DE102018107338A1

DE102018107338A1 - Hybridantriebsstrangdrehzahlregelung

Info

Publication number: DE102018107338A1
Application number: DE102018107338.0A
Authority: DE
Inventors: Chen Zhang; Jason Meyer; Bernard D. Nefcy; Ming Lang Kuang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US20180281778A1; CN108688643A; US10220833B2; CN108688643B

Abstract

Ein Fahrzeugantriebsstrang beinhaltet eine Steuerung, einen Drehmomentwandler und einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine, die durch eine Kupplung gekoppelt sind. Der Drehmomentwandler kann ausgelegt sein, die elektrische Maschine an eine Abtriebswelle zu koppeln. Die Steuerung kann programmiert sein, einen Befehl zum Ausgeben eines Drehmoments für die elektrische Maschine zu erzeugen, um den Drehmomentwandler in Richtung einer gewünschten Drehzahl anzutreiben, und den Befehl gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl zu ändern, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz durch Schwellenwerte begrenzt sind, die sich mit dem Betrieb des Antriebsstrangs ändern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Hybridantriebsstrangsteuersysteme.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Fahrzeuge mit Automatikgetrieben ändern die Übersetzungen auf der Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Beschleunigungsforderung des Fahrers. Während des Abbremsens schalten Automatikgetriebe durch zunehmend niedrigere Übersetzungen. Die Gleichmäßigkeit des Schaltens von einem gegebenen Gang in den nächsten benachbarten Gang beeinflusst die Geräusche, Vibrationen und Rauhigkeit, wie sie der Fahrer wahrnimmt.
Hybridfahrzeuge können eine oder mehrere elektrische Maschinen mit einem Motor-Generator in Kombination mit einem Verbrennungsmotor verwenden. Abhängig von den Fahrzeugbetriebsbedingungen kann die elektrische Maschine selektiv zwischen dem Betrieb als Antriebskraftquelle oder als Abbremslast für den Antriebsstrang wechseln.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeugantriebsstrang beinhaltet eine Steuerung, einen Drehmomentwandler und einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine, die durch eine Kupplung gekoppelt sind. Der Drehmomentwandler kann ausgelegt sein, die elektrische Maschine an eine Abtriebswelle zu koppeln. Die Steuerung kann programmiert sein, einen Befehl zum Ausgeben eines Drehmoments für die elektrische Maschine zu erzeugen, um den Drehmomentwandler in Richtung einer gewünschten Drehzahl anzutreiben, und den Befehl gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl zu ändern, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz durch Schwellenwerte begrenzt sind, die sich mit dem Betrieb des Antriebsstrangs ändern.
Ein Hybridantriebsstrangsteuerverfahren beinhaltet das Erzeugen eines Befehls und das Ändern des Befehls durch eine Steuerung. Die Steuerung erzeugt den Befehl für eine elektrische Maschine zum Ausgeben einer gewünschten Drehzahl, die auf einer Drehmomentschätzung basiert. Und die Steuerung ändert den Befehl gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz auf einen Bereich begrenzt sind, der auf einem Betriebsmodus des Hybridantriebsstrangs basiert.
Ein Steuersystem für einen Fahrzeugantriebsstrang beinhaltet eine Steuerung, die programmiert ist, einen Befehl für eine elektrische Maschine gemäß einer Differenz zwischen einer gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Drehmomentwandlers einzustellen, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz durch Schwellenwerte begrenzt sind, die sich mit dem Betriebsmodus des Fahrzeugsantriebsstrangs ändern.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Antriebsstrangs und Steuersystems eines Hybridelektrofahrzeugs.
2 ist ein Blockdiagramm eines Algorithmus einer Antriebsstrangdrehzahlregelung.
3A und 3B sind Flussdiagramme eines Antriebsstrangsteuerverfahrens.
4 ist ein Blockdiagramm eines Algorithmus einer Antriebsstrangdrehzahlregelung.
5A und 5B sind Flussdiagramme eines Antriebsstrangsteuerverfahrens einschließlich eines Drehmomentwandlermodells.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Je nach Bedarf werden in dieser Schrift detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in dieser Schrift offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Üblicherweise wird die Drehzahlregelung in Antriebsstrangsteuersystemen verwendet, um die Drehzahl der elektrischen Maschine oder des Aktors zu regeln. Ein Steuersystem vergleicht eine Differenz zwischen einem Drehzahlziel und einer gemessenen (oder geschätzten) Drehzahl eines Aktors. Das Steuersystem berechnet dann den gewünschten Drehmomentbefehl, um die Drehzahl zu regeln. Das Steuersystem verwendet üblicherweise eine PID-Strategie, bei der P für Proportional, I für Integration, D für Differential steht. Ein PID-Regler verfügt über PID-Verstärkungen, die auf eine spezifische Betriebsumgebung abgestimmt sind, was einen Einfluss auf die PID-Gesamtleistung in allen Betriebsumgebungen hat.
In einem herkömmlichen Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe kann ein Verbrennungsmotor in einen Drehzahlregelungsmodus gebracht sein. In einem Hybridelektrofahrzeug kann auch ein Elektromotor zur Drehzahlregelung verwendet werden. Der Elektromotor wird als schneller Regler zum Regeln der Drehzahl betrachtet, da er das Drehmoment sofort erhöhen und verringern kann. Ein Drehmomentbefehl des Steuersystems ist üblicherweise bei geschätzten Drehmomentgrenzen des Drehmomentaktors/der Drehmomentaktoren gesättigt. Die Sättigung eines Drehmomentbefehls an der physikalischen Grenze des Aktors kann jedoch unzureichend sein, um bei einigen fehlerhaften Zuständen einen gleichmäßigen Betrieb bereitzustellen. Ein Antriebsstrangsteuersystem kann zum Beispiel üblicherweise abhängig von dem Fahrermanöver und einem Antriebsstrangsystemzustand zwischen der Drehzahl- und Drehmomentregelung vor- und zurückschalten In anderen Fällen kann sich ein Aktor immer in der Drehzahlregelung befinden. Eine Vielzahl von Störfaktoren kann ebenfalls eine unerwünschte Fahrzeugreaktion bei der Standarddrehzahlregelung verursachen. Zum Beispiel ein Fehlermodusbefehl, der auftritt, wenn sich das Steuersystem im Drehmomentregelungsmodus befinden sollte, das System jedoch in der Drehzahlregelung betrieben wird. Hier wird das Steuersystem betrieben, um einem gegebenen Drehzahlziel zu folgen und wenn das Drehzahlziel nicht bei der Istdrehzahl liegt, kann der Drehmomentbefehl von der Drehzahlsteuerung auf ein Niveau steigen, das eine wesentliche und merkliche Störung für das Fahrzeug verursacht. Ein anderes Beispiel ist ein Drehzahlzielbefehlsfehler, der auftritt, wenn das System ein falsches Drehzahlziel anweist, das sich stark von der Istdrehzahl unterscheiden kann, was möglicherweise eine wesentliche und merkliche Störung für das Fahrzeug verursacht. Ein weiteres Beispiel ist ein Messfehler der Istdrehzahl, bei dem während des Übergangs von der Drehmomentregelung zur Drehzahlregelung eine Drehzahlmessung einen Fehler aufweist, das Drehzahlziel sich auch stark von der Istdrehzahl unterscheiden kann, was unerwünschte Fahrzeugreaktionen verursacht.
In dieser Schrift werden Verfahren zur Drehzahl- und Drehmomentregelung vorgestellt, um potentielle unerwünschte Fahrzeugreaktionen während Fehlerzuständen zu verringern und zu mindern. Diese Verfahren beinhalten das Einschränken der Zieldrehzahl auf einen Bereich der gemessenen Drehzahl, derart dass ω_ist - Δω₁ < ω_Ziel < ω_ist + Δω₂, wobei ω_ist die gemessene Drehzahl des Aktors ist, und Δω₁ und Δω₂ die Drehzahldifferenzen zwischen der Zieldrehzahl und der Istdrehzahl sind. Δω₁ und Δω₂ können von den Betriebsbedingungen des Antriebsstrangs/Fahrzeugs abhängen. Ein anderes Verfahren beinhaltet das Begrenzen des Drehmomentbefehls der Drehzahlsteuerung auf einen spezifischen Bereich, derart dass Trq_SpdCntl = Trq_FdFrd + Trq_Fdbck und das Drehmoment kann auf Trq_Min < Trq_SpdCntl < Trq_Max begrenzt sein. Oder das Rückkopplungsdrehmoment kann auf Trq_FbMin < Trq_Fdbck < Trq_FbMax begrenzt sein.
Hier kann eine PID-Regler-Verstärkung eingestellt werden, um die Drehmomentsättigung bei diesen Grenzen widerzuspiegeln. Diese Grenzen können den normalen Systemdrehmomentgrenzen unterliegen, die abhängig von der Antriebsstranganordnung oder den Fahrzeugbetriebsmodi kalibrierbar sein können. Diese Grenzen können derart ausgewählt sein, dass sie groß genug sind, um in der normalen Drehzahlregelung Störungen zu unterdrücken, und klein genug, um während Fehlerzuständen nicht-akzeptable Fahrzeugreaktionen zu verringern.
1 zeigt schematisch ein Hybridelektrofahrzeug (Hybrid Electric Vehicle - HEV) 10 und veranschaulicht repräsentative Beziehungen zwischen Fahrzeugkomponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Antriebsstrang 12, der einen Verbrennungsmotor 14 beinhaltet, der ein Getriebe 16 antreibt. Wie nachstehend näher beschrieben, beinhaltet das Getriebe 16 eine elektrische Maschine, wie etwa einen Elektromotor/Generator (M/G) 18, einen Drehmomentwandler 22 und ein mehrstufig übersetztes Automatikgetriebe oder Schaltgetriebe 24. Außerdem ist eine Hochspannungstraktionsbatterie 20 in Verbindung mit dem M/G 18 vorhanden, um dem M/G 18 Leistung bereitzustellen und Leistung von diesem zu erhalten.
Der Verbrennungsmotor 14 und der M/G 18 sind beide in der Lage dem HEV 10 eine Antriebsleistung bereitzustellen. Der Verbrennungsmotor 14 stellt im Allgemeinen eine Leistungsquelle dar, die einen Verbrennungsmotor, wie etwa einen mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebenen Verbrennungsmotor, oder eine Brennstoffzelle beinhalten kann. Der Verbrennungsmotor 14 erzeugt eine Leistung und ein entsprechendes Abtriebsdrehmoment, das dem M/G 18 bereitgestellt wird, wenn eine Trennkupplung 26 zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und dem M/G 18 wenigstens teilweise eingekuppelt ist. Der M/G 18 kann durch eine beliebige von einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem M/G 18 um einen permanenterregten Synchronmotor handeln. Die Leistungselektronik 28 passt den Gleichstrom (Direct Current - DC), der von der Batterie 20 bereitgestellt wird, an die Anforderungen des M/G 18 an, wie nachstehend beschrieben. Zum Beispiel kann die Leistungselektronik dem M/G 18 einen Dreiphasenwechselstrom (Alternating Current - AC) bereitstellen. Zusätzlich ist ein Gleichspannungswandler 56 vorhanden, der eine Spannung von der Hochspannungsbatterie 20 heruntertransformiert, um andere kleinere Fahrzeugverbraucher mit Leistung zu versorgen. In wenigstens einer Ausführungsform passt der Gleichspannungswandler Leistung an, um eine Hilfsgetriebepumpe und einen Niederspannungsanlasserelektromotor eines Verbrennungsmotors zu speisen.
Das Getriebe 16 ist betreibbar, um eine variable Übersetzung zu liefern. Das Schaltgetriebe 24 kann interne Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die durch selektives Einkuppeln von Reibungselementen, wie etwa Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt), in unterschiedliche Getriebeübersetzungen gebracht werden, um die gewünschten mehreren einzelnen oder stufenweisen Antriebsübersetzungen zu erreichen. Die Reibungselemente können über einen Schaltplan gesteuert werden, der bestimmte Elemente der Zahnradsätze verbindet und trennt, um das Verhältnis zwischen einer Getriebeantriebswelle 34 und der Getriebeabtriebswelle 38 zu steuern. Das Schaltgetriebe 24 stellt schließlich das Antriebsstrangabtriebsdrehmoment durch die Abtriebswelle 38 bereit. Zum Beispiel können zwei Reihen von Kupplungen vorhanden sein, wobei jede ungeraden oder geraden Zahnradsätzen entspricht. Während des Schaltens von einer aktuellen Übersetzung zu einer benachbarten angeforderten Übersetzung wird eine Kupplung aus der ersten Reihe gleichzeitig ausgekuppelt, während eine Kupplung von der zweiten Reihe eingekuppelt wird. Nachdem der Übergang von der ersten zur zweiten Kupplung als Teil eines Gangwechsels abgeschlossen ist, ändern sich sowohl das Übersetzungsverhältnis als auch das Drehmomentverhältnis zwischen der Getriebeabtriebswelle 38 und der Getriebeantriebswelle 34 gemäß der Gangwahl.
Wie ferner in der repräsentativen Ausführungsform in 1 gezeigt, ist die Abtriebswelle 38 mit einem Differential 40 verbunden. Das Differential 40 treibt ein Paar Räder 42 über jeweilige Achsen 44 an, die mit dem Differential 40 verbunden sind. Das Differential überträgt ein jedem Rad 42 zugeordnetes Drehmoment, während es leichte Drehzahlunterschiede erlaubt, wie etwa, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Unterschiedliche Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen können verwendet werden, um das Drehmoment von dem Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung variieren, zum Beispiel je nach konkreter Betriebsart oder - bedingung.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet ferner ein Betriebsbremsensystem 54. Das Bremssystem kann Reibungsbremsen umfassen, die geeignet sind, mittels stationärer Backen, die an einem an jedem Rad befestigten Rotor angebracht sind, selektiv Druck aufzubringen. Der aufgebrachte Druck zwischen den Backen und Rotoren erzeugt Reibung, um einer Drehung der Fahrzeugräder 42 entgegenzuwirken und ist daher in der Lage die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu verlangsamen.
Wenn die Trennkupplung 26 wenigstens teilweise eingekuppelt ist, ist ein Leistungsfluss von dem Verbrennungsmotor 14 zum M/G 18 oder vom M/G 18 zum Verbrennungsmotor 14 möglich. Zum Beispiel kann, wenn die Trennkupplung 26 eingekuppelt ist, der M/G 18 als Generator arbeiten, um Drehenergie, die von einer Kurbelwelle 30 durch eine M/G-Welle 32 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Wie nachstehend ausführlicher erörtert, kann der Drehwiderstand, der auf die Welle ausgeübt wird, durch Energierückgewinnung als Bremse verwendet werden, um das Fahrzeug abzubremsen. Die Trennkupplung 26 kann auch ausgekuppelt sein, um den Verbrennungsmotor 14 vom Rest des Antriebsstrangs 12 abzukoppeln, sodass der M/G 18 als alleinige Antriebsquelle für das Fahrzeug 10 fungieren kann.
Es wird eine Hauptgetriebepumpe 46 verwendet, um das Getriebe 16 zu betreiben, wenn der Verbrennungsmotor 14 in Betrieb ist. Zusätzlich wird die Hauptgetriebepumpe 46 durch den Fahrzeugverbrennungsmotor 14 mit Leistung versorgt. Die Hauptpumpe 46 saugt Flüssigkeit aus einem Sammelbehälter am Boden des Getriebes 16 und erzeugt Druck in dem hydraulischen System. Im Allgemeinen wird die Hauptgetriebepumpe 46 durch den M/G 18 mit Leistung versorgt. Das Getriebe und die Trennkupplung werden mit Druck beaufschlagt, solange der M/G sich bei einer Drehzahl dreht, die hoch genug ist. Wenn der M/G gestoppt wird, stellt eine elektrische Hilfspumpe 52 bestimmte Funktionen der Hauptgetriebepumpe 46 bereit und unterstützt einen begrenzten Getriebebetrieb. Daher können die Trennkupplung 26 sowie andere Getriebemechanismen durch die Hilfspumpe 52 eingekuppelt werden, um die Funktionalität während bestimmten Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Betriebszustände (auch als Betriebsmodi bezeichnet) des Antriebsstrangs 12 können von wenigstens einer Steuerung vorgegeben werden. In wenigstens einer Ausführungsform ist ein größeres Steuersystem, einschließlich mehrerer Steuerungen, vorhanden. Die einzelnen Steuerungen oder das Steuersystem können durch verschiedene andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 10 beeinflusst sein, wobei eine Fahrzeugsystemsteuerung (Vehicle System Controller - VSC) 48 in Bezug auf andere untergeordnete Steuerungen auf einer höheren Hierarchie betrieben wird. Die Ausgabe der VSC 48 kann eine Reihe von Fahrzeugfunktionen direkt oder indirekt vorgeben oder beeinflussen, wie etwa das Anlassen/Anhalten des Verbrennungsmotors 14, das Betreiben des M/G 18 zum Bereitstellen eines Raddrehmoments oder Wiederaufladen der Antriebsbatterie 20, Auswählen oder Planen von Getriebegangwechseln usw. Zum Beispiel kann die VSC 48 von anderen untergeordneten Steuerungen, die in Bezug auf die VSC 48 in einer unteren Steuerungshierarchie betrieben werden, Daten erhalten und Befehle an diese ausgeben. Zum Beispiel beinhalten andere Steuerungen, die mit der VSC kommunizieren, ein Getriebesteuerungsmodul (Transmission Control Module - TCM), ein Bremssystemsteuerungsmodul (Brake System Control Module - BSCM), ein Energiesteuerungsmodul für eine Hochspannungsbatterie (High Voltage Battery Energy Control Module - BECM) und eine Wechselrichtersystemsteuerung (Inverter System Controller - ISC) sowie andere in Kommunikation stehende Steuerungen, die für verschiedene Fahrzeugfunktionen verantwortlich sind. In wenigstens einer Ausführungsform sind das BECM und die ISC in einer Leistungselektronik 28 beinhaltet.
Jede der vorstehend aufgeführten Steuerungen kann ferner einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor (Central Processing Unit - CPU) beinhalten, der mit verschiedenen Arten von computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien in Kommunikation steht. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher zum Beispiel im Nur-Lese-Speicher (Read-Only Memory - ROM), im Arbeitsspeicher (Random-Access Memory - RAM) und im Keep-Alive-Speicher (Keep-Alive Memory - KAM) beinhalten. KAM können als Dauer- oder nichtflüchtige Speicher umgesetzt sein, die zum Speichern verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden können, während die CPU heruntergefahren wird, oder sie können als batteriepufferbetriebener RAM umgesetzt sein. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer Reihe von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa PROMs (programmierbare Festwertspeicher), EPROMs (elektronische PROM), EEPROMs (elektronische löschbare PROM), Flash-Speicher (z. B. NAND-FLASH oder NOR-FLASH) oder beliebigen anderen elektronischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung zum Steuern des Verbrennungsmotors oder des Fahrzeugs verwendet werden.
Die VSC 48 und andere Steuerungen kommunizieren mit verschiedenen Verbrennungsmotor-/Fahrzeugsensoren und -Aktoren über eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (E/A), die als eine einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, die verschiedene Rohdaten oder eine Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können einer oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um bestimmte Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor diese der CPU bereitgestellt werden. Wie allgemein in der repräsentativen Ausführungsform in 1 veranschaulicht, kann die VSC 48 Signale an die und/oder von der Elektronik in der Hochspannungsbatterie 20 und der Leistungselektronik 28 kommunizieren. Die Leistungselektronik 28 kann sowohl die ISC als auch das BECM umfassen, die den Leistungsfluss zu und von der Batterie 20 verwalten. Zusätzlich kann die VSC 48, wie vorstehend erörtert, mit anderen Fahrzeugsteuerungen oder direkt mit einem Fahrzeugsensor und/oder Komponenten, einschließlich dem Verbrennungsmotor 14, dem Bremssystem 54, dem Gleichspannungswandler 56, der Niederspannungsbatterie 58 und dem Anlasser 60, kommunizieren. Wenngleich sie nicht ausdrücklich dargestellt werden, erkennt der Durchschnittsfachmann doch verschiedene Funktionen oder Komponenten, die in jedem der zuvor identifizierten Teilsysteme durch die VSC 48 gesteuert werden können.
Repräsentative Beispiele für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, die unter Verwendung von Steuerlogik, die von der Steuerung ausgeführt wird, direkt oder indirekt angesteuert werden können, beinhalten den Einspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge und die Einspritzdauer, die Stellung der Drosselklappe, den Zündzeitpunkt der Zündkerzen (bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren), die zeitliche Abstimmung und Dauer für Einlass- und Auslassventile, Komponenten des Front-End-Nebenaggregatantriebs (Front-End Accessory Drive - FEAD), wie beispielsweise eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, das Laden der Batterie, die Rückgewinnung von Bremsenergie, der M/G-Betrieb, die Kupplungsdrücke für die Trennkupplung 26, die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 und das Schaltgetriebe 24 und dergleichen. Sensoren, die Eingaben über eine E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um zum Beispiel die Kurbelwellenstellung, die Drehzahl (U/min) des Verbrennungsmotors, die M/G-Wellendrehzahl, die Abtriebswellendrehzahl des Antriebsstrangs, Raddrehzahlen, die Temperatur des Verbrennungsmotorkühlmittels, den Ansaugkrümmerdruck, die Gaspedalposition, die Zündschalterstellung, die Drosselklappenstellung, die Lufttemperatur, den Sauerstoffgehalt im Abgas oder die Konzentration oder das Vorhandensein eines anderen Bestandteils des Abgases, den Ansaugluftstrom, den Getriebegang, die Übersetzung oder den Modus des Getriebes, die Getriebeöltemperatur, die Drehzahl der Getriebeturbine, den Status der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung, den Abbrems- oder Gangwechselmodus anzuzeigen.
Die VSC 48 beinhaltet auch ein Drehmomentsteuerlogikmerkmal. Die VSC 48 ist in der Lage, Fahreranforderungen auf Basis mehrerer Fahrzeugeingaben auszulegen. Diese Eingaben können zum Beispiel die Gangwahl (PRNDL), Gaspedaleingaben, Bremspedaleingaben, Batterietemperatur, Spannung, Stromstärke und Batterieladestatus (Battery State of Charge - SOC) beinhalten. Die VSC 48 kann wiederum Befehlsignale an die Leistungselektronik 28 ausgeben, um den Betrieb des M/G 18 zu beeinflussen.
Der M/G 18 steht über die Welle 32 außerdem mit dem Drehmomentwandler 22 in Verbindung. Daher ist der Drehmomentwandler 22 auch mit dem Verbrennungsmotor 14 verbunden, wenn die Trennkupplung 26 wenigstens teilweise eingekuppelt ist. Der Drehmomentwandler 22 beinhaltet ein an der M/G-Welle 32 befestigtes Pumpenrad und ein an einer Getriebeantriebswelle 34 befestigtes Turbinenrad. Der Drehmomentwandler koppelt die elektrische Maschine fluidisch an die Abtriebswelle. Insbesondere stellt der Drehmomentwandler 22 eine hydraulische Kupplung zwischen der Welle 32 und der Getriebeantriebswelle 34 bereit. Einer internen Überbrückungskupplung 36 kann ebenfalls derart ein Drehmomentwandler bereitgestellt sein, dass die Kupplung 36, wenn sie eingekuppelt ist, das Pumpenrad und das Turbinenrad des Drehmomentwandlers 22 reibschlüssig oder mechanisch koppelt, wodurch eine effizientere Kraftübertragung ermöglicht wird. Der Drehmomentwandler 22 und seine Überbrückungskupplung 36 können durch eine Anfahrkupplung ersetzt werden, um eine sanfte Anfahrt des Fahrzeugs bereitzustellen. Wenn die Überbrückungskupplung 36 dagegen ausgekuppelt ist, kann der M/G 18 mechanisch von dem Differential 40 und den Fahrzeugachsen 44 entkoppelt werden. Beim Abbremsen kann die Überbrückungskupplung 36 zum Beispiel bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten auskuppeln, wodurch der Verbrennungsmotor von dem Getriebe und der Kraftübertragung entkoppelt wird, um es dem Verbrennungsmotor zu erlauben, im Leerlauf zu laufen und bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten betrieben zu werden oder anzuhalten. Die Taktung und der Grad des wechselnden Betriebs des M/G können dazu dienen, die Kraftstoffeffizienz zu optimieren und sollten mit den Gangwechselvorgängen des Getriebes zusammenfallen.
Ein Fahrer des Fahrzeugs 10 kann an dem Gaspedal 50 eine Eingabe bereitstellen und ein gefordertes Drehmoment, eine Leistung oder einen Fahrbefehl erzeugen, um das Fahrzeug 10 anzutreiben. Im Allgemeinen führt das Betätigen und Freigeben des Pedals 50 zu einem Gaspedaleingabesignal, das von der VSC 48 als eine Forderung nach einer jeweils höheren bzw. niedrigeren Leistung ausgelegt werden kann. Auf Basis von wenigstens einer Eingabe von dem Pedal kann die Steuerung 48 jeweils zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und/oder dem M/G 18 Drehmomentbefehle zuweisen, um der von dem Fahrer geforderten Fahrzeugdrehmomentabgabe zu entsprechen. Die Steuerung 48 kann auch die zeitliche Steuerung von Gangwechseln innerhalb des Schaltgetriebes 24 sowie das Einkuppeln oder das Auskuppeln der Trennkupplung 26 und der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 steuern. Die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 kann in einem Bereich zwischen der eingekuppelten und ausgekuppelten Position moduliert werden. Dies kann einen variablen Schlupf im Drehmomentwandler 22 zusätzlich zum variablen Schlupf, der durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad erzeugt wird, erzeugen. Alternativ kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 36 entweder als verriegelt oder offen betrieben werden, ohne einen modulierten Betriebsmodus zu verwenden, was von der konkreten Anwendung abhängt.
Der Fahrer des Fahrzeugs 10 kann zusätzlich an einem Bremspedal eine Eingabe bereitstellen, um eine Fahrzeugbremsforderung zu erzeugen Das Betätigen des Bremspedals erzeugt ein Bremseingabesignal, das durch die Steuerung 48 als ein Befehl das Fahrzeug abzubremsen ausgelegt wird. Die VSC 48 kann wiederum Befehle ausgeben, um das Aufbringen eines negativen Drehmoments auf die Getriebeabtriebswelle 38 zu verursachen. Zusätzlich oder in Kombination kann die Steuerung Befehle ausgeben, um das Bremssystem 54 zu aktivieren, um einen Reibungsbremsenwiderstand anzuwenden, um das Drehen der Fahrzeugräder 42 zu hemmen. Die sowohl durch den Antriebsstrang als auch die Reibungsbremsen bereitgestellten negativen Drehmomentwerte können zugewiesen werden, um die Menge zu variieren, mit der diese jeweils der Fahrerbremsforderung entsprechen.
Der M/G 18 kann als Generator betrieben werden, um kinetische Energie vom Antriebsstrang 12 in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Batterie 20 gespeichert wird. Der M/G 18 kann zum Beispiel als Generator fungieren, während der Verbrennungsmotor 14 die einzige Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitstellt. Der M/G 18 kann zudem während der Rückgewinnung von Bremsenergie als Generator fungieren, wobei Rotationsenergie von dem Drehen der Getriebeabtriebswelle 38 zum Schaltgetriebe 24 zurückübertragen und in elektrische Energie umgewandelt wird, welche in der Hochspannungsbatterie 20 oder der Niederspannungsbatterie 58 gespeichert wird.
Es versteht sich, dass die in 1 veranschaulichte schematische Darstellung lediglich beispielhafter Natur ist und nicht einschränkend sein soll. Andere Auslegungen werden in Betracht gezogen, die selektives Einkuppeln sowohl eines Verbrennungsmotors als auch eines Elektromotors für die Übertragung durch ein Getriebe verwenden. Andere derartige Konfigurationen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Im Allgemeinen verfügt die elektrische Maschine im Vergleich zum Verbrennungsmotor über eine höhere Drehmomentbandbreite. Daher wird der Verbrennungsmotor im Allgemeinen mit der Drehmomentregelung betrieben und die elektrische Maschine kann unter Verwendung der Drehzahlregelung betrieben werden, um die Gesamtabtriebsdrehzahl des Antriebsstrangs bei Bedarf genauer zu steuern. Gemäß einem Antriebsstrang der vorliegenden Offenbarung gibt der Verbrennungsmotor die Systemleistungsabgabe vor und die elektrische Maschine regelt die Systemdrehzahl. In diesem Fall wird die elektrische Maschine verwendet, um die Gesamtdrehzahlausgabe des Antriebsstrangsystems zu modulieren.
Die Wirksamkeit der Verwendung der elektrischen Maschine zum Modulieren der Systemdrehzahl, kann überwacht werden, indem das Drehmoment und die Drehzahl bei dem Pumpenradeingang des Drehmomentwandlers 22 gemessen wird. Im Allgemeinen kann das Drehmoment des Drehmomentwandlers durch die nachstehende Gleichung (1) beschrieben werden. $τ_{i m p} = τ_{e} + τ_{m}$
In Gleichung (1) ist τ_imp das Pumpenraddrehmoment, τ_e das Abtriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors und τ_m ist das Abtriebsdrehmoment der elektrischen Maschine. τ_m ist positiv, wenn die elektrische Maschine den Verbrennungsmotor beim Antrieb des Fahrzeugs unterstützt. τ_m ist negativ, wenn die elektrische Maschine als Generator betrieben wird und einen Teil des Abtriebsdrehmoments des Verbrennungsmotors aufnimmt.
Die Dynamik, die den Ausgang der elektrischen Maschine regelt, kann durch die nachstehende Gleichung (2) näherungsweise bestimmt werden. $J_{m} \cdot {\dot{ω}}_{m} = τ_{c l t} + τ_{m} + τ_{t c}$
wobei J_m die Trägheit der elektrischen Maschine ist, ω̇_m der Drehbeschleunigungsausgang von der elektrischen Maschine ist, τ_clt das Kupplungsdrehmoment ist, und τ_tc die Drehmomentbelastung von dem Drehmomentwandler ist. Das Kupplungsdrehmoment τ_clt ist die Menge des auf die elektrische Maschine aufgebrachten Drehmoments und hängt davon ab, ob die Kupplung offen, geschlossen oder im Schlupfmodus ist.
Im einfachsten Fall, wenn die Kupplung offen ist, wird ein Drehmoment von null über die Kupplung übertragen. Wenn die Kupplung verriegelt ist, ist die Kupplungsdrehmomentkapazität groß genug, sodass das durch die Kupplung übertragene Drehmoment gleich dem Verbrennungsmotorbremsmoment minus der Verbrennungsmotorträgheit ist. Die nachstehende Gleichung (3) ist eine repräsentative Schätzung des Kupplungsdrehmoments in einem verriegelten Zustand. $τ_{c l t} = τ_{e} - J_{e} \cdot {\dot{ω}}_{e}$
Wenn sich die Kupplung in einem Schlupfmodus befindet, ist das Kupplungsdrehmoment gleich der Drehmomentkapazität und abhängig von dem Oberflächenzustand der Kupplungsscheiben λ und dem über die Kupplung aufgebrachten hydraulischen Druck p. Die nachstehende Gleichung (4) stellt eine typische Beziehung dar. $τ_{c l t} = f (λ, p)$
Wie vorstehend erörtert, kann die Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors einen idealen Wert überschreiten und/oder unterschreiten, wenn sich der Zustand der Kupplung ändert. Die Antriebsstrangsystemträgheit unterscheidet sich zwischen dem reinen Elektromodus und dem Hybridfahrzeugmodus wesentlich. Es ist vorteilhaft, sowohl die vorwärtsgekoppelten Informationen der Trennkupplung sowie die Rückkopplung jeglichen Drehzahlfehlers der elektrischen Maschine zu verwenden, um die Antriebsstrangdrehzahlausgabe zu verwalten. Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann die Elektromotorsteuerung eine vorläufige Schätzung von τ_clt als vorwärtsgekoppelte Informationen verwenden, um Veränderungen des Kupplungsdrehmoments im Zusammenhang mit Zustandsänderungen entgegenzuwirken. Außerdem kann die Rückkopplung von der Istabtriebsdrehzahl verwendet werden, um Störungen zu unterdrücken und Fehler bei der Drehzahlausgabe einzuschränken. Nachstehend ist eine Drehzahlbereichsübertragungsfunktion in Gleichung (5) dargestellt. $τ_{m} (s) = - τ_{c l t}^{S c h ä t z} (s) + G_{m} (s) \cdot (ω_{m}^{r} (s) - ω_{m} (s))$
$τ_{c l t}^{S c h ä t z} (s)$
ist das geschätzte Drehmoment über die Kupplung, das kontinuierlich durch Rückkopplungsglieder auf der Basis der Istantriebsstrangausgabe eingestellt wird. $ω_{m}^{r} (s)$
ist die angewiesene Drehzahl der elektrischen Maschine und ω_m(s) ist die gemessene Istdrehzahlausgabe der elektrischen Maschine. Die Differenz zwischen der angewiesenen Drehzahl der elektrischen Maschine und der Istdrehzahl der elektrischen Maschine wird in einen Einstellungsabschnitt des Algorithmus eingegeben G_m(s). Diese Einstellung ermöglicht es dem System, Schätzungsfehler des Kupplungsdrehmoments zu überwinden.
Der Drehmomentschätzungsalgorithmus ist in dem Steuersystemdiagramm aus 2 dargestellt. Das System 200 stellt den Informationsfluss zwischen Steuerungen in einem System dar, das eine Kombination von sowohl vorwärtsgekoppelten Informationen als auch Rückkopplungsinformationen benutzt, um die Antriebsstrangsystemdrehzahl zu steuern.
Ein vorwärtsgekoppelter Abschnitt des Algorithmus ist bei Kupplungssteuerung 202 dargestellt. Auf Basis von Informationen von dem Verbrennungsmotor 204 (d. h. Abtriebsdrehmoment und Drehzahl) und Informationen von der Kupplung 206 (d. h. Verriegelungstatus, Oberflächenzustand und hydraulischer Druck) wird eine Schätzungskupplungsdrehmoment 208 bereitgestellt. Die Elektromotorsteuerung 210 verwendet die Kupplungsdrehmomentschätzung, um einen Befehl zum Regeln der Drehzahl der elektrischen Maschine zu erzeugen. In der Praxis ist die Kupplungsdrehmomentschätzung 208 aufgrund von Änderungen der Systemdynamik oft fehlerhaft.
Insbesondere die Elektromotordynamik 212 beeinflusst die Istdrehzahlausgabe 214 der elektrischen Maschine stark. Das Istabtriebsdrehmoment 216 der elektrischen Maschine und das Istkupplungsdrehmoment 218 werden durch die Trägheit 220 der elektrischen Maschine und die Fahrzeuggeschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile 222 beeinflusst. Die Istdrehzahlausgabe 214 der elektrischen Maschine wird gemessen und an die Elektromotordrehzahlsteuerung 210 rückgekoppelt. Jeglicher Fehler zwischen der angewiesenen Drehzahl 224 der elektrischen Maschine und der Istdrehzahlausgabe 214 der elektrischen Maschine wird verwendet, um den Drehmomentbefehl für den Elektromotor zu verändern. Der gemessene Fehler, einschließlich jeglicher Störungen 226 der elektrischen Maschine, wird an die Elektromotordrehzahlregelung 210 rückgekoppelt, um als Fehlerkorrektur zu fungieren. Das Ausmaß dieser Korrektur hängt von der Steuersystemverstärkung 228 ab. Diese wird dann mit der Kupplungsdrehmomentschätzung 208 kombiniert, um einen Drehmomentbefehl für den Elektromotor zu erzeugen, der den Fehler zwischen dem Drehzahlbefehl und der Istdrehzahl minimiert. Insgesamt wird die Rückkopplungssteuerung betrieben, um die Robustheit und das Übergangsverhalten des Antriebsstrangsystems zu verbessern.
Im Allgemeinen umfasst der Rückkopplungsabschnitt des Steueralgorithmus eine Fehlerkorrektur, um Drehzahldiskrepanzen auszugleichen und zu verringern, wodurch die Robustheit verbessert wird. Der Rückkopplungsabschnitt ist jedoch reaktiv und es besteht eine inhärente Zeitverzögerung bei der Korrektur. Der vorwärtsgekoppelte Abschnitt des Steueralgorithmus sieht die Leistung vorher und verhindert einen bestimmten Abschnitt des Abtriebsdrehzahlfehlers. Wenn sich die Eingaben ändern, wird die stromabwärtige Drehzahlausgabe vorhergesehen, bevor sie auftritt. Die Vorkopplungssteuerung kann zu einem gewissen Grad für eine bekannte Elektromotordynamik Fehler ausgleichen, bevor sie auftreten, wodurch Systemverzögerungen verringert werden. Die Vorkopplungssteuerung ist jedoch am effektivsten, wenn die Systemantwort stark vorhersehbar ist. Die Vorausschätzung des Kupplungsdrehmoments kann aus mehreren Gründen fehlerbehaftet sein. Zum Beispiel können der Verlust eines Signals, das den Kupplungsdruck angibt, der Verlust der Kommunikation zwischen Steuerungen in dem Steuerungssystem, schlechte allgemeine Signalbedingungen und eine lange Kommunikationsverzögerung alle zu Fehlern bei der Kupplungsdrehmomentschätzung beitragen. Wenn beide Steuerungsarten zusammen verwendet werden, trägt die vorwärtsgekoppelte Komponente dazu bei, eine schnelle Systemreaktion bereitzustellen und die Rückkopplungskomponente trägt dazu bei, unvermeidbare Fehler im Antriebsstrangsystemmodell auszugleichen. Das Verfahren der vorliegenden Steuerung stellt eine robuste Weise zum Steuern einer Hybridantriebsstrangausgabe bereit.
Der Drehzahlregelungsmodus kann in dem Antriebsstrang der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, um den Betrieb in einigen bestimmten Betriebszuständen zu verbessern. 3A und 3B sind ein Flussdiagramm des Verfahrens 300, das ein Beispiel für eine Modusbestimmung der Drehzahlregelung in den verschiedenen Antriebsstrangbetriebszuständen veranschaulicht.
Wenn sich der Antriebsstrang bei Schritt 302 nicht im formellen Drehzahlregelungsmodus befindet, kann die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine trotzdem verwendet werden, um vor bestimmten potentiellen Fehlerzuständen des Antriebsstrangs zu schützen, um den Verbrennungsmotor und/oder das Getriebe zu schützen.
Wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine bei Schritt 304 niedriger als ein erster Schwellenwert ist, wie etwa, wenn das Fahrzeug anhält, kann die Steuerung anweisen, dass die elektrische Maschine angehalten wird, um Energie zu sparen. Wenn bei Schritt 306 das Drehmoment der elektrischen Maschine negativ ist, kann die Steuerung anweisen, dass die elektrische Maschine bei Schritt 308 gleichmäßig auf eine Drehzahl von null herunterfährt. In wenigstens einer Ausführungsform verursacht die Steuerung als Reaktion auf einen bevorstehenden Halt des Fahrzeugs ein umgehendes Herunterfahren durch Erzeugen einer gleichmäßigen Verringerung des Drehzahlzielbefehls für die elektrische Maschine. Die Steuerung kann das Drehmoment der elektrischen Maschine verwenden, um die Drehzahl zu regeln, bis sie nahe genug an der Drehzahl null ist. Eine Totzone der Drehzahlregelung ist bei sehr niedrigen Drehzahlen umgesetzt, um das Drehmoment der elektrischen Maschine vollständig auf null abzusenken und damit die Drehzahl der elektrischen Maschine mithilfe des Widerstands von Kühlöl von selbst zum Stillstand kommt.
Wenn bei Schritt 306 das Drehmoment der elektrischen Maschine positiv ist, kann die Totzone bei Schritt 310 einseitig sein und ebenfalls ein Drehzahlziel von null haben. Der Vorteil der Totzonenregelung bei niedrigen Drehzahlen besteht darin, dass sie sicherstellt, dass das Drehmoment der elektrischen Maschine null ist, wenn die elektrische Maschine vollständig angehalten ist. Zum Beispiel können Drehzahlen der elektrischen Maschine von unter 20 U/min der Totzone unterliegen, um zu ermöglichen, dass die Drehzahl bei null bleibt, wenn dies gewünscht ist. Bei derartigen niedrigen Drehzahlen kann eine stärkere Regelung erforderlich sein, da Störungen bei der Drehzahlmessung eine größere Auswirkung auf die Systemkorrektur haben. Durch die Verwendung einer Totzone wird eine kleine Drehmomentschwingung bei einer Drehzahl von null durch die Messung oder eine Berechnung mit akumulativen Fehlern vermieden. Wenn andernfalls die Fehlerkorrektur bei sehr niedrigen Drehzahlen verwendet wird, können die Fehler in Bezug auf die Drehzahl der elektrischen Maschine zu fortlaufenden kleinen Einstellungen des Drehmoments führen, die sowohl unnötig als auch ineffizient sind.
Wenn die Drehzahl des Elektromotors bei Schritt 304 größer als der erste Schwellenwert ist, kann die Steuerung noch immer Schutz für einen Mindestöldruck im Getriebe anwenden. Wenn der Drehmomentwandler zum Beispiel geschlossen ist, kann die Drehzahl des Pumpenrads geregelt werden, um einen Getriebebetrieb mit hoher Priorität zu schützen. Das Getriebe erfordert, dass die Drehzahl des Pumpenrads größer ist als ein Wert, der einen ausreichenden Öldruck gewährleisten kann. Normalerweise liegt dieser zwischen 300-400 U/min. Wenn sich das System in der Drehmomentregelung befindet, kann eine Ungenauigkeit der Drehmomentabgabe zu einem Abfall der Drehzahl des Pumpenrads führen. Wenn die Drehzahl des Pumpenrads bei Schritt 312 kleiner als eine Druckschwellenwertdrehzahl ist, kann die Steuerung bei Schritt 314 den Getriebedrehzahlschutz aufrufen, um den Abtrieb der elektrischen Maschine zu erhöhen, um sicherzustellen, dass die Drehzahl des Pumpenrads größer als eine vorbestimmte Mindestdrehzahl des Pumpenrads ist. In einem zweiten Beispiel kann ein ähnlicher Drehzahlschutz angewendet werden, um die Drehzahl des Pumpenrads bei null zu steuern, um zu verhindern, dass die Drehzahl des Pumpenrads im Fall mehrerer Regelungs-/Systemfehler negativ wird.
Wenn die Drehzahl des Pumpenrads bei Schritt 312 größer als die Druckschwellenwertdrehzahl ist, kann die Steuerung den Schutz für eine Mindestleerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine noch immer anwenden, selbst wenn sich der Antriebsstrang im Drehmomentregelungsmodus befindet. Bei normalem Betrieb im Drehmomentregelungsmodus wird ein Drehmomentbefehl sowohl an den Verbrennungsmotor als auch an den Elektromotor gesendet. Wenn die Berechnung jedoch falsch ist oder die Aktoren zu viel oder zu wenig liefern, könnte das kombinierte Drehmoment in der falschen Richtung erfolgen, was zu einem plötzlichen Abfall der Drehzahl unter den Leerlauf führt, insbesondere wenn die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung offen ist. Während der Verbrennungsmotor läuft und die Trennkupplung verriegelt ist, kann die Steuerung anweisen, dass die Drehzahl des Elektromotors die Drehzahl des Verbrennungsmotors über einem Leerlaufdrehzahlschwellenwert hält. Wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei Schritt 316 kleiner als eine Leerlaufschwellenwertdrehzahl ist, kann die Steuerung bei Schritt 318 den Leerlaufdrehzahlschutz aufrufen, um die Ausgabe der elektrischen Maschine zu erhöhen, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors über dem Schwellenwert zu halten.
Gemäß Aspekten der in dieser Schrift beschriebenen Verfahren kann die Steuerung die Drehzahl des Antriebsstrangs davor schützen, unter eine gewünschte Leerlaufdrehzahl zu sinken, wenn der Verbrennungsmotor angeschaltet ist, unter die Mindestdrehzahl für den Getriebedruck im EV-Modus zu sinken und in allen Verwendungsfällen unter null zu sinken.
Wenn bei Schritt 302 die Drehzahlregelung aktiviert ist, kann die Steuerung die Abtriebsdrehzahl der elektrischen Maschine anweisen, um die Rauhigkeit des Antriebsstrangs unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu verringern. Wenn sich der Fahrzeugantriebsstrang bei Schritt 320 im Leerlauf befindet, kann die Steuerung die Leerlaufdrehzahlregelung sowohl für den EV-Modus als auch für den HEV-Modus aufrufen.
Wenn bei Schritt 322 kein Start des Verbrennungsmotors bevorsteht, kann das vorwärtsgekoppelte Glied der Leerlaufdrehzahlregelung null sein, wenn der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist. Daher wird das Drehmoment der elektrischen Maschine verwendet, um das Drehmoment des Pumpenrads bei Schritt 324 zum Beispiel durch Verwendung der Rückkopplungsberechnung in der vorstehend erörterten Gleichung (5) direkt zu regeln, wenn das geschätzte Kupplungsdrehmoment null ist.
Während der Antriebsstrang im EV-Modus betrieben wird, können mehrere Zustände einen Start des Verbrennungsmotors auslösen, um die Leistung zu ergänzen. Wenn das Fahrzeug zum Beispiel im Leerlauf im EV-Modus betrieben wird, kann ein niedriger Ladezustand erforderlich machen, dass der Verbrennungsmotor angelassen wird, um zu vermeiden, dass der Ladezustand unter einen vorbestimmten Ladeschwellenwert sinkt. Gleichermaßen kann es erforderlich sein, dass der Verbrennungsmotor angelassen wird, wenn sich der Antriebsstrang im EV-Modus im Leerlauf befindet, um Leistung für Verbraucher mit hohem Stromverbrauch, wie etwa einen Klimaanlagenkompressor, bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel kann ein steiler Anstieg der Fahrerbeschleunigungsforderung oder Gaspedalbetätigung die Fähigkeiten des Abtriebsdrehmoments der elektrischen Maschine übersteigen. Ein Start des Verbrennungsmotors kann erforderlich sein, um das Antriebsdrehmoment zu ergänzen. Wenn der Verbrennungsmotor jedoch angelassen wird, kann dies eine wesentliche Last für den Elektromotor verursachen und die Systemdrehzahl unterbrechen. Wenn bei Schritt 322 ein Start des Verbrennungsmotors bevorsteht, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors hochgefahren werden, um eine Störungsunterdrückung vorzubereiten. Zum Beispiel kann das Trennkupplungsdrehmoment, das durch Gleichung (4) berechnet wurde, als das vorwärtsgekoppelte Glied verwendet werden. In wenigstens einer Ausführungsform kann die Steuerung ein Hochfahren der Drehzahl der elektrischen Maschine bei Schritt 326 als Reaktion auf ein bevorstehendes Verbrennungsmotorstartereignis anweisen. Das Hochfahren kann durch ein Drehzahlprofil gekennzeichnet sein, das eine Änderungsgeschwindigkeit aufweist, die kleiner als ein vorbestimmter Rauhigkeitsschwellenwert ist. Dieses Hochfahren der Drehzahl kann dazu dienen, Diskrepanzen beim Antriebsstrangabtriebsdrehmoment während des Verbrennungsmotorstartereignisses zu minimieren.
Wenn sich das Fahrzeug bei Schritt 320 im Drehzahlregelungsmodus bei niedrigen Drehzahlen über dem Leerlauf befindet, kann eine angestrebte Drehzahlausgabe der elektrischen Maschine vorhanden sein, die bei Schritt 328 als Reaktion auf einen bevorstehenden Gangwechsel des Getriebes verwendet wird. Die Zieldrehzahlregelung, die als „Ziel-N“ bezeichnet wird, ist ein spezieller Modus der Drehzahlsteuerung, wenn das Getriebe ein Herunterschalten initiiert, bevor der Drehmomentwandler vollständig geöffnet ist. Die Steuerung ist programmiert bei Schritt 330, die Drehzahl des Pumpenrads bei einer vorbestimmten Drehzahl, oder Ziel-N, zu halten, um einen gleichmäßigen Drehmomentübergang während eines Gangwechselvorgangs zu erreichen. In einem derartigen Fall sind die Drehzahlregelungsverstärkungen nicht die gleichen wie die bei der vorstehend erörterten Leerlaufdrehzahlregelung verwendeten. Ziel-N benötigt einen Satz mit viel weniger aggressiven Verstärkungen, um das Ziel des Haltens der Drehzahl des Pumpenrads zu erreichen, um die Auswirkungen des Drehmoments auf die Kraftübertragung zu minimieren. In wenigstens einer Ausführungsform ist Ziel-N ein Festwert, der während des Schaltereignisses verwendet wird, um die Drehzahl des Elektromotors vorzugeben, um die Drehzahl des Pumpenrads zu stabilisieren. Eine beispielhafte Anwendung erfolgt während einem Herunterschalten des Getriebes bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, die größer als Leerlauf sind. In einem weiteren Beispiel kann Ziel-N ein Drehzahlprofil beinhalten, das während des Schaltereignisses variiert, um Drehmomentanstiege während des Schaltereignisses auszugleichen. Ähnlich anderen Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann das Drehzahlprofil eine Änderungsgeschwindigkeit beinhalten, die kleiner als ein Rauhigkeitsschwellenwert ist, um gleichmäßige Übergänge zu fördern.
Wenn die Ziel-N-Regelung bei Schritt 328 nicht verwendet wird, kann die Steuerung besondere Bedingungen einsetzen, wenn die Drehzahlregelung von null wieder aufgenommen wird. Wenn die Drehzahlregelung bei Schritt 332 wieder aufgenommen wird, können sowohl eine Profilbildung der Drehzahlwiederaufnahme als auch eine einseitige Totzonenregelung verwendet werden. Beide Aspekte werden nachfolgend genauer erörtert.
Bei Schritt 334 kann die Steuerung anweisen, dass die Anfangsdrehzahl gemäß einem vorbestimmten Profil hochfährt, um potentielles Klappern durch Spiel im Getriebesystem sowie Schleifen durch Resonanz der Kraftübertragung zu mindern. Ein Steuermechanismus, der „Input Shaping“ genannt wird, kann auf die Zieldrehzahl des Elektromotors angewendet werden. Die Hochfahrgeschwindigkeit der Drehzahl muss so ausgestaltet sein, dass sie sich in Bezug auf die Isteigenschaften des Kraftübertragungssystems ändern kann. Kalibrierung oder Anpassung von Steuerparametern können verwendet werden, um sowohl die Hochfahrgeschwindigkeit der Drehzahl als auch das Filtern einzustellen, sodass eine gleichmäßige Drehmomentreaktion erzielt werden kann.
Das Anwenden eines Drehzahlprofils auf den Abtrieb der elektrischen Maschine kann außerdem zum Abstimmen mit dem Einkuppeln des Getriebes verwendet werden, wenn der Ganghebel aus einem Nichtantriebsgang, wie etwa „Parken“ oder „Neutral“, zuerst in einen Antriebsgang, wie etwa „Fahren“ oder „Rückwärts“, geschaltet wird. Der Getriebeöldruck ist im Allgemeinen proportional zur Drehzahl des Pumpenrads des Drehmomentwandlers. Ein wünschenswertes Drehzahlprofil kann zu einer schnellen Wiederaufnahme des Öldrucks führen, während gleichzeitig ermöglicht wird, dass die Getriebesteuerung über ausreichend Zeit verfügt, alle Kupplungen einzukuppeln. Bevor das Einkuppeln des Getriebes abgeschlossen ist, sollte die Drehzahl des Pumpenrads nicht wieder angehoben werden. Ansonsten kann von einem Fahrzeugführer ein Klappern gefühlt werden.
Bei Schritt 334 kann die Steuerung als Reaktion, darauf, dass die Drehzahlregelung von null wieder aufgenommen wird, zusätzlich eine Totzonenregelung mit einer Drehzahl aufrufen. Bei niedrigen Drehzahlen des Pumpenrads kann die Gesamtsteuerarchitektur, wie sie in 2 gezeigt ist, verändert werden, um das vorwärtsgekoppelte Glied zu deaktivieren. Die vorwärtsgekoppelte Schätzung des Kupplungsdrehmoments ist bei Drehzahlen unter der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors nicht genau, daher kann auch das gemeldete Drehmoment des Verbrennungsmotors ebenfalls ungenau sein. Bei Drehzahlen des Pumpenrads unter der Mindestverbrennungsdrehzahl des Verbrennungsmotors, kann auch das Starten des Verbrennungsmotors verhindert werden. In diesem Fall könnte das vorwärtsgekoppelte Schätzglied des Kupplungsdrehmoments zu unerwarteten Bedingungen führen, wie etwa einem unerwünschten Abfall der Drehzahl von null in den negativen Bereich, wenn die Wiederaufnahme der Drehzahl angewiesen wurde. Um ein gleichmäßiges Hochfahren zu liefern, ohne die Gefahr, dass eine negative Drehzahl des Pumpenrads entsteht, wenn die Drehzahl des Elektromotors niedrig ist, ist die Drehzahlregelung derart ausgestaltet, dass sie einseitig ist. Auf diese Weise wird nur das Elektromotordrehmoment verwendet, um die Drehzahl des Elektromotors von null auf Leerlauf zu erhöhen, bei dem sich die Drehzahl wenigstens auf einen Wert erhöht hat, der nahe genug an der Leerlaufdrehzahl ist.
Wenn die Drehzahlregelung bei Schritt 332 nicht wiederaufgenommen wird, kann die Steuerung eine Totzonenregelung aufrufen, wie vorstehend bei niedrigen Drehzahlen erörtert. Während des normalen Betriebs stellt der Rückkopplungsabschnitt einer Drehzahlsteuerung Robustheit bereit. In bestimmten Situationen kann das Rückkopplungsdrehmoment der Drehzahlsteuerung die Fahrzeugleistung und Fahrbarkeit jedoch negativ beeinflussen. Wenn zum Beispiel ein Kupplungsfehler des Drehmomentwandlers dazu führt, dass die Kupplung verriegelt, wenn angefordert wurde, dass sie sich öffnet, kann es unter Umständen nicht möglich sein, das gewünschte Drehzahlziel zu erreichen. Der Rückkopplungsabschnitt der Drehzahlregelung könnte auf ein unerwünschtes Niveau ansteigen. Um diese Arten potentieller Probleme zu vermeiden, können zusätzliche Sicherungen zu dem Drehzahlsteuersystem 200 hinzugefügt werden. 4 ist ein Blockdiagramm eines Drehzahlsteuersystems für einen Antriebsstrang, das eine Rückkopplungsbegrenzung beinhaltet. Das System 400 stellt den Informationsfluss zwischen Steuerungen in einem System dar, das eine Kombination von sowohl vorwärtsgekoppelten Informationen als auch Rückkopplungsinformationen sowie sowohl Drehmoment- als auch Drehzahlgrenzen benutzt, um die Antriebsstrangsystemdrehzahl zu steuern.
Ein vorwärtsgekoppelter Abschnitt des Algorithmus ist bei Kupplungssteuerung 402 dargestellt. Auf Basis von Informationen von dem Verbrennungsmotor 404 (d. h. Abtriebsdrehmoment und Drehzahl) und Informationen von der Kupplung 406 (d. h. Verriegelungstatus, Oberflächenzustand und hydraulischer Druck) wird ein Schätzungskupplungsdrehmoment 408 (tq_clc ^Schätz) bestimmt und als negative Rückkopplung einem Elektromotorsteuerblock 410 bereitgestellt. Die Elektromotorsteuerung 410 verwendet die Kupplungsdrehmomentschätzung, um einen Befehl zum Regeln der Drehzahl der elektrischen Maschine zu erzeugen. In der Praxis ist die Kupplungsdrehmomentschätzung 408 aufgrund von Änderungen der Systemdynamik oft fehlerhaft. Zusammen mit der Kupplungssteuerung 402 wird ein Drehmomentwandlermodell 430 verwendet, um ein geschätztes Kupplungsdrehmoment (tq_tcc ^Schätz) zu erzeugen, das dem Elektromotorsteuerblock 410 bereitgestellt wird.
Eine weitere Eingabe zu dem Elektromotorsteuerblock 410 ist eine Nennreferenzdrehzahl des Elektromotors (ωⁱ _m) 432, die einen Referenzdrehzahlbegrenzungsblock 434 passiert hat. Es ist anzumerken, dass eine Steuerung, ein Prozessor oder eine andere Struktur, die dieses System 400 umsetzen, die Nennreferenzdrehzahl des Elektromotors (ωⁱ _m) 432 als eine gewünschte Drehzahl betrachten können. Beim Eintritt in die Drehzahlregelung kann die gemessene Drehzahl des Elektromotors sich wesentlich von der Nennreferenzdrehzahl(ωⁱ _m) 432 unterscheiden. Um zu verhindern, dass das System versucht ein großes Anfangsrückkopplungsdrehmoment der Drehzahlregelung anzuwenden, kann die Referenzdrehzahl gemäß Gleichung 6 begrenzt werden $ω^{r}_{m} = max (ω_{m}^{Schätz} - C_{1}, min (ω^{i}_{m}, ω_{m}^{Schätz} + C_{2}))$
Wobei (ω^r _m) die Referenzdrehzahl des Elektromotors ist, (ω_m ^Schätz) die geschätzte/gemessene Drehzahl des Elektromotors ist, (ωⁱ _m) die Nennreferenzdrehzahl des Elektromotors, C₁ die vordefinierte minimale Referenzdrehzahldifferenz ist und C₂ die vordefinierte maximale Referenzdrehzahldifferenz ist. Die Verwendung der Referenzdrehzahlbegrenzung 434 gewährleistet, dass eine Größe des Anfangsfehlers der Drehzahlregelung ausreichend klein ist, um einen gleichmäßigen Übergang in die Drehzahlregelung zu erzielen. Wenn eine Begrenzungskorrektor erforderlich ist, kann die Begrenzungskorrektur durch Gleichung 7 beschrieben werden. $ω^{r}_{m, K o r r} = ω^{r^{*}}_{m} - max (ω_{m}^{Schätz} - C_{1}, min (ω^{r^{*}}_{m}, ω_{m}^{Schätz} + C_{2}))$
Wobei (ω^r _m,Korr) die Korrektur der Referenzdrehzahl des Elektromotors ist. Wenn somit die Drehzahlregelung aktiv ist, sollte sich die Referenzdrehzahl des Elektromotors (ω^r _m) asymptotisch der Nennreferenzdrehzahl (ωⁱ _m) nähern. Dies kann durch Abfallen der Korrektur der Referenzdrehzahl des Elektromotors auf null unter Verwendung eines Filters, wie etwa eines Filters erster Ordnung, erreicht werden. Zum Beispiel die Gleichungen $ω^{r}_{m} = ω^{r^{*}}_{m} - ω^{r}_{m, K o r r}$
$ω^{r}_{m, K o r r} (t - t_{0}) = ω^{r}_{m, K o r r} (t_{0}) e^{\frac{- t}{τ_{K o r r}}}$
Wobei t die Zeit ist, t₀ die Zeit des Eintretens in die Drehzahlregelung ist und τ_Korr die Zeitkonstante der Drehzahlkorrektur ist.
Wie vorstehend erörtert, beeinflusst die Elektromotordynamik 412 die Istdrehzahlausgabe 414 der elektrischen Maschine stark. Und ein Istabtriebsdrehmoment 416 der elektrischen Maschine und das Istkupplungsdrehmoment 418 werden durch die Trägheit 420 der elektrischen Maschine und die Fahrzeuggeschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile 422 beeinflusst. Es ist anzumerken, dass eine Steuerung, ein Prozessor oder eine andere Struktur, die dieses System 400 umsetzen, das Istabtriebsdrehmoment 416 der elektrischen Maschine als einen Befehl für die elektrische Maschine zum Ausgeben von Drehmoment oder eines angewiesenen Drehmoments betrachten können. Die Istdrehzahlausgabe 414 der elektrischen Maschine wird gemessen und an die Elektromotordrehzahlsteuerung 410 rückgekoppelt. Jeglicher Fehler zwischen der angewiesenen Drehzahl 424 der elektrischen Maschine und der Istdrehzahlausgabe 414 der elektrischen Maschine wird verwendet, um den Drehzahlbefehl zu verändern. Der gemessene Fehler beinhaltet auch jegliche Störungen 426 der elektrischen Maschine, die an die Elektromotordrehzahlsteuerung 410 rückgekoppelt werden, um die Steuersystemverstärkung 428 zu beeinflussen und als Fehlerkorrektur zu fungieren. Da üblicherweise während des normalen Betriebs keine großen Drehzahlregelungsfehler auftreten, ist eine Drehzahlsteuerung üblicherweise optimiert, um kleine bis mittlere Drehzahlregelungsfehler zu unterdrücken, während große Drehzahlfehler eine wesentlich komplexere Herausforderung darstellen können. Wenn die proportionale Verstärkung zum Beispiel zu groß ist, kann sich das Rückkopplungsdrehmoment der Drehzahlregelung schneller ändern, als das System physisch reagieren kann, was zu Elektromotorschwingungen führt. Außerdem können große Drehzahlfehler beim ersten Anlassen zu Integrator-Windup führen. Um diese Probleme zu verhindern, kann der Drehzahlfehler des Elektromotors durch einen Drehzahldifferenzbegrenzungsblock 436 mit einem oberen maximalen 438 Schwellenwert und einem unteren minimalen 440 Schwellenwert begrenzt werden. Der Drehzahlfehler des Elektromotors kann gemäß den nachstehenden Gleichungen 10 und 11 begrenzt sein. $\frac{d ω_{e r r, r a t e n b e g}}{d t} = max (C_{3}, min (\frac{d ω_{e r r}}{d t}, C_{4}))$
$ω_{e r r, b e g r e n z t} = max (C_{5}, min (ω_{e r r, r a t e n b e g r e n z t}, C_{6}))$
Wobei (ω_err) der Drehzahlfehler des Elektromotors ist, (ω_err,ratenbeg) der ratenbegrenzte Drehzahlfehler des Elektromotors ist, (ω_err,begrenzt) der begrenzte Drehzahlfehler des Elektromotors ist, C₃ die vordefinierte minimale Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlfehlers ist, C₄ die vordefinierte maximale Änderungsgeschwindigkeit des Drehzahlfehlers ist, C₅ der vordefinierte minimale Drehzahlfehler ist, C₆ der vordefinierte maximale Drehzahlfehler ist. Hier können sich die vordefinierten Grenzen (C₃, C₄, C₅, und C₆) abhängig vom Betriebsmodus ändern. Zum Beispiel ist während des EV-Modus die Hauptfehlerquelle die Unsicherheit im Drehmomentwandlermodell. Da nur sehr kleine Störungen erwartet werden, können die minimalen und maximalen Fehlergrenzen eng sein. Während des Anlassens des Verbrennungsmotors, wenn die Drehmomentschätzung der Trennkupplung am unsichersten ist, können größere Fehlergrenzen zugewiesen werden. Während eines Schaltens beim Fahren im Leerlauf, bei dem die Ziel-N-Regelung verwendet wird, können mittlere Fehlergrenzen zugewiesen werden.
Als Nächstes werden die Grenzausgaben mit einem Koeffizienten in der Verstärkungsstufe 428 multipliziert, um den Winkelgeschwindigkeitsfehler in ein Drehmoment umzuwandeln. Nach der Verstärkungsstufe 428 wird das Drehmoment gemäß einem Nachverstärkungsbegrenzer 442 begrenzt. Selbst wenn der Drehzahlfehler in der Referenzdrehzahlbegrenzung 434 und dem Drehzahldifferenzbegrenzungsblock 436 begrenzt ist, kann die Rückkopplungssteuerung große Rückkoppplungskorrekturen erzeugen. Um diese Probleme zu verhindern, kann das Drehmoment durch einen Drehmomentbegrenzungsblock 442 mit einem oberen maximalen 444 Schwellenwert und einem unteren minimalen 446 Schwellenwert begrenzt werden. Um zu gewährleisten, dass die Elektromotorreaktion innerhalb einer Begrenzung bleibt, kann das Rückkopplungsdrehmoment der Drehzahlregelung gemäß den nachstehenden Gleichungen 12 und 13 begrenzt werden $\frac{d t q_{f b, r a t e n b e g}}{d t} = max (C_{7}, min (\frac{d t q_{f b}}{d t}, C_{8}))$
$t q_{f b, b e g r e n z t} = max (C_{9}, min (t q_{f b}, C_{10}))$
Wobei (tq_fb) das Rückkopplungsdrehmoment der Drehzahlregelung ist, (tq_fb,ratenbeg) das ratenbegrenzte Rückkopplungsdrehmoment der Drehzahlregelung ist, (tq_fb,begrenzt) das begrenzte Rückkopplungsdrehmoment der Drehzahlregelung ist, C₇ die vordefinierte minimale Drehmomentveränderungsgeschwindigkeit ist, C₈ die vordefinierte maximale Drehmomentveränderungsgeschwindigkeit ist, C₉ das vordefinierte minimale Drehmoment ist, C₁₀ das vordefinierte maximale Drehmoment ist. Die vordefinierten Grenzwerte können sich abhängig vom Betriebsmodus ändern. Zum Beispiel ist während des EV-Modus die Hauptfehlerquelle die Unsicherheit im Drehmomentwandlermodell. Da nur sehr kleine Störungen erwartet werden, können die minimalen und maximalen Fehlergrenzen eng sein. Während des Anlassens des Verbrennungsmotors, wenn die Drehmomentschätzung der Trennkupplung am unsichersten ist, können viel größere Fehlergrenzen zugewiesen werden. Während eines Schaltens beim Fahren im Leerlauf, bei dem die Ziel-N-Regelung verwendet wird, können mittlere Fehlergrenzen zugewiesen werden.
Dies verbessert wiederum die Kupplungsdrehmomentschätzung 408, was den Fehler zwischen dem Drehzahlbefehl und der Istdrehzahl minimiert. Insgesamt wird die Rückkopplungssteuerung betrieben, um die Robustheit und das Übergangsverhalten des Antriebsstrangsystems zu verbessern.
Im Allgemeinen umfasst der Rückkopplungsabschnitt des Steueralgorithmus eine Fehlerkorrektur, um Drehzahldiskrepanzen auszugleichen und zu verringern, wodurch die Robustheit verbessert wird. Der Rückkopplungsabschnitt ist jedoch reaktiv und es besteht eine inhärente Zeitverzögerung bei der Korrektur. Der vorwärtsgekoppelte Abschnitt des Steueralgorithmus sieht die Leistung vorher und verhindert einen bestimmten Abschnitt des Abtriebsdrehzahlfehlers. Wenn sich die Eingaben ändern, wird die stromabwärtige Drehzahlausgabe vorhergesehen, bevor sie auftritt. Die Vorkopplungssteuerung kann zu einem gewissen Grad für eine bekannte Elektromotordynamik Fehler ausgleichen, bevor sie auftreten, wodurch Systemverzögerungen verringert werden. Die Vorkopplungssteuerung ist jedoch am effektivsten, wenn die Systemantwort stark vorhersehbar ist. Die Vorausschätzung des Kupplungsdrehmoments kann aus mehreren Gründen fehlerbehaftet sein. Zum Beispiel können der Verlust eines Signals, das den Kupplungsdruck angibt, der Verlust der Kommunikation zwischen Steuerungen in dem Steuerungssystem, schlechte allgemeine Signalbedingungen und eine lange Kommunikationsverzögerung alle zu Fehlern bei der Kupplungsdrehmomentschätzung beitragen. Wenn beide Steuerungsarten zusammen verwendet werden, trägt die vorwärtsgekoppelte Komponente dazu bei, eine schnelle Systemreaktion bereitzustellen und die Rückkopplungskomponente trägt dazu bei, unvermeidbare Fehler im Antriebsstrangsystemmodell auszugleichen. Das Verfahren der vorliegenden Steuerung stellt eine robuste Weise zum Steuern einer Hybridantriebsstrangausgabe bereit.
Der Drehzahlregelungsmodus kann in dem Antriebsstrang der vorliegenden Offenbarung angewendet werden, um den Betrieb in einigen bestimmten Betriebszuständen oder Betriebsmodi zu verbessern. 5A und 5B sind ein Flussdiagramm 500 des Verfahrens, das ein Beispiel für eine Modusbestimmung der Drehzahlregelung in den verschiedenen Antriebsstrangbetriebszuständen oder Betriebsmodi veranschaulicht.
Bei Schritt 502 zweigt eine Steuerung basierend darauf, ob sich der Antriebsstrang nicht in einem Drehzahlregelungsmodus befindet, zu Vorgang 504 ab. Wenn sich der Antriebsstrang in einem Drehzahlregelungsmodus befindet, zweigt die Steuerung zu Schritt 506A ab. Bei Schritt 504 zweigt die Steuerung zu Schritt 506B ab, wenn eine Drehzahlregelung erforderlich ist und wenn keine Drehzahlregelung erforderlich ist, zweigt die Steuerung zurück zu Schritt 502 ab.
Bei Schritt 506A und 506B bestimmt die Steuerung eine gewünschte Nennreferenzdrehzahl des Elektromotors und geht jeweils zu den Schritten 508A und 508B über. Ein Beispiel für den Schritt 506 ist das Element 432 aus 4. In Schritt 508A und 508B führt die Steuerung eine Referenzdrehzahlbegrenzung aus. Diese Referenzdrehzahlbegrenzung kann derart beschaffen sein, dass die Drehzahlkorrektur auf null abfällt. Ein Beispiel für die Referenzdrehzahlbegrenzung ist das Element 434 aus 4. Nach der Referenzdrehzahlbegrenzung aus Vorgang 508 geht die Steuerung zu Vorgang 510 über, bei dem die Steuerung die Referenzdrehzahl des Elektromotors neu berechnet. Die Steuerung misst dann in Vorgang 512 die Drehzahl des Elektromotors und bestimmt in Vorgang 514 den Drehzahlfehler des Elektromotors.
Bei Vorgang 516 begrenzt die Steuerung den Drehzahlfehler. Ein Beispiel für diese Begrenzung ist das Element 436 aus 4. Nachdem der Drehzahlfehler begrenzt wurde, bestimmt die Steuerung in Vorgang 518 das Rückkopplungskorrekturdrehmoment der Drehzahlregelung. Ein Beispiel dafür ist der Verstärkungsblock, Element 428 aus 4. Die Steuerung begrenzt dann in Vorgang 520 das Rückkopplungskorrekturdrehmoment des Elektromotors. Ein Beispiel für das Anwenden einer Begrenzung auf das Rückkopplungskorrekturdrehmoment des Elektromotors ist Element 442 aus 4. Die Steuerung schätzt dann das vorwärtsgekoppelte Drehmoment, das erforderlich ist, um die Drehmomentwandlerlast in Vorgang 522 zu überwinden und geht dann zu Vorgang 524 über und schätzt die vorwärtsgekoppelte Drehmomentschätzung der Trennkupplung. Ein Beispiel für die vorwärtsgekoppelte Drehmomentschätzung der Trennkupplung ist Element 408 aus 4. Die Steuerung bestimmt dann in Vorgang 516 den endgültigen Drehmomentbefehl für den Elektromotor und kehrt zum Anfang zurück. Ein Beispiel für die Bestimmung des endgültigen Drehmomentbefehls für den Elektromotor ist das Element 416 aus 4.
Die vorliegende Offenbarung stellt repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik bereit, die unter Verwendung von einer oder mehreren Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, umgesetzt werden können. Demnach können verschiedene in dieser Schrift veranschaulichte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich veranschaulicht ist, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionen in Abhängigkeit von der konkreten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht notwendigerweise erforderlich, um die in dieser Schrift beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern sie soll vielmehr die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern.
Die Steuerlogik kann hauptsächlich als Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik je nach der konkreten Anwendung als Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung als Software kann die Steuerlogik in einer bzw. einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen darstellen, der bzw. die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird bzw. werden. Zu den computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe von bekannten physischen Vorrichtungen gehören, die ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen elektronisch, magnetisch und/oder optisch speichern. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gateanordnungen (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstiger Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten ausgeführt sein.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, welche die Patentansprüche umschließen. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende, nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorangehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in außer Acht gelassen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes beinhalten: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeugantriebsstrang, umfassend: einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine, die durch eine Kupplung gekoppelt sind; einen Drehmomentwandler der ausgelegt ist, die elektrische Maschine an eine Abtriebswelle zu koppeln; und eine Steuerung, die programmiert ist, einen Befehl für die elektrische Maschine zu erzeugen, zum Ausgeben eines Drehmoments, um den Drehmomentwandler in Richtung einer gewünschten Drehzahl anzutreiben, und den Befehl gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl zu verändern, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz durch Schwellenwerte begrenzt sind, die sich mit dem Antriebsstrangbetrieb ändern.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Antriebsstrangbetrieb ein bevorstehendes Verbrennungsmotorstartereignis ist, die Schwellenwerte auf einen Maximalbereich festzulegen und die elektrische Maschine anzuweisen, das Drehmoment zu erhöhen.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Antriebsstrangbetrieb ein bevorstehender Fahrzeugstopp ist, die Schwellenwerte auf einen Minimalbereich festzulegen und die elektrische Maschine anzuweisen, das Drehmoment zu verringern.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Antriebsstrangbetrieb ein Antrieb nur über die elektrische Maschine ist, die Schwellenwerte auf einen Minimalbereich festzulegen.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion auf ein Herunterschalten eines Getriebes die Schwellenwerte auf einen Nennbereich festzulegen und die elektrische Maschine anzuweisen, ein Drehmoment auszugeben, um den Drehmomentwandler während des Auskuppelns in Richtung einer vorbestimmten Drehzahl anzutreiben.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, ein gewünschtes Drehmoment, das von der gewünschten Drehzahl abgeleitet ist, auf einen auf dem Antriebsstrangbetrieb basierenden Bereich zu beschränken.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 6, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Antriebsstrangbetrieb ein bevorstehendes Verbrennungsmotorstartereignis ist, den Bereich auf einen Maximalbereich festzulegen.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 6, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, während einer nur durch die elektrische Maschine angetriebenen Fahrt des Fahrzeugs, den Bereich auf einen Minimalbereich festzulegen.
Hybridantriebsstrangsteuerverfahren umfassend: durch eine Steuerung, Erzeugen eines Befehls für eine elektrische Maschine zum Ausgeben einer gewünschten Drehzahl, die auf einer Drehmomentschätzung basiert; und Ändern des Befehls gemäß einer Differenz zwischen der gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz auf einen Bereich begrenzt sind, der auf einem Betriebsmodus des Hybridantriebsstrangs basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass der Betriebsmodus ein bevorstehendes Verbrennungsmotorstartereignis ist, das Festlegen des Bereichs auf ein Maximum.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass der Betriebsmodus ein bevorstehender Fahrzeugstopp ist, das Festlegen des Bereichs auf ein Minimum.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, während einer nur durch die elektrische Maschine angetriebenen Fahrt des Fahrzeugs, das Festlegen des Bereichs auf ein Minimum.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass der Betriebsmodus ein Übergehen von einem Nichtantriebsgang zu einem Antriebsgang ist, das Festlegen des Bereichs auf einen Nennbereich.
Steuersystem für einen Fahrzeugantriebsstrang, umfassend: eine Steuerung, die programmiert ist, einen Befehl für eine elektrische Maschine gemäß einer Differenz zwischen einer gewünschten Drehzahl und einer Istdrehzahl eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten Drehmomentwandlers einzustellen, um die Differenz zu verringern, wobei die Werte der Differenz durch Schwellenwerte begrenzt sind, die sich mit dem Betriebsmodus des Fahrzeugantriebsstrangs ändern.
Steuersystem nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, als Reaktion auf ein Herunterschalten eines Getriebes, während sich die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem Geschwindigkeitsschwellenwert befindet, die Schwellenwerte auf einen Nennbereich festzulegen.