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Die
Erfindung betrifft das Gebiet der Steuerung eines Fahrzeug-Kraftübertragungsstrangs
und insbesondere die Bestimmung bevorzugter Arbeitspunkte für den Kraftübertragungsstrang
im Fahrzeug.
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Für das Management
des Eingangs- und des Ausgangsdrehmoments verschiedener Antriebsmaschinen
in Hybridfahrzeugen, zumeist Brennkraftmaschinen und Elektromaschinen,
sind verschiedene Hybrid-Kraftübertragungsstrang-Architekturen
bekannt. Reihenhybridarchitekturen sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine
charakterisiert, die einen Elektrogenerator antreibt, der seinerseits
einem Elektroantriebsstrang und einem Batteriepack Elektroleistung
zuführt.
In einer Reihenhybridarchitektur ist die Brennkraftmaschine nicht
direkt mechanisch mit dem Antriebsstrang gekoppelt. Der Elektrogenerator
kann außerdem
in einer Elektromotorbetriebsart arbeiten, um für die Brennkraftmaschine eine
Anlasserfunktion bereitzustellen, während der Elektroantriebsstrang
Bremsenergie des Fahrzeugs wiedergewinnen kann, indem er in einer
Generatorbetriebsart arbeitet, um das Batteriepack nachzuladen.
Parallelhybridarchitekturen sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine
und durch einen Elektromotor charakterisiert, die beide eine direkte
mechanische Kopplung zu dem Antriebsstrang haben. Herkömmlich enthält der Antriebsstrang
ein Schaltgetriebe, das für
einen breiten Betriebsbereich die erforderlichen Übersetzungsverhältnisse
bereitstellt.
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Es
sind elektrisch variable Getriebe (EVT) bekannt, die durch Kombination
der Merkmale sowohl von Reihen- als auch von Parallel-Hybridantriebsstrang-Architekturen
stufenlos variable Drehzahlverhältnisse
bereitstellen. EVTs sind mit einem direkten mechanischen Weg zwischen
einer Brennkraftmaschine und einer Achsantriebseinheit betreibbar
und ermöglichen
somit einen hohen Getriebewirkungsgrad und die Anwendung preiswerterer
und weniger massiver Elektromotoranlagen. EVTs sind außerdem mit
einem Motorbetrieb, der von dem Achsantrieb mechanisch unabhängig ist,
oder in verschiedenen mechanischen elektrischen Zwischenbeiträgen betreibbar
und ermöglichen
somit stufenlos variable Drehzahlverhältnisse bei hohem Drehmoment,
elektrisch dominierte Starts, Rückgewinnungsbremsung,
Leerlauf bei ausgeschaltetem Motor und Mehrbetriebsart-Betrieb.
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Es
ist bekannt, die Motorleistung aus der benötigten Norm-Fahrwiderstandsleistung
zuzüglich.
einer zusätzlichen
Motorleistung, die auf dem Ladungszustand des Energiespeichersystems
(z. B. der Batterie) beruht, zu wählen. Nach Wahl der Motorleistung
können
die optimale Wirtschaftlichkeit des Motors oder das optimale Abgaskennfeld
oder eine Kombination davon verwendet werden, um den Drehmoment-Drehzahl-Arbeitspunkt
des Motors zu wählen.
Die betroffene Batterieleistung ist diejenige, die zusammen mit
der Motorleistung erforderlich ist, um die Norm-Fahrwiderstandsanforderungen
zu erfüllen
und Leistungsverluste in dem System auszugleichen.
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Die
bekannten Systeme optimieren nicht den Leistungsfluss aller Komponenten
des Vortriebssystems. Typisch wird lediglich der Motorbetrieb optimiert.
Der Stand der Technik wägt
bei der Wahl des bevorzugten Arbeitspunkts des Gesamtsystems keine
zusätzlichen
Faktoren wie etwa weitere mechanische und elektrische Systemverluste
und Batterienutzungsfaktoren ab.
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Ein
bevorzugtes Verfahren zur Bestimmung der Eingangsdrehzahl ist in
den gemeinsam übertragenen und
gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldungen lfd. Nr. 10/686,508 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304193)
und 10/686,034 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304194) offenbart. Darin
werden bevorzugte Arbeitspunkte für einen Fahrzeug-Kraftübertragungsstrang
mit einem Motor und einem Getriebe in Übereinstimmung mit einer umfassenden
Betriebszuordnung der Eingangs- und Ausgangsbedingungen und entsprechend den
Gesamtsystemverlusten, die den Motor- und Getriebeverlusten entsprechen,
bestimmt. In einer Hybridgetriebeanwendung werden zusätzliche
Verluste von Elektromotoren und Batterien zu den Systemverlusten
addiert und bei der Bestimmung bevorzugter Arbeitspunkte Batterieeinschränkungen
betrachtet. Die bevorzugten Arbeitspunkte werden in einer Menge
oder in mehreren Mengen minimierter Daten zur Realisierung im Fahrzeug
geliefert. Durch die Systemsteuereinheit wird z. B. in Übereinstimmung
mit einem gewünschten
Arbeitspunkt des Motors eine Eingangsdrehzahl geliefert, die erwünscht ist,
um die verschiedenen Wirkungsgrad- und Abgasziele zu erreichen.
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Eine
bevorzugte Drehzahlsteuerung für
ein Hybridgetriebe ist ausführlich
in der gemeinsam übertragenen
und gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung lfd. Nr. 10/686,511 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304140)
beschrieben. Darin ist ein Mehrbetriebsart-Hybridgetriebe mit einer
Drehzahlsteuerung, die über ein
Modell mit offenem Regelkreis geliefert wird, das als eine Funktion
von im Voraus gewählten
Getriebedrehbeschleunigungen und gesteuerten und nicht gesteuerten
Getriebedrehmomenten abgeleitet ist, beschrieben. Die Drehmomente
des Elektromotors werden als die gesteuerten Drehmomente gewählt, während weitere
im Voraus gewählte
Getriebedrehmomente als die nicht gesteuerten Drehmomente gewählt werden.
Außerdem verwendet
die Steuerung einen Steueraufwand mit geschlossener Regelschleife,
der auf wenigstens einen im Voraus gewählten Getriebedrehzahlfehler
reagiert.
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Die
Erfindung überwindet
die Nachteile des Standes der Technik dadurch, dass sie das System
bei der Bestimmung der Betriebsbedingungen als Ganzes betrachtet.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung wird der bevorzugte Betrieb des Systems
in Übereinstimmung
damit erreicht, dass das System bei der Bestimmung der Betriebsbedingungen
als Ganzes betrachtet wird.
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In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der Erfindung werden durch umfassende
Betrachtung des Motors sowie der mechanischen und elektrischen Beiträge zu den
Systemverlusten optimale Arbeitspunkte des Systems bestimmt.
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In Übereinstimmung
mit einem nochmals weiteren Aspekt der Erfindung werden die optimalen
Arbeitspunkte des Systems anhand zusätzlicher Betrachtungen subjektiver
Faktoren in Bezug auf die Batterienutzung bestimmt.
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Ein
Verfahren zum Festsetzen eines bevorzugten Arbeitspunkts für einen
im Voraus gewählten
Betriebsparameter eines Kraftübertragungsstrangs
in einem Kraftübertragungsstrangsystem
umfasst: Bestimmen eines zulässigen
Betriebsbereichs für
den im Voraus gewählten
Betriebsparameter des Kraftübertragungsstrangs,
Suchen des zulässigen
Betriebsbereichs für
einen Wert, der einem minimalen Systemleistungsverlust entspricht,
und Festsetzen des bevorzugten Arbeitspunkts als der Wert, der dem minimalen
Systemleistungsverlust entspricht. Vorzugsweise ist der im Voraus
gewählte
Betriebsparameter des Kraftübertragungsstrangs
das Eingangsdrehmoment. Der Systemleistungsverlust kann weitere
Faktoren enthalten, die nicht mit dem tatsächlichen Leistungsverlust in
Beziehung stehen, aber bewirken, dass der minimale Leistungsverlust
gegenüber
den Eingangsdrehmomenten, die wegen weiterer Betrachtungen wie etwa
der Batterienutzung in einem Hybrid-Kraftübertragungsstrang weniger erwünscht sind,
verschoben wird. Eine zusätzliche
Stabilität
während
des Ruhebetriebs des Kraftübertragungsstrangs
wird dadurch erreicht, dass ein vorgegebenes Niveau der Leistungsverlustverbesserung
von einer Bestimmung der bevorzugten Betriebsparameter zur nächsten gefordert
wird, bevor irgendeine Änderung
an dem bevorzugten Betriebsparameter vorgenommen wird. Eine bevorzugte
Art und Weise der Suche eines zulässigen Betriebsbereichs umfasst
eine Schnittsuche, die in Übereinstimmung
mit einem Verhältnis
des Goldenen Schnitts ausgeführt
wird.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben, in diesen zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der mechanischen Anlage einer bevorzugten
Form eines elektrisch variablen Verbundgetriebes aus mehreren Einheiten
mit zwei Betriebsarten, das für
die Realisierung der Erfindung besonders geeignet ist;
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2 eine
elektrische und mechanische schematische Darstellung einer bevorzugten
Systemarchitektur für
den hier offenbarten Hybrid-Kraftübertragungsstrang;
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3 eine
graphische Darstellung verschiedener Betriebsbe reiche in Bezug auf
die Eingangs- und Ausgangsdrehzahl des hier offenbarten beispielhaften
elektrisch variablen Getriebes;
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4 eine
graphische Darstellung der Elektromotordrehmomente (Ta und Tb) im
Drehmomentraum mit beispielhaften Linien konstanter Batterieleistung
(Pbatt), beispielhaften Linien eines konstanten Ausgangsdrehmoments
(To) und beispielhaften Linien eines konstanten Motordrehmoments
(d. h. Eingangsdrehmoments Ti);
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5 eine
graphische Darstellung beispielhafter Kosten der einzelnen Teilsysteme
und der Gesamtsystemkosten in Korrelation zur Leistung über einen
Eingangsdrehmomentbereich, die bei der Bestimmung eines optimalen
Arbeitspunkts des Eingangsdrehmoments in einer Menge momentaner
Systemdrehzahlen und -drehbeschleunigungen nützlich ist;
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6 eine
graphische Darstellung einer bevorzugten Technik zur Annäherung an
einen Arbeitspunkt mit minimalen Systemkosten in Bezug auf das Eingangsdrehmoment;
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7 eine
graphische Darstellung empirisch bestimmter Elektromotor-Drehmoment-Drehzahl-Kenndaten,
die bei der Bestimmung eines möglichen
Betriebsbereichs in Übereinstimmung
mit der Erfindung genutzt wird;
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8 eine
graphische Darstellung der Batterieleistungsverluste über den
Batterieleistungskenndaten, die bei der Bestimmung der Batterieleistungsverluste
in Übereinstimmung
mit der Erfindung genutzt wird;
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9 eine
graphische Darstellung des Zustands der Ladekostenfaktoren über den
Bereich von Batterieladezuständen,
die auf Batterieleistungsflüsse
zurückzuführen sind,
die bei der Bestimmung der Batterienutzungskosten, die bei der Bestimmung
des optimalen Eingangsdrehmoments der Erfindung betrachtet werden,
genutzt wird;
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10 eine
graphische Darstellung der Batteriedurchsatz-Kostenfaktoren über den Bereich des Batteriedurchsatzes,
die bei der Bestimmung der Batterienutzungskosten, die bei der Bestimmung
des optimalen Eingangsdrehmoments der Erfindung betrachtet werden,
genutzt wird;
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11 einen
Ablaufplan beispielhafter Schritte in einer Menge von Befehlen,
die durch eine computergestützte
Steuereinheit ausgeführt
werden, der sich besonders auf die Bestimmung der optimalen Betriebsparameter
des Kraftübertragungsstrangs
in Übereinstimmung
mit der Erfindung bezieht;
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12 eine
graphische Darstellung empirisch bestimmter Elektromotor-Drehmoment-Drehzahl-Kenndaten,
die bei der Bestimmung der Elektromotorverluste in Übereinstimmung
mit der Erfindung genutzt wird; und
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13A, 13B einen
Ablaufplan beispielhafter Schritte in einer Menge von Befehlen,
die durch eine computergestützte
Steuereinheit insbesondere in Bezug auf die Stabilität des Leistungsflusses
in Übereinstimmung
mit der Erfindung ausgeführt
werden.
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In
den 1 und 2 ist zunächst ein Fahrzeug-Kraftübertragungsstrangsystem
allgemein mit 11 bezeichnet. In dem Kraftübertragungsstrang 11 ist
eine repräsentative
Form eines elektrisch variablen Verbundgetriebes mit mehreren Einheiten
(EVT) mit mehreren Betriebsarten enthalten, das für die Realisierung der
Steuerungen der Erfindung besonders geeignet ist und in den 1 und 2 allgemein
mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Wie besonders
in diesen Figuren zu sehen ist, besitzt das EVT 10 ein
Eingangselement 12, das dem Wesen nach eine durch einen
Motor 14 direkt angetriebene Welle sein kann oder bei dem, wie
in 2 gezeigt ist, zwischen dem Ausgangselement des
Motors 14 und dem Eingangselement des EVT 10 ein Übergangsdrehmomentdämpfer 16 integriert
sein kann. Der Übergangsdrehmomentdämpfer 16 kann eine
(nicht gezeigte) Drehmomentübertragungsvorrichtung,
die den wahlweisen Eingriff des Motors 14 mit dem EVT 10 ermöglicht,
enthalten oder in Verbindung mit ihr verwendet werden, wobei diese
Drehmomentübertragungsvorrichtung
aber selbstverständlich
nicht verwendet wird, um die Betriebsart zu ändern oder zu steuern, in der
das EVT 10 arbeitet.
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In
der gezeigten Ausführungsform
kann der Motor 14 ein Motor für fossilen Kraftstoff wie etwa
ein Dieselmotor sein, der leicht anzupassen ist, um seine verfügbare Ausgangsleistung
bereitzustellen, die mit einer konstanten Anzahl von Umdrehungen
pro Minute (min–1) geliefert wird. In
der beispielhaften Ausführungsform, auf
die die 1 und 2 gerichtet
sind, kann der Motor 14 in Übereinstimmung mit einem gewünschten Arbeits punkt,
der aus den Fahrereingaben und aus den Fahrbedingungen bestimmt
werden kann, nach dem Start und überwiegend
während
der Eingabe mit einer konstanten Drehzahl oder mit einer Vielzahl
konstanter Drehzahlen arbeiten.
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Das
EVT 10 nutzt drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28.
Das erste Teil-Planetengetriebe 24 besitzt ein
allgemein als Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 30,
das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 32 umschreibt.
Mehrere Planetengetriebeelemente 34 sind drehbar an einem
Träger 36 angebracht,
so dass jedes Planetengetriebeelement 34 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 30 als
auch mit dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff ist.
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Das
zweite Teil-Planetengetriebe 26 besitzt ein allgemein als
Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 38,
das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 40 umschreibt.
Mehrere Planetengetriebeelemente 42 sind drehbar an einem
Träger 44 angebracht,
so dass jedes Planetengetriebeelement 42 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 38 als
auch mit dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff ist.
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Das
dritte Teil-Planetengetriebe 28 besitzt ein allgemein als
Hohlrad bezeichnetes äußeres Zahnradelement 46,
das ein allgemein als Sonnenrad bezeichnetes inneres Zahnradelement 48 umschreibt.
Mehrere Planetengetriebeelemente 50 sind drehbar an einem
Träger 52 angebracht,
so dass jedes Planetengetriebeelement 50 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 46 als
auch mit dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff ist.
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Obgleich
alle drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 selbst "einfache" Teil-Planetengetriebe
sind, sind das erste und das zweite Teil-Planetengetriebe 24 und 26 dadurch
zusammengesetzt, dass das innere Zahnrad element 32 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24 über ein Kupplungsnabenrad 54 mit
dem äußeren Zahnradelement 38 des
zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden ist. Das innere
Zahnradelement 32 des ersten Teil-Planetengetriebes 24 und
das äußere Zahnradelement 38 des
zweiten Teil-Planetengetriebes 26, die miteinander verbunden
sind, sind durch eine Hohlwelle 58 drehfest mit einem ersten
Elektromotor/Generator 56 verbunden. Gelegentlich wird
der erste Elektromotor/Generator 56 hier auch als Motor
A oder MA bezeichnet.
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Da
der Träger 36 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24 über eine Welle 60 mit
dem Träger 44 des
zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden ist, sind die
Teil-Planetengetriebe 24 und 26 weiter zusammengesetzt.
Somit sind die Träger 36 und 44 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24 bzw. des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 verbunden.
Außerdem
ist die Welle 60 über
eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 62,
die, wie im Folgenden umfassender erläutert wird, verwendet wird,
um die Wahl der Betriebsarten des EVT 10 zu unterstützen, wahlweise
mit dem Träger 52 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 verbunden. Gelegentlich
wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 62 hier
auch als Kupplung, Kupplung zwei oder C2 bezeichnet.
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Der
Träger 52 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 ist direkt mit dem Getriebeausgangselement 64 verbunden.
Wenn das EVT 10 in einem Landwirtschaftfahrzeug verwendet
wird, kann das Ausgangselement 64 mit den (nicht gezeigten)
Fahrzeugachsen verbunden sein, die wiederum in den (ebenfalls nicht
gezeigten) Antriebselementen enden. Die Antriebselemente können entweder
die Vorderräder
oder die Hinterräder
des Fahrzeugs sein, an dem sie verwendet werden, oder können das
Hinterachswellenrad eines Gleiskettenfahrzeugs sein.
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Das
innere Zahnradelement 40 des zweiten Teil-Planetengetriebes 26 ist über eine
Hohlwelle 66, die die Welle 60 umschreibt, mit
dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Teil-Planetengetriebes 28 verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des
dritten Teil-Planetengetriebes 28 ist über eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 wahlweise
mit dem Boden verbunden, der hier durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt
ist. Wie im Folgenden erläutert
wird, wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 ebenfalls
verwendet, um bei der Wahl der Betriebsarten des EVT 10 zu
helfen. Gelegentlich wird die Drehmomentübertragungsvorrichtung 70 hier
auch als erste Kupplung, Kupplung eins oder C1 bezeichnet.
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Außerdem ist
die Hohlwelle 66 drehfest mit einem zweiten Elektromotor/Generator 72 verbunden.
Gelegentlich wird der zweite Elektromotor/Generator 72 hier
auch als Motor B oder MB bezeichnet. Alle Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 sowie
der Motor A und der Motor B (56, 72) sind um die
axial angeordnete Welle 60 koaxial orientiert. Es wird
angemerkt, dass die beiden Motoren A und B eine ringförmige Konfiguration
besitzen, die ermöglicht,
dass sie die drei Teil-Planetengetriebe 24, 26 und 28 umschreiben,
so dass diese radial innerhalb der Motoren A und B angeordnet sind.
Diese Konfiguration stellt sicher, dass die Gesamteinhüllende, d.
h. die Umfangsdimension, des EVT 10 minimiert ist.
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Von
dem Eingangselement 12 kann ein Antriebszahnrad 80 übergeben
werden. Wie gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad 80 das
Eingangselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des
ersten Teil-Planetengetriebes 24, so dass das Antriebszahnrad 80 die
Leistung von dem Motor 14 und/oder von dem Elektromotor
bzw. den Elektromotoren/von dem Generator bzw. den Generatoren 56 und/oder 72 empfängt. Das
Antriebszahnrad 80 ist mit einem Laufrad 82 in
Eingriff, das wiederum mit einem Übertragungszahnrad 84 in
Eingriff ist, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt
ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Getriebefluidpumpe 88 befestigt
sein, der aus der Fluidwanne 37 Getriebefluid zugeführt wird,
wobei sie Hochdruckfluid an den Regler 39 liefert, der
einen Teil des Fluids an die Fluidwanne 37 zurückgibt und
in der Leitung 41 einen geregelten Leitungsdruck erzeugt.
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In
der beschriebenen beispielhaften mechanischen Anordnung empfängt das
Ausgangselement 64 über
zwei verschiedene Getriebezüge
innerhalb des EVT 10 Leistung. Eine erste Betriebsart oder
ein erster Getriebezug wird gewählt,
wenn die erste Kupplung C1 betätigt
wird, um das äußere Getriebeelement 46 des dritten
Teil-Planetengetriebes 28 mit dem Boden zu verbinden. Eine
zweite Betriebsart oder ein zweiter Getriebezug wird gewählt, wenn
die erste Kupplung C1 freigegeben wird und gleichzeitig die zweite
Kupplung C2 betätigt
wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten
Teil-Planetengetriebes 28 zu verbinden. Eine Betriebsart
in Bezug auf einen Getriebezug wird hier mit Großbuchstaben wie BETRIEBSART
1 oder BETRIEBSART 2 oder mit M1 oder M2 bezeichnet.
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Für den Fachmann
auf dem Gebiet ist klar, dass das EVT 10 in jeder Betriebsart
einen Bereich von verhältnismäßig langsamen
bis zu verhältnismäßig schnellen
Ausgangsdrehzahlen liefern kann. Diese Kombination zweier Betriebsarten
mit einem langsamen bis schnellen Ausgangsdrehzahlbereich in jeder
Betriebsart ermöglicht,
dass das EVT 10 ein Fahrzeug aus einem stationären Zustand
bis auf Autobahngeschwindigkeiten antreibt. Außerdem ist ein Zustand mit
fester Übersetzung
verfügbar,
in dem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig eingerückt sind,
um das Eingangselement über
ein festes Übersetzungsverhältnis effizient mechanisch
mit dem Ausgangselement zu koppeln. Darüber hinaus ist ein Neutralzustand
verfügbar,
in dem die beiden Kupplungen C1 und C2 gleichzeitig ausgerückt sind,
um das Ausgangselement mechanisch von dem Getriebe zu entkoppeln.
Schließlich
kann das EVT 10 synchronisierte Schaltungen zwischen den
Betriebsarten bereitstellen, in denen die Schlupfdrehzahl über die
beiden Kupplungen C1 und C2 im Wesentlichen null ist. Weitere Einzelheiten
hinsichtlich des Betriebs des beispielhaften EVT sind in dem gemeinsam übertragenen
US-Patent Nr. 5,931,737 zu finden, dessen Inhalt hier durch Literaturhinweis
eingefügt
ist.
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Der
Motor 14 ist vorzugsweise ein Dieselmotor, der, wie in 2 gezeigt
ist, elektronisch durch das Motorsteuermodul (ECM) 23 gesteuert
wird. Das ECM 23 ist eine herkömmliche mikroprozessorgestützte Dieselmotor-Steuereinheit, die
solche üblichen
Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM,
einen Schreib-Lese-Speicher RAM, einen elektrisch programmierbaren
Nur-Lese-Speicher EPROM, einen schnellen Taktgeber, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung
(A/D) und eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A), eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung
sowie Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs-
und Pufferschaltungsanordnung enthält. Das ECM 23 arbeitet
in der Weise, dass es über
mehrere diskrete Leitungen von einer Vielzahl von Sensoren Daten
erfasst bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern des Motors 14 steuert.
Der Einfachheit halber ist das ECM 23 allgemein mit einer
doppelt gerichteten Schnittstelle über die Leitungsgruppe 35 mit
dem Motor 14 gezeigt. Unter den verschiedenen Parametern,
die durch das ECM 23 abgetastet werden können, sind
die Fluidwannen- und die Motorkühlmitteltemperatur,
die Motordrehzahl (Ne), der Turbodruck und die Umgebungslufttemperatur
und der Umgebungsluftdruck. Verschiedene Stellglieder, die durch
das ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzpumpen,
Gebläsesteuereinrichtungen,
Motorvorwärmer
einschließlich
Glühkerzen
sowie Gitteransaugluftvorwärmer.
Vorzugsweise liefert das ECM in Reaktion auf einen von dem Steuersystem
des EVT gelieferten Drehmomentbefehl Te_cmd gut bekannte drehmomentgestützte Steuerungen
für den
Motor 14. Diese Motorelektronik, Steuerungen und Größen sind
dem Fachmann auf dem Gebiet gut bekannt, so dass ihre weitere ausführliche
Erläuterung
hier nicht erforderlich ist.
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Wie
aus der vorstehenden Beschreibung offensichtlich ist, empfängt das
EVT 10 wahlweise Leistung von dem Motor 14. Wie
nun weiter anhand von 2 erläutert wird, empfängt das
EVT außerdem
Leistung von einer elektrischen Speichervorrichtung wie etwa von
einer oder von mehreren Batterien im Batteriepackmodul (BPM) 21.
Außerdem
enthält
das Kraftübertragungsstrangsystem
solche Energiespeichervorrichtungen, die ein integraler Bestandteil
seiner Leistungsflüsse
sind. Ohne die Konzepte der Erfindung zu ändern, können anstelle von Batterien
andere elektrische Speichervorrichtungen verwendet werden, die elektrische Leistung
speichern und abgeben können.
Das BPM 21 ist eine Hochspannungs-Gleichspannung, die über Gleichspannungsleitungen 27 mit
einem Zweileistungs-Wechselrichtermodul (DPIM) 19 gekoppelt
ist. In Übereinstimmung
damit, ob das BPM 21 geladen oder entladen wird, kann Strom
zu oder von dem BPM 21 übertragen
werden. Das DPIM 19 enthält ein Paar Leistungswechselrichter
sowie jeweilige Elektromotorsteuereinheiten, die so konfiguriert
sind, dass sie Elektromotorsteuerbefehle empfangen und davon Wechselrichterzustände steuern,
um eine Elektromotorantriebs- oder
Rückgewinnungsfunktionalität zu erzeugen.
Die Elektromotorsteuereinheiten sind mikroprozessorgestützte Steuereinheiten,
die solche üblichen
Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM,
einen Schreib-Lese-Speicher RAM, einen elektrisch programmierbaren
Nur-Lese-Speicher EPROM, einen schnellen Takterzeuger, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung
(A/D) und eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A) und eine
Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung sowie Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen
(E/A) und eine geeignete Signal aufbereitungs- und Pufferschaltungsanordnung
umfassen. Bei der Elektromotorsteuerung empfangen die jeweiligen
Wechselrichter Strom von den Gleichstromleitungen und liefern über die
Hochspannungs-Phasenleitungen 29 und 31 Wechselstrom
an den jeweiligen Elektromotor. Bei der Rückgewinnungssteuerung empfängt der
jeweilige Wechselrichter über
die Hochspannungs-Phasenleitungen 29 und 31 Wechselstrom
von dem Elektromotor und liefert Strom an die Gleichspannungsleitungen 27.
Der Gesamtgleichstrom, der an die Wechselrichter oder von ihnen geliefert
wird, bestimmt die Lade- oder Entladebetriebsart des BPM 21.
Vorzugsweise sind der MA und der MB Dreiphasen-Wechselstrommaschinen,
wobei die Wechselrichter eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik
enthalten. Die einzelnen Elektromotor-Drehzahlsignale Na und Nb
für MA
bzw. MB werden ebenfalls durch das DPIM 19 aus den Elektromotor-Phaseninformationen
oder über
herkömmliche
Rotationssensoren abgeleitet. Diese Elektromotoren, Elektronik,
Steuerungen und Größen sind
dem Fachmann auf dem Gebiet allgemein gut bekannt, so dass ihre
weitere ausführliche
Erläuterung
hier nicht erforderlich ist.
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Die
Systemsteuereinheit 43 ist eine mikroprozessorgestützte Steuereinheit,
die solche üblichen
Elemente wie einen Mikroprozessor, einen Nur-Lese-Speicher ROM, einen Schreib-Lese-Speicher
RAM, einen elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher EPROM,
einen schnellen Takterzeuger, eine Analog/Digital-Schaltungsanordnung
(A/D) und eine Digital/Analog-Schaltungsanordnung (D/A), einen digitalen
Signalprozessor (DSP) und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltungsanordnung
sowie Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs-
und Pufferschaltungsanordnung umfasst. In der beispielhaften Ausführungsform
umfasst die Systemsteuereinheit 43 ein Paar mikroprozessorgestützter Steuereinheiten,
die als Fahrzeugsteuermodul (VCM) 15 und als Getriebesteuermodul
(TCM) 17 konstruiert sind. Das VCM und das TCM können z.
B. eine Vielzahl von Steuer- und Diagnosefunktionen in Bezug auf
das EVT und auf das Fahrzeugfahrgestell einschließlich z.
B. Motordrehmomentbefehlen, Eingangsdrehzahlsteuerung und Ausgangsdrehzahlsteuerung
zusammen mit Rückgewinnungsbremsung,
Blockierschutzbremsung und Zugsteuerung bereitstellen. Insbesondere
arbeitet die Systemsteuereinheit 43 in Bezug auf die Funktionalität des EVT
so, dass sie über
mehrere diskrete Leitungen direkt Daten von einer Vielzahl von Sensoren
erfasst bzw. direkt eine Vielzahl von Stellgliedern des EVT steuert.
Der Einfachheit halber ist die Systemsteuereinheit 43 allgemein
mit einer doppelt gerichteten Schnittstelle über die Leitungsgruppe 33 mit
dem EVT gezeigt. Insbesondere wird angemerkt, dass die Systemsteuereinheit 43 Frequenzsignale
von Rotationssensoren empfängt,
um sie zur Verwendung bei der Steuerung des EVT 10 zur
Drehzahl Ni des Eingangselements 12 und zur Drehzahl No des
Ausgangselements 64 zu verarbeiten. Außerdem kann die Systemsteuereinheit 43 Drucksignale
von (nicht getrennt gezeigten) Druckschaltern empfangen und verarbeiten,
um die Einrückkammerdrücke der Kupplungen
C1 und C2 zu überwachen.
Alternativ kann für
einen weiten Bereich eine Drucküberwachung
mittels Druckwandlern verwendet werden. Durch die Systemsteuereinheit
werden PWM-Steuersignale und/oder binäre Steuersignale an das EVT 10 geliefert,
um das Füllen
und Leeren der Kupplungen C1 und C2 zu steuern, so dass diese eingerückt und
ausgerückt
werden. Außerdem
kann die Systemsteuereinheit 43 Temperaturdaten der Getriebefluidwanne 37 wie
etwa von einer (nicht getrennt gezeigten) herkömmlichen Thermoelementeingabe
empfangen, um die Fluidwannentemperatur Ts abzuleiten und ein PWM-Signal
zu liefern, das aus der Eingangsdrehzahl Ni und aus der Fluidwannentemperatur
Ts abgeleitet werden kann, um über
den Regler 39 den Leitungsdruck zu steuern. Das Füllen und
Leeren der Kupplungen C1 und C2 wird mittels durch Elektromagnet
gesteuerten Schieberventilen bewirkt, die auf die oben erwähnten PWM-Steuersignale
und binären Steuersignale
reagieren. Um eine genaue Anordnung des Schiebers in dem Ventilkörper und
eine dementsprechend genaue Steuerung des Kupplungsdrucks während des
Einrückens
zu erreichen, werden vorzugsweise Stellventile verwendet, die variabel
durchlassende Elektromagnete verwenden. Ähnlich kann der Leitungsdruckregler 39 von
einer durch Elektromagnet gesteuerten Sorte sein, um in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen PWM-Signal einen geregelten Leitungsdruck
aufzubauen. Diese Leitungsdrucksteuerungen sind dem Fachmann auf
dem Gebiet allgemein gut bekannt. Die Kupplungsschlupfdrehzahlen über die Kupplungen
C1 und C2 werden aus der Ausgangsdrehzahl No, aus der MA-Drehzahl Na und aus
der MB-Drehzahl Nb abgeleitet; genauer ist der Schlupf von C1 eine
Funktion von No und Nb, während
der Schlupf von C2 eine Funktion von No, Na und Nb ist. Außerdem ist
ein Nutzerschnittstellenblock (UI-Block) 13 gezeigt, der
solche Eingaben in die Systemsteuereinheit 43 wie etwa
die Fahrzeuggashebelstellung, den Druckknopf-Schiebewahlschalter (PBSS) für die Wahl
des verfügbaren
Antriebsbereichs, die Bremskraft und schnelle Leerlaufanforderungen
u. a. umfasst.
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Die
Systemsteuereinheit 43 bestimmt einen Drehmomentbefehl
Te_cmd und liefert ihn an das ECM 23. Der Drehmomentbefehl
Te_cmd repräsentiert
den durch die Systemsteuereinheit bestimmten vom Motor gewünschten
Drehmomentbeitrag des EVT. Außerdem
bestimmt die Systemsteuereinheit 43 einen Drehzahlbefehl
Ne des, der die gewünschte
Eingangsdrehzahl des EVT repräsentiert,
die in der direkt gekoppelten Anordnung zwischen dem Motor und dem
EVT außerdem
der gewünschte
Motordrehzahl-Arbeitspunkt ist. Bei der hier beispielhaft geschilderten
direkt gekoppelten Anordnung sind das Motordrehmoment und das Eingangsdrehmoment
des EVT, Te bzw. Ti, gleichwertig, wobei auf sie alternativ Bezug
genommen werden kann. Ähnlich
sind die Motordrehzahl und die Eingangsdrehzahl des EVT, Ne bzw.
Ni, gleichwertig, und wird auf sie hier alternativ Bezug genommen.
Die gewünschten
Arbeitspunkte der Eingangsdrehzahl werden vorzugsweise so bestimmt,
wie es in den gemeinsam übertragenen
und gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldungen lfd. Nr. 10/686,508 (Aktenzeichen des Anwalts
GP-304193) und 10/686,034 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304194) offenbart
ist, die hier durch Literaturhinweis eingefügt sind. Eine bevorzugte Drehzahlsteuerung für ein Hybridgetriebe
ist ausführlich
in der gemeinsam übertragenen
und gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung lfd. Nr. 10/686,511 (Aktenzeichen des Anwalts
GP-304140) beschrieben, die hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
-
Die
verschiedenen beschriebenen Module (d. h. die Systemsteuereinheit 43,
das DPIM 19, das BPM 21, das ECM 23)
kommunizieren über
einen Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) 25. Der CAN-Bus 25 ermöglicht die Übermittlung
von Steuerparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Modulen.
Das spezifische genutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch.
Zum Beispiel ist das bevorzugte Protokoll für Hochleistungsanwendungen
die Norm der Society of Automotive Engineers J1939. Der CAN-Bus und
die geeigneten Protokolle schaffen eine robuste Nachrichtenübermittlung
und Mehrsteuereinheits-Schnittstelle zwischen der Systemsteuereinheit,
dem ECM, dem DPIM, dem BPIM sowie weiteren Steuereinheiten wie etwa
der Blockierschutzbremse und den Zugsteuereinheiten.
-
In 3 ist
für das
EVT 10 eine graphische Darstellung der Ausgangsdrehzahl
No auf der horizontalen Achse gegenüber der Eingangsdrehzahl Ni
auf der vertikalen Achse veranschaulicht. Durch die Linie 91 ist
der Synchronbetrieb dargestellt, d. h. diejenigen Beziehungen zwischen
Eingangsdrehzahl und Ausgangsdrehzahl, bei denen die beiden Kupplungen
C1 und C2 gleichzeitig im Wesentlichen mit der Schlupfdrehzahl null über sie
arbeiten. Somit repräsentiert
sie diejenigen Beziehungen zwischen Eingangs- und Ausgangsdrehzahl, bei
denen im Wesentlichen ein synchrones Schalten zwischen den Betriebsarten
stattfinden kann oder bei denen durch gleichzeitiges Einrücken beider
Kupplungen C1 und C2, auch als feste Übersetzung bekannt, eine direkte
mechanische Kopplung vom Eingang zum Ausgang bewirkt werden kann.
Eine besondere Sammelgetriebebeziehung, die den durch die Gerade 91 in 3 gezeigten
synchronen Betrieb erzeugen kann, ist wie folgt: Das äußere Zahnradelement 30 besitzt
91 Zähne,
das innere Zahnradelement 32 besitzt 49 Zähne, die Planetenradelemente 34 besitzen
21 Zähne;
das äußere Zahnradelement 38 besitzt
91 Zähne,
das innere Zahnradelement 40 besitzt 49 Zähne, die
Planetenradelemente 42 besitzen 21 Zähne; das äußere Zahnradelement 46 besitzt
89 Zähne,
das innere Zahnradelement 48 besitzt 31 Zähne, die
Planetenradelemente 50 besitzen 29 Zähne. Gelegentlich wird die
Gerade 91 hier auch als Synchrongerade, Übersetzungsverhältnisgerade
oder Festübersetzungsgerade
bezeichnet.
-
Links
von der Übersetzungsverhältnisgerade 91 befindet
sich ein bevorzugtes Betriebsgebiet 93 für die erste
Betriebsart, in der C1 eingerückt
und C2 ausgerückt
ist. Rechts von der Übersetzungsverhältnisgeraden 91 befindet
sich ein bevorzugtes Betriebsgebiet 95 für die zweite
Betriebsart, in der C1 ausgerückt
und C2 eingerückt
ist. Der Begriff "eingerückt" gibt hier in Bezug
auf die Kupplungen C1 und C2 eine wesentliche Drehmomentübertragungsfähigkeit über die
jeweilige Kupplung an, während
der Begriff "ausgerückt" eine unwesentliche
Drehmomentübertragungsfähigkeit über die
jeweilige Kupplung angibt. Da allgemein vorzugsweise veranlasst
wird, dass Schaltungen aus einer Betriebsart in die andere synchron
stattfinden, wird veranlasst, dass Drehmomentübertragungen von einer Betriebsart
in die andere über
eine Zweikupplungs-Einrück-Festübersetzung
stattfinden, bei der während
einer endlichen Zeitdauer vor dem Ausrücken der derzeit eingerückten Kupplung
die derzeit ausgerückte
Kupplung eingerückt
wird. Die Betriebsartänderung
ist abgeschlossen, wenn durch ständiges
Einrücken
der Kupplung, die der Betriebsart zugeordnet ist, in die eingetreten
wird, und Ausrücken
der Kupplung, die der Betriebsart zugeordnet ist, die verlassen
wird, die feste Übersetzung
verlassen worden ist.
-
Obgleich
der Betriebsbereich 93 für den Betrieb des EVT in der
BETRIEBSART 1 allgemein bevorzugt ist, soll das nicht bedeuten,
dass der Betrieb in der BETRIEBSART 2 des EVT nicht stattfinden
darf oder nicht stattfindet. Da die BETRIEBSART 1 vorzugsweise Sammelgetriebe
und Motoranlagen verwendet, die für die hohen Startdrehmomente
im Bereich 93 in verschiedener Hinsicht (z. B. Masse, Größe, Kosten,
Trägheit
usw.) besonders gut geeignet sind, wird allgemein aber bevorzugt,
im Gebiet 93 in der BETRIEBSART 1 zu arbeiten. Obgleich
der Betriebsbereich 95 für den Betrieb des EVT in der
BETRIEBSART 2 allgemein bevorzugt ist, heißt das ähnlich nicht, dass der Betrieb
in der BETRIEBSART 1 des EVT nicht stattfinden darf oder nicht stattfindet.
Da die BETRIEBSART 2 vorzugsweise Sammelgetriebe und Motoranlagen
verwendet, die in verschiedener Hinsicht (z. B. Masse, Größe, Kosten,
Trägheit
usw.) für
die hohen Drehzahlen des Bereichs 93 besonders gut geeignet
sind, wird aber allgemein bevorzugt, im Gebiet 95 in der
BETRIEBSART 2 zu arbeiten. Das Gebiet 93, in dem der Betrieb
in der BETRIEBSART 1 allgemein bevorzugt ist, kann als Gebiet langsamer Drehzahlen
betrachtet werden, während
das Gebiet 95, in dem der Betrieb in der BETRIEBSART 2
allgemein bevorzugt ist, als Gebiet hoher Drehzahlen betrachtet
werden kann. Ein Schalten in die BETRIEBSART 1 wird als Herunterschalten
betrachtet, wobei ihr in Übereinstimmung
mit der Beziehung von Ni/No ein höheres Übersetzungsverhältnis zugeordnet
ist. Gleichfalls wird ein Schalten in die BETRIEBSART 2 als Hochschalten
betrachtet, wobei ihr in Übereinstimmung mit
der Beziehung von Ni/No ein niedrigeres Übersetzungsverhältnis zugeordnet
ist.
-
Als
Anfangspunkt für
die vorliegende Steuerung werden verschiedene Kraftübertragungsstrangparameter
gemessen oder auf andere Weise bestimmt. Die Ausgangsdrehzahl No
und die Eingangsdrehzahl Ni werden vorzugsweise aus abgetasteten
und gefilterten Signalen abgeleitet. Die Elektromotordrehzahlen
Na und Nb sind durch Abtastung bekannt, werden aus bekannten Kopplungsbeschränkungen
des EVT berechnet oder über
die Elektromotorsteuerungs-Phaseninformationen abgeleitet. Die Eingangsdrehbeschleunigung Ni_dot
ist vorzugsweise eine gewünschte Änderungsrate
der Eingangsdrehzahl des Getriebes, die so bestimmt wird, wie es
in der gemeinsam übertragenen
und gleichzeitig anhängigen
US-Patentanmeldung
lfd. Nr. 10/686,511 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304140) gelehrt
wird. Wie ebenfalls in der gemeinsam übertragenen und gleichzeitig
anhängigen
US-Patentanmeldung lfd. Nr. 10/686,511 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304140)
offenbart ist, wird die Ausgangsdrehbeschleunigung No_dot vorzugsweise
in Einklang mit der abgetasteten und gefilterten Ausgangsdrehzahl
No bestimmt.
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Das
minimale und das maximale Elektromotordrehmoment (Ta_min, Ta_max,
Tb_min und Tb_max) innerhalb der Leistungsfähigkeiten der Elektromotoren
bei den vorliegenden Bedingungen werden vorzugsweise aus Datensätzen erhalten,
die in Tabellenform in den Datenstrukturen in der Systemsteuereinheit 43 gespeichert
sind. Diese Datensätze
werden zur Bezugnahme durch die Routine in einem vorgespeicherten
Tabellenformat bereitgestellt und sind empirisch aus herkömmlichen
Dynamometertests der gemeinsamen Elektromotor- und Leistungselektronik
(z. B. Leistungswechselrichter) bei verschiedenen Temperatur- und
Spannungsbedingungen empirisch abgeleitet worden. Eine beispielhafte
Darstellung dieser charakteristischen Elektromotor-Drehmoment-Drehzahl-Daten
ist in
-
7 veranschaulicht,
in der die Minimum- und Maximumdaten für eine gegebene Drehzahl durch
die Linie konstanter Geschwindigkeit
112 dargestellt sind,
die beispielhafte Linien konstanter Temperatur/Spannung
111,
113 schneidet.
Auf die tabellierten Daten wird durch die Elektromotordrehzahl (Na,
Nb), durch die Spannung und durch die Temperatur Bezug genommen.
Die Elektromotordrehzahlen können
in Übereinstimmung
mit der folgenden bekannten Kopplungseinschränkungsgleichung aus der Eingangsdrehzahl
Ni und aus der Ausgangsdrehzahl No abgeleitet werden:
wobei: Na die Drehzahl des
Elektromotors A,
Nb die Drehzahl des Elektromotors B,
Ni
die Eingangsdrehzahl des EVT,
No die Ausgangsdrehzahl EVT und
Kn
eine 2 × 2-Matrix
von Parameterwerten, die durch die Getriebe- und Wellenverbindungen
der Anlage bestimmt sind, sind.
-
Obgleich
die Elektromotoren sowohl in der Elektromotor- als auch in der Generatorbetriebsart
verwendet werden, was vier Quadranten (I, II, III, IV) der Drehmoment-Drehzahl-Daten
nahe legt, ist eine Zweiquadranten-Datensammlung, in der die in benachbarten
Quadranten gesammelten Daten lediglich aus den anderen Quadranten
gespiegelt und nicht direkt gemessen werden, allgemein ausreichend.
Im vorliegenden Beispiel sind die Quadranten I und II mit den bestimmten
Daten 111 gezeigt, während
die Quadranten III und IV mit den daraus gespiegelten Daten 113 belegt
gezeigt sind.
-
Die
minimale und die maximale Batterieleistung Pbatt_min und Pbatt_max
werden innerhalb der Leistungsfähigkeiten
bei den vorliegenden Bedingungen der Batterien vorzugsweise aus
Datensätzen
erhalten, die in Tabellenform in Datenstrukturen in der Systemsteuereinheit 43 gespeichert
sind. Diese Datensätze
werden zur Bezugnahme durch die Routine in einem vorgespeicherten
Tabellenformat bereitgestellt und sind mit verschiedenen Bedingungen,
z. B. mit dem Ladezustand, mit dem Temperaturzustand, mit dem Spannungszustand
und mit dem Nutzungszustand (Ah/h), korreliert worden. Ein bevorzugtes
Verfahren zur Bestimmung der minimalen und maximalen Batterieleistung
ist in der gemeinsam übertragenen
und gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung
lfd. Nr. 10/686,180 (Aktenzeichen des Anwalts GP-304119) offenbart,
die hier durch Literaturhinweis eingefügt ist.
-
In 4 ist
nun das Drehmoment des Elektromotors A (MA) über der horizontalen Achse
graphisch dargestellt, während
das Drehmoment des Elektromotors B (MB) auf der vertikalen Achse
graphisch dargestellt ist. In Strichlinien sind Grenzen eingezeichnet,
die dem minimalen und dem maximalen Drehmoment (Ta_min und Ta_max)
des Elektromotors A entsprechen, wobei sich das Minimum und das
Maximum auf die Leistungsfähigkeiten
des Elektromotors bei bestimmten beispielhaften vorliegenden Betriebsbedingungen
in Bezug auf Ni, No, Ni_dot und No_dot beziehen, deren genaue Werte
für die
vorliegende Darstellung der Lehren, die aus 4 und der
vorliegenden Diskussion gezogen werden sollen, nicht erforderlich
sind. Als Strichlinien sind ähnliche
Grenzen eingezeichnet, die dem minimalen und dem maximalen Drehmoment
(Tb_min und Tb_max) des Elektromotors B entsprechen. Der eingeschlossene
Raum repräsentiert
für die
Elektromotoreinheiten MA und MB einen zulässigen Lösungsraum bei den vorliegenden
Bedingungen. Auch hier sind die hier verwen deten genauen Werte nicht
entscheidend für
das Verständnis,
das aus der vorliegenden Beschreibung und Figur erhalten werden
soll, sondern werden lediglich als geeigneter Kontext und um die
Lehre weniger abstakt zu machen gegeben.
-
Innerhalb
des Elektromotordrehmoment-Lösungsraums
sind mehrere weitere Parameterlinien konstanter Werte eingezeichnet,
die ähnlich
mit beispielhaften Werten gegeben werden, die für das aus der vorliegenden
Beschreibung und Figur zu gewinnende Verständnis nicht entscheidend sind,
sondern lediglich als geeigneter Kontext und um die Lehre weniger
abstakt zu machen gegeben werden. Es sind mehrere Linien konstanter
Batterieleistung Pbatt eingezeichnet, die innerhalb des zulässigen Lösungsraums
in Ta und Tb Lösungen
konstanter Batterieleistung repräsentieren.
Außerdem
sind innerhalb dieses Elektromotordrehmoment-Lösungsraums
Linien konstanten Ausgangsdrehmoments To eingezeichnet, die innerhalb
des zulässigen
Lösungsraums
in Ta und Tb Lösungen
mit konstantem Ausgangsdrehmoment repräsentieren. Schließlich sind
innerhalb desselben zulässigen
Lösungsraums
in Ta und Tb Linien mit konstantem Eingangsdrehmoment eingezeichnet,
die darin Lösungen
mit konstantem Eingangsdrehmoment repräsentieren. Obgleich der Raum in
Bezug auf Ta und Tb in der graphischen Darstellung aus 4 in Übereinstimmung
mit den Leistungsfähigkeiten
der jeweiligen Elektromotoreinheiten zulässig ist, repräsentieren
die Linien konstanter Batterieleistung (Pbatt), die Linien konstanten
Ausgangsdrehmoments (To) und die Linien konstanten Eingangsdrehmoments (Ti)
nicht notwendig zulässige
Lösungen
in Bezug auf die Leistungsfähigkeiten
des jeweiligen Teilsystems bei den vorliegenden Bedingungen. Der
Klarheit halber sind die Linien konstanten Eingangsdrehmoments Ti
in 4 aber in dem vorliegenden Beispiel auf zulässige Lösungen der
Eingangsdrehmomente, z. B. -400 Nm bis 1000 Nm, beschränkt.
-
Weiter
ist in 4 ein gewünschtes
Ausgangsdrehmoment To_des als dicke durchgezogene Linie eingezeichnet.
To_des repräsentiert
das durch das System eingeschränkte
Ausgangsdrehmomentziel für
die Steuerung. Es kann demjenigen Drehmoment entsprechen, das durch
den Fahrzeugführer
angefordert wird, falls diese Anforderung innerhalb der Leistungsfähigkeiten
des Systems liegt. Allerdings kann es einem in Übereinstimmung mit den Systemgrenzen
eingeschränkten
Ausgangsdrehmoment entsprechen. Außerdem kann To_des in Übereinstimmung
mit anderen Faktoren als den Systemleistungsfähigkeiten wie etwa in Übereinstimmung
mit den Fahreigenschaften und Stabilitätsbetrachtungen eingeschränkt sein.
Die eingeschränkten
Ausgangsdrehmomente können
in Übereinstimmung
mit den minimalen und maximalen Eingangsdrehmoment-Leistungsfähigkeiten
bei den vorliegenden Betriebsbedingungen (Ti_min, Ti_max), mit den
minimalen und maximalen Elektromotordrehmomenten bei den vorliegenden
Betriebsbedingungen (Ta_min, Ta_max, Tb min, Tb max) und mit den
minimalen und maximalen Batterieleistungs-Leistungsfähigkeiten
bei den vorliegenden Betriebsbedingungen (Pbatt_min, Pbatt_max)
bestimmt werden.
-
Entlang
dieser To_des-Linie ist derzeit der zulässige Lösungsraum innerhalb Ta und
Tb relevant. Ähnlich
sind entlang dieser To_des-Linie derzeit die zulässigen Eingangsdrehmomente
-400 Nm > Ti > 1000 Nm relevant.
Außerdem
sind entlang dieser To_des-Linie derzeit die zulässigen Batterieleistungen Pbatt_min > Pbatt > Pbatt_max derzeit
relevant. Somit ist der insgesamt zulässige Lösungsraum für To_des in verschiedener Hinsicht
durch die vorliegenden Bedingungen, wie sie durch die minimalen
und maximalen Drehmomente der Elektromotoreinheiten, durch die Eingangsdrehmomente
und durch die Batterieleistungen dargestellt sind, beschränkt.
-
Innerhalb
dieses zulässigen
Lösungsraums
ist es erwünscht,
einen optimalen Arbeitspunkt für
das Eingangsdrehmoment zu bestimmen. Anhand des Ablaufplans aus 11 wird
im Folgenden ein bevorzugtes Verfahren dargelegt, um innerhalb eines
zulässigen
Lösungsraums,
wie er beschrieben worden ist, das Eingangsdrehmoment zu bestimmen.
Der Ablaufplan veranschaulicht repräsentative Schritte zur Ausführung des Verfahrens
der Erfindung, das Befehle umfasst, die als Teil des ausführbaren
Computercodes und der Datenstrukturen der Systemsteuereinheit 43 implementiert
sind. Natürlich
werden die dargestellten Befehle als Teil einer viel größeren Gruppe
von Befehlssätzen
und Routinen ausgeführt,
die die verschiedenen Steuer- und Diagnosefunktionen des zuvor beschriebenen
Kraftübertragungsstrangs
ausführen.
-
Beginnend
mit Schritt 131 wird die Fahreranforderung für das Ausgangsdrehmoment
bestimmt. Vorzugsweise wird aus mehreren Fahrereingaben einschließlich Fahrpedalstellung,
Bremspedalstellung und Schalthebelstellung; Fahrzeudynamikbedingungen
wie etwa Drehbeschleunigungsrate oder Drehverzögerungsrate; und Betriebsbedingungen
des EVT wie etwa Temperaturen, Spannungen, Strömen und Drehzahlen eine Drehmomentanforderung
aufgelöst.
-
In
Schritt 132 wird das gewünschte Ausgangsdrehmoment (To_des)
bestimmt. Um sicherzustellen, dass das resultierende gewünschte Ausgangsdrehmoment
innerhalb verschiedener Systemeinschränkungen liegt, wird das angeforderte
Drehmoment aus dem Schritt 131 ausgewertet und einer Vielzahl
von Grenztests ausgesetzt. Die Einschränkungen umfassen Eingangsdrehmomentmaxima
und -minima, wie sie in Übereinstimmung
mit den vorliegenden Betriebsbedingungen für den Motor bestimmt werden,
einschließlich
der überwiegenden
tatsächlichen
Motordrehzahl Ne (Eingangsdrehzahl Ni). Ferner umfassen die Einschränkungen das
minimale und das maximale Elektromotordrehmoment und die minimale
und die maximale Batterieleistung.
-
Mit
dem Ziel einer schnellen Konvergenz auf einen bevorzugten Arbeitspunkt
des Eingangsdrehmoments wird wie im Folgenden beschrieben vorzugsweise
eine Schnittsuche ausgeführt.
In Schritt
133 wird innerhalb der bereits festgesetzten
maximalen und minimalen Grenzwerte Ti_min und Ti_max des Eingangsdrehmoments
ein Bewertungseingangsdrehmoment Ti_n gewählt. Das Bewertungseingangsdrehmoment
wird vorzugsweise in Übereinstimmung
mit dem gut bekannten Verhältnis
des Goldenen Schnitts festgesetzt, bei dem der Gesamtbereich der
verbleibenden zulässigen
Eingangsdrehmomente (in der Anfangsiteration Ti_min bis Ti_max)
effektiv in zwei Bereiche mit den Verhältnissen Φ und 1- Φ in Bezug auf den Gesamtbereich
unterteilt wird, wobei
ist. Wie
später
in Verbindung mit
6 ausführlicher erläutert wird,
wird der Schnitt in nachfolgenden Iterationen im Verhältnis Φ in Bezug
auf eine neu festgesetzte Grenze des zu bewertenden Gebiets abgemessen.
-
In
Schritt
134 wird nachfolgend die Batterieleistung Pbatt
bei dem gewählten
Bewertungseingangsdrehmoment Ti_n bestimmt. Für das EVT ist die folgende
Kopplungseinschränkungsgleichung
zur Berechnung der Drehmomente der Elektromotoren A und B bekannt:
wobei: Ta die Drehzahl des
Elektromotors A;
Tb die Drehzahl des Elektromotors B;
Ti
die Eingangsdrehzahl des EVT;
To die Ausgangsdrehzahl des EVT;
Ni_dot
die Eingangsdrehbeschleunigung des EVT;
No_dot die Ausgangsdrehbeschleunigung
des EVT; und
Kn eine 2 × 4-Matrix
der Parameterwerte, die durch die Getriebe- und Wellenverbindungen
der Anlagen und durch die geschätzten
Trägheiten
der Anlage bestimmt sind, die auf den momentanen Antriebsbereich
anwendbar sind und das darstellen, was üblicherweise als das Werksmodell
bezeichnet wird, ist.
-
Außerdem werden
die Elektromotordrehzahlen aus der folgenden bekannten Kopplungseinschränkungsgleichung
abgeleitet:
wobei: Na die Drehzahl des
Elektromotors A;
Nb die Drehzahl des Elektromotors B;
Ni
die Eingangsdrehzahl des EVT;
No die Ausgangsdrehzahl des EVT;
und
Kn eine 2 × 2-Matrix
der Parameterwerte, die durch die Getriebe- und Wellenverbindungen
der Anlagen bestimmt sind, ist.
-
Die
Batterieleistung bei dem Bewertungseingangsdrehmoment wird in Übereinstimmung
mit der folgenden Beziehung bestimmt: Pbatt =
Pmotor_A + Ploss_A + Pmotor_B + Ploss_B + Ploss_acc wobei Pmotor_A
und Pmotor_B die Elektromotorleistung der Einheit A bzw. der Einheit
B;
Ploss_A und Ploss_B die gemeinsamen Elektromotor- bzw. Leistungselektronikverluste
(Elektromotorverluste) der Einheit A bzw. der Einheit B sind; und
Ploss_acc
als eine Gleichstromlast, z. B. V·I, modelliert ist,
die
den Batteriezug zu Leistungszusatzgeräten oder zu irgendeiner anderen
Last an den Batterien, die nicht direkt mit den Elektromotoreinheiten
A und B zusammenhängt,
ist.
-
Die
Elektromotorleistungen werden in Übereinstimmung mit den folgenden
Beziehungen bestimmt: Pmotor_A = Ta·Na und Pmotor_B = Tb·Nbwobei die Elektromotordrehzahlen
Na und Nb und die Elektromotordrehmomente Ta und Tb aus den zwei
oben gezeigten Kopplungseinschränkungsgleichungen
abgeleitet werden.
-
Die
Elektromotorverluste werden zur Bezugnahme durch die Routine in
einem vorgespeicherten Tabellenformat bereitgestellt, das durch
das Elektromotordrehmoment und durch die Elektromotordrehzahl indiziert
ist, und sind empirisch aus herkömmlichen
Dynamometertests der gemeinsamen Elektromotor- und Leistungselektronik
(z. B. Leistungswechselrichter) abgeleitet worden. Eine beispielhafte
Darstellung dieser charakteristischen Elektromotor-Drehmoment-Drehzahl-Daten
ist in 12 veranschaulicht. Auf die
tabellierten Daten wird durch das Elektromotordrehmoment (Ta, Tb)
und durch die Elektromotordrehzahl (Na, Nb) Bezug genommen. Die
Differenz zwischen der elektrischen Eingangsleistung (Ia·V und
Ib·V)
und der mechanischen Ausgangsleistung (Ta·Na und Tb·Nb) der Welle des Elektromotors
ist wie folgt gleich dem Leistungsverlust (Ploss_A, Ploss_B) des
Elektromotors: Ploss_A = Ia·V – Pmotor_A und Ploss_B = Ib·V – Pmotor_Bwobei: Ia und
Ib die Ströme
sind, die den Leistungswechselrichtern des Elektromotors A bzw.
des Elektromotors B zugeführt
werden; und
V die Spannung ist, mit der die Ströme geliefert
werden.
-
Obgleich
die Elektromotoren sowohl in der Elektromotor- als auch in der Generatorbetriebsart
verwendet werden, was vier Quadranten (I, II, III, IV) der Drehmoment-Drehzahl-Daten
nahe legt, ist es ausreichend, die Daten für zwei Quadranten zu sammeln,
während
die in den benachbarten Quadranten gesammelten Daten lediglich aus
den anderen Quadranten gespiegelt und nicht direkt gemessen werden.
In dem vorliegenden Beispiel sind die Quadranten I und II mit den
bestimmten Daten 151 gezeigt, während die Quadranten III und IV
mit den gespiegelten Daten 153 darin belegt sind.
-
An
diesem Punkt wird in Schritt 135 durch Vergleich der Batterieleistung
mit den Batterieleistungseinschränkungen
oder -grenzwerten Pbatt_min und Pbatt_max bei den vorliegenden Bedingungen
eine Bewertung der gerade bestimmten Batterieleistung Pbatt ausgeführt. Falls
die Batterieleistung für
das bewertete Eingangsdrehmoment nicht innerhalb der Grenzwerte
liegt, springt die Routine zum Schritte 138, wobei das
vorliegende Bewertungseingangsdrehmoment Ti_n eine neue Eingangsdrehmomentgrenze
für den
Bereich zu bewertender verbleibender zulässiger Eingangsdrehmomente
festsetzt. Andernfalls führt
eine akzeptable Batterieleistung dazu, dass die Steuerung an den
Kostenschätzungsschritt 136 übergeht,
wobei für
das Bewertungsdrehmoment die Kosten der verschiedenen Teilsystem-Leistungsverluste
sowie weitere subjektive Kosten bestimmt werden.
-
Ein
Ziel des vorliegenden Schritts 136 ist die Bestimmung eines
Gesamtsystem-Leistungsverlusts, der wie folgt eine Summation der
einzelnen Teilsystem-Leistungsverluste umfasst: Ploss_total
= Ploss_evt + Ploss_eng + Ploss_A + Ploss_B + Ploss_battwobei:
Ploss_evt die Verluste des EVT wie etwa den Hydraulikpumpenverlust,
den Rotationsverlust, das Kupplungsschleifen usw. repräsentiert;
Ploss_eng
Motorverluste im Zusammenhang mit dem Betrieb außerhalb des Punktes des effizientesten
schubspezifischen Kraftstoffverbrauchs (BSFC) repräsentiert;
Ploss_A
die Verluste des Elektromotors A repräsentiert;
Ploss_B die
Verluste des Elektromotors B repräsentiert; und
Ploss_batt
innere Leistungsverluste für
die Batterien repräsentiert.
-
Die
Verluste des EVT (Ploss_evt) werden zur Bezugnahme durch die Routine
in einem durch Ni und No indizierten vorgespeicherten Tabellenformat
bereitgestellt und sind aus herkömmlichen
Dynamometertests der EVT-Einheit in ihren verschiedenen Betriebsarten
und innerhalb der ihnen zugeordneten effektiven Übersetzungsverhältnisbereiche
empirisch abgeleitet worden.
-
Die
Motorleistungsverluste (Ploss_eng) werden ebenfalls in Übereinstimmung
mit vorgespeicherten tabellierten Daten bestimmt. Die Motorleistungsverluste
werden zur Bezugnahme durch die Routine in einem durch Ti und Ni
indizierten vorgespeicherten Tabellenformat bereitgestellt. Die
bevorzugte Art und Weise der Erzeugung dieser Tabellen ist durch
Anwendung einer Verlustgleichung wie der Folgenden zur Berechnung des
Motorleistungsverlusts: Ploss_eng = ηMAX LHV (kJ/g) QFUEL (g/s)·POUT wobei: ηMAX der
maximale Wirkungsgrad des Motors,
LHV (kJ/g) der untere Heizwert
des Kraftstoffs,
QFUEL (g/s) die Kraftstoffdurchflussmenge
bei den Betriebsbedingungen, und
POUT die
mechanische Wellenausgangsleistung des Motors bei den Betriebsbedingungen
ist.
-
Zur
Festsetzung der Grundspezifikation von ηMAX und
bei der Sammlung und Tabellierung der relativen Motorverluste werden
herkömmliche
Dynamometertests verwendet. Ploss_evt und Ploss_eng können ebenfalls
zu einem einzigen mechanischen Verlustterm zusammengefasst oder
gruppiert und als Ploss_eng bezeichnet werden.
-
Die
Elektromotorverluste werden wie zuvor beschrieben bestimmt und gespeichert
und auf sie wird wie zuvor beschrieben Bezug genommen.
-
Der
interne Leistungsverlust für
die Batterien Ploss_batt wird üblicherweise
als I2R-Verluste bezeichnet. Die Ploss_batt-Daten
werden zur Bezugnahme durch die Routine in einem vorgespeicherten
Tabellenformat bereitgestellt, das aus Batterieersatzmodellen erzeugt
und durch die Batterieleistung Pbatt indiziert wird. Eine beispielhafte
Darstellung dieser charakteristischen Batterieleistungsverlustdaten 115 ist
in 8 veranschaulicht.
-
Beispielhafte
Teilsystem-Leistungsverluste über
einen beispielhaften Eingangsdrehmomentbereich sind in 5 veranschaulicht.
-
Weiter
in Schritt 136 und anhand der 9 und 10 werden
vorzugsweise zusätzliche
subjektive Kosten berechnet, die in Übereinstimmung mit der Erfindung
bei der Wahl eines optimalen Arbeitspunkts des Eingangsdrehmoments
berücksichtigt
werden sollen. Subjektive Kosten sind Strafen, die anders als die
bisher beschriebenen Teilsystem-Leistungsverluste nicht aus physikalischen
Verlustmodellen abgeleitet werden können, sondern eher eine weitere
Form einer Strafe für
den Betrieb des Systems in bestimmten Punkten repräsentieren.
Allerdings werden diese Strafen mit den Einheiten des Leistungsverlusts
subjektiv skaliert, so dass sie mit den oben beschriebenen Teilsystemverlusten
berücksichtigt
werden können.
Ein erster Batteriekostenfaktorterm SOC_cost_Factor bestraft das
Laden bei hohen Ladezuständen
(durchgezogene Linie 123 in 9) sowie
das Entladen bei niedrigen Ladezuständen (Strichlinie 121 in 9).
Ein zweiter Batteriekostenfaktorterm Throughput_Cost_Factor erfasst
die Wirkung der Batteriealterung und weist hierfür geeignete Strafen zu (Linie 125 in 10).
Die Batteriealterung wird vorzugsweise hinsichtlich eines durchschnittlichen
Batteriestroms (Ah/h) gemessen, wobei bei durchschnittlichen Batteriestrom-Arbeitspunkten,
die mit höherem Batteriestrom
zunehmen, eine Strafe angebracht wird. Diese Kostenfaktoren werden
vorzugsweise aus Datensätzen
erhalten, die in Tabellenform in den Datenstrukturen und der Systemsteuereinheit 43 gespeichert
sind. Diese Datensätze
werden zur Bezugnahme durch die Routine im vorgespeicherten Tabellenformat
bereitgestellt. Das Produkt der jeweiligen Kostenfaktoren und der
Batterieleistung liefert die Kostenfunktionsterme Pcost_SOC und
Pcost_throughput. Zusätzliche
Einzelheiten im Umfeld der Kostenfaktoren sind in der gemeinsam übertragenen
und gleichzeitig anhängigen
vorläufigen
US-Patentanmeldung lfd. Nr. 60/511,456 (Aktenzeichen des Anwalts
GP-304118) offenbart, die hiermit durch Literaturhinweis eingefügt ist.
-
Die
subjektiven Gesamtkosten werden in Übereinstimmung mit der Summation
der subjektiven Einzelkosten in dem folgenden Beispiel der SOC- und Durchsatzstrafen
bestimmt: Pcost_sub = Pcost_SOC + Pcost_throughputwobei:
Pcost_SOC = Pbatt·SOC_Cost_Factor
ist; und
Pcost_throughput = Pbatt·Throughput_Cost_Factor ist.
-
Natürlich ist
Pcost_sub in den gleichen Einheiten wie die oben beschriebenen Teilsystem-Leistungsverluste
skaliert. Somit ist Pcost_sub in 5 über den
beispielhaften Eingangsdrehmomentbereich ähnlich dargestellt.
-
Daraufhin
wird der Gesamtverlust Total_loss als die Summation der Teilsystem-Leistungsverluste
von Ploss_total und der skalierten subjektiven Kostenstrafen von
Pcost_sub wie folgt bestimmt: Total_loss = Ploss_total
+ Pcost_sub
-
Somit
ist Total_loss in 5 über dem beispielhaften Eingangsdrehmomentgebiet ähnlich dargestellt.
-
Als
Nächstes
wird der Schritt 137 erreicht, in dem das bei dem Bewertungseingangsdrehmoment
Ti_n bestimmte Total_loss mit dem bei dem vorangehenden Bewertungsdrehmoment
Ti_n-1 bestimmten Total_loss verglichen wird. Ein erster Durchlauf
durch die Routine ohne eine solche frühere Total_loss-Bestimmung
führt einfach
zur Rückkehr
der Routine zu Schritt 133, wobei in Übereinstimmung mit den Betrachtungen
des Ver hältnisses
des Goldenen Schnitts ein zweites Bewertungseingangsdrehmoment bestimmt.
-
Der
Schritt 138 eliminiert den Lösungsraum im Eingangsdrehmoment
außerhalb
desjenigen der Bewertungseingangsdrehmomente Ti_n und Ti_n-1, das
dem größeren der
dementsprechenden jeweiligen Total_loss-Werte zugeordnet ist. Daraufhin wird
das Bewertungseingangsdrehmoment Ti_n oder Ti_n-1, das dem größeren der
jeweiligen Total_loss-Werte zugeordnet ist, als eine neue Eingangsdrehmomentgrenze
für den
Bereich der verbleibenden zu bewertenden zulässigen Eingangsdrehmomente
festgesetzt.
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Nachfolgend
wird in Schritt 139 bestimmt, ob eine vorgegebene Anzahl
von Iterationen durch die Schnittsuche ausgeführt worden ist. Falls das nicht
der Fall ist, kehrt die Routine zu Schritt 133 zurück, um ein weiteres
Bewertungsdrehmoment zu wählen
und die Schritte 133-139 zu durchlaufen. Wenn
die vorgegebene Anzahl von Iterationen ausgeführt worden ist, wird der Schritt 140 erreicht,
in dem das optimale Eingangsdrehmoment Ti_opt gleich demjenigen
des momentanen und des unmittelbar vorangehenden Bewertungseingangsdrehmoments
Ti_n oder Ti_n-1, dem der entsprechende kleinste Total_loss zugeordnet
ist, gesetzt wird. Nun ist der gewählte Wert für das Eingangsdrehmoment zur
Verwendung bei der Einstellung des Motordrehmoments verfügbar. Allerdings
sind in Schritt 141 zusätzliche
Routinen repräsentiert,
die sich auf Stabilitätsbetrachtungen
in Ruhebedingungen beziehen, die das Auftreten häufiger Drehmomentaufteilungsänderungen, die
störend
sein können,
verringern. Anhand der 13A und 13B wird im Folgenden eine beispielhafte Ruhestabilitätsroutine
erläutert.
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Eine
in Übereinstimmung
mit dem beschriebenen Verhältnis
des Goldenen Schnitts ausgeführte Schnittsuche
verringert den Bereich der zulässigen
Eingangsdrehmomente bei jeder nachfolgenden Bewertung um einen Faktor
von 1- Φ oder
etwa 0,38197. Mit elf solchen Bewertungen kann eine Genauigkeit
von weniger als 1,0 % festgesetzt werden. Moderne Motorsteuerungen
sind typisch auf eine Steuergenauigkeit von im Wesentlichen 1,0
% begrenzt. Derzeit wird davon ausgegangen, dass Bewertungen über elf
hinaus keinen erheblichen Nutzen bringen. Somit sind elf solche
Bewertungen bei der bevorzugten Suche des Verhältnisses des Goldenen Schnitts
die bevorzugte Anzahl von Bewertungen, die ausgeführt werden.
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Es
wird nun zu 6 übergegangen, die ein beispielhaftes
Kontinuum eines Bereichs von Eingangsdrehmomenten ist, die über der
horizontalen Achse zwischen 0 und 1 skaliert sind. Der Anfangsbereich
des Lösungsraums
in Ti entspricht dem Wert Ti_min (auf 0 skaliert) und dem Wert Ti_max
(auf 1 skaliert). Die entsprechenden skalierten und verschobenen
Total_loss-Daten sind gegenüber
der vertikalen Achse dargestellt. Ein erster Vergleich in Übereinstimmung
mit der Suche nach dem Verhältnis
des Goldenen Schnitts entspricht dem Paar der Bewertungseingangsdrehmomente,
die den Linien Ti_1 und Ti_2 zugeordnet sind. Eine visuelle Untersuchung
bestätigt,
dass Total_loss bei Ti_2 größer als
bei Ti_1 ist. Somit wird der Lösungsraum
außerhalb
von Ti_2 von der weiteren Betrachtung eliminiert (Eliminierung A),
wobei der neue Lösungsraum
den Grenzwerten von Ti_min und Ti_2 entspricht (d. h. Ti_2 ist das
neue Ti_max). In Übereinstimmung
mit den Kriterien des Verhältnisses
des Goldenen Schnitts wird bei Ti_3 ein weiteres Bewertungseingangsdrehmoment in
Bezug auf den neuesten Grenzwert Ti_2 festgesetzt. Das niedrigste
Total_loss von der vorangehenden Iteration, das Ti_1 entspricht,
wird mit dem Total_loss von der momentanen Iteration verglichen,
das dem neuesten Bewertungseingangsdrehmoment Ti_3 entspricht. Aus
der visuellen Untersuchung ist wieder klar, dass Total_loss bei
Ti_3 größer als
Total_loss bei Ti_2 ist. Somit wird der Lösungsraum außerhalb
von Ti_3 von der weiteren Betrachtung eliminiert (Eliminierung B),
wobei der neue Lösungsraum
den Grenzwerten von Ti_3 und Ti_2 entspricht (d. h. Ti_3 ist das
neue Ti_min). In Übereinstimmung
mit den Kriterien des Verhältnisses
des Goldenen Schnitts wird noch einmal ein weiteres Bewertungseingangsdrehmoment
bei Ti_4 in Bezug auf den neuesten Grenzwert Ti_3 festgesetzt. Das
niedrigste Total_loss von der vorangehenden Iteration, das Ti_1
entspricht, wird mit dem Total_loss von der momentanen Iteration
verglichen, das dem neuesten Bewertungseingangsdrehmoment Ti_4 entspricht.
Aus der visuellen Untersuchung ist dann wieder klar, dass Total_loss
bei Ti_2 größer als
Total_loss bei Ti_4 ist. Somit wird der Lösungsraum außerhalb
von Ti_2 von der weiteren Betrachtung eliminiert (Eliminierung C),
wobei der neue Lösungsraum
den Grenzwerten von Ti_1 und Ti_2 entspricht (d. h. Ti_1 ist das
neue Ti_min). Dieses Verfahren wird wie beschrieben für eine vorgegebene
Anzahl von Iterationen oder Vergleichen konsistent wiederholt, wobei
das optimale Eingangsdrehmoment an diesem Punkt als dasjenige der
letzten zwei Bewertungseingangsdrehmomente festgesetzt wird, das
dem kleinsten der jeweiligen Total_loss-Werte entspricht.
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Zur
Konvergenz zu einem optimalen Eingangsdrehmoment können auf ähnliche
Weise alternative Schnittsuchen verwendet werden, die aber weniger
effizient sind und bei denen unsicher ist, ob sie innerhalb einer
bekannten Anzahl von Iterationen oder Vergleichen bestimmte Zielgenauigkeiten
erreichen. Verschiedene andere Verfahren der Lösungkonvergenz einschließlich nicht
einschränkender
Beispiele der Abschätzungen
durch quadratische Polynome und Polynome höherer Ordnung und iterativer
Ableitungskonvergenztechniken sind ebenfalls gut bekannt und für die Implementierung
mit der Erfindung anwendbar.
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Die
Ruhestabilitätsroutine
beginnt in 13A damit, dass der Zustand
eines Ruhebedingungsmerkers geprüft
wird. Ein Merkerzustand "wahr" gibt eine frühere Schleifenruhebedingung
an, während
ein Zustand "falsch" keine frühere Schleifenruhebedingung
angibt. Ruhebedingungen sind, wie sie hier verwendet werden, durch
verhältnismäßig niedrige
Fahrpedalstellungen und verhältnismäßig niedrige
Fahrzeuggeschwindigkeiten bestimmt, die beide vorzugsweise in Übereinstimmung
mit kalibrierbaren Schwellenwerten bestimmt werden. Bei einem Merker "wahr" wird zu Schritt 144 übergegangen,
wobei ein Ruhezeitgeber dekrementiert wird. Falls der Ruhezeitgeber
abgelaufen ist, wird die Steuerung in Schritt 146 an Schritt 149 übergeben,
wobei der Ruhemerker auf "falsch" gesetzt wird, was
ein Ende des Ruhebedingungsmanagements in dieser Schleife angibt.
Anschließend
wird Total_loss für
die momentane Schleife ohne irgendeine Strafe oder einen Offset
genau wie zuvor in der Routine aus 11 bestimmt
eingestellt. Falls in Schritt 146 bestimmt wird, dass der
Ruhezeitgeber nicht abgelaufen ist, wird in Schritt 148 eine
Prüfung
der als eine Ruhebedingung definierten Bedingungen ausgeführt. Falls
keine Ruhebedingungen vorhanden sind, wird die Steuerung ähnlich an
den Schritt 149 übergeben,
wobei der Ruhemerker auf "falsch" gesetzt wird, was
ein Ende des Ruhebedingungsmanagements in dieser Schleife angibt.
Anschließend
wird Total_loss für
die momentane Schleife ohne irgendeine Strafe oder einen Offset
genau wie zuvor in der Routine aus 11 bestimmt
eingestellt. Falls entweder der Ruhezeitgeber abgelaufen ist oder
die Ruhebedingungen nicht mehr vorhanden sind, schließen die
Schritte 146 und 148 das Ruhemanagement in der
vorliegenden Schleife effektiv ab. Falls keine dieser Austrittsbedingungen
erfüllt
ist, wird der Schritt 151 ausgeführt, um dem früher in der
Routine aus 11 bestimmten Total_loss eine
Strafe oder einen Offset K zuzuweisen.
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Rückkehrend
zu Schritt 142 wird die Steuerung bei einem Merker "falsch" an den Schritt 143 übergeben,
wobei eine Prüfung
auf die Bedingungen ausgeführt
wird, die die Ruhebedingung definieren. Falls momentan keine Ruhebedingungen
vorliegen, wird die Steuerung an Block 149 übergeben,
wobei der Ruhemerker auf "falsch" gesetzt wird. Anschließend wird
Total_loss für
die momentane Schleife ohne irgendeine Strafe oder einen Offset
genau wie früher
in der Routine aus 11 bestimmt eingestellt. Falls
dagegen Ruhebedingungen vorhanden sind, wird der Ruhezeitgeber in
den Schritten 145 und 147 initialisiert bzw. auf "wahr" gesetzt. Anschließend wird
die Steuerung an den Schritt 151 übergeben, wobei auf das früher in der
Routine aus 11 bestimmte Total_loss eine
Strafe oder ein Offset K angewendet wird.
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Somit
führen
Ruhebedingungen wenigstens für
eine vorgegebene Dauer dazu, dass auf das Total_loss der momentanen
Schleife eine Strafe oder ein Offset angewendet wird, während keine
momentanen Ruhebedingungen oder der Ablauf der vorgegebenen Dauer
dazu führen,
dass keine solche Strafe oder kein solcher Offset angewendet wird.
Wie aus 13A zu sehen ist, kehrt die
Routine darüber
hinaus nach Block 150, d. h. zu Bedingungen eines abgelaufenen
Ruhezeitgebers oder ohne momentane Ruhebedingungen, zurück, wobei
die Routine zurückkehrt
und keine Ruhebedingungsmanagementschritte unternommen werden. Wenn
der Ruhezeitgeber dagegen nicht abgelaufen ist, weiter Ruhebedingungen
vorhanden sind und eine Strafe oder ein Offset auf Total_loss angewendet
werden, werden die in 13B dargelegten
Ruhebedingungsmanagementschritte unternommen.
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In
Bezug auf die Strafe oder den Versatz K kann für die Anwendung für die Total_loss-Werte
mehrerer Schleifen, die während
der Ruhebedingungsdauer oder Ruhezeitgeberdauer ausgeführt werden,
ein konstanter Wert gewählt
werden. Allerdings ist ebenfalls vorgesehen, dass die angewendete
Strafe oder der angewendete Offset für jede der nachfolgenden Schleifen
während
der Ruhebedingungsdauer oder Ruhezeitgeberdauer abfallen kann.
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In 13B wird in Schritt 152 das optimale
Eingangsdrehmoment für
die unmittelbar vorausgehende Schleife Ti_opt_prior aus dem Speicher
wiedergewonnen. Anschließend
wird in Schritt 153 bei einem Eingangsdrehmoment, das dem
optimalen Eingangsdrehmoment Pbatt@Ti_opt_prior für die unmittelbar
vorausgehende Schleife entspricht, die Batterieleistung für die momentanen
Bedingungen bestimmt. Die Methodik zur Berechnung der Batterieleistung
in der momentanen Routine ist insbesondere in Bezug auf die für deren Schritt 134 gegebene
Beschreibung völlig
gleich der in Bezug auf die Routine aus 11 beschriebenen. Nachfolgend
wird Pbatt@Ti_opt_prior mit dem minimalen und mit dem maximalen
Batterieleistungsgrenzwert bei den momentanen Bedingungen verglichen.
Dieser Schritt wird ebenfalls insbesondere in Bezug auf die für ihren
Schritt 135 gegebene Beschreibung mit der gleichen Methodik
wie der in Bezug auf die Routine aus 11 beschriebenen
ausgeführt.
Wo Pbatt@Ti_opt_prior außerhalb
der Grenzwerte liegt, was somit einen unzulässigen Batterieleistungszustand
angeben würde,
falls Ti_opt_prior bei der Steuerung des EVT verwendet würde, wird
die Steuerung an Schritt 157 übergeben, wobei das zur Steuerung
des EVT gewählte
Eingangsdrehmoment das optimale Eingangsdrehmoment Ti_opt ist, das
der momentanen Schleife entspricht. Wenn dagegen Pbatt@Ti_opt_prior
zulässig
ist, wird der Schritt 155 erreicht, wobei die verschiedenen
Teilsystem-Leistungsverluste und subjektiven Kosten für die momentanen
Bedingungen bei einem Eingangsdrehmoment bestimmt werden, das dem
optimalen Eingangsdrehmoment für
die unmittelbar vorausgehende Schleife Total_loss@Ti_opt_prior entspricht.
Nachfolgend wird in Schritt 156 das Total_loss für die momentane
Schleife, das im Fall der Ruhebedingungsmanagementschritte der vorliegenden
Routine die Strafe oder den Offset enthält, mit Total_loss@Ti_opt_prior
verglichen. Daraufhin wird in Schritt 157 dasjenige der
optimalen Eingangsdrehmomente Ti_opt oder Ti_opt_prior, das dem
kleineren der Gesamtverluste, Total_loss oder Total_loss@Ti_opt_prior,
entspricht, als das optimale Eingangsdrehmoment gewählt, das
zur Verwendung bei der Steuerung des EVT zurückgegeben werden soll. Somit
ist klar, dass die Strafe oder der Offset, die bzw. der zu dem Gesamtverlust
der momentanen Schleife addiert wird, das System von der Änderung
des Eingangsdrehmoments zu einem neuen Sollwert während der
Ruhebedingungen weg verschiebt, wenn dadurch keine ausreichend große Verbesserung
in Total_loss gewonnen wird oder seit der letzten Eingangsdrehmomentänderung
ausreichend Zeit vergangen ist, damit die Häufigkeit der Eingangsdrehmomentänderung
nicht störend
ist.
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Die
Erfindung ist in Bezug auf eine besondere beispielhafte Hybrid-Kraftübertragungsstrang-Anordnung
beschrieben worden. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass in
Verbindung mit der Erfindung andere Hybrid- und herkömmliche
Kraftübertragungsstranganordnungen
verwendet werden können.
Zum Beispiel können
in Verbindung mit der Erfindung herkömmliche elektrohydraulisch
gesteuerte Mehrdrehzahlgetriebe verwendet werden.
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Zusammengefasst
betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem innerhalb eines Lösungsraums
zulässiger
Eingangsdrehmomente in Übereinstimmung
mit mehreren Einschränkungen
eines Hybrid-Kraftübertragungsstrangs
ein bevorzugtes Eingangsdrehmoment für den eines Hybrid-Kraftübertragungsstrang
bestimmt wird, das zu einem minimalen Gesamtleistungsverlust des
Kraftübertragungsstrangsystemsführt. Die
Gesamtleis tungsverluste des Kraftübertragungsstrangsystems werden
bei zulässigen
Eingangsdrehmomenten berechnet, wobei eine Lösung für das Eingangsdrehmoment, die
dem minimalen Gesamtleistungsverlust des Kraftübertragungsstrangsystems entspricht,
zur Konvergenz gebracht wird, um das bevorzugte Eingangsdrehmoment
zu bestimmen.