DE10336542A1 - Leistungsbestimmung für Hybrid-Fahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben des Hybrid-Fahrzeugs, umfassend eine Regeleinrichtung, die eine maximale Dauergeschwindigkeit eines Hybrid-Elektrofahrzeugs errechnet; und eine Anzeigevorrichtung, die mit der Regeleinrichtung verbunden ist und die errechnete maximale Dauergeschwindigkeit anzeigt. DOLLAR A Die Regeleinrichtung kan kontinuierlich die maximale Dauergeschwindigkeit errechnen, wenn das Hybrid-Elektrofahrzeug betrieben wird, und wobei die angezeigte maximale Dauergeschwindigkeit kontinuierlich aktualisiert wird, wenn das Hybrid-Elektrofahrzeug betrieben wird. DOLLAR A Weiterhin kann die Regeleinrichtung eine zweite maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs errechnen und veranlassen, dass diese zweite maximale Dauergeschwindigkeit nur angezeigt wird, wenn sich die zweite maximale Dauergeschwindigkeit von der zuvor errechneten maximalen Dauergeschwindigkeit um einen vorbestimmten Wert unterscheidet. DOLLAR A In einer Ausführungsform kann die Regeleinrichtung die maximale Dauergeschwindigkeit unter Verwendung eines Wertes des Rollwiderstands zwischen mindestens einem Reifen des Hybrid-Elektrofahrzeugs und einer Oberfläche, eines Wertes des auf das Fahrzeug wirkenden Luftwiderstands, eines Wertes der auf das Fahrzeug wirkenden Steigungskraft und eines Wertes der auf das Fahrzeug wirkenden Trägheitskraft berechnen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben des Hybrid-Fahrzeugs.
  • Ein Hybrid-Elektrofahrzeug besitzt typischerweise mindestens zwei Drehmomentquellen, die abwechselnd oder gleichzeitig benutzt werden, um das Fahrzeug anzutreiben oder zu fahren. Die jeweils erzeugte Drehmomentenergie wird auf die Räder des Fahrzeugs übertragen, was bewirkt, dass das Hybridfahrzeug gefahren werden kann. Typischerweise besteht die erste Drehmomentquelle aus einem Verbrennungsmotor, der kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe verwendet, um die gewünschte Leistung zu liefern. Die zweite Drehmomentquelle umfasst normalerweise eine Energiequelle, wie beispielsweise eine elektrische Batterie, in Kombination mit wenigstens einem Motor und/oder einer Motor/Generator-Einheit. Die Batterie wird durch den laufenden Verbrennungsmotor in Zusammenarbeit mit dem wenigstens einen Motor oder der Motor/Generator-Einheit selektiv und periodisch "wieder aufgeladen", um die kontinuierliche Bereitstellung der Energie von der Energiequelle sicherzustellen. Insbesondere reduziert die elektrische Batterie in wünschenswerter Weise den Verbrauch von kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff und erlaubt damit die erwünschte Reduzierung der verschiedenen unerwünschten Nebenprodukte, die durch die Verwendung von kohlenstoffhaltigem Brennstoff erzeugt werden.
  • Daraus folgt, dass die zum Antreiben des Fahrzeugs erforderliche Kraft bei einem Hybrid-Elektrofahrzeug typischerweise von dem Verbrennungsmotor und von einem Batterie/Motor-System geliefert wird. Während es wünschenswert ist, die Batterie zu verwenden, beschränkt die in der Batterie enthaltene elektrische Ladung die Zeitspanne oder die Dauer, während der der Motor Energie liefern kann, um das Fahrzeug anzutreiben. Unter fortwährendem Betrieb des Fahrzeugs, d.h. Betrieb des Fahrzeugs unter ständig wechselnden Bedingungen, Betrieb des Fahrzeugs mit hohen Geschwindigkeiten oder Betrieb des Fahrzeugs mit einer Beladung, die höher ist als normal, verringert sich die Fähigkeit der Batterie, die Kraft oder die Energie, die zum Betreiben des Motors oder der Motor/Generator-Einheit erforderlich ist, kontinuierlich zu liefern. Gleichzeitig erwartet der Fahrer von seinem Fahrzeug, dass es sich wie ein konventionelles Fahrzeug verhält und wiederholbare Leistungen bereitstellt, um Manöver, wie das Überholen eines anderen Fahrzeugs, verlässlich und in vorhersehbarer Weise durchführen zu können. Es ist daher erwünscht, den Fahrer eines Hybrid-Elektrofahrzeugs mit den aktuellen Daten über potentielle Leistungsfähigkeit, Eigenschaften oder Parametern des Fahrzeugs zu versorgen, z.B. Messungen der zur Verfügung stehenden Leistungsfähigkeit eines Fahrzeugs, um dem Fahrer bei der Entscheidung zu helfen, ob oder nicht ein bestimmtes Manöver versucht werden kann und relativ hohe Erfolgsaussichten hat oder möglich ist.
  • Derzeitige Verfahrenslehren und Strategien, die versuchen, den Pegel der Leistung eines Hybridfahrzeugs festzustellen und dem Fahrer anzuzeigen, beinhalten die Bestimmung und die Anzeige, unter Verwendung eines Lichtsignals oder selektiv erzeugten Signals von einzelnen Leistungswerten, z.B. eine hohe Leistung oder ein niedriger Leistungswert, die der Fahrer dann verwendet, um zu entscheiden, ob ein Manöver durchführbar ist.
  • Diese aktuellen Verfahrenslehren und Strategien haben mehrere Nachteile. Als Beispiel und ohne Beschränkung sei genannt, dass die Verwendung von nur einer gewissen Anzahl von einzelnen Werten, um die geschätzte Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs visuell wiederzugeben, vom Fahrer verlangt, nur unter Verwendung des eingeschränkten Wissens, das durch die einzelnen Werte geliefert wird, z.B., dass das Fahrzeug einen hohen Leistungswert hat, zu entscheiden, ob das Fahrzeug in der Lage ist, ein gewünschtes Manöver durchzuführen. Wenn beispielsweise die Anzeige eines einzelnen Werts anzeigt, dass das Fahrzeug zu hoher Leistung fähig ist, und damit dem Fahrer bekannt gibt, dass das Fahrzeug in der Lage ist, ein anderes Fahrzeug zu überholen, zeigt dies nicht an und gibt keine Informationen darüber, wie schnell das andere Fahrzeug überholt werden kann. Folglich verlangt die Verwendung dieser einzelnen Werte vom Fahrer oder Betreiber des Fahrzeugs, die aktuelle Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs innerhalb dieser einzelnen Werte einzuschätzen. Darüber hinaus ändert sich oder schwankt die Leistungsfähigkeit eines Hybridfahrzeugs während der aktuellen Operation. Die Angabe von lediglich einzelnen Werten, z.B. Werte für hohe oder niedrige Leistung, zeigt nicht die Art und Weise an, in der die Leistungsparameter oder die Leistungsfähigkeiten des Hybridfahrzeugs über einzelne Zeitintervalle abnehmen oder sich ändern. Daher kann ein Fahrer, der ein Manöver durchführt, plötzlich entdecken, dass ein derartiges Manöver nicht in der gewünschten Weise durchgeführt werden kann, aufgrund eines plötzlichen Wechsels im Betriebszustand, der vom Fahrer hätte vorausgesehen werden können, sofern dem Fahrer Kenntnisse darüber zur Verfügung gestanden hätten, wie einer oder mehrere der Leistungsparameter sich vor Einleitung des Manövers geändert haben.
  • Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen und Anzeigen der Leistungsfähigkeit oder Leistungseigenschaften eines Hybrid-Elektrofahrzeugs vorzuschlagen, das zumindest einige der zuvor aufgezeigten Nachteile der Techniken und Strategien des bekannten Stands der Technik überwindet.
  • Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 und 14. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die Lösung umfasst gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen und Anzeigen der Leistungsparameter, Eigenschaften und/oder der Leistungsfähigkeit eines Hybrid-Elektrofahrzeugs in einer Art, die zumindest einige der zuvor aufgezeigten Nachteile der bekannten Strategien, Techniken und Verfahrenslehren überwindet.
  • Vorzugsweise ermittelt die Vorrichtung den Wert einer Fahrzeugeigenschaft, um die Wahrscheinlichkeit zur vollständigen Durchführung eines Manövers festzustellen.
  • Gemäß einem verwandten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen und Anzeigen der maximalen Dauergeschwindigkeit eines Hybrid-Elektrofahrzeugs in einer Art geschaffen, die einige oder alle der zuvor genannten Nachteile der bekannten kraftfahrzeugtechnischen Durchführungsstrategien und Verfahrenslehren überwindet. Insbesondere umfasst das Verfahren die Schritte des Bestimmens einer maximalen Dauergeschwindigkeit, Anzeigens der maximalen Dauergeschwindigkeit und Verwendens der maximalen Dauergeschwindigkeit zum Bestimmen, ob man das Fahrzeug ein bestimmtes Manöver durchführen lassen soll.
  • Ein Fahrzeug ist ebenfalls vorgesehen und umfasst eine Vorrichtung zum Bestimmen und Anzeigen der maximalen Dauergeschwindigkeit dieses Fahrzeugs.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden der folgenden ausführlichen Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Vorherbestimmen und Anzeigen einer Leistung, die gemäß den Lehren der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgebildet wurde, und die in einem Hybrid-Elektrofahrzeug zum Einsatz kommt;
  • 2 ein Ablaufdiagramm, das die verschiedenen Schritte im Zusammenhang mit der Verfahrenslehre des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung einschließt.
  • In 1 ist ein Hybrid-Elektrofahrzeug 10 dargestellt, das eine Bestimmung oder Voraussage der fahrzeugtechnischen Leistung und eine Anzeigeanordnung 12, die gemäß den Lehren der Erfindung an diesem Ausführungsbeispiel ausgestaltet wurde, aufweist. Zu Beginn sollte bemerkt werden, dass nur die relevanten Teile des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 in der 1 dargestellt sind und das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung nicht auf eine bestimmte fahrzeugtechnische Ausführungsform, wie sie zum Beispiel in 1 dargestellt ist, beschränkt sind. Ferner sollte bemerkt werden, dass die Einheit 12 nachträglich eingebaut und für ein bereits vorhandenes Fahrzeug 10, einschließlich eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, jedoch nicht darauf beschränkt, Verwendung finden kann.
  • Insbesondere weist das Hybrid-Elektrofahrzeug folgende Einzelteile auf: eine über eine Speichersteuerung arbeitende Regeleinrichtung 16, eine Energiespeichereinheit oder Hochspannungsbatterie 18, eine Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer einschließlich einer alphanumerischen Anzeigeeinheit 22, ein Paar Sensoren 20, eine Hinterachse 34, Reifen- und Radeinheiten 36, 38, die an der Hinterachse 34 befestigt sind, eine Vorderachse 35 und Reifen- und Radeinheiten 37, 39, die an der Vorderachse 35 befestigt sind. Die Sensoren 20 sind jeweils an oder in unmittelbarer Nähe der Achse 34 angeordnet und befinden sich jeweils in betriebsfähigem Zustand in unmittelbarer Nähe zu einem der Räder 36, 38. Weiterhin ist die Regeleinrichtung 16 unter Verwendung einer Anschlussleitung 28 mit der Anzeigevorrichtung 14 verbunden, unter Verwendung einer Anschlussleitung 30 mit der Hochspannungsbatterie 18 und unter Verwendung jeweils einer der Anschlussleitungen 24, 26 mit den Sensoren 20 verbunden.
  • Gemäß den Lehren der Erfindung berechnet die Regeleinrichtung 16 dynamisch und kontinuierlich den Differentialquotienten der Belastungen, die auf das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 wirken und verwendet diese Berechnungen, um kontinuierlich, z.B. beim Betrieb des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10, die maximale Dauergeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 in einer Art und Weise zu bestimmen und anzuzeigen, die weiter unten ausführlicher beschrieben wird. Insbesondere gibt es ungefähr vier Belastungen, die gemeinsam und im Wesentlichen diejenigen Kräfte darstellen oder beinhalten, die auf das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 einwirken.
  • Diese Kräfte oder Belastungen sind folgende: die Kräfte aufgrund des Rollwiderstands zwischen mindestens einem der Reifen des Fahrzeugs 10 und dem Straßenbelag; die auf das Fahrzeug 10 durch Luftwiderstand wirkende Kraft; die auf das Fahrzeug 10 durch dessen Neigung wirkende Kraft, und die auf das Fahrzeug 10 durch Trägheit wirkende Kraft.
  • Um die oben genannten Kräfte zu überwinden, muss das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 eine Zugkraft aufbringen, d.h., die Zugkraft ist eine Funktion der zur Verfügung stehenden Drehkraft der angetriebenen Achse 34 und wird durch die Mitnahmereibung des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 begrenzt, um den oben beschriebenen Widerstandskräften entgegen zu wirken. Mathematisch wird die Zugkraft wie folgt beschrieben: FTractive = FRolling + FAerodynamic + FGrade + FInertia wobei die Variable ("FTractive") die Zugkraft, die Variable ("FRolling") die Kraft aufgrund des Rollwiderstands der Reifen der Einheiten 36-39, d.h. der Reibungsverlust zwischen den Reifen der Einheiten 36-39 und der Oberfläche, über die die Reifen der Einheiten 36-39 fahren, die Variable ("FAerodynamic") ist die Kraft des Luftwiderstandes des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10, die Variable ("FGrade") ist die auf das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 wirkende Kraft aufgrund der Beschaffenheit der Oberfläche auf der das Fahrzeug 10 gefahren wird, und die Variable ("FInertia") ist die auf das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 wirkende Trägheitskraft. Weiterhin ist die Zugkraft ("FTractive") proportional zu der Höhe des Drehmoments, das von der angetriebenen Achse 34 geliefert wird, geteilt durch den effektiven Radius der Reifen der Einheiten 36, 38. Insbesondere kann die Zugkraft mathematisch wie folgt beschrieben oder ausgedrückt werden:
    Figure 00060001
    wobei die Variable ("TorqueAxle") das von der Achse 34 gelieferte Drehmoment und die Variable ("TireRadius") der effektive Rollradius der Reifen der Einheiten 36, 38 ist. Die Widerstandskräfte in der Gleichung bezüglich der Zugkraft können in der nachstehend näher beschriebenen Weise mathematisch berechnet werden.
  • Die Kraft zum Überwinden des Rollwiderstands kann als "Force rolling" beschrieben werden und wird wie folgt ausgedrückt: ForceRolling = K1·WeightVehicleCos(θ). wobei die Variable ("K1") ungefähr 0,010 für eine durchschnittlich gepflasterte Oberfläche beträgt, die Variable ("WeightVehicle") das Gesamtgewicht des Hybridelektrofahrzeugs 10 gemessen in Massepfund (d.h. Ibm [1 Pfund = 453,59 Gramm]) ist, und die Variable "Cos(θ)" der Kosinus des Winkels Theta ist, d.h., das Symbol für Theta ist "θ", wobei "θ" der Gradient (d.h. der Neigungswinkel des Fahrzeugs) ist, der in Winkelgrad gemessen wird.
  • Die Kraft aufgrund der aerodynamischen Belastung kann als "Force Aerodynamic" bezeichnet werden und wird wie folgt ausgedrückt:
    Figure 00070001
    wobei die Variable ("Cp") den Widerstandskoeffizienten eines typischen Passagierfahrzeugs oder leichten Lastwagens darstellt, dem jeweils ein repräsentativer Wert von ungefähr 0,20 bis 0,45 zugeordnet werden kann, die Variable ("p") die Dichte der Luft darstellt, die Variable ("AFrontal") den vorderen Bereich eines typischen Passagierfahrzeugs oder leichten Lastwagens (d.h. den Bereich vor der Passagierkabine) darstellt, der ein jeweiliger repräsentativer Wert von ungefähr 20 Quadratfuß bis 40 Quadratfuß zugeteilt werden kann, und die Variable ("Speed2Vehicle") stellt die zum Quadrat gerechnete Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 in ft2/sec2 dar.
  • Die Kraft zum Überwinden der Neigung des Fahrzeugs kann wie folgt ausgedrückt werden: ForceGrade = WeightVehicle·Sin(θ) und die Neigung lässt sich wie folgt definieren: Grade(%) = 100%·Tan(θ) wobei die Variable "Tan(θ)" der Tangens des Winkels Theta ist und in Winkelgraden gemessen wird, wobei ("θ") zuvor als Gradient (d.h. der Neigungswinkel des Fahrzeugs) definiert wurde.
  • Das Lösen der vorstehenden Gleichung für ("θ") liefert die folgende Gleichung:
    Figure 00080001
    Die Kraft der Trägheit kann wie folgt ausgedrückt werden:
    Figure 00080002
    wobei die Variable ("Accel") die Beschleunigung des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 darstellt, die in Fuß pro Sekunde zum Quadrat oder (ft/sec2) gemessen wird, und die Variable ("gc") die im wesentlichen konstante Gravitationskraft darstellt, die auf das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 ausgeübt und in Massepfund oder (Ibm) gemessen wird.
  • Für eine genaue Bestimmung der Zugkraft können die Kräfte der Trägheit für die Übersetzung und Drehbewegung des Fahrzeugs separat berechnet oder bestimmt werden. In dieser Analyse haben sich die vorstehend genannten "groben Parameter" jedoch als ausreichend erwiesen, um die auf dem Hybrid-Elektrofahrzeug 10 wirkende Belastung zu beschreiben.
  • Durch Kombinieren der Faktoren aus den oben angeführten Gleichungen kann man das Achsdrehmoment, das erforderlich ist, um eine bestimmte fahrzeugtechnische Betriebsbedingung aufrecht zu erhalten, in der folgenden Weise berechnen:
    Figure 00090001
    wobei das Gewicht ("WeightVehicle"), der vordere Bereich ("AFrontal"), das Achsdrehmoment ("TorqueAxle") und die Beschleunigung ("Accel") Variablen sind. Von diesen Variablen sind der vordere Bereich und das Gewicht des Fahrzeugs den Werten eines "normalen" oder repräsentativen vorderen Bereichs des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 (was zuvor schon definiert wurde) angeglichen und das Leergewicht des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 kann geschätzt oder gemessen werden. Die Kompensation für diese beiden Variablen basiert auf der Beschleunigung ("Accel") und dem Achsdrehmoment ("TorqueAxle"), die beide gemessene Parameter sind.
  • Bei Verwendung der Steigungskraft als abhängige Variable können die Belastungskräfte, gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung, in ein "Äquivalent" oder einen "Pseudo-Gradienten" umgewandelt werden, was nachfolgend näher beschrieben wird.
  • Jedoch kann die Verfahrenslehre, die in der Gleichung (8) verkörpert oder dargestellt ist, zu einer falschen Anzeige der Belastung führen, während die Drossel im Zustand der Schubabschaltung ist, wenn das Achsdrehmoment auf einem Leistungsdiagramm des Motors und der Stellung der Drossel basiert. Das heißt, wenn ein Motordiagramm verwendet wird, um das Drehmoment des Fahrzeugs zu ermitteln, kann eine falsche Anzeige der Belastung auftreten, wenn die Drosselstellung schnell reduziert wird und bis das System (d.h. der Motor) einen stabilen Zustand erreicht. Weiterhin kann sich die Drosselstellung sehr schnell ändern und das "Lesen" oder die Information aus dem Motordiagramm kann daher ein Ergebnis bringen, das auf dem plötzlichen Wechsel der Drosselstellungen beruht. Aufgrund der Trägheit reduziert sich die Belastung des Fahrzeugs jedoch langsam. Aus diesen Grund wird bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Information über die Drosselstellung herausgefiltert oder das Auslesen erfolgt langsam im Fall von derartigen Übergangssituationen. In diesem Fall sollte der Wert der Steigungskraft, der anhand des vorhergehenden oder letzten Berechnungsschritts berechnet oder abgeleitet wird, "eingefroren" werden, wenn ein negativer Änderungswert in der Drosselstellung auftritt. Der Wert bleibt quasi eingefroren bis die Drossel entweder um einen bestimmten positiven Schritt geöffnet wurde oder bis eine bestimmte Zeitspanne vergangen ist, z.B. bis ein Verzögerungsschaltvorgang (nicht dargestellt) abgelaufen ist. Wenn, wie oben bemerkt wurde, ein Motorleistungsdiagramm verwendet wird, um das Drehmoment des Motors zu berechnen, ändert sich das berechnete Drehmoment schnell zusammen mit einer Änderung der Drosselstellung. Daher kann die Information bezüglich der Steigung ebenfalls gefiltert werden, um ein genaueres Auslesen zu ermöglichen. In dem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Steigungskraft in Intervallen von ungefähr 100 Millisekunden berechnet und die Änderungsgeschwindigkeit der Drosselstellung wird in Intervallen von ungefähr 25 Millisekunden berechnet, wodurch eine stabile und verlässliche Regelung erzielt wird.
  • Die Beschleunigung des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 kann durch eine beliebige Technik berechnet werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, mittels eines Impulsrades (nicht dargestellt), das physikalisch und kommunikationstechnisch mit der Regeleinrichtung 16 verbunden ist und das eine Vielzahl von beweglichen Zähnen aufweist, die abgetastet oder gezählt werden, um die Beschleunigung des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 zu bestimmen, oder man verwendet die Sensoren 20.
  • Ein Verfahren zum Berechnen der Beschleunigung des Fahrzeugs, die zuverlässig mit einem digitalen Signal verwendet werden kann, ist eine Modifikation des Zentraldifferenz-Verfahrens zur Bestimmung der Beschleunigung, die ein derartiges Impulsrad (nicht dargestellt) verwendet. Dieses Verfahren verwendet insbesondere Pulszählungen von vier verschiedenen Zeitpunkten, was naturgemäß zu einer Signalfilterung und einem stabilen Bescheunigungssignal führt. Das heißt, die berechnete Beschleunigung basiert auf Informationen von den letzten vier Zählungen der Sensorzähne. Da jedes Auslesen die gleiche Wertigkeit hat, wird eine Anzeige, die höher oder niedriger als normal ist, entfernt oder "ausgefiltert". Dieses modifizierte Zentraldifferenz-Verfahren resultiert in dem folgenden Verfahren zur Bestimmung der Beschleunigung:
    Figure 00110001
    wobei die Variable ("f") die Anzahl der auf dem Impulsrad der Abtriebswelle gezählten Zähne, die Variable ("t") die Zeit, die Variable ("N") die Anzahl der Zähne pro Umdrehung des Impulsrades, die Variable ("K3") eine dritte
  • Konstante, die ungefähr 5,280 ft/mile beträgt, und die Variable ("TireRevs/mile") die Anzahl der Umdrehungen darstellt, die die Reifen der Einheiten 36, 38 des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 über eine Entfernung von ungefähr einer Meile machen. Unter Verwendung der Gleichung acht zusammen mit diesem relativ "stabilen" Verfahren zur Berechnung der Beschleunigung des Fahrzeugs, wird die Belastung des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 effizient und verlässlich berechnet, ohne dass die Notwendigkeit besteht, zusätzliche Sensoren 20 hinzuzufügen. Als Alternative kann diese Beschleunigung von einem Beschleunigungssensor erfasst und der Regeleinrichtung 16 zugeführt werden.
  • Da angenommen wird, dass kein Reifenschlupf vorliegt, kann man davon ausgehen, dass die Ausgabe der Sensoren 20 im wesentlichen gleich der Geschwindigkeit der Transmissionsabtriebswelle ist. Auf diese Weise ermitteln oder bestimmen die Sensoren 20 sowohl die aktuelle Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 als auch die totale Anzahl der Umdrehungen der Reifen der Einheiten 36, 38 über eine Meile (d.h. die totale Anzahl der Umdrehungen, die die Reifen der Einheiten 36, 38 über die Entfernung von einer Meile komplett durchgeführt haben).
  • Im Einzelnen umfasst die Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer eine alphanumerische Anzeige 22, die es dem Fahrer des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 erlaubt, Betriebs- oder Reisegeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10, d.h. gemessen in Meilen pro Stunde oder im wesentlichen in jeder anderen Maßeinheit, so zum Beispiel und ohne Beschränkung in Kilometern pro Stunde und die mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 zu sehen, d.h. die maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 wird in den gleichen Einheiten wie die zuvor erwähnte aktuelle Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 gemessen, wodurch eine ständige Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 definiert wird, die über eine vorbestimmte Zeitspanne, z.B. ungefähr fünf Minuten, aufrecht erhalten werden kann oder die es dem Fahrzeug 10 erlaubt, einige vorbestimmte Manöver durchzuführen. Es versteht sich von selbst, dass nichts in dieser Beschreibung so zu verstehen ist, dass die Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer auf eine Anzeigevorrichtung beschränkt wird, die die aktuelle Geschwindigkeit und die mögliche oder berechnete maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 in einer speziellen Maßeinheit anzeigt. Im Gegenteil sind die in dieser Beschreibung verwendeten Maßeinheiten nur für illustrative Zwecke gedacht. Um die maximale Dauergeschwindigkeit zu bestimmen, wird die vorgenannte "TorqueAxle"-Gleichung in der folgenden Weise umgestaltet.
  • Wie aus dem vorhergehenden Text ersichtlich ist, ist der aktuelle Pseudo-Gradient (θ) die einzige unbekannte Variable in der folgenden Gleichung:
    Figure 00120001
    Das Auflösen des Pseudo-Gradienten (θ) führt zu vier Wurzeln, von denen die positive Wurzel wie folgt verwendet wird:
    Figure 00130001
    Dieser Pseudo-Gradient ist der "Äquivalenz-Gradient" auf dessen Basis das Fahrzeug anhand der berechneten Fahrzeugbelastung betrieben wird. Um die maximale Dauergeschwindigkeit zu bestimmen (siehe Gleichung weiter unten), wird die "TorqueAxle"-Gleichung für die Fahrzeuggeschwindigkeit unter Verwendung des oben genannten Pseudo-Gradienten aufgelöst, wobei das Drehmoment auf das maximale Dauerdrehmoment oder "TorqueAxle(MAX)" des Systems eingestellt wird, das das höchstmögliche Drehmoment darstellt, das das Fahrzeug 10 über die vorbestimmte Zeitspanne aufrecht erhalten kann, und das in der zuvor beschriebenen Weise gemessen werden kann, wie beispielsweise durch Verwendung der "TorqueAxle"-Gleichung. Da das Ziel darin besteht, die maximale Dauergeschwindigkeit zu bestimmen, wird die Beschleunigung (d.h. die mit "Accel" bezeichnete Variabel) auf Null gesetzt.
  • Figure 00130002
  • Beim Betrieb ermittelt die Regeleinrichtung 16 unter Verwendung eines gespeicherten Betriebsprogramms und gewisser Eingangssignale, die von den Sensoren 20 über Anschlussleitungen 24, 26 geliefert werden, sowohl die derzeitigen Geschwindigkeitseigenschaften des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 als auch das Potential oder die berechneten Eigenschaften der maximalen Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 gemäß der oben angeführten Gleichung. Insbesondere verwendet die Regeleinrichtung 16 die oben genannten Signale, die von den Sensoren 20 kommen, um die Werte der zuvor beschriebenen vier Belastungen, die gegen das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 arbeiten, zu berechnen oder zu bestimmen, wobei es sich bei den vier Belastungen oder Kräften um folgendes handelt: die Kräfte aufgrund des Rollwiderstandes zwischen den Reifen der Einheiten 36-39 und der Straßenoberfläche; die auf das Fahrzeug durch Luftwiderstand wirkende Kraft; die auf das Fahrzeug durch die Neigung des Fahrzeugs wirkende Kraft, und die durch Trägheit auf das Fahrzeug wirkende Kraft. Die Regeleinrichtung 16 benutzt dann die Werte dieser vier Belastungen oder Kräfte und berechnet eine maximale Dauergeschwindigkeit und teilt diese maximale Dauergeschwindigkeit über die Anschlussleitung 28 der Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer mit. Die Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer verkündet oder zeigt die Information auf der alphanumerischen Anzeigeeinrichtung 22 an. Insbesondere enthält die angezeigte oder verkündete Information, gemäß einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel, die Eigenschaften der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Eigenschaften der möglichen maximalen Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10. Der Fahrer des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 ist dann in der Lage, die aktuelle Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 zu sehen und diese mit der möglichen maximalen Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 zu vergleichen und, in relativ bequemer Weise, zu ermitteln, ob das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 genug Kraft "enthält" oder besitzt, um einen berechneten Überholvorgang oder im wesentlichen jedes andere Manöver durchzuführen, das einen erhöhten Bedarf an Kraft oder Geschwindigkeit von Seiten des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 erfordert.
  • Die Verfahrenslehren der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die 2 ausführlicher erläutert. Wie hier gezeigt ist, enthält die Verfahrenslehre oder das Verlaufsdiagramm 100 der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen ersten Schritt 102, in dem die Regeleinrichtung 16 die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 in der zuvor beschriebenen Weise ermittelt. Wenn die Regeleinrichtung 16 die aktuelle Geschwindigkeit ermittelt hat, wird der Schritt 102 von Schritt 104 abgelöst, in dem die Regeleinrichtung 16 ermittelt, ob die aktuelle Betriebsgeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 ungefähr Null beträgt. Wenn die Regeleinrichtung 16 feststellt, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 ungefähr Null beträgt, folgt auf den Schritt 104 der Schritt 106, in dem die Regeleinrichtung 16 über die Anschlussleitung 28 ein Signal an die alphanumerische Anzeigeeinrichtung 22 der Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer übermittelt, wodurch die mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 auf einen vorbestimmten konstanten Wert "festgesetzt" oder bestimmt wird. Auf den Schritt 106 folgt der Schritt 102. Wenn die Regeleinrichtung 16 feststellt, dass die aktuelle Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 nicht ungefähr Null beträgt, folgt auf den Schritt 104 der Schritt 108, in dem die Sensoren 20 bestimmte Signale erzeugen und an die Regeleinrichtung 16 weiterleiten, um es der Regeleinrichtung 16 zu ermöglichen, die Beschleunigung des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 zu messen oder zu schätzen. Andere Verfahren zum Berechnen oder Bestimmen der Beschleunigung können in anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Erfindung in Zusammenarbeit mit anderen Vorrichtungen, wie beispielsweise einem Impulsrad, verwendet werden.
  • Auf den Schritt 108 folgt der Schritt 110, in dem die Sensoren 20 der Regeleinrichtung 16 bestimmte Signale übermitteln, die es der Regeleinrichtung 16 ermöglichen, das Achsdrehmoment zu messen. Auf den Schritt 110 folgt der Schritt 112, in dem die Sensoren 20 bestimmte Signale an die Regeleinrichtung 16 senden, die es der Regeleinrichtung 16 in der oben erläuterten Weise ermöglichen, die auf das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 wirkende Steigungskraft zu ermitteln. Auf den Schritt 112 folgt der Schritt 114 und in diesem Schritt 114 bestimmt die Regeleinrichtung 16 mittels einer gespeicherten Programmsteuerung das mögliche maximale Drehmoment des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 (d.h. unter Verwendung von Gleichung (8) in der zuvor erläuterten Weise).
  • Wenn die Steigungskraft und das maximal erzielbare Drehmoment bekannt sind, wird die maximale Dauergeschwindigkeit unter Verwendung der zuvor erläuterten Gleichung von der Regeleinrichtung 16 berechnet. Der Wert der Beschleunigung des Fahrzeugs wird in diesem Fall auf Null "eingestellt" oder gesetzt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass sämtliche vorausgehenden Gleichungen ganz oder teilweise durch Tabellen ersetzt werden können, die in den in der Regeleinrichtung 16 residenten Softwarecode integriert werden.
  • Beim Fortfahren mit der Verfahrenslehre 100 folgt auf den Schritt 114 der Schritt 116, in dem die Regeleinrichtung 16 ermittelt, ob die aktuell mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 sich erheblich von der zuvor ermittelten oder berechneten möglichen maximalen Dauergeschwindigkeit unterscheidet. Wenn die aktuell bestimmte mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 erheblich von der zuvor ermittelten oder berechneten möglichen maximalen Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 abweicht (z.B. um ungefähr 10 Prozent der zuvor berechneten oder bestimmten maximalen Dauergeschwindigkeit), folgt auf den Schritt 116 der Schritt 118, in dem die Regeleinrichtung über die Anschlussleitung 28 ein bestimmtes Signal an die Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer sendet, die dann ihrerseits ein entsprechendes Signal an die alphanumerische Anzeigeeinheit 22 sendet, um die aktuelle ermittelte oder berechnete mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 anzuzeigen. Alternativ wird die angezeigte maximale Dauergeschwindigkeit kontinuierlich aktualisiert, wenn das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 in Betrieb ist. Wenn die aktuell ermittelte oder berechnete mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 sich nicht erheblich von der zuvor berechneten oder bestimmten möglichen maximalen Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 unterscheidet, folgt auf den Schritt 116 der Schritt 120, in dem die Regeleinrichtung 16 über die Anschlussleitung 28 ein bestimmtes Signal an die Anzeigevorrichtung 14 für den Fahrer sendet, die dann ihrerseits ein entsprechendes Signal an die alphanumerische Anzeigeeinrichtung 22 sendet und die Anzeigeeinrichtung 22 veranlasst, die zuvor ermittelte oder berechnete mögliche maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 weiterhin anzuzeigen. Auf die Schritte 106, 118 und 120 folgt der Schritt 102.
  • Es versteht sich von selbst, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die hier genau beschriebene Konstruktion und Verfahrenslehre beschränkt wird, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie in den folgenden Ansprüchen ausführlicher erläutert ist. Folglich geht aus den obigen Ausführungen hervor, dass zur Kenntnis genommen werden sollte, dass die Einheit 12 für Leistungsvorhersage und Anzeige sogar für ein konventionelles oder für ein nicht hybrides Fahrzeug verwendet werden kann. Darüber hinaus sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Einheit 12 die maximale Dauergeschwindigkeit des Fahrzeugs kontinuierlich ermittelt und anzeigt, wenn das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 in Betrieb ist. Das heißt, der Ausdruck "kontinuierlich" bedeutet, dass die Einheit 12 betriebsbereit ist, sobald das Hybrid-Elektrofahrzeug 10 betrieben wird und während des Betriebs ist die Einheit 12 in der Lage, die maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 zu ermitteln und anzuzeigen. Auf diese Weise wird dem Fahrer des Hybrid-Elektrofahrzeugs 10 angezeigt, wie sich die maximale Dauergeschwindigkeit im Lauf der Zeit ändert und er erhält einen Wert, der von ihm verwendet werden kann, um zu bestimmen, ob ein Manöver begonnen werden sollte.

Claims (20)

  1. Vorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Hybrid-Fahrzeuge, umfassend eine Regeleinrichtung, die eine maximale Dauergeschwindigkeit eines Hybrid-Elektrofahrzeuges errechnet; und eine Anzeigevorrichtung, die mit der Regeleinrichtung verbunden ist und die errechnete maximale Dauergeschwindigkeit anzeigt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung kontinuierlich die maximale Dauergeschwindigkeit errechnet, wenn das Hybrid-Elektrofahrzeug betrieben wird, und wobei die angezeigte maximale Dauergeschwindigkeit kontinuierlich aktualisiert wird, wenn das Hybrid-Elektrofahrzeug betrieben wird.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung eine zweite maximale Dauergeschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs errechnet und veranlasst, dass diese zweite maximale Dauergeschwindigkeit nur angezeigt wird, wenn sich die zweite maximale Dauergeschwindigkeit von der zuvor errechneten maximalen Dauergeschwindigkeit um einen vorbestimmten Wert unterscheidet.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung die maximale Dauergeschwindigkeit unter Verwendung eines Wertes des Rollwiderstands zwischen mindestens einem Reifen des Hybrid-Elektrofahrzeugs und einer Oberfläche, eines Wertes des auf das Fahrzeug wirkenden Luftwiderstandes, eines Wertes der auf das Fahrzeug wirkenden Steigungskraft und eines Wertes der auf das Fahrzeug wirkenden Trägheitskraft berechnet.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des Rollwiderstandes zwischen mindestens einem Reifen des Hybrid-Elektrofahrzeugs und der Oberfläche unter Verwendung des Gewichts des Fahrzeugs berechnet wird.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug mit einer Geschwindigkeit betrieben wird und wobei der Wert des Luftwiderstandes unter Verwendung dieser Geschwindigkeit des Hybrid-Elektrofahrzeugs berechnet wird.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem bestimmten Wert beschleunigt und wobei der Wert der Trägheitskraft unter Verwendung des bestimmten Werts der Beschleunigung des Hybrid-Elektrofahrzeugs berechnet wird.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Impulsrad vorgesehen ist, das mit der Regeleinrichtung verbunden ist und den bestimmten Wert der Beschleunigung misst.
  9. Fahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Regeleinrichtung umfasst, die bestimmte Signale empfängt und die bestimmten Signale verwendet, um die maximale Dauergeschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen und wobei eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, die mit der Regeleinrichtung verbunden ist und die ermittelte bestimmte maximale Dauergeschwindigkeit anzeigt.
  11. Fahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein mit der Regeleinrichtung verbundenes Impulsrad aufweist, das eine Beschleunigung des Fahrzeugs misst und das die gemessene Beschleunigung an die Regeleinrichtung übermittelt.
  12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit betrieben wird und wobei die Anzeigevorrichtung diese bestimmte Geschwindigkeit anzeigt.
  13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 9–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung eine zweite maximale Dauergeschwindigkeit errechnet und veranlasst, dass diese zweite maximale Dauergeschwindigkeit nur angezeigt wird, wenn sich die zweite maximale Dauergeschwindigkeit von der maximalen Dauergeschwindigkeit um einen vorbestimmten Wert unterscheidet.
  14. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit den Schritten: Bestimmen einer maximalen Dauergeschwindigkeit; und Verwenden dieser maximalen Dauergeschwindigkeit um zu bestimmen, ob das Fahrzeug ein bestimmtes Manöver durchführen soll.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch die weiteren Schritten: Bestimmen, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als Null; und Berechnen der maximalen Dauergeschwindigkeit nur, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer ist als Null.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Anzeigens eines vorbestimmten Wertes, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null beträgt.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens der maximalen Dauergeschwindigkeit folgende Schritte umfasst: Messen einer Beschleunigung des Hybrid-Elektrofahrzeugs; Messen des Drehmoments von wenigstens einer Achse des Hybrid-Elektrofahrzeugs; Einschätzen einer Steigungskraft; und Verwendung des Drehmoments und der geschätzten Steigung zum Berechnen der maximalen Dauergeschwindigkeit nur dann, wenn die gemessene Beschleunigung größer ist als Null.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–17, gekennzeichnet durch den Schritt des Bestimmens, ob die berechnete maximale Dauergeschwindigkeit sich von einer zuvor berechneten maximalen Dauergeschwindigkeit um einen vorbestimmten Wert unterscheidet.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–18, gekennzeichnet durch den Schritt des Anzeigens der berechneten maximalen Dauergeschwindigkeit nur dann, wenn die berechnete maximale Dauergeschwindigkeit sich um einen vorbestimmten Wert von der zuvor angezeigten maximalen Dauergeschwindigkeit unterscheidet.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–19, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert größer als zehn Prozent der zuvor angezeigten maximalen Dauergeschwindigkeit ist und wobei das Verfahren weiterhin den Schritt des Anzeigens der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs umfasst.
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