DE102007054367A1

DE102007054367A1 - Steuerarchitektur und Verfahren zur zweidimensionalen Optimierung von Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehmoment in einem Modus für ein Hybridantriebsstrangsystem

Info

Publication number: DE102007054367A1
Application number: DE102007054367A
Authority: DE
Inventors: Anthony H. Ann Arbor Heap
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2007-11-14
Publication date: 2008-06-12
Also published as: US7853386B2; CN101182882A; CN101182882B; US20080120002A1

Abstract

Es ist ein Steuersystem für ein Antriebsstrangsystem vorgesehen, das ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das selektiv in mehreren Modi mit fester Übersetzung und stufenlos verstellbaren Modi betreibbar ist. Das Steuersystem ist eingerichtet, die folgenden Schritte auszuführen, die umfassen, dass ein Bereich von zulässigen Maschinenantriebsdrehzahlen und ein Bereich von zulässigen Maschinenantriebsdrehmomenten bestimmt wird, und Motorantriebsdrehmomente für den ersten und zweiten Elektromotor auf der Basis des Bereichs von zulässigen Maschinenantriebsdrehzahlen und des Bereichs von zulässigen Maschinenantriebsdrehmomenten bestimmt werden. Es werden Kosten für jedes der Motorantriebsdrehmomente bestimmt. Eine bevorzugte Maschinenantriebsdrehzahl und ein bevorzugtes Maschinenantriebsdrehmoment werden auf der Basis der Kosten für die Motorantriebsdrehmomente identifiziert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft allgemein Steuersysteme für Antriebsstrangsteuersysteme, die elektromechanische Getriebe anwenden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Antriebsstrangarchitekturen umfassen Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die Brennkraftmaschinen und Elektromotoren umfassen, die Drehmoment durch eine Getriebeeinrichtung auf einen Fahrzeugendantrieb übertragen. Ein derartiges Getriebe umfasst ein kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Getriebe (two-mode, compound-split, electro-mechanical transmission), das ein Antriebselement, um Bewegungsdrehmoment von einer Antriebsaggregat-Leistungsquelle, typischerweise einer Brennkraftmaschine, aufzunehmen, und ein Abtriebselement benutzt, um Bewegungsdrehmoment von dem Getriebe an den Fahrzeugendantrieb abzugeben. Elektromotoren, die funktional mit einer Speichereinrichtung für elektrische Energie verbunden sind, umfassen Motoren/Generatoren, die betreibbar sind, um Bewegungsdrehmoment zum Eingang in das Getriebe unabhängig von dem Drehmomenteingang von der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Die Elektromotoren sind darüber hinaus betreibbar, um kinetische Energie des Fahrzeugs, die durch den Fahrzeugendantrieb übertragen wird, in ein elektri sches Energiepotenzial umzuformen, das in der Speichereinrichtung für elektrische Energie gespeichert werden kann. Ein Steuersystem überwacht verschiedene Eingänge von dem Fahrzeug und dem Bediener und stellt eine Steuerung des Betriebs des Antriebsstrangsystems bereit, die eine Steuerung des Gangschaltens des Getriebes, eine Steuerung der Drehmomenterzeugungseinrichtungen und ein Regeln des elektrischen Leistungsaustauschs zwischen der Speichereinrichtung für elektrische Energie und den Elektromotoren umfasst.
Die beispielhaften elektromechanischen Getriebe sind selektiv in Modi mit fester Übersetzung und stufenlos verstellbaren Modi durch Betätigung der Drehmomentübertragungskupplungen betreibbar, die typischerweise einen Hydraulikkreis anwenden, um eine Kupplungsbetätigung zu bewirken. Ein Modus mit fester Übersetzung tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements, typischerweise aufgrund einer Betätigung von einer oder mehreren Drehmomentübertragungskupplungen, ein festes Verhältnis der Drehzahl des Antriebselements von der Maschine ist. Ein stufenlos verstellbarer Modus tritt auf, wenn die Drehzahl des Getriebeabtriebselements auf der Basis von Betriebsdrehzahlen von einem oder mehreren Elektromotoren variabel ist. Die Elektromotoren können mit der Abtriebswelle über Betätigung einer Kupplung oder durch eine direkte Verbindung verbunden sein. Die Kupplungsbetätigung und -deaktivierung wird typischerweise durch einen Hydraulikkreis bewirkt.
Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme mit elektromechanischen Getrieben implementieren, stehen vor der Aufgabe, Steuerschemata zu implementieren, um Systemzustände effektiv zu überwachen und den Betrieb von verschiedenen Systemen und Aktoren zu steuern, um den Antriebsstrangbetrieb effektiv zu steuern. Ein derartiges System wird nachstehend beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern des Betriebes eines Antriebsstrangssystems vorgesehen, das eine Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die betreibbar ist, um einen Drehmomenteingang von mehreren Drehmomentübertragungseinrichtungen zu übertragen.
Das Verfahren ist darauf gerichtet, bevorzugte Betriebsbedingungen zum Betreiben des Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand eines stufenlos verstellbaren Modus zu identifizieren. Der beispielhafte Antriebsstrang umfasst eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Das Verfahren umfasst, dass ein Bereich von Maschineneingängen in des Getriebe bestimmt wird, mehrere Motordrehmomente, die von dem ersten und zweiten Elektromotor eingegeben werden, auf der Basis der Maschineneingänge bestimmt werden. Es wird eine Vielzahl von Kosten bestimmt, wobei die jeweiligen Kosten auf dem Bereich von Maschineneingängen und den darauf bestimmten Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor beruhen. Ein bevorzugter Maschineneingang wird auf der Basis der bestimmten Kosten identifiziert.
Diese und andere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann physikalische Form in bestimmten Teilen und einer bestimmten Anordnung von Teilen annehmen, wobei eine Ausführungsform derselben in den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, ausführlich beschrieben und dargestellt ist, und wobei:
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Architektur für ein Steuersystem und einen Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine graphische Darstellung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 bis 9 schematische Flussdiagramme gemäß der vorliegenden Erfindung sind,
10 eine graphische Darstellung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
In den Zeichnungen, in denen die Darstellungen allein zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung dienen und nicht zum Zweck selbige einzuschränken, zeigen die 1 und 2 ein System mit einer Brennkraftmaschine 14, einem Getriebe 10, einem Steuersystem und einem Endan trieb, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebaut worden ist.
Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind ausführlich in dem gemeinschaftlich übertragenen U.S.-Patent Nr. 6,953,409 mit dem Titel "Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios" (Kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Hybridgetriebe mit vier festen Übersetzungsverhältnissen), dessen Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte, kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Hybridgetriebe, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung ausführt, ist in 1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Getriebe 10 umfasst eine Antriebswelle 12, die eine Antriebsdrehzahl N_I aufweist und die bevorzugt durch die Brennkraftmaschine 14 angetrieben ist. Die Maschine 14 weist eine Kurbelwelle auf, die eine charakteristische Drehzahl N_E besitzt und funktional mit der Getriebeantriebswelle 12 verbunden ist. Wenn eine Kupplungseinrichtung (die nicht gezeigt ist) die Maschine und das Getriebe funktional verbindet, können die Maschinendrehzahl N_E und das Maschinenabtriebselement T_E von der Getriebeantriebsdrehzahl N_I und dem Getriebeantriebsdrehmoment T_I abweichen.
Das Getriebe 10 benutzt drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 und vier Drehmomentübertragungseinrichtungen, d.h. Kupplungen C1 70, C2 62, C3 73 und C4 75. Ein elektrohydraulisches Steuersystem 42, das bevorzugt von dem Getriebesteuermodul 17 gesteuert ist, ist betreibbar, um die Betätigung und Deaktivierung der Kupplungen zu steuern. Die Kupplungen C2 und C4 umfassen bevorzugt hydraulisch betätigte rotierende Reibkupplungen. Die Kupplungen C1 und C3 umfassen bevorzugt hydraulisch betätigte feststehende Einrichtungen, die an dem Getriebegehäuse 68 an Masse festgelegt sind.
Die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 umfassen jeweils einfache Planetenradsätze. Darüber hinaus sind der erste und zweite Planetenradsatz 24 und 26 darin zusammengesetzt, dass das innere Zahnradelement des ersten Planetenradsatzes 24 mit einem äußeren Zahnradelement des zweiten Planetenradsatzes 26 zusammengefügt ist und mit einem ersten Elektromotor, der einen als MG-A bezeichneten Motor/Generator 56 umfasst, verbunden ist.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24 durch eine Welle 60 mit dem Träger 44 des zweiten Planetenradsatzes 26 zusammengefügt ist. Daher sind die Träger 36 und 44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 zusammengefügt. Die Welle 60 ist auch selektiv mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 durch die Kupplung C2 62 verbunden. Der Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden, das eine Abtriebsdrehzahl N_O aufweist. Ein inneres Zahnradelement des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit einem inneren Zahnradelement des dritten Planetenradsatzes 28 durch eine Hohlwelle 66 verbunden, die die Welle 60 umgibt, und ist mit einem zweiten Elektromotor verbunden, der einen als MG-B bezeichneten Motor/Generator 72 umfasst.
Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie MG-A 56 und MG-B 72 sind koaxial orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. MG-A und MG-B sind beide von einer kreisringförmigen Konfiguration, die zulässt, dass diese die drei Planetenradsätze 24, 26 und 28 derart umgeben können, dass die Planetenradsätze 24, 26 und 28 radial innen von MG-A und MG-B angeordnet sind. Das Getriebeabtriebselement 64 ist funktional mit einem Fahrzeugendantrieb 90 verbunden, um Bewegungsdrehmoment T_O an Fahrzeugräder zu liefern. Jede Kupplung ist bevorzugt hydraulisch betätigt, wobei sie Hydraulikdruckfluid von einer Pumpe, die nachstehend beschrieben ist, über einen elektrohydraulischen Steuerkreis 42 aufnimmt.
Das Getriebe 10 nimmt Antriebsdrehmoment von den Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die die Brennkraftmaschine 14 und den MG-A 56 und den MG-B 72 umfassen und welches als 'T_I', 'T_A' bzw. 'T_B' bezeichnet ist, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrischen Energie (ESD) 74 gespeichert ist, auf. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere Speichereinrichtungen für elektrische Energie und elektrochemische Energie, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu verändern. Die ESD 74 ist vorzugsweise auf der Basis von Faktoren bemessen, die regenerative Anforderungen, Anwendungsgegebenheiten, die mit typischer Straßensteigung und Temperatur in Beziehung stehen, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraftunterstützung und elektrischer Bereich/Reichweite umfassen. Die ESD 74 ist mit dem TPIM 19 über Gleichstrom-Übertragungsleiter 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Das TPIM 19 ist ein Element des Steuersystems, das nachstehend anhand von 2 beschrieben ist. Das TPIM 19 überträgt elektrische Energie auf und von MG-A 56 durch Übertragungsleiter 29, und das TPIM 19 überträgt ähnlich elektrische Energie auf und von MG-B 72 durch Übertragungsleiter 31. Elektrischer Strom ist auf die oder von der ESD 74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird. Das TPIM 19 umfasst das Paar Strom umrichter und jeweilige Motorsteuermodule, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen.
Bei der Motorantriebssteuerung empfangt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstrom-Getriebeleitungen und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Elektromotor, d.h. MG-A und MG-B, über Übertragungsleiter 29 und 31. Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Elektromotor über Übertragungsleiter 29 und 31 auf und überträgt Strom auf die Gleichstromleitungen 27. Der Netto-Gleichstrom, der zu oder von den Umrichtern geliefert wird, bestimmt den Aufladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der Speichereinrichtung für elektrische Energie 74. Bevorzugt sind MG-A 56 und MG-B 72 Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, die jeweils einen Rotor aufweisen, der derart betreibbar ist, dass er sich in einem an einem Gehäuse des Getriebes montierten Stator dreht. Die Umrichter umfassen bekannte komplementäre Einrichtungen mit Dreiphasen-Leistungselektronik.
In 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Steuermodularchitektur umfasst. Die nachstehend beschriebenen Elemente umfassen einen Teilsatz einer gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur und dienen dazu, eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Das Steuersystem dient dazu, sachdienliche Informationen und Eingänge zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Aktoren zu steuern und somit Steuerziele zu erreichen, die solche Parameter umfassen wie die Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistungsvermögen, Fahreigenschaften und den Schutz von Bauteilen, die die Batterien der ESD 74 und MG-A und MG-B 56, 72 umfassen. Die verteilte Steuermo dularchitektur umfasst ein Maschinensteuermodul ('ECM' von Engine Control Module) 23, ein Getriebesteuermodul ('TCM' von Transmission Control Module) 17, ein Batteriepaketsteuermodul ('BPCM' von Battery Pack Control Module) 21 und ein Getriebestromumrichtermodul ('TPIM' von Transmission Power Inverter Module) 19. Ein Hybridsteuermodul ('HCP' von hybrid Control Module) 5 liefert eine übergreifende Steuerung und Koordination der vorstehend erwähnten Steuermodule. Es gibt eine Benutzerschnittstelle ('UI' von User Interface) 13, die funktional mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Antriebsstrangs, der das Getriebe 10 umfasst, über eine Forderung nach einem Drehmomentausgang steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbediener-Eingabeeinrichtungen für die UI 13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwahleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jedes der vorstehend erwähnten Steuermodule kommuniziert mit anderen Steuermodulen, Sensoren und Aktoren über einen Bus 6 eines lokalen Netzes ('LAN' von Local Area Network). Der LAN-Bus 6 erlaubt eine strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Steuermodulen. Das besondere benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Mehrfach-Steuermodul-Schnittstellenbildung zwischen den vorstehend erwähnten Steuermodulen und anderen Steuermodulen, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
Das HCP 5 stellt eine übergreifende Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangsystems bereit, wobei es dazu dient, einen Betrieb des ECM 23, des TCM 17, des TPIM 19 und des BPCM 21 zu koordinieren. Auf der Basis von verschiedenen Eingangssignalen von der UI 13 und dem Antriebsstrang, der das Batteriepaket umfasst, erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle, die umfassen: eine Bedienerdrehmomentforderung ('T_{O_REQ}'), die an den Endabtrieb 90 ausgegeben wird, das Antriebsdrehmoment T_I, das von der Maschine ausgeht, das Kupplungsdrehmoment ('T_{CL_N}') für die N verschiedenen Drehmomentübertragungskupplungen C1, C2, C3, C4 des Getriebes 10; und Motorantriebsdrehmomente T_A und T_B für MG-A und MG-B. Das TCM 17 ist funktional mit dem elektrohydraulischen Steuerkreis 42 verbunden, wobei eingeschlossen ist, dass verschiedene Druckerfassungseinrichtungen (die nicht gezeigt sind) überwacht werden und Steuersignale für verschiedene Solenoide erzeugt und ausgeführt werden, um darin enthaltene Druckschalter und Steuerventile zu steuern.
Das ECM 23 ist funktional mit der Maschine 14 verbunden und arbeitet, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 über mehrere diskrete Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammelleitung 35 gezeigt sind. Das ECM 23 empfangt den Maschinendrehmomentbefehl von dem HCP 5 und erzeugt ein Soll-Achsdrehmoment und eine Angabe des Ist-Antriebsdrehmoments T_I für das Getriebe, die an das HCP 5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 derart gezeigt, dass es allgemein eine bidirektionale Schnittstelle mit der Brennkraftmaschine 14 über Sammelleitung 35 aufweist. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM 23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl N_E für Welle 12, die sich zu der Getriebeantriebsdrehzahl N_I umsetzen, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule.
Das TCM 17 ist funktional mit dem Getriebe 10 verbunden und arbeitet, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssigna le an das Getriebe zu liefern. Eingänge von dem TCM 17 in das HCP 5 umfassen geschätzte Kupplungsdrehmomente (T_{CL_N_EST}) für jede der N Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und eine Drehzahl N_O der Abtriebswelle 64. Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Information von dem TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern. Das TCM 17 überwacht Eingange von Druckschaltern und betätigt selektiv Drucksteuersolenoide und Schaltsolenoide, um verschiedene Kupplungen zu betätigen und somit verschiedene Getriebebetriebsmodi zu erreichen, wie es nachstehend beschrieben ist.
Das BPCM 21 ist signaltechnisch mit einem oder mehreren Sensoren verbunden, die dazu dienen, elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen und somit Information über den Zustand der Batterien an das HCP 5 zu liefern. Derartige Information umfasst den Batterieladezustand, die Batteriespannung und die verfügbare Batterieleistung.
Das TPIM 19 umfasst die zuvor erwähnten Stromumrichter und Motorsteuermodule, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM 19 ist betreibbar, um die Drehmomentbefehle für MG-A 56 und MG-B 72, d.h. T_A und T_B, auf der Basis eines Eingangs von dem HCP 5 zu erzeugen, das durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die Motordrehmomentbefehle für MG-A und MG-B werden durch das Steuersystem implementiert, das das TPIM 19 umfasst, um MG-A und MG-B zu steuern. Einzelne Motordrehzahlsignale für MG-A und MG-B werden von dem TPIM 19 aus der Motorphaseninformation oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen an das HCP 5. Die Speichereinrichtung für elektrische Energie 74 ist an das TPIM 19 über Gleichstromleitungen 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Elektrischer Strom ist zu oder von dem TPIM 19 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.
Jedes der vorstehend erwähnten Steuermodule ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien, die einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM) umfassen, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D-)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Vorrichtungen (I/O) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung umfasst. Jedes Steuermodul weist einen Satz Steueralgorithmen auf, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die in dem ROM gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers zu erfüllen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird bevorzugt unter Verwendung des vorstehend erwähnten LAN 6 bewerkstelligt.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Steuermodule werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest einmal in jedem Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden durch eine der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und dienen dazu, Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierwerte auszuführen. Die Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden ('ms'), während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.

Das beispielhafte, kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Getriebe (two-mode, compound-split, electro-mechanical transmission) arbeitet in mehreren Betriebsbereichszuständen, die Betriebsmodi mit fester Übersetzung und stufenlos verstellbare Modi bei ein- und ausgeschalteter Maschine umfassen, wie es anhand von 1 und Tabelle 1 unten beschrieben ist. Tabelle 1

Getriebebetriebsbereichszustand	betätigte Kupplungen
Modus I – Maschine aus (M1_Eng_Off)	C1 70
Modus I – Maschine ein (M1_Eng_On)	C1 70
Festes Verhältnis 1 (GR1)	C1 70 C4 75
Festes Verhältnis 2 (GR2)	C1 70 C2 62
Modus II – Maschine aus (M2_Eng_Off)	C2 62
Modus II – Maschine ein (M2_Eng_On)	C2 62
Festes Verhältnis 3 (GR3)	C2 62 C4 75
Festes Verhältnis 4 (GR4)	C2 62 C3 73

Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsbereichszustände geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 für jeden der Betriebsbereichszustände eingerückt oder betätigt sind.
Zusätzlich können MG-A und MG-B in verschiedenen Getriebebetriebsbereichszuständen jeweils als Elektromotoren arbeiten, um Bewegungsdrehmoment zu erzeugen, oder als Generator, um elektrische Energie zu erzeugen. Ein erster Modus, d.h. Modus I, wird gewählt, wenn die Kupplung C1 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement des dritten Planetenradsatzes 28 "an Masse festzulegen". Die Maschine 14 kann entweder ein oder aus sein. Ein zweiter Modus, d.h. Modus II, wird gewählt, wenn die Kupplung C1 70 gelöst wird und die Kupplung C2 62 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger des dritten Planetenradsatzes 28 zu verbinden. Wieder kann die Maschine 14 entweder ein oder aus sein. Zu Zwecken der Beschreibung ist „Maschine aus" dadurch definiert, dass die Maschinenantriebsdrehzahl N_E gleich null Umdrehungen pro Minute (RPM oder U/min) ist, d.h. die Maschinenkurbelwelle nicht rotiert. Andere Faktoren außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beeinflussen, wann die Elektromotoren 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht besprochen.
Das Steuersystem, das vorwiegend in 2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen an Welle 64 von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes Betriebsbereichszustands bereitzustellen. Die Kombination von zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Bereichszustand lässt zu, dass das Getriebe 10 ein Fahrzeug von einer stehenden Bedingung aus bis zu Autobahngeschwindigkeiten antreiben kann und verschiedene andere Erfordernisse erfüllt, wie sie zuvor beschrieben wurden. Zusätzlich koordiniert das Steuersystem den Betrieb des Getriebes 10, um synchronisierte Schaltvorgänge zwischen den Modi zuzulassen.
Der erste und zweite Betriebsmodus beziehen sich auf Umstände, unter denen die Getriebefunktionen durch eine Kupplung, d.h. entweder Kupp lung C1 62 oder C2 70, und durch die gesteuerte Drehzahl und das gesteuerte Drehmoment der Elektromotoren 56 und 72 gesteuert werden, was als ein stufenlos verstellbarer Getriebemodus bezeichnet werden kann. Nachstehend werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, bei denen feste Übersetzungsverhältnisse erreicht werden, indem eine zusätzliche Kupplung angewandt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C3 73 oder C4 75 sein, wie es in der Tabelle oben gezeigt ist.
Wenn die zusätzliche Kupplung angewandt wird, wird ein Betrieb mit festem Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. N_I/N_O, erreicht. Die Rotationen der Motoren MG-A und MG-B 56, 72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie durch das Kuppeln definiert und proportional zu der Antriebsdrehzahl, die an der Welle 12 gemessen wird. Die Motoren MG-A und MG-B arbeiten als Motoren oder Generatoren. Sie sind vollständig unabhängig von dem Leistungsfluss von der Brennkraftmaschine zu dem Abtrieb, wodurch ermöglicht wird, dass beide Motoren sind, beide als Generatoren fungieren oder irgendeine Kombination davon. Dies lässt zu, dass beispielsweise während des Betriebs Festes Verhältnis 1 Bewegungsausgangsleistung von dem Getriebe an Welle 64 durch Leistung von der Maschine und Leistung von MG-A und MG-B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der ESD 74 aufgenommen wird.
In 3 sind verschiedene Getriebebetriebsmodi als Funktion der Getriebeabtriebsdrehzahl N_O und der Getriebeantriebsdrehzahl N_I für das beispielhafte in den 1 und 2 gezeigte Antriebsstrangsteuersystem aufgetragen. Der Betrieb Festes Verhältnis ist als einzelne Linien für jedes der spezifischen Übersetzungsverhältnisse GR1, GR2, GR3 und GR4 gezeigt, wie es anhand von Tabelle 1 oben beschrieben ist. Der Betrieb im stufenlos verstellbaren Modus ist als Betriebsbereiche für jeden von Modus I und Modus II gezeigt. Der Getriebebetriebsbereichszustand wird zwischen einem Betrieb Festes Verhältnis und einem Betrieb in einem stufenlos verstellbaren Modus umgeschaltet, indem spezifische Kupplungen aktiviert oder deaktiviert werden. Das Steuersystem ist betreibbar, um einen spezifischen Getriebebetriebsmodus auf der Basis von verschiedenen Kriterien unter Verwendung von Algorithmen und Kalibrierwerten zu bestimmen, die von dem Steuersystem abgearbeitet werden, und liegt außerhalb des Umfangs dieser Erfindung. Die Auswahl des Betriebsbereichszustands des Getriebes hängt vorwiegend von der Bedienerdrehmomentforderung T_{O_REQ} und der Fähigkeit des Antriebsstrangs, dieser Abtriebsdrehmomentforderung nachzukommen, ab.
Unter Bezugnahme auf Tabelle 1 und wieder auf 3 umfasst der Niederbereichsbetriebszustand eine selektive Betätigung der Kupplungen C1, C2 und C4, wobei der Betrieb in irgendeinem von dem stufenlos verstellbaren Modus I und den festen Übersetzungen oder Gängen GR1, GR2 und GR3 ermöglicht wird. Der Hochbereichsbetriebszustand umfasst eine selektive Betätigung der Kupplungen C2, C3 und C4, wobei der Betrieb in irgendeinem von dem stufenlos verstellbaren Modus II und den festen Übersetzungen oder Gängen GR3 und GR4 ermöglicht wird. Es ist festzustellen, dass sich Bereiche eines stufenlos verstellbaren Betriebs für Modus I und Modus II überlappen können.
In Ansprechen auf eine Betätigung durch den Bediener, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen das Aufsicht führende HCP-Steuermodul 5 und eines oder mehrere der anderen Steuermodule die Bedienerdrehmomentforderung T_{O_REQ} an Welle 64. Selektiv betriebene Komponenten des Getriebes 10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf die Bedieneranforderung zu reagieren. Wenn der Bediener beispielsweise in der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform einen Vorwärts fahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, bestimmt das HCP 5 ein Abtriebsdrehmoment, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert.
Eine abschließende Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Faktoren beeinflusst, die z.B. die Straßenlast, die Straßensteigung und die Fahrzeugmasse umfassen. Der Betriebsmodus wird für das beispielhafte Getriebe auf der Basis einer Vielfalt von Betriebseigenschaften des Antriebsstrangs bestimmt. Dies umfasst eine Anforderung für eine Bedieneranforderung von Drehmoment, die typischerweise durch Eingänge in die UI 13 übermittelt wird, wie es zuvor beschrieben wurde. Zusätzlich basiert eine Anforderung für Abtriebsdrehmoment auf äußeren Bedingungen, die z.B. Straßensteigung, Straßenoberflächenbedingungen oder Windlast umfassen. Der Betriebsmodus kann auf einer Antriebsstrangdrehmomentanforderung basieren, die von einem Steuermodulbefehl verursacht wird, um die Elektromotoren in einem elektrische Energie erzeugenden Modus oder in einem Drehmoment erzeugenden Modus zu betreiben. Der Betriebsmodus kann durch einen Optimierungsalgorithmus oder eine Optimierungsroutine, die dazu dienen, einen optimalen Systemwirkungsgrad zu bestimmen, auf der Basis einer Bedieneranforderung nach Leistung, dem Batterieladezustand und Energiewirkungsgraden der Maschine 14 und von MG-A und MG-B 56, 72, bestimmt werden. Das Steuersystem verwaltet Drehmomenteingänge von der Maschine 14 und MG-A und MG-B 56, 72 auf der Basis eines Erfolgs der ausgeführten Optimierungsroutine, und es erfolgt eine Systemoptimierung, um Systemwirkungsgrade zu optimieren und somit die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und das Laden der Batterie zu verwalten. Darüber hinaus kann der Betrieb auf der Basis eines Fehlers in einem Bauteil oder System bestimmt werden. Das HCP 5 überwacht die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungseinrichtungen und bestimmt den Ausgang des Getriebes, der erforderlich ist, um zu dem Soll-Abtriebsdrehmoment zu gelangen, wie es nachstehend beschrieben wird. Unter der Anweisung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um der Bedieneranforderung zu entsprechen.
Es wird jetzt, nun unter Bezugnahme auf die 4–9, ein bevorzugtes Verfahren zum Steuern eines Hybridantriebsstrangsystems beschrieben, das anhand des Betriebes des beispielhaften Antriebsstrangs der 1, 2 und 3 beschrieben wird.
Insbesondere nach 4 umfassen das hierin beschriebene Verfahren und System einen Aspekt einer strategischen Steueroptimierung (Block 110), wobei ein bevorzugter oder Soll-Betriebsbereichszustand (Op_Range_DES) vorwiegend auf der Basis der Abtriebsdrehzahl N_O der Welle 64 und der Bedienerdrehmomentforderung T_{O_REQ} ausgewählt wird. Der Ausgang der strategischen Steuerung umfasst den bevorzugten oder Soll-Betriebsbereichszustand ('Op_Range_DES') und die Soll-Antriebsdrehzahl ('N_{I_DES}'), die jeweils in einen Schaltausführungssteuerblock 120 eingegeben werden. Andere Aspekte der Gesamtarchitektur für eine strategische Optimierung und Steuerung des beispielhaften Antriebsstrangs sind beschrieben in der ebenfalls anhängigen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11 /561,140 (Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-308478-PTH-CD), mit dem Titel CONTROL ARCHITECTURE FOR OPTIMIZATION AND CONTROL OF A HYBRID POWERTRAIN SYSTEM (Steuerarchitektur zur Optimierung und Steuerung eines Hybridantriebsstrangsystems) und in der gemeinschaftlich übertragenen, ebenfalls anhängigen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 11/561,156 (Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-308470), mit dem Titel CONTROL ARCHITECTURE FOR SELECTION OF OPTIMAL MODE OR GEAR AND INPUT SPEED FOR A HYBRID POWERTRAIN SYSTEM (Steuerarchitektur zur Auswahl eines op timalen Modus oder einer optimalen Übersetzung und Antriebsdrehzahl für ein Hybridantriebsstrangsystem), deren beider Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, die als ein oder mehrere Algorithmen in den Steuermodulen der verteilten Steuermodularchitektur ausgeführt werden. Das Verfahren umfasst, dass ein Ausgang des Getriebes, typischerweise N_O, die Bedienerdrehmomentforderung T_{O_REQ} und die verfügbare Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} überwacht werden. Es wird zumindest ein erlaubter Betriebsbereichszustand, der anhand von Tabelle 1 beschrieben ist, identifiziert. Es wird ein Drehmomentbereich für jeden der erlaubten Bereichszustände bestimmt. Die Kosten für einen Betrieb in jedem der bestimmten Drehmomentbereiche werden berechnet, und einer der bestimmten Drehmomentbereiche wird als ein bevorzugter Betriebsbereichszustand auf der Basis der berechneten Kosten für jeden bestimmten Drehmomentbereich ausgewählt. Der Antriebsstrang wird danach auf den bevorzugten Betriebsbereichszustand gesteuert.
Nun unter Bezugnahme auf 5 zeigt ein Funktionsblockdiagramm Eingänge in das strategische Managementeinrichtungssegment 220, das Ausgänge zu einem Systemrandbedingungssegment 240 und einem Optimierungssegment 260 aufweist. Der Ausgang des Systemrandbedingungssegments 240 wird ebenfalls in das Optimierungssegment 260 eingegeben. Die Ausgänge des Optimierungssegments 260 werden in ein Schaltstabilisierungs- und Arbitrierungssegment 280 eingegeben, das einen Ausgang aufweist, der den bevorzugten Betriebsbereichszustand umfasst.
Nach 6 umfasst nun das strategische Managementeinrichtungssegment 220 Bedienereingaben, typischerweise Drehmomentforderungen und andere Eingänge durch die UI 13, Kostenstrukturinformation, die nachstehend beschrieben wird, und rohe strategische Eingänge, die rohe Pa rametersignale umfassen, die mit den Hybridantriebsstrangbetriebsbedingungen in Beziehung stehen, einschließlich jene, die mit der ESD 74 in Beziehung stehen. Ausgänge von dem strategischen Managementeinrichtungssegment 120 umfassen Kostenstrukturinformation COST und strategische Eingänge, die die Getriebeabtriebsdrehzahl N_O, den Bereich der verfügbaren Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} und die Bedienerdrehmomentforderung T_{O_REQ} einschließen.
Nun wird anhand von 7 das strategische Systemrandbedingungssegment 240 detailliert beschrieben. Die Abtriebsdrehzahl N_O wird in das strategische Drehzahlrandbedingungssegment 230 eingegeben. Das Drehzahlrandbedingungssegment 230 bestimmt maximale und minimale Antriebsdrehzahlen für einen Betrieb in jedem stufenlos verstellbaren Modus, d.h., N_{I_MIN_}M1, N_{I_MAX_}M1, N_{I_MIN_}M2 und N_{I_MAX_}M2, um zu bestimmen, welche der Hybridbetriebsbereichszustände, d.h. GR1, GR2, GR3, GR4, M1_Eng_Off, M1_Eng_On, M2_Eng_Off und M2_Eng_On auf der Basis der gegenwärtigen Betriebsrandbedingungen, speziell die Abtriebsdrehzahl N_O, erlaubt sind. Die bestimmten erlaubten Hybridbetriebsbereichszustände werden an das Segment 260 ausgegeben.
Das Drehzahlrandbedingungssegment 230 bestimmt maximale und minimale Antriebsdrehzahlen für einen Betrieb in jedem Modus, d.h. N_{I_MAX} und N_{I_MIN}. Diese Parameter werden in das Systemrandbedingungssegment 250 zusammen mit dem Bereich der verfügbaren Batterieleistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} eingegeben, um zu bestimmen, welche der Hybridbetriebsbereichszustände, insbesondere M1_Eng_On und M2_Eng_On auf der Basis der gegenwärtigen Betriebsrandbedingungen erlaubt sind. Eine Ausgangsstrecke 242 von Segment 240 führt dem Optimierungssegment 260 Eingänge zu. Die Ausgangsstrecke 242 liefert relevante Systemrandbedingungsinformation, die einen Bereich von Drehmomentwerten in der Form von minimalen und maximalen Abtriebsdrehmomenten (T_{O_MAX}, T_{O_MIN}) und maximalen und minimalen Antriebsdrehmomenten (T_{I_MAX}, T_{I_MIN}) über den Bereich von Maschinenantriebsdrehzahlen N_{I_MIN} bis N_{I_MAX} für jeden Betriebsmodus (M1, M2) bei eingeschalteter Maschine umfassen. Diese Information wird an jedes der Segmente 262 und 264 von Segment 260 übermittelt.
Nun wird anhand der 8, 9 und 10 die strategische Optimierung beschrieben. Die Segmente 262 und 264 umfassen zusammen mit den Segmenten 266, 268, 270, 272, 274 und 276 jeweils Optimierungssegmente. In jedem der Segmente 262 und 264 werden optimale Betriebskosten P_COST für jeden der zulässigen Betriebsbereichszustände auf der Basis der zuvor beschriebenen Eingänge bestimmt, was den zuvor beschriebenen Drehmomentwertebereich und Kosten, die mit Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Batterielebensdauer und Fahreigenschaften in Beziehung stehen, neben anderen Eingängen, einschließt. Die optimalen Betriebskosten umfassen bevorzugt minimale Betriebskosten an einem Betriebspunkt, der in dem Drehmomentwertebereich für jeden Betriebsbereichszustand erzielbar ist. Der Ausgang der Segmente 262 und 264 des Optimierungssegments 260 wird in das Schaltstabilisierungs- und Arbitrierungssegment 280 eingegeben. In diesem Segment wird einer der bestimmten Betriebsbereichszustände, der von Segment 260 ausgegeben wird, auf der Basis der berechneten Kosten als ein bevorzugter Betriebsbereichszustand ausgewählt. Der bevorzugte Betriebsbereichszustand ist typischerweise der Betriebsbereichszustand mit den minimalen zugehörigen Kosten, wie dies in Segment 260 bestimmt wird. Der Antriebsstrang wird danach auf den bevorzugten Betriebsbereichszustand gesteuert, obwohl das Schalten von Gängen und das Schalten des Betriebsbereichszustandes auf der Basis anderer Betriebsnotwendigkeiten, die mit Schaltstabilisierung und Antriebsstrangsteuerung in Beziehung stehen, begrenzt sein kann. Dieser Betrieb wird bevorzugt in jedem 100 ms Schleifenzyklus ausgeführt.
Die Kostenstrukturinformation, die in das strategische Managementeinrichtungssegment 220 eingegeben und in dem Optimierungssegment 260 verwendet wird, umfasst vorzugsweise Betriebskosten, die allgemein auf der Basis von Faktoren bestimmt werden, die mit den Fahrzeugfahreigenschaften, der Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen und Batterielebensdauer für den bestimmten Drehmomentbereich in Beziehung stehen. Darüber hinaus werden Kraftstoff- und elektrischem Leistungsverbrauch, die zu einem spezifischen Betriebspunkt des Antriebsstrangsystems des Fahrzeugs gehören, Kosten zugewiesen und zugeordnet. Niedrigere Betriebskosten sind allgemein einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch bei höheren Umwandlungswirkungsgraden, einer niedrigeren Batterieleistungsnutzung und niedrigeren Emissionen für einen Betriebspunkt zugeordnet und berücksichtigen einen gegenwärtigen Betriebsbereichszustand des Antriebsstrangsystems. Die optimalen Betriebskosten (P_COST) können bestimmt werden, indem ein Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet wird, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, wie sie der Steuerung des Batterieladezustandes zugeordnet sein kann. Der Gesamtsystemleistungsverlust umfasst einen Ausdruck auf der Basis des Maschinenleistungsverlustes, der durch Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Abgasemissionen angetrieben ist, plus Verlusten in dem mechanischen System (z.B. Zahnräder, Pumpen, Riemen, Riemenscheiben, Ventile, Ketten), Verlusten in dem elektrischen System (z.B. Drahtimpedanzen und Schalt- und Solenoidverlusten) und Wärmeverlusten. Andere Verluste umfassen Elektromotorleistungsverluste und interne Batterieleistungsverluste. Es können auch andere Faktoren berücksichtigt werden, die mit der Batterielebensdauer in Beziehung stehende Faktoren aufgrund einer Tiefentladung der ESD 74, gegenwärtigen Umgebungstemperaturen und de ren Auswirkung auf den Ladezustand der Batterie einschließen. Betriebskosten werden bevorzugt in Bezug auf spezifische Antriebsstrang-/Fahrzeuganwendungen während der Vorproduktionskalibrierung des Fahrzeugs entwickelt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen von Maschinenleistungsverlusten ist beschrieben in der gemeinschaftlich übertragenen U.S.-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005/0256633 A2, mit dem Titel COST STRUCTURE METHOD INCLUDING FUEL ECONOMY AND ENGINE EMISSION CONSIDERATIONS (Kostenstrukturverfahren, das Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Maschinenemissionserwägungen einschließt), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
Nun ist nach den 9 und 10 ein Verfahren zum Bestimmen bevorzugter Betriebsbedingungen zum Betreiben des beispielhaften Antriebsstrangs in entweder Modus I oder Modus II des Betriebsbereichszustands mit stufenlos verstellbarem Modus beschrieben, das Betriebsabläufe umfasst, die in jedem der Segmente 262 und 264 ausgeführt werden. Der Bereich von zulässigen Maschinenantriebsdrehzahlen und zulässigen Antriebsdrehmomenten wird von Block 242 in Block 360 zusammen mit einem Ausgang von Block 230 eingegeben, der die bestimmten erlaubten Hybridbetriebsbereichszustände umfasst. Segment 360 umfasst eine zweidimensionale Suchmaschine ("2D-Suchmaschine"). Die zweidimensionale Suchmaschine 360 erzeugt iterativ Parameterwerte für Maschineneingänge, die Maschinendrehzahl und Maschinendrehmoment [N_I, T_I]_j zur Ausführung in eine iterative Schleife 366 umfassen. Der Index "j" bezieht sich auf eine spezifische Iteration und liegt in einem Wertebereich von 1 bis n. Die Menge an Iterationen n kann durch irgendeines von einer Anzahl von Verfahren entweder innerhalb der Suchmaschine oder als Teil des Gesamtverfahrens erzeugt werden. Die Parameterwerte für die Maschinendrehzahl und das Maschinendrehmoment [N_I, T_I]_j werden in eine Systemgleichung 362 eingegeben, aus der Parameterwerte für Motordrehmomente T_A und T_B bestimmt werden. Die Motordrehmomente T_A und T_B und das Antriebsdrehmoment T_I werden in eine Kostenfunktion 364 eingegeben, die Kosten (P_COST)_j zum Betreiben des beispielhaften Antriebsstrangs bestimmt, um die spezifische Parameterantriebsdrehanzahl N_I und das spezifische Antriebsdrehmoment T_I des Iterationsschrittes j zu erreichen. Die für jede Iteration bestimmten Kosten werden der Suchmaschine 360 abhängig von Besonderheiten der Suchmaschine 360 zurückgegeben und in dieser erfasst oder analysiert. Die Suchmaschine 360 bewertet iterativ Parameterwerte für die Kosten (P_COST)_j und wählt neue Werte für [N_I, T_I] auf der Basis der Rückkopplung, um nach den besten Kosten zu suchen. Die Suchmaschine 360 identifiziert bevorzugte Kosten, die minimale Kosten für alle iterativ errechneten Parameter in dieser Ausführungsform umfassen. Die bevorzugten Kosten und entsprechende Werte für Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehmoment [N_I, T_I, P_COST]_PREF werden an Block 280 ausgegeben. Die Ausgänge der Betriebsabläufe, die in jedem der Segmente 262 und 264 ausgeführt werden, werden im Segment 280 eingegeben.
Nun umfasst das Verfahren unter Bezugnahme auf 10, dass ein Bereich von zulässigen Maschinenantriebsdrehzahlen N_{I_MIN} bis N_{I_MAX} bestimmt wird, der für beide Modi I und II gleich sein kann, aber auch variieren kann. Ein Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten T_{I_MIN} bis T_{I_MAX} wird über den Bereich von zulässigen Antriebsdrehzahlen bestimmt. Der Bereich von zulässigen Parameterwerten für den Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten T_I und zulässigen Antriebsdrehzahlen N_I ist für das beispielhafte Antriebsstrangsystem gezeigt, wobei N_{I_MIN} ('N_IMin') die minimale Maschinenantriebsdrehzahl umfasst, z.B. eine minimale Maschinendrehzahl, die hierin bei etwa 600 bis 700 Umdrehungen pro Minute ("U/MIN)" gezeigt ist, und N_{I_MAX} ("N_IMax") eine maximale Maschinendrehzahl umfasst, z.B. eine maximale Maschinendrehzahl von etwa 6000 U/MIN. Die zulässigen Antriebsdrehmomente umfassen das maximale Antriebsdrehmoment T_{I_MAX} ("T_IMax'), das minimale Antriebsdrehmoment T_{I_MIN} ("T_IMin") und T_I-Randbedingungslinien. Die T_I-Randbedingungslinien umfassen praktische Randbedingungen für die spezifische Ausführungsform, die in Segment 240 auf der Basis von N_I definiert sind. Die T_I-Randbedingungsbegrenzungen verringern den Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten, die bei spezifischen Antriebsdrehzahlen gesucht werden müssen.
Die zulässigen Antriebsdrehmomente T_I und Antriebsdrehzahlen N_I werden bevorzugt durch Leitung 242 für entweder Modus I oder Modus II in Segment 260 eingegeben, das ein Element von einem der Segmente 262 für Modus I bzw. 264 für Modus II umfasst, und umfassen einen Ausgang von Segment 240, wie es oben beschrieben ist. Wenn das beispielhafte Getriebe in einem der stufenlos verstellbaren Modi Modus I und oder Modus II betrieben wird, ist die Drehzahlbeziehung zwischen MG-A, MG-B, N_I und N_O wie in Gleichung 1 unten definiert:
wobei N_I eine Antriebsdrehzahl von der Maschine 14 umfasst, N_O die Getriebeabtriebsdrehzahl ist, N_A und N_B die Betriebsdrehzahlen für MG-A 56 und MG-B 72 sind, und b₁₁, b₁₂, b₂₁, b₂₂ bekannte skalare Werte sind, die für die spezifische Anwendung in dem spezifischen Betriebsbereichszustand bestimmt werden. Daher sind die bestimmten skalaren Werte für b₁₁, b₁₂, b₂₁, b₂₂ für jede Modus I und Modus II spezifisch. Wenn in dieser Anwendung die Getriebeabtriebsdrehzahl N_O bekannt ist, gibt es einen Freiheitsgrad in N_I für die Maschine 14, durch den N_A und N_B bestimmt werden können.
Die Drehmomentbeziehung zwischen MG-A, MG-B, N_I und N_O ist wie in Gleichung 2 unten gezeigt definiert:
wobei T_I das Antriebsdrehmoment von der Maschine 14 ist, T_O das Getriebeabtriebsdrehmoment ist, T_A und T_B die Betriebsdrehmomente für MG-A 56 und MG-B 72 sind, Ṅ_I und Ṅ_O auf die Zeit bezogene Änderungen der Antriebsdrehzahl und Abtriebsdrehzahl der Maschine 14 darstellen, und d₁₁, d₁₂, d₁₃, d₁₄, d₂₁, d₂₂, d₂₃, d₂₄ bekannte skalare Werte sind, die für jeden Betriebsbereichszustand, d.h. entweder Modus I und Modus II, der Anwendung bestimmt werden. In dieser Anwendung gibt es, wenn das Getriebeabtriebsdrehmoment T_O bekannt ist, einen Drehmomentfreiheitsgrad in T_I für die Maschine 14, durch den T_A und T_B bestimmt werden können.
Der Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten T_{I_MIN} bis T_{I_MAX} und zulässigen Antriebsdrehzahlen N_{I_MIN} bis N_{I_MAX} umfasst Grenzbedingungen, die in Segment 360 eingegeben werden, welche eine zweidimensionale Suchmaschine umfasst, die eine iterative Suchschleife 366 einschließt. Die zweidimensionale Suchmaschine umfasst irgendeines von mehreren bekannten Verfahren, die als ein Algorithmus in einem der Steuermodule ausgeführt werden, die dazu dienen, Parameterwerte für N_I und T_I innerhalb der Bereiche von zulässigen Werten zu erzeugen, die Parameterwerte [N_I, T_I]_j an die Iterationsschleife 366 auszugeben, um korrelierte Kosten (P_COST)_j zu bestimmen, und das Ergebnis, d.h. (P_COST)_j in der Suchmaschine 360 zu bewerten. Die Suchmaschine bestimmt bevorzugte Ergebniskosten, d.h. [N_I, T_I, P_COST]_PREF, indem die Ergebniskosten von jeder Iteration mit zuvor bestimmten Ergebniskosten verglichen werden. Wenn das bevorzugte Ergebnis einen Minimalwert für die korrelierten Kosten umfasst, wählt die Maschine 360 den kleineren Wert der Ergebniskosten und der zuvor bestimmten Ergebniskosten aus und erfasst und speichert ihn. Wenn die Suchmaschine die Suche über den Bereich von Parameterwerten für N_I, T_I ausgeführt hat, umfasst das abschließende erfasste Ergebnis die bevorzugten Kosten und die zugehörige Antriebsdrehzahl und das zugehörige Antriebsdrehmoment [N_I, T_I, P_COST]_PREF, die dann an Block 280 ausgegeben werden.
Die zweidimensionale Suchmaschine 360 kann irgendeine von mehreren bekannten Suchmaschinen umfassen, die betreibbar sind, um Parameterwerte für N_I und T_I innerhalb der Bereiche von zulässigen Werten dafür zu erzeugen. Beispielsweise erzeugt eine derartige Suchmaschine iterativ Kombinationen von Eingängen über den gesamten Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten T_{I_MIN} bis T_{I_MAX} und über den gesamten Bereich von zulässigen Antriebsdrehzahlen N_{I_MIN} bis N_{I_MAX}. Beispielsweise umfasst eine andere Suchmaschine, die als ein direktes Suchverfahren bezeichnet wird, einen heuristischen Abtastsuchprozess, bei dem Parameterwerte für N_I und T_I für eine Eingabe in die Systemgleichung bestimmt werden (Block 362). Das zweidimensionale direkte Suchverfahren umfasst ein bekanntes Verfahren zum Lösen von Optimierungsproblemen, das keine Information über den Gradienten der Zielfunktion erfordert, und ist auf ein Verfahren anwendbar, bei dem es zwei oder mehr Freiheitsgrade gibt, die in dieser Ausführungsform unabhängige Variablen N_I und T_I umfassen. Das direkte Suchverfahren umfasst einen Algorithmus, der einen Satz Punkte um die ersten oder gegenwärtigen Parameterwerte herum sucht, wobei er nach dem Wert der Zielfunktion, d.h. dem Ausgang der Kostenfunktion, sucht, der niedriger als der Wert an dem gegenwärtigen Punkt sein soll. Ungeachtet der benutzten Suchmaschine befindet sich diese als ein Algorithmus in einem der Steuermodule zur Ausführung während des fortwährenden Betriebes des Fahrzeugs.
Die Systemgleichung (Block 362), die aus den Gleichungen 1 und 2 abgeleitet wird, liefert die Motorwerte für MG-A und MG-B wie in Gleichung 3 folgt:
wobei a₁₁, a₁₂, a₂₁, a₂₂ und b₁ und b₂ bekannte skalare Werte sind, die für die spezifische Anwendung und für den spezifischen Betriebsmodus, d.h. Modus I oder Modus II, bestimmt werden.
Die berechneten Parameterwerte für Motordrehmomente T_A und T_B, die von Gleichung 3 ausgegeben werden, werden in die Kostenfunktion eingegeben (Block 364), um Kosten P_COST zu berechnen, die den ausgewählten Parameterwerten für T_I und N_I zugeordnet sind. Die Kosten (P_COST, N_I, T_I) werden zurück durch die Suchschleife 366 in Segment 360 eingegeben, das iterativ das zweidimensionale Suchverfahren über den Bereich von zulässigen Antriebsdrehmomenten T_I von der Maschine und Antriebsdrehzahlen N_I ausführt, um auf einen Optimalwert für die Kosten P_COST zu konvergieren. Der Optimalwert für die Kosten P_{COST_PREF} ist in dieser Ausführungsform bevorzugt ein Minimalkostenwert.
Die in der Kostenfunktion 364 verwendete Kosteninformation umfasst vorzugsweise Betriebskosten, die allgemein auf der Basis von Faktoren bestimmt werden, die mit Fahrzeugfahreigenschaften, Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen und Batterielebensdauer für den bestimmten Drehmomentbereich in Beziehung stehen. Darüber hinaus werden Kosten einem Kraftstoff- und elektrischen Energieverbrauch, die zu dem spezifischen Betriebspunkt des Antriebsstrangsystems für das Fahrzeug gehören, zugewiesen und zugeordnet. Niedrigere Betriebskosten gehören allgemein zu einem niedrigeren Kraftstoffverbrauch bei hohen Umwandlungswirkungsgraden, niedrigerer Batterieleistungsnutzung und niedrigeren Emissionen für einen Betriebspunkt und berücksichtigen einen gegenwärtigen Betriebsbereichszustand des Antriebsstrangsystems. Die optimalen Betriebskosten (PCOST) können bestimmt werden, indem ein Gesamtantriebsstrangsystemverlust berechnet wird, der einen Gesamtsystemleistungsverlust und eine Kostenstrafe umfasst, wie sie dem Steuern eines Batterieladezustandes zugeordnet sein kann. Der Gesamtsystemleistungsverlust umfasst einen Ausdruck auf der Basis eines Maschinenleistungsverlustes, der durch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Abgasemissionen angetrieben ist, plus Verlusten in dem mechanischen System (z.B. Zahnräder, Pumpen, Riemen, Riemenscheiben, Ventile, Ketten), Verlusten in dem elektrischen System (z.B. Drahtimpedanzen und Schalt- und Solenoidverlusten) und Wärmeverlusten. Andere Verluste umfassen Elektromotorleistungsverluste und interne Batterieleistungsverluste. Es können auch andere Faktoren berücksichtigt werden, die mit der Batterielebensdauer in Beziehung stehende Faktoren aufgrund einer Tiefentladung der ESD 74, gegenwärtigen Umgebungstemperaturen und deren Auswirkung auf den Ladezustand der Batterie einschließen. Betriebskosten werden bevorzugt in Bezug auf spezifische Antriebsstrang-/Fahrzeuganwendungen während der Vorproduktionskalibrierung eines Fahrzeugs entwickelt. Ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen von Maschinenleis tungsverlusten ist beschrieben in der gemeinschaftlich übertragenen U.S.-Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2005/0256633 A2 mit dem Titel COST STRUCTURE METHOD INCLUDING FUEL ECONOMY AND ENGINE EMISSION CONSIDERATIONS (Kostenstrukturverfahren, das Kraftstoffwirtschaftlichkeits- und Maschinenemissionserwägungen einschließt), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme vollständig mit eingeschlossen ist.
Es ist zu verstehen, dass Abwandlungen in den Bauteilen innerhalb des Umfangs der Erfindung zulässig sind. Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben worden. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Alle derartigen Abwandlungen und Abänderungen, insofern sie in den Schutzumfang der Erfindung gelangen, sollen mit eingeschlossen sein.

Claims

Verfahren zum Identifizieren bevorzugter Betriebsbedingungen für einen Antriebsstrang, das umfasst, dass: Bereiche von zulässigen Getriebeeingängen bestimmt werden; mehrere Motordrehmomenteingänge von einem ersten und zweiten Elektromotor auf der Basis der Bereiche von zulässigen Getriebeeingängen bestimmt werden; eine Vielzahl von Kosten bestimmt wird; und bevorzugte Getriebeeingänge auf der Basis der bestimmten Kosten identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass bevorzugte Betriebsbedingungen für das Betreiben des Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand eines stufenlos verstellbaren Modus, die dazu dienen, einer Bedienerdrehmomentforderung im Wesentlichen nachzukommen, identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich von zulässigen Getriebeeingängen einen Bereich von zulässigen Getriebeantriebsdrehzahlen umfasst, die von einer Brennkraftmaschine ausgehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bereich von zulässigen Getriebeeingängen einen Bereich von zulässigen Getriebeantriebsdrehmomenten umfasst, die von einer Brennkraftmaschine ausgehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der mehreren Motordrehmomenteingänge von dem ersten und zweiten Elektromotor in das Getriebe umfasst, dass: iterativ Parameterwerte innerhalb der Bereiche von zulässigen Getriebeeingängen ausgewählt werden, und Motordrehmomente für jeden der ersten und zweiten Elektromotoren auf der Basis der ausgewählten Parameterwerte für die Getriebeeingänge bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die jeweiligen Kosten auf der Basis der ausgewählten Parameterwerte für Getriebeeingänge und der bestimmten Motordrehmomente für jeden der ersten und zweiten Elektromotoren bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die jeweiligen Kosten auf der Basis der Maschinenkraftstoffverbrauchs- und elektrischen Batterieleistungskosten, die zu dem Getriebeantrieb und den Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor gehören, bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Identifizieren eines bevorzugten Getriebeeingangs auf der Basis der bestimmten Kosten umfasst, dass ein Getriebeeingang und Elektromotordrehmomente für den ersten und zweiten Elektromotor, die minimale Kosten aufwenden, identifiziert werden.
Verfahren zum Identifizieren bevorzugter Bedingungen zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand eines stufenlos verstellbaren Modus, das umfasst, dass: Bereiche von zulässigen Getriebeeingängen bestimmt werden; eine zweidimensionale Suchmaschine angewendet wird, um iterativ Parameterwerte innerhalb der Bereiche von zulässigen Getriebeeingängen zu erzeugen; Motordrehmomente für den ersten und zweiten Elektromotor auf der Basis der iterativ erzeugten Parameterwerte für die Getriebeeingänge bestimmt werden; Kosten, die zu den bestimmten Motordrehmomenten des ersten und zweiten Elektromotors und den Getriebeeingängen gehören, bestimmt werden; und bevorzugte Getriebeeingänge auf der Basis der bestimmten Kosten identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Identifizieren eines bevorzugten Getriebeeingangs auf der Basis der berechneten Kosten ferner umfasst, dass ein bevorzugtes Getriebedrehmoment und bevorzugte erste und zweite Motordrehmomente, die bewirken, dass minimale Energiekosten aufgewendet werden, identifiziert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass der Betrieb einer Brennkraftmaschine gesteuert wird, der bewirkt, dass das bevorzugte Getriebedrehmoment erreicht wird.
Erzeugnis mit einem Speichermedium mit einem darin eincodierten Computerprogramm zum Bewirken eines Verfahrens zum Bestimmen bevorzugter Bedingungen zum Betreiben eines Antriebsstrangs in einem Betriebsbereichszustand eines stufenlos verstellbaren Modus, um einer Bedienerdrehmomentforderung im Wesentlichen nachzukommen, wobei der Antriebsstrang eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das selektiv betreibbar ist, um Drehmoment dazwischen zu übertragen, wobei das Programm umfasst: Code zum Bestimmen von Bereichen von zulässigen Getriebeeingängen; Code zum Ausführen einer zweidimensionalen Suchmaschine, um iterativ Parameterwerte innerhalb der Bereiche von zulässigen Getriebeeingängen zu erzeugen; Code zum Bestimmen von Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor auf der Basis der iterativ erzeugten Parameterwerte für die Getriebeeingänge; Code zum Bestimmen von Kosten, die zu den bestimmten Motordrehmomenten des ersten und zweiten Elektromotors und den Getriebeeingängen gehören; und Code zum Identifizieren bevorzugter Getriebeeingänge auf der Basis der bestimmten Kosten.
Erzeugnis nach Anspruch 12, wobei der Code zum Bestimmen von Motordrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor auf der Basis der iterativ erzeugten Parameterwerte für die Getriebeeingänge umfasst: Code zum Lösen einer Drehmomentsystemgleichung für jeden der iterativ erzeugten Parameterwerte für die Getriebeeingänge.
Erzeugnis nach Anspruch 13, wobei die Getriebeeingänge Bereiche von zulässigen Antriebsdrehzahlen und Antriebsdrehmomenten, die von der Brennkraftmaschine erzeugt werden, umfassen.
Steuersystem für einen Hybridantriebsstrang, umfassend: eine verteilte Steuermodularchitektur mit: mehreren Steuermodulen, die funktional mit einem Antriebsstrang verbunden sind, der eine Brennkraftmaschine und einen ersten und zweiten Elektromotor und ein elektromechanisches Getriebe umfasst, das selektiv betreibbar ist, um Drehmomente dazwischen zu übertragen, wobei das Getriebe selektiv in einem von mehreren Betriebsbereichszuständen mit fester Übersetzung durch selektive Betätigung mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen betreibbar ist; wobei das Steuersystem eingerichtet ist, mehrere darin enthaltene Algorithmen auszuführen, um die folgenden Schritte zu bewirken, wobei die Algorithmen umfassen: i) Code zum Bestimmen eines Bereichs von zulässigen Maschinenantriebsdrehzahlen und eines Bereichs von zulässigen Maschinenantriebsdrehmomenten; ii) Code zum Bestimmen von Motorantriebsdrehmomenten für den ersten und zweiten Elektromotor auf der Basis des Bereichs von zulässigen Maschinenantriebsdrehzahlen und des Bereichs von zulässigen Maschinenantriebsdrehmomenten; iii) Code zum Bestimmen von Kosten für jedes der Motorantriebsdrehmomente; und iv) Code zum Identifizieren einer bevorzugten Maschinenantriebsdrehzahl und eines bevorzugten Maschinenantriebs drehmoments auf der Basis der Kosten für die Motorantriebsdrehmomente.