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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für ein elektromechanisches Getriebe,
insbesondere an einem Kettenfahrzeug, wobei das Hydrauliksystem zumindest
teilweise über
einen elektrischen Eingang beaufschlagt ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
Fahrzeuggetriebe umfasst typischerweise ein Hydrauliksystem, das
eine Kühlung
und Schmierung für
die Getriebebauteile bereitstellt, und kann Drehmomentübertragungsmechanismen
unter Druck setzen, um ein Schalten des Getriebes und ein Bremsen
des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Häufig
ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, um die Fluidströmung zu
steuern, und das Hydrauliksystem benutzt gewöhnlich eine Pumpe und verschiedene Ventile,
um Fluid in Ansprechen auf Fahrzeugbetriebsanforderungen zu lenken.
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Elektrische
Kettenfahrzeuge, wie Panzer, benutzen häufig einen oder mehrere elektrische
Antriebs- und Lenkmotoren, um die Drehzahl und Richtung der Ketten
entweder durch einen mechanischen Leistungsweg (z.B. Wellen und
Zahnräder)
oder unter Benutzung von elektrischen Radmotoren an jeder der separaten
Ketten zu steuern. Die Motoren können
durch eine Leistungsquelle, wie etwa einen Verbrennungsmotor oder
einen Dieselmotor, beaufschlagt sein, der Leistung an einen Generator
liefert, der wiederum die Leistung in einer Batterie zum Beaufschlagen
der Motoren speichert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Da
ein elektrisches Kettenfahrzeug in elektrischer Form verfügbare Leistung
aufweist, ist es erwünscht,
ein Getriebehydrauliksystem bereitzustellen, das elektrisch beaufschlagt
ist. Jedoch in dem Fall eines Ausfalls elektrischer Leistung ist
es wichtig, sicherzustellen, dass das Hydrauliksystem noch angemessen
kritische Fahrzeugfunktionen, wie das Bremsen und Lenken, steuern
kann sowie eine Kühlung
und Schmierung bereitstellt. Dementsprechend bietet die Erfindung
ein Hydrauliksystem für
ein elektromechanisches Getriebe, das eine elektrisch beaufschlagte
Hauptpumpe mit einer Sicherungspumpenfunktion aufweist, die in dem
Fall eines elektrischen Ausfalls durch eine batteriebeaufschlagte Hilfspumpe
und eine mechanisch beaufschlagte Ausgangspumpe bereitgestellt wird.
Genauer liefert eine elektrisch beaufschlagte Hauptpumpe Fluid an
Getriebebauteile, die zumindest einen Drehmomentübertragungsmechanismus und
vorzugsweise Bremsen, ein erstes und ein zweites Ausgangsgehäuse, die
Fluid zum Kühlen
der Bremsen beherbergen, sowie einen allgemeinen Getriebeschmierkreis
zum Schmieren von Getriebezahnradanordnungen und -lagern, den Lenkmotor
und den Fahrmotor umfassen.
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Das
Hydrauliksystem umfasst auch eine batteriebeaufschlagte Hilfspumpe,
die selektiv betreibbar ist, wenn die elektrische Leistung für die Hauptpumpe
nicht verfügbar
ist, um einen ausreichenden Fluiddruck bereitzustellen, um einen
der Drehmomentübertragungsmechanismen
einzurücken.
Die Einrückung
des Drehmomentübertragungsmechanismus
verbindet den Fahrmotor funktional mit einem Getriebeabtriebselement,
wodurch die Fähigkeit
bereitgestellt wird, das Ausgangselement zu rotie ren. Eine Ausgangspumpe
ist funktional mit dem Getriebeausgangselement verbunden und wird
mechanisch durch die Rotation des Ausgangselements beaufschlagt,
um den Getriebebauteilen zur Bremsenkühlung, zur Schmierung während des
Schleppens und anstelle der Hauptpumpe in dem Fall eines Ausfalls
elektrischer Leistung zu liefern. Die Hilfspumpe und die Ausgangspumpe
können
diese Sicherungsfunktion für
die Hauptpumpe auch dann bereitstellen, wenn die Hauptpumpe aus
irgendeinem anderen Grund ausfällt.
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Die
Hauptpumpe ist vorzugsweise eine Mehrstufenkreiselpumpe mit einem
Aufbau (wie etwa einem Pumpengehäuse
mit drehbaren Flügelrädern), der
mehrere Strömungswege
bildet. Die Hauptpumpe ist steuerbar, um vier Stufen bereitzustellen,
die eine Kühlstufe,
eine Hochdruckstufe und eine erste und zweite Rückförderstufe umfassen. In der
Kühlstufe
wird Fluiddruck durch die Hauptpumpe mit einem ersten (relativ hohen)
Strömungsvolumen
und einem ersten (relativ niedrigen) Druck geliefert. In der Hochdruckstufe
wird Fluiddruck durch die Hauptpumpe mit einem zweiten Strömungsvolumen,
das niedriger als das erste Strömungsvolumen
ist, und einem zweiten Druck, der höher als der erste Druck ist,
geliefert. Die Kühlstufe
kann dazu dienen, eine allgemeine Schmierung für den Schmierkreis bereitzustellen,
während
die Hochdruckstufe dazu dienen kann, Drehmomentübertragungsmechanismen in dem
Getriebe einzurücken.
In der ersten Rückförderstufe
arbeitet die Hauptpumpe, um Fluid an dem ersten Ausgangsgehäuse zu einem
Sumpf zurückzuführen. In der
zweiten Rückförderstufe
wird Fluid an dem zweiten Ausgangsgehäuse ähnlich zu dem Sumpf zurückgeführt. Wenn
somit das Fluid zum Kühlen
der Bremsen an dem Ausgangsgehäuse
nicht notwendig ist (z.B. wenn die Bremsen nicht betätigt sind),
werden die Fliehkraftverluste, die zu dem Fluid gehören, minimiert,
indem das Fluid zu dem Sumpf zurückgeführt wird.
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Nach
einem Ausfall der Hauptpumpe oder dem Verlust elektrischer Leistung
kann die Hilfspumpe steuerbar sein, um aufzuhören, Fluiddruck an den Drehmomentübertragungsmechanismus
zu liefern, wenn das Ausgangselement eine vorbestimmte Drehzahl
erzielt. Wenn somit das Fahrzeug über die Einrückung des
Drehmomentübertragungsmechanismus
durch die Hilfspumpe, so dass er eine vorbestimmte Drehzahl erzielt,
ausreichend in Gang gesetzt worden ist, übernimmt die Ausgangspumpe
die Funktion, Fluiddruck an die Getriebebauteile zu liefern.
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Ein
Controller für
eine elektrische Pumpe kann funktional mit der Hauptpumpe verbunden
sein, um die Rotation der Hauptpumpe mit einer variablen Drehzahl
auf der Basis von Bedingungen zu steuern, wie die Drehzahl des Ausgangselements
(die mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs korrelieren kann), die
Temperatur von einem oder mehreren Getriebebauteilen, eine vorbestimmte
Strömungsvolumenanforderung
(einschließlich
des Fluidvolumens, das notwendig ist, um den Drehmomentübertragungsmechanismus
einzurücken)
und der Druck des Fluids innerhalb des Hydrauliksystems. Durch Verändern der Drehzahl
der Pumpe auf der Basis der Systembetriebsbedingungen werden Energieverluste
minimiert, die damit einhergehen, wenn die Pumpe mit Drehzahlen
betrieben wird, die höher
als notwendig sind.
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Da
die Ausgangspumpe von dem Ausgangselement mechanisch beaufschlagt
wird, wird das Ausgangselement während
eines Schleppbetriebes rotieren, wenn es mit einer der Fahrzeugketten
verbunden ist (wobei angenommen wird, dass die Fahrzeugketten mit
dem Boden in Kontakt stehen, so dass das Schleppen die Ketten umlaufen
lässt).
Somit wird die Ausgangspumpe Kühlfluid
und Schmierung für
die Getriebebauteile bereitstellen, wenn das Fahrzeug geschleppt
wird.
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Das
Hydrauliksystem benutzt vorzugsweise eine Vielfalt von Ventilen,
die betreibbar sind, um Fluid auf eine optimale Weise zu lenken,
so dass Kühl- und
Schmieranforderungen erfüllt
werden. Beispielsweise ist zumindest ein Rückschlagventil bevorzugt zwischen
der Hauptpumpe und den Getriebebauteilen angeordnet und betreibbar,
um zuzulassen, dass beispielsweise während der Kühlstufe oder der Hochdruckpumpe
Fluid von der Pumpe an die Bauteile abgegeben wird. Jedoch verhindert
das Rückschlagventil,
dass Fluid an den Getriebebauteilen zurück zu der Hauptpumpe strömt, wenn
keine elektrische Leistung verfügbar
ist. Das heißt
das Rückschlagventil
verhindert eine unerwünschte
Entleerung und einen unerwünschten
Systemdruckverlust während
eines Ausfalls elektrischer Leistung. Ein ähnliches Rückschlagventil kann zwischen
der Ausgangspumpe und den Getriebebauteilen angewandt werden, um
eine Entleerung durch die Ausgangspumpe zu verhindern, wenn sie
nicht im Gebrauch ist.
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Es
kann auch ein Ausgleichsventil vorgesehen sein, insbesondere für den Betrieb
während
eines Ausfalls elektrischer Leistung, um eine Fluidverbindung zwischen
dem ersten oder zweiten Ausgangsgehäuse und dem Sumpf zuzulassen,
wenn keine elektrische Leistung für die Hauptpumpe verfügbar ist.
Das Ausgleichsventil bildet somit die Funktion der Rückförderstufe
der Hauptpumpe nach, die während
des Ausfalls elektrischer Leistung nicht verfügbar ist.
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Es
kann ein Bremsenkühlmittelventil
vorgesehen sein, das betreibbar ist, um eine Fluidverbindung von
der Ausgangspumpe zu den Bremsen zuzulassen, wenn die Bremsen betätigt sind,
um die Bremsen während
der Bremsenbetätigung
zu kühlen,
wenn die Wärmeerzeugung
sich auf einem maximalen Niveau befindet. Zusätzlich kann ein Ausgangspumpen-Um gehungsventil
vorgesehen sein, das betreibbar ist, um eine Fluidverbindung von
der Ausgangspumpe zu dem Sumpf 34 zuzulassen, wenn die
Bremsen nicht betätigt
sind. Die Fliehkraftverluste, die zu Fluid gehören, das an die Bremsen geliefert
wird, werden durch Minimieren des Fluiddrucks an den Bremsen minimiert,
wenn er nicht für eine
richtige Bremsenfunktion, Schmierung oder Kühlung erforderlich ist. Das
Ausgangspumpen-Umgehungsventil kann als Druckregelventil arbeiten, wenn
die Ausgangspumpe während
eines Ausfalls elektrischer Leistung benutzt wird. Beispielsweise kann
das Ausgangspumpen-Umgehungsventil konfiguriert sein, um eine Fluidströmung zu
dem Sumpf bei einem vorbestimmten Druck zuzulassen (z.B. von Strömungskanälen, die
fluidisch mit der Hochdruckstufe der Hauptpumpe verbunden sind,
zu dem Sumpf, wenn Fluiddruck in diesen Strömungskanälen einen vorbestimmten Druck übersteigt).
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Ein
Verfahren zum Liefern von Fluid an Getriebebauteile umfasst, dass
elektrische Leistung an eine erste (Haupt-)Pumpe geschickt wird,
die steuerbar ist, um selektiv Fluid an die Getriebebauteile, die einen
Drehmomentübertragungsmechanismus
umfassen, zu liefern. Wenn keine elektrische Leistung für die Hauptpumpe
verfügbar
ist oder die Hauptpumpe aus irgendeinem anderen Grund nicht in Betrieb ist,
umfasst das Verfahren, dass Batterieleistung an eine zweite (Hilfs-)Pumpe
geschickt wird, so dass die Hilfspumpe Fluid bereitstellt, um den
Drehmomentübertragungsmechanismus
einzurücken,
der eine Rotation eines Getriebeabtriebselements, mit dem der Drehmomentübertragungsmechanismus
mechanisch verbunden ist, ermöglicht.
Das rotierende Getriebeausgangselement beaufschlagt eine dritte (Ausgangs-)Pumpe
mechanisch (d.h. durch eine Kette oder eine andere Verbindungsvorrichtung),
so dass die Ausgangspumpe Fluid an die Getriebebauteile liefern
kann. Somit wirkt die Ausgangspumpe als redundante Sicherungspumpe
in dem Fall eines Ausfalls der ersten Pumpe (aufgrund eines Verlustes elektrischer
Leistung oder aus irgendeinem anderen Grund).
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Sobald
der eingerückte
Drehmomentübertragungsmechanismus
es ermöglicht,
dass das Getriebe das Fahrzeug in Gang setzt, und die Ausgangspumpe
Fluid für
die Getriebebauteile bereitstellen kann, kann das Verfahren die
Batterieleistung für
die Hilfspumpe beenden. Dies kann erfolgen, wenn die Drehung des
Ausgangselements sich durch eine vorbestimmte Drehzahl auszeichnet
(d.h. eine Drehzahl, die ein erfolgreiches Ingangsetzen und eine
Funktionsfähigkeit
der Ausgangspumpe angibt).
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Die
obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der besten Ausführungsart
der Erfindung leicht deutlich werden, wenn diese in Verbindung mit
den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Hydrauliksystems für ein elektromechanisches Getriebe
eines Kettenfahrzeugs, das eine Mehrstufenhauptpumpe, eine Hilfspumpe
und eine Ausgangspumpe aufweist;
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2 ist
eine Darstellung von der Seite in einem Teilquerschnitt einer Pumpenanordnung,
die die Hauptpumpe von 1 und ein elektronisches Steuermodul
umfasst; und
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3 ist
eine schematische Darstellung eines elektrischen Einganges in die
Hauptpumpenanordnung von 2.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
Hydrauliksystem
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In
den Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche
Bauteile beziehen, zeigt 1 ein Hydrauliksystem 10 zum
Liefern von Schmier- und Kühlfluid
an verschiedene Getriebebauteile an einem Kettenfahrzeug 11,
das einen elektrischen Fahrmotor 12, einen elektrischen
Lenkmotor 14 und einen Getriebeschmierkreis 16 umfasst,
der aus Kanälen,
die in dem Getriebegehäuse
gebildet sind, aus Röhren
oder irgendeiner in der Technik bekannten Struktur bestehen kann,
um eine Schmierung für
ausgewählte
Bereiche und für
ausgewählte Bauteile
in einem Getriebe vorzunehmen. Das Hydrauliksystem 10 schmiert
und kühlt
die Getriebebauteile und wird an einem elektromechanischen Getriebe 17 benutzt.
Das Getriebe 17 ist durch verschiedene Getriebebauteile
dargestellt, wie etwa den Schmierkreis 16 und verschiedene
Drehmomentübertragungsmechanismen,
wie eine Kupplung, die hierin als C1-Kupplung bezeichnet wird, die
Fluid an einer Stelle 18 aufnehmen kann. Das Hydrauliksystem 10 liefert
auch Kühlfluid
an Fahrzeugbremsen, wie es an Stelle 20 dargestellt ist.
Die C1-Kupplung und die Bremsen sind ebenfalls in 1 an
einer Bereichs- und Bremsensteuereinrichtungs-Stelle 21 dargestellt,
da Fluid durch den Betrieb des Hydrauliksystems 10 über alternative
Strecken, wie es nachstehend beschrieben wird, an die C1-Kupplung
und die Bremsen übermittelt
werden kann. Das Fluid ist vorzugsweise MIL-L-7808-Fluid, das eine relativ niedrige
Viskosität
aufweist, um Fliehkraftverluste zu verringern und den Betrieb von –52 Grad
Celsius (°C) bis
125°C Umgebungstemperatur
zu unterstützen.
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Das
Getriebe 17 umfasst auch ein Ausgangselement 22,
durch das Antriebsleistung über
Kupplung 24 an eine Kette 26 (die in einer fragmentarischen
Ansicht gezeigt ist) abgegeben wird. Ein ähnliches Ausgangselement und
eine ähnliche
Kette (die nicht gezeigt sind) befinden sich auf einer gegenüberliegenden
Seite des Fahrzeugs 11, wie es Fachleute verstehen. Die
Getriebebauteile umfassen auch ein erstes Ausgangsgehäuse 30 und
ein zweites Gehäuse 32,
die zu Zwecken des Fluidsteuerschemas in 1 in Verbindung
mit einem Fluidsumpf 34 dargestellt, aber konstruktiv um
die Bremsen herum gelegen sind.
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Hauptpumpenanordnung
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Nach 2 umfasst
das Hydrauliksystem 10 von 1 eine austauschbare
(line-replaceable) Hauptpumpenanordnung 36. Die Hauptpumpenanordnung 36 umfasst
sowohl ein elektronisches Steuermodul 37 als auch eine
elektrische Hauptpumpe 40, die damit verbunden ist. Genauer
empfangen das elektronische Steuermodul 37 und die Hauptpumpe 40 Leistung
von einem Hochspannungs-Gleichstrom-(DC)-Bus 49, wie es
in 3 dargestellt ist. Der Bus 49 überträgt Leistung,
vorzugsweise mit 610 Volt DC, von einer Leistungsquelle, wie etwa
einem Dieselmotor, in Reihe mit einem Generator und einer Lithiumbatterie.
Jedoch kann jede Leistungsquelle, die betreibbar ist, um elektrische
Hochspannungsleistung entlang einem Bus 49 abzugeben, benutzt werden.
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Die
Hauptpumpe 40 umfasst einen elektrischen Pumpenmotor 42,
der eine Pumpenwelle 44 beaufschlagt, die funktional mit
einer Motorwelle 45 über
eine Kerbzahnverbindung verbunden ist, wie es gezeigt ist. Die Hauptpumpe 40 ist
eine Mehrstufenpumpe, die eine Kühlpumpe
vom Kreiseltyp, drei Pumpen mit fester Verdrängung für Hauptdruck und zwei Rückförderpumpen
umfasst, Ein Flügelrad 46 rotiert
mit der Pumpenwelle 44 und stellt eine Druckfluidströmung her
und kann als eine Kühlstromungsstufe
bezeichnet werden. Die Hauptpumpe 40 umfasst ein Pumpengehäuse 48,
das verschiedene Rotoren 50A–50E beherbergt, die
zur Rotation an der Pumpenwelle 44 befestigt sind und Fluidströmungswege
zwischen verschiedenen Pumpeneinlässen 52A, 52B, 52C und
entsprechenden Pumpenauslässen 54A, 52B bzw. 54C herstellen,
um Fluid mit verschiedenen Volumina und Drücken bereitzustellen. Der Rotor 50A,
der Pumpeneinlass 52A und der Pumpenauslass 54A stellen
eine erste Rückförderstufe
her. Die Rotoren 50B und 50C und der Pumpeneinlass 52B und
der Pumpenauslass 54B stellen eine zweite Rückförderstufe
her. Die Rotoren 50E und 50D und der Pumpeneinlass 52C sowie
der Pumpenauslass 54C stellen eine Hochdruckstufe her.
In dem Schema von 1 wird die Kühlstufe als Stufe A bezeichnet,
die Hochdruckstufe wird als Stufe B bezeichnet, die erste Rückförderstufe
kann als Stufe C bezeichnet werden, und die zweite Rückförderstufe
wird als Stufe D bezeichnet.
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Der
Motor 42 ist vorzugsweise ein Motor mit variabler Drehzahl,
der betreibbar ist, um den Rotor 14 mit Drehzahlen von
einem Minimum von 2000 Umdrehungen pro Minute (U/min) bis zu einem
Maximum von 8000 U/min zu drehen. Die Strömungsanforderungen des Hydrauliksystems
der verschiedenen Getriebebauteile, die in 1 dargestellt
sind, werden vorzugsweise bei 7000 U/m in (88 % der maximalen Pumpendrehzahl)
erfüllt,
um eine angemessene Auslegungsgrenze sicherzustellen, indem für eine 14
% Kapazitätszunahme über den
Auslegungspunkt gesorgt wird. Strömungsanforderungen von Hydrauliksystemen
werden auf der Basis von überwachter
Fahrzeuginformation bestimmt und an den Pumpen-Controller 38 über ein
Control Area Network (CAN) Bus 56 eines Fahrzeugs weitergeleitet,
wie es in 3 dargestellt ist. Ein Controller 57 für das Traktionsantriebssystem
(TDS von Traction Drive System) verwendet einen Algorithmus, um
die Drehzahl der Hauptpumpe 40 gemäß der überwachten Information, wie
der Drehzahl des Getriebeausgangselements 22 von 1,
der Temperatur von einem oder mehreren der Getriebebauteile, die
in 1 dargestellt sind, der Strömungsvolumenanforderung der Hochdruckpumpenstufe
B von 1, einschließlich der
Strömungsvolumenanforderungen
der C1-Kupplung und anderer Drehmomentübertragungsmechanismen, und
dem Druck des Fluids, das von der Pumpe 40 geliefert wird,
einzustellen. Da die Pumpendrehzahl auf die gegenwärtigen Systemnotwendigkeiten
eingestellt wird, werden somit Pumpverluste, die mit dem Lauf der
Pumpe 40 mit einer unnötig
hohen Drehzahl einhergehen, minimiert. Ein Drehzahlsensor kann an
dem Ausgangselement 22 oder an einem anderen zugehörigen rotierenden
Bauteil, wie etwa Riemen 110, platziert sein, um die Drehzahl des
Ausgangselements 22 zu bestimmen, wie es Fachleute gut
verstehen werden.
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Der
TDS-Controller 57 überwacht
vorzugsweise die Fahrzeuginformation und gibt einen Befehl über den
CAN-Bus 56 von 3 an den Pumpen-Controller 38 weiter,
um die Drehzahl der Pumpenwelle 44 sowie eine ausgewählte Pumpenstufe A–D zu steuern.
Der Pumpen-Controller 38 liefert vorzugsweise auch eine
Rückkopplung über den CAN-Bus 56 an
den TDS-Controller 57, um eine voraussagende Detektion
von möglichen
Problemen zu unterstützen,
die einen Austausch der Hauptpumpenanordnung 36 vor dem
Ausfall ermöglicht.
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Zusätzlich erlaubt
der CAN-Bus 56 die Verwendung eines gesteuerten Startens
bei einer extrem niedrigen Temperatur (z.B. –51°C), um übermäßige Stromspitzen aufgrund
erhöhter
Scherviskosität des
Fluids zu verhindern. In dem TDS ist ein Start-Drehzahlsteueralgorithmus
vorgesehen, der ein Startsignal an den Pumpen-Controller 38 über den
CAN-Bus 36 weitergibt.
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Nach
dem Starten des Fahrzeugs wird ein Aufwachsignal 58 an
den Pumpen-Controller 38 geliefert, um den Controller 38 zu
aktivieren und eine Kommunikation mit dem TDS-Controller 57 einzuleiten.
Das elektronische Steuermodul 37 umfasst auch einen Pumpenmotorinverter 39.
Der Pumpenmotorinverter 39 ist vorzugsweise ein Dreiphasen-Strominverter,
der mit 610 Volt DC arbeitet, die über den Bus 49 von 3 geliefert
werden. Ein Inverter-Controller 41 steuert den Inverter 39 und
arbeitet mit einem Niederspannungs-Gleichstrom (LVDC), der durch 51 in 3 dargestellt
ist.
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Der
Pumpenmotorinverter 39 ist vorzugsweise an dem Pumpenmotor 42 mit
einer integralen Kühlplatte
montiert, die Getriebekühlfluid
durch interne Ölkanäle in der
Kühlplatte
zirkulieren lässt,
um Wärme
von dem Leistungsinverter 39 und dem Controller 38 abzuführen. Die
gesamte Hauptpumpenanordnung 36 ist als austauschbare Einheit
konstruiert. Die Pumpenwelle 44 ist in der Einbaulage vertikal
orientiert, wodurch eine schnelle Entnahme und ein schneller Austausch
verbessert werden. Der Hochspannungsbus 49 umfasst vorzugsweise
eine Hochspannungssperre, wie es Fachleute verstehen werden, um
die 610 Volt-Versorgung wegzunehmen, wenn der Verbinder während der
Wartung oder Überprüfung abgenommen
wird.
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Der
Pumpenmotor 42 benutzt Hochtemperatur-Samarium-Kobalt-Magnete,
die eine Hochtemperaturtauglichkeit besitzen und bei Temperaturen über 215°C erfolgreich
arbeiten. Diese Magnete sind an den Rotorabschnitt 43 montiert,
der mit der Motorwelle 45 rotiert, die mit der Pumpenwelle 44 verbunden ist.
Es können
andere Typen von Motoren innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung
angewandt werden. Der Rotor 43 wird durch an den Stator 47 gelieferte
elektrische Energie in Rotation ver setzt. Der Ölsumpf 34 benutzt
ein schmales, hohes Behältnisvolumen
und ist zentral in dem Mittelgehäuse 35 angeordnet,
um das Leistungsvermögen
an steilen Steigungen zu optimieren.
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Betriebsabläufe des
Hydrauliksystems
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In 1 sind
die vier Stufen der Hauptpumpe 40 bei Kühlstufe A, Hochdruckstufe B,
erste Rückförderstufe
C und zweite Rückförderstufe
D dargestellt. Unter der Annahme, dass elektrische HVDC-Leistung
verfügbar
ist, ist die Hauptpumpe 40 in 2 betreibbar,
um jede dieser Stufen bereitzustellen. Die Kühlstufe A liefert eine maximale
Kühlströmung und
ist ausgelegt, um 90 Liter pro Minute (l/m) an Fluidströmung bereitzustellen.
Die Kühlstufe A
ist durch das Flügelrad 46 von 2 vorgesehen und
ist eine Niederdruck-Hochströmungsstufe,
die dazu verwendet wird, Fluid für
das Getriebe, zur Kühlung
und zu Schmierzwecken zirkulieren zu lassen. Die Kühlstufe
A zieht Fluid aus dem Sumpf 34 ab und liefert Fluid durch
ein erstes Rückschlagventil 62 entlang
einem Strömungskanal 64 durch
den Strömungskanal 66,
durch ein Filter 68, entlang einem Strömungskanal 70 zu dem
Kühler 72 und
entlang dem Strömungskanal 74 zu
Verengungen 76A, 76B und 76C, um den
Fahrmotor 12, den Lenkmotor 14 und den Schmierkreis 16 zu
kühlen
bzw. zu schmieren. Zusätzlich
führt der
Strömungskanal 78 zu
dem Strömungskanal 80,
was zulässt,
dass die Kühlstufenströmung die
Hochdruckstufe B auflädt,
wie es nachstehend ausführlicher
besprochen wird.
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Ein
Kühlerumgehungsventil 82 erlaubt
eine Fluidströmung
von dem Strömungskanal 70 zu
dem Strömungskanal 74,
wobei der Kühler 72 unter
festgelegten Druck- und Temperaturbedingungen in dem Kühler 72 umgangen
wird, insbesondere wenn die Öltemperatur
niedriger als ein vorbestimmtes Niveau ist oder der Kühlerdruckabfall
größer als
ein vorbe stimmtes Niveau ist. Ähnlich
lässt ein
Filterumgehungsventil 84 zu, dass Fluid direkt von dem
Strömungskanal 64 zu
dem Strömungskanal 70 nach
einem vorbestimmten Druckabfall strömt, wobei der Strömungskanal 66 und
das Filter 68 umgangen werden. Ein Wandler 86 gibt
eine Warnung aus, dass die Filterumgehung unmittelbar bevorsteht.
Ein Druckentlastungsventil 67 lenkt überschüssiges Fluid zu dem Sumpf 34 durch
die Auslassöffnung 69,
wenn der Fluiddruck in dem Strömungskanal 64 ein
vorbestimmtes Niveau übersteigt.
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Die
Hochdruckstufe B der Hauptpumpe 40 von 2 ist
betreibbar, um eine niedrige Strömung mit
hohem Druck (d.h. 30 l/m) von Fluid bereitzustellen, um Bereichs-
und Bremsensteuerungseinrichtungen bei 21 zu betätigen, d.h.
um ausgewählte Kupplungen
und Bremsen einzurücken,
wie es von dem TDS-Controller 57 von 3 gesteuert
wird. In der Hochdruckstufe wird das Fluid im Strömungskanal 80 weiter
unter Druck gesetzt und gelangt durch ein zweites Rückschlagventil 88 zu
einem Strömungskanal 90 und
zu den Bereichs- und Bremsensteuerungseinrichtungen bei 21.
Ein Hauptregelventil 92 ist konfiguriert, um überschüssiges Fluid
im Strömungskanal 90 zu
Strömungskanal 80 abzulassen. Jegliche überschüssige Hochdruckströmung im
Strömungskanal 90,
die von dem Druckregelventil 92 abgelassen wird, wird zu
dem Pumpeneinlass 52C über Strömungskanal 80 zurückgeführt.
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Die
Hauptpumpe 40 von 2 stellt
auch die erste Rückförderstufe
C bzw. die zweite Rückförderstufe
D bereit, wie es in 1 schematisch dargestellt ist.
Die erste Rückförderstufe
C entfernt Fluid aus dem ersten Ausgangsgehäuse 30 und führt es zu dem
Sumpf 34 des Mittelgehäuses 35 zurück. Somit wird
Fluid aus dem ersten Ausgangsgehäuse 30 entfernt
und entlang dem Strömungskanal 96 zu
dem Sumpf 34 gepumpt. Ähnlich
entfernt die zweite Rückförderstufe
D Fluid aus dem zweiten Ausgangsge häuse 32, das entlang
dem Strömungskanal 96 gepumpt
wird, der auch die Austragsöffnung
der Rückförderpumpe
mit dem Sumpf 34 verbindet. Das Rückfördern der Ausgangsgehäuse 30, 32 reduziert
Wirbelung aufgrund rotierender Bauteile (wie etwa Zahnräder und
Bremsen) in diesen Bereichen und erhöht den Gesamtwirkungsgrad des
Fahrzeugs 11.
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Hydrauliksystemredundanz
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Somit
befriedigt die Hauptpumpe 40 von 2 die Hydraulikanforderungen
der Kupplungseinrückung,
der Bremsenbetätigung,
der Kühlung und
Schmierung für
das Fahrzeug 11 von 1 (während die
unten beschriebene Ausgangspumpe 100 eine Bremsenkühlung bereitstellt).
Jedoch in dem Fall eines Ausfalls der Hauptpumpe 40 oder
eines Leistungsverlustes entlang dem 610 Volt-DC-Bus 49 umfasst
das Hydrauliksystem ein redundantes Pumpensystem, das eine Hilfspumpe 98 und
eine Ausgangspumpe 100 umfasst. Die Hilfspumpe 98 wird
in dem Fall eines Ausfalls der Hauptpumpe 40 über ein
Relais aktiviert und über
eine Batterie 102 mit Energie beaufschlagt, um Fluid mit
4 l/m abzugeben. Die Pumpe 98 füllt somit die C1-Kupplung bei
18, indem Fluid entlang einem Fluidstromungskanal 104 abgegeben
wird. Somit wird die C1-Kupplung eingerückt, was eine Rotation des
Ausgangselements 22 über
mechanische Verbindungen damit, wie etwa Wellen und Zahnräder, ermöglicht, wie
es Fachleute gut verstehen werden. Ein Druckentlastungsventil 106 ist
fluidisch mit dem Strömungskanal 104 verbunden
und lässt überschüssigen Fluiddruck
zu dem Sumpf 34 ab, indem die Auslassöffnung 108 geöffnet wird.
Das Druckentlastungsventil 106 öffnet vorzugsweise bei einem
Druck von 2000 kPa.
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Sobald
die Einrückung
der C1-Kupplung bei Stelle 18 ermöglicht, dass das Ausgangselement 22 das
Fahrzeug antreibt, so dass das Fahrzeug ei ne Geschwindigkeit erreicht,
die zulässt,
dass eine mechanisch angetriebene Ausgangspumpe 100 Strömung und
Druck erzeugt, um ein volles Leistungsvermögen des Fahrzeugs zu ermöglichen,
wie es nachstehend beschrieben wird, wird die Hilfspumpe 98 durch
ein Signal von dem TDS-Controller 57 von 3 abgeschaltet.
Der TDS-Controller 57 ist vielmehr batteriebeaufschlagt
als durch die 610 Volt DC entlang dem Bus 49 beaufschlagt,
und würde
dennoch die Funktion in dem Fall eines Ausfalls der 610 Volt Leistung
erfüllen.
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Die
Ausgangspumpe 100 wird durch Rotation des Ausgangselements 22,
mit dem es über
einen Kettenriemen oder eine andere mechanische Verbindungsvorrichtung 110 verbunden
ist, mechanisch angetrieben. Die mechanisch angetriebene hydraulische
Ausgangspumpe 100 liefert Bremsenkühlmittel mit hoher Strömung an
die Bremsen bei 20, um während des Bremsens Energie
von den Bremsbelägen abzuführen, und
sorgt für
eine Schmierung, wenn das Fahrzeug 11 schleppt, wie es
nachstehend beschrieben wird. Die Bremsenkühlfunktion der Ausgangspumpe 100 tritt
auch auf, wenn die Hauptpumpe 40 in Betrieb ist, da die
Ausgangspumpe 100 immer dann mechanisch beaufschlagt ist,
wenn das Ausgangselement 22 läuft. Zusätzlich umfasst die Ausgangspumpe 100 Ventile
und eine Logik, um eine Hydrauliksystemredundanz in Bezug auf die
Hauptpumpe 40 zu unterstützen und somit Druck auf die Drehmomentübertragungsmechanismen
und die Bremsensteuerungseinrichtungen bei 21 und zur Schmierung
des Fahrmotors 12, des Lenkmotors 14 und des Schmierkreises 16 aufzubringen,
wie es nachstehend beschrieben wird. Somit stellt die Ausgangspumpe 100 eine
Betriebssystemredundanz in Bezug auf die Hauptpumpe 40 bereit.
Wenn beispielsweise die Bremsen betätigt werden (wie es zu einem
Bremsenkühlmittelventil 112 durch
ein Bremssignalventil 114 weitergeleitet wird), erlaubt
das Bremsenkühlmittelventil 112 eine
Strömung
von der Ausgangspumpe 100 entlang von Strömungskanälen 116, 118 und 120 zu
den Bremsen an Stelle 20. Wenn jedoch die Bremsen nicht
betätigt
werden, wird das Bremsenkühlmittelventil 112 nicht
geöffnet,
und ein Ausgangspumpen-Umgehungsventil 122 erlaubt einen
Austrag der Ausgangspumpenströmung
in Kanal 116 zu dem Sumpf 34. Das Ausgangspumpen-Umgehungsventil 122 lässt auch
einen Austrag von Fluid (z.B. Fluid in Strömungskanal 91) zu
dem Sumpf 34 durch eine Auslassöffnung 124 zu, wenn
Fluid in dem Strömungskanal 91 ein
vorbestimmtes Niveau erreicht. Ein Signalventil 126 ist
funktional zwischen dem Bremsenkühlmittelventil 112 und
dem Ausgangspumpen-Umgehungsventil 122 angeordnet und mit
diesem verbunden. Das Signalventil 126 kehrt die Logik
des Ausgangspumpen-Umgehungsventils 122 um, indem das Ausgangspumpen-Umgehungsventil 122 geschlossen
wird, wenn das Bremsenkühlmittelventil 112 öffnet und
umgekehrt.
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Ein
Ausgangspumpen-Rückschlagventil 134 spricht
auf Druckniveaus in Strömungskanälen 91 und 128 an
und öffnet,
um zuzulassen, dass Fluid von der Ausgangspumpe 100 Strömungskanal 91 speist,
wenn Positionen des Bremsenkühlmittelventils 112 und
des Ausgangspumpen-Umgehungsventils 122 einen Druckaufbau
in dem Strömungskanal 128 bewirken,
z.B. wenn das Bremsenkühlmittelventil 112 geschlossen
ist und das Ausgangspumpen-Umgehungsventil 122 kein Fluid
durch die Auslassöffnung 124 austrägt, da der
Druck in dem Strömungskanal 91 zu
niedrig ist, um das Ausgangspumpen-Umgehungsventil 122 zu
aktivieren.
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Wenn
zusätzlich
die Hauptpumpe 40 nicht funktionsfähig ist und der Druck in dem
Strömungskanal 128 größer als
der Druck in dem Strömungskanal 66 ist,
gibt die Ausgangspumpe 100 bis zu 75 l/m an Fluid entlang
dem Strömungskanal 128 durch
ein Rückschlagventil 130,
eine Strömungsverengung 132,
durch das Filter 68 und den Kühler 72 an den Fahrmotor 12,
den Lenkmotor 14 und den Schmierkreis 16 ab, um
deren Funktionsfähigkeit
aufrecht zu erhalten. Zusätzlich
erfasst ein Schmiermitteldruckwandler 77 Druck in dem Strömungskanal 74 und
gibt diese Information zurück
an den elektronischen Controller 38, so dass eine gewünschte Einstellung
der Fluidströmung
eingeleitet werden kann. Ein Schmiermittelregelventil 79 leitet überschüssiges Schmierkreisöl zurück zu dem
Sumpf 34 über
Ventil 122 im Normalbetrieb (d.h. wenn die Bremsen nicht
betätigt sind).
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Die
Rückschlagventile 62, 88 und 130 verhindern
ein unerwünschtes
Austragen durch den Ausgang der Hochdruckstufe B, der Kühlstufe
A bzw. den Ausgangspumpen-Strömungskanal 116.
Spezieller verhindert das Rückschlagventil 88,
dass Fluid durch die Hochdruckstufe B strömt, und das Rückschlagventil 62 verhindert,
dass Fluid durch die Kühlstufe
A strömt,
wenn ein Ausfall elektrischer Leistung bewirkt, dass die Hauptpumpe 40 von 2 ausfällt. Auch
unter dieser Bedingung öffnen
ein erstes Ausgleichsventil 136 und ein zweites Ausgleichsventil 138,
da die Rückförderstufen
C und D nicht funktionsfähig
sind, um zuzulassen, dass die Ausgangsgehäuse 30, 32 jeweils
zurück
zu dem Sumpf 34 entleert werden. Das Rückschlagventil 130 verhindert
eine Entleerung entlang dem Strömungskanal 66 durch Ventile 112 oder 122,
wenn die Hauptpumpe 40 in Betrieb ist. Die Rückschlagventile 62, 88, 130 ermöglichen
es, dass das Hydrauliksystem 10 mit einer Strömung von
der Ausgangspumpe 100 funktioniert, wenn die Hauptpumpe 40 nicht
in Betrieb ist.
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Mit
Bezug auf die in den 1 bis 3 beschriebene
Struktur umfasst ein Verfahren zum Liefern von Fluid an Getriebebauteile
eines elektromechanischen Getriebes, dass elektrische Leistung (d.h. über Bus 49)
zu einer ersten Pumpe (d.h. Hauptpumpe 40), die (durch
den TDS-Controller 57 und den elektronischen Controller 38)
steuerbar ist, geschickt wird, um selektiv Fluid an die Getriebebauteile,
wie Drehmomentübertragungsme chanismen bei
Bereichs- und Bremsensteuerungseinrichtungen (Stelle 21),
die C1-Kupplung an Stelle 18 sowie andere Getriebebauteile,
wie etwa den Fahrmotor 12, den Lenkmotor 14 und
einschließlich
des Getriebeschmierkreises 16 zu liefern. Wenn jedoch keine elektrische
Leistung entlang dem Bus 49 verfügbar ist oder die Hauptpumpe 40 auf
andere Weise nicht betriebsbereit ist, umfasst das Verfahren, dass
Batterieleistung (d.h. von Batterie 102) an die zweite
Pumpe (d.h. die Hilfspumpe 98) geschickt wird, um Fluid an
die Drehmomentübertragungsmechanismus-C1-Kupplung
an Stelle 18 zu liefern. Das Fluid rückt die C1-Kupplung ein und
ermöglicht
eine Rotation des Getriebeabtriebselements 22. Daher wird Fluid
durch eine dritte Pumpe, d.h. die Ausgangspumpe 100, die über das
Getriebeausgangselement 22 angetrieben wird, an die Bereichs-
und Bremsensteuerungseinrichtungen an Stelle 21, den Fahrmotor 12,
den Schmierkreis 16, den Lenkmotor 14 und die
Bremsen an Stelle 20 geliefert. Zusätzlich kann das Verfahren umfassen,
dass die Batterieleistung (d.h. Leistung von der Batterie 102)
zu der Hilfspumpe 98 beendet wird, wenn die Rotation des
Ausgangselements 22 eine vorbestimmte Drehzahl erzielt.
Bei dieser Drehzahl ist die Ausgangspumpe 100 ausreichend
in der Lage, ein volles Leistungsvermögen des Hydrauliksystems aufrecht
zu erhalten.
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Obgleich
die beste Ausführungsart
der Erfindung ausführlich
beschrieben worden ist, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese
Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen
zur praktischen Ausführung
der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.