DE10249084B4

DE10249084B4 - System und Verfahren zur Regelung eines Antriebsstranges

Info

Publication number: DE10249084B4
Application number: DE10249084.8A
Authority: DE
Inventors: Joseph Gerald Supina; Ming Lang Kuang; Vincent Freyemuth
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2002-10-21
Publication date: 2019-11-07
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: DE10249084A1; JP2003201880A; US6553287B1; JP3947082B2

Abstract

Regelsystem für den Antriebsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs, der durch zumindest einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor und einen Generatormotor angetrieben wird, Sensoren für Gaspedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Gangwählhebelstellung aufweist, eine Batterie zur Stromversorgung von Antriebsmotor und Generatormotor, einen Generatormotor zur Aufnahme von Energie und einen Fahrzeug-Systemregler zum Regeln des Antriebsstrangs des Fahrzeugs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeug-Systemregler (46)
- ein Eingangssignal vom Sensor (66) für die Gaspedalstellung, vom Sensor (68) für die Fahrzeuggeschwindigkeit, vom Sensor (48) für die Gangwählhebelstellung aufnimmt;
- ermittelt, ob eine volle Beschleunigung nach vorn angefordert wird;
- ermittelt, ob der Verbrennungsmotor (24) läuft;
- über eine Batteriesteuerung (50) mit Batteriesensoren die Betriebskapazität, die Temperatur und den Ladezustand der Batterie (36) ermittelt;
- das Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Generatormotors (30) abschätzt, wenn der Verbrennungsmotor (24) nicht läuft;
- das maximale mögliche Summendrehmoment des Antriebsmotor (38) und des Verbrennungsmotors (24) berechnet;
- das abgeschätzte Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Generatormotors (30) mit dem berechneten, möglichen Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Verbrennungsmotors (24) vergleicht, und
- Starten des Verbrennungsmotors (24), wenn das geschätzte Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Generatormotors (30) geringer ist als das berechnete mögliche Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Verbrennungsmotors (24) für eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Regelung eines Antriebstranges für Hybrid-Elektrofahrzeug
Es ist die Notwendigkeit bekannt, den Verbrauch von fossilem Brennstoff und von Luftverunreinigungen in Kraftfahrzeugen und anderen überwiegend durch Verbrennungsmotoren (ICE) angetriebenen Fahrzeugen zu reduzieren. Diesen Bedürfnissen versucht man sich mit Fahrzeugen zuzuwenden, die durch Elektromotoren angetrieben werden. Eine andere Ausweichlösung besteht darin, einen kleineren Verbrennungsmotor mit Elektromotoren in einem Fahrzeug zu kombinieren. Solche Fahrzeuge verbinden die Vorteile eines Fahrzeugs mit ICE und eines Elektrofahrzeugs und werden typischerweise Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) genannt ( US 5 343 970 A ).
Das HEV ist in vielfältigen Ausführungen beschrieben worden. Viele Patente für HEV offenbaren Systeme, bei denen eine Bedienperson benötigt wird, um zwischen elektrischem Betrieb und Betrieb mit Verbrennungsmotor zu wählen. In anderen Ausführungen treibt der Elektromotor eine Gruppe von Rädern an, und der Verbrennungsmotor treibt eine andere Gruppe an.
Es wurden andere brauchbare Ausführungen entwickelt. Zum Beispiel ist die Ausführung eines Reihen-Hybridelektrofahrzeuges (SHEV) ein Fahrzeug mit einem Motor (typischerweise ein Verbrennungsmotor), der mit einem Elektromotor, Generator genannt, verbunden ist. Der Generator liefert wiederum Strom für eine Batterie und einen anderen Elektromotor, der Antriebsmotor genannt wird. In dem SHEV ist der Antriebsmotor die einzeige Quelle des Drehmoments auf die Räder. Zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern gibt es keine mechanische Verbindung. Die Ausführung eines Parallel-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV) weist einen Motor (typischerweise ein Verbrennungsmotor) und einen Elektromotor auf, die in veränderlichen Graden zusammenarbeiten, um das notwendige Drehmoment auf die Räder zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung zu stellen. In der Ausführung als PHEV kann der Motor außerdem als Generator genutzt werden, um die Batterie aus der durch den ICE erzeugten Energie aufzuladen.
Ein Parallel-/ Reihen-Hybridelektrofahrzeug (PSHEV) besitzt die Eigenschaften sowohl von der PHEV Ausführung als auch der SHEV Ausführung und wird manchmal als Ausführung mit „Leistungsaufteilung“ angegeben. In einem von mehreren Typen der PSHEV Ausführungen ist der Verbrennungsmotor ICE mechanisch mit zwei Elektromoren in einem Antriebsstrang mit Planetengetriebegruppe gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Sonnenrad verbunden. Der ICE ist mit einem Zwischenzahnrad verbunden. Ein zweiter Elektromotor, ein Antriebsmotor, ist über eine zusätzliche Getriebeverzahnung in einem Antriebsstrang mit einem (Abtriebs-) Tellerzahnrad verbunden. Das Motordrehmoment kann den Generator zum Aufladen der Batterie antreiben. Der Generator kann auch zum notwendigen Drehmoment auf die Räder (Abtriebswelle) beitragen, wenn das System eine Freilaufkupplung aufweist. Der Antriebsmotor wird genutzt, um zum Drehmoment auf das Rad beizutragen und Bremsenergie zum Aufladen der Batterie zurück zu gewinnen. In dieser Ausführung kann der Generator selektiv ein Reaktionsmoment zur Verfügung stellen, das zur Regelung der Motordrehzahl genutzt werden kann. Tatsächlich können der Verbrennungsmotor, der Generatormotor und der Antriebsmotor die Wirkung eines stufenlosen Getriebes (CVT) bewirken. Ferner bietet das HEV eine Möglichkeit, die Leerlaufdrehzahl des Motors gegenüber normalen Fahrzeugen besser zu regeln, indem der Generator zur Regelung der Motordrehzahl genutzt wird.
Günstig ist es, einen Verbrennungsmotor mit Elektromotoren zu kombinieren. Es gibt ein großes Potenzial zur Verringerung von Kraftstoffverbrauch und Luftverunreinigungen eines Fahrzeugs mit erheblichem Verlust von Leistung und Fahrverhalten eines Fahrzeugs. Das Fahrzeug ermöglicht die Nutzung von kleineren Verbrennungsmotoren, das Bremsen mit Energierückgewinnung, elektrische Aufladung und auch das Betreiben des Fahrzeugs bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor. Trotzdem müssen neue Möglichkeiten entwickelt werden, um die potenziellen Nutzen eines Hybridelektrofahrzeugs HEV zu optimieren.
Ein solcher Bereich der Entwicklung von HEV ist die Steuerung eines HEV mit Leistungsaufteilung, um ein maximales Beschleunigungsvermögen bei Vollgas (WOT) mit verschiedenen Drehzahlen speziell dann zu erzielen, wenn ein Verbrennungsmotor nicht läuft. Jede erfolgreiche Ausführung eines HEV sollte berücksichtigen, dass Fahrverhalten und Leistung des Fahrzeugs zumindest mit einem herkömmlichen Fahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, vergleichbar sein sollten.
Regler für HEV sind an sich bekannt; die einangs zitierte Patentschrift beschreibt eine allzu einfache HEV-Steuereinheit zur Bestimmung der Beschleunigung basierend auf einer Gaspedalstellung und einen Prozessor zur Nutzung des Motors bis zu etwa 25 Meilen pro Stunde dann in Kombination mit dem Verbrennungsmotor für eine Beschleunigung bei hoher Drehzahl. Die US 5 755 303 A beschreibt stufenlose Getriebe, die es jeder Antriebsstrangquelle ermöglichen, effizient zu arbeiten. Gemäß US 5 775 449 A soll bei Anforderungen mit hohem Drehmoment Generatorfunktionen zeitweilig außer Kraft gesetzt und das Drehmoment des Verbrennungsmotors erhöht werden, indem der Kupplungsschlupf verringert wird. Die US 5 915 488 A beschreibt eine Sicherheitsvorrichtung, um Leistung an einen Elektromotor zu reduzieren, wenn schädliche Größen der Beschleunigung detektiert werden. Die US 6 054 844 A offenbart eine HEV Gesamtregelung für einen Verbrennungsmotor, indem ein Verbrennungsmotor mit stufenlosem Getriebe verwendet wird, um bei „Vollgas“ WOT oder längs der „idealen Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie“ (IOL) bei bestem Wirkungsgrad und geringsten Luftverunreinigungen zu arbeiten. Die US 6 116 363 A beschreibt ein System, dass der Verbrennungsmotor bei Betrieb im HEV Zustand mit hohen Einstellungen der Drosselklappe arbeitet, und wenn der ICE bei Vollgas (WOT) arbeitet, jedoch noch zusätzliche Leistung benötigt wird, der Fahrer das Pedal weiter herunterdrückt und automatisch das Drehmoment eines Elektromotors hinzugefügt wird. Deshalb ist eine Beschleunigung des Fahrzeuges proportional der Stellung des Gaspedals wie in einem herkömmlichen Auto.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein System und Verfahren mit einer genauen Strategie, um ein HEV zu regeln und die Kraftquellen des HEV (Antriebsmotor, Generatormotor, Verbrennungsmotor) zu koordinieren, vorzuschlagen, damit die Anforderung und Erwartung des Fahrers an das Beschleunigungsvermögen bei Vollgas (WOT) erfüllt werden, während der Wirkungsgrad und die Leistung des gesamten Antriebsstrangs optimiert wird, als wenn ein Verbrennungsmotor gerade nicht arbeitet.
In der Druckschrift US 6 067 801 A ist eine Hybrid-Leistungsabgabevorrichtung und eine Brennkraftmaschinensteuervorrichtung beschrieben, mit welchen sich in einer Übergangsphase, in der der Betriebszustand der Brennkraftmaschine von einem Lastbetriebszustand, in dem die Brennkraftmaschine durch einen Motor/Generator eine Last erfährt, in einen Nichtlastbetriebszustand wechselt, in dem die Brennkraftmaschine keine Last erfährt, ein Ruck und ein Geräusch verhindern lassen. Bei der Hybrid-Leistungsabgabevorrichtung wird die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch eine Regulierung der Last des Motor/Generators, der mit der Brennkraftmaschine mechanisch in Verbindung steht, geregelt/gesteuert. Im Lastbetriebszustand der Brennkraftmaschine der Hybrid-Leistungsabgabevorrichtung gibt der Motor/Generator ein negatives Drehmoment ab, wodurch die Brennkraftmaschine mit einer vorgegebenen Drehzahl dreht. Im Nichtlastbetriebszustand der Brennkraftmaschine ist das Ausgangsmoment des Motor/Generators andererseits im Wesentlichen Null. Das Ausgangsmoment des Motor/Generators wird geregelt, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine auf einer vorgegebenen Höhe halten zu können. Die Kraftstoffeinspritzmenge und andere die Brennkraftmaschine betreffende Parameter werden geregelt, um zu ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine eine erforderliche Leistung abgibt.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 2. Eine Weiterbildung der Erfindung ist im abhängigen Anspruch 3 beschrieben.
Mit der Lösung stellt die vorliegende Erfindung eine Strategie zum Regeln eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) mit geteiltem Antriebsstrang zur Koordinierung der Leistungsquellen des HEV bereit, um die Anforderung und Erwartung des Fahrers an das Beschleunigungsvermögen bei Vollgas (WOT) mit einer beliebigen Drehzahl zufrieden zu stellen, während der Wirkungsgrad und die Leistung des gesamten Antriebsstrangsystems, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor gerade nicht arbeitet, optimiert werden.
Speziell sieht die Erfindung eine Regelung für den Antriebsstrang eines HEV vor, der durch zumindest einen von Verbrennungsmotor, Antriebsmotor und Generatormotor angetrieben wird, die Sensoren für die Gaspedalstellung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Stellung des Gangwählhebels (PRNDL) aufweist. Das HEV besitzt eine Batterie zur Versorgung des Antriebsmotors und des Generatormotors mit Energie und zur Aufnahme von Energie aus dem Generatormotor. Die Steuerung der vorliegenden Erfindung kann ein Eingangssignal vom Sensor für die Gaspedalstellung, dem Sensor für die Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Sensor für die Stellung des Gangwählhebels PRNDL aufnehmen; eine Bestimmung vornehmen, ob volle Beschleunigung nach vom angefordert wird („D“ oder „L“), eine Bestimmung vornehmen, ob der Verbrennungsmotor läuft, eine Einschätzung des gesamten Drehmoments des Antriebsmotors und des Generatormotors vornehmen, wenn der Verbrennungsmotor nicht läuft, Berechnen des maximalen abgegebenen Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors, Vergleichen des geschätzten Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Generatormotors mit dem berechneten abgegebenen Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors sowie Anlassen des Verbrennungsmotors, wenn das geschätzte Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Generatormotors geringer ist als das berechnete abgegebene Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors für eine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit.
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können mit der Batterie verbundene Sensoren und ein VSC (Fahrzeug-Systemregler) für Betriebskapazität, Temperatur und Ladezustand der Batterie ergänzt werden. Diese Sensoren können auch mehr zur Genauigkeit der Abschätzung des Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Generatormotors und der Berechnung des maximalen abgegebenen Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors beisteuern.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Regelung eine Konstante nutzen, um einen erneuten Start des Verbrennungsmotors zu ermöglichen, wenn das Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Generatormotors eingeschätzt und das maximale abgegebene Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors berechnet werden.
Die vorstehend genannten Probleme, Vorteile und Merkmale werden mit Bezug auf die Beschreibung und die Zeichnung im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen:

1 die allgemeine Ausführung eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV);
2 einen grafischen Vergleich von maximalen abgegebenen Wellendrehmomenten und Fahrzeuggeschwindigkeit;
3 eine potenzielle Strategie der vorliegenden Erfindung.

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge und spezieller Hybridelektrofahrzeuge (HEV) gemäß 1.
In einem grundlegenden HEV ist eine Planetengetriebegruppe 20 mechanisch durch ein Zwischenzahnrad 22 mit einem Verbrennungsmotor 24 mit einer Freilaufkupplung 26 verbunden, um zu verhindern, dass der Verbrennungsmotor 24 in gegenläufiger Uhrzeigerrichtung rotiert. Die Planetengetriebegruppe 20 verbindet außerdem mechanisch ein Sonnenrad 28 mit einem Generatormotor 30 und einem (Abtriebs-) Tellerzahnrad 32. Der Generatormotor 30 ist auch mechanisch mit einer Generatorbremse 34 und elektrisch mit einer Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und zum Abgeben von Energie an die Motorbatterie 36 verbunden, um elektrische Energie aufzunehmen, die durch den Generatormotor 30 aus mechanischer Energie umgewandelt wurde. Ein Antriebsmotor 38 ist über eine zweite Zahnradgruppe 40 mechanisch mit dem Tellerzahnrad 32 der Planetengetriebegruppe 20 verbunden und elektrisch an die Batterie 36 angeschlossen. Das Tellerzahnrad 32 der Planetengetriebegruppe 20 und der Antriebsmotor 38 sind über eine Abtriebswelle 44 mechanisch mit den Antriebsrädern 42 gekoppelt. Die mechanische Kopplung stellt gemeinsam eine Einrichtung zur Leistungsübertragung dar, die mit dem Verbrennungsmotor 24, dem Antriebsmotor 38 und dem Generatormotor 30 verbunden ist. Diese Leistungsübertragungseinrichtung kann so ausgeführt werden, dass sie zumindest eine Fahrstellung nach vom besitzt, um das HEV in eine Richtung nach vom zu bewegen, und zumindest eine Fahrstellung nach hinten besitzt, um das HEV in Rückwärtsrichtung zu bewegen. Ein vom Fahrer betätigter Fahrstellung-Wählhebel (Ganghebel, nicht gezeigt) bestimmt, ob das Fahrzeug in die Richtung vorwärts, neutral oder rückwärts zu bewegen ist.
Die Planetengetriebegruppe 20 teilt die abgegebene Leistung des Verbrennungsmotors 24 in einen Reihenweg von dem Verbrennungsmotor 24 zu dem Generatormotor 30 und einen Parallelweg vom Verbrennungsmotor 24 auf die Antriebsräder 42 auf. Der Verbrennungsmotor 24 kann gesteuert werden, indem die Aufteilung auf den Reihenweg verändert wird, während die mechanische Verbindung über den Parallelweg aufrechterhalten wird. Der Antriebsmotor 38 verbessert die Leistung des Verbrennungsmotors 24 auf die Antriebsräder 42 im Parallelweg über die zweite Getriebegruppe 40. Der Antriebsmotor 38 sieht außerdem die Möglichkeit vor, Energie direkt vom Reihenweg, im Wesentlichen Ablauf-Energie, die durch den Generatormotor 30 erzeugt wird, zu nutzen. Dies verringert die in der Batterie 36 mit der Umwandlung von Energie in chemische Energie und damit verbundene Verluste und ermöglicht es, dass die gesamte Energie des Verbrennungsmotors 24 abzüglich der Umwandlungsverluste die Antriebsräder 42 erreicht.
Ein Fahrzeug- Systemregler (VSC) 46 steuert viele Komponenten in dieser HEV Ausführung, indem zum Regler jeder Komponente eine Verbindung hergestellt wird. Der VSC 46 kann außerdem verschiedene Fahrzeugeingangsgrößen wie den Sensor 48 für die Stellung des Gangwählhebels (PRNDL), den Positionssensor 66 des Gaspedals und den Sensor 68 der Fahrzeuggeschwindigkeit aufnehmen und überwachen. Eine Steuereinheit (ECU, nicht gezeigt)) des Verbrennungsmotors kann über eine drahtgebundene Schnittstelle mit dem Verbrennungsmotor 24 verbunden werden. Die ECU und der VSC 46 können auf der gleichen Einheit basieren, sind aber tatsächlich getrennte Regler. Der VSC 46 steht mit der ECU sowie einer Batterie-Steuereinheit (BCU) 50 und einer zentralen Antriebsachsen-Steuereinheit (TMU) 52 durch ein Kommunikationsnetz wie ein Regler-Bereichsnetz (CAN) 54 in Verbindung. Die BCU 50 ist über eine darahtgebundene Schnittstelle mit der Batterie 36 verbunden. Die BCU 50 kann die abgegebene Kapazität, die Temperatur und den Ladezustand (SOC) der Batterie überwachen und an den VSC 46 übertragen. Die TMU 52 steuert den Generatormotor 30 und den Antriebsmotor 38 über eine drahtgebundene Schnittstelle.
2 veranschaulicht ein maximal mögliches Drehmoment (Nm) 56 der Abtriebswelle im Vergleich zur Fahrzeuggeschwindigkeit (mph) 58 in Meilen pro Stunde für ein maximales zusammengefasstes Drehmoment der Kurve 60 des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors und ein maximales zusammengefasstes Drehmoment der Kurve 62 des Antriebsmotors und des Generatormotors. Der VSC 46 steuert und koordiniert diese Leistungsquellen, um die Anforderung des Fahrers zu erfüllen, während der Wirkungsgrad und die Leistung des gesamten Antriebsstrangsystems optimiert werden. Wenn der Fahrer die volle Beschleunigung des Fahrzeugs abruft, die mit einer für herkömmliche ICE-Fahrzeuge bekannten Vollgasstellung (WOT) vergleichbar ist, wird der VSC 46 zuerst anfordern, dass der Antriebsmotor 38 und der Generatormotor 30 eine Leistungsstärke mit maximalem Drehmoment liefern, da sie bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit eine Leistungsstärke mit höherem Drehmoment aufweisen und fast ein augenblickliches Drehmoment erzeugen können, wie es in 2 dargestellt ist.
Die in 2 veranschaulichten Drehmomentenkurven können sich auf den Faktoren der Batterie 36 basierend ändern. Zum Beispiel können die maximalen zusammengefassten Drehmomente 60 und 62, die als Reaktion auf die Beschleunigungsanforderung mit Vollgas des Fahrers geliefert werden, geringer als dargestellt sein, wenn die Batterie nicht die Kapazität hat, um die Energie zu liefern, die benötigt wird, um die Motoren zur Einhaltung der Drehmomentanforderung anzutreiben. Andere Faktoren, die zusammengefasste Drehmomente verringern können, können die Temperatur und den Ladezustand (SOC) der Batterie 36 einschließen.
An einem gewissen Punkt der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie in 2 dargestellt, fällt das zusammengefasste Drehmoment des Antriebsmotors und des Generatormotors 62 unter das maximale zusammengefasste Drehmoment von Antriebsmotor und Verbrennungsmotor 60. Dieser Überschneidungspunkt 64 tritt in dem in 2 vorgesehenen Beispiel bei etwa zehn Meilen pro Stunde auf. Eine beliebige erfolgreiche HEV Strategie für Bedingungen mit Vollgas (WOT) hat damit zu rechnen, dass der Verbrennungsmotor 24 gestartet werden muß, bevor das Fahrzeug den Überschneidungspunkt 64 erreicht. Wiederum kann sich dieser Überschneidungspunkt 64 basierend auf Faktoren der Batterie wie abgegebene Kapazität, SOC und Temperatur ändern (z.B. verringern).
Folglich kann die vorliegende Erfindung eine Strategie für den VSC 46 einbeziehen, um das höchste Drehmoment der Abtriebswelle aufrechtzuerhalten, das während einer Vollgasanforderung vom Fahrzeugführer bei einer beliebigen Geschwindigkeit möglich ist. Die Strategie berechnet Drehmomentkurven der Abtriebswelle für die Kombination von Antriebsmotor 38 und Generatormotor 30 und für die Kombination von Antriebsmotor 38 und Generatormotor 30 bei verschiedenen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Die Strategie wird außerdem einen Überschneidungspunkt zwischen den beiden Drehmomentkurven der Abtriebswelle berechnen. Berechnungen werden die abgegebene Kapazität, die Temperatur und den Ladezustand SOC der Batterie 36 berücksichtigen. Die Strategie weist den Antriebsstrang des Fahrzeugs an, der höchsten Kurve der Abtriebswelle 44 zu folgen, die auf der Geschwindigkeit des Fahrzeugs basiert und zu gewährleisten, dass der Verbrennungsmotor 24 rechtzeitig gestartet wird, um einen ungestörten Übergang von der Ausführung mit Antriebsmotor 38 und Generatormotor 24 zur Ausführung mit Antriebsmotor 38 und Verbrennungsmotor 24 zu gewährleisten.
Im Allgemeinen legt die Strategie fest, wann der Verbrennungsmotor 24 zu starten ist, um ein maximales Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs bei verschiedenen Zuständen der Batterie 36 zu erzielen. Der Verbrennungsmotor 24 kann angewiesen werden, zu starten, wenn der Fahrer volle Beschleunigung durch das Gaspedal abruft und das zusammengefasste Drehmoment von Motor und Generator an der Antriebswelle geringer ist als das zusammengefasste Drehmoment von Motor und Verbrennungsmotor an der Antriebswelle. Die grundlegenden Schritte können die Schritte umfassen

1) Lesen aller notwendigen Eingabegrößen;
2) Bestimmen, ob der Fahrer eine Beschleunigung mit Vollgas und Vorwärtsbewegung anfordert;
3) Abschätzen des Summendrehmoments des Antriebsmotors 38 und Generatormotors 30 an der Antriebswelle und des maximalen Summendrehmoments von Antriebsmotor und Verbrennungsmotors 60 an der Abtriebswelle 44;
4) Vergleichen der beiden Summendrehmomente und
5) Starten des Verbrennungsmotors, wenn das Summendrehmoment von Motor und Generator geringer als das maximale Summendrehmoment von Motor und Verbrennungsmotor 60 ist.

Eine mögliche Strategie der vorliegenden Erfindung in dem VSC 46 ist in 3 dargestellt. Die Strategie beginnt bei jedem Start-Ereignis und endet bei jedem Ereignis 84 mit dem Start des Motors. Zuerst überwacht die Strategie beim Schritt 70 die Eingangsgröße vom Sensor 48 für die Ganghebel-Stellung und vom Sensor 66 für Gaspedalstellung. Die Strategie beim Schritt 70 kann außerdem das Drehmoment und die Drehzahl des Antriebsmotors 38, des Generatormotors 30 und des Verbrennungsmotors 24 überwachen. Die Strategie kann sogar so ausgeführt werden, um die abgegebene Kapazität, den Ladezustand und die Temperatur der Batterie 36 von der Batteriesteuerung 50 zu überwachen.
Die Strategie muss zuerst bestimmen, ob der Fahrer eine Beschleunigung mit Vollgas beabsichtigt. Beim Schritt 72 bestimmt die Strategie, ob sich das Gaspedal in seiner völlig offenen Stellung befindet. Wenn nicht (no), kehrt die Strategie zum Schritt 70 zurück. Wenn bestimmt wird, dass sich das Gaspedal beim Schritt 72 in seiner völlig offenen Stellung befindet (yes), schreitet die Strategie zum Schritt 74 vor. Beim Schritt 74 bestimmt die Strategie, ob sich der Ganghebel in der Stellung Vorwärtsfahrt wie „D“ (Vorwärtsantrieb) oder in der Stellung „L“ (langsame Vorwärtsfahrt) befindet. Wenn nicht (no), kehrt die Strategie zum Schritt 70 zurück. Wenn ja (yes), hat die Strategie nachgewiesen, dass ein Beschleunigungszustand mit Vollgas besteht.
Sobald die Strategie in den Schritten 72 und 74 bestimmt hat, dass ein Beschleunigungszustand mit Vollgas besteht, schreitet die Strategie zum Schritt 76 weiter und bestimmt, ob der Verbrennungsmotor 24 zur Zeit steht. Dies kann in einer beliebigen Anzahl von an sich bekannten Möglichkeiten vorgenommen werden. Wenn der Verbrennungsmotor beim Schritt 76 läuft (no), kehrt die Strategie zum Schritt 70 zurück, da es keine Notwendigkeit gibt, fortzuschreiten, um zu bestimmen, ob der Verbrennungsmotor 24 zu starten ist. Wenn beim Schritt 76 bestimmt wird, dass der Verbrennungsmotor 24 nicht läuft (yes), ist es erforderlich dass die Strategie bestimmt, ob der Verbrennungsmotor 24 gestartet werden muss.
Zur Bestimmung, ob der Verbrennungsmotor 24 zu starten ist, nimmt die Strategie die im Schritt 70 erhaltenen Überwachungseingangsgrößen, um das Summendrehmoment von Antriebsmotor und Generatormotor 62 sowie das Summendrehmoment von Antriebsmotor und Verbrennungsmotor 60 zu schätzen. Dies beginnt beim Schritt 78 mit einer Abschätzung des Summendrehmoments von Antriebsmotor und Generatormotor an der Abtriebswelle 44. Das Summendrehmoment kann sich, wie oben beschrieben, in Abhängigkeit von den Zuständen der Batterie 36 (Kapazität, Ladezustand und Temperatur der Batterie 36) bei der gleichen vollen Anforderung an die Beschleunigung und Fahrzeuggeschwindigkeit ändern. Zum Zweck der Darstellung kann eine Abschätzung des Summendrehmoments von Antriebsmotor und Generatormotor an der Abtriebswelle wie folgt berechnet werden: $t_{m t r_g e n_} = \frac{T_{g}}{T_{2}} (t_{m t r} - T_{1} * T_{2} * \frac{1}{ρ} t_{g e n} + J_{g e n_c o u p l e} * \frac{d ω_{e n g}}{d t} - J_{m t r_e f f} * \frac{d ω_{m t r}}{d t})$
wobei

ω_eng: Motordrehzahl (rad/s; Einheit der Winkelgeschwindigkeit)
ω_mtr: Drehzahl des Antriebsmotors (rad/s)
t_mtr: Drehmoment des Antriebsmotors (NM)
t_gen: Drehmoment des Generatormotors (NM)
t_{mtr_gen}: Summendrehmoment von Motor und Generator an der Antriebswelle (NM)
t_{mtr_eng}: Summendrehmoment von Motor und Verbrennungsmotor an der Antriebswelle (NM)

(Anmerkung: alle Trägheitseinheiten sind kg * M²)

J_{gen_couple} =: (T_eng2gen * T₁ * T₂) / p * J_gen&sun
J_{mtr_eff} =: J_{mtr_konzentriert} + (T₁ * T₂ /p)² * J_gen&sun
J_{eng_carrier} -: konzentriertes Trägheitsmoment von Verbrennungsmotor und Zwischen rad
J_gen&sun -: konzentriertes Trägheitsmoment von Generatorläufer und Sonnenrad
J_{mtr_konzentriert} -: konzentriertes Trägheitsmoment von Motorläufer, Zwischenrad und Zahnrad N1, N3, N2, N4, N5,
J_{mtr_konzentriert} =: J_mtr&N1 + T² _mtr2ring * J_ring&N3 + T² ₂ * J_N2&N4 + (T₂ / T_g )² * J_N5
T₁ = N2/N3 -: Übersetzungsverhältnis von Zwischenwelle zu Tellerradwelle
T₂ = N1/N2 -: Übersetzungsverhältnis von Antriebsmotorwelle zu Zwischenwelle
Tg = N5/N4 -: Übersetzungsverhältnis von Antriebswelle zu Zwischenwelle
ρ = Ns/Nr: Übersetzungsverhältnis Planetengetriebe
T_mtr2ring: = N1/N3 - Übersetzungsverhältnis von Motor zu Tellerrad
T_eng2gen: = (1 + 1/ρ) Übersetzungsverhältnis von Verbrennungsmotor zu Generator

Nachdem das Summendrehmoment des Antriebsmotors 38 und des Generatormotors 30 (_{mtr_gen}) im Schritt 78 geschätzt sind, schreitet die Strategie zum Schritt 80 weiter und berechnet das maximale Summendrehmoment von Antriebsmotor und Verbrennungsmotors 60 (_{mtr_gen}). Dieser Schritt berechnet das maximale Summendrehmoment von Antriebsmotor und Verbrennungsmotor 60 oder die vorgegebene Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Wiederum kann die vorliegende Erfindung ausgeführt werden, um bei ihrer Abschätzung die Zustände der Batterie 36 zu nutzen.
Sobald das maximale Summendrehmoment von Antriebsmotor und Verbrennungsmotor 60 im Schritt 80 berechnet sind, schreitet die Strategie zum Schritt 82 weiter und vergleicht in diesem Schritt das Summendrehmoment von Antriebsmotor und Generatormotor mit dem maximalen Summendrehmoment 62 von Antriebsmotor und Verbrennungsmotors 62. Wie in 3 dargestellt, wenn die Gleichung erfüllt ist (yes), wird ein Startbefehl 84 für den Verbrennungsmotor 24 erforderlich (d.h. das Summendrehmoment von Antriebsmotor 38 und Generatormotor 30 ist geringer als das oder gleich dem Summendrehmoment von Antriebsmotor 38 und Verbrennungsmotors 24). Die Variable k in der Gleichung für den Vergleich gewährleistet, dass der Verbrennungsmotor 24 gestartet ist, wenn sich die beiden in 2 gezeigten Kurven überschneiden. Dieses k kann eine Konstante oder eine Funktion der Zustände der Batterie 36 wie oben beschrieben sein. Weiterhin kann die Konstante auch genutzt werden, um die Berechnung des maximalen Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Generators 62 zu verändern, um einen früheren Start (einen Vorstart) des Verbrennungsmotors 24 zu ermöglichen, um einen ungestörten Übergang zwischen Antriebsstrang-Ausführungen von Antriebsmotor 38 und Generatormotor 30 zum Antriebsmotor 38 und dem Verbrennungsmotor 24 zu gewährleisten.
Deshalb schreitet die Strategie im Schritt 82, wenn das Summendrehmoment von Antriebsmotor 38 und Generatormotor 30 (im Schritt 78) so bestimmt ist, dass es geringer ist als das maximale Summendrehmoment von Motor und Verbrennungsmotor 60 (im Schritt 80 berechnet), weiter zum Schritt 84 und weist den Verbrennungsmotor 24 an, gestartet zu werden. Dies erzielt ein maximales Beschleunigungsvermögen des Systems für vorgegebene Zustände der Batterie 36. Wenn im Schritt 82 die Gleichung nicht erfüllt ist (no), dann kehrt die Strategie zum Schritt 70 zurück.

Claims

Regelsystem für den Antriebsstrang eines Hybridelektrofahrzeugs, der durch zumindest einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor und einen Generatormotor angetrieben wird, Sensoren für Gaspedalstellung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Gangwählhebelstellung aufweist, eine Batterie zur Stromversorgung von Antriebsmotor und Generatormotor, einen Generatormotor zur Aufnahme von Energie und einen Fahrzeug-Systemregler zum Regeln des Antriebsstrangs des Fahrzeugs enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeug-Systemregler (46) - ein Eingangssignal vom Sensor (66) für die Gaspedalstellung, vom Sensor (68) für die Fahrzeuggeschwindigkeit, vom Sensor (48) für die Gangwählhebelstellung aufnimmt; - ermittelt, ob eine volle Beschleunigung nach vorn angefordert wird; - ermittelt, ob der Verbrennungsmotor (24) läuft; - über eine Batteriesteuerung (50) mit Batteriesensoren die Betriebskapazität, die Temperatur und den Ladezustand der Batterie (36) ermittelt; - das Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Generatormotors (30) abschätzt, wenn der Verbrennungsmotor (24) nicht läuft; - das maximale mögliche Summendrehmoment des Antriebsmotor (38) und des Verbrennungsmotors (24) berechnet; - das abgeschätzte Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Generatormotors (30) mit dem berechneten, möglichen Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Verbrennungsmotors (24) vergleicht, und - Starten des Verbrennungsmotors (24), wenn das geschätzte Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Generatormotors (30) geringer ist als das berechnete mögliche Summendrehmoment des Antriebsmotors (38) und des Verbrennungsmotors (24) für eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit.
Verfahren zur Regelung des Antriebsstrangs eines Hybridelektrofahrzeugs, der durch zumindest einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsmotor und einen Generatormotor angetrieben wird, welches umfasst: Ermitteln einer Gaspedalstellung; Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit; Ermitteln einer Gangwählhebelstellung; Aufnehmen, Speichern und Bereitstellen von Energie für Antriebsmotor und Generatormotor; und Steuern des Antriebsstrangs des Fahrzeugs unter Verwendung eines Fahrzeug-Systemreglers, gekennzeichnet durch - Aufnehmen einer Eingangsgröße von dem Sensor für Gaspedalstellung, dem Sensor für Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Sensor für Gangwählhebelstellung; - Ermitteln, ob eine volle Beschleunigung nach vorn angefordert wird; - Ermitteln, ob der Verbrennungsmotor läuft; - Überwachen des Batteriezustandes durch den Schritt, die Betriebskapazität, die Temperatur und den Ladezustand der Batterie zu messen; - Abschätzen des Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Generatormotors, - wenn der Verbrennungsmotor nicht läuft; - Berechnen des maximalen möglichen Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors; - Vergleichen des abgeschätzten Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Generatormotors mit dem berechneten möglichen Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors, und - Starten des Verbrennungsmotors, wenn das abgeschätzte Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Generatormotors geringer ist als das berechnete mögliche Summendrehmoment des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors für eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Abschätzung des Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Generatormotors sowie die Berechnung des maximalen möglichen Summendrehmoments des Antriebsmotors und des Verbrennungsmotors einschließt, eine Konstante zu verwenden, um einen erneuten Start des Verbrennungsmotors zu ermöglichen.