DE102019208422A1

DE102019208422A1 - Verbessertes Bremsverfahren und -vorrichtung für Hybridmaschinen

Info

Publication number: DE102019208422A1
Application number: DE102019208422.2A
Authority: DE
Inventors: Justin E. Fritz; Kevin W. Campell; Todd F. Velde; Brian K. Kellogg
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2018-06-21
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2019-12-24
Also published as: US20190389468A1; US10759431B2

Abstract

System zum Steuern der Geschwindigkeit einer hybriden Arbeitsmaschine, die eine Motorbaugruppe, ein mechanisch mit der Motorbaugruppe verbundenes elektrisches Antriebssystem, einen Antriebsmechanismus, der konfiguriert ist, um durch das elektrische Antriebssystem angetrieben zu werden, und eine mit der Motorbaugruppe, dem elektrischen Antriebssystem und dem Antriebsmechanismus kommunizierende Steuerung aufweist. Wobei die Steuerung selektiv die Motorbaugruppe, das elektrische Antriebssystem und den Antriebsmechanismus in Eingriff bringt, um eine Bremsfunktion auszuführen.

Description

Gebiet der Offenbarung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Verwalten einer Bremspriorität einer Arbeitsmaschine und insbesondere auf das Verwalten einer Bremspriorität einer Arbeitsmaschine, die ein elektrohydraulisches Bremssystem beinhaltet.
Hintergrund der Offenbarung
Arbeitsmaschinen haben häufig mehr als ein System, das eine Bremskraft auf die Arbeitsmaschine ausüben kann. Viele Arbeitsmaschinen haben Gas- oder Dieselmotoren, die eine Bremskraft auf die Arbeitsmaschine ausüben, wenn ein Benutzer eine Eingabe vornimmt, die eine Bremskraft erfordert. Dem Motor werden ausgewählte Kraftstoffmengen bereitgestellt, um die Arbeitsmaschine mit Leistung zu versorgen. Die vom Motor an die Arbeitsmaschine gelieferte Leistung ermöglicht es der Arbeitsmaschine, sich auf einem Untergrund zu bewegen und eine beliebige Anzahl von Unterbaugruppen mit Leistung zu versorgen. Die Unterbaugruppen umfassen häufig eine Hydraulikpumpe, die Hydraulikflüssigkeit für Hydraulikkomponenten der Arbeitsmaschine bereitstellt. Die Anforderungen an den Motor können je nach gewünschter Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine und den Bedürfnissen der Hydraulikkomponenten variieren.
Viele Arbeitsmaschinen steuern die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine, indem sie einen oder mehrere Bodeneingriffsmechanismen über ein Getriebe mechanisch mit dem Motor koppeln. Wenn die Arbeitsmaschine eine Erhöhung der Geschwindigkeit erfordert, wird dem Motor mehr Kraftstoff zugeführt, wodurch er mit einer schnelleren Drehzahl rotiert. Der Motor erhöht wiederum die Geschwindigkeit des Bodeneingriffsmechanismus und die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine wird erhöht.
In einem Beispiel, wenn die Geschwindigkeit einer typischen Arbeitsmaschine reduziert werden muss, wird der dem Motor bereitgestellte Kraftstoff reduziert und der Motor stellt dem Bodeneingriffsmechanismus eine Bremskraft bereit. Wenn die Motorbremskraft nicht ausreicht, um die Arbeitsmaschine zu verlangsamen, und die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine zunimmt, kann der Bodeneingriffsmechanismus in einem Abfahrtszustand zum Beispiel bewirken, dass sich der Motor mit höheren Drehzahlen dreht, als der Motor handhaben kann.
Dementsprechend verfügen viele Arbeitsmaschinen über ein Bremssystem, das der Benutzer betätigen kann, um die Arbeitsmaschine zu verlangsamen. Das Bremssystem ist oft ein Hydrauliksystem, das als Reaktion auf eine Benutzereingabe eine Bremse auf das Getriebe oder den Bodeneingriffsmechanismus betätigt. In dieser Konfiguration wird das Bremssystem häufig betätigt, während der Motor entladen wird, um das Verlangsamen der Arbeitsmaschine zu erleichtern.
Viele hybride Arbeitsmaschinen fügen einen Elektromotor, einen Generator oder beides hinzu, um die Leistung der Arbeitsmaschine besser steuern zu können. Bei der hybriden Arbeitsmaschine kann der Motor und Generator oder Motor-Generator von der Arbeitsmaschine genutzt werden, um eine Bremskraft bereitzustellen, wenn eine Verringerung der Geschwindigkeit erforderlich ist. Bei der hybriden Arbeitsmaschine wird die Bremskraft teilweise vom Generator oder Motor-Generator aufgebracht, wodurch die von der Arbeitsmaschine erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird, die von der Arbeitsmaschine gespeichert oder freigegeben werden kann. Oft wird die vom Generator oder Motor-Generator erzeugte elektrische Energie in Batterien gespeichert. Wenn jedoch im Rahmen der Bremsfunktion zu viel elektrische Energie erzeugt wird, verwendet der Generator oder Motor-Generator häufig elektronische Bremswiderstände, um die während einer Bremsfunktion erzeugte elektrische Zugangsenergie zu verwalten.
Zusammenfassung
Eine Ausführungsform ist ein System zum Steuern der Geschwindigkeit einer hybriden Arbeitsmaschine, die eine Motorbaugruppe, ein mechanisch mit der Motorbaugruppe gekoppeltes elektrisches Antriebssystem, einen Antriebsmechanismus, der konfiguriert ist, um durch das elektrische Antriebssystem angetrieben zu werden, und eine mit der Motorbaugruppe, dem elektrischen Antriebssystem und dem Antriebsmechanismus kommunizierende Steuerung aufweist. Wobei die Steuerung selektiv die Motorbaugruppe, das elektrische Antriebssystem und den Antriebsmechanismus in Eingriff bringt, um eine Bremsfunktion auszuführen.
Ein Ausführungsbeispiel weist ein elektrohydraulisches Bremssystem auf, das mit dem Antriebsmechanismus gekoppelt ist, wobei das elektrohydraulische Bremssystem von der Steuerung selektiv betätigt wird, um die Bremsfunktion auszuführen. In einem Aspekt dieses Beispiels, wenn die Steuerung einen Geschwindigkeitsreduzierungsbefehl identifiziert, der größer als ein Geschwindigkeitsreduzierungsschwellenwert ist, übt die Steuerung eine Bremskraft auf den Antriebsmechanismus mit dem elektrohydraulischen Bremssystem aus. In einem anderen Aspekt dieses Beispiels, wenn der Geschwindigkeitsreduzierungsbefehl unterhalb des Geschwindigkeitsreduzierungsschwellenwerts liegt, greift die Steuerung in die Motorbaugruppe und das elektrische Antriebssystem ein, um eine Bremskraft aufzubringen, und greift nicht in die elektrohydraulische Baugruppe ein.
Ein weiteres Beispiel weist Benutzersteuerungen auf, die einen erforderlichen Bremskraftbefehl an die Steuerung senden, wobei die Steuerung den erforderlichen Bremskraftbefehl mit einem Bremskraftschwellenwert vergleicht und Bremskraftbefehle auf Grundlage des Vergleichs des erforderlichen Bremskraftbefehls mit dem Bremskraftschwellenwert an die Motorbaugruppe, das elektrische Antriebssystem und den Antriebsmechanismus leitet.
In noch einem weiteren Beispiel implementiert die Motorbaugruppe ein Dekompressionsbremsverfahren als Teil einer Motorbaugruppenbremsfunktion.
In einem weiteren Beispiel wendet die Steuerung die Bremsfunktion selektiv mit der Motorbaugruppe, dem elektrischen Antriebssystem und dem Antriebsmechanismus auf Grundlage einer Bremspriorität an, die in der Steuerung gespeichert ist, wobei die Bremspriorität eine Motorbremsfunktion mit der Motorbaugruppe und eine elektrische Bremsfunktion mit dem elektrischen Antriebssystem einleitet, bevor eine Bremsfunktion des Antriebsmechanismus mit dem Antriebsmechanismus ausgeführt wird.
In noch einem weiteren Beispiel weist der Antriebsmechanismus mindestens eine Achse und mindestens eine Bremse auf, die an der Achse angeordnet ist und von der Steuerung über ein elektrohydraulisches System gesteuert wird, wobei die Steuerung die Bremse selektiv betätigt, um eine Bremsfunktion des Antriebsmechanismus auszulösen.
In einem Beispiel wird die Bremsfunktion ausgeführt, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit höher als ein Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert ist.
Eine weitere Ausführungsform ist ein Verfahren zum Steuern der Geschwindigkeit eines Hybridfahrzeugs, das das Bereitstellen einer Motorbaugruppe mit einem Motor, eines elektrischen Antriebssystems, das mechanisch mit dem Motor gekoppelt ist, eines Antriebsmechanismus, der konfiguriert ist, um von dem elektrischen Antriebssystem angetrieben zu werden, und der ein elektrohydraulisches Bremssystem und eine Steuerung aufweist, die mit der Motorbaugruppe, dem elektrischen Antriebssystem und dem elektrohydraulischen Bremssystem kommuniziert und mit der Steuerung ein Fahrzeuggeschwindigkeitsreduktionssignal identifiziert und mit der Steuerung selektiv ein Motorbremsverfahren, ein elektrisches Antriebssystembremsverfahren und ein Antriebsmechanismusbremsverfahren als Reaktion auf das Fahrzeuggeschwindigkeitsreduktionssignal ausführt.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform wird das Antriebsmechanismusbremsverfahren durch die Steuerung ausgeführt, indem eine hydraulische Bremse mit dem elektrohydraulischen Bremssystem in Eingriff gebracht wird. In einem Aspekt dieses Beispiels ist die hydraulische Bremse um eine Achse des Hybridfahrzeugs positioniert, um selektiv eine Bremskraft auf die Achse aufzubringen.
In einem weiteren Beispiel dieser Ausführungsform beinhaltet das Motorbremsverfahren das Implementieren einer Dekompressionsausrichtung einer Ventilbaugruppe des Motors.
In noch einem weiteren Beispiel beinhaltet die Motorbaugruppe mindestens eine parasitäre Vorrichtung, die durch die Steuerung selektiv an den Motor gekoppelt ist, wobei die Steuerung die parasitäre Vorrichtung während des Motorbremsvorgangs mit dem Motor koppelt. In einem Aspekt dieses Beispiels ist die parasitäre Vorrichtung ein Lüfter.
In einem weiteren Beispiel dieser Ausführungsform führt die Steuerung das Motorbremserfahren aus und enttankt den Motor, bevor das Antriebsmechanismusbremsverfahren ausgeführt wird.
Ein noch weiteres Beispiel beinhaltet das Speichern einer Motorbremskapazität, einer Elektronikbaugruppenbremskapazität und einer Antriebsmechanismusbremskapazität, das Bestimmen einer erforderlichen Bremskapazität mit der Steuerung auf Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitsreduktionssignals und das Implementieren des Antriebsmechanismusbremsverfahrens nur dann, wenn die erforderliche Bremskapazität größer als die kombinierte Motorbremskapazität und die Elektronikbaugruppenbremskapazität ist.
Ein weiteres Beispiel beinhaltet das Überwachen von mindestens einer Motorbaugruppentemperatur, einer Temperatur des elektrischen Antriebssystems und/oder einer Temperatur des Antriebsmechanismus mit der Steuerung und das Modifizieren des Motorbremsverfahrens, des Elektronikbaugruppenbremsverfahrens und/oder des Antriebsmechanismusbremsverfahrens auf Grundlage des Überwachungsschritts.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist eine Arbeitsmaschine mit einer Motorbaugruppe, die mit einem Antriebsmechanismus gekoppelt ist, um selektiv eine Bremskraft an den Antriebsmechanismus bis zu einer maximalen Motorbremskraft bereitzustellen, einer elektrohydraulischen Bremsbaugruppe, die selektiv eine zusätzliche Bremskraft an den Antriebsmechanismus anlegt, einem Bremskraftindikator und einer Steuerung in Kommunikation mit der Motorbaugruppe, der elektrohydraulischen Bremsbaugruppe und dem Bremskraftindikator. Wobei die Steuerung mit dem Bremskraftindikator eine erforderliche Bremskraft erkennt und die Zusatzbremskraft anlegt, wenn die erforderliche Bremskraft größer als die maximale Motorbremskraft ist.
In einem Beispiel dieser Ausführungsform ist der Bremskraftindikator einer von einem Vorwärts-Neutral-Rückwärts-Hebel, einem Bremspedal, einem Schalter, einer Tempomatschnittstelle oder einem Geschwindigkeitsregler.
Figurenliste
Die oben genannten Aspekte der vorliegenden Offenbarung und die Art und Weise, wie sie erhalten werden, werden deutlicher und die Offenbarung selbst wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden, wobei:

1a eine Seitenansicht einer Arbeitsmaschine ist;
1b eine schematische Ansicht der Arbeitsmaschine ist, wenn 1a ein elektrisches Antriebssystem aufweist;
2 eine schematische Ansicht eines Steuersystems der Arbeitsmaschine aus 1a ist; und
3 ein Flussdiagramm einer Bremsleistungssteuerlogik ist.

In den verschiedenen Ansichten werden gleiche Teile durch gleiche Bezugsnummern bezeichnet.
Ausführliche Beschreibung
Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind nicht dazu bestimmt, erschöpfend zu sein oder die Offenbarung auf die genau offenbarten Formen der folgenden ausführlichen Beschreibung zu beschränken. Vielmehr wurden die Ausführungen so gewählt und beschrieben, dass Fachleute die Prinzipien und Praktiken der vorliegenden Offenbarung verstehen können.
In einigen Serienhybridfahrzeugen weist das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Generator, einen Fahrmotor, einen Bremswiderstand und einen DC-Bus („DC“ bedeutet Gleichstrom) auf, an den der Generator, der Fahrmotor und der Bremswiderstand elektrisch gekoppelt sind. Der Generator wandelt mechanische Energie vom Motor in elektrische Energie auf dem Bus um und kann in die entgegengesetzte Richtung arbeiten oder zurückgetrieben werden, um elektrische Energie vom Bus in mechanische Energie umzuwandeln, um den Motor bei anderen Funktionen an Bord des Fahrzeugs zu unterstützen (z. B. hydraulisches Anheben einer Schaufel). Der Fahrmotor wandelt elektrische Energie vom Bus in mechanische Energie zur Verwendung beim Antreiben eines oder mehrerer Traktionselemente (z. B. Bodeneingriffsräder) („Antreiben“) um und kann in der entgegengesetzten Richtung arbeiten oder zurückgetrieben werden, um mechanische Energie in elektrische Energie am Bus umzuwandeln („elektrisches Bremsen“).
In Bezug auf Fahrzeugrichtungsumkehrungen kann das Fahrzeug über eine FNR-Steuerung verfügen, die vom Fahrer bedient werden kann („FNR“ bedeutet vorwärts, neutral und rückwärts). Wenn die FNR-Steuerung von Vorwärts auf Rückwärts oder von Rückwärts auf Neutral geschaltet wird, wird der Motor angewiesen, seine Geschwindigkeit durch elektrisches Bremsen auf Null zu senken, um elektrische Energie an den Bus zu liefern, und dann seine Geschwindigkeit durch Antreiben zu erhöhen, um elektrische Energie aus dem Bus zu entfernen.
Die DC-Bus-Spannung des DC-Busses wird überwacht. Gemäß einem hysteretischen Steuerschema wird der Bremswiderstand in einem konstanten EIN-Zustand betrieben, um elektrische Energie von dem DC-Bus abzubauen, wenn die DC-Busspannung einen DC-Busschwellenwert übersteigt (z. B. aufgrund von elektrischem Bremsen des Motors ohne ausreichendes Antreiben des Generators). Liegt die DC-Busspannung unter dem DC-Busschwellenwert, befindet sich der Bremswiderstand in einem konstanten AUS-Zustand.
1a zeigt eine beispielhafte Arbeitsmaschine 10 mit vorderem Abschnitt 110 und hinterem Abschnitt 140. Der hintere Anschnitt 140 beinhaltet einen Fahrzeugmotor bzw. Motor 112 oder einen anderen Hauptantrieb, eine Bedienerkabine 114 und eine Hinterachse und Räder 120, die mit einem hinteren Rahmen 122 gekoppelt sind. Der vordere Abschnitt 110 umfasst eine Vorderachse und Räder 160, die mit einem vorderen Rahmen 124 gekoppelt sind. Motor 112, Vorderachse und Räder 160 und Hinterachse und Räder 120 können Teil eines Antriebssystems sein, das das Fahrzeug 10 in Bewegung setzt. Das Antriebssystem kann die verfügbare Geschwindigkeit und Richtung des Fahrzeugs 10 steuern.
Der vordere Rahmen 124 des vorderen Abschnitts 110 ist über ein Gelenk 130 mit dem hinteren Rahmen 122 des hinteren Abschnitts 140 gekoppelt. Das Gelenk 130 ermöglicht es dem vorderen Abschnitt 110 und dem hinteren Tragabschnitt 140, relativ zueinander um eine vertikale Achse zum Lenken der Arbeitsmaschine 100 zu schwenken.
In einem Aspekt dieser Offenbarung können eine oder mehrere Hydraulikzylinderbaugrupppen 164 mit einem Ende an den hinteren Abschnitt 140 und mit dem anderen Ende an den vorderen Abschnitt 110 gekoppelt werden. Die Hydraulikzylinderbaugruppe 164 kann an ein Hydrauliksystem gekoppelt sein und mehrere lineare Verschiebungen bereitstellen. Insbesondere kann die Hydraulikzylindergruppe 164 mit einem Zylinder und einer teilweise im Zylinder positionierten Stange ausgestattet sein. Die Stange kann mit einem repositionierbaren, im Zylinder befindlichen Kolben gekoppelt sein. Während sich der Kolben innerhalb des Zylinders bewegt, kann sich die Stange entsprechend mitbewegen. Dementsprechend kann die Stange mit dem hinteren Anschnitt 140 gekoppelt und der Zylinder mit der vorderen Abschnitt 110 gekoppelt sein oder umgekehrt, um dem Benutzer die Lenkwinkeleingabe zu ermöglichen.
Während zuvor ein einzelner hydraulischer Zylinder beschrieben wurde, versteht ein Fachmann auf dem entsprechenden Gebiet, dass mehr als ein Hydraulikzylinder für das Schwenken der Abschnitte 140 und 110 relativ zueinander verwendet werden kann. Insbesondere kann sich auf beiden Seiten der vertikalen Achse ein Hydraulikzylinder befinden, der das Schwenken des vorderen Abschnitts 110 relativ zum hinteren Abschnitt 140 ermöglicht. In dieser Konfiguration verlängert sich eine Hydraulikbaugruppe, während die andere Hydraulikbaugruppe verkürzt werden kann. Dementsprechend ist die Anzahl der Hydraulikbaugruppen nicht beschränkt, und diese Offenbarung bezieht sich auf die Verwendung einer beliebigen Anzahl von Hydraulikzylinder, die für den Lenkvorgang verwendet werden.
Während hier ein bestimmtes Fahrzeug 10 abgebildet ist, wird diese Offenbarung aber auch für andere Arten von Arbeitsmaschinen in Betracht gezogen. Insbesondere gilt diese Offenbarung zumindest für jede Art von Arbeitsmaschine, die ein Antriebssystem verwendet, mit dem die Geschwindigkeit der Arbeitsmaschine verändert wird. Dementsprechend bezieht sich diese Offenbarung auf Anwendungen, die über das hier abgebildete Fahrzeug 10 hinausgehen.
1b zeigt schematisch ein Serien-Hybridfahrzeugantriebssystem 116 mit einem elektrischen Antriebssystem 12 eines Antriebsstrangs 13 des Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 kann ein Arbeitsfahrzeug (z. B. für Bau-, Forst-, Landwirtschaft, Bodenbearbeitung usw.) oder eine beliebige andere Art von Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem sein. Beispielsweise kann das Fahrzeug 10 ein Lader mit Allradantrieb sein, der einen vorderen Abschnitt und einen hinteren Abschnitt aufweist, die gelenkig mit dem vorderen Abschnitt verbunden sind, wobei der vordere Abschnitt zum Beispiel eine Schaufel 118 zum Graben und Abladen von Material aufweist, wobei der hintere Abschnitt zum Beispiel die Bedienerstation und den Motorraum dahinter aufweist, wie in 1a dargestellt.
Das elektrische Antriebssystem 12 weist einen Generator 14, einen Fahrmotor 16, einen Bremswiderstand 18, einen Bus 20 (z. B. einen Gleichstrombus) und eine Steuereinheit 22 auf. Der Generator 14, der Fahrmotor 16 und der Bremswiderstand 18 können elektrisch an den Bus 20 gekoppelt sein. Die Steuereinheit 22 kann konfiguriert sein, um einen Pulsweitenmodulations-Arbeitszyklus (PWM) für den Bremswiderstand („Bremsleistung“) und den Steuerbetrieb des Bremswiderstands 18 gemäß der Bremsleistung zu bestimmen, wobei die Bremsleistung ein Wert zwischen konstant AUS und konstant EIN sein kann. Die Bremsleistung legt die Zeitdauer fest, für die der Bremswiderstand 18 in Bezug auf die Periodendauer eines Bremswiderstandssteuersignals, das den Betrieb des Bremswiderstands steuert, EIN ist. Es kann eine Vielzahl von PWM-Schemata verwendet werden, wie beispielsweise das Modifizieren der abfallenden Flanke des EIN-Impulses des Bremswiderstandssteuersignals.
Eine Motorbaugruppe oder Energiequelle 23 des Antriebsstrangs 13 kann einen Motor 24 aufweisen, der konfiguriert ist, um Antriebsleistung für das Fahrzeug 10 bereitzustellen. Der Motor 24 kann zum Beispiel als Dieselmotor oder anderer Verbrennungsmotor konfiguriert sein, der mit einer im Allgemeinen konstanten Drehzahl (z. B. 1800 Umdrehungen pro Minute) arbeiten kann. Jedoch kann der Motor eine minimale Drehzahlschwankung erfahren oder erfahren lassen, beispielsweise aufgrund einer Belastung des Motors oder mechanischer Energie, die durch den Generator 14 an den Motor zurückgegeben wird. Zusammen können die Energiequelle 23 und das elektrische Antriebssystem 12 als ein serielles hybridelektrisches Antriebssystem bezeichnet werden.
Der Motor 24 kann direkt oder indirekt an den Generator 14 gekoppelt sein, um eine mechanische oder andere Verbindung zwischen dem Motor 24 und dem Generator 14 herzustellen. Beispielsweise kann die Motorbaugruppe oder Energiequelle 23 ein Getriebe 26 aufweisen, das zwischen dem Motor 24 und dem Generator 14 gekoppelt ist. Das Getriebe 26 kann eine Erhöhung der Geschwindigkeit vom Motor 24 zum Generator 14 vorsehen, wodurch der Generator 14 in seiner physikalischen Größe und Leistung (d. H. Dauerlastkapazität) reduziert werden kann. Es liegt im Umfang dieser Offenbarung, das Getriebe 26 so zu eliminieren, sodass der Motor 24 ohne ein Zwischengetriebe 26 an den Generator 14 gekoppelt ist. Der Motor 24 (oder das Getriebe 26) kann eine Anzahl anderer Ausgänge aufweisen, um eine oder mehrere Hydraulikpumpen usw. des Fahrzeugs 10 zu betreiben.
Der Generator 14 kann konfiguriert sein, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln („Erzeugungsmodus“) oder um elektrische Energie in mechanische Energie wie einen Motor umzuwandeln („Antriebsmodus“). Im Erzeugungsmodus kann der Generator 14 mechanische Energie von der Energiequelle 23 in elektrische Energie umwandeln, um elektrische Energie auf den Bus 20 zu liefern. Im Antriebsmodus ist der Generator 14 betriebsfähig, um elektrische Energie aus dem Bus 20 zu entfernen und sie in mechanische Energie für die Energiequelle 23 umzuwandeln, was zum Beispiel nützlich sein kann, um den Motor 24 mit einer Last, wie zum Beispiel einer hydraulischen Last, zu unterstützen (z. B. eine Schaufel hydraulisch anzuheben). Beispielsweise kann der Generator 14 die Form eines bürstenlosen Hochgeschwindigkeits-Dreiphasen-Innen-Permanentmagnet-Synchrongenerators mit Dreiphasenspulen oder eine andere geeignete Form annehmen.
Der Generator 14 kann von einer Generatorsteuerung 42 gesteuert werden. Die Generatorsteuerung 42 kann einen DC-Busspannungsbefehl von einer Übertragungssteuerung 36 über einen Kommunikationsbus 37 (z. B. CAN-Bus) empfangen, der die Generatorsteuerung 42 anweist, den Generator 14 zu steuern, um zu versuchen, die Spannung des DC-Bus 20 auf einer nominal konstanten Spannung (der nominalen DC-Busspannung) (z. B. 700 VDC) zu halten. Die Generatorsteuerung 42 kann Spannungsmesswerte der tatsächlichen Spannung des Busses 20 von einem Spannungssensor empfangen, der elektrisch an den Bus 20 gekoppelt ist. Unter Verwendung einer Spannungssteuerung mit geschlossenem Regelkreis, wie etwa einer PIbasierten Spannungssteuerung, kann die Generatorsteuerung 42 den Generator 14 im Erzeugungsmodus oder im Antriebsmodus betreiben, um zu versuchen, die Spannung des DC-Bus 20 nominal auf der nominalen DC-Busspannung (die der Spannungssollwert für die PI-basierte Spannungssteuerung ist) zu halten. Die Generatorsteuerung 42 kann einen Generatordrehmomentsollwert T gen bestimmen, bei dem der Generator 14 betrieben wird, um die nominale DC-Busspannung zu erreichen (Anpassungen in T gen können zum Beispiel vorgenommen werden, um eine Generatorüberhitzung zu vermeiden), und kann den Betrieb des Generators 14 bei einem solchen Sollwert anweisen.
Der Motor 16 kann konfiguriert sein, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln („Antriebsmodus“) oder mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln („Bremsmodus“). Im Antriebsmodus ist der Motor 16 betreibbar, um elektrische Energie aus dem Bus 20 zu entfernen und sie in mechanische Energie umzuwandeln. Im Bremsmodus ist der Motor 16 betreibbar, um mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, um dem Bus 20 elektrische Energie zuzuführen, wodurch die Drehzahl des Motors 16 und somit die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 abgebremst (d. h. verlangsamt) wird. Beispielsweise kann der Motor 16 die Form eines bürstenlosen Dreiphasen-Innen-Permanentmagnet-Synchronmotors mit Dreiphasenspulen oder eine andere geeignete Form annehmen, die mit einer variablen Geschwindigkeit innerhalb eines Geschwindigkeitsbereichs (negative und positive Geschwindigkeitsbegrenzung) betrieben werden kann.
Der Motor 16 kann von einer Motorsteuerung 52 gesteuert werden. Ferner kann die Drehzahl des Motors 16 unter Verwendung eines Motorgeschwindigkeitssensors 60 angegeben werden, der elektrisch an die Motorsteuerung 52 gekoppelt und positioniert ist, um die Drehzahl des Motors 16 zu erfassen. Die Motorsteuerung 52 kann eine Drehmomentanforderung von der Getriebesteuerung 36 empfangen. Die Drehmomentanforderung kann zum Antreiben im Antriebsmodus oder zum elektrischen Bremsen im Bremsmodus bestimmt sein. Die Motorsteuerung 52 kann ein Motordrehmoment bei der Drehmomentanforderung bestimmen oder den Motordrehmomentsollwert aus der Drehmomentanforderung anpassen, wenn sie bestimmt, dass dies erforderlich ist (z. B. um eine Motorüberhitzung zu vermeiden). Die Motorsteuerung 52 kann danach den Betrieb des Motors 16 bei dem Motordrehmomentsollwert befehlen.
Der Bremswiderstand 18 kann konfiguriert sein, um elektrische Energie auf dem Bus 20 als Wärme ableiten. Die abgeleitete Energie kann als Wärme von dem Bremswiderstand 18 an flüssiges Kühlmittel oder andere geeignete Kühlmedien übertragen werden. Der Bremswiderstand 18 kann die Form eines Widerstandsblocks mit einer Anzahl diskreter Widerstandselemente annehmen, die (z. B. in Reihe und parallel) angeordnet sein können, um einen gewünschten Widerstand bereitzustellen, und kann wassergekühlt sein (z. B. unter Verwendung von flüssigem Motorkühlmittel).
Der Bus 20 kann als DC-Bus konfiguriert sein. Der Bus 20 kann eine positive DC-Leistungsschiene und eine negative DC-Leistungsschiene aufweisen. Die Nennspannung des Busses 20 zwischen der positiven und negativen DC-Leistungsschiene kann zum Beispiel 700 Volt DC („VDC“) betragen.
Der Antriebsstrang 13 kann eine Antriebsbaugruppe oder einen Antriebsmechanismus 32 aufweisen, um Antriebsleistung von dem Fahrmotor 16 auf den Boden zu übertragen. Der Antriebsmechanismus 32 kann beispielsweise ein Mehrganggetriebe 34 (z. B. Dreiganggetriebe) unter der Steuerung einer Getriebesteuerung 36 und zwei Antriebsausgänge aufweisen. Jeder Antriebsausgang kann eine Achse, die an das Getriebe 34 gekoppelt ist, ein Traktionselement (z. B. ein Rad oder eine Raupenkette) und einen Endantrieb aufweisen, der eine feste Untersetzung zwischen der Achse und dem Traktionselement bereitstellt. Dementsprechend kann der Antriebsmechanismus 32 eine mechanische Verbindung zwischen dem Motor 16 und den Traktionselementen bereitstellen.
Der Bus 20 und der Bremswiderstand 18 können in einer Elektronikbaugruppe oder Leistungselektronik 40 des elektrischen Antriebssystems 12 enthalten sein. Die Leistungselektronik 40 kann unter der Steuerung der Steuereinheit 22 stehen, die elektrisch mit der Leistungselektronik 40 gekoppelt ist, und kann den Generator 14 und den Traktionsmotor 16 elektrisch miteinander verbinden. Somit kann die Leistungselektronik 40 unter der Steuerung der Steuereinheit 22 verwendet werden, um die Verbindung zwischen dem Generator 14 und dem Fahrmotor 16 zu verwalten und den Bremswiderstand 18 zu steuern. Die Steuereinheit 22 und die Leistungselektronik 40 arbeiten zusammen, um eine ausreichende Mikroprozessor- und Leistungshalbleitertechnologie bereitzustellen, um die angeschlossenen elektromechanischen Vorrichtungen zu überwachen und zu regeln.
Die Leistungselektronik 40 kann einen Brems-Chopper beinhalten, um die Verwendung des Bremswiderstands 18 zu steuern, um elektrische Leistung von dem Bus 20 abzuleiten. Wenn die geeignete Spannung an den Brems-Chopper angelegt wird, kann der Kollektor elektrisch an einen Emitter gekoppelt sein, um eine Ableitung von elektrischer Leistung durch den Bremswiderstand 18 zu ermöglichen. Der Gate-Treiber für den Brems-Chopper kann das Bremswiderstandssteuersignal beispielsweise in Form eines pulsweitenmodulierten Spannungssignals ausgeben, wobei das Spannungssignal entsprechend der Bremsaufgabe pulsweitenmoduliert wird, um den Bremswiderstand 18 einzuschalten, elektrische Energie vom Bus 20 entsprechend abzuleiten und auszuschalten.
Das elektrische Antriebssystem 12 kann einen oder mehrere Spannungssensoren aufweisen, um die tatsächliche Busspannung zu erfassen. Solche Spannungssensoren können eigenständige Spannungssensoren sein oder in einer beliebigen der Steuerungen 42, 52 der Steuereinheit 22 enthalten sein. Zum Beispiel können eine oder beide Steuerungen 42, 52 einen Spannungssensor aufweisen, der elektrisch gekoppelt ist, um die tatsächliche Busspannung zu erfassen. Jede Steuerung 42, 52 kann einen solchen Spannungssensor aufweisen, der in der jeweiligen Steuerung 42, 52 (d. h. auf der Steuerplatine dieser Steuerung) enthalten sein kann. Alternativ können ein oder beide Spannungssensoren jeweils ein eigenständiger Spannungssensor sein, um einen einzigen eigenständigen Spannungssensor oder zwei getrennte derartige Sensoren zu haben.
Wenn sich eine Überspannung auf dem Bus 20 befindet, wie von einem Spannungssensor beispielsweise aufgrund eines elektrischen Bremsens des Motors 16 erkannt, kann die Generatorsteuerung 42 gemäß ihrem Spannungsregelungsschema mit ihrer geschlossener Schleife (z. B. PI-basierte Spannungsregelung) vorrangig versuchen, die zugehörige überschüssige Energie auf die Energiequelle 23 zu legen. Die überschüssige Energie kann zum Beispiel verwendet werden, um den Motor 24 mit einer hydraulischen Last (z. B. hydraulisches Anheben einer Schaufel) oder einer anderen Last zu unterstützen, indem der Generator 14 in seinem Motorantriebsmodus betrieben wird, um elektrische Energie von dem Bus 20 in mechanische Energie umzuwandeln. Wenn die Drehzahl des Motors 24 („Motordrehzahl“) einen Drehzahlschwellenwert erreicht, zum Beispiel aufgrund der Energie, die der Energiequelle 23 durch Antreiben des Generators 14 zugeführt wird, kann die Generatorsteuerung 42 den Betrieb des Generators 14 im Antriebsmodus einstellen oder anderweitig verhindern. Dieser Vorgang kann dazu neigen, bei fortgesetztem elektrischen Bremsen des Motors 16 einen Anstieg der Busspannung und der damit verbundenen elektrischen Energie auf dem Bus 20 zu verursachen. Dementsprechend kann der Bremswiderstand 18 gemäß einem Bremswiderstandssteuerschema betreibbar sein, um solche überschüssige elektrische Energie abzuleiten.
Die Drehzahl des Motors 24 kann unter Verwendung eines Generatorgeschwindigkeitsensors 62 angegeben werden, der elektrisch an die Generatorsteuerung 42 gekoppelt und positioniert ist, um die Drehzahl der Welle des Generators 14 zu erfassen, wobei diese Generatordrehzahl die Motordrehzahl angibt. Es wird in Betracht gezogen, dass der Geschwindigkeitssensor an anderen Stellen positioniert sein könnte, um eine Geschwindigkeit zu erfassen, die indikativ für die Drehzahl des Motors 24 (z. B. Ausgangswelle des Motors 24) ist.
Die Steuereinheit 22 kann konfiguriert sein, um ein Bremswiderstandssteuerschema durchzuführen. Die Steuereinheit 22 kann konfiguriert sein, um den Betrieb des Bremswiderstands 18 gemäß dem Bremswiderstandssteuerschema zu steuern, um überschüssige elektrische Energie (tatsächliche oder erwartete) von dem Bus 20 abzuleiten.
In einem nicht exklusiven Beispiel kann die Steuereinheit 22 bestimmen, ob eine Leistungsdifferenz positiv ist (was eine überschüssige Leistung angibt, die vom Bus 20 verfügbar ist). Wenn die Leistungsdifferenz positiv ist, befiehlt die Steuereinheit 22 dem Motor 16, im Antriebsmodus zu arbeiten, um Leistung vom Bus 20 zu entfernen. Wenn die Leistungsdifferenz positiv ist (was eine überschüssige Leistung angibt, die von dem Bus 20 geschätzt wird), aber dem Motor 16 befohlen wird, in dem Bremsmodus zu arbeiten, um Leistung an den Bus 20 zu liefern, würde die Menge an Leistung, die voraussichtlich vom Motor 16 an den Bus 20 geliefert wird, die überschüssige Leistung noch weiter erhöhen. Diese Erhöhung kann zu einer angemessenen Bremsleistung führen, um die überschüssige Leistung zu verwalten. In einem Aspekt dieser Offenbarung kann die Steuereinheit 22 ein elektrohydraulisches Bremssystem 202 verwenden, um das Bremsen des Fahrzeugs 10 zu erleichtern, ohne dem Bus 20 Energie zuzuführen, indem der Motor 16 im Bremsmodus betrieben wird.
Wenn die Leistungsdifferenz negativ ist (was anzeigt, dass die geschätzte vom Bus 20 verfügbare Leistung um eine Defizitleistung geringer ist als die Referenzbusleistung) und der Motor 16 angewiesen wird, im Antriebsmodus zu arbeiten, um Leistung von dem Bus 20 zu entfernen, würde die Menge an Leistung, die voraussichtlich von dem Motor 16 von dem Bus 20 entfernt wird, die Defizitleistung noch mehr erhöhen. Wenn die Leistungsdifferenz negativ ist (was ein Leistungsdefizit angibt), der Motor 16 aber angewiesen wird, im Bremsmodus zu arbeiten, um dem Bus 20 Leistung zuzuführen, kann die Menge an Leistung, die dem Bus 20 durch den Motor 16 voraussichtlich zugeführt wird, das Leistungsdefizit ausgleichen oder ausreichend sein, um eine überschüssige Leistung zu erzeugen, was zu einer geeigneten Bremsaufgabe führt, um die überschüssige Leistung zu verwalten.
In einem Aspekt dieser Offenbarung bestimmt die Steuereinheit 22 eine Bremsleistung für den Bremswiderstand 18. In einem nicht einschränkenden Beispiel befiehlt die Steuereinheit 22 den Betrieb des Bremswiderstands 18 gemäß der Bremsaufgabe, um überschüssige elektrische Energie von dem Bus 20 abzuleiten. Die Steuereinheit 22 stellt den Bremswiderstandsbetrieb ein, wenn der Bus 20 nicht mehr benötigt, dass der Bremswiderstand 18 übermäßige Elektrizität in das elektrische Antriebssystem 12 ableitet.
Wie bereits erwähnt, kann das elektrische Antriebssystem 12 eine Steuereinheit 22 aufweisen. Die Steuereinheit 22 kann eine oder mehrere Steuerungen beinhalten, um die verschiedenen Funktionen der Steuereinheit 22 auszuführen. Beispielsweise kann im Fall eines einzelnen Generators 14 und eines einzelnen Motors 16 die Steuereinheit 22 eine Generatorsteuerung 42 für den Generator 14 und eine Motorsteuerung 52 für den Motor 16 aufweisen. Ferner kann die Steuereinheit 22 eine oder mehrere Bremssystemsteuerungen 204 zum selektiven Einrücken des elektrohydraulischen Bremssystems 202 beinhalten.
Die Steuerungen 42, 52, 36, 202 können elektrisch an einen Kommunikationsbus (z. B. CAN-Bus) gekoppelt sein. Zusätzlich kann in jedem Beispiel, wie etwa im zweiten Beispiel, eine Hochgeschwindigkeitskommunikationsschnittstelle (z. B. 500 kBaud CAN-Bus) direkt zwischen der Generator- und der Motorsteuerung 42, 52 vorhanden sein, was eine Kommunikation zwischen den Steuerungen 42, 52 ermöglicht. Auf diese Weise kann die Motorsteuerung 52 über die Generatorsteuerung 42 eine Steuerung über deren Bremswiderstand 18 ausüben, obwohl die Generatorsteuerung 42 eine direkte Steuerung über deren Bremswiderstand 18 haben kann. Andererseits kann die Motorsteuerung 52 elektrisch mit dem Bremswiderstand 18 gekoppelt sein, um dessen Bremswiderstand 18 direkt zu steuern, und die Generatorsteuerung 42 kann über die Motorsteuerung 52 die Steuerung des Bremswiderstands 18 ausüben. Es versteht sich, dass andere Steueranordnungen für die Steuereinheit 22 verwendet werden können. Beispielsweise können die Steuerungen 42, 52, 36, 202 in einer einzigen Steuerung zusammengefasst sein.
Das elektrische Antriebssystem 12 kann mehr als einen Generator 14 oder mehr als einen Fahrmotor 16 aufweisen, die jeweils elektrisch an den Bus 20 gekoppelt sind (wie in 1b durch den/die Pluralisierer angegeben). Somit kann das elektrische Antriebssystem 12 nur einen Generator 14 und mehrere Fahrmotoren 16, mehrere Generatoren und nur einen Fahrmotor 16 oder mehrere Generatoren 14 und mehrere Fahrmotoren 16 aufweisen. Bei mehreren Generatoren 14 können die Generatoren 14 parallel zueinander zwischen der Energiequelle 23 und dem Bus 20 angeordnet sein. Bei mehreren Motoren 16 können die Motoren 16 parallel zwischen dem Bus 20 und der Erdung angeordnet sein. Jeder Generator 14 kann konfiguriert sein, um im Erzeugungs- und Antriebsmodus zu arbeiten, und jeder Motor 16 kann konfiguriert sein, um im Antriebs- und Bremsmodus zu arbeiten.
Die Steuereinheit 22 kann eine separate Generatorsteuerung 42 für jeden Generator 14 und eine separate Motorsteuerung 52 für jeden Motor 16 aufweisen. In einem solchen Fall kann es einen jeweiligen Leistungswandler unter der Steuerung der jeweiligen Generatorsteuerung 42 und einen jeweiligen Leistungswandler unter der Steuerung der jeweiligen Motorsteuerung 52 geben.
Die hier beschriebenen Steuerschemata können modifiziert werden, um zusätzliche Generatoren und Motoren zu berücksichtigen. Beispielsweise kann die von den Generatoren und Motoren eingegebene Bremskraft von der Anzahl und Position der entsprechenden Generatoren und Motoren abhängig sein. Die Erkenntnisse dieser Offenbarung gelten jedoch für jede beliebige Anzahl und Position von Motoren und Generatoren in einem Hybridfahrzeugsystem.
In einem Aspekt dieser Offenbarung ist das Hybridfahrzeug 10 dargestellt, das ein elektrohydraulisches Bremssystem 202 aufweist, das im Antriebsstrang 13 positioniert ist. Das Bremssystem 202 kann von einer oder mehreren der Steuerungen in der Steuereinheit 22 gesteuert werden oder das Bremssystem 202 kann eine dedizierte Steuerung 204 aufweisen. Unabhängig von der Quelle kann das Bremssystem 202 selektiv betätigt werden, um unterschiedliche Grade an Bremskraft auf den Antriebsmechanismus 32 des Fahrzeugs 10 bereitzustellen.
Das Bremssystem 202 kann eine oder mehrere Bremsbaugruppen beinhalten, die selektiv eine Bremskraft auf das Fahrzeug 10 ausüben können. Insbesondere können die Bremsbaugruppen Bremspakete sein, die selektiv eine Bremskraft auf die Antriebsmechanismen 32 ausüben. Die Bremsbaugruppen können jedoch an jede Komponente des Fahrzeugs 10 gekoppelt sein, die dazu verwendet werden kann, das Fahrzeug 10 zu verlangsamen. Beispielsweise können Bremsbaugruppen entlang der Antriebswelle, Achsen, Räder, Raupenketten oder im Getriebe des Antriebsmechanismus 32 bereitgestellt werden. In einem Aspekt dieser Offenbarung sind die Bremsbaugruppen eine typische auf dem Gebiet bekannte Betriebsbremsbaugruppe.
Während das Bremssystem 202 hier so beschrieben wird, dass es auf den Antriebsmechanismus 32 angewendet wird, betrachtet diese Offenbarung auch das Anwenden eines Bremssystems auf die Energiequelle 23 oder Komponenten des elektrischen Antriebssystems 12. Insbesondere kann ein Bremssystem mit der Antriebswelle des Motors 24 gekoppelt werden, um selektiv eine Bremskraft darauf auszuüben. Ferner kann ein Bremssystem an den Generator 14 oder Motor 16 gekoppelt werden, um selektiv eine Bremskraft darauf bereitzustellen. Dementsprechend zieht diese Offenbarung die Implementierung eines elektrohydraulischen Bremssystems in eine beliebige der Komponenten der Energiequelle 23, des elektrischen Antriebssystems 12 und des Antriebsmechanismus 32 in Betracht.
Das elektrohydraulische Bremssystem 202 kann implementiert sein, um Bremsanforderungen der Arbeitsmaschine zu ergänzen, wenn die Energiequelle 23 und das elektrische Antriebssystem 12 bereits mit einer maximalen Bremskapazität arbeiten. Insbesondere, wenn eine Bremsbedingung durch das Fahrzeug 10 erforderlich ist, können sowohl die Energiequelle 23 als auch das elektrische Antriebssystem 12 in einer Umkehrrichtungssituation zum Beispiel unzureichende Bremskapazität aufweisen, um die Arbeitsmaschine mit einer gewünschten Geschwindigkeit erfolgreich zu verlangsamen. In dieser Situation kann das elektrohydraulische Bremssystem 202 implementiert sein, um sicherzustellen, dass weder die Energiequelle 23 noch das elektrische Antriebssystem 12 während eines Bremsvorgangs beschädigt werden, während immer noch die gewünschte Bremskraft bereitgestellt wird.
Die Steuerung 204 kann mit der/den Generatorsteuerung(en) 42, der/den Motorsteuerung(en) 52 und der Getriebesteuerung 36 kommunizieren oder in diese integriert sein, um Arbeitsbedingungen der entsprechenden Systeme zu identifizieren. Zum Beispiel kann die Steuerung 204 mit der Generatorsteuerung 42 kommunizieren, um die verfügbare Bremskapazität des Generators (der Generatoren) 14 zu identifizieren. In diesem Beispiel kann die Steuerung 204 eine maximale Bremskapazität darin gespeichert haben, die mit dem/den Generator(en) 14 auf den Antriebsstrang 13 angewendet werden kann. Wenn ein Bremszustand erkannt wird, kann die Steuerung 204 die verfügbare Bremskraft erkennen, die der/die Generator(en) 14 auf den Antriebsstrang 13 ausüben kann/können, und die von dem Bremssystem 202 ausgeübte Bremskraft entsprechend einstellen.
Gleichermaßen kann die Steuerung die Energiequelle 23 überwachen, um die verfügbare Bremskraft zu identifizieren, die durch die Energiequelle 23 auf den Antriebsstrang 13 aufgebracht werden kann. In einem nicht exklusiven Beispiel kann der Motor 24 entladen werden, um eine Bremskraft auf den Antriebsstrang 13 bereitzustellen. In dieser Konfiguration kann die Steuerung 204 einen Schwellenwert für die Motorbremskraft speichern, der die maximale Bremskraft identifiziert, die vom Motor 24 ausgeübt werden kann, wenn er entladen wird. Insbesondere wenn eine Bremskraft erforderlich ist, kann/können der Motor/die Motoren 16 im Bremsmodus zurückgetrieben werden, um eine Bremskraft für den Antriebsmechanismus 32 bereitzustellen. Gleichermaßen kann/können der/die Generator(en) 14 zurückgetrieben werden, um elektrische Energie zu verbrauchen, die durch Rückspeisung der Motoren 16 erzeugt wird. Der zurückgetriebene Generator 14 kann dem Motor 24 eine mechanische Eingabe bereitstellen. Der Motor 24 kann in dieser Situation entladen werden, um dadurch der mechanischen Eingabe von dem Generator 14 zu widerstehen.
In einem nicht exklusiven Beispiel kann der Motor 24 die durch den Motor 24 aufgebrachte Bremskraft erhöhen, indem er die Last auf den Motor 24 erhöht. In einem Beispiel kann der Motor 24 eine oder mehrere parasitäre Vorrichtungen 126 aufweisen, die daran gekoppelt sind. Bei den parasitären Vorrichtungen 126 kann es sich um eine beliebige Vorrichtung handeln, die mechanische Energie vom Motor 24 erfordert. Beispielsweise kann der Motor 24 einen Lüfter aufweisen, der selektiv durch den Motor 24 über eine Kupplung angetrieben wird, um diesem eine parasitäre Last bereitzustellen. Gleichermaßen können eine oder mehrere Hydraulikpumpen selektiv an den Motor 24 gekoppelt werden, um diesem eine zusätzliche Last bereitzustellen. Ferner kann ein Klimaanlagenkompressor selektiv in Eingriff gebracht werden, um die Last auf dem Motor 24 zu erhöhen und dadurch die Motorbremskraft zu erhöhen. In einem weiteren Beispiel kann der Motor 24 selektiv an ein Schwungrad gekoppelt werden oder eine Hydraulikbaugruppe kann fluidisch an einen Hydraulikspeicher gekoppelt werden, um die Motorlast zu erhöhen. Die hier beschriebenen parasitären Lasten sind als nicht ausschließliche Beispiele zu verstehen und sind nicht abschließend. Dementsprechend berücksichtigt diese Offenbarung das Einrücken einer beliebigen Vorrichtung, die mit einem Motor gekoppelt sein kann, um die Last auf dem Motor als eine parasitäre Vorrichtung zu erhöhen.
In einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung kann der Motor 24 auch eine Kompressionsfreigabefunktion während der Motorbremsung ausführen, um die durch die Motorbremsung aufgebrachte Bremskraft zu erhöhen. Wenn ein Bremszustand identifiziert wird, kann die Steuerung 204 die verfügbare Bremskraft identifizieren, die der Motor 24 auf den Antriebsstrang 13 ausüben kann, und die durch das Bremssystem 202 ausgeübte Bremskraft entsprechend anpassen.
Ferner kann die Steuerung das elektrische Antriebssystem 12 überwachen, um die verfügbare Bremskraft zu identifizieren, die über das elektrische Antriebssystem 12 auf den Antriebsstrang 13 ausgeübt werden kann. In einem nicht exklusiven Beispiel kann der Fahrmotor 16 im Bremsmodus eine Bremskraft am Antriebsstrang 13 bereitstellen. Wenn sich der Motor 16 im Bremsmodus befindet, kann elektrische Leistung zu der Leistungselektronik 40 hinzugefügt und über den Bus 20 abgeleitet oder gespeichert werden. Wenn die elektrische Leistung, die durch den Motor 16 erzeugt wird, den Bedarf des Busses 20 übersteigt, wie oben beschrieben, kann der Bus 20 die überschüssige elektrische Leistung mit dem Bremswiderstand 18 entfernen. Ferner kann der Bus 20 den Generator 14 zurücktreiben, um Drehmomenteingaben an den Motor 24 bereitzustellen, um die während der Bremsfunktion hinzugefügte elektrische Energie weiter zu verbrauchen. In dieser Konfiguration kann die Steuereinheit 22 einen Motorbremsmoduskraftschwellenwert darin speichern, der die maximale Bremskraft identifiziert, die von dem Motor 16 aufgebracht werden kann, wenn er sich im Bremsmodus befindet. Wenn ein Bremszustand erkannt wird, kann die Steuereinheit 22 die verfügbare Bremskraft erkennen, die das elektrische Antriebssystem 12 auf den Antriebsstrang 13 aufbringen kann, und die von dem Bremssystem 202 aufgebrachte Bremskraft entsprechend anpassen.
Bezugnehmend nun auf 2 wird ein schematisches Steuersystem 200 dargestellt. Das Steuersystem 200 verwendet die oben beschriebene Steuereinheit 22, um die hier beschriebenen Befehle und Analysen auszuführen. Wie oben beschrieben, kann die Steuereinheit 22 eine oder mehrere der Generatorsteuerung 42, der Motorsteuerung 52, der Getriebesteuerung 36 und der Bremssystemsteuerung 204 sein, und diese Offenbarung berücksichtigt viele verschiedene Arten von Steuerungen. In einem nicht exklusiven Beispiel befindet sich die hier beschriebene Steuereinheit 22 möglicherweise nicht physisch am Fahrzeug 10. Insbesondere berücksichtigt diese Offenbarung auch Ausführungsformen, bei denen sich die Steuereinheit 22 entfernt vom Fahrzeug befindet und drahtlos mit dem Fahrzeug 10 kommuniziert.
Die Steuereinheit 22 kann mit dem elektrischen Antriebssystem 12 kommunizieren, wie hierin beschrieben. Die Steuereinheit 22 kann die elektrische Konfiguration des elektrischen Antriebssystems 12 manipulieren, um wie beschrieben in einem Antriebsmodus oder einem Bremsmodus zu arbeiten. Insbesondere kann die Steuereinheit 22 im Antriebsmodus mechanische Energie, die dem Generator 14 von der Stromquelle 23 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umwandeln, die dadurch an den Fahrmotor 16 angelegt wird, um eine Antriebskraft auf den Antriebsmechanismus 32 zu implementieren. Der Antriebsmodus kann durch die Steuereinheit 22 implementiert werden, wenn das Fahrzeug 10 eine Leistungszufuhr zum Antriebsmechanismus 32 benötigt, um die Anforderungen des Benutzers zu erfüllen. In einem nicht exklusiven Beispiel kann der Antriebsmodus eingeleitet werden, wenn der Benutzer die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 erhöht oder aufrechterhält.
Alternativ kann der Bremsmodus des elektrischen Antriebssystems 12 durch die Steuereinheit 22 eingeleitet werden, um eine Leistungszufuhr zum Fahrzeug 10 zu absorbieren, wenn die Bedingungen des Fahrzeugs 10 dies zulassen. In einem nicht exklusiven Beispiel kann der Bremsmodus eingeleitet werden, wenn der Benutzer einen Wunsch angibt, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu reduzieren, oder wenn das Fahrzeug eine Steigung hinunterfährt. Während des Bremsmodus kann der Motor 16 zurückgetrieben werden, um als Generator zu wirken und dadurch elektrische Energie an den Bus 20 bereitzustellen. Gleichermaßen kann der Bus 20 den Generator 14 zurücktreiben, um die durch den Motor 16 erzeugte elektrische Energie in eine Drehmomenteingabe an die Energiequelle 23 umzuwandeln. Anders ausgedrückt kann eine Bremskraft auf den Antriebsmechanismus 32 ausgeübt werden, indem die Komponenten des elektrischen Antriebssystems 12 zurückgetrieben werden, um während des Bremsmodus eine mechanische Eingabe an die Energiequelle 23 bereitzustellen.
Die Energiequelle 23 kann auch in Verbindung mit der Steuereinheit 22 stehen, um in Verbindung mit oder unabhängig von dem elektrischen Antriebssystem 12 zwischen einem Antriebsmodus und einem Bremsmodus zu wechseln. Die Steuereinheit 22 kann dem Motor 24 der Energiequelle 23 während des Antriebsmodus Kraftstoff zuführen, um die Anforderungen des Fahrzeugs 10 zu erfüllen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 22 den dem Motor 24 bereitgestellten Kraftstoff erhöhen, um dadurch die Ausgabe an den Generator 14 zu erhöhen, wenn der Benutzer einen Wunsch angibt, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zu erhöhen. Das elektrische Antriebssystem 12 wiederum kann die mechanische Energie der Energiequelle mit dem Generator 14 in elektrische Energie umwandeln. Die zusätzliche elektrische Energie kann mit dem Motor 16 auf mechanische Energie zurückgeführt werden, um die an den Antriebsmechanismus 32 gelieferte Leistung zu erhöhen, um den Befehl des Benutzers zu erfüllen.
Die Energiequelle 23 kann auch mit der Steuereinheit 22 in Kommunikation stehen, um einen Bremsmodus der Energiequelle 23 zu implementieren. Im Bremsmodus der Energiequelle 23 kann die Steuereinheit 22 die dem Motor 24 bereitgestellte Menge an Kraftstoff reduzieren oder vollständig abschalten. Infolgedessen kann die Energiequelle 23 dem Generator 14 eine Bremskraft bereitstellen. Ferner kann das elektrische Antriebssystem 12 die von der Energiequelle 23 aufgebrachte Bremskraft auf den Antriebsmechanismus 32 übertragen, wenn der Motor 16 und der Generator 14 zurückgetrieben werden. Dementsprechend kann die Energiequelle 23 eine Bremskraft auf den Antriebsmechanismus 32 ausüben, die durch das elektrische Antriebssystem 12 übertragen wird, wenn sich die Energiequelle 23 im Bremsmodus befindet.
Während hier beschrieben wird, dass die Energiequelle 23 dem Antriebsmechanismus 32 über das elektrische Antriebssystem 12 eine Bremskraft zuführt, bezieht sich diese Offenbarung auch auf Ausführungsformen, bei denen die Energiequelle über ein Getriebe oder dergleichen mechanisch an den Antriebsmechanismus 32 gekoppelt ist. In dieser Konfiguration wird die durch das Entladen der Energiequelle 23 erzeugte Bremskraft direkt über die mechanische Kupplung direkt auf den Antrieb 32 aufgebracht. Dementsprechend berücksichtigt diese Offenbarung auch Ausführungsformen, die überhaupt kein elektrisches Antriebssystem 12 aufweisen.
Gleichermaßen kann die Steuereinheit 22 das Bremssystem 202 selektiv anwenden, um dem Fahrzeug 10 eine Bremskraft hinzuzufügen. Das Bremssystem 202 kann ein elektrohydraulisches System sein, das von der Steuereinheit 22 selektiv mit einem oder mehreren Ventilen in Eingriff gebracht wird, die von der Steuereinheit 22 neu positionierbar sind. Ferner kann das Bremssystem 202 einen Bremsmodus und einen Freigabemodus aufweisen. Im Freigabemodus kann das Bremssystem 202 konfiguriert sein, um die Bremse des Bremssystems 202 in einer nicht betätigten Position zu halten, wobei die Bremsen keine wesentliche Bremskraft auf den entsprechenden Abschnitt des Antriebsmechanismus 32 ausüben. Das Bremssystem 202 ist konfiguriert, um alle Bremskräfte zu minimieren, die durch das Bremssystem 202 aufgebracht werden, wenn es sich im Freigabemodus befindet.
Alternativ kann die Steuereinheit 22 die Ventile des elektronenhydraulischen Systems des Bremssystems 202 betätigen, um im Bremsmodus eine Bremskraft aufzubringen. Insbesondere kann die Steuereinheit 22 unter Verwendung der Komponenten des elektrohydraulischen Systems, wie in der Technik bekannt, selektiv Hydraulikfluid zu der Bremse leiten.
Dementsprechend können sowohl das elektrische Antriebssystem 12, die Energiequelle 23 und des Bremssystem 202 durch die Steuereinheit 22 gesteuert werden, um die Anwendung des Bremsmodus des Fahrzeugs 10 zu erleichtern. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das elektrische Antriebssystem 12 im Energieversorgungsmodus dem Motor 16 Leistung bereitstellen, um den Antriebsmechanismus 32 zu bewegen, während die Energiequelle 23 dem Generator 14 mechanische Energie bereitstellt und sich das Bremssystem 202 im Freigabemodus befindet. Alternativ kann das elektrische Antriebssystem 12 im Bremsmodus den Fahrmotor 16 und den Generator 14 zurücktreiben, um eine mechanische Eingabe an die Energiequelle 23 bereitzustellen, während die Energiequelle 23 entladen ist. Ferner kann das Bremssystem 202 im Bremsmodus angewendet werden, um die Bremskraft, die durch das elektrische Antriebssystem 12 und die Energiequelle 23 auf den Antriebsmechanismus 32 ausgeübt wird, im Wesentlichen zu ergänzen.
In einem Aspekt dieser Offenbarung kann der Motor 24 ein DekompressionsBremsverfahren als Teil des Bremsmodus implementieren. Insbesondere kann der Generator 14 im Bremsmodus wie oben beschrieben zurückgetrieben werden, um den Motor 24 mechanisch anzutreiben oder anderweitig zu drehen. In dieser Situation kann der Motor 24 ein Dieselmotor mit einer Ventilbaugruppe sein, die selektiv in einer Dekompressions-Bremsausrichtung konfiguriert ist. Die Steuereinheit 22 kann die Ventilbaugruppe des Motors 24 während des Bremsmodus in der Dekompressions-Bremsausrichtung ausrichten und dadurch einem Teil der Drehmomenteingabe in den Motor 24 vom Generator 14 widerstehen, um eine größere Bremskraft zu erzeugen.
In der Dekompressions-Bremsausrichtung kann die Ventilbaugruppe des Motors 24 die Kammer beliebiger Kolben des Motors 24 nach einem Kompressionszyklus fluidisch an einen Abgaskanal koppeln, um die auf den Motor 24 ausgeübte Bremskraft zu erhöhen. Dekompressions-Motorbremsung wird häufig als Jake-Bremse bezeichnet und ein Beispiel für ein Dekompressionsbremssystem ist die Jacobs-Dekompressionsbremse® von Jacobs Vehicle Systems®. Dementsprechend erwägt ein Aspekt dieser Offenbarung die Verwendung des Motors 24 zum Anwenden einer Dekompressions-Bremsfunktion während des Bremsmodus ähnlich derer, die von Jacobs Vehicle Systems® implementiert werden.
Die Steuereinheit 22 kann auch eine Bremseingabe 206 von dem Fahrzeug 10 empfangen. Die Bremseingabe 206 kann über ein Bremspedal, einen Hebel, einen Schalter oder von einer beliebigen anderen Eingabe des Fahrzeugs 10 eingegeben werden. In dem Bremspedalbeispiel kann die Bremseingabe 206 durch die Steuereinheit 22 bestimmt werden, indem die Position des Bremspedals mit einem Positionssensor oder dergleichen analysiert wird. In dieser Konfiguration identifiziert die Steuereinheit 22 die vom Benutzer benötigte Bremskraft durch Überwachung der Position des Bremspedals.
Gleichermaßen kann die Steuereinheit 22 einen Hebel oder Joystick überwachen, um die vom Benutzer gewünschte Bremskraft zu bestimmen. In einem nicht exklusivem Beispiel kann der Hebel ein FNR-Hebel sein. Der Hebel oder Joystick kann vom Benutzer betätigt werden, um die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit und -richtung anzuzeigen. Wenn die Steuereinheit 22 eine Hebel- oder Joystickposition identifiziert, die eine Bremseingabe erfordert, kann die Steuereinheit 22 das elektrische Antriebssystem 12, die Energiequelle 23 und das Bremssystem 202 in den entsprechenden Bremsmodus überführen.
In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Bremseingabe 206 Teil eines Fahrzeuggeschwindigkeitsreglers sein. Insbesondere kann das Fahrzeug 10 eine beliebige Anzahl anderer Sensoren 210 aufweisen, um verschiedene Komponenten des Fahrzeugs 10 zu überwachen. In einem Beispiel kann einer der anderen Sensoren 210 ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor sein. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor kann der Steuereinheit 22 die Fahrzeuggeschwindigkeit mitteilen. Die Steuereinheit 22 kann einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Schwellenwert darin speichern und das elektrische Antriebssystem 12, die Energiequelle 23 und das Bremssystem 202 in den Bremsmodus überführen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als der Fahrzeuggeschwindigkeits-Schwellenwert ist. Als ein nicht exklusives Beispiel kann der Fahrzeuggeschwindigkeits-Schwellenwert eine maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit sein. Wenn der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor eine Fahrzeuggeschwindigkeit identifiziert, die größer als die maximal zulässige Fahrzeuggeschwindigkeit ist, zum Beispiel wenn eine Übergeschwindigkeitsbedingung auftritt, wenn das Fahrzeug 10 eine steile Steigung hinunterfährt, kann die Steuereinheit 22 den Bremsmodus implementieren, um das Fahrzeug 10 zu verlangsamen.
Ferner kann die Steuereinheit 22 mit einer Benutzerschnittstelle 212 in Kommunikation stehen, die es dem Benutzer ermöglicht, Steuerparameter für das Fahrzeug 10 einzugeben. In einem nicht exklusiven Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 212 es dem Benutzer ermöglichen, eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit einzugeben. Sobald der Benutzer eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit eingegeben hat, kann die Steuereinheit 22 den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor überwachen und den Bremsmodus mit dem elektrischen Antriebssystem 12, der Energiequelle 23 und dem Bremssystem 202 implementieren, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als die gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die vom Benutzer in der Benutzerschnittstelle 212 eingegeben wurde. In diesem Beispiel kann die Steuereinheit 22 den Bremsmodus implementieren, um es dem Fahrzeug 10 zu ermöglichen, eine vom Benutzer ausgewählte Fahrzeuggeschwindigkeit beizubehalten.
In der Steuereinheit 22 können Bremswerte 208 gespeichert sein, die der verfügbaren Bremskraft von jedem von dem elektrischen Antriebssystem 12, der Energiequelle 23 und dem Bremssystem 202 entsprechen. Ferner kann in der Steuereinheit 22 eine Tabelle, ein Diagramm, eine Grafik, ein Algorithmus, ein ausführbares Programm oder dergleichen gespeichert sein, welche die Bremseingabe 206 mit entsprechenden Bremswerten 208 für das elektrische Antriebssystem 12, die Energiequelle 23 und das Bremssystem 202 korreliert. Wenn die Steuereinheit 22 eine Bremseingabe 206 identifiziert, kann die Steuereinheit 22 Bremswerte 208 für das elektrische Antriebssystem 12, die Energiequelle 23 und das Bremssystem 202 auswählen, die der Bremseingabe 206 entsprechen. Dann kann die Steuereinheit 22 das elektrische Antriebssystem 12, die Energiequelle 23 und das Bremssystem 202 jeweils in dem geeigneten Bremsmodus positionieren, um die Bremskraft aufzubringen, die den Bremswerten 208 entspricht. Anders ausgedrückt empfängt die Steuereinheit 22 die Bremseingabe 206 und bestimmt dann, wie die erforderliche Bremskraft im Hinblick auf Bremskräfte erreicht wird, die von jedem elektrischen Antriebssystem 12, der Energiequelle 23 und dem Bremssystem 202 aufgebracht werden.
Die anderen Sensoren 210 können unter anderem einen Schaufelpositionssensor beinhalten. Der Schaufelpositionssensor kann mit der Schaufel 118 des Fahrzeugs 10 gekoppelt sein, um die Position der Schaufel 118 zu identifizieren. In einem Aspekt dieser Offenbarung können die von der Steuereinheit 22 implementierten Bremswerte 208 Werte von den anderen Sensoren 210, wie etwa dem Schaufelpositionssensor, berücksichtigen. Insbesondere, wenn der Schaufelpositionssensor angibt, dass sich die Schaufel 118 in einer angehobenen Position befindet, kann das Fahrzeug 10 während eines Bremsvorgangs weniger stabil sein. Dementsprechend kann die Steuereinheit 22 andere Bremswerte 208 anwenden, wenn sich die Schaufel 118 in einer angehobenen Position befindet, als wenn sich die Schaufel 118 in einer abgesenkten Position befindet. Anders ausgedrückt kann die Steuereinheit 22 die anderen Sensoren 210 verwenden, um andere Bedingungen des Fahrzeugs zu identifizieren, die die sichere Bremskapazität des Fahrzeugs 10 beeinflussen können, und daher die Bremswerte 208 entsprechend ändern.
3 ist ein nicht exklusives Beispiel einer Bremssteuerlogik 300. Die Bremssteuerlogik 300 kann zunächst die Steuereinheit 22 verwenden, um in Feld 302 zu identifizieren, ob eine Bremseingabe vorhanden ist. Bei der Bremseingabe von Feld 302 kann es sich um eine der oben beschriebenen Bremseingaben 206 handeln. Zum Beispiel kann die Bremseingabe von einem FNR-Hebel, einem Bremspedal, einem Joystick, einem Fahrzeuggeschwindigkeitsregler, einem Sicherheitsschalter oder einem beliebigen anderen Fahrzeugsystem oder -sensor stammen, der überwacht werden kann, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu steuern. Ferner kann die Bremseingabe des Feldes 302 eine beliebige Eingabe sein, die von der Steuereinheit 22 identifiziert wird und eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt. Wenn in Feld 302 keine Eingaben identifiziert werden, kann die Steuereinheit 22 weiterhin die Bremseingaben 206 in Feld 302 überwachen.
Wenn die Steuereinheit 22 jedoch in Feld 302 eine Bremseingabe 206 identifiziert, kann die Steuereinheit 22 eine erforderliche Bremskraft auf Grundlage der Bremseingabe 206 in Feld 306 bestimmen. Die in Feld 306 identifizierte erforderliche Bremskraft kann die Bremskraft sein, die der entsprechenden Bremseingabe 206 zugeordnet ist. Insbesondere kann die Steuereinheit 22 die erforderliche Bremskraft durch Identifizieren der Bremswerte 208 auf Grundlage der Bremseingabe 206 bestimmen. Zum Beispiel können die Bremskraftwerte 208 und die entsprechende erforderliche Bremskraft größer sein, wenn die Steuereinheit 22 eine wesentliche Bremseingabe identifiziert (zum Beispiel, wenn der FNR von einer Vorwärtsposition in eine Rückwärtsposition übergeht), verglichen damit, wenn die Bremseingabe 206 nur eine geringe Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wiedergibt.
In der Steuereinheit 22 kann auch eine maximale Fahrzeugbremskraft in Feld 318 gespeichert sein. Die maximale Fahrzeugbremskraft kann eine in der Steuereinheit 22 gespeicherte voreingestellte Bremskraft sein, die die maximale Bremskraft darstellt, die die Steuereinheit 22 mit dem Fahrzeug 10 umsetzt. In einem nicht exklusiven Beispiel kann die maximale Bremskraft die Bremskraft sein, die aufgebracht wird, wenn die Energiequelle 23, das elektrische Antriebssystem 12 und das Bremssystem 202 jeweils in einem maximalen Bremsmodus arbeiten. Alternativ ermöglicht eine andere Ausführungsform dem Benutzer, die maximale Fahrzeugbremskraft über die Benutzerschnittstelle 212 zu ändern. In dieser Ausführungsform kann der Benutzer die Aggressivität auswählen, bei der er wünscht, dass das Fahrzeug die Bremskraft aufbringt. Eine aggressivere maximale Fahrzeugbremskraft setzt das Fahrzeug schnelleren Geschwindigkeitsreduktionen durch Bremsen aus, während eine weniger aggressive maximale Fahrzeugbremskraft länger anhaltende Geschwindigkeitsreduktionen bereitstellt.
Feld 318 kann jederzeit ausgeführt werden und ist in der Bremssteuerlogik 300 positioniert, wie in 3 nur zur Veranschaulichung gezeigt. Diese Offenbarung erwägt, das Feld 318 jederzeit während der Steuerlogik 300 zu implementieren.
Als nächstes kann die Steuereinheit 22 bestimmen, ob die erforderliche Bremskraft von Feld 306 gleich oder größer als die maximale Fahrzeugbremskraft von Feld 318 in Feld 320 ist. Wenn die gewünschte Bremskraft gleich oder größer als die maximale Fahrzeugbremskraft ist, kann die Steuereinheit 22 die maximale Bremskraft in Feld 322 anwenden, indem sie die Energiequelle 23, das elektrische Antriebssystem 12 und das Bremssystem 202 in den entsprechenden maximalen Bremskraftzustand überführt. Anders ausgedrückt, wenn die Steuereinheit 22 identifiziert, dass der Benutzer das Fahrzeug 10 schnellstmöglich verlangsamen möchte, bringt die Steuereinheit 22 die Bremskraft mit allen verfügbaren Fahrzeugsystemen 23, 12, 202 auf, die eine Bremskraft auf das Fahrzeug 10 bereitstellen können.
Wenn die Steuereinheit 22 jedoch bestimmt, dass die erforderliche Bremskraft von Feld 306 nicht gleich oder größer als die maximale Bremskraft von Feld 318 ist, kann die Steuereinheit 22 bestimmen, ob die Implementierung des Bremsmodus des elektrischen Antriebssystems 12 eine ausreichende Bremskraft in Feld 308 bereitstellt, um die erforderlichen Bremskraftanforderungen, die in Feld 306 identifiziert wurden, zu erfüllen. Insbesondere kann in der Steuereinheit 22 eine maximale Bremskraft des elektrischen Antriebssystems gespeichert sein, die die maximal erwartete Bremskraft darstellt, die auf das Fahrzeug 10 ausgeübt wird, wenn sich das elektrische Antriebssystem 12 im maximalen Bremsmodus befindet. In Feld 308 vergleicht die Steuereinheit 22 den in Feld 306 identifizierten erforderlichen Bremskraftwert mit der maximalen elektrischen Systembremskraft. Ist der erforderliche Bremskraftwert gleich oder kleiner als die maximale elektrische Systembremskraft, leitet die Steuereinheit 22 das Feld 310 ein, wobei das elektrische Antriebssystem 12 in einen Bremsmodus versetzt wird, welcher der erforderlichen Bremskraft des Feldes 306 entspricht. Anders ausgedrückt, wenn die Steuereinheit 22 einen Bremskraftbedarf identifiziert, der vollständig durch das elektrische Antriebssystem 12 angesprochen werden kann, verwendet die Steuereinheit 22 das elektrische Antriebssystem 12, um die entsprechende Bremskraft aufzubringen.
Wenn die maximale Bremskraft des elektrischen Systems jedoch geringer ist als die erforderliche Bremskraft, die in Feld 306 identifiziert wurde, kann die Steuereinheit 22 Feld 312 implementieren, wobei eine maximale Energiequellenbremskraft im Vergleich zu der erforderlichen Bremskraft aus Feld 306 berücksichtigt wird. Die maximale Energiequellenbremskraft kann die maximale Bremskraft sein, die von der Energiequelle 23 auf das Fahrzeug 10 ausgeübt wird, wenn sich die Energiequelle in einem maximalen Bremsmodus befindet. In einem nicht exklusiven Beispiel kann die maximale Energiequellenbremskraft die Bremskraft sein, die von der Energiequelle 23 aufgebracht wird, wenn der Motor 24 das oben beschriebene Motordekompressionsverfahren ausführt. In Feld 312 wird die Summe der maximalen Bremskraft des elektrischen Systems und der maximalen Energiequellenbremskraft mit der erforderlichen Bremskraft von Feld 306 verglichen. Anders ausgedrückt wird die Gesamtbremskraft des Fahrzeugs 10, wie sie sowohl durch das elektrische Antriebssystem 12 als auch durch die Energiequelle 23 im Bremsmodus aufgebracht wird, mit der erforderlichen Bremskraft aus Feld 306 in Feld 312 verglichen.
Wenn die Summe der maximalen Bremskraft aus dem elektrischen Antriebssystem 12 und der Energiequelle 23 gleich oder größer als die erforderliche Bremskraft ist, implementiert die Steuereinheit 22 Feld 314,wobei der Bremsmodus sowohl des elektrischen Antriebssystems 12 als auch der Energiequelle 23 implementiert ist. Wenn also die maximale Bremskraft des elektrischen Systems kleiner als die erforderliche Bremskraft ist, aber die kombinierte Bremskraft des elektrischen Antriebssystems 12 und der Energiequelle 23 größer oder gleich der erforderlichen Bremskraft ist, implementiert die Steuereinheit 22 die Bremskraft sowohl mit dem elektrischen Antriebssystem 12 als auch der Energiequelle 23, um die erforderliche Bremskraft 306 aufzubringen.
In einem Aspekt der Felder 312 und 314 kann die Steuereinheit 22 auch in Betracht ziehen, die Bremsdekompressionsfunktion anzuwenden, um die maximale Energiequellenbremskraft zu erhöhen. Insbesondere kann die Steuereinheit 22, wie oben beschrieben, die Ventilpositionierung des Motors 24 selektiv ändern, um die vom Motor 24 ausgeübte Bremskraft zu erhöhen. Dementsprechend können die Felder 312 und 314 auch in Betracht ziehen, eine Dekompressionsfunktion mit dem Motor 24 umzusetzen, um die erforderliche Bremskraft von Feld 306 zu erfüllen. Ferner kann die Steuereinheit 22 in einer weiteren Ausführungsform der Felder 312 und 314 eine Last mit einer beliebigen der hier beschriebenen parasitären Vorrichtungen 126 aufbringen, um die Bremskraft zu erhöhen, die durch den Motor 24 aufgebracht werden kann, indem dem Motor 24 parasitäre Lasten hinzugefügt werden.
Während die Felder 308 und 312 hier als separate Betrachtungen der Steuereinheit 22 beschrieben werden, berücksichtigt diese Offenbarung auch, die Felder 308 und 312 im Wesentlichen gleichzeitig auszuführen. Insbesondere kann die Steuereinheit 22 die maximale Gesamtbremsleistung sowohl des elektrischen Antriebssystems 12 als auch der Energiequelle 23, die im Bremsmodus arbeiten, im gleichen Schritt bestimmen. Alternativ betrachtet diese Offenbarung auch Ausführungsformen, die überhaupt kein elektronisches Antriebssystem 12 aufweisen. In dieser Konfiguration bestimmt die Steuereinheit 22 nur, ob die maximale Bremskraft der Energiequelle 23 ausreicht, um die erforderliche Bremskraft zu erfüllen, bevor sie das Feld 316 ausführt.
Wenn die Summe der Bremskraft, die sowohl von dem elektrischen Antriebssystem 12 als auch von der Energiequelle 23 verfügbar ist, geringer als die erforderliche Bremskraft 306 ist, kann die Steuereinheit 22 Feld 316 implementieren, um das Bremssystem 202 zu betätigen. In Feld 316 kann die Steuereinheit 22 sowohl das elektrische Antriebssystem 12 als auch die Energiequelle 23 dazu veranlassen, die maximale Bremskraft anzuwenden, und die elektrohydraulische Steuerung des Bremssystems 202 verwenden, um eine Bremskraft des Bremssystems hinzuzufügen. Die Steuereinheit 22 kann so wenig von der Bremskraft des Bremssystems verwenden, wie erforderlich ist, um die erforderliche Bremskraft zu erfüllen. Anders ausgedrückt kann die Steuereinheit 22 eine volle Bremskraft sowohl des elektrischen Antriebssystems 12 als auch der Energiequellen 23 implementieren, bevor das Bremssystem 202 eingerückt wird.
In einem Aspekt dieser Offenbarung kann das Bremssystem 202 ein elektrohydraulisches System sein, das es der Steuereinheit 22 ermöglicht, die von dem Bremssystem 202 aufgebrachte Bremskraft zu variieren. Anders ausgedrückt kann das Bremssystem 202 mindestens ein Magnetventil mit variablem Druck oder dergleichen aufweisen, das von der Steuereinheit 22 gesteuert wird, um den Bremsen des Bremssystems 202 variable Fluiddrücke bereitzustellen. In dieser Ausführungsform kann die maximale Bremskraft des Fahrzeugs 318 durch die Steuereinheit 22 über das Bremssystem 202 gesteuert werden. Die Steuereinheit 22 kann das Ausmaß der Höhe des auf die Bremsen des Bremssystems 202 ausgeübten Drucks steuern, um dadurch die Geschwindigkeit zu steuern, mit der das Fahrzeug 10 während eines maximalen Bremseingabevorgangs verlangsamt wird.
Wie oben beschrieben, kann die maximale Fahrzeugbremskraft 318 als Teil einer Eingabe von der Benutzerschnittstelle 212 ermittelt werden. Insbesondere kann der Benutzer die Aggressivität eines Bremsprofils auswählen. In einem nicht exklusiven Beispiel kann die Aggressivität des Bremsprofils entweder mild oder aggressiv gewählt werden. Wenn der Benutzer ein sanftes Profil auswählt, kann die Steuereinheit 22 eine niedrigere maximale Bremskraft des Fahrzeugs 318 implementieren und dadurch das Bremssystem 202 entsprechend manipulieren. Wenn der Benutzer ein aggressives Bremsprofil auswählt, kann die Steuereinheit 22 alternativ eine hohe Bremskraft für die maximale Bremskraft des Fahrzeugs 318 implementieren und das Bremssystem 202 entsprechend manipulieren. Anders ausgedrückt kann der Benutzer eine Eingabe bereitstellen, um die Intensität zu manipulieren, mit der die Steuereinheit 22 das Bremssystem 202 verwenden wird, um das Fahrzeug 10 zu verlangsamen.
Während hier eine sanfte und aggressive Option beschrieben wird, werden auch beliebig viele maximale Bremskrafteinstellungen in Betracht gezogen. Ferner kann in einem nicht exklusiven Beispiel die maximale Bremskraft des Fahrzeugs 318 automatisch mit der Steuereinheit 22 durch Überwachen der anderen Sensoren 210 festgelegt werden. Insbesondere können die anderen Sensoren 210 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor oder einen Schaufelpositionssensor beinhalten, um eine Kombination von nicht exklusiven Beispielen zu nennen. Die maximale Bremskraft des Fahrzeugs 318 kann durch die Steuereinheit 22 basierend auf der Position der Schaufel 118 oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wie durch die anderen Sensoren 210 bestimmt, geändert werden. Dementsprechend wird in einem Aspekt dieser Offenbarung die maximale Bremskraft des Fahrzeugs 318 durch die Steuereinheit 22 automatisch auf der Grundlage von Werten bestimmt, die durch die anderen Sensoren 210 identifiziert werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die anderen Sensoren 210 Temperatursensoren beinhalten, die mit der Steuereinheit 22 kommunizieren, um die Temperaturen von Komponenten des elektrischen Antriebssystems 12, des Bremssystems 202 und der Energiequelle 23 zu identifizieren. In einer Anwendung dieser Offenbarung kann die Steuereinheit 22 die während einer Bremsbedingung angewendete Bremspriorität auf Grundlage der durch die Temperatursensoren identifizierten Temperaturen ändern. Insbesondere kann die Steuereinheit 22 in einem nicht exklusiven Beispiel die von dem Bremssystem 202 aufgebrachte Bremskraft erhöhen, wenn das elektrische Antriebssystem 12 über einem gespeicherten Temperaturschwellenwert arbeitet. Alternativ können das elektrische Antriebssystem 12 und die Energiequelle 23 eine größere Bremskraft bereitstellen, wenn das Bremssystem 202 über einem Bremssystem-Temperaturschwellenwert betrieben wird.
Die Temperatursensoren können Messwerte einer beliebigen Komponente der Energiequelle 23, des elektrischen Antriebssystems 12 und des Bremssystems 202 bereitstellen. Als ein nicht exklusives Beispiel können eine Kühlmitteltemperatur des Motors 112, die Temperatur des Bremswiderstands 18 und eine Bremstemperatur durch die Steuereinheit 22 überwacht werden. Diese Offenbarung berücksichtigt jedoch das Überwachen der Temperatur einer beliebigen Komponente des Fahrzeugs 10, um zu erkennen, wann die entsprechende Komponente überlastet wird. In ähnlicher Weise zieht diese Offenbarung auch das Überwachen der elektrischen Bedingungen, wie etwa Spannung des elektrischen Antriebssystems 12 in Betracht, um zu identifizieren, wann das elektrische Antriebssystem während des Bremsmodus überlastet wird.
In einem Aspekt dieser Offenbarung kann das Bremssystem 202 verwendet werden, um eine vom Benutzer gewünschte Leerlaufsteuerungs-Bremsgeschwindigkeit zu implementieren. Die Leerlaufsteuerungsbremsgeschwindigkeit kann die Geschwindigkeit sein, mit der sich das Fahrzeug 10 während einer Leerlaufbedingung verlangsamt, worin keine Drosselklappeneingabe identifiziert wird. In einem Aspekt dieser Ausführungsform kann die Benutzerschnittstelle 212 durch den Benutzer auswählbar sein, um die Aggressivität auszuwählen, mit der die Steuereinheit 22 die oben beschriebene Bremslogik während einer Leerlaufsituation anwenden wird. Ähnlich wie die oben beschriebene maximale Bremsfunktionalität kann der Benutzer die Aggressivität der Leerlaufsteuerungsoption von der Benutzerschnittstelle 212 auswählen und die Steuereinheit 22 kann die ausgewählte Leerlaufsteuerung während einer Leerlaufbedingung anwenden. In einem Aspekt dieser Ausführungsform kann die Steuereinheit 22 zuerst die Bremskraft, die von dem elektrischen Antriebssystem 12 und der Energiequelle 23 verfügbar ist, während einer Leerlaufbedingung vollständig aufbringen. Dann kann die Steuereinheit 22 das Bremssystem 202 betätigen, um eine zusätzliche Bremskraft bereitzustellen, die der vom Benutzer ausgewählten Leerlaufsteuerungsoption entspricht.
Für die Leerlaufsteuerung werden beliebig viele Einstellungen erwogen. In einem nicht exklusiven Beispiel kann die Leerlaufsteuerung automatisch mit der Steuereinheit 22 durch Überwachen der anderen Sensoren 210 eingerichtet werden. Insbesondere können die anderen Sensoren 210 einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor oder einen Schaufelpositionssensor beinhalten, um eine Kombination von nicht exklusiven Beispielen zu nennen. Die Leerlaufsteuerung des Fahrzeugs 10 kann durch die Steuereinheit 22 auf Grundlage der Position der Schaufel 118 oder der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, wie durch die anderen Sensoren 210 bestimmt, geändert werden. Dementsprechend wird in einem Aspekt dieser Offenbarung die Leerlaufsteuerung durch die Steuereinheit 22 automatisch auf der Grundlage von Werten bestimmt, die durch die anderen Sensoren 210 identifiziert werden.
In einem weiteren Aspekt dieser Offenbarung kann das Bremssystem 202 die einzige Bremskraft sein, die von der Steuereinheit 22 während einer Leerlaufsituation aufgebracht wird. In dieser Ausführungsform betätigt die Steuereinheit 22 das Bremssystem 202, wenn kein Drosselklappenbefehl mehr im Fahrzeug 10 vorliegt. Ferner kann in dieser Ausführungsform die Steuereinheit 22 das Bremssystem 202 basierend auf der vom Benutzer über die Benutzerschnittstelle 212 identifizierten Bremsaggressivität oder basierend auf einer in der Steuereinheit 22 gespeicherten Standard-Leerlaufsteuerung anwenden.
In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuereinheit 22 die Bremssteuerlogik 300 während eines Notfallereignisses implementieren. In einem Beispiel kann das Notfallereignis eine potenzielle Kollision sein, die durch einen der anderen Sensoren 210 identifiziert wird (zum Beispiel kann ein Näherungssensor ein Hindernis im projizierten Fahrweg des Fahrzeugs 10 identifizieren). In einem anderen Beispiel kann das Notfallereignis über einen der anderen Sensoren 210 identifiziert werden, der angibt, dass sich kein Benutzer auf einem Sitz der Bedienerkabine 114 befindet. In einem weiteren Beispiel kann das Notfallereignis eingeleitet werden, wenn das Fahrzeug 10 außerhalb eines geografischen Bereichs fährt. Unabhängig von der Quelle kann das Notfallereignis eine Bremseingabe bei der maximalen Bremskraft 318 angeben. Dementsprechend implementiert die Steuereinheit 22, sobald die Steuereinheit 22 ein Notfallereignis identifiziert, die Bremssteuerlogik 300 bei der maximalen Bremskraft 318,
Während die Offenbarung in den Zeichnungen und in der vorstehenden Beschreibung detailliert dargestellt und beschrieben wurde, ist eine solche Darstellung und Beschreibung als beispielhaft und nicht einschränkend anzusehen, wobei zu verstehen ist, dass veranschaulichende Ausführungsform(en) gezeigt und beschrieben wurden und dass alle Änderungen und Modifikationen, die im Geltungsbereich der Offenbarung liegen, geschützt werden sollen. Es wird darauf hingewiesen, dass alternative Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung möglicherweise nicht alle beschriebenen Merkmale enthalten, aber dennoch von einigen Vorteilen solcher Merkmale profitieren. Fachleute können problemlos ihre eigenen Ausführungen entwickeln, die eines oder mehrere der Merkmale der vorliegenden Offenbarung beinhalten und dem Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung entsprechen, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Während diese Offenbarung in Bezug auf mindestens eine Ausführungsform beschrieben wurde, kann die vorliegende Offenbarung im Geist und Umfang dieser Offenbarung weiter modifiziert werden. Diese Anwendung soll unter Berücksichtigung ihrer allgemeinen Prinzipien jegliche Variationen, Verwendungen oder Anpassungen abdecken. Ferner ist diese Anwendung dazu bestimmt, Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung abzudecken, die ihrer in der Fachwelt bekannten und üblichen Praxis entsprechen und sich im Rahmen der beigefügten Ansprüche bewegen.

Claims

System zum Steuern der Geschwindigkeit einer hybriden Arbeitsmaschine, umfassend: eine Motorbaugruppe; ein elektrisches Antriebssystem, das mechanisch an die Motorbaugruppe gekoppelt ist; einen Antriebsmechanismus, der dazu konfiguriert ist, von dem elektrischen Antriebssystem angetrieben zu werden; und eine mit der Motorbaugruppe, dem elektrischen Antriebssystem und dem Antriebsmechanismus kommunizierende Steuerung; wobei die Steuerung selektiv die Motorbaugruppe, das elektrische Antriebssystem und den Antriebsmechanismus in Eingriff bringt, um eine Bremsfunktion auszuführen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend ein elektrohydraulisches Bremssystem, das mit dem Antriebsmechanismus gekoppelt ist, wobei das elektrohydraulische Bremssystem selektiv durch die Steuerung betätigt wird, um die Bremsfunktion auszuführen.
System nach Anspruch 2, wobei ferner die Steuerung, wenn sie einen Geschwindigkeitsreduzierungsbefehl identifiziert, der größer als ein Geschwindigkeitsreduzierungs-Schwellenwert ist, eine Bremskraft auf den Antriebsmechanismus mit dem elektrohydraulischen Bremssystem ausübt.
System nach Anspruch 3, wobei ferner die Steuerung, wenn der Geschwindigkeitsreduzierungsbefehl unter dem Geschwindigkeitsreduzierungs-Schwellenwert liegt, die Motorbaugruppe und das elektrische Antriebssystem in Eingriff bringt, um eine Bremskraft aufzubringen, und die elektrohydraulische Baugruppe nicht in Eingriff bringt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner Benutzersteuerungen umfassend, die einen erforderlichen Bremskraftbefehl an die Steuerung senden, wobei die Steuerung den erforderlichen Bremskraftbefehl mit einem Bremskraftschwellenwert vergleicht und Bremskraftbefehle auf der Grundlage des Vergleichs des erforderlichen Bremskraftbefehls mit dem Bremskraftschwellenwert an die Motorbaugruppe, das elektrische Antriebssystem und den Antriebsmechanismus richtet.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ferner die Motorbaugruppe ein Dekompressionsbremsverfahren als Teil einer Bremsfunktion der Motorbaugruppe durchführt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ferner die Steuerung selektiv die Bremsfunktion mit der Motorbaugruppe, dem elektrischen Antriebssystem und dem Antriebsmechanismus auf der Grundlage einer in der Steuerung gespeicherten Bremspriorität anwendet, wobei die Bremspriorität eine Motorbremsfunktion mit der Motorbaugruppe und eine elektrische Bremsfunktion mit dem elektrischen Antriebssystem initiiert, bevor eine Bremsfunktion des Antriebsmechanismus mit dem Antriebsmechanismus ausgeführt wird.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ferner der Antriebsmechanismus mindestens eine Achse und mindestens eine Bremse aufweist, die an der Achse angeordnet ist und von der Steuerung über ein elektrohydraulisches System gesteuert wird, wobei die Steuerung selektiv die Bremse betätigt, um eine Bremsfunktion des Antriebsmechanismus auszulösen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bremsfunktion ausgeführt wird, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit größer als ein Fahrzeuggeschwindigkeitsschwellenwert ist.
System nach Anspruch 2 oder Anspruch 2 in Verbindung mit einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei ferner das elektrohydraulische Bremssystem des Antriebsmechanismuseine hydraulische Bremse umfasst.
System nach Anspruch 10, wobei ferner die hydraulische Bremse um eine Achse des Hybridfahrzeugs positioniert ist, um selektiv eine Bremskraft auf die Achse aufzubringen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, wobei die Motorbaugruppe das Motorbremsverfahren durch Implementieren einer Dekompressionsausrichtung einer Ventilanordnung des Motors umfasst.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ferner die Motorbaugruppe mindestens eine parasitäre Vorrichtung aufweist, die durch die Steuerung selektiv mit dem Motor gekoppelt ist, wobei die Steuerung die parasitäre Vorrichtung während des Motorbremsvorgangs mit dem Motor koppelt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei ferner die Steuerung das Bremsverfahren mit der Motorbaugruppe ausführt und den Motor entlädt, bevor sie das Antriebsmechanismusbremsverfahren ausführt.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: Speicherung einer Motorbremskapazität, einer Elektronikbaugruppenbremskapazität und eines Antriebsmechanismusbremsverfahrens; Bestimmung einer erforderlichen Bremskapazität mit der Steuerung auf der Grundlage des Fahrzeuggeschwindigkeitsreduktionssignals; und Implementierung des Antriebsmechanismusbremsverfahrens nur dann, wenn die erforderliche Bremsleistung die kombinierte Motorbremsleistung und die Bremsleistung der elektronischen Baugruppe übersteigt.