DE102007042077A1

DE102007042077A1 - Steuersystemarchitektur für einen Hybridantriebsstrang

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Publication number: DE102007042077A1
Application number: DE102007042077A
Authority: DE
Inventors: William R. Milford Cawthorne; Mario V. Davisburg Maiorana jun.; Jy-Jen F. West Bloomfield Sah; Sean E. West Bloomfield Gleason; Gregory A. Brighton Hubbard; Leonard G. Ann Arbor Wozniak; Matthew T. South Lyon Boyle; Anthony H. Ann Arbor Heap; Aniket Southfield Kothari
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2027-09-06
Also published as: DE102007042077B4; CN101201623A; CN101201623B; US20080064559A1; US7537542B2

Abstract

Es ist eine Steuervorrichtung für ein Antriebsstrangsystem vorgesehen, das eine Maschine und zwei Elektromotoren umfasst, die funktional mit einem kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebe gekoppelt sind. Sie umfasst einen System-Controller und zwei Motorsteuerprozessoren. Der System-Controller kommuniziert mit den Motorsteuerprozessoren über zwei Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbusse und direkt verbundene serielle Peripherieschnittstellenbusse. Die Motorsteuerprozessoren steuern einen Fluss elektrischer Leistung zwischen den Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie. Eine zweite Steuereinrichtung ist betreibbar, um die Maschine zu steuern, vorzugsweise um das Ausgangsdrehmoment zu steuern. Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen Kurbelpositionssensor auf, der signaltechnisch mit einem dedizierten Eingang in die zweite Steuereinrichtung und mit einem dedizierten Eingang ung verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugantriebsstrangsysteme, und genauer ein Steuersystem für ein Hybridgetriebesystem für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es sind verschiedene Hybridantriebsstrangarchitekturen bekannt, um mit den Antriebs- und Abtriebsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsmaschinen in Hybridfahrzeugen, üblicherweise Brennkraftmaschinen und Elektromotoren, umzugehen. Hybridantriebsstrangsysteme zeichnen sich im Allgemeinen durch eine Brennkraftmaschine und einen oder mehrere Elektromotoren aus, die einem Fahrzeugendantrieb unter Verwendung einer Getriebevorrichtung Bewegungsdrehmoment verleihen.
Eine Parallel-Hybridantriebsstrangarchitektur umfasst ein kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Getriebe, das ein Antriebselement zur Aufnahme von Bewegungsdrehmoment von einer Quelle, z.B. einer Brennkraftmaschine, und ein Abtriebselement zur Abgabe von Bewegungsdrehmoment von dem Getriebe, typischerweise an einen Endantrieb eines Fahrzeugs aufweist. Ein erster und zweiter Elektromotor, die Motoren/Generatoren umfassen, stellen ein Bewegungsdrehmoment für das Getriebe bereit und sind funktional mit einer Energiespeichereinrichtung zum Austausch elektrischer Leistung zwischen der Speichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator geschaltet.
Der Betrieb der verschiedenen Bauteile und Systeme des Hybridantriebsstrangsystems und des Fahrzeugs erfordert typischerweise ein Steuersystem, das einen oder mehrere elektronische Controller verwendet. Die Controller werden dazu verwendet, verschiedene Aspekte des Fahrzeugs zu steuern. Das Fahrzeugsystem erfordert eine andauernde Steuerung, um den Bedieneranforderungen für Fahrbarkeit und Kraftstoffwirtschaftlichkeit nachzukommen, Systemanforderungen, die mit dem Hybridsystem in Beziehung stehen, nachzukommen, was das Laden und Entladen von Energiespeichereinrichtungen umfasst, um eine Nebenaggregatfähigkeit und -anforderungen bereitzustellen und gesetzlich vorgeschriebene Erfordernisse für Emissionen und Haltbarkeit nachzukommen.
Ein Konstrukteur, der sich für eine Architektur eines Steuersystems eines Hybridsystems entscheidet, muss die vielfachen, sich widersprechenden Erfordernisse ins Gleichgewicht bringen, die die Bereitstellung einer ausreichenden Rechenleistung umfassen, um verschiedene Fahrzeug-, Antriebsstrang- und Teilsystemmanagementaufgaben auf eine zeitlich abgestimmte Weise zu bewerkstelligen, wobei sie kostengünstig sein muss. Andere Gegebenheiten umfassen, ein Steuersystem zu besitzen, das Qualitäts-, Zuverlässigkeits- und Haltbarkeitsziele erfüllt, in der Lage ist, Erfordernisse hinsichtlich elektromagnetischer Interferenz einzuhalten, und in das Fahrzeug packbar ist. Wenn mehrere Controller verwendet werden, kann die Kommunikation zwischen den Controllern durch die Verfügbarkeit und Bandbreite eines Local Area Network begrenzt sein. Es gibt auch einen Bedarf, eine Steuersystemarchitektur zu besitzen, die einen Grad an Wiederverwendbarkeit aufweist, so dass sie zu mehreren Fahrzeugplattformen und Systemen mit minimaler Umkonstruktion portierbar ist. Es gibt einen weiteren Bedarf, ein Steuersystem zu besitzen, das leicht erweitert werden kann, um neue Merkmale und Fähigkeiten während eines Systemlebenszyklus aufzunehmen. Es gibt auch einen Bedarf, ein Steuersystem zu besitzen, das leicht mit äußeren Systemen kommuniziert, um solche Aufgaben, wie Systemkalibrierung, -programierung und -diagnose, zu bewerkstelligen.
Deshalb besteht ein Bedarf für eine optimierte Steuersystemarchitektur für ein Hybridantriebsstrangsystem, das an Bord befindliche Rechenressourcen effizient nutzt, um den vorstehend erwähnten Belangen gerecht zu werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Hybridantriebsstrangsteuersystem bereitzustellen, das den oben genannten Belangen gerecht wird.
Ein Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren und eine Steuervorrichtung für ein Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine und ein Paar Elektromotoren umfasst, die jeweils funktional mit einem kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebe gekoppelt sind. Die Steuervorrichtung umfasst eine erste Steuereinrichtung mit einem System-Controller und einen ersten und zweiten Motorsteuerprozessor. Der System-Controller ist betreibbar, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über einen ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus, einen zweiten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus und einen ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren. Der erste und zweite Motorsteuerprozessor sind betreibbar, um den Fluss elektrischer Leistung zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie auf der Basis eines Eingangs von dem System-Controller zu steuern. Der erste und zweite Motorsteuerprozessor umfassen jeweils ein Stromumrichtermodul.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus eine zweite Steuereinrichtung, die betreibbar ist, um die Brennkraftmaschine zu steuern, und die betreibbar ist, um Befehle von dem System-Controller auszuführen, um die Brennkraftmaschine zu steuern, vorzugsweise um das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine zu steuern. Die Brennkraftmaschine weist vorzugsweise einen Kurbelpositionssensor auf, der signaltechnisch mit einem dedizierten Eingang in die zweite Steuereinrichtung und mit einem dedizierten Eingang in den System-Controller der ersten Steuereinrichtung unter Verwendung dedizierter Drahtkabel verbunden ist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass das kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Getriebe eine elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe aufweist, wobei der System-Controller betreibbar ist, um die elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe unter Verwendung eines direkt damit verbunden, dedizierten elektrischen Kabels zu steuern.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst eine dritte Steuereinrichtung, die betreibbar ist, um eine Betätigung mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen des kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebes zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um mit der zweiten und dritten Steuereinrichtung über den ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus zu kommunizieren. Der System-Controller ist darüber hinaus betreibbar, um mit einer Benutzerschnittstelleneinrichtung über den ersten Hochgeschwindigkeits- Kommunikationsbus zu kommunizieren. Der System-Controller ist vorzugsweise betreibbar, um ein befohlenes Ausgangsdrehmoment für die Brennkraftmaschine, befohlene Ausgangsdrehmomente für jeden der Elektromotoren und befohlene Drehmomente für die mehreren Drehmomentübertragungskupplungen des Getriebes zu bestimmen. Jedes befohlene Drehmoment beruht auf einer Bedienereingabe, die von der Benutzerschnittstelle lesbar ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst eine vierte Steuereinrichtung, die betreibbar ist, um elektrische Nebenaggregatleistung zu steuern.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um mit der zweiten, dritten und vierten Steuereinrichtung über einen Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus zu kommunizieren.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um direkt mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor unter Verwendung des ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbusses zu kommunizieren, um eine direkte serielle Kommunikation mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor zu bewirken.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass der erste Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus eine Kommunikation zwischen Einrichtungen, die ein Local Area Network des Hybridsystems bilden, ermöglicht.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass der zweite Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus eine Kommunikation zwischen Einrichtungen, die ein Local Area Network eines Fahrzeugs bilden, ermöglicht.
Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst ein Erzeugnis für ein Antriebsstrangsystem, das ein Paar Elektromotoren umfasst, die jeweils betreibbar sind, um elektrische Energie in Bewegungsdrehmoment umzuwandeln, das auf ein elektromechanisches Getriebe übertragen wird. Das Erzeugnis umfasst eine Steuereinrichtung mit einem System-Controller und einem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor. Der System-Controller ist betreibbar, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über einen ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren. Der erste und zweite Motorsteuerprozessor sind betreibbar, um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie auf der Basis eines Einganges von dem System-Controller zu steuern. Der System-Controller ist ferner betreibbar, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über einen ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus, einen zweiten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus und dem ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren.
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 deren bevorzugte Ausführungsform 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 Steuersystemarchitektur und eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
3 und 4 schematische Diagramme von Aspekten der beispielhaften Steuersystemarchitektur gemäß der vorliegenden Erfindung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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 Maschine 14, einem Getriebe 10, einem Steuersystem und einem Endantrieb, das gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut worden ist.
Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind ausführlich in der gemeinschaftlich übertragenen U.S. Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer U.S. 2005/0137042 A1 , die am 23. Juni 2005 veröffentlicht wurde, mit dem Titel Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios (kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Hybridgetriebe mit vier festen Verhältnissen), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte, kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi, das die Kon zepte der vorliegenden Erfindung ausführt, ist in 1 dargestellt und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Das Hybridgetriebe 10 weist ein Antriebselement 12 auf, das in der Natur einer Welle vorliegen kann, die Bewegungsdrehmoment von einer Brennkraftmaschine 14 aufnimmt. Ein Dämpfer 20 für transientes Drehmoment ist zwischen der Abtriebswelle 18 der Maschine 14 und dem Antriebselement 12 des Hybridgetriebes 10 eingebaut. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment umfasst vorzugsweise eine Drehmomentübertragungseinrichtung 77, die Charakteristiken eines Dämpfungsmechanismus und einer Feder, die jeweils als 78 und 79 gezeigt sind, aufweist. Der Dämpfer 20 für transientes Drehmoment erlaubt einen selektiven Eingriff der Maschine 14 mit dem Hybridgetriebe 10, es ist aber zu verstehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 nicht dazu benutzt wird, den Modus, in dem das Hybridgetriebe 10 arbeitet, zu verändern oder zu steuern. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 77 umfasst vorzugsweise eine hydraulisch betätigte Reibungskupplung, die als Kupplung C5 bezeichnet ist.
Die Maschine 14 kann irgendeine von zahlreichen Formen von Brennkraftmaschinen sein, wie etwa ein Fremdzündungsmotor oder ein Selbstzündungsmotor, die leicht anpassbar ist, um eine Leistungsabgabe an das Getriebe 10 mit einem Bereich von Betriebsdrehzahlen von Leerlauf bei oder in der Nähe von 600 Umdrehungen pro Minute (RPM oder U/min) bis zu über 6000 RPM oder U/min bereitzustellen. Ungeachtet des Mittels, durch das die Maschine 14 mit dem Antriebselement 12 des Getriebes 10 verbunden ist, ist das Antriebselement 12 mit einem Planetenradsatz 24 in dem Getriebe 10 verbunden.
Nun unter spezieller Bezugnahme auf 1 benutzt das Hybridgetriebe 10 drei Planetenradsätze 24, 26 und 28. Der erste Planetenradsatz 24 weist ein äußeres Zahnradelement 30 auf, das allgemein als Hohlrad be zeichnet sein kann und ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 34 sind an einem Träger 36 drehbar montiert, so dass jedes Planetenradelement 34 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 30 als auch dem inneren Zahnradelement 32 in Eingriff steht.
Der zweite Planetenradsatz 26 weist ebenfalls ein äußeres Zahnradelement 38 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 42 sind an einem Träger 44 drehbar montiert, so dass jedes Planetenrad 42 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 38 als auch dem inneren Zahnradelement 40 in Eingriff steht.
Der dritte Planetenradsatz 28 weist auch ein äußeres Zahnradelement 46 auf, das allgemein als Hohlrad bezeichnet ist und ein inneres Zahnradelement 48 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet ist. Mehrere Planetenradelemente 50 sind an einem Träger 52 drehbar montiert, sodass jedes Planetenrad 50 kämmend mit sowohl dem äußeren Zahnradelement 46 als auch dem inneren Zahnradelement 48 in Eingriff steht.
Verhältnisse von Zähnen an Hohlrädern/Sonnenrädern beruhen typischerweise auf Konstruktionserwägungen, die dem Fachmann bekannt sind und außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen. Beispielsweise beträgt in einer Ausführungsform das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 24 65/33; das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 26 beträgt 65/33; und das Hohlrad/Sonnenrad-Zähneverhältnis des Planetenradsatzes 28 beträgt 94/34.
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 32 des ersten Planetenradsatzes 24, etwa über ein Nabenplattenzahnrad 54, mit dem äußeren Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 verbunden ist. Die verbundenen inneres Zahnradelement 32 des ersten Planetenradsatzes 24 und äußeres Zahnradelement 38 des zweiten Planetenradsatzes 26 sind ständig mit einem ersten Motor/Generator oder Elektromotor 56 verbunden, der auch als "Motor A" bezeichnet wird.
Die Planetenradsätze 24 und 26 sind darüber hinaus darin zusammengesetzt, dass der Träger 36 des ersten Planetenradsatzes 24, wie über 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, wie über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 62, verbunden, die, wie es nachstehend ausführlicher erläutert wird, angewandt wird, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu helfen. Der Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 ist direkt mit dem Getriebeabtriebselement 64 verbunden.
In der hierin beschriebenen Ausführungsform, in der das Hybridgetriebe 10 in einem Landfahrzeug verwendet wird, ist das Abtriebselement 64 funktional mit dem Endantrieb verbunden, der ein Verteilergetriebe 90 oder eine andere Drehmomentübertragungseinrichtung umfasst, die einen Drehmomentausgang für eine oder mehrere Fahrzeugachsen 92 oder Halbwellen (die nicht gezeigt sind) bereitstellt. Die Achsen 92 enden wiederum in Antriebselementen 96. Die Antriebselemente 96 können entweder Vorder- oder Hinterräder des Fahrzeugs sein, an dem sie angewandt werden, oder sie können das Antriebszahnrad eines Kettenfahrzeugs sein. Den Antriebselementen 96 kann irgendeine Form von Radbremse 94 zugeordnet sein. Die Antriebselemente weisen jeweils einen Drehzahlparameter N_WHL auf, der die Rotationsgeschwindigkeit jedes Rades 96 umfasst, die typischerweise mit einem Raddrehzahlsensor messbar ist.
Das innere Zahnradelement 40 des zweiten Planetenradsatzes 26 ist mit dem inneren Zahnradelement 48 des dritten Planetenradsatzes 28, etwa über eine Hohlwelle 66, die die Welle 60 umgibt, verbunden. Das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 ist selektiv mit Masse, die durch das Getriebegehäuse 68 dargestellt ist, durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung 70 verbunden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 wird, wie es nachstehend ebenfalls erläutert wird, auch angewandt, um bei der Auswahl der Betriebsmodi des Hybridgetriebes 10 zu helfen. Die Hohlwelle 66 ist auch ständig mit einem zweiten Motor/Generator oder Elektromotor 72 verbunden, der auch als "Motor B" bezeichnet wird.
Alle Planetenradsätze 24, 26 und 28 sowie die beiden Motoren/Generatoren 56 und 72 sind koaxial ausgerichtet, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. Die Motoren/Generatoren 56 und 72 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 den Motoren/Generatoren 56 und 72 angeordnet sind. Diese Anordnung stellt sicher, dass die Gesamtumhüllende, d.h. die Umfangsabmessung, des Getriebes 10 minimiert ist.
Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 73 verbindet das Sonnenrad 40 selektiv mit Masse, d.h. mit dem Getriebegehäuse 68. Eine Drehmomentübertragungseinrichtung 75 dient als Sperrkupplung, die die Plane tenradsätze 24, 26, Motoren 56, 72 und den Antrieb sperrt, so dass sie als eine Gruppe rotieren, indem das Sonnenrad 40 selektiv mit dem Träger 44 verbunden wird. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen 62, 70, 73, 75 sind alle Reibungskupplungen, die jeweils wie folgt bezeichnet sind: Kupplung C1 70, Kupplung C2 62, Kupplung C3 73 und Kupplung C4 75. Jede Kupplung ist vorzugsweise hydraulisch betätigt, wobei sie Hydraulikdruckfluid von einer Pumpe aufnimmt. Eine hydraulische Betätigung wird unter Verwendung eines bekannten Hydraulikfluidkreises bewerkstelligt, der ein Element des Getriebes ist und hierin nicht ausführlich beschrieben wird.
Das Hybridgetriebe 10 nimmt ein Bewegungsantriebsdrehmoment von mehreren Drehmomenterzeugungseinrichtungen, die die Maschine 14 und die Elektromotoren 56 und 72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrische 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 Motorsteuerprozessoren MPCA 33 und MCPB 22 des Getriebestromumrichtermoduls (TPIM) 19 über Gleichstromleitungen oder Übertragungsleiter 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Die Motorsteuerprozessoren MPCA 33 und MCPB 22 umfassen jeweils Stromumrichter und Motor-Controller, die ausgestaltet sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Jeder Stromumrichter umfasst einen elektrischen Wandler, der betreibbar ist, um elektrischen Gleichstrom in elektrischen Wechselstrom und elektrischen Wechselstrom in elektrischen Gleichstrom umzuwandeln. Das TPIM 19 ist ein Element des Steuersystems, das nachstehend anhand von 2 beschrieben wird. Das TPIM 19 kommuniziert mit dem ersten Motor/Generator 56 über Übertragungsleiter 29, und das TPIM 19 kommuniziert ähnlich mit dem zweiten Motor/Generator 72 über Übertragungsleiter 31. Elektrischer Strom ist zu oder von der ESD 74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.
Bei der Motorantriebssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Strom von den Gleichstromleitungen auf und liefert Wechselstrom an den jeweiligen Motor über Übertragungsleiter 29 und 31. Bei der Regenerationssteuerung nimmt der jeweilige Umrichter Wechselstrom von dem Motor über Übertragungsleiter 29 und 31 auf und liefert Strom an 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 Motor A 56 und Motor B 72 Dreiphasen-Wechselstrommotoren und die Umrichter umfassen eine Dreiphasen-Leistungselektronik, die betreibbar ist, um elektrischen Gleichstrom in elektrischen Wechselstrom und elektrischen Wechselstrom in elektrischen Gleichstrom umzuwandeln.
Wieder nach 1 kann ein Antriebszahnrad 80 an dem Antriebselement 12 vorgesehen sein. Wie es gezeigt ist, verbindet das Antriebszahnrad 80 das Antriebselement 12 fest mit dem äußeren Zahnradelement 30 des ersten Planetenradsatzes 24, und das Antriebszahnrad 80 nimmt daher Leis tung von der Maschine 14 und/oder den Motoren/Generatoren 56 und/oder 72 über die Planetenradsätze 24 und/oder 26 auf. Das Antriebszahnrad 80 steht kämmend mit einem Zwischenzahnrad 82 in Eingriff, das wiederum kämmend mit einem Verteilerzahnrad 84 in Eingriff steht, das an einem Ende einer Welle 86 befestigt ist. Das andere Ende der Welle 86 kann an einer Zusatzhydraulik-/Getriebefluidpumpe und/oder Leistungsentnahmeeinheit (PTO-Unit von Power Take-Off Unit) befestigt sein, die entweder einzeln oder gemeinsam mit 88 bezeichnet sind.
In 2 ist ein schematisches Blockdiagramm des Steuersystems gezeigt, das eine verteilte Controller-Architektur umfasst. Die nachstehend beschriebenen Elemente umfassen einen Teilsatz einer gesamten Fahrzeugsteuerarchitektur und sind betreibbar, um eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Antriebsstrangsystems bereitzustellen. Das Steuersystem ist betreibbar, um 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, Fahrbarkeit und der Schutz von Bauteilen, die die Batterien der ESD 74 und Motoren 56, 72 einschließen. Die verteilte Controller-Architektur umfasst mehrere Prozessoren und Einrichtungen, die einen System-Controller, der hierin als Hybridsteuerprozessor (HCP von Hybrid Control Processor) 5 bezeichnet wird, ein Maschinensteuermodul (ECM von Engine Control Module) 23, ein Getriebesteuermodul (TCM von Transmission Control Module) 17, ein Batteriepaket-Steuermodul (BPCM von Battery Pack Control Module) 21, ein Nebenaggregat-Leistungsmodul (APM von Accessory Power Module) 114 und Motorsteuerprozessoren (MCP von Motor Control Processors) 22, 33 umfassen. Der MCP umfasst bevorzugt einen ersten und zweiten Motorsteuerprozessor, die als MCPA 33 und MCPB 22 bezeichnet werden. Es gibt eine Benutzerschnittstelle (UI von User Interface) 13, die funktional mit mehreren anderen Einrichtungen verbunden ist, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Fahrzeugs und Antriebsstrangs, der das Getriebe 10 umfasst, steuert oder anweist. Beispielhafte Einrichtungen, durch die ein Fahrzeugbediener eine Eingabe in die UI 13 macht, umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwahlvorrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jede/r der vorstehend erwähnten Controller und Einrichtungen kommuniziert mit anderen Controller, Einrichtungen, Sensoren und Aktoren über einen Hochgeschwindigkeits-Local-Area-Network-('LAN')-Bus, der in 2 allgemein als Punkt 6 gezeigt ist. Der LAN-Bus 6 erlaubt eine strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Prozessoren, Controllern und Einrichtungen. Das besondere benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise ist ein Kommunikationsprotokoll der Standard J1939 der Society of Automotive Engineers. Andere Kommunikationsprotokolle sind bekannt und nicht besonders erfindungsrelevant. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Multi-Controller-Schnittstellenbildung zwischen den vorstehend erwähnten Controller und anderen Controllern, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.
Der System-Controller HCP 5 stellt eine übergreifende Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangsystems bereit, wobei er dazu dient, einen Betrieb von verschiedenen Einrichtungen, die das ECM 23, TCM 17, MCPA 33 und MCPB 22 und BPCM 21 umfassen, zu koordinieren. Auf der Basis verschiedener Eingangssignale von der UI 13 und dem Antriebsstrang erzeugt der HCP 5 verschiedene Befehle, die einen Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD}; Kupplungsdrehmomentbefehle T_{CL_N} für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Hybridgetriebes 10; und Motordrehmo mentbefehle T_{A_CMD} und T_{B_CMD} für die Elektromotoren A 56 bzw. B 72 umfassen. Funktionen des HCP 5 umfassen typischerweise, dass: Systembetriebsrandbedingungen und (ein) optimale/r Systemarbeitspunkt/e bestimmt wird/werden; ein Getriebebereichszustand bestimmt wird; eine gewünschte Maschinendrehzahl und Antriebsdrehzahl für das Getriebe 10 bestimmt und gesteuert werden; ein Abtriebsdrehmoment des Antriebsstrangs entschieden wird; die Regeneration der ESD 74 gesteuert wird; ein optimales Maschinendrehmoment bestimmt wird, und dem ECM 23 ein Befehl für ein Maschinendrehmoment erteilt wird; ein Betriebszustand von Maschinen-Start/Stop bestimmt wird; ein Betriebszustand einer Maschine mit bedarfsabhängigem Hubraum befohlen wird, wenn sie derart ausgestattet ist; ein Betriebszustand eines Batterierelais für die ESD befohlen wird; ein Bereichsauswahlsensor einer Getriebeschalthebelposition ('PRNDL') interpretiert und diagnostiziert wird; eine aktive Endantriebsdämpfung gesteuert wird; und ein Brennkraftmaschinenstart gesteuert wird. Der HCP 5 hat die Verantwortlichkeit dafür, den Systembetrieb zu schützen und zu diagnostizieren, und Systemsicherheit bereitzustellen, indem das Abtriebsdrehmoment und der Bereichszustand des Systems gesteuert werden.
Der erste und zweite Motorsteuerprozessor, die als MCPA 33 und MCPB 22 bezeichnet werden, umfassen jeweils eine Einrichtung, die betreibbar ist, um den Betrieb des entsprechenden Elektromotors A, B zu steuern. Dies umfasst vorzugsweise ein Paar Stromumrichter- und Motorsteuerprozessoren, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Der MCPA 33 und MCPB 22 führen vorzugsweise die folgenden Operationen aus, dass: der Motor- und Stromumrichterbetrieb erfasst wird; Motordrehmomentbefehle T_{A_CMD} und T_{B_CMD} empfangen werden; eine Maschinenkompressionspulsaufhebung gesteuert wird, Motorstrombefehle für die Motoren A, B bestimmt werden; Grenzen für die Motoren A, B und Stromumrichter bestimmt werden; ein Motorstrom für die Motoren A, B bestimmt wird; Drehzahlen der Motoren A, B bestimmt werden; Fehler in den Invertern und Motoren diagnostiziert werden; und Handlungen vorgenommen werden, um die Motoren und Stromumrichter zu schützen. Darüber hinaus bietet dies eine sekundäre Unterstützung für eine An-Bord-Diagnose (OBD von of On-Board Diagnostics) und die Systemsicherheit, indem die Motordrehmomente T_A, T_B gesteuert werden. Der MCPA 33 und MCPB 22 sind betreibbar, um Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, T_{A_CMD} und T_{B_CMD}, auf der Basis eines Einganges von dem HCP 5 zu erzeugen, der durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Einzelne Motordrehzahlsignale N_A und N_B für Motor A bzw. Motor B werden jeweils aus den Motorphaseninformationen oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. MCPA 33 und MCPB 22 bestimmen und übermitteln Motordrehzahlen, N_A and N_B, an den HCP 5. Die Speichereinrichtung für elektrische Energie 74 ist über Gleichstromleitungen 27 mit MCPA 33 und MCPB 22 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Elektrischer Strom ist zu oder von MCPA 33 und MCPB 22 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.
Das ECM 23 umfasst eine Einrichtung, die signaltechnisch und funktional mit der Maschine 14 über mehrere diskrete Leitungen, die gemeinsam als Sammelleitung 35 gezeigt sind, verbunden ist. Das ECM 23 fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen, bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 zu steuern. Das ECM 23 empfängt den Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD} von dem HCP 5 und erzeugt ein gewünschtes Achsdrehmoment T_{AXLE_DES} und eine Angabe des aktuellen Maschinendrehmoments T_{E_ACT}, die an den HCP 5 übermittelt werden. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM 23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl (N_E) einer zu dem Getriebe führenden Welle 14, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule. Andere Funktionen des ECM 23 können umfassen, dass eine Gaspedaleingabe interpretiert und diagnostiziert wird, eine Achsdrehmomententscheidung bestimmt wird, Achsdrehmoment angefordert wird, Maschinengrenzen bestimmt und übermittelt werden, Maschinenkosten in Hinblick auf Kraftstofffluss bestimmt und übermittelt werden. Das ECM erzeugt ein Signal Powertrain_Crank_Active, das an den HCP 5 übermittelt wird. Das ECM unterstützt einen Betrieb im Maschinenmodus Engine_Start_Stop. Das ECM liest bevorzugt die Temperatur von einem Kühlmittelsensor der Antriebsstrangelektronik und treibt Kühlmittelpumpen auf der Basis eines Eingangs von dem Kühlmittelsensor an. Das ECM erfasst verschiedene Maschineneingänge und steuert das Maschinendrehmoment und die Maschinenemissionen gemäß dem vorstehenden, indem der Zündfunke, Kraftstoff, die Luftsteuerung, ein bedarfsabhängiger Hubraum (wenn dieser an der Maschine mechanisch ausgeführt ist) betätigt werden, und führt Maschinendiagnoseroutinen aus, die umfassen, dass er als Haupt-Controller zur Ausführung von Bord-Diagnose (OBD von of On-Board Diagnostics) arbeitet.
Das TCM 17 umfasst eine Einrichtung, die funktional mit dem Getriebe 10 verbunden ist, und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssignale an das Getriebe über mehrere diskrete Leitungen zu liefern, die gemeinsam als Sammelleitung 41 gezeigt sind. Eingänge von dem TCM 17 in den HCP 5 umfassen Kupplungsdrehmomente T_{CL_N} für jede der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und eine Drehgeschwindigkeit N_O der Abtriebswelle 64. Das TCM arbeitet bevorzugt, indem es die folgenden Aufgaben ausführt, dass: Eingange in das Getriebe erfasst werden; Fluidlogikventilbefehle und Kupplungsbefehle, die von dem HCP 5 empfangen werden, ausgeführt werden, um Hydrauliksysteme in dem Getriebe 10 zu steuern und somit die Kupplungen C1, C2, C3 und C4 zu steuern; eine PRNDL-Bereichsauswahl interpretiert und diagnostiziert wird; ein Betrieb des Getriebes 10 diagnostiziert wird; und als primärer Controller zur Ausführung einer Getriebe-OBD gedient wird. Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Informationen von dem TCM an den HCP zu Steuerzwecken zu liefern.
Das BPCM 21 umfasst eine Einrichtung, die in Signalverbindung mit einem oder mehreren Sensoren steht, die betreibbar sind, um elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen, um Informationen über den Zustand der Batterien an den HCP 5 zu liefern. Derartige Informationen umfassen den Batterieladezustand Bat_SOC und andere Zustande der Batterien, die die Spannung V_BAT und die verfügbare Leistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} umfassen. Das BPCM ist betreibbar, um das Batterierelais zu betätigen und den Batteriezustand, der die Batterielebensdauer umfasst, zu diagnostizieren, und bietet eine sekundäre Unterstützung für OBD-Systeme.
Das APM 114 umfasst eine Einrichtung, die wirkt, um 300 Volt von der ESD in 12 Volt und 42 Volt zur Verwendung in dem Fahrzeug umzuwandeln, um 12 V-Nebenaggregatleistung und 42 V-Nebenaggregatleistung bereitzustellen. Es ist betreibbar, um 12 V in 300 V umzuwandeln, um eine Starthilfe bereitzustellen, und ist selbstdiagnostizierend.
Jede der vorstehend erwähnten Einrichtungen und jeder der vorstehend erwähnten Prozessoren ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbei tungseinheit, einen Nurlesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nurlesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital-(A/D-)- und eine Digital/Analog-(D/A)-Schaltung, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (E/A) und eine geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung umfasst. Jeder Controller weist einen Satz von 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.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jeder der Einrichtungen 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 Betriebes der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierwerte auszuführen. Die Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25, 50 und 100 Millisekunden während des fortwährenden Maschinen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
In Ansprechen auf eine Betätigung durch den Bediener, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen der System-Controller HCP 5 und eine oder mehrere der anderen Einrichtungen das erforderliche Getriebeabtriebsdrehmoment T_O. Selektiv betriebene Komponenten des Hybridgetriebes 10 werden geeignet gesteuert und betätigt, um auf die Bedieneranforderung zu reagieren. Beispielsweise bestimmt der HCP 5 in der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform, wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, eine Abtriebsdrehmomentanfrage für das Getriebe auf der Basis einer Eingabe in die UI 13, die von dem ECM 23 gelesen wird. Dies 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 HCP 5 überwacht die Parameterzustände der Drehmomenterzeugungseinrichtungen und bestimmt die Ausgangsleistung des Getriebes, die erforderlich ist, um zu dem gewünschten Drehmomentausgang zu gelangen. Unter der Anweisung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Abtriebsdrehzahlen von langsam bis schnell, um der Bedieneranforderung zu entsprechen.

Das kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Hybridgetriebe umfasst ein Abtriebselement 64, das Ausgangsleistung über zwei unterschiedliche Zahnradstränge in dem Getriebe 10 aufnimmt, und arbeitet in mehreren Getriebebetriebsmodi, die nun anhand von 1 und der unten gezeigten Tabelle 1 beschrieben werden: Tabelle 1

Getriebebetriebsmodus	betätigte K	Kupplungen
Modus I	C1 70
festes Verhältnis 1	C1 70	C4 75
festes Verhältnis 2	C1 70	C2 62
Modus II	C2 62
festes Verhältnis 3	C2 62	C4 75
festes Verhältnis 4	C2 62	C3 73

Die verschiedenen in der Tabelle beschriebenen Getriebebetriebsmodi geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3 und C4 für jeden der Betriebsmodi eingerückt oder betätigt wird. Zusätzlich können der Motor A 56 oder der Motor B 72 in verschiedenen Betriebsmodi des Getriebes jeweils als Elektromotoren arbeiten, was jeweils als MA, MB bezeichnet ist, und Motor A 56 kann als Generator arbeiten, was als GA bezeichnet ist. Ein erster Modus oder Zahnradstrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 betätigt wird, um das äußere Zahnradelement 46 des dritten Planetenradsatzes 28 "auf Masse zu legen". Ein zweiter Modus oder Zahnradstrang wird gewählt, wenn die Drehmomentübertragungseinrichtung 70 gelöst wird und die Drehmomentübertragungseinrichtung 62 gleichzeitig betätigt wird, um die Welle 60 mit dem Träger 52 des dritten Planetenradsatzes 28 zu verbinden. Andere Faktoren außerhalb des Schutzumfangs der Erfindung beeinflussen, wann die Elektromotoren 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht weiter besprochen.
Das Steuersystem, das in 2 gezeigt ist, ist betreibbar, um einen Bereich von Getriebeabtriebsdrehzahlen N_O der Welle 64 von relativ langsam bis relativ schnell innerhalb jedes Betriebsmodus bereitzustellen. Die Kombination von zwei Modi mit einem Abtriebsdrehzahlbereich von langsam bis schnell in jedem Modus 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 Motoren/Generatoren 56 und 72 gesteuert werden. Nachstehend werden bestimmte Betriebsbereiche beschrieben, bei denen feste Verhältnisse 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 festes Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl des Getriebes, d.h. N_I/N_O, erreicht. Die Rotationen der Motoren/Generatoren 56, 72 hängen von der internen Rotation des Mechanismus ab, wie sie durch das Kuppeln definiert ist, und sind proportional zu der Antriebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 bestimmt oder gemessen wird. Die Motoren/Generatoren fungieren 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 in dem festen Verhältnis 1 die Bewegungsleistung, die von dem Getriebe an die Welle 64 ausgegeben wird, durch Leistung von der Maschine und Leistung von den Motoren A und B durch den Planetenradsatz 28 bereitgestellt wird, indem Leistung von der Energiespeichereinrichtung 74 aufgenommen wird.
Der Getriebetriebsmodus kann zwischen einem Betrieb mit festem Verhältnis und einem Modus-Betrieb umgeschaltet werden, indem eine der zusätzlichen Kupplungen während des Betriebes in Modus I oder Modus II aktiviert oder deaktiviert wird. Die Bestimmung des Betriebes in einem festen Verhältnis oder Modus-Steuerung erfolgt durch Algorithmen, die durch das Steuersystem ausgeführt werden, und liegt außerhalb des Schutzumfangs dieser Erfindung.
Die Betriebsmodi können das Betriebsverhältnis überlappen und die Auswahl hängt wieder von der Fahrereingabe und von der Antwort des Fahrzeugs auf diese Eingabe ab. BEREICH 1 fällt vorwiegend in den Betrieb von Modus I, wenn die Kupplungen C1 70 und C4 75 eingerückt sind. BEREICH 2 fällt in den Modus I und den Modus II, wenn die Kupplungen C2 62 und C1 70 eingerückt sind. Ein dritter Bereich mit festem Verhältnis ist primär während des Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C4 75 eingerückt sind, und ein vierter Bereich mit festem Verhältnis ist während des Modus II verfügbar, wenn die Kupplungen C2 62 und C3 73 eingerückt sind. Es ist anzumerken, dass sich Betriebsbereiche für den Modus I und den Modus II typischerweise signifikant überlappen.
Die Ausgangsleistung des vorstehend beschriebenen beispielhaften Antriebsstrangsystems ist aufgrund von mechanischen und Systemgrenzen eingeschränkt. Die Abtriebsdrehzahl N_O des Getriebes, die an der Welle 64 gemessen wird, ist aufgrund von Begrenzungen der Maschinenabtriebsdrehzahl N_E, die an der Welle 18 gemessen wird, und der Getriebeantriebsdrehzahl N_I, die an der Welle 12 gemessen wird, und Drehzahlbegrenzungen der Elektromotoren A und B, die als +/-N_A, +/-N_B bezeichnet werden, begrenzt. Das Abtriebsdrehmoment T_O des Getriebes 64 ist aufgrund von Begrenzungen des Maschinenantriebsdrehmoments T_E und des Antriebsdrehmoments T_I, das an der Welle 12 nach dem Dämpfer 20 für transientes Drehmoment gemessen wird, und Drehmomentbegrenzungen (T_{A_MAX}, T_{A_MIN}, T_{B_MAX}, T_{B_MIN}) der Motoren A und B 56, 72 ähnlich begrenzt.
In 3 ist eine Ausführungsform einer Architektur für ein Steuersystem zum Steuern des Antriebsstrangsystems der 1 und 2 gezeigt. Das Antriebsstrangsystem umfasst vorzugsweise eine Brennkraftmaschine 14 und Elektromotoren, d.h. Motor A, B, 56, 72, die funktional mit einem kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebe 10 gekoppelt sind, um einem Fahrzeug Bewegungsdrehmoment zu verleihen. Die verschiedenen Einrichtungen und Prozessoren sind signaltechnisch über zwei Hochgeschwindigkeits-Doppeldraht-Local-Area-Network-(LAN)-Busse, die einen Fahrzeugbus 106 und einen Hybridbus 107 umfassen, verbunden. Es gibt auch einen Niedergeschwindigkeits-LAN-Bus 108, der signaltechnisch mit einem Montageband-Diagnoseanschluss (ALDL von assembly line diagnostics link) 136 verbunden ist, der mit einer fernen Einrichtung 138 verbindbar ist, die Einrichtungen wie Computer und Handheld-Diagnosewerkzeuge umfasst, die von Technikern der Fertigungsstätte und Servicetechnikern verwendet werden, um mit dem Steuersystem des Fahrzeugs zu kommunizieren. Der ALDL 136 ist auch vorzugsweise signaltechnisch mit dem Fahrzeugbus 106 verbunden.
Die folgenden Einrichtungen sind signaltechnisch über den Fahrzeugbus 106 verbunden: TCM 17, optionales Verteilergetriebesteuermodul (TCCM von Transfer Case Control Module) 118, wenn das Fahrzeugsystem ein Fahrzeug mit Hinterradantrieb umfasst; optionales elektrisches Hinterachsenantriebsmodul (ERDM von Electric Rear Axle Drive Module) 116, wenn das Fahrzeugsystem ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb umfasst; ECM 23; TPIM 19, das eine einzige Controller-Einrichtung aufweist, die HCP 5, MCPA 33, MCPB 22 umfasst; Kraftstoffsystem-Steuermodul (FSCM von Fuel System Control Module) 132; Echtzeit-Dämpfungsmodul (RTDM von Real-time Damping Module) 130, Fern-Kommunikationseinrichtung 128; elektronisches Bremsensteuermodul (EBCM von Electronic Brake Control Module) 126, elektrische Hilfskraftlenkung (EPS von Electric Power Steering) 124; Batteriepaket-Steuermodul (BPCM von Battery Pack Control Module) 21; Kommunikations-Gateway-Modul (CGM von Communication Gateway Module) 122; Karosseriesteuermodul (BCM von Body Control Module) 120.
Die folgenden Einrichtungen sind signaltechnisch über den Hybridbus 106 verbunden: ECM 23; TPIM 19, das HCP 5, MCPA 33, MCPB 22 umfasst; Trägheitssensor-Steuermodul (ISCM von Inertial Sensor Control Module) 134; Nebenaggregat-Leistungsmodul (APM von Accessory Power Module) 114; optionales elektrisches Hinterachsantriebsmodul (ERDM von Electric Rear Axle Drive Module) 116, wenn das Fahrzeugsystem ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb umfasst; Kommunikations-Gateway-Modul (CGM von Communication Gateway Module) 122; elektronisches Bremsensteuermodul (EBCM von Electronic Brake Control Module) 126.
Das TPIM 19, das die einzige Controller-Einrichtung HCP 5, MCPA 33, MCPB 22 umfasst, umfasst vorzugsweise einen einzigen integrierten Schaltkreis, der die Prozessoreinrichtungen für den HCP, den MCPA und den MCPB umfasst. Es gibt einen ersten seriellen Peripherieschnittstellenbus (SPI von Serial Peripheral Interface bus) 110 zwischen dem HCP und MCPA, und einen zweiten SPI-Bus 110 zwischen dem HCP und MCPB. Jeder SPI-Bus umfasst ein synchrones serielles Voll-Duplex-Datenübertragungssystem, das eine direkte Kommunikation zwischen den Einrichtungen erlaubt, wobei der HCP, als ein Hauptvorrichtung, betreibbar ist, um Vorrichtungssteuerdaten direkt an den MCPA oder den MCPB zu übermitteln. Der System-Controller HCP 5 kommuniziert direkt signaltechnisch einzeln mit dem MCPA 33 und dem MCPB 22 über den ersten und zweiten SPI-Bus 110, wodurch eine Hochgeschwindigkeitskommunikation zwischen den Einrichtungen erreicht wird, ohne auf eine Kommunikation zu warten, die über den Fahrzeugbus 106 oder den Hybridbus 107 erfolgt. Spezifische Details der SPI-Kommunikation sind dem Fachmann bekannt und werden hierin nicht ausführlich besprochen. In dieser Ausführungsform werden Nachrichten typischerweise von dem HCP an den MCPA und den MCPB über den Fahrzeugbus 106 und den Hybridbus 107 alle 6,25 Millisekunden Schleifendauer gesendet.
In 4 sind nun zusätzliche Details der Architektur für das Steuersystem zum Steuern des Antriebsstrangsystems der 1 und 2 gezeigt. Die in 4 gezeigten Einrichtungen, die gemeinsame Bezugszeichen mit den 1, 2 und 3 haben, umfassen die gleichen oder analogen Einrichtungen. 4 zeigt detaillierter eine besondere Anordnung von Einrichtungen und Modulen und betont die Nachrichtenübertragungssysteme zwischen den Steuereinrichtungen und verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangsystems und des Fahrzeugsystems. Das Antriebsstrangsystem umfasst vorzugsweise die Brennkraftmaschine 14 und die Elektromotoren, d.h. Motoren A, B, 56, 72, die funktional mit dem kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebe 10 gekoppelt sind, um dem Fahrzeug 1 Bewegungsdrehmoment zu verleihen. Das Steuersystem umfasst mehrere Steuereinrichtungen, die signaltechnisch über zwei Hochgeschwindigkeits-Doppeldraht-Local-Area-Network-(LAN)-Busse, die den Fahrzeugbus 106 und den Hybridbus 107 umfassen, verbunden sind.
Das Steuersystem für das Antriebsstrangsystem umfasst vorzugsweise die folgenden Steuereinrichtungen: ECM 23; TPIM 19, das eine einzige Controller-Einrichtung aufweist, die HCP 5, MCPA 33 und MCPB 22 umfasst; TCM 17; und APM 114. Der Fahrzeugbus 106 stellt ein erstes Nachrichtenübertragungssystem zwischen ECM 23, HCP 5, MCPA 33, MCPB 22, TCM 17 sowie Fahrzeug 1 und BPCM 21 bereit. Der Hybridbus 107 stellt ein zweites Nachrichtenübertragungssystem zwischen ECM 23, HCP 5, MCPA 33, MCPB 22 und APM 114 bereit.
Das beispielhafte System sorgt für eine direkte elektrische Signalverbindung zwischen verschiedenen Elementen des Antriebsstrangsystems und spezifischen Steuereinrichtungen, um eine Übermittlung von Information außerhalb normaler Kanäle, die durch den Fahrzeugbus 106 und den Hybridbus 107 gewährt wird, vorzugsweise durch eine schnellere Aktualisierungsrate zu ermöglichen. Dies ermöglicht eine verbesserte Systemsteuerung. Das ECM 23 ist direkt mit der Maschine 14 über die mehreren diskreten Leitungen verbunden, die gemeinsam als Sammelleitung 35 gezeigt sind. Eine dieser Leitungen ist separat von der Sammelleitung 35 gezeigt und umfasst ein Drahtkabel, das eine Signalleitung 45 von Maschinenkurbelpositionssensor 11 ist. Die Signalleitung 45 von dem Maschinenkurbelpositionssensor 11 ist direkt parallel zu dem HCP 5 verdrahtet, um eine direkte Signalinformation von dem Kurbelpositionssensor 11 für den HCP 5 für eine verbesserte Systemsteuerung bereitzustellen. Das ECM 23 ist vorzugsweise darüber hinaus direkt mit dem Fahrzeug 1 über Sammelleitung 201 verbunden, um die Kühlmitteltemperatur, den Kühlmittelstand und einen Haubenschalter zu überwachen und eine Steuerung von einer oder mehreren Kühlmittelströmungspumpen zu steuern. Der HCP 5 ist vorzugsweise darüber hinaus direkt mit dem BPCM 21 über Sammelleitungen 203 verbunden, um Batterieschütze zu steuern und ein Hochspannungs-Verriegelungsschutzsystem auszuführen und somit die Gefahr Hochspannungspegeln ausgesetzt zu werden, zu vermeiden. Der HCP ist vorzugsweise direkt mit dem Getriebe 10 über Sammelleitung 205 verbunden, um redundante Eingänge von dem PRNDL-Sensor zu besitzen und eine Steuerung für eine elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe (die nicht gezeigt ist) bereitzustellen, die betreibbar ist, um Hydraulikdruckfluid an den Hydraulikkreis des Getriebes 10 zu liefern. Die Sammelleitung 205 umfasst ein dediziertes Drahtkabel zwischen dem HCP 5 und der Zusatzhydraulikpumpe, um eine direkte Steuerung von dem HCP 5 für die elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe bereitzustellen. Der HCP ist in der Lage, die Zusatzhydraulikpumpe über das dedizierte Drahtkabel direkt zu betätigen.
Das TCM 17 ist vorzugsweise direkt mit dem Getriebe 10 über mehrere diskrete Leitungen verbunden, die gemeinsam als Sammelleitung 41 gezeigt sind. Das APM 114 ist vorzugsweise direkt mit einem elektrischen 12/42 V_DC-System 115 über mehrere diskrete Leitungen verbunden, die gemeinsam als Sammelleitung 207 gezeigt sind, um ein elektrisches Laden einer 12 V_DC-Batterie bereitzustellen, um den Betrieb eines 42 V_DC-Systems zu regeln, und eine Unterstützung bei Starthilfe bereitzustellen. Der HCP 5 ist direkt mit dem MCPA und MCPB über einen ersten und zweiten SPI-Bus 110 verbunden.
Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen daran beschrieben worden. Weitere Abwandlungen und Veränderungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Alle derartigen Abwandlungen und Veränderungen, insoweit sie in den Schutzumfang der Erfindung fallen, sollen miteingeschlossen sein.

Claims

Steuervorrichtung für ein Antriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine und ein Paar Elektromotoren umfasst, die jeweils funktional mit einem kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebe gekoppelt sind, umfassend: eine erste Steuereinrichtung, die einen System-Controller und einen ersten und zweiten Motorsteuerprozessor umfasst; wobei der System-Controller betreibbar ist, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über einen ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus, einen zweiten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus und einen ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren; und wobei der erste und zweite Motorsteuerprozessor betreibbar sind, um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie auf der Basis eines Einganges von dem System-Controller zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine zweite Steuereinrichtung, die betreibbar ist, um die Brennkraftmaschine zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst, dass die zweite Steuereinrichtung betreibbar ist, um Befehle von dem System-Controller auszuführen, um die Brennkraftmaschine zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die zweite Steuereinrichtung, die betreibbar ist, um Befehle von dem System-Controller auszuführen, um die Brennkraftmaschine zu steuern, ferner betreibbar ist, um ein Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine dritte Steuereinrichtung, die betreibbar ist, um eine Betätigung mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen des kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebes zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, die ferner umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um mit der zweiten und dritten Steuereinrichtung über den ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus zu kommunizieren.
Steuervorrichtung nach Anspruch 6, die ferner umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um mit einer Benutzerschnittstellenvorrichtung über den ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus zu kommunizieren.
Steuervorrichtung nach Anspruch 7, die ferner umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um zu bestimmen: ein befohlenes Ausgangsdrehmoment für die Brennkraftmaschine; befohlene Ausgangsdrehmomente für jeden der Elektromotoren; und befohlene Drehmomente für die mehreren Drehmomentübertragungskupplungen des Getriebes, wobei jedes befohlene Aus gangsdrehmoment auf einer Bedienereingabe beruht, die unter Verwendung der Benutzerschnittstelle bestimmt wird.
Steuervorrichtung nach Anspruch 5, die ferner umfasst, dass der System-Controller betreibbar ist, um elektrische Zusatzleistung zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste und zweite Motorsteuereinrichtung über den ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Antriebsstrangsystem ferner umfasst, dass die Brennkraftmaschine einen Kurbelpositionssensor aufweist, wobei die Steuervorrichtung ferner umfasst, dass der Kurbelpositionssensor signaltechnisch verbunden ist mit: der zweiten Steuereinrichtung unter Verwendung eines dedizierten elektrischen Kabels; und dem System-Controller der ersten Steuereinrichtung unter Verwendung eines dedizierten elektrischen Kabels.
Steuervorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Antriebsstrangsystem ferner umfasst, dass das kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Getriebe eine elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe aufweist, wobei die Steuervorrichtung ferner umfasst, dass: der System-Controller betreibbar ist, um die elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe unter Verwendung eines damit verbundenen dedizierten elektrischen Kabels zu steuern.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der System-Controller betreibbar ist, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über den ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren, und betreibbar ist, um direkte Verbindungen mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor zu bewirken.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste und zweite Motorsteuerprozessor betreibbar sind, um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie auf der Basis eines Einganges von dem System-Controller zu steuern, und ferner betreibbar sind, um elektrische Energie, die in der Speichereinrichtung für elektrische Energie gespeichert ist, auf die Elektromotoren zur Umwandlung in Bewegungsdrehmoment zu übertragen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste und zweite Motorsteuerprozessor betreibbar sind, um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie auf der Basis eines Einganges von dem System-Controller zu steuern, und ferner betreibbar sind, um elektrische Energie, die durch die Elektromotoren erzeugt wird, auf die Speichereinrichtung für elektrische Energie zu übertragen.
Erzeugnis für einen Antriebsstrang, der ein Paar Elektromotoren umfasst, die jeweils betreibbar sind, um elektrische Energie in Bewegungsdrehmoment umzuwandeln, das auf ein elektromechanisches Getriebe übertragen wird, umfassend: eine Steuereinrichtung, die einen System-Controller und einen ersten und zweiten Motorsteuerprozessor umfasst; wobei der System-Controller betreibbar ist, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über einen ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren; und wobei der erste und zweite Motorsteuerprozessor betreibbar sind, um einen Fluss elektrischer Energie zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie auf der Basis eines Einganges von dem System-Controller zu steuern.
Erzeugnis nach Anspruch 16, wobei der System-Controller darüber hinaus betreibbar ist, um mit dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor über einen ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus, einen zweiten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbus und den ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbus zu kommunizieren.
Erzeugnis nach Anspruch 17, wobei das elektromechanische Getriebe ein kombiniert leistungsverzweigtes, elektromechanisches Two-Mode-Getriebe mit mehreren Drehmomentübertragungskupplungen umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 18, wobei: das elektromechanische Getriebe eine elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe umfasst; und der System-Controller betreibbar ist, um die elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikpumpe unter Verwendung eines direkt damit verbundenen dedizierten elektrischen Kabels zu steuern.
Erzeugnis nach Anspruch 19, wobei das Antriebsstrangsystem ferner eine Brennkraftmaschine umfasst, die einen Kurbelpositionssensor aufweist, wobei der Kurbelpositionssensor signaltechnisch mit dem System-Controller der ersten Steuereinrichtung unter Verwendung eines ersten dedizierten elektrischen Kabels verbunden ist, und signaltechnisch mit einer Maschinensteuereinrichtung unter Verwendung eines zweiten dedizierten elektrischen Kabels verbunden ist.
Verfahren zum Steuern eines Antriebsstrangs, der einen System-Controller und einen ersten und zweiten Motorsteuerprozessor umfasst, die betreibbar sind, um ein Paar Elektromotoren zu steuern, wobei der erste und zweite Motorsteuerprozessor betreibbar sind, um einen Fluss elektrischer Leistung zwischen dem Paar Elektromotoren und einer Speichereinrichtung für elektrische Energie zu steuern, wobei das Verfahren umfasst, dass: zwischen dem System-Controller und einem jeden von dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor unter Verwendung eines ersten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbusses kommuniziert wird, zwischen dem System-Controller und einem jeden von dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor unter Verwendung eines zweiten Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsbusses kommuniziert wird, und zwischen dem System-Controller und dem ersten und zweiten Motorsteuerprozessor unter Verwendung eines ersten und zweiten seriellen Peripherieschnittstellenbusses kommuniziert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst, dass: Befehle ausgeführt werden, die von dem System-Controller an eine zweite Steuereinrichtung übermittelt werden, die betreibbar ist, um eine Brennkraftmaschine zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Antriebsstrangsystem ferner umfasst, dass die Brennkraftmaschine und das Paar Elektromotoren jeweils betreibbar sind, um einem kombiniert leistungsverzweigten, elektromechanischen Two-Mode-Getriebe Bewegungsdrehmoment zu verleihen, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: ein Signalausgang von einem Kurbelpositionssensor der Brennkraftmaschine direkt an eine zweite Steuereinrichtung übermittelt wird; und der Signalausgang von dem Kurbelpositionssensor der Brennkraftmaschine direkt an den System-Controller übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das kombiniert leistungsverzweigte, elektromechanische Two-Mode-Getriebe ferner eine elektrisch beaufschlagte Zusatzhydraulikfluidpumpe umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass: die Zusatzhydraulikfluidpumpe unter Verwendung eines Ausgangssignals gesteuert wird, das direkt von dem System-Controller übermittelt wird.