DE102017127501A1

DE102017127501A1 - Herunterschaltsteuerung für eine nutzbremsung unter verwendung prädiktiver informationen

Info

Publication number: DE102017127501A1
Application number: DE102017127501.0A
Authority: DE
Inventors: Bernard D. Nefcy; Yanan Zhao; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2018-05-24
Also published as: US20180141557A1; CN108099896A; US10336334B2

Abstract

Ein Fahrzeug kann eine Brennkraftmaschine aufweisen, die selektiv an einen Motor und ein Getriebe gekoppelt ist. Das Fahrzeug kann eine Steuerung beinhalten, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf eine Betätigung eines Bremspedals das Getriebe während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung zum Herunterschalten anzuweisen. Das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung kann anhand einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals bestimmt werden. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann auf einer Straßenneigung, einer Verkehrstaktspanne des Fahrzeugs und eine Vorgeschichte eines Fahrers basieren. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann als niedrig, mittel oder hoch eingestuft werden. Das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung kann auch anhand einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate bestimmt werden, die auf einer vorhergesagten Entschleunigungsrate des Fahrzeugs, einer Vorhersage der Fahrzeugdrehzahl und einer Vorhersage der Straßenneigung innerhalb eines zukünftigen Zeitraums basiert, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Strategie zum Herunterschalten eines Automatikgetriebes zur Erhöhung der Effizienz einer Nutzbremsung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Bei vielen Hybrid- und Elektrofahrzeugen wird eine Nutzbremsung angewandt, um während Bremsereignissen Elektrizität zu erzeugen und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Während dieser Ereignisse wird die kinetische Energie des Fahrzeugs unter Verwendung einer elektrischen Maschine als Bremse und Generator in Elektrizität zum Laden einer Hochspannungsbatterie umgewandelt. Da die Effizienz einer Nutzbremsung bei niedrigen Drehzahlen verringert wird, kann ein Automatikgetriebe des Fahrzeugs heruntergeschaltet werden, um die Drehzahl der elektrischen Maschine zu erhöhen und das verfügbare Drehmoment und die Effizienz zu erhöhen. Es ist wünschenswert, Systeme und Verfahren zur Planung des ersten Herunterschaltens des Automatikgetriebes zu einem angemessenen Zeitpunkt während des Bremsvorgangs bereitzustellen, sodass die elektrische Maschine ihre maximale Leistung abgeben kann, um die Effizienz einer Nutzbremsung und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden Systeme und Verfahren zum Steuern eines Herunterschaltens eines Getriebes während eines Nutzbremsereignisses offenbart, um die Effizienz einer Nutzbremsung und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Insbesondere wird die Zeit des ersten Herunterschaltens für eine Nutzbremsung auf der Grundlage der kommenden oder vorhergesagten Bremsdrehmomentrate und/oder Krafteinsatzrate des Bremspedals eingestellt.
In einer Ausführungsform wird ein Fahrzeug offenbart, das eine Brennkraftmaschine aufweist, die selektiv an einen Motor und ein Getriebe gekoppelt ist. Das Fahrzeug beinhaltet eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf eine Betätigung eines Bremspedals das Getriebe während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung zum Herunterschalten anzuweisen. Das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung wird anhand einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals bestimmt. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann auf einer aktuellen Straßenneigung basieren, die nach Betätigung des Bremspedals berechnet wird, oder auf einer durchschnittlichen Straßenneigung, die über einen zukünftigen Zeitraum geschätzt wird, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann auch auf einer Vorgeschichte des Fahrers basieren. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann ferner auf einer Verkehrstaktspanne und einer Änderungsrate davon basieren. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann als entweder niedrig, mittel oder hoch eingestuft werden. Das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung kann auch anhand eines Mindestnutzdrehmoments bestimmt werden, das auf einem Mindestdrehmoment des Motors und einem Schwellenwert basiert, der mit einer bestimmten Betriebstoleranz des Motors verknüpft ist.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Fahrzeug offenbart, das eine Brennkraftmaschine aufweist, die selektiv an einen Motor und ein Getriebe gekoppelt ist. Das Fahrzeug beinhaltet eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf eine Betätigung eines Bremspedals das Getriebe während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung, das anhand einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate bestimmt wird, zum Herunterschalten anzuweisen. Die vorhergesagte Bremsdrehmomentrate kann auf einer vorhergesagten Entschleunigungsrate des Fahrzeugs über einen zukünftigen Zeitraum basieren, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt. Die vorhergesagte Bremsdrehmomentrate kann auch auf einer Vorhersage der Fahrzeugdrehzahl und einer Vorhersage der Straßenneigung innerhalb eines zukünftigen Zeitraums basieren, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt. Das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung kann ferner anhand einer Getriebeschaltzeit bestimmt werden, die auf einer Zeitdauer zwischen der Ausführung eines Herunterschaltens des Getriebes und einer Änderung eines Drehmomentverhältnisses basiert, das sich aus dem Herunterschalten des Getriebes während des Nutzbremsereignisses ergibt.
In noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren offenbart, dass als Reaktion auf eine Bremspedalbetätigung das Anweisen eines Getriebes eines Fahrzeugs zum Herunterschalten während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung beinhaltet, das anhand einem von einer vorhergesagten Bremspedalrate und einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate bestimmt wird. Die vorhergesagte Bremspedalrate kann auf einem Unterschied zwischen einer aktuellen Straßenneigung und einer durchschnittlichen Straßenneigung basieren.
Verschiedene Ausführungsformen können einen oder mehrere Vorteile bieten. Eine Herunterschaltsteuerung für eine Nutzbremsung gemäß verschiedenen Ausführungsformen stellt beispielsweise die Zeit des ersten Herunterschaltens für eine Nutzbremsung auf der Grundlage der kommenden oder vorhergesagten Bremsrate ein. Je schneller die Bremse somit betätigt wird, desto früher erfolgt das erste Herunterschalten für eine Nutzbremsung. Das trägt mit dazu bei, die Effizienz einer Nutzbremsung und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern. Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale verschiedener Ausführungsformen des beanspruchten Gegenstands werden von einem Durchschnittsfachmann auf der Grundlage der beschriebenen und dargestellten repräsentativen Ausführungsformen erkannt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Einstufen einer Krafteinsatzrate eines Bremspedals unter Verwendung prädiktiver Informationen zur Straßenneigung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Einstufen einer Krafteinsatzrate eines Bremspedals unter Verwendung prädiktiver Informationen zur Verkehrstaktspanne gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Schätzen einer Bremsdrehmomentrate unter Verwendung prädiktiver Informationen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 ist ein Ablaufdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens zum Bestimmen eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung unter Verwendung prädiktiver Informationen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine grafische Darstellung der Wirkungen einer Schaltzeit auf das Motordrehmoment gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hierin offenbarte konkrete bauliche und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einem Fachmann die vielfältige Nutzung der Ausführungsformen zu lehren. Für einen Fachmann ist es offensichtlich, dass diverse Merkmale, wie diese unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, welche mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
Bezugnehmend auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gezeigt. 1 veranschaulicht repräsentative Beziehungen unter den Komponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten im Fahrzeug kann abweichend sein. Das HEV 10 beinhaltet einen Antrieb 12. Der Antrieb 12 beinhaltet eine Brennkraftmaschine 14, die ein Getriebe 16 antreibt, das als ein modulares Hybridgetriebe (Modular Hybrid Transmission, MHT) bezeichnet werden kann. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, beinhaltet das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie etwa einen elektrischen Motor/Generator (M/G) 18, eine zugehörige Triebbatterie 20, einen Drehmomentwandler 22 und ein Automatikgetriebe 24 mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis. Die Brennkraftmaschine 14, der M/G 18, der Drehmomentwandler 22 und das Automatikgetriebe 16 sind nacheinander in Reihe verbunden, wie in 1 dargestellt.
Die Brennkraftmaschine 14 und der M/G 18 sind beide Antriebsquellen für das HEV 10. Die Brennkraftmaschine 14 stellt allgemein eine Leistungsquelle dar, die eine Brennkraftmaschine wie etwa eine mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebene Brennkraftmaschine oder eine Brennstoffzelle beinhalten kann. Die Brennkraftmaschine 14 erzeugt eine Brennkraftmaschinenleistung und ein entsprechendes Brennkraftmaschinendrehmoment, das dem M/G 18 zugeführt wird, wenn eine Ausrückkupplung 26 zwischen der Brennkraftmaschine 14 und dem M/G 18 wenigstens teilweise eingerückt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige einer Vielzahl von Arten von elektrischen Maschinen implementiert sein. Beispielsweise kann der M/G 18 ein Dauermagnetsynchronmotor sein. Leistungselektronik bereitet Gleichstrom(DC)-Leistung, die von der Batterie 20 bereitgestellt wird, gemäß den Anforderungen des M/G 18 auf, wie im Folgenden beschrieben wird. Leistungselektronik kann beispielsweise Drehstrom (AC) an den M/G 18 bereitstellen.
Wenn die Ausrückkupplung 26 wenigstens teilweise eingerückt ist, kann Leistung von der Brennkraftmaschine 14 an den M/G 18 oder vom M/G 18 an die Brennkraftmaschine 14 fließen. Die Ausrückkupplung 26 kann beispielsweise eingerückt sein und der M/G 18 kann als Generator betrieben werden, um Rotationsenergie, die von einer Kurbelwelle 28 und einer M/G-Welle 30 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Die Ausrückkupplung 26 kann auch ausgerückt sein, um die Brennkraftmaschine 14 vom übrigen Antrieb 12 zu trennen, sodass der M/G 18 als einzige Antriebsquelle des HEV 10 wirken kann. Die Welle 30 erstreckt sich durch den M/G 18. Der M/G 18 ist in kontinuierlicher Antriebsverbindung mit der Welle 30, wohingegen die Brennkraftmaschine 14 nur dann eine Antriebsverbindung mit der Welle 30 aufweist, wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt ist.
Ein getrennter Anlassermotor 31 kann selektiv in die Brennkraftmaschine 14 eingerückt sein, um die Brennkraftmaschine zum Zulassen des Beginns der Verbrennung zu drehen. Sobald die Brennkraftmaschine angelassen ist, kann der Anlassermotor 31 über beispielsweise eine Kupplung (nicht gezeigt) zwischen dem Anlassermotor 31 und der Brennkraftmaschine 14 aus der Brennkraftmaschine ausgerückt werden. In einer Ausführungsform wird die Brennkraftmaschine 14 vom Anlassermotor 31 angelassen, während die Ausrückkupplung 26 ausgerückt ist und die Brennkraftmaschine und den M/G 18 getrennt hält. Sobald die Brennkraftmaschine angelassen ist und die Drehzahl des M/G 18 erreicht hat, kann die Ausrückkupplung 26 die Brennkraftmaschine mit dem M/G koppeln, sodass die Brennkraftmaschine das Antriebsdrehmoment bereitstellen kann.
In einer anderen Ausführungsform ist kein Anlassermotor 31 bereitgestellt und stattdessen wird die Brennkraftmaschine 14 von dem M/G 18 angelassen. Zu diesem Zweck rückt die Ausrückkupplung 26 teilweise ein, um Drehmoment von dem M/G 18 auf die Brennkraftmaschine 14 zu übertragen. Der M/G 18 muss gegebenenfalls die Drehzahl erhöhen, um die Anforderung des Fahrers zu erfüllen und gleichzeitig die Brennkraftmaschine 14 anzulassen. Die Ausrückkupplung 26 kann dann vollständig einrücken, sobald die Drehzahl der Brennkraftmaschine die Drehzahl des M/G erreicht hat.
Der M/G 18 ist über die Welle 30 mit dem Drehmomentwandler 22 verbunden. Der Drehmomentwandler 22 ist somit mit der Brennkraftmaschine 14 verbunden, wenn die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt ist. Der Drehmomentwandler 22 beinhaltet ein an der M/G-Welle 30 befestigtes Laufrad und eine an einer Getriebeeingangswelle 32 befestigte Turbine. Der Drehmomentwandler 22 stellt somit eine hydraulische Kupplung zwischen der Welle 30 und der Getriebeeingangswelle 32 bereit. Der Drehmomentwandler 22 überträgt Leistung vom Laufrad auf die Turbine, wenn das Laufrad schneller dreht als die Turbine. Die Größenordnung des Turbinendrehmoments und des Laufraddrehmoments hängt allgemein von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis von Laufraddrehzahl zu Turbinendrehzahl ausreichend hoch ist, ist die Turbinendrehzahl ein Vielfaches der Laufraddrehzahl. Weiterhin kann eine Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34 bereitgestellt sein, die, wenn eingerückt, Laufrad und Turbine des Drehmomentwandlers 22 kraftschlüssig oder formschlüssig koppelt, was eine effizientere Leistungsübertragung erlaubt. Die Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34 kann als Anfahrkupplung betrieben werden, um ein gleichmäßiges Anfahren des Fahrzeugs bereitzustellen. Als Alternative oder in Kombination kann bei Anwendungen, die keinen Drehmomentwandler 22 oder keine Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34 beinhalten, eine Anfahrkupplung ähnlich der Ausrückkupplung 26 zwischen dem M/G 18 und dem Getriebe 24 bereitgestellt werden. In einigen Anwendungen wird die Ausrückkupplung 26 allgemein als eine vorgeschaltete Kupplung bezeichnet und die Anfahrkupplung 34 (die eine Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung sein kann) wird allgemein als eine nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Getriebe 24 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die selektiv durch selektives Eingreifen von Reibungselementen, wie Kupplungen und Bremsen (nicht dargestellt), in unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen angeordnet sind, um die gewünschten mehreren diskreten oder stufenförmigen Antriebsverhältnisse zu schaffen. Die Reibungselemente sind über einen Schaltplan steuerbar, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze zum Steuern des Verhältnisses zwischen einer Getriebeausgangswelle 36 und der Getriebeeingangswelle 32 verbindet und trennt. Das Getriebe 24 wird automatisch von einer verknüpften Steuerung, wie einer Antriebssteuereinheit (Powertrain Control Unit, PCU), auf der Grundlage verschiedener Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen von einem Verhältnis zum anderen geschaltet. Das Getriebe 24 stellt dann ein Antriebsausgangsdrehmoment an der Ausgangswelle 36 bereit.
Es ist offensichtlich, dass das hydraulisch gesteuerte Getriebe 24, das zusammen mit einem Drehmomentwandler 22 verwendet wird, nur ein Beispiel eines Getriebes oder einer Getriebeanordnung ist; jedes Getriebe mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis, das ein Eingangsdrehmoment bzw. Eingangsdrehmomente von einer Brennkraftmaschine und/oder einem Motor aufnimmt und dann ein Drehmoment an einer Ausgangswelle mit unterschiedlichen Verhältnissen bereitstellen, ist zur Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung akzeptabel. Das Getriebe 24 kann beispielsweise durch ein automatisches mechanisches (oder manuelles) Getriebe (Automated Mechanical Transmission, AMT) implementiert werden, das einen oder mehrere Servomotoren zur Translations-/Drehbewegung von Schaltgabeln entlang einer Schaltschiene zum Auswählen eines gewünschten Übersetzungsverhältnisses beinhaltet. Für den Durchschnittsfachmann ist es offensichtlich, dass ein AMT beispielsweise für Anwendungen mit höheren Drehmomentanforderungen verwendbar ist.
Wie aus der repräsentativen Ausführungsform in 1 gezeigt, ist die Ausgangswelle 36 mit einem Differenzial 40 verbunden. Das Differenzial 40 treibt ein Paar Räder 42 über jeweilige Achsen 44 an, die mit dem Differenzial 40 verbunden sind. Das Differenzial überträgt ein etwa gleiches Drehmoment auf jedes Rad 42, während es geringfügige Drehzahlunterschiede zulässt, beispielsweise, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Zum Verteilen des Drehmoments vom Antrieb auf ein oder mehrere Räder können unterschiedliche Differenzialtypen oder ähnliche Vorrichtungen verwendet werden. In einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung beispielsweise in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebsmodus oder Betriebszustand schwanken.
Der Antrieb 12 beinhaltet ferner eine verknüpfte Steuerung 50, wie eine Antriebssteuereinheit (PCU). Die Steuerung 50 ist zwar als eine Steuerung dargestellt, kann aber Teil eines größeren Steuersystems sein und kann durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10 gesteuert werden, wie eine Fahrzeugsystemsteuerung (Vehicle System Controller, VSC). Es ist daher offensichtlich, dass die Antriebssteuereinheit 50 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Stellglieder als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren zur Steuerung von Funktionen, wie Nutzbremsung und Herunterschalten, Anlassen/Ausschalten, Betreiben des M/G 18 zum Bereitstellen von Drehmoment an Rädern oder zum Laden der Batterie 20, Auswählen oder Planen von Getriebeschaltungen usw., steuert. Die Steuerung 50 kann einen Mikroprozessor oder eine zentrale Prozessoreinheit (Central Processing Unit, CPU) in Kommunikation mit verschiedenen Typen von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien beinhalten. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können beispielsweise flüchtige und nicht flüchtige Speicher wie Festwertspeicher (Read-Only Memory, ROM), Direktzugriffsspeicher (Random-Access Memory, RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) sein. Ein KAM ist ein permanenter oder nicht flüchtiger Speicher, der zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet wird, wenn die CPU heruntergefahren ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung jedes einer Anzahl bekannter Speichervorrichtungen umgesetzt werden, wie programmierbare Festwertspeicher (Programmable Read-Only Memory, PROM), elektrisch programmierbare Festwertspeicher (Electrically PROM, EPROM), elektrisch löschbare programmierbare Festwertspeicher (Electrically Erasable PROM, EEPROM), Flash-Speicher oder jeder anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtung, die zum Speichern von Daten in der Lage ist, von denen einige ausführbare Anweisungen repräsentieren und die von der Steuerung zum Steuern der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs verwendet werden.
Die Steuerung tauscht mit verschiedenen Brennkraftmaschinen-/Fahrzeugsensoren und -stellgliedern Daten über eine Eingabe-/Ausgabe-(I/O)-Schnittstelle aus, die als integrierte Einzelschnittstelle implementiert sein kann, die verschiedene Rohdaten oder Signalaufbereitung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips zum Aufbereiten und Verarbeiten bestimmter Signale verwendet werden, ehe diese an die CPU gesendet werden. Wie allgemein in der repräsentativen Ausführungsform in 1 dargestellt, kann die Steuerung 50 Signale an die Brennkraftmaschine 14, die Ausrückkupplung 26, den M/G 18, die Anfahrkupplung 34, das Getriebe 24 und die Leistungselektronik 56 senden und/oder davon empfangen. Für den Durchschnittsfachmann sind verschiedene Funktionen oder Komponenten offensichtlich, die von der Steuerung 50 innerhalb jedes der vorstehend genannten Untersysteme steuerbar sind, auch wenn dies nicht ausdrücklich dargestellt ist. Zu repräsentativen Beispielen für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die direkt oder indirekt unter Verwendung einer Steuerlogik betätigbar sind, die von der Steuerung ausgeführt wird, gehören Kraftstoffeinspritzzeit, -rate und -dauer, Drosselklappenstellung, Zündkerzenzündzeit (bei Ottomotoren), Einlass- und Auslassventilzeit und -dauer, Komponenten eines Vorderwagen-Nebenaggregatantriebs (Front-End Accessory Drive, FEAD), wie ein Wechselstromgenerator, ein Verdichter der Klimaanlage, Batterieladung, Nutzbremsung, M/G-Betrieb, Kupplungsdruck für die Ausrückkupplung 26, die Anfahrkupplung 34 und das Getriebe 24 und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über die I/O-Schnittstelle senden, können beispielsweise zur Angabe von Turbocharger-Ladedruck, Kurbelwellenstellung (PIP), Drehzahl der Brennkraftmaschine (RPM), Raddrehzahlen (WS1, WS2), Fahrzeugdrehzahl (VSS), Kühlmitteltemperatur (ECT), Saugrohrdruck (MAP), Gaspedalstellung (APPS), Zündschalterstellung (IGN), Drosselklappenstellung (TP), Lufttemperatur (TMP), Konzentration und Gegenwart von Sauerstoff im Abgas (EGO) oder anderen Abgaskomponenten, Ansaugluftstrom (MAF), Übersetzungsgetriebe, -verhältnis oder -modus, Getriebeöltemperatur (TOT), Getriebeturbinendrehzahl (TS), Zustand der Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34 (TCC), Entschleunigungs- oder Schaltmodus (MDE) verwendet werden.
Steuerlogik oder von der Steuerung 50 durchgeführte Funktionen können anhand von Ablaufdiagrammen oder ähnlichen Diagrammen in einer oder mehreren Figuren repräsentiert sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik dar, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multi-Threading und dergleichen, implementiert werden können. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Folge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen ausgelassen werden. Für einen Durchschnittsfachmann ist es offensichtlich, dass eine oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Verarbeitungsstrategie mehrfach durchgeführt werden können, auch wenn dies nicht ausdrücklich dargestellt ist. Entsprechend ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht zwingend erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern ist nur zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Die Steuerlogik kann in erster Linie in Software implementiert sein, die von einem auf Mikroprozessoren basierenden Fahrzeug, einer solchen Brennkraftmaschine und/oder Antriebssteuerung, wie der Steuerung 50, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen implementiert sein. Bei der Implementierung in Software kann die Steuerlogik in einer oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, in denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen repräsentieren, die von einem Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder dessen Untersysteme ausgeführt werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Anzahl bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die ein elektrisches, magnetisches und/oder optisches Speichern zum Aufbewahren ausführbarer Anweisungen und verknüpfter Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen nutzen.
Ein Gaspedal 52 wird vom Fahrer des Fahrzeugs zum Bereitstellen eines angeforderten Drehmoments, einer angeforderten Leistung oder einer Antriebsanweisung zum Vorwärtstreiben des Fahrzeugs verwendet. Im Allgemeinen generiert ein Herunterdrücken und Loslassen des Pedals 52 ein Gaspedalstellungssignal, das von der Steuerung 50 als Anforderung nach erhöhter Leistung bzw. verminderter Leistung interpretiert werden kann. Auf der Grundlage mindestens einer Eingabe vom Pedal fordert die Steuerung 50 Drehmoment von der Brennkraftmaschine 14 und/oder dem M/G 18 an. Die Steuerung 50 steuert auch die Zeit der Gangschaltungen im Getriebe 24 sowie das Einrücken oder Ausrücken der Ausrückkupplung 26 und der Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34. Die Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34 kann wie die Ausrückkupplung 26 über einen Bereich zwischen der eingerückten und ausgerückten Stellung moduliert werden. Dies erzeugt zusätzlich zu dem variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Kopplung zwischen Laufrad und Turbine produziert wird, einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22. Alternativ kann die Drehmomentwandler-Bypass-Kupplung 34 abhängig von der jeweiligen Anwendung verriegelt oder ausgerückt ohne die Verwendung eines modulierten Betriebsmodus betrieben werden.
Ein Bremspedal 53 wird vom Fahrer des Fahrzeugs 10 zum Erzeugen einer Fahrzeugbremsanforderung verwendet. Das Herunterdrücken des Bremspedals 53 generiert ein Bremseingabesignal, das von der Steuerung 50 als Anweisung zum Entschleunigen des Fahrzeugs interpretiert wird. Zum Antreiben des Fahrzeugs mit der Brennkraftmaschine 14 ist die Ausrückkupplung 26 mindestens teilweise eingerückt, um mindestens einen Anteil des Drehmoments der Brennkraftmaschine über die Ausrückkupplung 26 an den M/G 18 und dann vom M/G 18 über den Drehmomentwandler 22 und das Getriebe 24 zu übertragen. Wenn nur die Brennkraftmaschine 14 das zum Vorwärtstreiben des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment bereitstellt, kann dieser Betriebsmodus als „Brennkraftmaschinenmodus“, „Nur-Brennkraftmaschine-Modus“ oder „mechanischer Modus“ bezeichnet werden. Der M/G 18 kann die Brennkraftmaschine 14 beim Bereitstellen zusätzlicher Leistung zum Drehen der Welle 30 unterstützen. Dieser Betriebsmodus kann als ein „Hybridmodus“, ein „Brennkraftmaschine-Motor-Modus“ oder als ein „elektrisch unterstützter Modus“ bezeichnet werden.
Zum Antreiben des Fahrzeugs mit dem M/G 18 als einziger Leistungsquelle bleibt der Leistungsfluss unverändert, abgesehen davon, dass die Ausrückkupplung 26 die Brennkraftmaschine 14 vom Rest des Antriebs 12 trennt. Die Verbrennung in der Brennkraftmaschine 14 kann während dieses Zeitraums deaktiviert oder anderweitig auf AUS gesetzt sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Triebbatterie 20 überträgt gespeicherte elektrische Energie über eine Verdrahtung 54 zur Leistungselektronik 56, die beispielsweise einen Wechselrichter beinhalten kann. Die Leistungselektronik 56 wandelt Gleichspannung der Batterie 20 in Wechselspannung um, die von dem M/G 18 verwendet wird. Die Steuerung 50 weist die Leistungselektronik 56 an, Spannung der Batterie 20 in eine dem M/G 18 bereitgestellte Wechselspannung umzuwandeln, um an der Welle 30 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als ein „nur elektrischer Modus“, „EV-Modus“ (Electric Vehicle) oder „Motor-Modus“ bezeichnet werden.
Der M/G 18 kann in jedem Betriebsmodus als Motor dienen und eine Antriebskraft für den Antrieb 12 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 18 als Generator dienen und kinetische Energie des Antriebs 12 in elektrische Energie umwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Der M/G 18 kann als Generator dienen, während die Brennkraftmaschine 14 beispielsweise Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann in Zeiten einer Nutzbremsung, bei der Rotationsenergie der drehenden Räder 42 zurück zum Getriebe 24 übertragen und in elektrische Energie zum Speichern in der Batterie 20 umgewandelt wird, zusätzlich als Generator dienen. Während eines Nutzbremsereignisses kann das Getriebe 24 heruntergeschaltet werden, da eine höhere Drehzahl des Getriebes 24 eine höhere Nutzbremsleistung mit höherer Effizienz ermöglicht.
Der elektrische Motor (M/G) 18 arbeitet normalerweise in einem Bereich mit konstantem Drehmoment, wenn die Drehzahl des Motors unter einer Basisdrehzahl liegt, und arbeitet in einem Bereich mit konstanter Leistung, wenn die Drehzahl des Motors über der Basisdrehzahl liegt. Im Bereich mit konstantem Drehmoment kann der elektrische Motor 18 nicht seine maximale Leistung abgeben. Folglich kann die zurückgewonnene Bremsleistung während eines Bremsereignisses durch die Leistung des elektrischen Motors 18 begrenzt sein. Um die Nutzbremseffizienz zu maximieren, ist es häufig wünschenswert, die Motordrehzahl zu erhöhen, sodass der Motor im Bereich mit konstanter Leistung arbeitet, um das Potenzial des elektrischen Motors 18 voll auszunutzen. In dem Augenblick, in dem das Bremspedal 53 betätigt wird, liegt die Drehzahl des elektrischen Motors normalerweise unter der Basisdrehzahl und das Bremsdrehmoment erhöht sich von Null auf ein relativ konstantes Niveau. Deswegen ist es wichtig, dass das erste Herunterschalten des Automatikgetriebes 24 für einen angemessenen Zeitpunkt während der Bremsung geplant ist, sodass der Bereich mit konstantem Drehmoment zum Maximieren der Nutzbremseffizienz vermieden wird.
Es ist offensichtlich, dass das in 1 dargestellte Schema nur beispielhaft ist und keine Begrenzung darstellt. Es sind andere Konfigurationen denkbar, die ein selektives Einrücken sowohl einer Brennkraftmaschine als auch eines Motors zum Übertragen durch das Getriebe nutzen. Der M/G 18 kann beispielsweise versetzt zur Kurbelwelle 28 angeordnet sein und/oder der M/G 18 kann zwischen dem Drehmomentwandler 22 und dem Getriebe 24 bereitgestellt sein. Es sind auch andere Konfigurationen denkbar, ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Die MHT-Implementierung eignet sich, wie vorstehend besprochen, gut zum Bereitstellen einer Nutzbremsung über den Antriebsstrang. Die Nutzbremsung ist ein Schlüsselmerkmal, die zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs verwendet wird. Ein Nutzbremsereignis kann mit dem Loslassen des Gaspedals und dem Betätigen des Bremspedals beginnen. Während der Nutzbremsung ist die Menge an negativem Drehmoment (oder Nutzbremsdrehmoment), die am Motor angelegt werden kann, durch die Mindestbegrenzung des Motors begrenzt. Um eine Situation zu vermeiden, bei der der Motor im Bereich mit konstantem Drehmoment betrieben wird, in dem der Motor keine maximale Leistung abgeben kann, ist es wichtig, dass das erste Herunterschalten des Automatikgetriebes für einen angemessenen Zeitpunkt geplant ist, um die Nutzbremseffizienz zu maximieren.
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung stellen Systeme und Verfahren zur Steuerung des Herunterschaltens des Getriebes für den Zeitraum unmittelbar nach dem Betätigen des Bremspedals und vor dem ersten Herunterschalten des Getriebes für eine Nutzbremsung während eines Nutzbremsereignisses bereit. Insbesondere sind hier Ausführungsformen betreffend das Steuern des ersten Herunterschaltens für eine Nutzbremsung unter Verwendung einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate und einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals offenbart und besprochen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Ablaufdiagramm mit einem Beginn 200 zum Einstufen einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals auf der Grundlage von Informationen zur Straßenneigung gezeigt. Informationen zur Straßenneigung können von geografischen Informationssystemen (GIS) und globalen Positionierungssystemen (GPS) erhalten werden, die den Standort eines Fahrzeugs und das umgebende Gelände identifizieren können. Die Einstufung der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals kann mit Fuzzy-Logik-Regeln oder mit Nachschlagtabellen erfolgen. Die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals kann in drei Stufen eingestuft werden: hoch, mittel oder niedrig, oder sie kann in weitere Stufen untergliedert werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 kann der Steueralgorithmus als ein Vorschaufenster oder ein zukünftiges Zeitintervall (t_start, t_end) definiert werden, in dem eine vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals in Krafteinsatzstufen (z. B. hoch, mittel oder niedrig) eingestuft wird, wie in Schritt 202 gezeigt. Insbesondere kann die Steuerung tstart in Schritt 202 empfangen, was durch Betätigen des Bremspedals eingeleitet werden kann. Das Vorschaufenster oder das zukünftige Zeitintervall (t_start, t_end) kann eine vorbestimmte Zeitdauer t_delta haben, was t_end = t_start + t_delta ergibt. In Schritt 204 erhält die Steuerung den derzeitigen oder aktuellen Wert der Straßenneigung (Grade_cur) und schätzt die Werte der Straßenneigung innerhalb des Vorschaufensters (t_start, t_end). In Schritt 206 kann die Steuerung dann die durchschnittliche vorhergesagte Straßenneigung (Grade_prd) innerhalb des Vorschaufensters (t_start, t_end) ermitteln. In Schritt 208 stuft die Steuerung die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals dann auf der Grundlage eines Vergleichs der aktuellen Straßenneigung (Grade_cur) und der durchschnittlichen vorhergesagten Straßenneigung (Grade_prd) in eine Krafteinsatzstufe (z. B. hoch, mittel oder niedrig) ein. Insbesondere kann die Steuerung einen Unterschied zwischen oder eine Veränderung bei der aktuellen Straßenneigung (Grade_cur) und der durchschnittlichen vorhergesagten Straßenneigung (Grade_prd) zur Vorhersage bestimmen, ob die Krafteinsatzrate des Bremspedals hoch, mittel, niedrig oder eine andere untergliederte Stufe sein wird.
Bei einem Fahrzeug in großer Höhe, das auf einer steilen Straße herunterfährt, würde dies beispielsweise zu einer höheren Krafteinsatzrate des Bremspedals, die als hoch eingestuft werden kann, führen als bei einem Fahrzeug in geringerer Höhe, das auf einer weniger steilen Straße herunterfährt und eine geringere, als niedrig eingestufte Krafteinsatzrate des Bremspedals hat.
Außerdem kann eine Steuerung die Vorgeschichte eines Fahrers, sofern vorhanden, zum Einstufen der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals während des Vorschaufensters oder des zukünftigen Zeitintervalls (t_start, t_end) nutzen, wie in Schritt 210 gezeigt. Insbesondere kann die Steuerung einen Unterschied zwischen der aktuellen Straßenneigung (Grade_cur) und der durchschnittlichen vorhergesagten Straßenneigung (Grade_prd) bestimmen und dann in einer Nachschlagtabelle suchen, um die Vorgeschichte eines Fahrers betreffend den Krafteinsatz beim Bremsen für diesen Unterschied oder diese Veränderung der Straßenneigung zu erhalten. Die Steuerung kann diese Informationen dann zum Einstufen der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals in drei oder mehr Krafteinsatzstufen, wie beispielsweise hoch, mittel oder niedrig, verwenden. Für den Durchschnittsfachmann ist es offensichtlich, dass das Einstufen der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals nicht auf drei Krafteinsatzstufen beschränkt ist und dass andere Einstufungsverfahren implementiert werden können.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein Ablaufdiagramm mit einem Beginn 300 zum Einstufen einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals auf der Grundlage von Informationen zur Verkehrstaktspanne eines Fahrzeugs gezeigt. Die Verkehrstaktspanne oder der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug kann unter Verwendung elektromagnetischer Wellen und Optik (z. B. LiDAR oder RADAR) gemessen werden. Diese Berechnung stellt einen Hinweis auf die Notwendigkeit einer Bremsung aufgrund der Nähe zu anderen Fahrzeugen bereit. Ein Einstufen der Krafteinsatzrate des Bremspedals kann auf der Grundlage dieser Verkehrstaktspanne bestimmt werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 kann der Steueralgorithmus als ein Vorschaufenster oder ein zukünftiges Zeitintervall (t_start, t_end) definiert werden, in dem eine vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals in eine Krafteinsatzstufe (z. B. hoch, mittel oder niedrig) eingestuft wird, wie in Schritt 302 gezeigt. Insbesondere kann die Steuerung tstart in Schritt 302 empfangen, was durch Betätigen des Bremspedals eingeleitet werden kann. Das Vorschaufenster oder das zukünftige Zeitintervall (t_start, t_end) kann eine vorbestimmte Zeitdauer t_delta haben, was t_end = t_start + t_delta ergibt. In Schritt 304 schätzt die Steuerung die Verkehrstaktspanne und die Änderungsrate der Verkehrstaktspanne, um eine Vorhersage zu machen. Die Rate der Spanne kann unter Verwendung eines numerischen Verfahrens (z. B. durchschnittliche Bewegung) vorhergesagt werden. Die Rate der Spanne kann über einen Zeitraum berechnet werden, der mit dem Herunterdrücken des Bremspedals beginnt. In Schritt 306 kann die Steuerung dann die Krafteinsatzrate des Bremspedals auf der Grundlage der Verkehrstaktspanne und einer vorhergesagten Änderungsrate der Verkehrstaktspanne während des Vorschaufensters (t_start, t_end) einstufen. Beispielsweise würde ein Fahrzeug mit einer kleinen Verkehrstaktspanne und einer großen Änderungsrate im Allgemeinen eine höhere Krafteinsatzrate des Bremspedals verlangen als ein Fahrzeug mit einer großen Verkehrstaktspanne und einer kleinen Änderungsrate. In diesem Fall kann das Fahrzeug mit einer kleinen Verkehrstaktspanne und einer großen Änderungsrate eine als hoch eingestufte Krafteinsatzrate des Bremspedals aufweisen. Im gegenteiligen Fall kann das Fahrzeug mit einer großen Verkehrstaktspanne und einer kleinen Änderungsrate eine als niedrig eingestufte Krafteinsatzrate des Bremspedals aufweisen.
Weiterhin kann eine Steuerung die Vorgeschichte eines Fahrers, sofern vorhanden, zum Einstufen der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals während des Vorschaufensters oder des zukünftigen Zeitintervalls (t_start, t_end) nutzen, wie in Schritt 308 gezeigt. Insbesondere kann die Steuerung die vorhergesagte Verkehrstaktspanne und die Veränderung davon bestimmen und dann in einer Nachschlagtabelle suchen, um die Vorgeschichte eines Fahrers betreffend den Krafteinsatz beim Bremsen für diese Vorhersage der Verkehrstaktspanne zu erhalten. Die Steuerung kann diese Informationen dann zum Einstufen der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals in drei oder mehr Krafteinsatzstufen, wie beispielsweise hoch, mittel oder niedrig, verwenden. Für den Durchschnittsfachmann ist es offensichtlich, dass das Einstufen der vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals nicht auf drei Krafteinsatzstufen beschränkt ist und dass andere Einstufungsverfahren implementiert werden können.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Ablaufdiagramm mit einem Beginn 400 zum Bestimmen einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate gezeigt, die anhand einer Vorhersage einer Fahrzeugdrehzahl während eines Vorschaufensters oder eines zukünftigen Zeitintervalls (t_start, t_end) geschätzt wird. Insbesondere kann die Steuerung tstart in Schritt 402 empfangen, was durch Betätigen des Bremspedals eingeleitet werden kann. Das Vorschaufenster oder das zukünftige Zeitintervall (t_start, t_end) kann eine vorbestimmte Zeitdauer t_delta haben, was t_end = t_start + t_delta ergibt. In Schritt 404 erhält die Steuerung eine Vorhersage der Fahrzeugdrehzahl und eine Vorhersage der Straßenneigung innerhalb des Vorschaufensters (t_start, t_end). Wie vorstehend besprochen können Informationen zur Straßenneigung von geografischen Informationssystemen (GIS) und globalen Positionierungssystemen (GPS) erhalten werden, die den Standort eines Fahrzeugs und das umgebende Gelände identifizieren können. Eine Vorhersage der Fahrzeugdrehzahl und eine Vorhersage des Bremsdrehmoments können unter Verwendung von Fahrzeug-zu Fahrzeug-(V2V)- oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-(V2I)-Datenaustausch, im Allgemeinen als V2X bezeichnet, geschätzt werden. Die V2X-Vorhersage kann Verkehrsfluss-Überwachungssysteme beinhalten. Das V2X-Verfahren kann Fahrzeugdrehzahlen und Straßenneigung zum Schätzen des Bremsdrehmoments verwenden. Beispielsweise kann ein Fahrzeug mit hoher Drehzahlrate und negativer Straßenneigung ein höheres Bremsmoment benötigen als ein Fahrzeug mit niedriger Drehzahl und flacher Straßenneigung.
Eine Fahrzeugdrehzahl innerhalb (t_start, t_end) kann unter Verwendung einer linearen Repräsentation vorhergesagt werden. Wenn die Fahrzeugdrehzahl innerhalb des Abstands zwischen tstart und t_end Null erreichen muss, wird die Steuerung beispielsweise einen linearen Abfall zum Erreichen von Null innerhalb des vorgegebenen Abstands voraussehen. Die Fahrzeugdrehzahl kann auch mit einem komplexeren Verfahren vorhergesagt werden, das andere der Fahrzeugsteuerung zur Verfügung stehende Informationsquellen beinhalten kann, wie vorstehend beschrieben. In Schritt 406 kann das aktuelle Bremsdrehmoment unter Verwendung bekannter erster Prinzipgleichungen geschätzt werden, wenn Straßenneigung, der Straßenreibungskoeffizient und der Fahrtwiderstandskoeffizient bekannt sind. Damit kann das vorhergesagte Bremsdrehmoment in Schritt 408 bestimmt werden.
Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Ablaufdiagramm mit einem Beginn 500 zum Bestimmen eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung (Tq_downShift) gezeigt, welches der Drehmomentwert ist, bei dem ein Herunterschalten des Getriebes für eine Nutzbremsung geplant ist. In Schritt 502 bestimmt die Steuerung ein Mindestnutzdrehmoment (Tq_regenMin) auf der Grundlage des Mindestmotordrehmoments (Tq_motorMin) zuzüglich einer Sicherheitsmarge (Tq_safeMargin), die mit einem sicheren Betrieb des Motors unter Berücksichtigung der Motorgrenzwerte verknüpft ist, was Tq_regenMin = Tq_motorMin + Tq_safeMargin ergibt. In Schritt 504 schätzt die Steuerung dann abhängig von den verfügbaren Fahrzeuginformationen die Bremsdrehmomentrate (Tqe_brakeRate) oder die Einstufung der Krafteinsatzrate des Bremspedals. Wie in Schritt 506 und 508 gezeigt, wird das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung (Tq_downShift) auf der Grundlage des Mindestnutzdrehmoments (Tq_regenMin) geschätzt, das mit einer Schaltzeit (t_shift) und abhängig von den verfügbaren Fahrzeuginformationen der Bremsdrehmomentrate (Tqe_brakeRate) oder der Einstufung der Krafteinsatzrate des Bremspedals (f_(Brake _{Rate Classification)}) bereinigt ist. Hier ist die Schaltzeit (t_shift) die Zeit zwischen dem Ausführen des Herunterschaltens des Getriebes und einer Änderung des Drehmomentverhältnisses aufgrund des Schaltens.
Wenn die Bremsdrehmomentrate (Tqe_brakeRate) wie in Schritt 506 gezeigt erhalten ist, wird das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung (Tq_downShift) anhand des Mindestnutzdrehmoments (Tq_regenMin) zuzüglich der Multiplikation von Schaltzeit (t_shift), Bremsdrehmomentrate (Tqe_brakeRate) und einem Verhältnis (rt) ermittelt, das anhand der derzeitigen Motordrehzahl und Bremsdrehmomentrate bestimmt werden kann (und das unter Verwendung dieser Eingaben aus einer Nachschlagtabelle erhalten werden kann). Die sich ergebende Gleichung lautet dann Tq_downShift = Tq_regenMin + t_shift*Tqe_brakeRate*rt. Alternativ kann das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung (Tq_downShift) anhand des Mindestnutzdrehmoments (Tq_regenMin) zuzüglich der Multiplikation von Schaltzeit (t_shift) und einer Funktionen der Bremsraten Einstufung (f_(Brake _Rate _{Classification)}) ermittelt werden, wenn die Einstufung der Krafteinsatzrate beim Bremsen, wie in Schritt 508 gezeigt, verfügbar ist. Die sich ergebende Gleichung lautet dann Tq_downShift = Tq_regenMin + t_shift*(f_(Brake _Rate _{Classification)}). In den vorstehend beschriebenen Gleichungen wird angenommen, dass Tq_motorMin eine negative Zahl ist, Tq_safeMargin eine positive Zahl ist und TqebrakeRate eine positive Zahl ist.
Unter Bezugnahme auf 6 ist eine grafische Darstellung bereitgestellt, die die Wirkungen einer Herunterschaltzeit auf den Motorbetrieb bei einer vorgegebenen Bremsdrehmomentanforderung 603 zeigen. Der elektrische Motor arbeitet im Allgemeinen in einem Bereich mit konstantem Drehmoment, wenn die Drehzahl des Motors unter einer Basisdrehzahl liegt, und arbeitet in einem Bereich mit konstanter Leistung, wenn die Drehzahl des Motors über der Basisdrehzahl liegt. Wie vorstehend beschrieben, kann der elektrische Motor keine maximale Leistung abgeben, wenn er in diesem Bereich mit konstantem Drehmoment betrieben wird. Und nach Betätigung des Bremspedals liegt die Drehzahl des elektrischen Motors normalerweise unter dieser Basisdrehzahl und das Bremsdrehmoment erhöht sich von Null auf ein relativ konstantes Niveau. Es ist deswegen wünschenswert, die Motordrehzahl zu erhöhen, sodass dieser im Bereich mit konstanter Leistung arbeitet, um das Potenzial des elektrischen Motors zur Maximierung der Nutzbremseffizienz voll auszunutzen.
Unter weiterer Bezugnahme auf 6 ist gezeigt, dass ein späteres Herunterschalten des Getriebes 600 zu einem Betrieb in diesem Bereich mit konstantem Drehmoment 606 führt, in dem der Motor an der Abgabe der maximalen Leistung gehindert ist, was zu weniger gewonnener Nutzenergie und damit zu einer geringeren Gesamtnutzeffizienz führt. Im Gegensatz dazu ist in 6 dargestellt, dass ein früheres Herunterschalten 602 es dem Motor ermöglicht, einen Betrieb in diesem Bereich mit konstantem Drehmoment zu verhindern und stattdessen in einem Bereich mit konstanter Leistung betrieben zu werden, wie in 604 dargestellt, was demzufolge die gewonnene Nutzenergie und die Gesamtnutzeffizienz erhöht.
Wie anhand der hier beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen ersichtlich, stellen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung belastbare und effiziente Steuerstrategien zum Herunterschalten eines Getriebes zur Verbesserung der Nutzbremseffizienz und des Gesamtkraftstoffverbrauchs dar.
Obwohl vorstehend beispielhaft Ausführungsformen beschrieben sind, wird nicht bezweckt, dass diese Ausführungsformen alle denkbaren Formen der Offenbarung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Formulierungen beschreibende und nicht einschränkende Formulierungen und es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen möglich sind, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Weiterhin können Merkmale verschiedener implementierter Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen gemäß der Offenbarung zu bilden. Während die beste Art im Detail beschrieben worden ist, erkennen diejenigen, die mit der Technik vertraut sind, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen im Umfang der folgenden Ansprüche. Während verschiedene Ausführungsformen als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen hinsichtlich einer oder mehreren gewünschten Eigenschaften beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann, dass Kompromisse unter verschiedenen Merkmalen geschlossen werden können, um gewünschte Systemattribute zu erreichen, die von der speziellen Anwendung oder Implementierung abhängen. Diese Attribute umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Instandsetzungskosten während der Nutzungsdauer, Absetzbarkeit, Erscheinungsform, Aufmachung, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Die hier besprochenen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik in Bezug auf ein oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, liegen nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können in bestimmten Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine Brennkraftmaschine, die selektiv an einen Motor und ein Getriebe gekoppelt ist; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf eine Betätigung eines Bremspedals das Getriebe während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung, das anhand einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals bestimmt wird, zum Herunterschalten anzuweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals auf einer aktuellen Straßenneigung basiert, die nach Betätigung des Bremspedals berechnet wird, oder auf einer durchschnittlichen Straßenneigung, die über einen zukünftigen Zeitraum geschätzt wird, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die aktuelle Straßenneigung anhand mindestens entweder eines von geografischen Informationssystemen oder globalen Positionierungssystemen bestimmt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals auf der Vorgeschichte eines Fahrers basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals auf einer Verkehrstaktspanne und einer Änderungsrate davon basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Verkehrstaktspanne auf einem Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug basiert, der unter Verwendung elektromagnetischer Wellen gemessen wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die vorhergesagte Krafteinsatzrate des Bremspedals als entweder niedrig, mittel oder hoch eingestuft wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung ferner anhand eines Mindestnutzdrehmoments bestimmt wird, das auf einem Mindestdrehmoment des Motors und einem Schwellenwert basiert, der mit einer bestimmten Betriebstoleranz des Motors verknüpft ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung ferner anhand einer Getriebeschaltzeit bestimmt wird, die auf einer Zeitdauer zwischen der Ausführung eines Herunterschaltens des Getriebes und einer Änderung eines Drehmomentverhältnisses basiert, das sich aus dem Herunterschalten des Getriebes während des Nutzbremsereignisses ergibt.
Fahrzeug, umfassend: eine Brennkraftmaschine, die selektiv an einen Motor und ein Getriebe gekoppelt ist; und eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, als Reaktion auf eine Betätigung eines Bremspedals das Getriebe während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung, das anhand einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate bestimmt wird, zum Herunterschalten anzuweisen.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die vorhergesagte Bremsdrehmomentrate auf einer vorhergesagten Entschleunigungsrate des Fahrzeugs über einen zukünftigen Zeitraum basiert, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei die vorhergesagte Bremsdrehmomentrate auf einer Vorhersage der Fahrzeugdrehzahl und einer Vorhersage der Straßenneigung innerhalb eines zukünftigen Zeitraums basiert, der mit der Betätigung des Bremspedals beginnt.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung ferner anhand eines Mindestnutzdrehmoments bestimmt wird, das auf einem Mindestdrehmoment des Motors und einem Schwellenwert basiert, der mit einer bestimmten Betriebstoleranz des Motors verknüpft ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, wobei das Drehmoment beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung ferner anhand einer Getriebeschaltzeit bestimmt wird, die auf einer Zeitdauer zwischen der Ausführung eines Herunterschaltens des Getriebes und einer Änderung eines Drehmomentverhältnisses basiert, das sich aus dem Herunterschalten des Getriebes während des Nutzbremsereignisses ergibt.
Verfahren, umfassend: Anweisen eines Getriebes eines Fahrzeugs als Reaktion auf eine Bremspedalbetätigung zum Herunterschalten während eines Nutzbremsereignisses auf der Grundlage eines Drehmoments beim Herunterschalten für eine Nutzbremsung, das anhand einem von einer vorhergesagten Krafteinsatzrate des Bremspedals und einer vorhergesagten Bremsdrehmomentrate bestimmt wird.