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Die
Erfindung betrifft einen Hybridfahrzeugantriebsstrang mit einem
Motor und einem Hydraulikantrieb. Insbesondere ist die Erfindung
auf das Schalten einer Pumpe/Motor zwischen Pumpenbetrieb und Motorbetrieb
gerichtet.
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Bei
einem Hydraulik-Hybridfahrzeug mit hydraulischer Antriebshilfe (HPA)
wird Energie von generatorischer Bremsung oder von einem Motor in
einem hydropneumatischen Speicher gespeichert, und die Umkehr zwischen
mechanischen Antrieb und hydraulischen Antrieb wird durch eine Hochdruckpumpe/motor
mit einem variablen Hubraum erreicht. Ein HPA-System unter Verwendung
gespeicherter Energie aus generatorischer Bremsung zur Unterstützung der
Beschleunigung des Fahrzeuges reduziert die Belastung des Motors
und den Kraftstoffverbrauch.
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Wegen
der hohen Leistungsdichte, die bei derartigen Hydrauliksystemen
verfügbar
ist, ist es möglich,
einen bedeutenden Teil der Bremsenergie mit einem HPA-System zurück zu gewinnen,
das aus einer einzelnen Pumpe/Motor und Druckspeichern besteht.
Bei einem Fahrzeug von 7000 lb. und einer Pumpe/Motor mit einem
maximalen Hubraum von 150 ccm kann ein HPA-System 72% der verfügbaren Bremsenergie
im Stadtzyklus der Umweltschutzbehörde (EPA) zurückgewinnen.
Die Pumpe/Motor arbeitet über
lange Zeiträume
mit größeren Hubräumen und
einer relativ hohen durchschnittlichen Zykluseffizienz von 88%.
Bei einer Rückführung von 56%
der Bremsenergie an die Antriebsräder (72% beim Bremsen zurück gewonnen
und 88% Übertragungseffizienz
sowohl im Pumpen- als auch im Motorbetrieb) ist es möglich, 56%
der kinetischen Energie des Fahrzeuges (oder 75% der Geschwindigkeit) während der
Beschleunigung unter Vernachlässigung
der Straßenbelastungsreibung
zurück
zu gewinnen. Im EPA-Stadtzyklus
war es möglich,
beim Bremsen aus 30 mph das Hydrauliksystem zu füllen und dann unter Verwendung
nur der gespeicherten Energie aus dem HPA-System wieder angemessen auf
etwa 22 mph zu beschleunigen.
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Eine
hydraulische oder pneumatische Pumpe/Motor arbeitet in einem Pumpenbetriebsmodus und
einem Motorbetriebsmodus. Wenn die Betriebsmodi bei einem Hydraulik-Hybridfahrzeug
zwischen Motorbetrieb und Pumpenbetrieb geändert werden, müssen die
Einlass- und Auslassöffnungen
der Pumpe/Motor durch Ändern
des Zustandes mehrerer Ventile in einem Hydrauliksystem zwischen
Verbindungen mit Hoch- und Niederdruckquellen geschaltet werden.
Dieses Schalten erzeugt eine plötzliche
Freigabe von Energie, was eine große Stoßbelastung auf das System bewirken
kann. Das Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung minimiert den
großen
Stoß, der
mit diesem Schalten unter Hochgeschwindigkeitsdruck verbunden ist.
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Im
Pumpenbetriebsmodus wird Hydraulikfluid von einem Niederdruckbehälter zu
einem Hochdruckspeicher bewegt. Der Pumpenauslassdruck steigt, wie
sich die Pumpe dreht, und öffnet
sehr schnell ein Rückschlagventil,
um zu beginnen, Fluid in den Speicher zu drücken. Im Motorbetriebsmodus treibt
Hochdruckfluid, das den Speicher verlässt, die Pumpe/Motor in Rotation
an und kehrt zu dem Behälter
zurück.
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Während des
Pumpen- oder Motorbetriebs kann der Hubraum der Pumpe/Motor unabhängig gesteuert
werden, um das Volumen von Fluid zu variieren, das bei jeder Umdrehung
des Rotors der Pumpe/Motor zwischen deren Einlass- und Auslassöffnungen
bewegt wird. Beim Schalten von Pumpenbetrieb in Motorbetrieb ist
es notwendig, den Speicher mit der Einlassöffnung oder der Auslassöffnung der Pumpe/Motor
zu verbinden und den Behälter
mit der anderen der beiden Öffnungen
zu verbinden.
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Hochdrucksolenoidventile
führen
dieses Schalten durch, welches sorgfältig geschehen muss, um gefährliche
oder unangenehme Situationen für den
Fahrer oder andere Fahrzeuginsassen zu verhindern. Zum Beispiel öffnet beim
Schalten von Pumpenbetrieb in Motorbetrieb ein Ventil, um zu ermöglichen,
dass Hochdruckfluid zu der Einlassöffnung der Pumpe/Motor strömt. Es gibt
eine sofortige Druckerhöhung
in der Hydraulikleitung, was eine laute Stoßwelle verursacht, die sich
zu der Pumpe/Motor hin verbreitet und die Bauteile zum Schwingen
bringen kann. Außerdem
werden, wenn die Pumpe/Motor einen positiven Hubraum ungleich Null
hat, die Räder des
Fahrzeuges von dem Drehmoment angetrieben, das von der Pumpe/Motor übertragen
wird, wodurch das Fahrzeug plötzlich
und unerwartet bewegt wird.
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Um
diese Probleme zu verhindern, wird ein Proportionalventil, dessen
Auslass an die Taumelscheibe der Pumpe/Motor angelegt wird, um die
Größe des Hubraumes
der Pumpe/Motor festzulegen, derart gesteuert, dass es keinen Hubraum
beim Schalten zwischen Pumpenbetrieb und Motorbetrieb gibt. Es gibt
einen Hydraulikschaltkreis, der von dem Speicher zu der Einlassöffnung führt. Dieser
Hydraulikschaltkreis hat sein eigenes Solenoidventil, und noch wichtiger
eine Begrenzung, welche die Strömung
begrenzt. Wenn ein Schalten in den Motorbetrieb eintritt, wird dieses
Niedrigdurchflussmengenventil zuerst geöffnet, so dass der Druck in
den Leitungen und an der Einlassöffnung
relativ langsam ansteigt. Nachdem der Druck auf ein ausreichendes
Niveau angestiegen ist, wird das Ventil in dem Hauptströmungspfad
geöffnet.
Wenn nach dem Motorbetrieb für
einen vorbestimmten Zeitraum der Druck in dem Speicher nicht ausreichend
ist, um eine zweckmäßige Arbeit
auszuführen,
wird die Pumpe/Motor in einem Nichtmotorbetriebsmodus gesetzt, um
Kavitation zu verhindern, welche sehr laut ist und Hydraulikbauteile
beschädigen
kann. Das Schalten muss vor dem Auslassen des Speicherdruckes eintreten, um
zu verhindern, dass Geräusche
und Vibrationen auf die Insassen des Fahrzeuges übertragen werden. In diesem
Falle wird das Proportionalventil zur Steuerung des Hubraumes mit
einer gesteuerten Rate auf Null heruntergefahren, bevor die Modussteuerventile
geschaltet werden.
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Ein
System gemäß der Erfindung
zum hydraulischen Übertragen
von Leistung auf die und von den Räder(n) eines Motorfahrzeuges
weist einen Speicher, der Fluid mit relativ hohem Druck enthält, einen
Behälter,
der Fluid mit niedrigerem Druck enthält, und eine Pumpe/Motor auf,
die in Antriebsverbindung mit den Rädern ist und einen Einlass,
einen Auslass und einen variablen Hubraum zum Pumpen von Fluid zwischen
dem Speicher und dem Behälter aufweist.
Ein erster Schaltkreis verbindet den Einlass mit dem Behälter und
den Auslass mit dem Speicher. Ein zweiter Schaltkreis, welcher den
Einlass mit dem Speicher und den Auslass mit dem Behälter verbindet,
weist einen ersten Pfad mit einer niedrigen Durchflussmengenkapazität und einen
zweiten Pfad mit einer höheren
Durchflussmengenkapazität
auf. Eine Steuereinrichtung schaltet zwischen Pumpenbetrieb und
Motorbetrieb, öffnet
und schließt
den ersten Pfad während
des Motorbetriebs, und reduziert den Hubraum vor dem Schalten zwischen
Pumpenbetrieb und Motorbetrieb. Der erste Pfad weist ein erstes
Ventil, das auf die Steuereinrichtung zum Öffnen und Schließen einer
Verbindung zwischen dem Speicher und dem Einlass anspricht, und
eine erste Öffnung
auf, die in Reihe zu dem ersten Ventil mit einer relativ niedrigen
Durchflussmengenkapazität
angeordnet ist. Der zweite Pfad ist parallel zu dem ersten Pfad
zwischen dem Speicher und dem Einlass angeordnet und weist ein zweites
Ventil, das auf die Steuereinrichtung zum Öffnen und Schließen einer Verbindung zwischen
dem Speicher und dem Einlass anspricht, und eine zweite Öffnung auf,
die in Reihe zu dem zweiten Ventil mit einer höheren Durchflussmengenkapazität als jener
der ersten Öffnung
angeordnet ist.
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Das
System schaltet den Betrieb eines Hydraulikantriebssystems für ein Fahrzeug
zwischen Pumpenbetrieb und Motorbetrieb durch Bestimmen, ob die
Pumpe/Motor in Pumpenbetrieb oder Motorbetrieb eintreten soll, abwechselndes
Eintreten in und Austreten aus Pumpenbetrieb und Motorbetrieb, Steuern
des Hubraumes während
des Pumpenbetriebs und des Motorbetriebs, und Verringern des Hubraumes
auf im Wesentlichen Null Hubraum vor dem Austreten aus dem Pumpenbetrieb
oder dem Motorbetrieb.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Schema eines Antriebsstranges für
ein Hydraulik-Hybridmotorfahrzeug, das in einem generatorischen
Bremsmodus und einem Antriebshilfsmodus arbeitet;
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2 ein
Schema eines Bremspedals für
die Verwendung bei der Steuerung des generatorischen Bremsmodus
des Antriebsstranges aus 1;
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3 ein
Schema eines Hydrauliksystems für
das Fahrzeug, das die Pumpe/Motor, den Speicher, den Behälter, die
Steuerventile und die diese verbindenden Hydraulikleitungen zeigt;
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4 ein
Diagramm der Logik zur Steuerung des generatorischen Bremsung in
einem Totzonenbereich der Bremspedalposition; und
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5 ein Logikdiagramm zur Steuerung des Hydrauliksystems
aus 3.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung ist in 1 ein Hydraulik-Hybridantriebsstrang 10 für den Antrieb von
Hinterrädern 12 und
Vorderrädern 14 eines
Motorfahrzeuges gezeigt. Eine Antriebsquelle 16, wie ein
Verbrennungsmotor, ist in Antriebsverbindung mit einem Getriebe 18,
vorzugsweise einem Automatikgetriebe, das mehrere Verhältnisse
der Drehzahl des Motors und einer Abtriebswelle 20 erzeugt.
Geeignete alternative Getriebe sind jene, die manuell betrieben
werden und kontinuierlich oder stufenlos variable Übersetzungsverhältnisse
mit Kettenantrieb, Riemenantrieb oder Fahrantriebmechanismen erzeugen.
Die. Getriebeabtriebswelle 20 ist über eine hintere Antriebswelle 22,
hintere Achswellen und einen hinteren Differentialmechanismus kontinuierlich
in Antriebsverbindung mit den Hinterrädern 12. Ein Verteilergetriebe 24 transferiert
einen Teil des von der Antriebswelle 20 übertragenen
Drehmoments an eine vordere Antriebswelle 28, welche über einen vorderen
Differentialmechanismus und vordere Achswellen in Antriebsverbindung
mit den Vorderrädern 14 ist.
Das Fahrzeug kann daher im Allrad- oder Vierradantriebsmodus arbeiten.
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Eine
hydraulische Pumpe/Motor 26 mit einem variablen Hubraum
ist ständig
in Antriebsverbindung mit der Getriebeabtriebswelle 20 und
der hinteren Antriebswelle 22. Wenn ein Drehmoment in einem
positiven Drehmomentrichtungssinn, d.h. von dem Motor auf die Räder übertragen
wird, treibt der Motor 16 über das Getriebe 18 und
die Antriebswelle 20 die Pumpe/Motor 26 und über die
Antriebswelle 22 die Hinterräder 12 an. Wenn das
Drehmoment in der negativen Drehmomentrichtung, d.h. von den Rädern auf
den Motor übertragen
wird, treiben die Hinterräder 12 über die
hintere Antriebswelle 22 und das Verteilergetriebe 24 die
Pumpe/Motor 26 an. Eine Klauenkupplung, die in dem Verteilergetriebe 24 angeordnet
ist, erzeugt eine lösbare
Antriebsverbindung zwischen der Pumpe/Motor 26 und der
vorderen Antriebswelle 28. Ein Behälter 36, der Hydraulik- und Pneumatikfluid
mit relativ niedrigem Druck enthält,
ist über
Rückschlagventile
und Fluidleitungen 38 mit der Pumpe/Motor 26 verbunden,
wie mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Gleichermaßen ist
ein Speicher 40, der Hydraulik- oder Pneumatikfluid mit relativ
hohem Druck enthält, über Rückschlagventile und
Fluidleitungen 42 mit der Pumpe/Motor 26 verbunden.
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Wenn
das Fahrzeug mit der hydraulischen Antriebshilfe beschleunigt wird,
treibt das Hochdruckfluid in dem Speicher 40 die Pumpe/Motor 26 an,
und die Räder 12, 14 werden
von der Pumpe/Motor 26 drehend angetrieben, welcher dann
als ein Fluidmotor arbeitet. Während
des Betriebs im generatorischen Bremsmodus wird das Fahrzeug zumindest teilweise
durch Rückgewinnen
von kinetischer Energie des Fahrzeuges in der Form von Hydraulikdruckfluid,
das in dem Speicher 40 enthalten ist, abgebremst. Im generatorischen
Bremsmodus pumpt die Pumpe/Motor 26 Fluid von dem Behälter 36 in
den Speicher 40. Die Räder 12 treiben
die Pumpe/Motor 26 über
die hintere Achswelle und hintere Antriebswelle 22 an,
und die Pumpe/Motor 26 pumpt Fluid von dem Behälter 36 über eine
Druckdifferenz zwischen dem Pumpeneinlass, der mit dem Behälter 36 verbunden
ist, und dem Pumpenauslass, der mit dem Speicher 40 verbunden
ist. Das in den Speicher 40 eintretende Fluid komprimiert
Stickstoff, der in einer Blase in dem Speicher 40 enthalten
ist, und der Speicher 40 wird mit Druck beaufschlagt.
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Mit
Bezug auf 2 verzögert bei einem herkömmlichen
Fahrzeug, wenn das Fußbremspedal 50 betätigt wird,
das Fahrzeug infolge der Reibungsbremsung, d.h. des Reibkontaktes
der Bremsklötze oder
der Bremsbacken an den Scheiben oder Trommeln der Radbremse. Die
kinetische Energie des Fahrzeuges wird durch diesen Reibkontakt
in Wärme umgewandelt,
welche abgeführt
wird. Bei einem generatorischen Bremssystem mit paralleler Totzone
ist ein Raum 52 zwischen Verbindungsstangen 54, 56 angeordnet,
welche einen Hauptbremszylinder 58 und das Fußbremspedal 50 miteinander
verbinden. Der Raum 52 bewirkt, dass sich das Bremspedal
aus der in 2 gezeigten Ruheposition über einen
ersten Abschnitt dessen vollständiger
Verstellung bewegt, bevor Hydraulikbremsdruck in dem Hauptbremszylinder 58 infolge
der Bewegung des Kolbens 60 innerhalb des Hauptbremszylinders 58 erzeugt wird.
Dies verzögert
die Anwendung der Radreibungsbremsen, wenn das Pedal verstellt wird.
Der Bereich der Bremspedalverstellung, in dem keine Reibungsbremsung
auftritt, der so genannte „Totzonenbereich", umfasst vorzugsweise
etwa 30% des vollständigen
Bereichs der Bremspedalverstellung, die beginnt, wenn das Bremspedal
in Ruhelage und nicht verstellt ist.
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Eine
Zugfeder 68, die an einem Bremshebel 64 zwischen
dem Drehpunkt 66 und dem Pedal 50 befestigt ist,
schafft eine Kraft, die von dem Fahrer des Fahrzeuges erfasst wird
und der Bremspedalverstellung in dem Totzonenbereich widersteht.
Die Kraft der Feder 68, die beim Drücken des Bremspedals 50 erzeugt
wird, kompensiert das Fehlen einer Hydraulikdruckkraft entgegen
der Pedalverstellung und der Kolbenbewegung in dem Hauptbremszylinder,
wenn das Pedal in dem Totzonenbereich ist. Ein Bremskraftverstärker 76 enthält einen
Kolben 78, welcher von Motorvakuum betätigt wird, um die Kraft zu
erhöhen,
die durch Drücken
des Bremspedals 50 auf die Verbindungsstange 54 ausgeübt wird.
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Ein
Bremspedalpositionswandler 70 erzeugt ein elektronisches
Signal 72 als Eingabe in eine Steuereinrichtung 74,
welche die Position des Bremspedals 50 darstellt. Die Steuereinrichtung 74 arbeitet
unter Steuerung eines Mikroprozessors, welcher eine programmierte
Steuerlogik zur Steuerung des Hydrauliksystems aus 3 und
des Fahrzeugantriebsstranges ausführt. Die Steuereinrichtung 74 empfängt Eingabesignale,
die von anderen Sensoren erzeugt werden, die den Fluiddruck an verschiedenen
Stellen in dem Hydrauliksystem, den Hubraum der Pumpe/Motor, die
Größe eines
variablen Taumelscheibenwinkels, der den Hub der Pumpe/Motor ändert, die
Verstellung des Gaspedals 44 und des Bremspedals 64,
verschiedene Eingaben, die von dem Fahrer des Fahrzeuges erzeugt
werden, und Eingaben des Antriebsstrangsystems darstellen. Die Steuereinrichtung 74 gibt
Befehlssignale aus, die von solenoidbetätigten Hydrauliksteuerventilen
des Hydrauliksystems empfangen werden, was bewirkt, dass die Ventile
verschiedene Betriebszustände
des Systems und Wechsel dieser Zustände erzeugen.
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Der
Druck in dem Hydraulikbremssystem 80, welcher die Reibungsbremsen
betätigt, ändert sich wie
die Änderung
des Drucks in dem Hauptbremszylinder 58 infolge der Verschiebung
des Kolbens 60 in dem Zylinder, wenn das Bremspedal 50 gedrückt und gelöst wird.
Wenn das Bremspedal 50 genügend über den Totzonenbereich hinaus
gedrückt
wird, um den Raum 52 zu schließen, drückt der Bremssystemdruck die
Bremsklötze 82 in
Reibkontakt mit der Bremsscheibe 84, an welcher ein Rad 12 befestigt ist.
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Zusätzlich zu
den Reibungsbremsen wird das Fahrzeug auch durch ein generatorisches Bremssystem
gebremst. Wenn das Bremspedal 50 gedrückt wird, werden die Betriebszustände der
hydraulischen Pumpe/Motor 26 zwischen einem Pumpenbetriebszustand
und einem Motorbetriebszustand in Antwort auf die von der Steuereinrichtung 74 erzeugten
Befehlssignale geändert.
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Das
Modusventil 88 wird von einem Solenoid 86 in Antwort
auf die Befehlssignale von der Steuereinrichtung 74 zwischen
dem in 3 gezeigten Schließzustand und einem Öffnungszustand
geschaltet. Ein Niedrigdurchflussmengenventil 92 wird von
einem Solenoid 94 in Antwort auf die von der Steuereinrichtung 74 erzeugten
Befehlssignale zwischen dem in 3 gezeigten
Schließzustand
und einem Öffnungszustand
geschaltet.
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Vorzugsweise
ist die Pumpe/Motor 26 eine Schrägachseneinheit mit variablem
Hubraum, deren maximaler Hubraum 150 ccm pro Umdrehung beträgt und von
Ifield Technology, Inc. im Handel erhältlich ist. Bei einem Spitzendruck
von etwa 5000 psi. erzeugt die Pumpe/Motor ein Bremsmoment im Pumpenbetriebsmodus
oder ein Beschleunigungsmoment im Motorbetriebsmodus an der Antriebswelle 22 von
ungefähr
600 ft-lb. Der Hubraum der Pumpe/Motor wird durch Änderung
der Winkelneigung einer Taumelscheibe variiert. Systemfluid in einem Druckbereich
von 2500-5000 psi. wird verwendet, um den Taumelscheibenwinkel zu
steuern. Ein PID-Regelungssystem erzeugt ständig ein Befehlssignal, das
anstrebt, die Differenz zwischen dem momentanen Taumelscheibenwinkel
und dem Winkel zu minimieren, welcher der gewünschten Größe des von der Pumpe/Motor 26 erzeugten
Drehmoments entspricht.
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Ein
Vierwege-Taumelscheibensteuerventil 96, auch als Proportionalventil
bezeichnet, ändert den
variablen Hubraum der Pumpe/Motor 26 in Antwort auf die
von der Steuereinrichtung 74 ausgegebenen Befehle. Ein
Solenoid 98 ändert
den Zustand des Ventils 96 zwischen drei Zuständen, nämlich einer
Mittelposition, in welcher der Einlass und der Auslass des Ventils 96 voneinander
getrennt sind, einer linken Position, in welcher sich die Winkelneigung der
Taumelscheibe und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 verringern,
und einer rechten Position, in welcher sich der Taumelscheibenwinkel
und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 erhöhen. Das Proportionalventil 96 wird
von dem Solenoid 98 in Antwort auf die Befehlssignale von
der Steuereinrichtung 74 zwischen seinen Zuständen geschaltet.
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Tellerrückschlagventile 100, 102 bewegen sich
aus der Position in 3 nach rechts, um eine Hydraulikverbindung
zwischen dem Behälter 36 und dem
Einlass 90 der Pumpe/Motor 26 über die Leitungen 104, 106, 108, 110 zu öffnen. Die
Tellerrückschlagventile 100, 102 bewegen
sich aus der Position in 3 nach links, um eine Hydraulikverbindung zwischen
dem Auslass 112 der Pumpe/Motor 26 und dem Behälter 36 über die
Leitungen 124, 116, 106, 104 zu öffnen. Ein
Tellerventil 118 bewegt sich aus der Position in 3 nach
rechts, um eine Hydraulikverbindung zwischen dem Speicher 40 und
dem Einlass 90 der Pumpe/Motor 26 über die
Leitungen 114, 120, 110 zu öffnen. Ein
Tellerventil 122 bewegt sich aus der Position in 3 nach
links, um eine Hydraulikverbindung zwischen dem Auslass 112 der
Pumpe/Motor 26 und dem Speicher 40 über die
Leitungen 124, 126, 113, 114 zu öffnen. Die
Tellerventile 118 und 122 sind in den in 3 gezeigten
Positionen geschlossen.
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Ein
Absperrventil 128, das von einem Solenoid 130 in
Antwort auf Befehlssignale von der Steuereinrichtung 74 gesteuert
wird, öffnet
und schließt abwechselnd
eine Verbindung zwischen dem Speicher 40 und einem Einlass
des Ventils 96.
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Beim
Betrieb öffnet
zum Einstellen des Hydrauliksystems in den Pumpenbetriebsmodus das Absperrventil 128 eine
Verbindung von dem Speicher 40 zu dem Proportionalventil 96,
welches in den Zustand nach rechts bewegt wird, in dem das Solenoid 98 mit
variabler Kraft bereit ist, den Hubraum der Pumpe/Motor 26 durch
Erhöhung
des Taumelscheibenwinkels zu erhöhen.
Die Tellerrückschlagventile 100, 102 werden
nach rechts bewegt, um den Behälter 36 über die
Hydraulikleitungen 104, 106, 108, 110 mit
dem Einlass 90 der Pumpe/Motor 26 zu verbinden.
Das Tellerventil 118 schließt die Leitung 120 von dem
Speicher 40, jedoch öffnet
das Tellerventil 122 die Leitung 126 zu dem Speicher 40 über die
Leitung 114, wenn die Pumpe/Motor 26 umgekehrt
arbeitet und der Druck an dem Pumpenauslass 112 den Druck
in dem Speicher 40 überschreitet.
Diese Schritte vollenden einen Hydraulikschaltkreis von dem Behälter 36 zu
der Pumpe/Motor 26 und über diese,
und von der Pumpe/Motor 26 zu dem Speicher 40.
Vorzugsweise ist das an das Solenoid 98 angelegte Steuersignal
ein elektrischer Strom im Bereich von 0-2 A. Der Taumelscheibenwinkel
und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 ändern sich proportional zu
der Größe des Stromsignals
an dem Solenoid 98.
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Der
Pumpenhubraum ist direkt auf das Drehmoment bezogen, das notwendig
ist, um den Pumpenrotor bei einem vorgegebenen Hydraulikdruck zu drehen.
Wenn das Bremspedal 50 in dem Totzonenbereich ist, arbeitet
das System im Pumpenmodus, und die Fahrzeugbremsung wird vollständig mit
der Pumpe 26 durchgeführt.
Wenn das Bremspedal über den
Totzonenbereich hinaus verstellt wird, wird die Fahrzeugbremsung
durch Kombination von generatorischer Bremsung und Reibungsbremsung
im richtigen Verhältnis
durchgeführt,
um die von dem Fahrer des Fahrzeuges gewünschte Verzögerungsrate zu erreichen.
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Vor
dem Schalten des Hydrauliksystems aus dem Pumpenbetriebsmodus in
den Motorbetriebsmodus bewirkt zuerst das Proportionalventil 96,
dass der Hubraum der Pumpe/Motor 26 Null wird, so dass eine
Kavitation der Pumpe/Motor während
des Übergangs
verhindert wird. Ebenso wird die Proportionalsteuerung verhindert,
d.h. wenn die Steuereinrichtung bestimmt, dass ein positiver Taumelscheibenwinkel
gewünscht
wird, um die Anforderungen des Antriebsstrangsystems zu erfüllen, hält die Steuereinrichtung
den Hubraum der Pumpe/Motor 26 trotzdem auf Null, bis der Übergang
des Systems in den Motorbetriebsmodus vollendet ist.
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Das
Absperrventil 128 wird auf einen Befehl von der Steuereinrichtung 74 mit
dessen betätigenden
Solenoid 130 geschlossen. Dann wird das Niedrigdurchflussmengenventil 92 geöffnet, welches
die Tellerrückschlagventile 100, 102 nach
links drückt, wodurch
die Leitung 106 von der Leitung 108 geschlosssen
wird und die Leitung 116 über die Leitungen 104, 106 zu
dem Behälter 36 geöffnet wird.
Dies öffnet
eine Hydraulikverbindung zwischen dem Behälter 36 und dem Auslass 112 der
Pumpe/Motor. Bei dem so angeordneten Hydrauliksystem ist der Speicher 40 über die
Leitung 114, eine Drosselstelle 132, das Niedrigdurchflussmengenventil 92 und
die Leitungen 108, 110 mit dem Einlass 90 verbunden.
Das Niedrigdurchflussmengenventil 92 wird für einen Zeitraum
von etwa 200 ms geöffnet,
bis das System von dem Speicher 40 ausreichend mit Druck
beaufschlagt ist. Die Steuereinrichtung 74 weist einen Rückwärtszähl-Timer
auf, welcher in etwa 200 ms abläuft,
nachdem der Übergang
zum Pumpenbetriebsmodus beginnt.
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Wenn
der Rückwärtszähl-Timer
abgelaufen ist, schließt
das Niedrigdurchflussmengenventil 92, und das Modusventil 88 öffnet zu
dem Speicherdruck, welcher das Tellerventil 118 nach rechts
bewegt, wodurch eine Verbindung mit hoher Durchflussmenge zwischen
dem Speicher 40 und dem Einlass 90 der Pumpe/Motor über die
Leitung 114, das Tellerventil 118 und die Leitungen 120, 110 öffnet. Diese
Schritte vollenden den Übergang
in den Motorbetriebsmodus. Anschließend erlaubt die Steuereinrichtung 74 eine
Proportionalsteuerung, und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 folgt
der Eingabe von dem Gaspedal, welche die gewünschten Erhöhungen und Reduzierungen des
Raddrehmoments darstellt.
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Mit
Bezug auf 4 wird, nachdem der Fahrer des
Fahrzeuges das Bremspedal drückt,
die Weite, bis zu der das Bremspedal gedrückt wird, die so genannte „Bremspedalposition" 150, verwendet,
um die momentan gewünschte
Fahrzeugverzögerungsrate 152 zu
bestimmen. Der Bremssystemhydraulikdruck 154 an den Radbremsen
wird mit der Bremspedalposition 150 verwendet, um die entsprechende Fahrzeugverzögerungsrate
infolge der Anwendung der Reibungsbremsen 156 zu bestimmen.
Der Profilwiderstand an dem Fahrzeug 158 infolge von Reifenreibung
und Luftreibung und die Wirkungen der Motorbremsung werden verwendet,
um die Fahrzeugverzögerung
infolge dieser Faktoren zu bestimmen. Die Fahrzeugverzögerungsraten 152, 156, 158 werden
durch Summierung 160 mathematisch addiert, um eine Nettofahrzeugverzögerungsrate 162 zu
erhalten.
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Bei 164 wird
die Fahrzeugmasse mit der Nettofahrzeugverzögerungsrate 162 multipliziert,
um die Größe der Kraft
zu erhalten, welche bei Ausübung
auf das Fahrzeug die Nettofahrzeugverzögerungsrate 162 ergeben
würde.
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Diese
Kraft wird bei 166 in ein äquivalentes Raddrehmoment 168 unter
Verwendung der Reifengröße und eines
nominellen Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen und der Straßenfläche umgewandelt.
Bei 170 wird das zur Beibehaltung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit
erforderliche Raddrehmoment berechnet. Durch Summierung 172 wird
die Größe der Differenz
zwischen den Drehmomenten 168 und 170 berechnet,
um die Änderung des
Raddrehmoments 174 zu bestimmen, das notwendig ist, um
das Fahrzeug mit der gewünschten Verzögerungsrate 152 aus
der momentanen Geschwindigkeit zu stoppen.
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Bei 176 wird
dieses Differenzdrehmoment 174 durch die Achsübersetzung
geteilt, um die Größe des Drehmoments 178 zu
bestimmen, die von dem Drehmoment abgezogen werden muss, das von
der Antriebswelle 28 auf die Pumpe/Motor 26 übertragen wird,
um die gewünschte
Fahrzeugverzögerungsrate 152 zu
erlangen. Dann wird bei 180 der dem Drehmoment 178 entsprechende
Pumpenhubraum berechnet. Die Steuereinrichtung 74 erzeugt
ein Befehlssignal, das an das Solenoid 98 des Proportionalventils 96 übertragen
wird, um die Winkelposition der Taumelscheibe zu ändern und
den Hubraum der Pumpe/Motor 26 auf den bei 180 berechneten
Pumpenhubraum zu ändern.
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Die
Bremshaltesteuerung verwendet das Hydraulikantriebssystem zum Abbremsen
eines gestoppten Fahrzeuges gegen Kriechen, wenn das Automatikgetriebe 18 in
Gang ist, trotzdem es wenig oder gar keine kinetische Energie des
Fahrzeuges zum Rückgewinnen
durch generatorische Bremsung gibt. Die Bremshaltesteuerung bestimmt,
ob (1) das Getriebe 18 in Gang ist, d.h. ob ein vom Fahrer
des Fahrzeuges gesteuerter Gangwahlhebel im Fahrbereich ist, (2)
das Bremspedal 50 gedrückt
ist, und (3) das Fahrzeug gestoppt ist oder eine Geschwindigkeit hat,
die gleich oder geringer als eine niedrige Referenzgeschwindigkeit
ist. Die Position des Gangwahlhebels wird vom Fahrer des Fahrzeuges
durch Bewegen eines Wählschalters
zwischen den Bereichen Vorwärtsfahrt,
Parken, Neutral und Rückwärtsfahrt, die
als PRNDL-Positionen bezeichnet werden, gesteuert.
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Wenn
diese Bedingungen zutreffend sind, und vorausgesetzt, das Gaspedal 44 ist
nicht gedrückt,
wird die Bremshaltesteuerung aktiviert. Das Modusventil 88 wird
in Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 74 durch
das Solenoid 86 in die Pumpenposition gestellt. Das Absperrventil 128 wird
durch das Solenoid 130 betätigt, wodurch der Speicher 40 mit
dem Einlass des Taumelscheibensteuerventils 96 verbunden
wird, so dass durch den Betrieb des Solenoids 98 in Antwort
auf Befehle von der Steuereinrichtung 74 der Hubraum der
Pumpe/Motor 26 vorzugsweise linear auf deren maximalen
Hubraum vergrößert werden
kann. Der Hubraum der Pumpe/Motor 26 wird derart vergrößert, dass
die Größe des von
der Pumpe/Motor 26 auf die Räder 12 übertragenen
negativen Drehmoments größer als
die Größe des von
dem Motor über
das Getriebe 18 und dessen Drehmomentwandler auf die Räder 12 übertragenen
positiven Drehmoments ist. In dieser Weise werden die Fahrzeugräder 12 ausreichend
abgebremst, so dass das Fahrzeug infolge der Wirkung des leerlaufenden
Motors, der ein Drehmoment über den
Drehmomentwandler des Automatikgetriebes auf die Räder überträgt, nicht
kriecht. Diese Steuerung erfordert einen minimalen Kraftaufwand
am Bremspedal, um das Fahrzeug in einem Leerlaufzustand gestoppt
zu halten.
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Die
Steuereinrichtung 74 bestimmt die Größe des von dem Motor erzeugten
Drehmoments auf der Basis der Motordrehzahl, der Motordrosselposition,
des Luftmassenstromes und anderer einschlägiger Motorparameter. Das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes und die Achsübersetzung
werden dann verwendet, um das von dem leerlaufenden Motor auf die
Räder übertragene
Drehmoment durch Berechnung zu bestimmen. Dieses Drehmoment ist mit
dem Drehmoment 170 aus 4 vergleichbar. Der
Hubraum der Pumpe/Motor 26, die genügend negatives Drehmoment an
den Rädern
erzeugt, um auf das Leerlaufdrehmoment zu reagieren, wird wie mit Bezug
auf Schritt 178 beschrieben bestimmt. Dann erzeugt die
Steuereinrichtung ein Befehlssignal, das an das Solenoid 98 des
Proportionalventils 96 übertragen
wird, um die Winkelposition der Taumelscheibe und den Hubraum der
Pumpe/Motor 26 auf einen Hubraum zu ändern, der etwas größer als
der bei 178 berechnete Pumpenhubraum ist.
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Mit
Bezug auf 5 prüft nach der Initialisierung
bei 200 die Steuerung, die von der Steuereinrichtung 74 ausgeführt wird,
zuerst bei 202, ob alle Ventile geschlossen sind. Dann
wird bei 204 eine Überprüfung durchgeführt, um
zu bestimmen, ob die Bedingungen für den Eintritt in den Pumpenbetriebsmodus
erfüllt
sind. Der Pumpenbetriebsmodus wird eingegeben, wenn die Steuereinrichtung
einen Bedarf für
erhöhtes
Drehmoment bestimmt, die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer als etwa
30-40 mph ist, der Druck im Speicher geringer als eine vorbestimmte
Größe ist,
und andere ähnliche
Bedingungen des Antriebsstrangsystems erfüllt sind. wenn diese Bedingungen
logisch wahr sind, wird bei 206 von der Steuereinrichtung 74,
die ein Befehlssignal an deren betätigenden Solenoid 130 ausgibt,
das Absperrventil 128 in dessen Zustand EIN gesetzt. Das Proportionalventil 96 wird
bei Schritt 208 durch Änderung
der Größe des dem
Solenoid 98 zugeführten Stromes
in seine gewünschte
Hubraumgröße versetzt,
und bei 210 wird eine vollständige Proportionsteuerung ausgelöst. Wenn
die Bedingungen für den
Austritt aus dem Pumpenbetriebsmodus vorliegen, wird bei 212 das
Proportionalventil 96 heruntergefahren, um bei 214 den
Hubraum der Pumpe/Motor auf Null zu bringen. Die Bedingungen für den Austritt
aus dem Pumpenbetriebsmodus sind im Wesentlichen entgegengesetzt
zu den entsprechenden Bedingungen für den Eintritt in den Pumpenbetriebsmodus.
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Wenn
die Bedingungen für
den Eintritt in den Pumpenbetriebsmodus logisch falsch sind, wird
bei 216 eine Überprüfung durchgeführt, um
zu bestimmen, ob die Bedingungen für den Eintritt in den Motorbetriebsmodus
logisch wahr sind. Wenn dies zutrifft, wird bei 218 die
Proportionalsteuerung verhindert, das Absperrventil 128 wird
bei 220 durch Ausgeben eines Befehlssignals an dessen betätigenden Solenoid 130 in
dessen Zustand EIN gesetzt, das Niedrigdurchflussmengenventil 92 wird
bei 222 in dessen Zustand EIN gesetzt, und der Niedrigdurchflussmengen-Timer
wird gesetzt. Die Bedingungen für
den Eintritt in den Motorbetriebsmodus umfassen einen Antriebsstrangzustand,
für welchen
ein von der Pumpe/Motor erzeugtes Drehmoment erwünscht ist, um die Fahrzeugräder anzutreiben,
das Vorliegen einer ausreichenden Größe von Fluiddruck und Volumen
in dem Speicher, die Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich von
0-30 mph, und zusätzliche
Antriebsstrangsystemzustände.
Bei 224 wird eine Überprüfung durchgeführt, um
zu bestimmen, ob der Niedrigdurchflussmengen-Timer abgelaufen ist. Wenn
dies zutrifft, wird bei 226 das Modusventil 88 in dessen
Zustand EIN gesetzt, und das Niedrigdurchflussmengenventil 92 wird
auf AUS geschaltet. Als nächstes
wird bei 228 eine vollständige Proportionalsteuerung
ermöglicht.
Bei 230 wird eine Überprüfung durchgeführt, um
zu bestimmen, ob die Bedingungen für den Austritt aus dem Motorbetriebsmodus
logisch wahr sind, Wenn dies zutrifft, beginnt bei 232 das Proportionalventil 96,
den Hubraum des Motors und das von der Pumpe/Motor 26 ausgegebene
Drehmoment auf Null herunterzufahren. Wenn das Proportionalventil
die lineare Absenkung des Hubraumes der Pumpe/Motor auf Null beendet
hat, wie durch einen positiven Test bei 234 angezeigt ist,
wird bei 236 das Modusventil 88 geschlossen.