Verluste 112 werden so berechnet, dass sie beim Fahren und der Regeneration gleich sind. Demnach wird bei Linie 118 und Linie 120 jeweils der gleiche verschobene Term b für einen nichtproportionalen Drehmomentverlust T_s verwendet. Jedoch werden die proportionalen Verluste während der Regeneration unter Verwendung der standardmäßigen Fahrgleichungen nicht korrekt erfasst.
Das korrekte τ_ein für einen gegebenen Wert τ_aus wird korrekt berechnet, wenn die proportionalen Drehmomentverluste in der richtigen Richtung addiert werden. Der Term für den proportionalen Verlust in Gleichung (3A), das heißt τ_ein·(DV_ideal – DV_tatsächlich), muss einem positiven Wert entsprechen, unabhängig davon, ob das Getriebe ein positives oder negatives Drehmoment überträgt. Da τ_ein während der Regeneration negativ ist und der Ausdruck des proportionalen Verlusts in Gleichung (3A) positiv sein muss, muss das ideale Drehmomentverhältnis während der Regeneration kleiner sein als das tatsächliche Drehmomentverhältnis, um die korrekte Berechnung dafür bereitzustellen, dass mehr Energie in den Getriebeausgang 48 hineingeht als an dem Getriebeeingang 46 während der Übertragung eines negativen Drehmoments empfangen wird.
Zum Beispiel kann τ_aus während einer Übertragung eines negativen Drehmoments, wobei das Getriebeeingangsdrehmoment τ_ein –100 Nm entspricht, das tatsächliche Drehmomentverhältnis 4,2 entspricht, das ideale Drehmomentverhältnis, das kleiner ist als das tatsächliche Drehmomentverhältnis, 4,1 entspricht und nichtproportionale Verluste T_s 5 entsprechen, wie folgt ermittelt werden:
τ_aus = (–100·4,1) – 5 – (–100·(4,1 – 4,2)) = –425 Nm, unter Verwendung von Gleichung (3A)
oder
τ_aus = (–100·4,2) – 5 = –425 Nm, unter Verwendung von Gleichung (3B). Es wird vermerkt, dass der vorherige Verlust von –405 einer Abweichung von annähernd fünf Prozent entspricht.
Unter Verwendung einer Eingangsdrehzahl von 400 rad/s kann die Leistung wie folgt berechnet werden: P_ein = –100·400 = –40.000 Watt P_aus = –425·(400/4,1) = –41.463 Watt P_ein – P_aus = P_Verlust = 1463 Watt
Wenn das Ausgangsdrehmoment und Eingangsdrehmoment jeweils positiv ist, ist der tatsächlich gemessene Anstieg kleiner als das ideale Drehmomentverhältnis, wie durch Linie 118 im Vergleich zu Linie 114 erkennbar. Jedoch ist, wenn das Ausgangsdrehmoment und Eingangsdrehmoment jeweils negativ ist, der tatsächlich gemessene Anstieg oder DV_tatsächlich größer als das mechanische Drehmomentverhältnis oder DV_ideal, wie durch Linie 120 im Vergleich zu Linie 114 erkennbar. Das tatsächliche Drehmomentverhältnis für ein negatives Drehmoment wird so gemessen, dass es 4,2 entspricht. Wenn das gemessene positive Drehmomentverhältnis von 4,0 für die negative Drehmomentsituation verwendet wird, wird mit der Gleichung (3) berechnet, dass an dem Getriebeeingang 60 mehr Energie aufgefangen wird als während der Regeneration in den Getriebeausgang 62 eingespeist wird (wie durch Linie 116 im Vergleich zu Linie 114 gezeigt).
Um die Differenz zwischen dem tatsächlichen Drehmomentverhältnis und dem idealen Drehmomentverhältnis (oder Übersetzung) zu berücksichtigen, wird ein proportionaler Verlustkoeffizient C1 für jeden Gang unter Verwendung der folgenden Formel berechnet: C1 = τ_ein·(DV_ideal – DV_tatsächlich) Gleichung (4)
Während des Antriebs/Fahrens oder eines positiven Drehmoments durch das Getriebe 24 ist der proportionale Verlustkoeffizient C1 in Gleichung (3B) eingeschlossen, um die Verlustgleichung wie folgt abzuleiten: τ_aus = (τ_ein·(DV_tatsächlich – C1)) – T_s Gleichung (5)
Oder alternativ kann Gleichung (5) umgestellt werden, um ein τ_ein auf Grundlage von einem gewünschten Drehmomentausgang τ_aus während des Fahrens wie folgt zu ermitteln: τ_ein = (τ_aus + T_s)/(DV_ideal – C1) Gleichung (6)
Wenn das Drehmoment durch das Getriebe 24 negativ ist, wie etwa während eines regenerativen Bremsereignisses, ist das tatsächliche Drehmomentverhältnis um den gleichen Betrag größer als das ideale Drehmomentverhältnis (oder Übersetzung), um den das ideale Drehmomentverhältnis größer ist als das tatsächliche Drehmomentverhältnis während des Fahrens. Demnach ändert sich das Vorzeichen von C1 während des regenerativen Bremsens, der absolute Wert von C1 bleibt jedoch gleich. Demnach lautet das τ_ein während der Übertragung eines negativen Drehmoments durch das Getriebe auf Grundlage eines gewünschten Drehmomentausgangs τ_aus wie folgt: τ_ein = (τ_aus + T_s)/(DV_ideal + C1) Gleichung (7)
Die Beziehung des Eingangsdrehmoments zu dem Ausgangsdrehmoment für das Getriebe 24 wird demnach besser durch die zwei Linien 118, 120 gekennzeichnet, um zwischen dem Fahren und der Regeneration oder einem positiven und negativen Drehmoment zu unterscheiden. Linie 120 in 3 veranschaulicht die Linie, mit der proportionale Verluste erfasst werden, die zu dem regenerativen Bremsen hinzukommen. Linie 120 kann gekennzeichnet werden, indem Gleichung (7) wie folgt umgestellt wird: τ_aus = (τ_ein·(DV_ideal + C1)) – T_s Gleichung (8)
Die Einbeziehung von einem Drehmomentwandler, Pumpverlusten und dynamischen Trägheitsverlusten kann in dem gesamten Entwicklungsprozess für die Getriebesteuerung einheitlich sein. Zum Beispiel kann, wenn das Fahrzeug einen Drehmomentwandler 22 einschließt, der Drehmomenteingang τ_ein, wenn das Fahrzeug fährt, wie folgt ermittelt werden: τ_ein = ((τ_aus + T_s)/(DV_ideal – C1))·(1/DV_{Drehmomentwandler}) + Verlust_Pumpe + Verlust_{dyn_Trägheit} Gleichung (9)
Wenn der M/G 14 generiert oder wenn das Fahrzeug eine regenerative Bremsung ausführt, sodass das Getriebeausgangsdrehmoment negativ ist, wird die Gleichung (9) modifiziert, sodass der Drehmomenteingang τ_ein aus der folgenden Gleichung ermittelt werden kann: τ_ein = ((τ_aus + T_s)/(DV_ideal + C1))·(1/DV_{Drehmomentwandler}) Verlust_Pumpe + Verlust_{dyn_Trägheit} Gleichung (10)
Der Drehmomentwandler 22 kann zwischen dem M/G 14 und dem Getriebe 24 angeschlossen werden. Der Drehmomentwandler 22 kann außerdem in dem Getriebe 24 eingeschlossen sein. Wenn der Drehmomentwandler 22 durch eine Verriegelung der Bypass-Kupplung verriegelt wird, ist das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers 1:1.
Das Steuersystem 42 ist konfiguriert, um eine Totspielzone für das Fahrzeug 10 auf Grundlage des Gangs des Getriebes zu ermitteln und die ermittelte Totspielzone während des Fahrzeugbetriebs zu verwenden, um eine bevorstehende Totspielzone vorherzusagen oder zu detektieren, was wiederum in einer Steuerstrategie verwendet werden kann, um den Effekt der Totspieldurchquerung des Antriebsstrangs abzuschwächen.
Zunächst empfängt die Steuerung 42 bei 150 eine Fahrzeugdrehmomentanforderung, wie etwa eine Drehmomentanforderung von dem Fahrer durch ein Betätigungs- oder Freigabeereignis des Gaspedals. Die Fahrzeugdrehmomentanforderung ist eine Anforderung für ein Raddrehmoment, welches sich auf τ_aus bezieht. Die Steuerung 42 wandelt τ_aus auf Grundlage des idealen Drehmomentverhältnisses des Getriebes 24 zu τ_ein um, wie durch den Block 152 dargestellt.
Die Steuerung 42 ermittelt den Wert für den aktuellen Gang oder alternativ das tatsächliche Drehmomentverhältnis, wie durch Block 156 dargestellt. Das tatsächliche Drehmomentverhältnis kann in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, die dem aktuellen Gang entspricht oder dem entspricht, ob das Fahrzeug fährt oder eine regenerative Bremsung des Triebwerks ausführt, wie zuvor beschrieben.
Das tatsächliche Drehmomentverhältnis wird mit den Getriebedrehzahlen, entweder geschätzt oder tatsächlich, verwendet, um den nichtproportionalen Verlust zu ermitteln, wie durch Block 154 dargestellt. Die Werte für den nichtproportionalen Verlust können in einer Nachschlagetabelle gespeichert werden, die dem aktuellen Gang entspricht und auf die durch die Getriebedrehzahlen zugegriffen wird oder die dadurch indiziert wird, wie zuvor beschrieben, wenn später das tatsächliche Drehmomentverhältnis 156 berechnet wird.
Die Steuerung 42 ermittelt den proportionalen Drehmomentverlust, wie durch Block 158 aus 4 dargestellt. Die Werte für den proportionalen Verlust können ebenfalls in einer Nachschlagetabelle mit einer separaten Reihe von Werten für jeden bzw. jedes der verfügbaren Gänge oder Drehmomentverhältnisse sowie Werten für ein negatives Drehmoment oder Werten für ein positives Drehmoment gespeichert werden.
Block 160 stellt die Ermittlung eines proportionalen Verlustkoeffizienten auf Grundlage des aktuell ausgewählten Gangs dar. Dieser Faktor kann verwendet werden, um die Ermittlung des Drehmoments für beliebige zusätzliche Verluste genau abzustimmen oder zu kalibrieren, die nicht zwangsläufig in den zuvor beschriebenen Termen für den Drehmomentverlust eingeschlossen sind.
Die Steuerung 42 ermittelt dann bei 162, ob das Drehmoment durch das Getriebe und den Antriebsstrang in einer positiven oder negativen Richtung verläuft, d. h. ob das Fahrzeug fährt oder generiert/bremst oder ob sich der Antriebsstrang in einer Antriebskonfiguration oder angetriebenen Konfiguration befindet. Wenn das Fahrzeug 10 fährt, wobei sich der Antriebsstrang in einer Antriebskonfiguration befindet oder ein positives Drehmoment aufweist, das von dem Verbrennungsmotor 12 und/oder dem M/G 14 zu den Rädern 16 strömt, fährt die Steuerung 42 mit 164 fort, um das τ_ein unter Verwendung von Gleichung (6) zu berechnen. Der Eintrittspunkt zu der Totspielzone wird bei Block 166 berechnet, indem das τ_ein berechnet wird, wenn τ_aus null oder ein anderer zugeordneter Wert ist.
Wenn das Fahrzeug 10 generiert/bremst, wobei sich der Antriebsstrang in einer angetriebenen Konfiguration befindet oder ein Drehmoment aufweist, das von den Rädern 16 zu dem Verbrennungsmotor 12 und/oder dem M/G 14 strömt, fährt die Steuerung 42 mit 168 fort, um das τ_ein unter Verwendung von Gleichung (8) zu berechnen. Der Eintrittspunkt zu der Totspielzone wird bei Block 170 berechnet, indem das τ_aus (oder Drehmomenteingang zu dem Antriebsstrang oder Getriebe) berechnet wird, wenn τ_ein null oder ein anderer zugeordneter Wert ist.
Die Eintrittspunkte der Totspielzone von 166 und 170 werden bei Block 172 verwendet, um für das Steuersystem 42 eine Totspielzone zur Verwendung in einem Steueralgorithmus oder -verfahren für die Spieldurchquerung bereitzustellen.
Mit der Steuerung der Totspielzonendurchquerung kann mit einem Steueralgorithmus oder -verfahren auf Grundlage davon unterschiedlich umgegangen werden, ob der Verbrennungsmotor 12 ausgeschaltet ist, sodass das Fahrzeug 10 in einem rein elektrischen Modus betrieben wird oder der Verbrennungsmotor 12 eingeschaltet ist, sodass das Fahrzeug in einem Hybridmodus betrieben wird, wobei der M/G 14 ebenso betrieben wird. Im Falle eines ausgeschalteten Verbrennungsmotors ist der M/G 14 das einzige Betätigungselement, sodass das Nettogetriebeeingangsdrehmoment, τ_ein, dem Elektromotordrehmoment entspricht. Im Falle eines eingeschalteten Verbrennungsmotors gibt es zwei Betätigungselemente, die auf die Getriebeeingangswelle einwirken, sodass der Nettogetriebeeingang, τ_ein, dem Drehmoment des M/G 14 plus das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 entspricht. Demnach wird bei einem elektrischen Antrieb lediglich das Drehmoment des Elektromotors 14 gesteuert, während bei einem Hybridantrieb sowohl das Elektromotordrehmoment als auch das Verbrennungsmotordrehmoment gesteuert und vermischt werden und für die Spieldurchquerungssteuerung berücksichtigt werden müssen.
Der M/G 14 kann eine bessere Steuerung durch die Totspielzone bereitstellen als der Verbrennungsmotor 12. Der M/G 14 weist im Allgemeinen (ein) zuverlässige(s) beinahe nullwertiges Drehmoment und/oder annähernd nullwertige oder beinahe nullwertige Drehzahlen auf. Der M/G 14 weist eine schnellere Reaktionszeit auf als der Verbrennungsmotor 12, welche aufgrund der Drosselreaktion und Ähnlichem verzögert sein kann. Zusätzlich kann der M/G 14 im Vergleich zu dem Verbrennungsmotor 12 eine präzisere Steuerung hinsichtlich des Betrags des Drehmoments aufweisen, das von ihm bereitgestellt wird.
Jedoch ist es nicht unbedingt in allen Szenarien möglich, die Durchquerung der Totspielzone zu steuern, indem das Drehmoment des M/G 14 gesteuert wird, um die Drehmomentstörung zu verschieben, wenn das Fahrzeug 10 in einem Hybridantriebsmodus betrieben wird. Zum Beispiel kann es wünschenswert sein, das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12, wenn die Totspielzone durchquert wird, auf Grundlage eines Zustands des M/G 14, der Traktionsbatterie 32 oder eines anderen Fahrzeugsystemzustands zu steuern. In einem Beispiel wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 gesteuert, wenn die Totspielzone durchquert wird, wenn sich der Zustand eines anderen Fahrzeugsystems an einer Grenze oder einem Schwellenwert befindet oder eine Grenze oder einen Schwellenwert beim Durchqueren der Totspielzone erreichen oder überschreiten würde oder das andere Fahrzeugsystem nicht die Zuverlässigkeitsspanne aufweist, die erforderlich ist, um ein Spiel abzuschwächen, während der Totspielbereich durchquert wird. Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist lediglich eine Antriebsmaschine, z. B. der Verbrennungsmotor 12 oder der M/G 14 einen Drehmomentausgang auf, der moduliert wird, während der Totspielbereich durchquert wird, während die andere bei einem im Allgemeinen konstanten Drehmomentausgang gehalten oder beibehalten wird, da die Kombination einer Modulation beider Betätigungselemente 12, 14 zu weiteren Instabilitäten hinsichtlich des Drehmoments führen kann, besonders angesichts des seriellen oder sequenziellen Aufbaus des Triebwerks und des Antriebsstrangs des Fahrzeugs 10.
5 veranschaulicht ein Beispiel eines Eingangsdrehmoments und Ausgangsdrehmoments während eines Totspieldurchquerungsereignisses, wobei keine Steuerung vorhanden ist, um einen Totspieldurchquerungseffekt abzuschwächen. Im Falle der Betätigung in 5a, wird bei 200 ein Befehl für eine Betätigung gezeigt. Die Eingangs- und Ausgangsdrehmomente 202, 204 gehen von einem negativen Wert, d. h. Aufladen, Regeneration oder Tempomatbetrieb, zu einem positiven Wert mit Antrieb oder Fahren über. Wenn das Nettoeingangsdrehmoment 202 von R1 zu R2 durch den Totspielbereich 206 hindurchgeht, sind die Zahnräder in dem Getriebe und dem Antriebsstrang entspannt und das Drehmoment nimmt an dem Ausgang nicht linear zu, wie durch 208 gezeigt. Wenn R2 am Ende der Totspielzone 206 erreicht wird, kämmen die Zahnräder plötzlich, was bei 210 zu einem plötzlichen Anstieg hinsichtlich des Ausgangsdrehmoments führt. Durch den Anstieg wird der Antriebsstrang wie eine Feder aufgewickelt und dann wird die Federenergie freigesetzt, was bei 212 zu einer resultierenden Schwingung führt.
Zu einem ähnlichen Phänomen kommt es im Falle der Freigabe, der in 5b ohne eine Steuerung der Totspieldurchquerung gezeigt wird. Während der Freigabe, wie durch einen Freigabebefehl an Linie 214 gezeigt, gehen die Eingangs- und Ausgangsdrehmomente 216, 218 von positiv, d. h. Antrieb oder Fahren, zu negativ, d. h. Aufladen oder Regeneration, über. Wenn das Nettoeingangsdrehmoment 216 von R1 zu R2 durch den Totspielbereich 220 hindurchgeht, sind die Zahnräder in dem Getriebe und dem Antriebsstrang entspannt. Wenn R2 am Ende der Totspielzone 220 erreicht wird, kämmen die Zahnräder plötzlich, was bei 222 zu einem plötzlichen Abfall hinsichtlich des Ausgangsdrehmoments führt. Durch den Abfall wird der Antriebsstrang im Vergleich zu 5a in der entgegengesetzten Richtung wie eine Feder aufgewickelt und dann wird die Federenergie freigesetzt, was bei 224 zu einer resultierenden Schwingung führt.
6 zeigt ein Totspieldurchquerungsereignis, während der Verbrennungsmotor 12 ausgeschaltet ist, sodass das Fahrzeug 10 in einem elektrischen Modus betrieben wird, wobei eine Steuerung des Drehmoments des Elektromotors 14 verwendet wird, um das Totspielereignis im Falle einer Betätigung in 6a und einer Freigabe in 6b abzuschwächen. Das Nettoeingangsdrehmoment zu dem Getriebe 24 entspricht dem Drehmoment des Elektromotors 14, da der Verbrennungsmotor 12 ausgeschaltet ist. Der Verbrennungsmotor 12 kann abgekoppelt sein, wobei die Ausrückkupplung 18 geöffnet ist. Die Kupplung 22 kann zumindest teilweise eingekuppelt oder verriegelt sein, oder kann geöffnet sein, wenn sie in Kombination mit einem Drehmomentwandler verwendet wird. Während des Betätigungsereignisses bei 250 in 6a steigt das Elektromotordrehmoment 252 schnell an, wenn der Fahrerbedarf zunimmt, bis der Punkt des Eingangsdrehmoments R1 erreicht ist. Von R1 bis R2 steigt das Elektromotordrehmoment 252 in der Totspielzone 254 langsam als eine Rampen- oder Filterfunktion an, bis das Nettoeingangsdrehmoment R2 erreicht. Obwohl das Elektromotordrehmoment 252 als eine Linie durch 254 gezeigt wird, kann das Elektromotordrehmoment 252 zu einem beliebigen gewünschten Profil moduliert werden und wird in einer Ausführungsform aus einer zweidimensionalen Nachschlagetabelle mit einer angepassten Reaktion für das Fahrzeug bereitgestellt.
Nach dem Totspielbereich 254 wird wieder eine normale Drehmomentsteuerung mit einer schnellen Rampe oder einem schnellen Filter angenommen, um das Drehmoment 252 auf sanfte Weise zu dem Fahrerbedarf anzuheben. Indem der Anstieg oder die Aufladung des Eingangsdrehmoments 252 durch den Totspielbereich 254 gesteuert wird, wird das Getriebe 24 durch seinen entspannten Zustand geführt, wodurch die Verzahnung aus dem entspannten Zustand langsam in einem oder mehreren Zahneingriffen zusammengebracht wird und wenig bis gar kein Schnappen auftritt, wie durch das Ausgangsdrehmoment 256 gezeigt. Sobald die Verzahnung bei R2 kämmt, kann ein größeres Elektromotordrehmoment 252 ohne ein raues Ereignis und die resultierende raue Schwingung angewendet werden.
Eine ähnliche Art einer Steuerung für die Durchquerung eines Totspielbereichs wird im Falle einer Freigabe in 6b verwendet. Nach einem Freigabeereignis 260 wird das Elektromotordrehmoment 262 schnell verringert, um dem Fahrerbedarf oder Aufladungs-/Regenerationsbedarf zu entsprechen, bis der Punkt R2 erreicht wird. Von R2 bis R1 wird das Drehmoment 262 in der Totspielzone 264 in einer langsamen Rampen- oder Filterfunktion gesteuert, bis der Punkt R1 erreicht wird. Das Elektromotordrehmoment 262 kann durch den Totspielbereich 264 zu einem beliebigen Profil gesteuert werden. In einer Ausführungsform wird das Elektromotordrehmoment 262 vor der Totspielzone 264 schnell um einen großen Betrag verringert und wird durch die Totspielzone um einen viel kleineren Betrag verringert, um Totspiel in dem Antriebsstrang zu steuern und zu verringern. An dem Punkt R1 kämmt die Verzahnung und ein größeres Elektromotordrehmoment 262 kann in der negativen Richtung ohne ein raues Ereignis oder eine raue Schwingung angewendet werden, wie durch das sanfte Ausgangsdrehmoment 266 gezeigt.
7 zeigt ein Totspieldurchquerungsereignis, während der Verbrennungsmotor 12 eingeschaltet ist und das Fahrzeug 10 in einem Hybridmodus betrieben wird. In diesem Fall entspricht das Nettoeingangsdrehmoment dem Eingangsdrehmoment des Elektromotors 14 plus das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12. Demnach ist es notwendig, sowohl das Drehmoment des Elektromotors 14 als auch des Verbrennungsmotors 12 zu steuern, um ein Totspieldurchquerungsereignis abzuschwächen. Die stromaufwärtige Kupplung 18 ist zumindest teilweise eingekuppelt oder verriegelt. Die stromabwärtige Kupplung 22 kann zumindest teilweise eingekuppelt oder verriegelt sein, oder kann geöffnet sein, wenn sie mit einem Drehmomentwandler verwendet wird.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung wird der M/G 14, die Batterie 32 oder ein anderes verknüpftes Fahrzeugsystem an einem Schwellenwert oder einer Grenze oder innerhalb eines spezifizierten Abstands oder einer spezifizierten Spanne von einem Schwellenwert oder einer Grenze betrieben oder weist keine ausreichende Zuverlässigkeitsspanne auf, um ein Spiel abzuschwächen, während die Totspielzone durchquert wird. Der Schwellenwert oder die Grenze kann zum Beispiel auf der Temperatur der Batterie 32, einem Ladestatus der Batterie 32, einer Spulentemperatur des M/G 14, einer Drehzahl des M/G 14, einer Abgabegrenze für elektrischen Strom, einer Grenze für Ieff-Strom basieren. Von daher muss der M/G 14 nicht zwingend weiterhin verwendet werden, um das Drehmoment während der Totspieldurchquerung zu steuern, da er entweder an einer Grenze für den M/G 14 oder ein verknüpftes System betrieben wird oder eine Steuerung des Drehmoments des M/G 14 durch den Totspielbereich dazu führen würde, dass der M/G 14 oder ein verknüpftes System, den Schwellenwert oder die Grenze erreicht oder überschreitet oder innerhalb eines spezifizierten Abstands von der Grenze liegt. In einer Ausführungsform kann das Steuersystem 42, wenn der M/G 14, die Batterie 32 oder ein anderes verknüpftes Fahrzeugsystem nicht an einem Schwellenwert oder einer Grenze oder innerhalb eines spezifizierten Abstands oder einer spezifizierten Spanne von einem Schwellenwert oder einer Grenze betrieben wird, eine Steuerstrategie implementieren, wie in U.S.-Patent Nr. 8,954,215 B2 , erteilt am 10. Februar 2015 und hierin vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen, beschrieben, wobei das Drehmoment des M/G 14 gesteuert wird, um im Allgemeinen durch den Totspielbereich voranzugehen und das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 im Allgemeinen gehalten wird, da der M/G 14 eine schnellere Reaktionszeit und eine präzisere Steuerung hinsichtlich des bereitgestellten Drehmoments aufweist. Es wird ein konstanter oder im Allgemeinen konstanter Wert des Drehmoments des Verbrennungsmotors 12 befohlen, während das Drehmoment des Elektromotors 14 moduliert wird, um die gewünschte Wirkung hinsichtlich des Nettogetriebeeingangsdrehmoments zu erreichen. In dem Totspielbereich von R1 bis R2 liegt die Reaktion des Elektromotordrehmoments sowohl im Falle der Betätigung als auch der Freigabe vor der Reaktion des Verbrennungsmotordrehmoments.
In einem anderen Beispiel gemäß der vorliegenden Offenbarung wird der M/G 14, die Batterie 32 oder ein anderes verknüpftes Fahrzeugsystem weit entfernt von einem Schwellenwert oder einer Grenze bei oder innerhalb eines spezifizierten Abstands oder einer spezifizierten Spanne von einem Schwellenwert oder einer Grenze betrieben; jedoch wird das Drehmoment des M/G 14 bei einem im Allgemeinen konstanten Wert gehalten und nicht durch den Totspielbereich moduliert und das Verbrennungsmotordrehmoment wird moduliert, um die gewünschte Wirkung hinsichtlich des Nettogetriebeeingangsdrehmoments zu erreichen. Demnach wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 gesteuert, um im Allgemeinen durch den Totspielbereich voranzugehen und das Drehmoment des M/G 14 wird im Allgemeinen bei einem konstanten oder im Allgemeinen konstanten Wert gehalten. Das „schnelle“ Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 kann moduliert oder gesteuert werden, wie nachfolgend beschrieben.
Der Drehmomentausgang des Verbrennungsmotors 12 kann auf zwei Wegen gesteuert werden, einem Weg mit schnellem Drehmoment und einem Weg mit langsamem Drehmoment. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 kann auf einem Weg mit schnellem Drehmoment über eine Spätzündung, eine Steuerung der Kraftstoffzufuhr, z. B. Kraftstoffaussparung, eine Steuerung des Einspritzzeitpunkts, eine Steuerung der Ventilzeiteinstellung oder andere Steuerungen hinsichtlich des Betriebs des Verbrennungsmotors gesteuert werden, die eine schnelle Reaktion des Verbrennungsmotordrehmoments bereitstellen. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 kann auf einem Weg mit langsamem Drehmoment über eine Steuerung hinsichtlich des Luftstroms in den Verbrennungsmotor gesteuert werden, zum Beispiel indem die Drossel oder der Krümmer gesteuert wird.
In 7 geht das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 im Allgemeinen durch den Totspielbereich voran und das Drehmoment des Elektromotors 14 wird im Allgemeinen gehalten. Es wird ein konstanter oder im Allgemeinen konstanter Wert des Drehmoments des Elektromotors 14 befohlen, während das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 moduliert oder variiert wird, um die gewünschte Wirkung hinsichtlich des Nettogetriebeeingangsdrehmoments zu erreichen. In dem Totspielbereich von R1 bis R2 liegt die Reaktion des Drehmoments des Verbrennungsmotors 12 sowohl im Falle der Betätigung als auch der Freigabe vor der Reaktion des Drehmoments des Elektromotors 14.
Ein Betätigungsereignis bei 300 wird in 7A für das Gaspedalpositionssignal 302 gezeigt. Um dem Fahrerbedarf zu entsprechen, muss das Nettoeingangsdrehmoment 304 zu dem Getriebe erhöht werden, wodurch wiederum das Ausgangsdrehmoment 306 erhöht wird, um dem Fahrerbedarf an dem Gaspedal 302 zu entsprechen. Der Verbrennungsmotordrosselbefehl 308 wird auf Grundlage des Betätigungsereignisses 300 erhöht oder gesteigert und der Verbrennungsmotordrehmomentbefehl 310 wird ebenso erhöht, bevor das Nettoeingangsdrehmoment 304 den Punkt des Eingangsdrehmoments R1 erreicht. Der Verbrennungsmotordrosselbefehl 308 stellt außerdem einen gesamten Verbrennungsmotordrehmomentausgang dar, wenn keine Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment, wie über Linie 310 gezeigt, verwendet werden soll. Das Verbrennungsmotordrehmoment 310 wird über einen Steuerweg mit schnellem Drehmoment, wie etwa eine Spätzündung oder eine Kraftstoffsteuerung, im Vergleich zu dem Verbrennungsmotordrosselbefehl 308 zurückgehalten. Es wird vermerkt, dass das Verbrennungsmotordrehmomentverhältnis 312 abfällt, wenn der Verbrennungsmotordrosselbefehl 308 und -drehmomentbefehl 310 vor R1 erhöht werden. Der Drehmomentbefehl 314 des M/G 14 wird bei einem konstanten Wert gehalten, wenn R1 näher rückt. In dem vorliegenden Beispiel kann sich der M/G auf Grundlage eines Zustands des Elektromotors oder eines anderen elektrischen oder anderen Fahrzeugsystems bei einem oder in der Nähe eines eingeschränkten Betriebszustand(s) befinden, sodass der M/G 14 nicht moduliert wird, um das Nettoeingangsdrehmoment 304 zu steuern. Ein Fahrzeugzustand 316 wird so veranschaulicht, dass er innerhalb eines vorher festgelegten Abstands zu einer Grenze oder einem Schwellenwert 318 liegt. Der Fahrzeugzustand 316 in dem Beispiel kann ein Batterieladestatus oder ein anderer Zustand mit einem niedrigeren Schwellenwert sein, der dazu führt, dass eine Steuerung des Drehmoments des Elektromotors 14 eingeschränkt oder nicht verfügbar ist. Alternativ befindet sich der M/G 14 oder ein anderes elektrisches oder Fahrzeugsystem nicht bei einem oder in der Nähe eines eingeschränkten Betriebszustand(s) und wird bei einem konstanten Drehmomentausgang gehalten, während der Verbrennungsmotor 12 gesteuert und moduliert wird, um lediglich ein Betätigungselement zur besseren Steuerung des Triebwerks und des Antriebsstrangs des Fahrzeugs aufzuweisen, während sich das Fahrzeug dem Totspielbereich nähert und diesen durchquert.
Der Totspielbereich 320 erstreckt sich zwischen R1 und R2. Beim Eintritt in den Totspielbereich 320 wird der Verbrennungsmotordrehmomentbefehl 310 über die Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment durch den Totspielbereich 320 moduliert oder langsam gesteigert, wie in 7A gezeigt, bis der Totspielbereich durchquert wurde und R2 erreicht wird. Von R1 bis R2 in dem Totspielbereich 320 wird befohlen, dass das Elektromotordrehmoment 314 im Allgemeinen konstant ist und das Verbrennungsmotordrehmoment 310 wird langsam erhöht, um das Drehmoment durch die Totspielzone zu steuern, bis das Nettoeingangsdrehmoment R2 erreicht und die Verzahnung sanft kämmt. Natürlich kann befohlen werden, dass das Verbrennungsmotordrehmoment 310 andere Profile annimmt, um das Drehmoment durch die Totspielzone 320 zu steuern. Nach der Totspielzone 320 wird wieder eine normale Drehmomentsteuerung aufgenommen und der Drehmomentausgang des Verbrennungsmotors 12 und/oder des M/G 14 kann gesteuert werden, sodass das Eingangsdrehmoment 304 dem Drehmomentbedarf des Fahrers oder dem Ausgangsdrehmoment 306 entspricht. In dem vorliegenden Beispiel entspricht das Verbrennungsmotordrehmoment 310 dem Fahrerbedarf, sodass das Elektromotordrehmoment 314 konstant bleibt. In anderen Beispielen kann das Drehmoment des Elektromotors 14 nach der Totspielzone 320 gesteuert werden, um dem Fahrerbedarf zu entsprechen. Es wird vermerkt, dass das Ausgangsdrehmoment 306 unter Verwendung des Steuerverfahrens, wie beschrieben, kein merkliches Spiel aufweist.
Ein Freigabeereignis 350, veranschaulicht in 7B, für das Gaspedalpositionssignal 352. Um dem Fahrerbedarf zu entsprechen, muss das Nettoeingangsdrehmoment 354 zu dem Getriebe verringert werden, wodurch wiederum das Ausgangsdrehmoment 356 verringert wird, um dem Fahrerbedarf über das Gaspedal 352 zu entsprechen. Der Verbrennungsmotordrosselbefehl 358 wird auf Grundlage des Freigabeereignisses 350 verringert oder heruntergesetzt und der Verbrennungsmotordrehmomentbefehl 360 wird ebenso verringert, bevor das Nettoeingangsdrehmoment 354 den Punkt des Eingangsdrehmoments R1 erreicht. Der Verbrennungsmotordrosselbefehl 358 stellt außerdem einen gesamten Verbrennungsmotordrehmomentausgang dar, wenn keine Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment verwendet werden soll. Der Drehmomentbefehl 362 des M/G 14 wird bei einem konstanten Wert gehalten, wenn R1 näher rückt. In dem vorliegenden Beispiel kann sich der M/G 14 auf Grundlage eines Zustands des Elektromotors oder eines anderen elektrischen oder anderen Fahrzeugsystems bei einem oder in der Nähe eines eingeschränkten Betriebszustand(s) befinden, sodass der M/G 14 konstant gehalten und nicht moduliert wird, um das Nettoeingangsdrehmoment 354 zu steuern. Ein Fahrzeugzustand 364 wird so veranschaulicht, dass er innerhalb eines vorher festgelegten Abstands zu einer Grenze oder einem Schwellenwert 366 liegt. Der Fahrzeugzustand in dem Beispiel kann eine Nettoelektromotordrehzahl, eine Batterietemperatur, eine Elektromotortemperatur oder ein anderer Zustand mit einem höheren Schwellenwert sein, der dazu führt, dass eine Steuerung des Drehmoments des Elektromotors 14 eingeschränkt oder nicht verfügbar ist. Alternativ befindet sich der M/G 14 oder ein anderes elektrisches oder Fahrzeugsystem nicht bei einem oder in der Nähe eines eingeschränkten Betriebszustand(s) und wird bei einem konstanten Drehmomentausgang gehalten, während der Verbrennungsmotor 12 gesteuert und moduliert wird, um lediglich ein Betätigungselement zur besseren Steuerung des Triebwerks und des Antriebsstrangs des Fahrzeugs aufzuweisen, während sich das Fahrzeug dem Totspielbereich nähert und diesen durchquert.
Der Totspielbereich 368 erstreckt sich zwischen R1 und R2. Beim Eintritt in den Totspielbereich 368 wird der Verbrennungsmotordrosselbefehl 358 bei einem konstanten Wert gehalten und der Verbrennungsmotordrehmomentbefehl 360 wird über die Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment durch den Totspielbereich 368 moduliert oder langsam gesteigert, wie in 7B gezeigt, bis der Totspielbereich durchquert wurde und R2 erreicht wird. Von R1 bis R2 in dem Totspielbereich 368 wird befohlen, dass das Elektromotordrehmoment 362 im Allgemeinen konstant ist und das Verbrennungsmotordrehmoment 360 wird langsam verringert, um das Drehmoment durch die Totspielzone zu steuern, bis das Nettoeingangsdrehmoment 354 R2 erreicht und die Verzahnung sanft kämmt. Natürlich kann befohlen werden, dass das Verbrennungsmotordrehmoment 360 andere Profile annimmt, um das Drehmoment durch die Totspielzone 368 zu steuern. Es wird vermerkt, dass das Verbrennungsmotordrehmomentverhältnis 370 abfällt, wenn der Verbrennungsmotordrehmomentbefehl 360 durch die Totspielzone 368 verringert wird und dann erhöht wird, wenn der Verbrennungsmotordrosselbefehl 358 nach der Totspielzone 368 oder nach R2 verringert wird. Nach der Totspielzone 368 wird befohlen, dass die Verbrennungsmotordrossel 358 verringert wird und eine normale Drehmomentsteuerung wird wieder aufgenommen und der Drehmomentausgang des Verbrennungsmotors 12 und/oder des M/G 14 kann gesteuert werden, sodass das Eingangsdrehmoment 354 dem Drehmomentbedarf des Fahrers oder dem Ausgangsdrehmoment 356 entspricht. In dem vorliegenden Beispiel entspricht das Verbrennungsmotordrehmoment 360 dem Fahrerbedarf, sodass das Elektromotordrehmoment 362 konstant bleibt. In anderen Beispielen kann das Drehmoment des Elektromotors 14 nach der Totspielzone 368 gesteuert werden, um dem Fahrerbedarf zu entsprechen. Es wird vermerkt, dass das Ausgangsdrehmoment 356 unter Verwendung des Steuerverfahrens, wie beschrieben, kein merkliches Spiel aufweist.
Das Verfahren zur Steuerung der Totspielzonendurchquerung wird in 8 als Ablaufdiagramm gezeigt. Es wird vermerkt, dass das Verfahren in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Schritte aufweisen kann und die Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. Der linke Teil des Ablaufdiagramms zeigt im Allgemeinen einen Betrieb, bei dem ein Fahrerbedarf erhöht wird oder Betätigungsbedingungen und der rechte Teil des Ablaufdiagramms zeigt im Allgemeinen den Betrieb, bei dem ein Fahrerbedarf verringert wird oder Freigabebedingungen.
Die Steuerung oder das Steuersystem 42 für das Fahrzeug 10 beginnt bei Block 400 und fährt mit Block 402 fort, wo ermittelt wird, ob das Eingangsdrehmoment τ_ein, positiv oder negativ ist. Wenn das Eingangsdrehmoment positiv ist, fährt die Steuerung 42 mit 404 fort, wo sie ermittelt, ob der Fahrerbedarf verringert wird, wie etwa durch ein Freigabeereignis, wofür ein Beispiel in 7B gezeigt wird. Wenn der Fahrerbedarf bei 404 verringert wird, überwacht die Steuerung 42 das Getriebeeingangsdrehmoment im Vergleich zu der Totspielzone. Wenn das Getriebeeingangsdrehmoment bei 406 in die Totspielzone eintritt, ermittelt die Steuerung 42 bei 408, ob der Verbrennungsmotor 12 betrieben wird und ein Drehmoment bereitstellt. Wenn der Verbrennungsmotor 12 nicht betrieben wird, was einem rein elektrischen Betriebsmodus für das Fahrzeug entspricht, steuert die Steuerung 42 bei 410 die Verringerung des Drehmoments des Elektromotors 14, bis die Totspielzone verlassen wird. Wenn der Verbrennungsmotor 12 bei 408 betrieben wird, was einem Hybridbetriebsmodus für das Fahrzeug entspricht, fährt die Steuerung 42 mit Block 412 fort und hält den Drehmomentausgang des Elektromotors 14 konstant oder behält ihn bei einem konstanten Wert bei und setzt bei 414 langsam den Drehmomentausgang des Verbrennungsmotors 12 über eine Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment herab, bis die Totspielzone durchquert wurde. Die Steuerung 42 setzt dann die Drossel des Verbrennungsmotors 12 auf ein gewünschtes Niveau herab, sodass dem Eingangsdrehmoment, das dem angeforderten Ausgangsdrehmoment entspricht, bei 416 entsprochen wird und stellt dann bei 418 das Drehmoment des Elektromotors 14 und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 ein, steuert oder moduliert diese(s), sodass das Eingangsdrehmoment dem Drehmomentbedarf des Fahrers entspricht.
Wenn das Eingangsdrehmoment bei 402 negativ ist, fährt die Steuerung 42 mit 420 fort, wo sie ermittelt, ob der Fahrerbedarf erhöht wird, wie etwa durch ein Betätigungsereignis, wofür ein Beispiel in 7A gezeigt wird. Wenn der Fahrerbedarf bei 420 erhöht wird, überwacht die Steuerung 42 das Getriebeeingangsdrehmoment im Vergleich zu der Totspielzone. Wenn das Getriebeeingangsdrehmoment bei 422 in die Totspielzone eintritt, ermittelt die Steuerung 42 bei 424, ob der Verbrennungsmotor 12 betrieben wird und ein Drehmoment bereitstellt. Wenn der Verbrennungsmotor 12 nicht betrieben wird, was einem rein elektrischen Betriebsmodus für das Fahrzeug entspricht, steuert die Steuerung 42 bei 426 den Anstieg des Drehmoments des Elektromotors 14, bis die Totspielzone verlassen wird. Wenn der Verbrennungsmotor 12 bei 424 betrieben wird, was einem Hybridbetriebsmodus für das Fahrzeug entspricht, fährt die Steuerung 42 mit Block 428 fort und hält den Drehmomentausgang des Elektromotors 14 konstant oder bei einem konstanten Wert. Die Steuerung 42 erhöht oder öffnet die Drossel des Verbrennungsmotors 12 bei 430 und hält den Drehmomentausgang des Verbrennungsmotors über eine Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment zurück und erhöht dann bei 432 langsam das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 über die Steuerstrategie mit einem schnellen Drehmoment, bis die Totspielzone durchquert wurde. Die Steuerung 42 stellt dann bei 434 das Drehmoment des Elektromotors 14 und/oder das Drehmoment des Verbrennungsmotors 12 ein, steuert oder moduliert diese(s), sodass das Eingangsdrehmoment dem Drehmomentbedarf des Fahrers entspricht.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke anstatt einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9037329 B2 [0038]
US 7223203 B2 [0038]
US 8954215 B2 [0091]

Claims

Fahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor; einen Fahrmotor, der mit dem Verbrennungsmotor durch eine stromaufwärtige Kupplung verbunden ist; einen Antriebsstrang, der mit einem Fahrzeugrad verbunden ist, wobei der Antriebsstrang mit dem Fahrmotor durch eine stromabwärtige Kupplung verbunden ist; und eine Steuerung, um die Änderungsrate eines Drehmoments zu begrenzen, das auf eine Antriebsstrangkomponente angewendet wird, wenn die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Kupplungen verriegelt sind, indem ein Verbrennungsmotordrehmoment durch einen Bereich gesteuert wird, der eine Drehmomentumkehr umgibt, ein Antriebsstrangeingangsdrehmoment während einer Drehmomentumkehr eines Antriebsstrangausgangsdrehmoments gesteuert wird, um die Änderungsrate des Antriebsstrangausgangsdrehmonents zu begrenzen und ein Verbrennungsmotordrehmoment während einer Drehmomentumkehr von mindestens einer Antriebsstrangkomponente gesteuert wird, wobei der Bereich als eine Funktion des Antriebsstrangeingangsdrehmoments, des Antriebsstrangausgangsdrehmoments, nichtproportionaler Antriebsstrangverluste und eines tatsächlichen Drehmomentverhältnisses durch den Antriebsstrang definiert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um ein Elektromotordrehmoment durch den Bereich bei einem konstanten Wert beizubehalten, während das Verbrennungsmotordrehmoment gesteuert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um ein Elektromotordrehmoment durch den Bereich bei einem konstanten Wert beizubehalten, um einen Fahrzeugsystemzustand daran zu hindern, dass er einen vorher festgelegten Schwellenwert erreicht.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei der Fahrzeugsystemzustand eines von einer Drehzahl des Elektromotors, eines elektrischen Stroms des Elektromotors, eines Traktionsbatterieladestatus, einer Traktionsbatterietemperatur und einer Elektromotortemperatur umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das Elektromotordrehmoment durch einen Bereich steuert, der eine Änderung der Drehmomentrichtung umgibt und das Elektromotordrehmoment während einer Drehmomentumkehr von mindestens einer Antriebsstrangkomponente steuert, um die Änderungsrate des Drehmoments zu begrenzen, das auf die Antriebsstrangkomponente angewendet wird, wenn der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und von dem Fahrmotor entkoppelt ist; und wobei das Eingangsdrehmoment auf dem Elektromotordrehmoment und dem Verbrennungsmotordrehmoment basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Drehmomentumkehr von einem negativen zu einem positiven Drehmoment erfolgt; und wobei die Steuerung das Verbrennungsmotordrehmoment steuert, indem zumindest teilweise ein Drosselventil vor dem Bereich geöffnet wird, die Stellung des Drosselventils durch den Bereich beibehält und das Verbrennungsmotordrehmoment über eine Drehmomentsteuerung auf dem schnellen Pfad durch den Bereich erhöht.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Drehmomentumkehr von einem negativen zu einem positiven Drehmoment als Reaktion auf eine Betätigung des Gaspedals erfolgt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Drehmomentumkehr von einem positiven zu einem negativen Drehmoment erfolgt; und wobei die Steuerung das Verbrennungsmotordrehmoment steuert, indem die Stellung eines Drosselventils durch den Bereich beibehalten wird, das Verbrennungsmotordrehmoment über eine Drehmomentsteuerung auf dem schnellen Pfad durch den Bereich verringert wird und das Drosselventil nach dem Bereich zumindest teilweise geschlossen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei die Drehmomentumkehr von einem negativen zu einem positiven Drehmoment als Reaktion auf eine Freigabe des Gaspedals erfolgt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung das Verbrennungsmotordrehmoment durch den Bereich über eine von einer Drehmomentsteuerung auf dem schnellen Pfad und einer Spätzündung steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die stromabwärtige Kupplung eine Bypass-Kupplung für einen Drehmomentwandler ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die stromaufwärtige Kupplung eingekuppelt ist, während das Verbrennungsmotordrehmoment durch den Bereich gesteuert wird.
Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, umfassend das Steuern eines Verbrennungsmotordrehmoments zu einem spezifizierten Profil und das Beibehalten des Elektromotordrehmoments während mindestens einer von einer Umkehr des Raddrehmoments und des Antriebsstrangkomponentendrehmoments bei einem im Allgemeinen konstanten Wert, um eine Änderungsrate des Fahrzeugausgangsdrehmoments durch einen Totspielbereich zu begrenzen, der mit einer Spanne von Antriebsstrangdrehmomentverhältnissen verknüpft ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Verbrennungsmotor zu dem spezifizierten Profil durch den Totspielbereich gesteuert wird, sodass eine Drosselstellung innerhalb des Totspielbereichs unverändert ist und ein Verbrennungsmotordrehmoment über eine Drehmomentsteuerung auf dem schnellen Pfad variiert wird, und wobei das Elektromotordrehmoment durch den Totspielbereich bei dem im Allgemeinen konstanten Wert beibehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Totspielbereich an einem Ende durch ein positives Eingangsdrehmoment und ein nullwertiges Ausgangsdrehmoment und an dem anderen Ende durch ein nullwertiges Eingangsdrehmoment und ein negatives Ausgangsdrehmoment begrenzt ist.