DE102007006864B4

DE102007006864B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung eines bevorzugten Arbeitsbereichs für zwei Drehmomenterzeugende Einrichtungen sowie Steuerungssystem für einen Hybridantriebsstrang

Info

Publication number: DE102007006864B4
Application number: DE102007006864.8A
Authority: DE
Inventors: Anthony H. Heap
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2020-06-04
Anticipated expiration: 2027-02-13
Also published as: DE102007006864A1; US7154236B1; CN101021263B; CN101021263A

Abstract

Vorrichtung mit:einem Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Bewirken eines Verfahrens zur Bestimmung eines bevorzugten Arbeitsbereichs für zwei Drehmoment erzeugende Einrichtungen (56, 72), wobei jede Drehmoment erzeugende Einrichtung (56, 72) dazu dient, ein Drehmoment (T, T) an eine Drehmomentübertragungseinrichtung (10) zu liefern, wobei das Programm umfasst:einen Code zur Definition eines ersten Arbeitsbereichs in einem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Drehmomentausgabe (T, T) jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72);einen Code zur Definition eines zweiten Arbeitsbereichs in dem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Ausgabe einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (74), die dazu dient, jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) mit elektrischer Energie zu versorgen;einen Code zur Transformation des ersten Arbeitsbereichs und des zweiten Arbeitsbereichs in einen zweiten Arbeitsraum; undeinen Code zur Definition des bevorzugten Arbeitsbereichs in dem zweiten Arbeitsraum auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs (110) und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs (120);wobei das zur Bewirkung des Verfahrens zur Bestimmung des bevorzugten Arbeitsbereichs für die zwei Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) codierte Computerprogramm während einer Zykluszeit von weniger als zwölf Millisekunden ausgeführt wird.

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugantriebsstrangsysteme und insbesondere ein Steuerungssystem für ein Hybridgetriebesystem für ein Fahrzeug.
Es sind verschiedene Hybridantriebsstrangarchitekturen zur Handhabung der Antriebs- und Abtriebsdrehmomente verschiedener Hauptantriebe in Hybridfahrzeugen bekannt, üblicherweise Brennkraftmaschinen und elektrische Maschinen. Serielle Hybridarchitekturen sind allgemein dadurch gekennzeichnet, dass eine Brennkraftmaschine einen elektrischen Generator antreibt, der wiederum einen elektrischen Antriebsstrang und einen Batteriesatz mit elektrischer Energie versorgt. Die Brennkraftmaschine ist bei einer seriellen Hybridarchitektur mechanisch nicht direkt an den Antriebsstrang gekoppelt. Der elektrische Generator kann auch in einer Anlasserbetriebsart arbeiten, um der Brennkraftmaschine eine Startfunktion zur Verfügung zu stellen, und der elektrische Antriebsstrang kann eine Bremsenergie des Fahrzeugs wieder aufnehmen, indem er auch in einer Generatorbetriebsart arbeitet, um den Batteriesatz wieder aufzuladen. Parallele Hybridarchitekturen sind allgemein durch eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor gekennzeichnet, die beide eine direkte mechanische Kopplung an den Antriebsstrang aufweisen. Der Antriebsstrang umfasst herkömmlicherweise ein schaltendes Getriebe, um die für einen Weitbereichsbetrieb vorzuziehenden Übersetzungsverhältnisse zur Verfügung zu stellen.
Eine Hybridantriebsstrangarchitektur umfasst ein elektromechanisches Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsarten, welches ein Antriebselement zum Empfangen von Energie von einer Antriebsmaschinenenergiequelle und ein Abtriebselement zum Liefern von Energie von dem Getriebe, typischerweise an eine Fahrzeugantriebsanlage, verwendet. Erste und zweite Motoren/Generatoren sind mit einer Energiespeichereinrichtung zum Austausch von elektrischer Energie zwischen der Speichereinrichtung und den ersten und zweiten Motoren/Generatoren wirksam verbunden. Eine Steuerungseinheit ist zum Regeln des elektrischen Energieaustausches zwischen der Energiespeichereinrichtung und den ersten und zweiten Motoren/Generatoren vorgesehen. Die Steuerungseinheit regelt auch einen Austausch elektrischer Energie zwischen den ersten und zweiten Motoren/Generatoren.
Ingenieure, die Hybridantriebsstrangsysteme implementieren, versuchen Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Emissionsziele zu erfüllen, indem sie eine Maschinenleistung aus einer benötigten Norm-Fahrwiderstandsleistung und einer zusätzlichen Menge an Maschinenleistung auf der Grundlage des Ladezustands eines Energiespeichersystems (z.B. von Batterien) bestimmen. Im Anschluss an die Bestimmung der Maschinenleistung kann die optimale Kraftstoffwirtschaftlichkeit der Maschine oder der optimale Emissionsplan oder eine Kombination davon verwendet werden, um den Drehmoment/Drehzahlarbeitspunkt der Maschine zu wählen. Die von dem System verwendete Batterieleistung ist das, was in Kombination mit der Maschinenleistung benötigt wird, um die Norm-Fahrwiderstandsleistungsanforderungen zu erfüllen und um systeminterne Leistungsverluste zu kompensieren.
Einige bekannte Systeme optimieren den Energiefluss von allen Vortriebssystemkomponenten nicht gleichzeitig. Typischerweise wird nur der Maschinenbetrieb optimiert. Zusätzliche Faktoren wie zum Beispiel mechanische und elektrische Systemverluste und Batteriegebrauchsfaktoren werden bei der Auswahl des bevorzugten Arbeitspunktes des Gesamtsystems oft nicht verwendet. Systeme, die beim Optimieren des Energieflusses aller Vortriebssystemkomponenten versuchen, mechanische und elektrische Systemverluste und Batteriegebrauchsfaktoren zu berücksichtigen, standen einer gewaltigen Aufgabe eines gleichzeitigen Berechnens der verschiedenen Energieflüsse, eines Verbrauchens wesentlicher Mengen an Verarbeitungsressourcen eines fahrzeugeigenen Computers, sowohl in Bezug auf Rechenzeit als auch auf Durchsatz, und einer Komplexität der Algorithmen gegenüber.
Daher besteht ein Bedarf zur Entwicklung eines Steuerungssystems für einen Hybridantriebsstrang, welches einen Energiefluss von allen Vortriebssystemkomponenten optimieren und Verluste auf eine Weise berücksichtigen kann, welche fahrzeugeigene Rechenressourcen effektiv nutzt.
Die Druckschrift DE 10 2005 021 869 A1 offenbart ein Verfahren zum Bereitstellen einer Elektromotor-Drehmomentreserve in einem Hybridelektrofahrzeug, bei welchem ein vorgegebenes maximales bzw. minimales Ausgangsdrehmoment eines Elektromotors auf ein maximales bzw. minimales reserviertes Ausgangsdrehmoment des Elektromotors verringert bzw. erhöht wird, um eine Elektromotor-Drehmomentreserve zu bilden.
In der Druckschrift DE 10 2005 022 302 A1 ist ein Verfahren zum dynamischen Bestimmen des Spitzenausgangsdrehmoments bei Nebenbedingungen einer Batterie in einem Hybridgetriebe offenbart, bei welchem ein Getriebebetriebsraum durch Einschränkungen bei Elektromotoren, bei einer Kraftmaschine und bei einer Batterieleistung definiert wird. Die Grenzwerte dieses Getriebebetriebsraums bestimmen die Grenzwerte des Ausgangsdrehmoments.
Die Druckschrift DE 10 2005 006 369 A1 offenbart ein Verfahren zur optimalen Wahl des Eingangsdrehmoments für einen Kraftübertragungsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs aus einem zulässigen Betriebsbereich für das Eingangsdrehmoment, sodass ein Gesamtleistungsverlust des Kraftübertragungsstrangs minimiert wird. Dazu werden für zulässige Eingangsdrehmomente die Gesamtleistungsverluste des Kraftübertragungsstrangs berechnet und es wird ein Minimum der Gesamtleistungsverluste gesucht.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Steuerungssystem für einen Hybridantriebsstrang zu schaffen, welches einen Energiefluss von allen Vortriebssystemkomponenten optimiert und Verluste auf eine Weise berücksichtigt, welche fahrzeugeigene Rechenressourcen effektiv nutzt.
Daher ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, die ein Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm umfasst, um ein Verfahren zur Bestimmung eines bevorzugten Arbeitsbereichs für zwei Drehmoment erzeugende Einrichtungen zu bewirken. Jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen dient dazu, eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem Drehmoment zu versorgen. Das Programm umfasst einen Code zur Definition eines ersten und eines zweiten Arbeitsbereichs in einem ersten Arbeitsraum. Der erste Arbeitsbereich und der zweite Arbeitsbereich werden mathematisch in einen zweiten Arbeitsraum transformiert. Der bevorzugte Arbeitsbereich wird auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs in dem zweiten Arbeitsraum definiert. Das codierte Computerprogramm zur Bewirkung des Verfahrens zur Bestimmung des bevorzugten Arbeitsbereichs für die zwei Drehmoment erzeugenden Einrichtungen wird während einer Zykluszeit von weniger als zwölf Millisekunden ausgeführt.
Erfindungsgemäß wird der erste Arbeitsbereich auf der Grundlage eines Drehmomentabtriebs für jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen definiert.
Erfindungsgemäß wird der zweite Arbeitsbereich auf der Grundlage einer Ausgabe einer elektrischen Energiespeichereinrichtung definiert, die dazu dient, jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Definieren des Arbeitsbereichs auf der Grundlage einer Ausgabe der elektrischen Energiespeichereinrichtung und von Beschränkungen des elektrischen Energiesystems, welche ferner ein Beschränken einer Übertragung elektrischer Energie an das elektrische Energiespeichersystem umfassen, um ein Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung zu begrenzen, und um ein Entladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung zu begrenzen.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Transformieren des ersten Arbeitsbereichs und des zweiten Arbeitsbereichs in den zweiten Arbeitsraum, welches ein lineares Transformieren des ersten Arbeitsbereichs und des zweiten Arbeitsbereichs von Kreiskoordinaten in XY-Koordinaten umfasst.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Rücktransformieren des definierten bevorzugten Arbeitsbereichs in den ersten Arbeitsraum.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung umfasst, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen ein Paar von elektrischen Motoren/Generatoren umfassen und dass die Drehmomentübertragungseinrichtung ein hybrides elektromechanisches Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsarten umfasst, welches dazu dient, ein Bewegungsdrehmoment an eine Antriebsanlage eines Fahrzeugs zu übertragen.
Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:

1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Steuerungsarchitektur und eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Analysedarstellung gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
4 und 5 repräsentative Datenkurven gemäß der vorliegenden Erfindung sind.

Nun auf die Zeichnungen Bezug nehmend, wobei die Darstellungen nur zum Zweck der Erläuterung der Erfindung und nicht zum Zweck der Beschränkung derselben dienen, zeigen 1 und 2 ein System, das eine Maschine 14, ein Getriebe 10, ein Steuerungssystem und eine Antriebsanlage umfasst, welche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert wurden.
Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung US 2005/0137042 A1 , veröffentlicht am 23. Juni 2005 mit dem Titel Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios, welche durch Bezugnahme hierin umfasst ist und welche demselben Rechteinhaber gehört, genau offenbart. Das beispielhafte hybride elektromechanische Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsarten, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in 1 abgebildet und allgemein durch das Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Hybridgetriebe 10 weist ein Antriebselement 12 auf, welches eine Welle sein kann, die von einer Maschine 14 direkt angetrieben sein kann. Zwischen der Abtriebswelle 18 der Maschine 14 und dem Antriebselement 12 des Hybridgetriebes 10 ist ein transienter Drehmomentdämpfer 20 eingebaut. Der transiente Drehmomentdämpfer 20 umfasst vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung 77, welche Eigenschaften eines Dämpfermechanismus und einer Feder aufweist, die als 78 bzw. 79 gezeigt sind. Der transiente Drehmomentdämpfer 20 ermöglicht ein selektives Ineingriffbringen der Maschine 14 mit dem Hybridgetriebe 10, aber es muss verstanden sein, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 nicht zum Ändern oder Steuern der Betriebsart verwandt wird, in der das Hybridgetriebe 10 arbeitet. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 umfasst vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Reibkupplung, die als Kupplung C5 bezeichnet wird.
Die Maschine 14 kann eine beliebige von zahlreichen Ausprägungen von Brennkraftmaschinen sein, beispielsweise eine funkengezündete Maschine oder eine kompressionsgezündete Maschine, die leicht anpassbar sind, um einen Energieabtrieb an das Getriebe 10 in einem Bereich von Betriebsdrehzahlen von Leerlauf bei oder in der Nähe von 600 Umdrehungen pro Minute (UPM) bis über 6.000 UPM bereitzustellen. Ohne Berücksichtigung des Mittels, durch welches die Maschine 14 mit dem Antriebselement 12 des Getriebes 10 verbunden ist, ist das Antriebselement 12 mit einem Planetenradsatz 24 in dem Getriebe 10 verbunden.
Nun insbesondere auf 1 Bezug nehmend verwendet das Hybridgetriebe 10 drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das allgemein als ein Hohlrad bezeichnet werden kann und das ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, welches allgemein als ein Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 34 sind an einem Träger 36 drehbar angebracht, so dass jedes Planetenradelement 34 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 30 als auch mit dem inneren Zahnradelement 32 kämmt.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das allgemein als ein Hohlrad bezeichnet wird und das ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, welches allgemein als ein Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 42 sind an einem Träger 44 drehbar angebracht, so dass jedes Planetenrad 42 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 38 als auch mit dem inneren Zahnradelement 40 kämmt.
Der dritte Planetenradsatz 28 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das allgemein als ein Hohlrad bezeichnet wird und das ein inneres Zahnradelement 48 umgibt, welches allgemein als ein Sonnenrad bezeichnet wird. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar angebracht, so dass jedes Planetenrad 50 sowohl mit dem äußeren Zahnradelement 46 als auch mit dem inneren Zahnradelement 48 kämmt.
Die Verhältnisse der Zähne von Hohlrädern/Sonnenrädern basieren typischerweise auf Entwurfsüberlegungen, die den Fachleuten bekannt sind und außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Als Beispiel beträgt bei einer Ausführungsform das Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnis des Planetenradsatzes 24 65/33; das Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnis des Planetenradsatzes 26 65/33; und das Hohlrad/Sonnenrad-Zahnverhältnis des Planetenradsatzes 28 94/34.
Jeder der drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 umfasst einfache Planetenradsätze. Außerdem sind die ersten und zweiten Planetenradsätze 24 und 26 dadurch verbunden, dass das innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 beispielsweise durch ein Nabenplattenzahnrad 54 mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Das verbundene innere Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und das äußere Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind dauerhaft mit einem ersten Motor/Generator 56, der auch als „Motor A“ bezeichnet wird, verbunden.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind ferner dadurch verbunden, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24 beispielsweise durch eine Welle 60 mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Dadurch sind die Träger 36 und 44 der ersten und zweiten Planetenradsätze 24 bzw. 26 verbunden. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 verbunden, beispielsweise durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 62, welche, wie nachfolgend genauer erklärt wird, angewendet wird, um die Auswahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Der Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden.
Bei der hier beschriebenen Ausführungsform, in der das Hybridgetriebe 10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, ist das Abtriebselement 64 mit einer Antriebsanlage wirksam verbunden, die einen Getriebekasten 90 oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, welche einen Drehmomentabtrieb an eine oder mehrere Fahrzeugachsen 92 oder (nicht gezeigte) Halbwellen bereitstellt. Die Achsen 92 wiederum enden in Antriebselementen 96. Die Antriebselemente 96 können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie verwendet werden, oder sie können ein Antriebszahnrad eines Schienenfahrzeugs sein. Die Antriebselemente 96 können eine beliebige Art von diesen zugeordneter Radbremse 94 aufweisen. Jedes der Antriebselemente weist einen Drehzahlparameter N_WHL auf, der die Drehzahl jedes Rades 96 umfasst, welche typischerweise mit einem Raddrehzahlsensor messbar ist.
Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28 verbunden, beispielsweise durch eine Hohlwelle 66, welche die Welle 60 umgibt. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 ist durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 selektiv mit Masse verbunden, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 wird, wie ebenfalls nachfolgend erklärt wird, auch verwendet, um die Auswahl der Betriebsarten des Hybridgetriebes 10 zu unterstützen. Die Hohlwelle 66 ist auch dauerhaft mit einem zweiten Motor/Generator 72, der auch als „Motor B“ bezeichnet wird, verbunden.
Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie die zwei Motoren/Generatoren 56 und 72 sind koaxial ausgerichtet, beispielsweise um die axial angeordnete Welle 60. Die Motoren/Generatoren 56 und 72 sind beide ringförmig aufgebaut, was es ihnen ermöglicht, die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 zu umgeben, so dass die Planetenradsätze 24, 26 und 28 radial innerhalb der Motoren/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Dieser Aufbau stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende, d.h. das Umgebungsausmaß des Getriebes 10 minimiert ist.
Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 73 verbindet das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse, d.h. mit dem Getriebegehäuse 68. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 75 dient als eine Überbrückungskupplung, um die Planetenradsätze 24, 26, die Motoren 56, 72 und den Antrieb für eine Drehung als eine Gruppe zu verriegeln, indem das Sonnenrad 40 selektiv mit dem Träger 44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73, 75 sind alle Reibungskupplungen, die jeweils wie folgt bezeichnet sind: Kupplung C1 70, Kupplung C2 62, Kupplung C3 73 und Kupplung C4 75. Jede Kupplung wird vorzugsweise hydraulisch betätigt, indem sie ein unter Druck stehendes Hydraulikfluid von einer Pumpe empfängt. Eine hydraulische Betätigung wird unter Verwendung eines bekannten Hydraulikfluidkreises erreicht, der hier nicht genau beschrieben ist.
Das Hybridgetriebe 10 empfängt ein Antriebsbewegungsdrehmoment von mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, welche die Maschine 14 und die Motoren/Generatoren 56 und 72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung von Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD) 74 gespeichert ist. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere Speichereinrichtungen für elektrische Energie und elektrochemische Energie, welche die Fähigkeit zum Speichern elektrischer Energie und zum Abgeben elektrischer Energie aufweisen, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die ESD 74 wird vorzugsweise auf der Grundlage von Faktoren dimensioniert, welche Regenerationsanforderungen, Anwendungsfragen betreffend typischer Straßenneigung und Temperatur, und Vortriebsanforderungen, beispielsweise Emissionen, Leistungsunterstützung und elektrischen Bereich, umfassen. Die ESD 74 ist über Gleichstromleitungen (DC-Leitungen) oder Übertragungsleiter 27 mit einem Getriebewechselrichtermodul (TPIM von transmission power inverter module) 19 hochspannungs-DC-gekoppelt. Das TPIM 19 ist ein Element des Steuerungssystems, das nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben wird. Das TPIM 19 steht durch Übertragungsleiter 29 mit dem ersten Motor/Generator 56 in Verbindung, und das TPIM 19 steht auf ähnliche Weise durch Übertragungsleiter 31 mit dem zweiten Motor/Generator 72 in Verbindung. Ein elektrischer Strom ist zu oder von der ESD 74 in Übereinstimmung damit, ob die ESD 74 geladen oder entladen wird, übertragbar. Das TPIM 19 umfasst das Paar von Wechselrichtern und jeweiligen Motorcontrollern, die eingerichtet sind, um Motorsteuerungsbefehle zu empfangen und damit Wechselrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen.
Beim Steuern des Autofahrens empfängt der jeweilige Wechselrichter einen Strom von den DC-Leitungen und liefert dem jeweiligen Motor über Übertragungsleiter 29 und 31 einen Wechselstrom (AC-Strom). Bei einer Regenerationssteuerung empfängt der jeweilige Wechselrichter einen AC-Strom über Übertragungsleiter 29 und 31 von dem Motor und liefert einen Strom an die DC-Leitungen 27. Der Netto-DC-Strom, der an die oder von den Wechselrichtern geliefert wird, bestimmt die Lade- oder Entladebetriebsart der elektrischen Energiespeichereinrichtung 74. Vorzugsweise sind die Motoren A 56 und B 72 Dreiphasen-AC-Maschinen, und die Wechselrichter umfassen eine abgestimmte Dreiphasenleistungselektronik.
Wieder auf 1 Bezug nehmend kann ein Antriebszahnrad 80 von dem Antriebselement 12 präsentiert werden. Wie abgebildet verbindet das Antriebszahnrad 80 das Antriebselement 12 starr mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24, und das Antriebszahnrad 80 empfängt daher Energie von der Maschine 14 und/oder den Motoren/Generatoren 56 und/oder 72 durch die Planetenradsätze 24 und/oder 26. Das Antriebszahnrad 80 kämmt mit einem Zwischenrad 82, welches wiederum mit einem Übertragungszahnrad 84 kämmt, das an einem Ende einer Welle 86 gesichert ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Hydraulik/Getriebefluidpumpe und/oder einer Energieentnahmeeinheit („PTO“ von power take-off) gesichert sein, die entweder einzeln oder gemeinsam als 88 bezeichnet sind und eine Zubehörlast umfassen.
Nun auf 2 Bezug nehmend ist ein schematisches Blockdiagramm des Steuerungssystems gezeigt, das eine verteilte Controllerarchitektur aufweist. Die nachfolgend beschriebenen Elemente umfassen eine Untermenge einer Gesamtfahrzeugsteuerungsarchitektur und dienen dazu, eine koordinierte Systemsteuerung des hier beschriebenen Antriebsstrangsystems zu schaffen. Das Steuerungssystem dient dazu, passende Informationen und Eingaben zusammenzusetzen und Algorithmen zum Steuern verschiedener Aktuatoren zum Erreichen von Steuerungszielen auszuführen, welche solche Parameter wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung, Fahrfähigkeit und Schutz der Hardware einschließlich der Batterien der ESD 74 und der Motoren 56, 72 umfassen. Die verteilte Controllerarchitektur umfasst ein Motorsteuerungsmodul („ECM“) 23, ein Getriebesteuerungsmodul („TCM“) 17, ein Batteriesatzsteuerungsmodul („BPCM“) 21 und ein Getriebewechselrichtermodul („TPIM“) 19. Ein Hybridsteuerungsmodul („HCP“) 5 stellt eine übergreifende Steuerung und Koordination der zuvor erwähnten Controller bereit. Es gibt eine Benutzerschnittstelle („UI“) 13, die mit mehreren Einrichtungen wirksam verbunden ist, durch welche ein Fahrzeugbediener typischerweise einen Betrieb des Antriebsstrangs einschließlich des Getriebes 10 steuert oder lenkt. Beispielhafte Eingaben eines Fahrzeugbedieners an die UI 13 umfassen ein Beschleunigungspedal, ein Bremspedal, ein Getriebegangwahlmittel und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung. Jeder der zuvor erwähnten Controller steht mit anderen Controllern, Sensoren und Aktuatoren über einen Bus 6 eines lokalen Netzwerks („LAN“) in Verbindung. Der LAN-Bus 6 ermöglicht eine strukturierte Kommunikation von Steuerungsparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Controllern. Das speziell verwendete Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Ein Beispiel eines Kommunikationsprotokolls ist der Standard J1939 der Society of Automotive Engineers. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle schaffen eine robuste Meldungsweiterleitung und robuste Multicontrollerschnittstellen zwischen den zuvor erwähnten Controllern und anderen Controllern, die eine Funktionalität, wie zum Beispiel ein Bremsenantiblockiersystem, Traktionskontrolle und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
Das HCP 5 schafft eine übergreifende Steuerung des hybriden Antriebsstrangsystems, die zur Koordination eines Betriebs des ECM 23, TCM 17, TPIM 19 und BPCM 21 dient. Auf der Grundlage verschiedener Eingabesignale von der UI 13 und dem Antriebsstrang erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle, die umfassen: einen Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD}; Kupplungsdrehmomentbefehle T_{CL_N} für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 des Hybridgetriebes 10; und Motordrehmomentbefehle T_{A_CMD} und T_B__CMD für die Elektromotoren A bzw. B.
Das ECM 23 ist mit der Maschine 14 wirksam verbunden und arbeitet, um Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu sammeln bzw. eine Vielzahl von Aktuatoren der Maschine 14 über mehrere diskrete Leitungen zu steuern, welche gemeinsam als eine Sammelleitung 35 gezeigt sind. Das ECM 23 empfängt von dem HCP 5 den Maschinendrehmomentbefehl TE_CMD und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} und eine Anzeige des tatsächlichen Maschinendrehmoments T_E, die an das HCP 5 weitergeleitet wird. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 allgemein mit einer bidirektionalen Schnittstelle zu der Maschine 14 über die Sammelleitung 35 gezeigt. Verschiedene andere Parameter, die durch das ECM 23 gemessen werden können, umfassen eine Maschinenkühlmitteltemperatur, eine Maschinenantriebsdrehzahl (N_E) an einer zu dem Getriebe führenden Welle, einen Krümmerdruck, eine Umgebungslufttemperatur und einen Umgebungsdruck. Verschiedene Aktuatoren, die durch das ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffinjektoren, Zündungsmodule und Drosselsteuerungsmodule.
Das TCM 17 ist mit dem Getriebe 10 wirksam verbunden und arbeitet, um Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu sammeln und Befehlssignale an das Getriebe bereitzustellen. Eingaben von dem TCM 17 an das HCP 5 umfassen geschätzte Kupplungsdrehmomente T_{CL_N_EST} für jede der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und eine Drehzahl No der Abtriebswelle 64. Es können andere Aktuatoren und Sensoren verwendet werden, um für Steuerungszwecke zusätzliche Information von dem TCM an das HCP zur Verfügung zu stellen.
Das BPCM 21 ist über Signale mit einem oder mehreren Sensoren verbunden, die dazu dienen, elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen, um dem HCP 5 Informationen über den Zustand der Batterien zur Verfügung zu stellen. Solche Informationen umfassen einen Batterieladezustand Bat_SOC und andere Batteriezustände, die eine Spannung VBAT und eine verfügbare Leistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} umfassen.
Das Getriebewechselrichtermodul (TPIM) 19 umfasst ein Paar von Wechselrichtern und Motorcontrollern, die eingerichtet sind, um Motorsteuerungsbefehle zu empfangen und damit Wechselrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität zu schaffen. Das TPIM 19 dient dazu, Drehmomentbefehle T_{A_CMD} und T_B__CMD auf der Grundlage einer Eingabe von dem HCP 5, welche durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter getrieben ist, für die Motoren A und B zu erzeugen. Die vorbestimmten Drehmomentbefehle T_{A_CMD} und T_B__CMD für die Motoren A und B werden durch Motordämpfungsdrehmomente T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} nachgestellt, um Motordrehmomente T_A und T_B zu bestimmen, die durch das Steuerungssystem einschließlich des TPIM 19 implementiert werden, um die Motoren A und B zu steuern. Individuelle Motordrehzahlsignale N_A und N_B für den Motor A bzw. den Motor B werden durch das TPIM 19 aus der Motorphaseninformation oder aus herkömmlichen Drehsensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt die Motordrehzahlen N_A und N_B und leitet sie an das HCP 5 weiter. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 74 ist über die DC-Leitungen 27 mit dem TPIM 19 hochspannungs-DC-gekoppelt. Ein elektrischer Strom ist in Übereinstimmung damit, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen werden soll, an das oder von dem TPIM 19 übertragbar.
Jeder der zuvor erwähnten Controller ist vorzugsweise ein Allzweckdigitalcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiern Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitszeitgeber, Analog-zu-Digital-(A/D)-, Schaltkreise und Digital-zu-Analog-(D/A)-Schaltkreise, und Eingabe/Ausgabe-Schaltkreise und -Einrichtungen (I/O) und geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltkreise umfasst. Jeder Controller weist einen Satz von Steuerungsalgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, welche in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Eine Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des zuvor erwähnten LAN 6 erreicht.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Controller werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen so ausgeführt, dass jeder Algorithmus mindestens einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. In den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeicherte Algorithmen werden von einer der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Messeinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um die Arbeitsweise der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Zeitabständen ausgeführt, während eines andauernden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs beispielsweise alle 3, 6,25, 15, 25 und 100 Millisekunden. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
In Ansprechen auf eine Aktion eines Bedieners, wie sie durch die UI 13 aufgenommen wird, bestimmen der Überwachungs-HCP-Controller 5 und einer oder mehrere der anderen Controller ein benötigtes Getriebeabtriebsdrehmoment To. Selektiv betätigte Komponenten des Hybridgetriebes 10 werden geeignet gesteuert und bedient, um die Bedieneranforderung zu beantworten. Wenn bei der in 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Bediener beispielsweise einen Vorwärtsfahrbereich gewählt hat und entweder das Beschleunigungspedal oder das Bremspedal betätigt, bestimmt das HCP 5 ein Abtriebsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Die endgültige Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Faktoren beeinflusst, die zum Beispiel den Norm-Fahrwiderstand, die Straßenneigung und die Fahrzeugmasse umfassen. Das HCP 5 überwacht die Parameterzustände der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und bestimmt den Getriebeabtrieb, der benötigt wird, um zu dem gewünschten Drehmomentabtrieb zu gelangen. Unter der Leitung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Bedieneranforderung zu erfüllen.

Das elektromechanische hybride Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsarten umfasst ein Abtriebselement 64, das eine Abtriebsenergie durch zwei getrennte Getriebestränge in dem Getriebe 10 erhält und in mehreren Getriebebetriebsarten arbeitet, die nun mit Bezug auf 1 und der folgenden Tabelle 1 beschrieben sind. Tabelle 1

Getriebebetriebsart	Betätigte Kupplungen
Betriebsart I	C1 70
feste Übersetzung 1	C1 70	C4 75
feste Übersetzung 2	C1 70	C2 62
Betriebsart II	C2 62
feste Übersetzung 3	C2 62	C4 75
feste Übersetzung 4	C2 62	C3 73

Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsarten zeigen an, welche der speziellen Kupplungen C1, C2, C3, C4 bei jeder der Betriebsarten eingerückt oder betätigt sind. Zusätzlich können bei verschiedenen Getriebebetriebsarten der Motor A 56 oder der Motor B 72 jeweils als Elektromotoren arbeiten, bezeichnet als MA bzw. MB, und, wenn der Motor A 56 als ein Generator arbeitet, bezeichnet als GA. Eine erste Betriebsart oder ein erster Getriebestrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 zu „erden“. Eine zweite Betriebsart oder ein zweiter Getriebestrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 gelöst wird und gleichzeitig die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 zu verbinden. Andere Faktoren außerhalb des Umfangs der Erfindung wirken, wenn die elektrischen Maschinen 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hier nicht erörtert.
Das hauptsächlich in 2 gezeigte Steuerungssystem dient zur Bereitstellung eines Bereichs von Getriebeabtriebsdrehzahlen No der Welle 64 von relativ langsam bis relativ schnell in jeder Betriebsart. Die Kombination zweier Betriebsarten mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell bei jeder Betriebsart ermöglicht es dem Getriebe 10, ein Fahrzeug aus einem stationären Zustand bis auf Autobahngeschwindigkeiten voranzutreiben und erfüllt, wie zuvor beschrieben, verschiedene andere Anforderungen. Zusätzlich koordiniert das Steuerungssystem den Betrieb des Getriebes 10, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Betriebsarten zu ermöglichen.
Die erste und zweite Betriebsart betreffen Umstände, bei denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d.h. entweder Kupplung C1 62 oder C2 70, und durch die gesteuerte Drehzahl und das gesteuerte Drehmoment der Motoren/Generatoren 56 und 72 gesteuert werden. Gewisse Arbeitsbereiche, bei denen durch Anwenden einer zusätzlichen Kupplung feste Übersetzungen erreicht werden, sind unten beschrieben. Diese zusätzliche Kupplung kann die Kupplung C3 73 oder C4 75 sein, wie in der Tabelle oben gezeigt ist.
Wenn die zusätzliche Kupplung angewendet wird, wird ein festes Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsdrehzahl des Getriebes, d.h. N_I/N_O erreicht. Die Umdrehungen der Motoren/Generatoren 56, 72 hängen von einer internen Drehung des durch die Kupplungen definierten Mechanismus ab und sind zu der Antriebsdrehzahl N_I proportional, die an der Welle 12 bestimmt oder gemessen wird. Die Motoren/Generatoren wirken als Motoren oder als Generatoren. Sie sind vollkommen unabhängig von einem Energiefluss von der Maschine an den Abtrieb, wodurch es möglich ist, dass beide als Motoren, beide als Generatoren oder als eine beliebige Kombination davon wirken. Dies ermöglicht beispielsweise, dass von dem Getriebe an der Welle 64 abgegebene Bewegungsenergie während eines Betriebs bei der festen Übersetzung 1 durch Energie von der Maschine und Energie von den Motoren A und B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, indem eine Energie von der Energiespeichereinrichtung 74 empfangen wird.
Der Betriebszustand des Getriebes kann zwischen einem Betrieb mit fester Übersetzung und einem Betriebsartenbetrieb durch eine Aktivierung oder Deaktivierung einer der zusätzlichen Kupplungen während eines Betriebs in Betriebsart I oder Betriebsart II umgeschaltet werden. Eine Bestimmung eines Betriebs bei fester Übersetzung oder bei Betriebsartensteuerung erfolgt durch Algorithmen, die durch das Steuerungssystem ausgeführt werden, und liegt außerhalb des Umfangs dieser Erfindung.
Die Betriebsarten können den Betrieb bei fester Übersetzung überlappen, und eine Auswahl hängt wiederum von der Eingabe des Fahrers und der Reaktion des Fahrzeugs auf diese Eingabe ab. Ein BEREICH 1 fällt hauptsächlich in einen Betrieb in Betriebsart I, wenn die Kupplungen C1 70 und C4 75 eingerückt sind. Ein BEREICH 2 fällt in die Betriebsart I und die Betriebsart II, wenn die Kupplungen C2 62 und C1 70 eingerückt sind. Ein dritter Bereich mit fester Übersetzung ist hauptsächlich während der Betriebsart II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C4 75 eingerückt sind, und ein vierter Bereich mit fester Übersetzung ist während der Betriebsart II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C3 73 eingerückt sind. Es sei angemerkt, dass sich die Arbeitsbereiche für die Betriebsart I und die Betriebsart II typischerweise deutlich überlappen.
Ein Abtrieb des zuvor beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystems ist aufgrund mechanischer Grenzen und Systemgrenzen beschränkt. Die an der Welle 64 gemessene Abtriebsdrehzahl No des Getriebes ist aufgrund von Beschränkungen der Maschinenabtriebsdrehzahl N_E, die an der Welle 18 gemessen wird, und der Getriebeantriebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 gemessen wird, und aufgrund von Drehzahlbeschränkungen der Elektromotoren A und B, die als + / - N_A, + / - N_B bezeichnet werden, beschränkt. Das Abtriebsdrehmoment To des Getriebes 64 ist auf ähnliche Weise aufgrund von Beschränkungen des Maschinenantriebsdrehmoments T_E und des Antriebsdrehmoments T_I, das an der Welle 12 nach dem transienten Drehmomentdämpfer 20 gemessen wird, und aufgrund von Drehzahlbeschränkungen (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}, T_{B_MAX}, T_{B_MIN}) der Motoren A und B 56, 72 beschränkt.
Die hier beschriebenen verschiedenen Gleichungen und Operationen werden vorzugsweise als Algorithmen in einem oder mehreren der hier zuvor mit Bezug auf 2 beschriebenen Controller ausgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist es eine Aufgabe, einen Bereich zulässiger Arbeitspunkte für den Motor A 56 und den Motor B 72 zu bestimmen. Die zulässigen Arbeitspunkte werden vorzugsweise unter Verwendung der Motordrehmomente T_A und T_B des elektrischen Getriebes 10 beschrieben, das dazu dient, ein Bewegungsdrehmoment in dem hybriden Antriebsstrangsystem bereitzustellen.
Die Erfindung umfasst ein Verfahren, das als ein oder mehrere Algorithmen in einem oder mehreren der Controller des Steuerungssystems gespeichert und ausgeführt wird, um einen bevorzugten Arbeitsbereich für die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, d.h. die Motoren A und B 56, 72, zu bestimmen, wie in dem beispielhaften System ausgeführt ist. Der Betrieb umfasst ein Definieren eines ersten Arbeitsbereichs in einem ersten Arbeitsraum und ein Definieren eines zweiten Arbeitsbereichs in dem ersten Arbeitsraum. Der erste Arbeitsbereich und der zweite Arbeitsbereich werden in einen zweiten Arbeitsraum transformiert. Der bevorzugte Arbeitsbereich wird in dem zweiten Arbeitsraum auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs definiert. Der erste Arbeitsbereich ist vorzugsweise als eine Drehmomentausgabe der Motoren A und B definiert, und der zweite Arbeitsbereich ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise als die Ausgabe elektrischer Energie von der ESD definiert. Der erste Arbeitsbereich und der zweite Arbeitsbereich werden in den zweiten Arbeitsraum transformiert, welcher vorzugsweise etwas ist, das als Tx/TY Raum bezeichnet wird. Der bevorzugte Arbeitsbereich in dem zweiten Arbeitsraum basiert auf dem transformierten ersten Arbeitsbereich und dem transformierten zweiten Arbeitsbereich. Dies ist nachfolgend mit Bezug auf 5 und die folgenden Gleichungen gezeigt.
Der erste Arbeitsbereich ist als ein Drehmomentabtriebsbereich für den Motor A 56 (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}) und als ein Drehmomentabtriebsbereich für den Motor B 72 (T_{B_MAX}, T_{B_MIN}) definiert. Daher umfasst der erste Arbeitsbereich den Drehmomentarbeitsbereich, der durch die Motordrehmomentbeschränkungen T_{A_MAX}, T_{A_MIN}, T_{B_MAX}, T_{B_MIN} begrenzt ist. Mit Bezug auf 3 ist der erste Arbeitsraum 110 gezeigt, wobei die Werte T_{A_MAX} 114, T_{A_MIN} 112, T_{B_MAX} 118, T_{B_MIN} 116 eingezeichnet sind.
Die minimalen und maximalen Motordrehmomente (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}, T_{B_MAX}, T_{B_MIN}) innerhalb der vorliegenden Fähigkeiten der Motoren werden vorzugsweise aus Datensätzen erhalten, die in Tabellenform in Datenstrukturen in dem Steuerungssystem gespeichert sind. Solche Datensätze werden durch die Routine zur Bezugnahme in einem vorgespeicherten Tabellenformat bereitgestellt, das aus einem herkömmlichen Dynamometertest der Kombination von Motor und Leistungselektronik (z.B. Wechselrichter) bei verschiedenen Temperatur- und Spannungsbedingungen empirisch abgeleitet wurde. Eine beispielhafte Darstellung solcher charakteristischer Daten von Motordrehmoment über Drehzahl ist in 4 dargestellt, wobei Minimal- und Maximaldaten für eine gegebene Drehzahl durch die Linie konstanter Drehzahl 132 dargestellt sind, die beispielhafte Linien konstanter Temperatur/Spannung 131, 133 schneidet. Die tabellierten Daten sind auf die Motordrehzahlen (N_A, N_B), die Spannung und die Temperatur bezogen.
Obwohl die Motoren sowohl in bewegenden als auch erzeugenden Betriebsarten verwendet werden - angedeutet durch vier Quadranten (bezeichnet als I, II, III, IV mit Bezug auf 4) der Drehmoment/Drehzahldaten - ist eine Datensammlung in zwei Quadranten im Allgemeinen ausreichend, wobei die in benachbarten Quadranten gesammelten Daten einfach in die nicht direkt gemessenen anderen Quadranten gespiegelt werden. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Quadranten I und IV mit ermittelten Daten 131 gezeigt, wohingegen die Quadranten III und IV mit Daten 133 gefüllt gezeigt sind, die über die Drehmomentachse gespiegelt sind.
Es sind beispielhafte Daten für Motordrehmomente gezeigt. Das Drehmoment des Motors A, TA, ist über die horizontale Achse aufgezeichnet, und das Drehmoment des Motors B, T_B, ist über die vertikale Achse aufgezeichnet. Grenzen sind als gepunktete Linien gezeichnet, die minimalen und maximalen Drehmomenten des Motors A (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}) entsprechen, wobei es das Minimum und das Maximum mit Bezug auf die Motorfähigkeiten bei gewissen beispielhaften aktuellen Betriebsbedingungen bei N_I, No sind, deren genaue Werte für die vorliegende Darlegung der Lehren, die aus 5 gewonnen werden sollen, und der aktuellen Erörterung nicht benötigt werden. Ähnliche Grenzen sind als gepunktete Linien gezeichnet, die solchen minimalen und maximalen Drehmomenten des Motors B entsprechen (T_{B_MAX}, T_{B_MIN}). Der eingeschlossene Raum stellt einen möglichen Lösungsraum bei vorliegenden Zuständen für den Motor A 56 und den Motor B 72 dar. Um es noch einmal zu betonen, sind die hier verwendeten genauen Werte für das Verständnis, das aus der vorliegenden Beschreibung und Figur gewonnen werden soll, nicht kritisch, sondern sie werden für einen geeigneten Kontext und zur Verminderung der Abstraktheit der Lehren bereitgestellt.
Ein zweiter Arbeitsbereich, der einen Drehmomentabtriebsbereich umfasst und mit Bezug auf 3 als 120 gezeigt ist, kann auf der Grundlage von Beschränkungen des elektrischen Energiespeichersystems 74 bestimmt werden. Eine Berechnung der Batterieleistung P_BAT erfolgt wie folgt nach Gleichung 3: $P_{BAT} = P_{A,ELEC} + P_{B,ELEC} + P_{DC_LOAD}$
wobei:

P_A,ELEC elektrische Leistung von dem Motor A umfasst;
P_B,ELEC elektrische Leistung von dem Motor B umfasst; und
P_{DC_WAD} eine bekannte DC-Last einschließlich Zubehörlasten umfasst.

Ein Einsetzen von Gleichungen für P_A,ELEC und P_B,ELEC liefert Gleichung 4: $P_{BAT} = (P_{A,MECH} + P_{A,LOSS}) + (P_{B,MECHD} + P_{B,LOSS}) + P_{DC LOAD}$
wobei:

P_A,MECH mechanische Leistung von dem Motor A umfasst;
P_A,LOSS Leistungsverluste von dem Motor A umfasst;
P_B,MECH mechanische Leistung von dem Motor B umfasst; und
P_B,LOSS Leistungsverluste von dem Motor B umfasst.

Gleichung 4 kann als nachfolgende Gleichung 5 ausgedrückt werden, wobei die Drehzahlen N_A und N_B und die Drehmomente T_A und T_B für die Leistungen P_A und P_H eingesetzt sind. Dies schließt eine Annahme mit ein, dass die Verluste von Motor und Wechselrichter mathematisch als eine quadratische Gleichung auf der Grundlage des Drehmoments modelliert werden können. $\begin{matrix} P_{BATT} = (N_{A} T_{A} + (a_{1} (N_{A}) T_{A}^{2} + a_{2} (N_{A}) T_{A} + a_{3} (N_{A}))) \\ + (N_{B} T_{B} + (b_{1} (N_{B}) T_{B}^{2} + b_{2} (N_{B}) T_{B} + b_{3} (N_{B}))) \\ + P_{DC LOAD} \end{matrix}$
wobei:

N_A, N_B Drehzahlen der Motoren A, B umfassen;
T_A, T_B Drehmomente der Motoren A, B umfassen; und
a₁, a₂, a₃, b₁, b₂, b₃ jeweils quadratische Koeffizienten umfassen, welche eine Funktion der jeweiligen Motordrehzahlen N_A, N_B sind.

Dies kann als Gleichung 6 ausgedrückt werden: $\begin{matrix} P_{BAT} = a_{1} {*T}_{A}^{2} + (N_{B} + a_{2}) {*T}_{A} \\ + b_{1} {*T}_{B}^{2} + (N_{B} + b_{2}) {*T}_{B} \\ + a_{3} + b_{3} + P_{BAT_DC_LOAD} \end{matrix}$
Dies reduziert sich zu Gleichung 7: $\begin{matrix} P_{BAT} = a_{1} [T_{A}^{2} + T_{A} (N_{A} + a_{2}) {/a}_{1} + {((N_{A} + a_{2}) {/2*a}_{1})}^{2}] \\ + b_{1} [T_{B}^{2} + T_{B} (N_{B} + b_{2}) {/b}_{1} + {((N_{B} + b_{2}) {/2*b}_{1})}^{2}] \\ + a3 + b 3 + P_{BAT_DC_LOAD} - {(N_{A} + a_{2})}^{2} / ({4*a}_{1}) - {(N_{B} + b_{2})}^{2} / ({4*b}_{1}) \end{matrix}$
Dies reduziert sich zu Gleichung 8: $\begin{matrix} P_{BAT} = a_{1} {[T_{A} + (N_{A} + a_{2}) / ({2*a}_{1})]}^{2} + b_{1} {[T_{B} + (N_{B} + b_{2}) / ({2*b}_{1})]}^{2} \\ + a_{3} + b_{3} + P_{BAT_DC_LOAD} - {(N_{A} + a_{2})}^{2} / (4 * a_{1}) - {(N_{B} + b_{2})}^{2} / (4 * b_{1}) \end{matrix}$
Dies reduziert sich zu Gleichung 9: $\begin{matrix} P_{BAT} = {[SQRT (a_{1}) * T_{A} + {(N_{A} + a_{2})}^{2} / (2 * SQRT (a_{1}))]}^{2} \\ + {[SQRT (b_{1}) * T_{B} + {(N_{B} + b_{2})}^{2} / (2 * SQRT (b_{1}))]}^{2} \\ + a_{3} + b_{3} + P_{BAT_DC_LOAD} - {(N_{A} + a_{2})}^{2} / (4 * a_{1}) - {(N_{B} + b_{2})}^{2} / (4 * b_{1}) \end{matrix}$
Dies reduziert sich zu Gleichung 10: $P_{BAT} = {(A_{1} * T_{A} + A_{2})}^{2} + {(B_{1} * T_{B} + B_{2})}^{2} + C$
Wobei:

A₁ = SQRT(a₁)
B₁ = SQRT(b₁)
A2 = (N_A + a₂)/(2*SQRT(a₁))
B2 = (N_B + b₂)/(2*SQRT(b₁))
C = a₃ + b₃ + P_{BAT_DC_LOAD} - (N_A + a₂)²/(4*a₁) - (N_B + b₂)²/(4*b₁)

Und kann weiter reduziert werden zu Gleichung 11 und 12, unten: $P_{BAT} = ({Tx}^{2} - {Ty}^{2}) + C$
$P_{BAT} = R^{2} + C$
Gleichung 12 liefert die Transformation des Motordrehmoments T_A zu T_X und eine Transformation des Motordrehmoments T_B zu T_Y. Der durch T_X/T_Y definierte Vektor umfasst die Batterieleistung P_BAT. Daher können die maximale und minimale Batterieleistung P_{BAT_MAX} und P_{BAT_MIN} berechnet und als Radien Rmax 124 und Rmin 122 mit einem Mittelpunkt am Ort (0,0) in dem transformierten Raum T_X/T_Y gezeichnet werden, wie mit Bezug auf 3 gezeigt ist. Die minimale und maximale Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} sind vorzugsweise mit verschiedenen Bedingungen korreliert, z.B. Ladezustand, Temperatur, Spannung und Nutzung (Amperestunde/Stunde). Der obige Parameter C ist als die absolut minimale mögliche Batterieleistung bei gegebenen Drehzahlen N_A, N_B definiert, ohne die Motordrehmomentgrenzen zu berücksichtigen.
Die Drehmomentwerte Ta und Tb können wie in Gleichung 13 in Tx und Ty transformiert werden: $[\begin{matrix} Tx \\ Ty \end{matrix}] = [\begin{matrix} A1 & 0 \\ 0 & B1 \end{matrix}] * [\begin{matrix} T_{A} \\ T_{B} \end{matrix}] + [\begin{matrix} A2 \\ B2 \end{matrix}]$
wobei

Tx die Transformation von T_A ist;
T_Y die Transformation von T_B ist; und
A1, A2, B1, B2 skalare Werte umfassen.

Der in Gleichung 9 bestimmte transformierte Vektor [T_X/T_Y] wird gleichzeitig mit dem durch R_MIN 122 und R_MAX 124 identifizierten Drehmomentraum aufgelöst, um in dem T_X/T_Y-Raum Motordrehmomente zu identifizieren, die dem ersten Arbeitsraum und dem zweiten Arbeitsraum gemeinsam sind. Das Ergebnis dieser Lösung ist wiederum mit Bezug auf 3 gezeigt, wobei die Punkte A, B, C, D und E die Grenzen für die gemeinsamen Motordrehmomente in dem T_X/T_Y -Raum repräsentieren. Die verschiedenen Punkte sind definiert als:

Punkt T_X T_Y Radius oder Linie

A T_X ^A T_Y ^A Linie

B TX^B T_Y ^B Rmax

C T_X ^C T_Y ^C Linie

D T_X ^D T_Y ^D Rmin

E T_X ^E T_Y ^E Linie
Da die Gleichungen als Algorithmen in dem Tx/TY -Raum ausgeführt werden, beträgt die Ausführungszeit effektiv einen einzigen Controllerschleifenzyklus, der in dem Bereich von 12 Millisekunden oder weniger liegen kann.
Die resultierenden Gleichungen für gemeinsame Motordrehmomente [T_X/T_Y], die durch die Punkte A, B, C, D, E definiert sind, werden wieder in Drehmomente T_A, T_B der Motoren A und B transformiert, was wie folgt in Gleichung 14 berechenbar ist: $[\begin{matrix} T_{A} \\ T_{B} \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1/A1 & 0 \\ 0 & 1/B1 \end{matrix}] * [\begin{matrix} Tx \\ Ty \end{matrix}] + [\begin{matrix} - A2/A 1 \\ - B2/B 2 \end{matrix}]$
Das Steuerungssystem dient dazu, einen Betrieb des Getriebesystems in den Beschränkungen des so definierten Bereiches von Arbeitspunkten zu steuern. Die zur Implementierung der voranstehend beschriebenen Gleichungen entwickelten Algorithmen werden vorzugsweise regelmäßig während eines der zuvor erwähnten Schleifenzyklen ausgeführt, um die Betriebsbeschränkungen der Elektromotoren A und B zu bestimmen.
Zusammengefasst werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines bevorzugten Arbeitsbereichs für mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen geschaffen. Jede Einrichtung dient dazu, ein Bewegungsdrehmoment an ein Getriebe zu liefern. Die Erfindung umfasst ein Definieren eines ersten und eines zweiten Arbeitsbereichs in einem ersten Arbeitsraum. Der erste Arbeitsbereich und der zweite Arbeitsbereich werden mathematisch in einen zweiten Arbeitsraum transformiert. Der bevorzugte Arbeitsbereich wird in dem zweiten Arbeitsraum auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs definiert. Der erste Arbeitsbereich wird auf der Grundlage einer Drehmomentausgabe jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen definiert. Der zweite Arbeitsbereich wird auf der Grundlage einer Ausgabe einer elektrischen Energiespeichereinrichtung definiert, die dazu dient, jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen mit elektrischer Energie zu versorgen.

Claims

Vorrichtung mit: einem Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Bewirken eines Verfahrens zur Bestimmung eines bevorzugten Arbeitsbereichs für zwei Drehmoment erzeugende Einrichtungen (56, 72), wobei jede Drehmoment erzeugende Einrichtung (56, 72) dazu dient, ein Drehmoment (T_A, T_B) an eine Drehmomentübertragungseinrichtung (10) zu liefern, wobei das Programm umfasst: einen Code zur Definition eines ersten Arbeitsbereichs in einem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Drehmomentausgabe (T_A, T_B) jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72); einen Code zur Definition eines zweiten Arbeitsbereichs in dem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Ausgabe einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (74), die dazu dient, jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) mit elektrischer Energie zu versorgen; einen Code zur Transformation des ersten Arbeitsbereichs und des zweiten Arbeitsbereichs in einen zweiten Arbeitsraum; und einen Code zur Definition des bevorzugten Arbeitsbereichs in dem zweiten Arbeitsraum auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs (110) und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs (120); wobei das zur Bewirkung des Verfahrens zur Bestimmung des bevorzugten Arbeitsbereichs für die zwei Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) codierte Computerprogramm während einer Zykluszeit von weniger als zwölf Millisekunden ausgeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e ich n e t , dass der Code zur Definition des Arbeitsbereichs auf der Grundlage der Ausgabe der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) auf der Grundlage von Beschränkungen des elektrischen Energiesystems ferner einen Code zur Begrenzung einer Übertragung elektrischer Energie an die elektrische Energiespeichereinrichtung (74) umfasst, um ein Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Code zur Definition des Arbeitsbereichs auf der Grundlage von Beschränkungen des elektrischen Energiesystems ferner einen Code zur Beschränkung einer Übertragung elektrischer Energie von der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) umfasst, um ein Entladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) zu begrenzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Code zur Rücktransformation des definierten bevorzugten Arbeitsbereichs in den ersten Arbeitsraum.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) ein Paar von elektrischen Maschinen umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne t, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (10) ein hybrides elektromechanisches Verbundverzweigungsgetriebe mit zwei Betriebsarten umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das hybride elektromechanische Verbundverzweigungsgetriebe (10) mit zwei Betriebsarten dazu dient, ein Drehmoment an eine Antriebsanlage eines Fahrzeugs zu übertragen.
Verfahren zur Bestimmung eines bevorzugten Arbeitsbereichs für zwei Drehmoment erzeugende Einrichtungen (56, 72), wobei jede Drehmoment erzeugende Einrichtung (56, 72) dazu dient, einer Drehmomentübertragungseinrichtung (10) ein Drehmoment (T_A, T_B) zu liefern, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erster Arbeitsbereich in einem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Drehmomentausgabe (T_A, T_B) jeder der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) definiert wird; ein zweiter Arbeitsbereich in dem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Ausgabe einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (74), die dazu dient, jede der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) mit elektrischer Energie zu versorgen, definiert wird; der erste Arbeitsbereich und der zweite Arbeitsbereich in einen zweiten Arbeitsraum transformiert werden; und der bevorzugte Arbeitsbereich in dem zweiten Arbeitsraum auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs (110) und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs (120) definiert wird; wobei ein zur Bewirkung des Verfahrens zur Bestimmung des bevorzugten Arbeitsbereichs für die zwei Drehmoment erzeugenden Einrichtungen (56, 72) codierte Computerprogramm während einer Zykluszeit von weniger als zwölf Millisekunden ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Definieren des Arbeitsbereichs auf der Grundlage der Ausgabe der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) auf der Grundlage von Beschränkungen des elektrischen Energiesystems ferner eine Begrenzung einer Übertragung elektrischer Energie an die elektrische Energiespeichereinrichtung (74) umfasst, um ein Aufladen der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Definieren des Arbeitsbereichs auf der Grundlage von Beschränkungen des elektrischen Energiesystems ferner eine Begrenzung einer Übertragung elektrischer Energie von der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) umfasst, um eine Entladung der elektrischen Energiespeichereinrichtung (74) zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Rücktransformieren des definierten bevorzugten Arbeitsbereichs in den ersten Arbeitsraum.
Steuerungssystem für einen Antriebsstrang, der eine Brennkraftmaschine (14) und ein Paar von elektrischen Maschinen (56, 72) umfasst, die wirksam mit einem elektromechanischen Verbundverzweigungsgetriebe (10) mit zwei Betriebsarten gekoppelt sind, welches umfasst: mehrere elektronische Controller (5, 17, 19, 21, 23), die über ein lokales Netzwerk (6) signalverbunden sind und dazu dienen, die Maschine (14) und das Getriebe (10) auf der Grundlage von Bedienereingaben zu steuern, welche über eine Bedienerschnittstelle (13) bestimmbar sind; wobei das Steuerungssystem ein Speichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm aufweist, welches dazu dient, einen bevorzugten Arbeitsbereich für jede der elektrischen Maschinen (56, 72) zu bestimmen, wobei das Programm umfasst: einen Code zur Definition eines ersten Arbeitsbereichs in einem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Drehmomentausgabe (T_A, T_B) jeder der elektrischen Maschinen (56, 72); einen Code zur Definition eines zweiten Arbeitsbereichs in dem ersten Arbeitsraum auf der Grundlage einer Ausgabe einer elektrischen Energiespeichereinrichtung (74), die dazu dient, jede der elektrischen Maschinen (56, 72) mit elektrischer Energie zu versorgen; einen Code zur Transformation des ersten Arbeitsbereichs und des zweiten Arbeitsbereichs in einen zweiten Arbeitsraum; und einen Code zur Definition des bevorzugten Arbeitsbereichs in dem zweiten Arbeitsraum auf der Grundlage des transformierten ersten Arbeitsbereichs (110) und des transformierten zweiten Arbeitsbereichs (120). wobei das zur Bewirkung des Verfahrens zur Bestimmung des bevorzugten Arbeitsbereichs für jede der elektrischen Maschinen (56, 72) codierte Computerprogramm während einer Zykluszeit von weniger als zwölf Millisekunden ausgeführt wird.
Steuerungssystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Code zur Rücktransformation des definierten bevorzugten Arbeitsbereichs in den ersten Arbeitsraum.