Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Hybridantriebsstrang-Steuersysteme, und im Besonderen die Ausführung von Getriebeschaltvorgängen.

Es sind verschiedene Hybrid-Antriebsstrangarchitekturen bekannt, um mit den Antriebs- und Abtriebsdrehmomenten von verschiedenen Antriebsmaschinen in Hybridfahrzeugen, üblicherweise Brennkraftmaschinen und elektrische Maschinen, umzugehen. Eine solche Hybridantriebsstrangarchitektur umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung (two-mode, compound-split, electromechanical transmission), das ein Antriebselement zur Aufnahme von Leistung von einer Antriebsmaschinen-Leistungsquelle und ein Abtriebselement zur Abgabe von Leistung von dem Getriebe benutzt. Ein erster und zweiter Motor/Generator sind funktional mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen der Speichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator auszutauschen. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, um den Austausch elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichereinrichtung und dem ersten und zweiten Motor/Generator zu regeln. Die Steuereinheit regelt auch den Austausch elektrischer Leistung zwischen dem ersten und zweiten Motor/Generator.

Ingenieure, die Antriebsstrangsysteme, die Getriebesysteme einschließen, implementieren, stehen vor der Aufgabe, Gangschaltschemata zu entwickeln. Eine fortwährende Herausforderung bei jedem Schaltschema ist es, ein Gangschaltereignis zu besitzen, das für einen Bediener wahrnehmbar aber nicht störend ist. Darüber hinaus müssen sich Konstrukteure der während des Kupplungsschlupfs erzeugten Wärmeenergie und der Auswirkung derartiger Wärmeenergie auf das Leistungsvermögen und die Haltbarkeit des Getriebes bewusst sein.

Daher besteht ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausführen eines synchronen Gangschaltens in einem Hybridgetriebe.

Um die vorstehend aufgeworfenen Probleme zu lösen, sind ein Verfahren und ein Fertigungsgegenstand vorgesehen, um einen synchronen Schaltvorgang von einem anfänglichen Gang zu einem abschließenden Gang in einem Getriebe eines Antriebsstrangsystems auszuführen. Das beispielhafte Antriebsstrangsystem umfasst mehrere Drehmoment erzeugende Einrichtungen, die jeweils betreibbar sind, um der Getriebevorrichtung und dem Fahrzeugendantrieb Bewegungsdrehmoment zuzuführen, und die beispielhafte Getriebevorrichtung umfasst ein hybrides elektromechanisches Getriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das vier feste Übersetzungsverhältnisse aufweist. Es gibt mehrere Zahnräder, die betreibbar sind, um Drehmoment zwischen der Getriebevorrichtung und einer Abtriebswelle unter Verwendung mehrerer Drehmomentübertragungseinrichtungen zu übertragen. Die Drehmoment erzeugenden Einrichtungen umfassen vorzugsweise ein Paar Elektromotoren/Generatoren und eine Brennkraftmaschine. Eine Drehmomentübertragung kann in der Form einer Übertragung von Bewegungsdrehmoment von einer der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen durch das Getriebe zu dem Fahrzeugendantrieb erfolgen. Eine Drehmomentübertragung kann in der Form der Übertragung von Raddrehmoment, das aus einem Fahrzeugmoment resultiert, durch das Getriebe zu einer der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen erfolgen, um Drehmoment zu übertragen und somit eine elektrische Energierückgewinnung unter Verwendung von einem der Elektromotoren/Generatoren zu bewirken, oder um Drehmoment zu der Brennkraftmaschine zu übertragen, um ein Motorbremsen zu bewirken. Der Fertigungsgegenstand umfasst ein Steuersystem, das zum Teil ein Speichermedium umfasst, in dem ein Computerprogramm codiert ist, um das Verfahren zu bewirken und das Schalten von dem anfänglichen Gang in den abschließenden Gang auszuführen. Das Steuersystem benutzt eingebettete Controller und führt Computerprogramme aus, um Befehle zum Steuern von Aktoren zu erzeugen und somit das gewünschte oder beabsichtigte Ergebnis zu erreichen.

Insgesamt umfasst das in dem Steuersystem ausgeführte Verfahren, dass das Getriebe in dem anfänglichen festen Übersetzungsverhältnis betrieben wird, das Getriebe in einem Modus-Betrieb betrieben wird und das Getriebe in dem abschließenden festen Übersetzungsverhältnis betrieben wird.

Ein Aspekt der Erfindung umfasst das Steuersystem, das betreibbar ist, um ein Reaktionsdrehmoment einer ersten Drehmomentübertragungseinrichtung, die den anfänglichen Gang aktiviert, zu vermindern, und die erste Drehmomentübertragungseinrichtung zu deaktivieren, wenn das Reaktionsdrehmoment kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Es stellt fest, dass die Drehzahl einer Antriebswelle für das Getriebe im Wesentlichen mit einer Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist, und betätigt die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung.

Die Erfindung umfasst ferner, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung betätigt wird, indem die Drehmomentkapazität der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erhöht wird; und ein Reaktionsdrehmoment der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erhöht wird.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass eine Drehmomentkapazität der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erhöht wird, indem eine Fluidströmung durch ein Hydrauliksystem befohlen wird, um die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung zu einem Zeitpunkt vor einem Zeitpunkt zu betätigen, zu dem die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen mit der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass auf der Basis einer Änderung der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung, und einer Ansprechzeit des Hydrauliksystems ein Zeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen mit der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass eine Drehmomentkapazität der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erhöht wird, indem ein Kupplungssteuersolenoid betätigt wird, das betreibbar ist, um die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung zu betätigen.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass dem Getriebe ein Bewegungsdrehmoment von dem ersten und dem zweiten Elektromotor zugeführt wird, das im Wesentlichen gleich dem Reaktionsdrehmoment ist; und die Drehmomentkapazität der ersten Drehmomentübertragungseinrichtung auf einen Drehmomentwert vermindert wird, der kleiner als ein vorbestimmter Reaktionsdrehmomentwert ist.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass auf der Basis einer Änderung einer Bedieneranforderung für Abtriebsdrehmoment von einem anfänglichen Gang in einen abschließenden Gang in dem Getriebe geschaltet wird.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass von einem anfänglichen Gang zu einem abschließenden Gang in dem Getriebe auf der Basis einer Änderung äußerer Bedingungen geschaltet wird.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass von einem anfänglichen Gang in einen abschließenden Gang in dem Getriebe auf der Basis einer Änderung einer Antriebsstrangdrehmomentanforderung geschaltet wird, die durch einen Controller-Befehl, den Betriebsmodus von einer der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen zwischen einem elektrische Energie erzeugenden Modus und einem Drehmoment erzeugenden Modus zu ändern, hervorgerufen wird, wenn die Drehmoment erzeugende Einrichtung einen Motor/Generator umfasst.

Ein Aspekt der Erfindung umfasst, dass von dem anfänglichen festen Übersetzungsverhältnis zu dem Modus-Betrieb übergegangen wird, wenn ein Reaktionsdrehmoment von einer der Drehmomentübertragungseinrichtungen, die das anfängliche feste Übersetzungsverhältnis herstellt, kleiner als ein vorbestimmter Reaktionsdrehmomentwert ist, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung, die das Reaktionsdrehmoment aufweist, das kleiner als der vorbestimmte Reaktionsdrehmomentwert ist, deaktiviert wird. Der vorbestimmte Reaktionsdrehmomentwert umfasst in der offenbarten Ausführungsform einen Drehmomentwert, der im Wesentlichen gleich einem Drehmomentwert von Null ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst, dass von einem Modus-Betrieb zu dem abschließenden festen Übersetzungsverhältnis übergegangen wird, wenn die Drehzahl einer Drehmomentübertragungseinrichtung, die für den Betrieb in dem abschließenden festen Übersetzungsverhältnis notwendig ist, im Wesentlichen mit einer Antriebsdrehzahl für das Getriebe synchronisiert ist.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass festgestellt wird, dass die Drehzahl einer Antriebswelle für das Getriebe im Wesentlichen mit einer Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist; und danach die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung betätigt wird.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass die zweite Drehmomentübertragungseinrichtung betätigt wird, was umfasst, dass eine Strömung von Hydraulikfluid zur Betätigung zu der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung befohlen wird, unmittelbar bevor festgestellt wird, dass die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen mit der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist. Dadurch wird die Drehmomentkapazität der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung ebenso wie das Reaktionsdrehmoment der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung erhöht.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass eine Strömung von Hydraulikfluid zur Betätigung zu der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung befohlen wird, unmittelbar bevor festgestellt wird, dass die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen mit der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist. Dies umfasst, dass die Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung überwacht wird. Das Steuersystem ist betreibbar, um auf der Basis einer Änderung der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung und einer Füllzeit eines Hydrauliksystems festzustellen, dass die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen mit der Drehzahl der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung synchronisiert ist.

Ein anderer Aspekt der Erfindung umfasst, dass ein Bewegungsdrehmoment, das dem Getriebe von dem ersten und zweiten Elektromotor zugeführt wird, im Anschluss an die Betätigung der zweiten Drehmomentübertragungseinrichtung verringert wird.

Diese und andere Aspekte der Erfindung werden Fachleuten beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen deutlich werden.

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 wird, und wobei:

1 ein schematisches Schaubild eines beispielhaften Antriebsstrangs gemäß der vorliegenden Erfindung ist;

2 ein schematisches Schaubild einer beispielhaften Architektur für einen Controller und Antriebsstrang gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und

3 ein beispielhafter Datengraph gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

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, (elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Modi, Verbund-Verzweigung und vier festen Verhältnissen), deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist, offenbart. Das beispielhafte elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das die Konzepte 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 direkt durch eine Maschine 14 angetrieben ist. 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 Kompressionszündungmotor, 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 bezeichnet werden kann und ein inneres Zahnradelement 32 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet wird. 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 wird und ein inneres Zahnradelement 40 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet wird. 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 wird und ein inneres Zahnradelement 48 umgibt, das allgemein als Sonnenrad bezeichnet wird. 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 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 verbunden ist. Somit sind die Träger 36 und 44 des ersten und zweiten Planetenradsatzes 24 bzw. 26 verbunden. 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 einem Endantrieb verbunden, der einen Getriebekasten 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 ein 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 Drehzahl 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 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 orientiert, wie etwa um die axial angeordnete Welle 60. Die Motoren/Generatoren 56 und 72 haben beide eine kreisringförmige 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 Planetenradsätze 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. Die hydraulische Betätigung wird unter Verwendung eines bekannten Hydraulikfluidkreises bewerkstelligt, der hierin nicht ausführlich beschrieben wird.

Das Hybridgetriebe 10 nimmt ein Bewegungsantriebsdrehmoment von mehreren Drehmoment erzeugenden Einrichtungen, die die Maschine 14 und die Motoren/Generatoren 56 und 72 umfassen, als ein Ergebnis einer Energieumwandlung aus Kraftstoff oder elektrischem Potenzial, das in einer Speichereinrichtung für elektrische Energie (ESD von Energy Storage Device) 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, Anwendungsaufgaben, die mit typischer Straßensteigung und Temperatur in Beziehung stehen, und Antriebsanforderungen, wie etwa Emissionen, Hilfskraft und elektrischer Bereich umfassen. Die ESD 74 ist mit einem Getriebestromumrichtermodul (TPIM von Transmission Power Inverter Module) 19 über Gleichstromleitungen oder Übertragungsleiter 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. 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. Das TPIM 19 umfasst das Paar Stromumrichter und jeweilige Motor-Controller, die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen.

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. Der Motor A 56 und Motor B 72 sind vorzugsweise Dreiphasen-Wechselstrommaschinen, und die Umrichter umfassen eine komplementäre Dreiphasen-Leistungselektronik.

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 Leistung 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 Hydraulik-/Getriebefluidpumpe und/oder Leistungsentnahmeeinheit (PTO-Unit von Power Take-Off Unit) befestigt sein, die entweder einzeln oder gemeinsam mit 88 bezeichnet sind und eine Nebenaggregatlast umfassen.

In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild 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, Fahreigenschaften und den Schutz von Bauteilen, die die Batterien der ESD 74 und Motoren 56, 72 einschließen. Die verteilte Controller-Architektur umfasst ein Maschinensteuermodul (ECM von Engine Control Module) 23, ein Getriebesteuermodul (TCM von Transmission Control Module) 17, ein Batteriepaketsteuermodul (BPCM von Battery Pack Control Module) 21 und ein Getriebestromumrichtermodul (TPIM von Transmission Power Inverter Module) 19. Ein Hybridsteuermodul (HCP von Hybrid Control Module) 5 liefert eine übergreifende Steuerung und Koordination der vorstehend erwähnten Controller. Es gibt eine Benutzerschnittstelle (UI von User Interface) 13, die wirksam mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, durch die ein Fahrzeugbediener typischerweise den Betrieb des Antriebsstrangs, der das Getriebe 10 umfasst, steuert oder anweist. Beispielhafte Fahrzeugbedienereingabevorrichtungen für die UI 13 umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, eine Getriebegangwähleinrichtung und eine Fahrzeugfahrtregelung. Jeder der vorstehend erwähnten Controller kommuniziert mit anderen Controllern, Sensoren und Aktoren über einen Bus 6 eines lokalen Netzes (LAN von Local Area Network). Der LAN-Bus 6 erlaubt eine strukturierte Kommunikation von Steuerparametern und Befehlen zwischen den verschiedenen Controller. Das besondere benutzte Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise ist ein Kommunikationsprotokoll der Standard J1939 der Society of Automotive Engineers. Der LAN-Bus und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Multi-Controller-Schnittstellenbildung zwischen den vorstehend erwähnten Controller und anderen Controller, die eine Funktionalität, wie etwa Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität, bereitstellen.

Das HCP 5 stellt eine übergreifende Steuerung des Hybrid-Antriebsstrangsystems bereit, wobei es dazu dient, einen Betrieb des ECM 23, des TCM 17, des TPIM 19 und BPCM 21 zu koordinieren. Auf der Basis verschiedener Eingangssignale von der UI 13 und dem Antriebsstrang erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle, umfassend: einen Maschinendrehmomentbefehl T_{E_CMD}; Kupplungsdrehmomentbefehle T_{CL_N_CMD} für die verschiedenen Kupplungen C1, C2, C3, C4 des Hybridgetriebes 10; und Motordrehmomentbefehle T_{A_CMD} und T_{B_CMD} für die Elektromotoren A bzw. B.

Das ECM 23 ist funktional mit der Maschine 14 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen bzw. eine Vielfalt von Aktoren der Maschine 14 über eine Vielzahl von diskreten Leitungen zu steuern, die gemeinsam als Sammellinie 35 gezeigt sind. 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 das HCP 5 übermittelt wird. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 derart gezeigt, dass es allgemein eine bidirektionale Schnittstelle mit der Maschine 14 über Sammelleitung 35 aufweist. Verschiedene andere Parameter, die von dem ECM 23 erfasst werden können, umfassen die Maschinenkühlmitteltemperatur, die Maschinenantriebsdrehzahl (N_E) einer zu dem Getriebe führenden Welle, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Aktoren, die von dem ECM 23 gesteuert werden können, umfassen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen, Zündmodule und Drosselklappensteuermodule.

Das TCM 17 ist funktional mit dem Getriebe 10 verbunden und fungiert, um Daten von einer Vielfalt von Sensoren zu beschaffen und Befehlssignale an das Getriebe zu liefern. Eingänge von dem TCM 17 in das HCP 5 umfassen geschätzte Kupplungsdrehmomente T_{CL_N_EST} für jede der Kupplungen C1, C2, C3 und C4 und eine Drehzahl N_O der Abtriebswelle 64. Andere Aktoren und Sensoren können verwendet werden, um zusätzliche Informationen von dem TCM an das HCP zu Steuerzwecken zu liefern.

Das BPCM 21 steht in Signalverbindung mit einem oder mehreren Sensoren, die betreibbar sind, um elektrische Strom- oder Spannungsparameter der ESD 74 zu überwachen und somit Informationen über den Zustand der Batterien an das HCP 5 zu liefern. Derartige Informationen umfassen den Batterieladezustand Bat_SOC und andere Zustände der Batterien, die die Spannung V_BAT und die verfügbare Leistung P_{BAT_MIN} und P_{BAT_MAX} umfassen.

Das Getriebestromumrichtermodul (TPIM) 19 umfasst ein Paar Stromumrichter und Motor-Controller die konfiguriert sind, um Motorsteuerbefehle zu empfangen und daraus Umrichterzustände zu steuern und somit eine Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionalität bereitzustellen. Das TPIM 19 ist betreibbar, um 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, das durch eine Bedienereingabe durch die UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Die vorbestimmten Drehmomentbefehle für die Motoren A und B, T_{A_CMD} und T_{B_CMD}, werden mit Motordämpfungsdrehmomenten T_{A_DAMP} und T_{B_DAMP} eingestellt, um Motordrehmomente T_A und T_B zu bestimmen, die durch das Steuersystem, einschließlich des TPIM 19, zum Steuern der Motoren A und B implementiert sind. Einzelne Motordrehzahlsignale N_A und N_B für Motor A bzw. Motor B werden jeweils von dem TPIM 19 aus den Motorphaseninformationen oder von herkömmlichen Rotationssensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen N_A und N_B an das HCP 5. Die Speichereinrichtung für elektrische Energie 74 ist an das TPIM 19 über Gleichstromleitungen 27 hochspannungs-gleichstromgekoppelt. Elektrischer Strom ist zu oder von dem TPIM 19 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 aufgeladen oder entladen wird.

Jeder der vorstehend erwähnten Controller ist vorzugsweise ein Vielzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, 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, und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung und -Einrichtungen (I/O) 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 vorzunehmen. Die Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des vorstehend erwähnten LAN 6 bewerkstelligt.

Algorithmen zur Steuerung und Zustandsschätzung in jedem der Controller 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 sind betreibbar, um Eingänge von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebes der jeweiligen Einrichtung unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen auszuführen. Die Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3, 6,25, 15, 25 und 100 Millisekunden während des andauernden Maschinen- und Fahrzeugbetriebes ausgeführt. Alternativ können Algorithmen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.

In Ansprechen auf eine Handlung des Bedieners, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen der überwachende HCP-Controller 5 und einer oder mehrere der anderen Controller das erforderliche Getriebeabtriebsdrehmoment T_O. Selektiv betriebene Komponenten des Hybridgetriebes 10 werden geeignet gesteuert und bedient, um auf die Bedieneranforderung zu antworten. Beispielsweise bestimmt das HCP 5 in der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform, wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal bedient, ein Abtriebsdrehmoment für das Getriebe, das beeinflusst, wie und wann das Fahrzeug beschleunigt oder verzögert. Eine abschließende Fahrzeugbeschleunigung wird durch andere Faktoren beeinflusst, die z. B. die Straßenlast, die Straßensteigung und die Fahrzeugmasse umfassen. Das HCP 5 überwacht die Parameterzustände der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen und bestimmt den Abtrieb des Getriebes, der 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 nachzukommen.

Das elektromechanische Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung 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 Tabelle 1 unten beschrieben werden. Tabelle 1 Betriebsmodus des Getriebes Betätigte 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 Betriebsmodi des Getriebes geben an, welche der spezifischen Kupplungen C1, C2, C3, 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 elektrischen Maschinen 56, 72 als Motoren und Generatoren arbeiten, und werden hierin nicht weiter besprochen.

Das Steuersystem, das vor allem 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 Anforderungen 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 Kupplung 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 eingerückt wird. Diese zusätzliche Kupplung kann Kupplung C3 73 oder C4 75 sein, wie es in der Tabelle oben gezeigt ist.

Wenn die zusätzliche Kupplung eingerückt 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 Maschine 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 sind, 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.

Im Betrieb tritt ein Schalten in dem beispielhaften Getriebe aufgrund einer Änderung einer Bedieneranforderung für ein Abtriebsdrehmoment auf, das typischerweise über Eingabvorrichtungen in die UI 13 übermittelt wird, welche das Gaspedal, das Bremspedal, die Getriebegangwähleinrichtung und das Geschwindigkeitsregelungssystem des Fahrzeugs umfassen. Zusätzlich kann eine Änderung einer Anforderung für ein Abtriebsdrehmoment auf einer Änderung von äußeren Bedingungen basieren, die z. B. Änderungen einer Straßensteigung, Straßenoberflächenbedingungen oder Windlast umfassen. Darüber hinaus kann eine Änderung einer Anforderung für ein Abtriebsdrehmoment auf einer Änderung einer Antriebsstrangdrehmomentanforderung basieren, die durch einen Controller-Befehl, einen der Motoren/Generatoren zwischen einem elektrische Energie erzeugenden Modus und einem Drehmoment erzeugenden Modus zu wechseln, hervorgerufen wird. Die verteilte Steuerarchitektur wirkt zusammen, um eine Notwendigkeit für eine Änderung in einem arbeitenden Gang eines Getriebes zu bestimmen, und führt das Vorstehende aus, um eine Änderung in einem Gang zu bewirken.

In einem Gesamtbetrieb umfasst das Ausführen eines synchronen Schaltens von einem anfänglichen festen Gang zu einem abschließenden festen Gang in dem beispielhaften Getriebe des beispielhaften Antriebsstrangsystems, dass das Getriebe in einem anfänglichen festen Übersetzungsverhältnis betrieben wird, und wenn ein Schalten befohlen wird, das Getriebe überführt wird, um in einem Modus-Betrieb zu arbeiten, wie es zuvor beschrieben wurde. Ein synchrones Schalten zeichnet sich dadurch aus, dass die Relativdrehzahl zwischen Reaktionskupplungsplatten und Reibplatten im Wesentlichen gleich Null ist, was einem Signalrauschen an den Sensoren Rechnung trägt. Ein Schalten in den Modus-Betrieb in dieser Situation wird bewerkstelligt, indem eine der beiden gegenwärtig betätigten Kupplungen deaktiviert wird. Das Getriebe arbeitet im Modus-Betrieb, d. h. Modus A oder Modus B, bis die Drehzahl der Antriebswelle 12 mit einer Drehzahl von einer anderen der Drehmomentübertragungseinrichtungen oder Kupplungen synchronisiert ist. Die Drehmomentübertragungseinrichtung wird betätigt, wenn die Drehzahlen synchronisiert sind, und das Getriebe wird mit einem abschließenden festen Übersetzungsverhältnis betrieben.

Anhand der graphischen Darstellung von 3 wird ein beispielhaftes synchrones Gangschaltereignis, das von dem vorstehend erwähnten Antriebsstrang- und Endantriebssystem- und Controller-Architektur ausgeführt wird, beschrieben. Es ist zu verstehen, dass anwendungsspezifische Massen, Trägheiten, Reibungsfaktoren und andere Kennlinien und Parameter des Endantriebs verschiedene Antriebsstrang- und Endantriebsbetriebszustände beeinflussen und deshalb die Ansprechzeiten und -beträge beispielhaft sein sollen, während sie dennoch den Gesamtbetrieb des Antriebsstrangsystems beschreiben. Die X-Achse umfasst ein Zeitmaß, und die Y-Achse umfasst verschiedene Steuerbefehle und gemessene Parameter, die jeweils als Funktion der Zeit auf der X-Achse aufgetragen sind. Die Linie, die als 302 bezeichnet ist, umfasst die Antriebsdrehzahl N_I, wenn der Antriebsstrang in einem festen Gang, Gang 1, arbeitet, in dem die Kupplungen C1 und C4 betätigt sind. Wenn die Kupplungen C1 und C4 betätigt sind, ist die Antriebsdrehzahl N_I gleich der Abtriebsdrehzahl N_O multipliziert mit einem ersten Übersetzungsverhältnis GR1, d. h. N_O·GR1. Die als 304 bezeichnete Linie umfasst die Antriebsdrehzahl, wenn der Antriebsstrang in einem festen Gang, Gang 2, arbeitet, in dem die Kupplungen C1 und C2 betätigt sind. Wenn die Kupplungen C1 und C2 betätigt sind, ist die Antriebsdrehzahl N_I gleich der Abtriebsdrehzahl N_O multipliziert mit einem zweiten Übersetzungsverhältnis GR2, d. h. N_O·GR2. Die als 306 gezeigte Linie zeigt die Antriebsdrehzahl N_I, als Funktion der Zeit aufgetragen, während das Getriebe von dem ersten festen Übersetzungsverhältnis in den Modus-Betrieb und in das zweite feste Übersetzungsverhältnis übergeht. Dieser Übergang wird nun beschrieben.

Die verteilte Steuerarchitektur ist betreibbar, um ein Schalten mit synchroner Drehzahl von einem anfänglichen Gang, in diesem Fall Gang 1, in einen abschließenden Gang, in diesem Fall Gang 2, in dem beispielhaften elektromechanischen Hybridgetriebe mit zwei Modi und Verbund-Verzweigung, das die Konzepte der vorliegenden Erfindung, die in 1 gezeigt sind, ausführt, auszuführen. Wie es zuvor beschrieben wurde, umfasst das Antriebsstrangsystem Drehmoment erzeugende Einrichtungen 14, 56, 72, die betreibbar sind, um der Getriebevorrichtung 10 Bewegungsdrehmoment zuzuführen. Wie es zuvor beschrieben wurde, umfasst die Getriebevorrichtung 10 mehrere Zahnräder und Drehmomentübertragungseinrichtungen, die betreibbar sind, um Drehmoment zwischen den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 und der Abtriebswelle 64 und den Antriebsrädern 96 des Endantriebs zu übertragen. Die Drehmomentübertragung kann eine Überführung von Bewegungsdrehmoment von einer oder mehreren der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 zu dem Endantrieb umfassen. Die Drehmomentübertragung kann eine Überführung von Drehmoment von den Antriebsrädern 96 über den Endantrieb und das Getriebe auf eine oder mehrere der Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 infolge eines Prozesses umfassen, der üblicherweise als Motorbremsen bezeichnet wird. In dieser Konfiguration umfasst das Motorbremsen, dass zumindest ein Teil des Endantriebsdrehmoments, das aus einem Fahrzeugmoment resultiert, von der Abtriebswelle 64 durch Drehmomentübertragungseinrichtungen, d. h. Kupplungen C1, C2, C3, C4 zu den Drehmoment erzeugenden Einrichtungen 14, 56, 72 übertragen wird. Das übertragene Drehmoment wird von dem Antriebsstrang in der Form einer Erzeugung von elektrischer Energie durch die Motoren/Generatoren 56, 72 und Motorbremsen durch die Brennkraftmaschine 14 absorbiert.

Reaktionsdrehmoment ist als ein Drehmomentbetrag definiert, der durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung, d. h. eine Kupplung, übertragen wird. Die Drehmomentkapazität ist als ein maximales Ausmaß an Drehmoment definiert, das über eine Kupplung übertragbar ist, und beruht allgemein auf dem Betrag des Kupplungsdrucks und der Kupplungsreibung. Wenn der Betrag des Kupplungsdrehmoments die Drehmomentkapazität übersteigt, tritt Kupplungsschlupf auf. Das Reaktionsdrehmoment ist immer kleiner als oder gleich der Drehmomentkapazität. Der Kupplungsdruck wird geschaffen, indem der Betrag des Hydraulikdrucks, der auf die Kupplung durch den Hydraulikkreis des Getriebes aufgebracht wird, gesteuert wird.

Im Betrieb ist einer oder sind mehrere der Controller betreibbar, um Algorithmen auszuführen, um die vorstehenden Aufgaben zum Erreichen eines synchronen Gangschaltens zu bewerkstelligen. In dieser beispielhaften Beschreibung ist die erste Kupplung Kupplung C4, die den anfänglichen Gang, in diesem Fall Gang 1 oder G1, aktiviert.

In Ansprechen auf einen Schaltbefehl 300 von der Controller-Architektur wird die Drehmomentkapazität der ersten Kupplung, die als Linie 310 gezeigt ist, verringert, indem der Hydraulikdruck zu der ersten Kupplung vermindert wird. Wenn die Drehmomentkapazität verringert wird, wird sie gleich dem Betrag des Reaktionsdrehmoments (Linie 308) der ersten Kupplung.

Um das Reaktionsdrehmoment der ersten Kupplung C4 zu vermindern, ohne die Drehmomentabgabe T_O des Antriebsstrangs nachteilig zu beeinflussen, wird dem TPIM-Controller befohlen, eine ausreichende Quantität elektrischer Energie zu den Elektromotoren A 56 und B 72 zu übertragen, so dass deren Ausgänge oder Bewegungsdrehmomente T_A und T_B gleich dem Reaktionsdrehmoment über die erste Kupplung C4 sind und sie somit in der Lage sind, das Abtriebsdrehmoment T_O an der Welle 64 des Getriebes aufrechtzuerhalten.

Drehmomentabgaben der Elektromotoren A 56 und B 72 werden gleichzeitig mit einer fortgesetzten Abnahme der Kupplungsdrehmomentkapazität 310 und Reaktionsdrehmoment 308 erhöht. Wenn die abgegebenen Drehmomente T_A und T_B ausreichend in der Lage sind, das Abtriebsdrehmoment T_O aufrechtzuerhalten, dann wird das Reaktionsdrehmoment über die Kupplung C4 hinweg im Wesentlichen gleich Null. Wenn das Reaktionsdrehmoment über die Kupplung C4 im Wesentlichen gleich Null ist, kann der Hydraulikdruck, der die erste Kupplung C4 betätigt, ohne eine momentane Änderung des Drehmoments über die Kupplungsplatten der ersten Kupplung C4 hinweg ausgeschaltet werden. Dieser Vorgang verbessert die Kupplungshaltbarkeit und vermindert Endantriebsvibrationen, die zu abrupten Kupplungsbetätigungen und Wegnahmen von Betätigungen gehören. Die Drehmomentkapazität wird verringert, indem Drehmomentdruck vermindert wird, was bewerkstelligt wird, indem die Hydraulikpumpe 88 und das Kupplungsdrucksteuersolenoid (das nicht gezeigt ist) für Kupplung C4 gesteuert werden.

Die erste Kupplung C4 wird anschließend deaktiviert oder ausgerückt, wenn das Reaktionsdrehmoment kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. In dieser Anwendung ist der bevorzugte vorbestimmte Wert für ein Reaktionsdrehmoment, bei dem die erste Kupplung deaktiviert werden kann, ein Reaktionsdrehmomentwert, der im Wesentlichen Null beträgt. Wenn die erste Kupplung C4 deaktiviert ist, beginnt das Antriebsstrangsystem den Modus-Betrieb. Der Modus-Betrieb umfasst das Betreiben der Elektromotoren A 56 und B 72 mit einer einzigen betätigten Kupplung, in diesem Fall C1, um dem Getriebe Bewegungsdrehmoment zu liefern.

Die Drehzahl der Antriebswelle 12, d. h. N_I, wird vorzugsweise bestimmt, indem die Drehzahl der Welle 12 oder andere Parameter überwacht werden, um festzustellen, wann sie im Wesentlichen mit der Drehzahl der zweiten Kupplung, in diesem Fall C2, synchronisiert ist. Die Maschinendrehzahl N_E wird auf eine gesteuerte Weise durch das Steuersystem verringert. Wenn bestimmt wird, dass die Drehzahlen der Antriebswelle 12 und der zweiten Kupplung im Wesentlichen synchronisiert sind, am Punkt 314, wird die zweite Kupplung C2 betätigt (Punkt 312). Im Wesentlichen synchronisiert zu sein, ist derart definiert, dass eine Differenz der Drehzahlen in einen Bereich von ungefähr einen Bogengrad pro Sekunde oder alternativ in 10 Umdrehungen pro Sekunde fällt, um Sensorsignalrauschen auszugleichen.

Ein synchrones Betätigen der zweiten Kupplung C2 wird wie folgt bewerkstelligt. Im Modus-Betrieb sind die Drehzahlen der Kupplungen C2 und C4, die als Linien 326 und 328 gezeigt sind, bekannt. Eine Änderung der Drehzahl der Kupplung C2 ist ebenfalls bekannt, die als N_{C2_dot} beschrieben und als 324 gezeigt ist. Das Steuersystem benutzt vorzugsweise einfache Algebra, um die bekannte Drehzahl der Kupplung C2 zu einem Zeitpunkt und die Änderung der Drehzahl der Kupplung C2, N_{C2_dot}, zu kombinieren und somit einen verstrichenen Zeitraum zu bestimmen, der notwendig ist, damit die Drehzahlen der Reaktions- und Reibplatten der Kupplung C2 im Wesentlichen äquivalent sind. Dies ist als Punkt 314 gezeigt. Wenn derartige Bedingungen erreicht sind, ist die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen mit der Drehzahl der Kupplung C2 synchronisiert. Dies umfasst einen Punkt, an dem die Betätigung der Kupplung C2 bewerkstelligt werden kann, ohne Drehmomentstörungen in den Endantrieb einzuleiten.

Es gibt aufgrund von verschiedenen Systemfaktoren eine Zeitverzögerung von dem Befehl, das Strömungssteuersolenoid zu betätigen, um die Drehmomentkapazität der Kupplung C2 zu erhöhen, bis die Kupplung C2 beginnen kann, ein Reaktionsdrehmoment aufzubringen. Die Zeitverzögerung wird als "Füllzeit" bezeichnet, die als 320 gezeigt ist und typischerweise im Bereich von 300 Millisekunden liegt.

Das Steuersystem ist in der Lage, die Füllzeit 320 von dem Punkt 314, bei dem die Drehzahl der Relativdrehzahl der Reaktions- und Reibplatten der Kupplung C2 im Wesentlichen synchron sind, zu subtrahieren, was als 316 gezeigt ist. Bei oder vor dem Zeitpunkt 316 befiehlt das Steuersystem eine Strömung von Hydraulikdruckfluid zu der zweiten Kupplung, um die Drehmomentkapazität der Kupplung C2 zu erhöhen. Eine Strömung von Hydraulikdruckfluid wird bewerkstelligt, indem das Strömungssteuersolenoid, das in dem Getriebe 10 enthalten ist, betätigt wird. Das Strömungssteuersolenoid ist ein Element eines Hydraulikfluidkreises, der betreibbar ist, um Hydraulikdruckfluid auf verschiedene Solenoide und andere Einrichtungen abzugeben, wie dies von dem Getriebe-Controller 17 befohlen wird.

Bei oder nach dem Zeitpunkt 314 wird die Drehmomentkapazität für die zweite Kupplung C2, die als 312 gezeigt ist, erhöht, indem der Hydraulikdruck des Systems dafür erhöht wird, und die Kupplung C2 kann betätigt werden, indem ein Reaktionsdrehmoment aufgebracht wird, was als 322 gezeigt ist. Die Drehmomentbeiträge der Motoren A und B werden vermindert, wenn der Betrag des Reaktionsdrehmoments der Kupplung C2 zunimmt, und das System geht von dem Modus-Betrieb in den Betrieb mit festem Übersetzungsverhältnis über, wie es zuvor besprochen wurde.

Diese Ausführungsform beschreibt ein Schalten zwischen Gang 1 und Gang 2. Es ist zu verstehen, dass andere Gangwechsel, sowohl um ein Übersetzungsverhältnis zu erhöhen, als auch um ein Übersetzungsverhältnis zu vermindern, ähnlich ausgeführt werden und in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Es ist auch zu verstehen, dass Modifikationen in den Getriebe-Bauteilen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung zulässig sind. Die Erfindung ist mit besonderer Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und Abwandlungen davon beschrieben worden. Weitere Modifikationen und Veränderungen können Anderen beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Es sollen alle derartigen Modifikationen und Abwandlungen eingeschlossen sein, insofern sie in den Schutzumfang der Erfindung fallen.