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Dokumentenidentifikation DE102004002704A1 12.08.2004
Titel Steuerung für ein Hybridfahrzeug
Anmelder Suzuki Motor Corp., Hamamatsu, Shizuoka, JP
Erfinder Itoh, Yoshiki, Hamamatsu, Shizuoka, JP;
Mori, Tatsuji, Hamamatsu, Shizuoka, JP;
Noda, Norihiro, Hamamatsu, Shizuoka, JP
Vertreter DTS München Patent- und Rechtsanwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 19.01.2004
DE-Aktenzeichen 102004002704
Offenlegungstag 12.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.08.2004
IPC-Hauptklasse B60K 41/00
IPC-Nebenklasse B60K 41/28   
Zusammenfassung Eine Steuerung für ein Hybridfahrzeug, bei welchem das Drehmoment von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor ausgegeben wird und über einen Fluiddrehmomentwandler und eine Übertragung an Antriebsräder übertragen wird. Die Steuerung umfasst einen Motorabgabedrehmomentbegrenzer, um das Abgabedrehmoment des Elektromotors zu begrenzen, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler erhöhte Drehmoment nicht ein erlaubtes Drehmoment überschreitet, welches für die Übertragung zum Empfang annehmbar ist, wenn der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor betrieben wird.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Hybridfahrzeug, und insbesondere ein Fahrzeugantriebssystem, bei welchem ein elektrischer Motor mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbunden ist und die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors unterstützt, und die Steuerung für das Hybridfahrzeug das Unterstützungsdrehmoment in Kombination mit einer mit einem Fluiddrehmomentwandler ausgestatteten automatischen Übertragung steuert.

Bei Fahrzeugen gibt es ein Hybridfahrzeug, bei welchem ein durch die Verbrennung von Treibstoff angetriebener Verbrennungsmotor direkt mit einem durch elektrische Energie angetriebenen und eine Energieerzeugungsfunktion aufweisenden Elektromotor verbunden ist. Bei diesem Hybridfahrzeug wird ein Drehmoment durch den Verbrennungsmotor und/oder den Elektromotor ausgegeben, und wird über einen Fluiddrehmomentumwandler und eine Übertragung an Fahrzeugantriebsräder übertragen. Das heißt, bei dem Fahrzeugantriebssystem unterstützt der mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Verbindung stehende Motor die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors, und eine Steuerung steuert das Unterstützungsdrehmoment in Kombination mit der mit dem Fluiddrehmomentwandler ausgestatteten automatischen Übertragung.

Herkömmlicherweise ist das Hybridfahrzeug nicht nur mit dem Verbrennungsmotor, sondern auch mit dem Elektromotor (hier "Motor") versehen, um die Treibstoffeffizienz zu erhöhen (siehe offengelegte JP-Anmeldung Nr. H09-84210 und offengelegte JP-Anmeldung Nr. 2000-197209). Bei diesem Hybridfahrzeug unterstützt der Motor das Antriebsdrehmoment, wenn die Belastung des Verbrennungsmotors hoch ist, oder das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers hoch ist, wohingegen der Motor das Antriebsdrehmoment nicht unterstützt, wenn die Belastung des Verbrennungsmotors gering ist, oder das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers gering ist, so dass der Motor oft in einem Bereich betrieben wird, in dem die Effizienz des Verbrennungsmotors relativ hoch ist.

Jedoch bestehen einige Probleme, wenn der Motor das Antriebsdrehmoment unter einer Bedingung unterstützt, bei welcher die Belastung des Verbrennungsmotors hoch ist oder das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers hoch ist.

Das heißt, unter einer Bedingung, bei welcher die Belastung des Verbrennungsmotors hoch ist, wird das Drehmoment, welches die automatische Übertragung empfängt, das heißt, das Übertragungseingangsdrehmoment, groß. Wie es in 7 gezeigt ist, wenn das Verhältnis "e" zwischen Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeiten des Drehmomentwandlers (Turbinenrotationsgeschwindigkeit/Pumprotationsgeschwindigkeit) klein ist, wird das Übertragungseingangsdrehmoment wegen der Tatsache größer, dass das Drehmoment vor dem Kupplungspunkt durch den Drehmomentwandler multipliziert wird. Mit anderen Worten wird die Effizienz "n" des Drehmomentwandlers wegen der Bewegung eines Stators erhöht, wodurch das Drehmomentverhältnis "t" erhöht wird. Wenn der elektrische Motor den Verbrennungsmotor unter dieser Bedingung unterstützt, kann das Übertragungseingangsdrehmoment einen erlaubten Wert oder Kapazität überschreiten, wodurch die Lebensdauer der automatischen Übertragung verringert wird.

Um dieses Problem zu umgehen, ist das Fahrzeug typischerweise mit einer automatischen Übertragung versehen, welche einen hohen erlaubten Wert oder Kapazität zum Empfang des Eingangsdrehmomentes aufweist. Jedoch, je höher die erlaubte Kapazität für das Eingangsdrehmoment, desto schwerer und größer wird die automatische Übertragung, und desto größer ist der Drehmomentverlust wegen der Reibung in der automatischen Übertragung, was für die Verbesserung der Treibstoffeffizienz von Nachteil ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die oben erwähnten Nachteile zu umgehen oder zu minimieren, stellt die vorliegende Erfindung eine Steuerung für ein Hybridfahrzeug bereit, in welchem das Drehmoment von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor ausgegeben wird, und über einen Fluiddrehmomentwandler und eine Übertragung an Antriebsräder übertragen wird. Die Steuerung umfasst einen Motorausgangsdrehmomentbegrenzer, um das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors zu beschränken, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler erhöhte Drehmoment eine erlaubte Drehmomentmenge nicht übersteigt, welche zum Empfang für die Übertragung annehmbar ist, wenn der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor betrieben wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung begrenzt der Motorabgabebegrenzer das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler erhöhte Drehmoment nicht die Drehmomentmenge übersteigt, welche es der Übertragung zu empfangen erlaubt ist, wenn der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor betrieben wird. Dies vermeidet eine Erhöhung des Gewichts der Übertragung und Reibung, welche durch Erhöhung der erlaubten Eingangsdrehmomentkapazität begleitet wird, und verbessert folglich die Lebensdauer der automatischen Übertagung und erhöht die Flexibilität bei der Wahl der Kombination des Verbrennungsmotors und des Motors in Bezug zur Übertragung. Auch kann das Fahrzeug mit einer automatischen Übertragung versehen werden, welche eine kleinere erlaubte Eingangsdrehmomentkapazität aufweist, so dass das Gewicht und die Dimensionen und die Reibungsdrehmomentverluste klein sind, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern.

1 ist ein Flussdiagramm zur Steuerung eines Hybridfahrzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist ein Blockdiagramm eines Motorabgabebegrenzers.

3 ist ein Zeitdiagramm der Steuerung des Hybridfahrzeuges.

4 ist eine Berechnungstabelle für ein Grundunterstützungsdrehmoment.

5 ist eine Berechnungstabelle für einen Korrekturkoeffizienten zur Unterstützungsdrehmomentverringerung.

6 ist ein systematisches Diagramm der Steuerung für das Hybridfahrzeug.

7 ist eine Leistungskurve des herkömmlichen Drehmomentwandlers.

Ausführliche Beschreibung

Die 1 bis 6 veranschaulichen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

6 zeigt einen auf ein Hybridfahrzeug (nicht dargestellt) montierten Verbrennungsmotor 2, einen Elektromotor (Unterstützungsmotor) 4 in Verbindung mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 2, eine automatische Übertragung 6, ein Differential 8, Antriebswellen 10, Fahrzeugantriebsräder 12, eine Batterie 14, und eine Steuerung 16. Der Verbrennungsmotor 2 wird durch die Verbrennung von Treibstoff angetrieben. Der Elektromotor 4 wird durch elektrische Energie angetrieben und wirkt auch als Generator. Die automatische Übertragung umfasst 6 einen Fluiddrehmomentwandler 18 und einen Gangwechselabschnitt (Getriebeabschnitt) 20. Dieser Fluiddrehmomentwandler 18 umfasst eine Pumpe, einen Stator und eine Turbine, die nicht gezeigt sind. Das Drehmoment wird von der Pumpenseite zu der Turbinenseite der Übertragung hin multipliziert und übertragen.

Die Steuerung 16 überträgt die Drehmomentabgabe vom Verbrennungsmotor 2 und/oder Motor 4 durch die automatische Übertragung 6, welche den Fluiddrehmomentwandler 18 und den Getriebeabschnitt 20 aufweist, an die Antriebsräder 12.

Die Batterie 14 ist über einen Inverter 22 mit dem Elektromotor 4 verbunden.

Der Verbrennungsmotor 2 ist mit einem Treibstoffeinspritzventil 24 in Verbindung mit einem Steuermittel (elektronisches Steuerungsmodul EMC) 26 ausgestattet. Dieses Steuermittel 26 ist mit dem Inverter 22 verbunden, um den Motor 4 mit dem Drehmomentbefehl zu versorgen, und empfängt auch Signale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 28 zur Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Verbrennungsmotorgeschwindigkeitssensor 30 zur Erfassung der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit, dem Turbinengeschwindigkeitssensor 32, um eine Rotationsgeschwindigkeit einer Turbine des Fluiddrehmomentwandlers 18 zu erfassen, einem Drosselsensor 34 zur Erfassung des Öffnungswinkels einer Drossel, einem Bremsschalter 36 zur Erfassung eines Zustandes, in welchem ein Bremspedal (nicht dargestellt) gedrückt ist, und einem Schalthebelstellungsschalter 38, um die Stellung eines Schalthebels (nicht dargestellt) für die Übertragung zu erfassen.

Das Steuermittel 26 umfasst einen "Motorabgabebegrenzer" 40, welcher das Ausgangsdrehmoment des Elektromotors 4 derart begrenzt, dass, wenn der Elektromotor 4 zusätzlich zum Verbrennungsmotor 2 betrieben wird, das durch den Fluiddrehmomentwandler 18 erhöhte Drehmoment ein erlaubtes Eingangsdrehmoment, welches der Getriebeabschnitt 20 in der automatischen Übertragung 6 empfangen kann, nicht überschreitet.

Wie es in 2 gezeigt ist, umfasst der Motorabgabebegrenzer 40 einen "Grundunterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt" 40A, einen "Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizientenberechnungsabschnitt" 40B, und einen "Unterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt" 40C. Insbesondere berechnet der Grundunterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt 40A anhand des Drosselwinkels ein Grundunterstützungsdrehmoment oder Grundausgangsdrehmoment des Elektromotors 4. Der Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizientenberechnungsabschnitt 40B berechnet den Korrekturkoeffizienten oder Faktor, welcher das Unterstützungsdrehmoment oder Ausgangsdrehmoment basierend auf der Turbinenrotationsgeschwindigkeit der Turbine des Fluiddrehmomentwandlers 18 verringert. Der Unterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt 40C berechnet ein Unterstützungsdrehmoment oder Ausgangsdrehmoment durch Korrigieren des Grundunterstützungsdrehmomentes oder Grundausgangsdrehmomentes durch den Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizienten.

In dem Grundunterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt 40A, beginnt, wie in 4 gezeigt, der Unterstützungsdrehmomentrichtwert beim Drosselwinkel TH1 sich zu erhöhen und verbleibt bei einem konstanten Wert A, beginnend beim Drosselwinkel TH2. In dem Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturfaktorberechnungsabschnitt 40B, beginnt, wie es in 5 gezeigt ist, ein Korrekturkoeffizient bei der Turbinenrotationsgeschwindigkeit TB1 sich zu erhöhen, und verbleibt bei Erreichen der Turbinenrotationsgeschwindigkeit TH2 bei einem Koeffizientenwert 1,0.

Der Betrieb der Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf das Flussdiagramm in 1 im Folgenden beschrieben.

Ein Steuerungsprogramm für den Motorabgabebegrenzer 40 startet beim Schritt 102. Der Motorabgabebegrenzer 40 empfängt Signale von verschiedenen Sensoren beim Schritt 104. Das Grundunterstützungsdrehmoment wird beim Schritt 106 berechnet. Der Korrekturkoeffizient zur Verringerung des Unterstützungsdrehmomentes wird beim Schritt 108 berechnet. Das Unterstützungsdrehmoment wird beim Schritt 110 durch Multiplizieren des Grundunterstützungsdrehmoments mit dem Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizienten berechnet. Schließlich kehrt das Programm beim Schritt 112 zurück.

Bezugnehmend auf 3, erhöht sich die Verbrennungsmotorgeschwindigkeit herkömmlicherweise stark, wie es durch die gestrichelte Linie angezeigt wird, wenn der Drosselwinkel zum Zeitpunkt t1 sich zu erhöhen anfängt. Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch erhöht sich die Verbrennungsmotorgeschwindigkeit allmählich, und die Turbinengeschwindigkeit, beim Zeitpunkt t2 startend, erhöht sich allmählich, wie es durch die durchgezogenen Linien angezeigt wird. In Bezug auf das Eingangsdrehmoment an einer Eingangsseite des Fluiddrehmomentwandlers, erhöht sich das Eingangsdrehmoment herkömmlicherweise in Kombination mit dem Verbrennungsmotordrehmoment und dem Motordrehmoment stark, wie es durch die gestrichelte Linie angezeigt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch, startend beim Zeitpunkt t4, erhöht sich das Eingangsdrehmoment in Kombination mit dem Verbrennungsmotordrehmoment und dem Motordrehmoment allmählich, nachdem die Drossel voll geöffnet ist (zum Zeitpunkt t3), wie es durch die durchgezogene Linie angezeigt wird. Herkömmlicherweise erhöht sich das Eingangsdrehmoment an einer Eingangsseite der automatischen Übertragung 6 stark und übersteigt den erlaubten Eingangsdrehmomentwert, wie es durch die gestrichelte Linie angezeigt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht sich das Übertragungseingangsdrehmoment allmählich und überschreitet nicht den erlaubten Eingangsdrehmomentwert, wie es durch die durchgezogene Linie in 3 angezeigt wird.

Bei dem Hybridfahrzeug mit dem Verbrennungsmotor 2 und dem Unterstützungsmotor 4 an der Eingangsseite der mit dem Fluiddrehmomentwandler 18 ausgestatteten automatischen Übertragung 6 kann als Ergebnis das Unterstützungsdrehmoment gemäß der Turbinengeschwindigkeit begrenzt werden, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler 18 erhöhte Übertragungseingangsdrehmoment nicht das erlaubte Drehmoment überschreitet. Dies vermeidet eine Erhöhung des Gewichtes der automatischen Übertragung und eine Erhöhung der Reibung, welche durch eine Erhöhung des erlaubten Eingangsdrehmomentwertes begleitet werden, und folglich wird die Lebensdauer der Übertragung verbessert. Dies erhöht auch die Flexibilität beim Auswählen der Kombination des Verbrennungsmotors 2 und des Motors 4 in Bezug zu der Übertragung. Auch kann das Fahrzeug eine automatische Übertragung montiert haben, welche einen geringeren erlaubten Eingangsdrehmomentwert aufweist, so dass das Gewicht und die Ausmaße und die Reibungsdrehmomentverluste gering sind, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern.

Zusätzlich umfasst der Motorabgabebegrenzer 40, wie es in 2 gezeigt ist, den Grundunterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt 40A, welcher anhand des Drosselwinkels das Grundunterstützungsdrehmoment oder Grundabgabedrehmoment des Elektromotors 4 berechnet, den Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizientenberechnungsabschnitt 40B, welcher den Korrekturkoeffizienten oder -faktor berechnet, welcher das Unterstützungsdrehmoment oder Abgabedrehmoment basierend auf der Turbinenrotationsgeschwindigkeit der Turbine des Fluiddrehmomentwandlers 18 verringert, und den Unterstützungsdrehmomentberechnungsabschnitt 40C, welcher das Unterstützungsdrehmoment oder Abgabedrehmoment durch Korrektur des Grundunterstützungsdrehmomentes oder Grundabgabedrehmomentes um den Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizienten berechnet. Das Unterstützungsdrehmoment wird durch Korrektur mit dem auf der Turbinengeschwindigkeit der Turbine des Fluiddrehmomentwandlers 18 basierenden Unterstützungsdrehmomentverringerungskorrekturkoeffizienten berechnet, und die Abgabe des Motors wird auf dieses berechnete Drehmoment begrenzt. Auch wenn Fluiddrehmomentwandler mit verschiedenen Eigenschaften benutzt werden, kann dementsprechend der Motorabgabebegrenzer 40 durch Änderung des Abgabedrehmomentverringerungskoeffizienten einfach mit den verschiedenen Drehmomentwandlern umgehen.

Im Übrigen ist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Unterstützungsdrehmoment basierend auf der Turbinengeschwindigkeit begrenzt. Um das gleiche Ergebnis zu erhalten, ist es lediglich nötig, das Unterstützungsdrehmoment zu begrenzen, so dass das Drehmoment, welches die automatische Übertragung empfängt, nicht den erlaubten Eingangsdrehmomentwert überschreitet. Zum Beispiel kann der Maximalwert des Unterstützungsdrehmomentes basierend auf dem anhand der Einlassluftmenge berechneten Verbrennungsmotordrehmoment und dem Drehmomentverhältnis zwischen den Rotationsgeschwindigkeiten des Fluiddrehmomentwandlers berechnet werden, und das Unterstützungsdrehmoment wird auf diesen berechneten Maximalwert eingestellt.

Auch kann der Verbrennungsmotor gesteuert werden, oder das Drehmoment des Drehmomentwandlers kann begrenzt werden, oder die Reibungseinrückelemente in dem Getriebeabschnitt der automatischen Übertragung können gleiten, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler erhöhte Drehmoment nicht das erlaubte Eingangsdrehmoment für die Übertragung überschreitet.

Wie folglich beschrieben, beschränkt der Motorabgabedrehmomentbegrenzer das Abgabedrehmoment des Elektromotors, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler erhöhte Drehmoment nicht das für die Übertragung erlaubte Eingangsdrehmoment überschreitet, wenn der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor betrieben wird. Dies vermeidet Erhöhungen im Übertragungsgewicht und in der Reibung, welche von einer Erhöhung der erlaubten Eingangsdrehmomentkapazität begleitet werden, und verbessert folglich die Lebensdauer der automatischen Übertragung und erhöht die Flexibilität beim Auswählen der Kombination des Verbrennungsmotors und des Motors in Bezug zu der Übertragung. Auch kann auf das Fahrzeug eine automatische Übertragung mit einem kleineren erlaubten Eingangsdrehmoment montiert werden, so dass das Gewicht und die Ausmaße und die Drehmomentverluste gering sind, um die Treibstoffeffizienz zu verbessern.

Obwohl eine besondere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Detail zu Veranschaulichungszwecken offenbart wurde, wird man anerkennen, dass Variationen oder Veränderungen der offenbarten Vorrichtung, umfassend die Neuanordnung von Bestandteilen, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen.


Anspruch[de]
  1. Steuerung für ein Hybridfahrzeug bei welchem das Drehmoment von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor ausgegeben wird und über einen Fluiddrehmomentwandler und eine Übertragung an Antriebsräder übertragen wird, wobei die Steuerung einen Motorabgabedrehmomentbegrenzer umfasst, um das Abgabedrehmoment des Elektromotors zu begrenzen, so dass das durch den Fluiddrehmomentwandler erhöhte Drehmoment ein erlaubtes Eingangsdrehmoment nicht überschreitet, welches für die Übertragung zum Empfang annehmbar ist, wenn der Elektromotor zusätzlich zum Verbrennungsmotor betrieben wird.
  2. Steuerung für das Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Motorabgabedrehmomentbegrenzer einen Grundabgabedrehmomentberechnungsabschnitt, einen Abgabedrehmomentverringerungskorrekturkoeffizientenberechnungsabschnitt, und einen Abgabedrehmomentberechnungsabschnitt umfasst, wobei der Grundabgabedrehmomentberechnungsabschnitt ein Grundabgabedrehmoment des Elektromotors berechnet, der Abgabedrehmomentverringerungskorrekturkoeffizientenberechnungsabschnitt den Korrekturkoeffizienten für die Abgabedrehmomentverringerung basierend auf der Turbinenrotationsgeschwindigkeit des Fluiddrehmomentwandlers berechnet, und der Abgabedrehmomentberechnungsabschnitt ein Abgabedrehmoment durch Korrektur des Grundabgabedrehmomentes durch den Korrekturkoeffizienten für die Abgabedrehmomentverringerung berechnet.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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