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HINTERGRUND
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(a) Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung für ein HEF, welche beim Bereitstellen von Lenkkraft für einen Fahrer unterstützt, unabhängig von dem Antriebsbetrieb, und ein Verfahren zum Steuern von selbiger.
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(b) Bisheriger Stand der Technik
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Im Allgemeinen bezieht sich ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEF) auf ein Fahrzeug, in welchem ein nicht-Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor kombiniert ist, um die Kraftstoffeffizienz von dem Verbrennungsmotor zu verbessern. Ein Hybrid-Elektrofahrzeug kann in einem reinen Elektrofahrzeug (EF) Modus, einem reinen Verbrennungsmodus und einem Hybrid-Elektrofahrzeug (HEF) Modus fahren. In einem reinen Elektromodus wird die Energie von einem Motor zu einem Getriebe übertragen, so dass die Energie von dem Motor dazu verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Zusätzlich weisen Hybrid-Elektrofahrzeuge ebenfalls oftmals einen Modus zur Batterieaufladung auf, in welchem ein Antrieb oder generatorisches Bremsen dazu verwendet wird, um die Batterie wieder aufzuladen, welche eingesetzt wird, um dem Motor Energie zur Verfügung zu stellen.
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In einem Hybridfahrzeug, da eine Kupplung zwischen dem Antrieb und dem Motor angeordnet ist, um eine Energie von dem Antrieb zu einer Antriebswelle zu übertragen, kann in einem HEF Fahrmodus die Energie von dem Motor dazu benutzt werden, um als eine Hilfsenergiequelle zu wirken, während der Antrieb als eine Hauptenergiequelle wirkt.
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Die meisten hybridelektrischen Busse verwenden eine hydraulische Pumpe, welche direkt mit einem Antrieb verbunden ist, um beim Bereitstellen einer Lenkkraft an einen Fahrer zu unterstützen, wie bei einem herkömmlichen Bus. Ein Antrieb wird jedoch häufig angehalten, zum Beispiel in dem EF Fahrmodus, um das Kraftstoffverhältnis zu verbessern, aufgrund von den Eigenschaften des Hybrid-Elektrofahrzeugs, in diesem Fall da die hydraulische Pumpe, welche beim Bereitstellen von Energie zum Lenken unterstützt, ebenfalls angehalten ist, ist die Servolenkung nicht verfügbar, während der Antrieb nicht läuft, und somit ist es für den Fahrer schwierig zu lenken.
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Zudem setzt das Hybrid-Elektrofahrzeug einen Antrieb ein, welcher eine geringere Menge an Energie abgibt, welche an das hydraulische Pumpenmodell (zum Beispiel 290 PS -> 240 PS) angelegt werden kann, in diesem Fall kann die typische hydraulische Pumpe nicht eingesetzt werden, und somit sollte eine hydraulische Pumpe, welche bei weniger Druck arbeiten kann, in einem Hybridfahrzeug verwendet werden. Solch eine hydraulische Pumpe würde nicht jedoch nicht ausreichen, um eine Lenkungsvorrichtung für ein Fahrzeug zu betreiben, wie zum Beispiel bei einem großen LKW oder Bus.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Lenkungsvorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug zur Verfügung, welche beim Bereitstellen von Energie zum Lenken eines Fahrzeugs unterstützt, unabhängig davon, ob ein Antrieb augenblicklich in Betrieb ist oder nicht, durch die Verwendung einer Elektromotoreinheit, welche an einer Lenksäuleeinheit montiert ist, getrennt von einer hydraulischen Pumpe, und ein Verfahren zum Steuern von selbiger.
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In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lenkungsvorrichtung von einem Hybrid-Elektrofahrzeug zur Verfügung gestellt, aufweisend: einen Detektor, welcher dazu eingerichtet ist, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, einen Lenkwinkel und Umdrehungen pro Minute (U/min) eines Antriebs zu erfassen; eine Lenkhilfepumpe, welche in Übereinstimmung mit den U/min des Antriebs gesteuert wird, welche Energie zum Lenken von einem Lenkrad zur Verfügung stellt; eine Elektromotoreinheit (EME), welche an einer Lenksäuleeinheit montiert ist, getrennt von der Lenkhilfepumpe, welche Energie zum Lenken des Lenkrads zur Verfügung stellt; und eine Hybrid-Steuereinheit (HSE) zum Empfangen eines Signals von dem Detektor, um eine Lenkhilfepumpe und eine Elektromotoreinheit zu steuern, wobei eine Lenkkraft von einem Fahrer unterstützt wird, unabhängig davon, ob der Antrieb betrieben wird oder nicht.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die EME auf: einen Drehmoment/Winkelsensor, welcher in der Lenksäuleeinheit eingebaut ist. Der Drehmoment/Winkelsensor misst ein Lenkdrehmoment und einen Winkel von der Lenksäule. Die EME weist ebenfalls einen Elektromotor, dessen Drehmoment von der HSE gesteuert wird, und ein Untersetzungsgetriebe auf, welches eine Drehzahl von dem Elektromotor in Übereinstimmung mit der Steuerung von der HSE verringert.
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In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Lenkungsvorrichtung von einem Hybrid-Elektrofahrzeug zur Verfügung gestellt, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen, durch eines oder mehrere Steuergeräte, ob ein Antrieb angetrieben ist; Messen, durch den einen oder mehrere Detektoren, einer U/min des Antriebs, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, eines Lenkwinkels und einer Lenkwinkelgeschwindigkeit; in Erwiderung auf das Bestimmen, dass der Antrieb betrieben wird, das Empfangen an dem einen oder den mehreren Steuergeräten, von Signalen mit Bezug auf die U/min des Antriebs, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Lenkwinkel und die Lenkwinkelgeschwindigkeit, und das Steuern einer Lenkhilfepumpe in Übereinstimmung mit der U/min des Antriebs; und in Erwiderung auf das Bestimmten, dass der Antrieb nicht betrieben wird, Steuern einer Operation von der Elektromotoreinheit, um zusätzliche Energie an die Lenkungsvorrichtung und ein Rad zur Verfügung zu stellen.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Elektromotoreinheit in einem Regelungsverfahren für das Motordrehmoment gesteuert, und wenn das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit von einer Referenzgeschwindigkeit oder niedriger fährt, und der Lenkwinkel ein voreingestellter Wert oder höher ist, dann wird der Fahrer durch die Servolenkungsvorrichtung unterstützt.
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Die Vorteile von einer Lenkungsvorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug und eines Verfahrens zum Steuern von selbiger in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
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Erstens, wenn eine Lenkhilfepumpe (hydraulische Pumpe) für einen Antrieb mit geringer Ausgangsleistung in dem Fahrzeug eingesetzt wird, dann kann immer noch ausreichend Energie für größere Fahrzeuge zur Verfügung gestellt werden. Zweitens, wenn die Lenkhilfepumpe ausfällt, dann kann die EME als eine Lenkungsvorrichtung für den Notfall eingesetzt werden. Drittens, wenn ein ISG Modus auf einen hybridelektrischen Bus angewandt wird, dann kann der hybridelektrische Bus durch die EME gelenkt werden, während ein Antrieb angehalten ist. Viertens kann eine Fahrstabilität von einem Fahrzeug verbessert werden, durch das Ausführen einer Kollektivsteuerung in der HSE in Verbindung mit der EME und der VDC.
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Fünftens, gemäß dem Stand der Technik wurde ein Lenkungssystem offenbart, welches sowohl eine elektrohydraulische Servolenkung (EHS) (Steuerung von einer U/min des Motors) als auch eine motorische Servolenkung (MSL) anwendet. Da jedoch die zwei Systeme getrennte Steuergeräte benötigen, und die Steuerungsverfahren für die Systeme unterschiedlich sind, wird eine Zeitverzögerung erzeugt, welche einen unnötigen Energieverlust verursacht. Unterdessen, da die vorliegende Erfindung die hydraulische Servolenkung (HSL) (Steuerung der U/min des Antriebs) und eine EME (Steuerung des Motordrehmoments) einsetzt und kein getrenntes Steuergeräts benötigt, wegen des Motordrehmoments von der EME, können die Steuerungen mit Leichtigkeit durchgeführt werden und die Systemkosten werden im Vergleich zum Stand der Technik herabgesetzt.
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KURZE BESCHREIBUNG VON DEN ZEICHNUNGEN
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Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen von diesen beschrieben werden, welche von den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind, welche unten stehend lediglich zur Veranschaulichung dienen, und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, und wobei:
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1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Lenkungsvorrichtung von einem großen hybridelektrischen Bus in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Elektromotoreinheit von 1 zeigt; und
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3 ist eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zum Steuern der Lenkungsvorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Es versteht sich, dass die angefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, und eine irgendwie vereinfachte Repräsentation von unterschiedlichen bevorzugten Merkmalen, welche für die grundsätzlichen Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulicht sind, darstellen. Die speziellen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie hierin offenbart, einschließlich, zum Beispiel bestimmter Abmaße, Orientierungen, Stellen und Gestaltungen, werden zum Teil von der bestimmten beabsichtigten Anwendung und der Verwendungsumgebung bestimmt.
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In den Figuren beziehen sich über die zahlreichen Figuren der Zeichnung hinweg die Bezugszeichen auf gleiche oder äquivalente Bauteile der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder „Fahrzeug...” oder andere ähnliche Ausdrücke, wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen mit einschließt, wie zum Beispiel Personenkraftwagen einschließlich allradangetriebene Offroader (SUV), Busse, Lastwagen, unterschiedliche Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und dieser schließt Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid Elektrofahrzeuge, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff (zum Beispiel Kraftstoffe, die aus Ressourcen mit Ausnahme von Erdöl erzeugt wurden) ein. Wie hierin Bezug genommen, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Kraftquellen besitzt, zum Beispiel sowohl mit Benzin angetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
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Zusätzlich dazu versteht es sich, dass die unten stehenden Verfahren durch zumindest ein Steuergerät ausgeführt werden. Der Ausdruck Steuergerät bezieht sich auf ein Hardwaregerät, welches einen Speicher und einen Prozessor aufweist. Der Speicher ist dazu eingerichtet, um die Module zu speichern, und der Prozessor ist speziell dazu eingerichtet, um die Module auszufahren, um einen oder mehrere Prozesse durchzuführen, welche ferner unten stehend beschrieben werden.
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Des Weiteren kann die Steuerungslogik der vorliegenden Erfindung als ein nicht-flüchtiger computerlesbarer Datenträger auf einem computerlesbaren Medium enthalten sein, welches ausführbare Programmanweisungen enthält, welche von einem Prozessor, einem Steuergerät oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele des computerlesbaren Mediums umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, Compact Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Flash-drives, Smartcards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in zu einem Netzwerk gekoppelten Computersystemen vertrieben werden, so dass die computerlesbaren Datenträger auf eine verteilte Art und Weise gespeichert und ausgeführt werden, zum Beispiel von einem Telematik-Server oder einem Controller Area Network (CAN).
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich zum Zwecke des Beschreibens von bestimmten Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” ebenfalls die Pluralformen umfassen, es sei denn, dass der Kontext ganz klar etwas anderes anzeigt. Es versteht sich zudem, dass die Ausdrücke ”aufweist” und/oder ”aufweisend”, wenn in dieser Beschreibung verwendet, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elemente, und/oder Komponenten spezifiziert, aber das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Komponenten, und/oder von deren Gruppen nicht ausschließt. Wie hierin verwendet, umfasst der Ausdruck ”und/oder” beliebige und alle Kombinationen von einem oder mehreren der damit verknüpften aufgelisteten Begriffe.
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, so dass der Fachmann, welchen die vorliegende Erfindung betrifft, die Erfindung mit Leichtigkeit ausführen kann.
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1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Lenkungsvorrichtung von einem großen hybridelektrischen Bus in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Elektromotoreinheit von 1 zeigt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkungsvorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug, welche eine Servolenkung mittels einer Elektromotoreinheit unterstützen kann, um die Lenkfähigkeit von einem Fahrzeug zu verbessern, und ein Verfahren zum Steuern von selbiger.
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Die vorliegende Erfindung kann auf ein Hybridfahrzeug angewandt werden, insbesondere einen großen hybridelektrischen Bus. Die Lenkungsvorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendet sowohl eine Lenkhilfepumpe 10, welche direkt mit einem Antrieb verbunden ist, als auch eine Elektromotoreinheit (EME) 11 für das Unterstützen der Lenkhilfepumpe 10, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
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Zudem weist die vorliegende Erfindung einen Detektor, welcher eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine U/min des Antriebs, einen Lenkwinkel, eine Lenkwinkelgeschwindigkeit und dergleichen erfasst, und eine Hybrid-Steuereinheit (HSE) 12 auf, welche ein Signal von dem Detektor empfängt und mittels eines Prozessors die Lenkhilfepumpe 10 und die EME 11 steuert.
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In diesem Fall besitzt die Lenkhilfepumpe 10 dieselbe Konstruktion wie der Stand der Technik, und eine detaillierte Beschreibung von selbiger wird ausgelassen werden. Eine Funktion von der Lenkhilfepumpe 10 wird jedoch in Übereinstimmung mit einer U/min des Antriebs gesteuert, wenn der Antrieb 13 angetrieben wird. Zudem werden ein automatisiertes Handschaltgetriebe (AHG) 14, welches mit einem Hinterrad verbunden ist, von dem Hybrid-Elektrofahrzeug, eine Kupplung 15, ein Motor 16, ein Antrieb 13 und dergleichen kollektiv von der HSE 12 gesteuert. Die HSE 12 empfängt eine U/min des Antriebs, eine Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen, und führt eine Gesamtsteuerung aus, wie zum Beispiel eine Unterstützungssteuerung, eine Dämpfungsregelung, eine Rücklaufregelung, eine Drehmomentsteuerung und dergleichen. Die Elektromotoreinheit 11 ist an einer Lenksäuleeinheit 19 montiert, und weist einen Elektromotor 22, einen Drehmoment/Winkelsensor 20 und ein Untersetzungsgetriebe 21 auf. Zusätzlich kann das Getriebe 18 innerhalb einer Vorderachse von dem Fahrzeug eingebaut sein.
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Die EME 11 unterstützt beim Lenken des Fahrzeugs, wenn es der Lenkhilfepumpe 10 an dem Leistungsvermögen dies zu tun fehlt, unabhängig davon, ob der Antrieb 13 augenblicklich betrieben wird. Zum Beispiel, während bei niedrigeren Geschwindigkeiten (das heißt, weniger als 20 km/h) gefahren wird oder während eine volle Umdrehung gemacht wird, ist die Lenkhilfepumpe 10 nicht dazu in der Lage, zur Genüge ausreichend Energie zur Verfügung zu stellen, um beim Lenken des Fahrzeugs in vollem Umfang zu unterstützen, in diesem Fall kann die Lenkkraft durch die EME 11 unterstützt werden. Zudem, wenn Idle Stop & Go (ISG) angewandt wird, dann kann eine Lenkfunktion durchgeführt werden, während der Antrieb 13 augenblicklich nicht betrieben wird. Außerdem, da ein Motordrehmoment von der Elektromotoreinheit 11 durch die HSE 12 gesteuert wird, benötigt die EME 11 kein getrenntes Steuergerät.
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Im Folgenden wird ein Verfahren zum Steuern eines Hybrid-Elektrofahrzeugs in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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3 ist eine schematische Ansicht, welche ein Verfahren zum Steuern der Lenkungsvorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die HSE 12 betreibt die Lenkhilfepumpe 10 in Übereinstimmung mit einer U/min des Antriebs, wenn der Antrieb 13 angetrieben ist, und steuert die EME 11 mit Hilfe von Unterstützungssteuerung, Dämpfungsregelung, Rücklaufregelung, Drehmomentsteuerung und dergleichen, in Übereinstimmung mit den Signalen von einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem Lenkwinkel, einer Lenkwinkelgeschwindigkeit und einem Lenksäulendrehmoment, wenn der Antriebe 13 angehalten ist, um einen Fahrer beim Lenken eines Fahrzeugs zu unterstützen.
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Insbesondere während dem Fahren bei geringer Geschwindigkeit und während eine volle Umdrehung gemacht wird, kann die Elektromotoreinheit 11 die Lenkhilfepumpe 10 beim Bereitstellen von ausreichend Energie an das System unterstützen. Insbesondere erfolgt eine Bestimmung durch die HSE, ob der Antrieb 13 augenblicklich betrieben wird oder nicht. Wenn der Antrieb 13 nicht betrieben wird, während eines anfänglichen Starts des Fahrzeugs, erfolgt dann eine Bestimmung, ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit bei 5 km/h (Kilometer pro Stunde) oder höher liegt.
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Wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit bei 5 km/h oder höher liegt, und der Antrieb 13 betrieben wird, dann wird das Lenkrad 17 durch lediglich die Lenkhilfepumpe 10 betrieben. Das heißt, in diesem Fall wird der Fahrer lediglich durch die Lenkhilfepumpe 10 unterstützt. Im Gegenzug, bei einer niedrigen Geschwindigkeit und während eine volle Umdrehung gemacht wird, zum Beispiel, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als 20 km/h ist, nachdem der Antrieb 13 betrieben wird und der Lenkwinkel größer als 300 Grad ist, dann werden die Lenkhilfepumpe 10 und die EME 11 gleichzeitig verwendet, um eine Lenkkraft von dem Fahrer zu unterstützen.
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Als nächstes, zum Beispiel, wenn der Antrieb 13 angehalten ist, während das Fahrzeug unter normalen Bedingungen im Betrieb ist, falls die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als 5 km/h ist und der Lenkwinkel weniger als 180 Grad beträgt, dann wird die Elektromotoreinheit 11 dazu verwendet, um den Fahrer beim Lenken zu unterstützen.
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Zudem, wenn die ISG in Betrieb ist, zum Beispiel, wenn der Antrieb 13 angehalten ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als 5 km/h ist, und der Lenkwinkel größer als 300 Grad ist, dann wird die EME 11 betrieben, um den Fahrer beim Lenken des Fahrzeugs zu unterstützen.
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Tabelle 1 zeigt ein Vergleichsergebnis von Leistungsfähigkeiten beim Lenken von einem Hybrid-Elektrofahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung und einem gewöhnlichen Bus. [Tabelle 1]
| Elemente | Gewöhnlicher Bus | Hybridelektrischer Bus |
| Hydraulischer Typ | Hydraulischer Typ | EME |
| Hydraulischer Typ | Entlastungsdruck (bar) | 125 | 115 | - |
| Hydraulischer Druck | 100 | 100 | - |
| Hydraulische Unterstützungskraft (kgf, 1 × 2) | 12,500 | 11,500 | - |
| EME | a Nennmoment Motor (Nm) | - | - | 4,04 |
| b Verhältnis Untersetzungsgetriebe | - | - | 20,5 |
| Getriebe | c Übersetzung | - | - | 17 |
| d Segmentwelle PCD (mm) | - | - | 51 |
| e EME Unterstützungskraft (kgf, (a × b × c) ÷ d) | - | - | 2,814 |
| Gesamte Servounterstützungskraft (kgf, 3 + e) | 12,500 | 14,314 (1,814 Toleranz) |
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Somit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, wenn eine Lenkhilfepumpe (hydraulische Pumpe) 10 für einen Antrieb mit geringer Ausgangsleistung eingesetzt wird, dann kann eine zusätzliche Energie von der EME bereitgestellt werden. Des Weiteren, wenn die Lenkhilfepumpe 10 ausfällt, dann kann die EME 11 als eine Lenkungsvorrichtung für den Notfall eingesetzt werden. Schließlich, wenn der ISG Modus auf einen hybridelektrischen Bus angewandt wird, dann kann der hybridelektrische Bus durch die EME 11 gelenkt werden, während der Antrieb nicht betrieben wird. Als ein Ergebnis kann die Lenkfähigkeit von einem Fahrzeug verbessert werden, durch das Ausführen einer Kollektivsteuerung in der HSE 12, in Verbindung mit der EME 11 und der VDC.
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Die Erfindung wurde in allen Einzelheiten mit Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen von selbiger beschrieben. Der Fachmann versteht jedoch, dass Veränderungen an diesen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dabei von den Prinzipien und dem Erfindungsgedanken der Erfindung abzuweichen, wobei der Schutzumfang von selbiger in den beigefügten Patentansprüchen und deren Äquivalenten festgelegt wird.
