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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet:
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Das technische Gebiet entspricht generell Hybridfahrzeuge und genauer Fahrzeuge, die mit wenigstens zwei Antriebsaggregaten ausgerüstet sind und stellt eine Steuerung in Antwort durch die Antriebsaggregate auf eine Anforderung für eine Änderung der Leistung oder der Drehzahl bereit, insbesondere zur Unterstützung für eine Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung (PTO).
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Beschreibung des Problems:
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Hybridfahrzeuge sind im Allgemeinen mit wenigstens zwei Antriebsaggregaten oder Systemen ausgerüstet, welche in der Lage sind, mechanische Leistung zu entwickeln. Ein Antriebsaggregat ist typischerweise eine Wärmekraftmaschine, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor, obwohl es denkbar ist, dass ein Fahrzeug mit einer Gasturbine oder einer Dampfmaschine ausgerüstet sein kann. Dieser Verbrennungsmotor stützt sich auf die Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Kraftstoff. Das zweite Antriebsaggregat ist häufig ein Doppelfunktionssystem, welches sowohl mechanische Leistung entwickeln als auch die kinetische Energie des Fahrzeugs während des Bremsens zurückgewinnen kann (regeneratives Bremsen). Die zurück gewonnene Energie kann in chemischer, elektrischer oder mechanischer Form gespeichert werden. Elektrische Speicherbatterien dienen als ein Beispiel für ein Speichern der Energie in chemischer Form. Kondensatoren speichern elektrische Energie. Schwungräder, Federn und hydraulische Akkumulatoren bilden ein Beispiel für Verfahren zum Speichern mechanischer Energie. Die gespeicherte Energie kann direkt verwendet werden oder häufiger in eine Form umgewandelt werden, welche verwendet werden kann, um mechanische Energie zum Antreiben des Fahrzeugs oder zum Unterstützen subsidiäre Fahrzeugfunktionen, wie beispielsweise eines Nebenabtriebs, zu entwickeln. In jedem Fall wird die Verwendung der Wärmekraftmaschine des Fahrzeugs reduziert, was den Kraftstoffverbrauch senkt.
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Elektrische Fahrmotoren, welche rückwärts angetrieben werden können, um Elektrizität zu generieren, sind übliche zweite Antriebsaggregate in Hybridfahrzeugen. Elektrizität, welche beim Rückwärtsantrieb während des regenerativen Bremsens erzeugt wird, kann verwendet werden, um Batterien zu laden oder sie kann in Kondensatoren gespeichert werden. Alternative Typen für allgemein verwendete Antriebsaggregate sind hydraulische oder pneumatische Pumpen, welche rückwärts angetrieben werden können, um Druck in hydraulischen oder pneumatischen Akkumulatoren aufzubauen. Ein Schwungrad repräsentiert eine Kombination aus einem Antriebsaggregat und einem Speichermittel.
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In Hybridfahrzeugen des parallelen Typs, welche ein erstes und ein zweites Antriebsaggregat verwenden, können beide Antriebsaggregate verbunden werden, um die Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung anzutreiben. Jedoch weichen die mechanischen Betriebseigenschaften der Antriebsaggregate wahrscheinlich voneinander ab. Zum Beispiel wird bei den meisten Betriebsgeschwindigkeiten ein unbelasteter Elektromotor eine bessere Leistungsfähigkeit für eine Drehbeschleunigung zeigen als ein Dieselmotor. Ein Dieselmotor muss Luft ansaugen, die Luft komprimieren und dann die aufgeheizte Gasmischung in mechanische Energie umwandeln, wenn sich das Gas ausdehnt. Die Geschwindigkeit, mit der dieses Ereignis auftritt, ist begrenzt. Obwohl mittels Zündkerzen gezündete Verbrennungsmotoren generell etwas schneller auf Anforderungen für eine höhere Leistungsabgabe reagieren als Dieselmotoren, erleiden sie die gleichen qualitativen Restriktionen. Gasturbinen reagieren aufgrund des Bedarfs der Abgasturbine, die Geschwindigkeit zu erhöhen, bevor mehr Luft in die Brennkammer der Maschine zugeführt wird, im Allgemeinen weniger schnell auf Anforderungen zum Erhöhen der Leistungsabgabe als entweder Kompressions- oder Zündkerzen gezündete Verbrennungsmotoren.
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Im Gegensatz dazu wird ein elektrischer Fahrmotor durch Spannungen und Felder betrieben, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Reibung und Trägheit beeinträchtigen sowohl Wärmekraftmaschinen als auch Elektromotoren, aber ein Elektromotor kann seine Drehzahl 200% bis 400% schneller erhöhen als ein Dieselmotor. Die positiven Beschleunigungsunterschiede zwischen einem Elektromotor und einer Gasturbine sind wahrscheinlich sogar größer als zwischen einem Elektromotor und einem Dieselmotor. Der Prozentunterschied kann variieren, abhängig davon, wie schnell die jeweilige Einrichtung drehte oder was ihre Leistungsabgabe war, bevor sich der Leistungsbedarf erhöhte.
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Im Gegensatz dazu wird jeder Kolbenmotor schneller auf eine Abnahme des Leistungsbedarfs reagieren als ein Elektromotor oder einer turbinenbasierten Maschine. Dieses ergibt sich aus dem inhärenten Bremsvermögen von Kolben basierten Pumpen. Generell beschleunigen Elektromotoren unter lastfreien Bedingungen schneller als Verbrennungsmotoren, verzögern jedoch langsamer.
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Die unterschiedliche Eigenschaft für Drehbeschleunigung und -verzögerung der Antriebsaggregate kann den Betrieb von Ausrüstung, die durch den Nebenabtrieb mit Leistung versorgt wird, beeinträchtigen. Hydraulische Bewegungssteuerausrüstungen, Antriebsrollen und dergleichen können sich auf einen bestimmten Wert der Änderung der Drehzahl stützen, um eine proportionale Steuerung zu implementieren. Ein Beispiel dient dazu, dieses zu verdeutlichen. Eine hydraulische Arbeitsbühne oder eine äquivalente Einrichtung, welcher zum Tragen von Arbeitern oder Materialien verwendet wird, kann konfiguriert sein, um mit schalterartigen Einrichtungen, die an einer Bedienstation montiert sind, zu arbeiten. Diese werden verwendet, um die Drehzahl der Hydraulikpumpen, die in dem Nebenabtriebssystem integriert sind, zu erhöhen oder zu vermindern. Wenn die Antriebsaggregate unterschiedliche Drehbeschleunigungen zeigen, wird das Nebenabtriebssystem unterschiedliche Werte für eine unbelastete Beschleunigung bei einer gegebenen Schalterauswahl abhängig davon zeigen, welches der Antriebsaggregate in Betrieb ist. Der Unterschied wird signifikant sein, falls sich ein Betrieb über einen Wechsel des Betriebs von dem einen Antriebsaggregat zu dem anderen erstreckt.
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KURZFASSUNG
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Eine gleichmäßige Reglerantwort einer Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung eines parallelen Hybridfahrzeugs wird unabhängig davon erreicht, welcher der beiden Antriebsaggregate mechanische Leistung zuführt. Das System steuert Änderungen der Leistungsabgabe von jedem der beiden Antriebsaggregate, die an dem Fahrzeug installiert sind, unter Bezugnahme auf verfügbare Drehbeschleunigungs- und möglicherweise -verzögerungswerte für das erste und zweite Antriebsaggregat. Wenn nach einer Drehbeschleunigung verlangt wird und das Antriebsaggregat, welches eine bessere Leistungsfähigkeit für eine Drehbeschleunigung aufweist, aktiv ist, wird seine Beschleunigung auf das begrenzt, was von dem Antriebsaggregat mit der schlechteren Leistungsfähigkeit verfügbar gewesen wäre. Das System kann für Fahrzeuge angewendet werden, welche eine Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung aufweisen, um eine gleichmäßige Reglerantwort für einen Benutzer bereitzustellen, wenn die Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung aktiv ist. Um die Reglerantwort weiter zu glätten, können die Reglereingaben Gegenstand einer Filterung sein, welche einen Filter mit endlicher Impulsantwort verwenden, um scheinbare Reglerantwort weiter abzustimmen. Um diese Antwortsteuerung zu implementieren, weist der Filter mit endlicher Impuls Antwort eine wählbare Gewichtung, Zeitdauer und Körnigkeit auf. Anforderungen für eine abnehmende Zielausgangsleistung von dem ersten oder zweiten Antriebsaggregat können, wenn das System unbelastet ist, mit einer verfügbaren Drehbeschleunigung des ausgewählten ersten oder zweiten Antriebsaggregats zusammentreffen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine Seitenansicht eines hybridelektrischen Fahrzeugs, welches eine Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung trägt.
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2 ist ein vereinfachtes Schema für einen Fahrzeugantriebsstrang und ein Fahrzeugsteuersystem für ein hybridelektrisches Fahrzeug.
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3 ist ein detaillierteres Schema für ein Fahrzeugsteuersystem und eine Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung eines hybridelektrischen Fahrzeugs.
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4 ist ein grafischer Vergleich der verfügbaren Beschleunigung und Verzögerung, welche durch Antriebsaggregate eines hybridelektrischen Fahrzeugs verfügbar sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung können Beispiele für Größe/Modelle/Werte/Bereiche in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele angegeben sein, welche allerdings nicht als generell beschränkend angesehen werden dürfen.
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Nun bezugnehmend auf die Figuren und insbesondere auf 1 ist ein mobiler Hybridlastkraftwagen 1 mit Arbeitsbühne dargestellt. Der mobile Hybridlastkraftwagen 1 mit Arbeitsbühne dient als ein Beispiel für ein Fahrzeug für mittlere Lasten, welches eine Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung unterstützt. Der mobile Hybridlastkraftwagen mit Arbeitsbühne schließt eine Nebenabtriebslast ein, vorliegend eine Arbeitsbühneneinheit 2, die auf einer Ladefläche 12 montiert ist. Chassiseingaben, die über den mobilen Hybridlastkraftwagen 1 mit Arbeitsbühne verteilt sind, können verwendet werden, um ein Ausfahren und ein Positionieren der Arbeitsbühneneinheit 2 und anderer Elemente, wie beispielsweise Abstützfüße oder Bohrer für den Nebenabtrieb zu steuern. Der Bediener wird den Nebenabtrieb üblicher Weise eigens durch die Verwendung von zugehöriger Schalter aktivieren, welche einen Steuerort bilden können.
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Die Arbeitsbühneneinheit 2 weißt einen unteren Ausleger 3 und einen oberen Ausleger 4 auf, die gelenkig miteinander verbunden sind. Der untere Ausleger 3 ist seinerseits zum Drehen auf der Lastkraftwagen-Ladefläche 12 an einem Gestell 6 und einem drehbaren Lagerbock 7 montiert. Der drehbare Lagerbock 7 weißt ein Gelenk 8 für ein Ende des unteren Auslegers 3 auf. Ein Korb 5 ist an dem freien Ende des oberen Auslegers 4 gesichert und stützt Personen während des Anhebens des Korbs auf den Arbeitsbereich und stützt den Korb innerhalb des Arbeitsbereichs. Der Korb 5 ist gelenkig an dem freien Ende des Auslegers 4 angebracht, um eine horizontale Orientierung beizubehalten. Eine hydraulische Hebereinheit 9 ist zwischen dem Lagerbock 7 und dem unteren Ausleger 3 durch ein Gelenk 10 am Lagerbock 7 und ein Gelenk 13 am unteren Ausleger 3 angebracht. Die Zylindereinheit 9 ist mit einer Druckversorgung für eine geeignete Hydraulikflüssigkeit verbunden, was es der Baugruppe ermöglicht, angehoben und abgesenkt zu werden. Die primäre Quelle für unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit kann eine separate Pumpe sein, die durch jedes der beiden Antriebsaggregate für den Lastkraftwagen 1 mit Arbeitsbühne mit Leistung versorgt werden. Üblicher Weise dienen ein Verbrennungsmotor und ein elektrischer Fahrmotor als die Antriebsaggregate. Das äußere Ende des unteren Auslegers 3 ist mit dem oberen und Gelenkende des oberen Auslegers 4 verbunden. Ein Gelenk 16 verbindet das äußere Ende des unteren Auslegers 3 mit dem Gelenkende des oberen Auslegers 4 miteinander. Eine Kompensations-Zylindereinheit oder- Baugruppe 17 für den oberen Ausleger ist zwischen dem unteren Ausleger 3 und dem oberen Ausleger 4 angeschlossen, welche den oberen Ausleger um das Gelenk 16 bewegt, um den oberen Ausleger relativ zu dem unteren Ausleger 3 zu positionieren. Die Kompensations-Zylindereinheit 17 des oberen Auslegers ermöglicht eine unabhängige Bewegung des oberen Auslegers 4 relativ zum unteren Ausleger 3 und stellte eine Ausgleichsbewegung zwischen den Auslegern bereit, um den oberen Ausleger mit dem unteren Ausleger anzuheben. Die Kompensations-Zylindereinheit 17 wird mit unter Druck stehender Hydraulikflüssigkeit von derselben Quelle wie die Einheit 9 versorgt. Abstützfüße (nicht gezeigt), eingebaut an den Ecken der Ladefläche 12, können verwendet werden.
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Nun bezugnehmend auf 2 wird ein vereinfachtes Schema für ein Steuersystem 21, welches eine Steuerung für den Fahrzeugantriebsstrang 20 liefert, wie er beispielsweise in mobilen Hybridlastkraftwagen 1 mit Arbeitsbühne verwendet wird, erläutert. Eine elektrische Systemsteuerung (ESC) 24, ein Typ eines Bordcomputers, dient als Systemaufsicht und ist durch eine offene Datenverbindung 18, die den J1939-Standard der Society of Automotive Engineers (SAE) erfüllt, mit einer Vielzahl von lokalen Controller verbunden, welche ihrerseits eine direkte Steuerung über viele Fahrzeugfunktionen, welche nicht direkt durch den ESC 24 gesteuert werden, implementieren. Wie gefolgert werden kann, ist der ESC 24 üblicherweise direkt mit ausgewählten Eingaben (einschließlich Sensoren 27) und Ausgaben (wie beispielsweise dem Scheinwerfer (nicht gezeigt)) verbunden. Der ESC 24 kommuniziert mit einem Armaturenbrett 44 von welchem er Signale erhalten kann, welche eine Scheinwerfer-An-/Aus-Schalterstellung anzeigen oder An-/Aus-Signale für andere Dinge, wie beispielsweise Armatureninstrumente (nicht dargestellt), bereitstellen. Eine Zündstellung wird durch einen Sensorpaket 27 erfasst, welches direkt mit Eingangskanälen des ESC 24 verbunden ist. Signale, die sich auf das Aktivieren der Nebenabtriebs-Arbeitsvorrichtung (PTO) beziehen, und den Ausgangspegel des Antriebsaggregats, das zum Unterstützen des Nebenabtriebs eingerückt ist, können durch verschiedene Quellen generiert werden, einschließlich eines Kabinenschalterpakets 56, eines Fernschalterpakets 52, einem Fern-Feindregler 54, einem Kabinenregler 76 oder einem Fernregler 78. Diese Signale können direkt oder über eine der Fahrzeugdaten-Verbindungen, wie beispielsweise eine SAE-J1708-konformen Datenverbindung 64 für das Schalterpaket 56 oder eine SAE-J1939-konforme Datenverbindung 74 für das Schalterpaket 52 (über das Fernleistungsmodul 40) und den Fern-Feinregler 54 (durch das Fernsteuermodul 19 für die Verbrennungsmotorgeschwindigkeit), an den ESC 24 oder das Motorsteuermodul (ECM) 46 kommuniziert werden. SAE-J1708-konforme Datenverbindungen sind Datenverbindungen niedriger Baudrate, typischerweise mit um die 9,7 kBaud, und werden üblicherweise zum Übertragen von An-/Aus-Schalterstadien verwendet. SAE-J1939-konformen Datenverbindungen weisen eine höhere Datenübertragungsrate auf und werden im Allgemeinen in Controller Area Networks verwendet.
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Fünf Lastcontroller zusätzlich zu den ESC 24 sind als mit der offenen Datenverbindung 18 verbunden dargestellt. Diese Controller umfassen einen Motorcontroller 46, einen Getriebecontroller 42, einen Hybridcontroller 48, einen Anzeigecontroller 58 und einen Antiblockierbemsen-Systemcontroller (ABS) 50. Es wird verstanden werden, dass andere Controller an dem Fahrzeug in Kommunikation mit der Datenverbindung 18 installiert sein können. Diese Controller steuern alle verschiedenen elektrischen Lasten des Fahrzeugs und stellen selber Lasten dar. Die zusätzlichen Controller sind durch einen generischen „Last”-Controller 17 für die Steuerung von Lasten 19 repräsentiert. Verschiedene Sensoren können an einige der lokalen Controller angeschlossen sein. Die Datenverbindung 18 ist vorzugsweise der Bus für das offene Controller Area Network (CAN), welches den SAE-J1939-Standard erfüllt und nach gegenwärtiger Praxis eine Datenübertragung von bis zu 250 kBaud unterstützt.
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Der Hybridcontroller 48, der Getriebecontroller 42 und der Motorcontroller 46 koordinieren die Funktionen des Antriebsstrangs 20 und wählen zwischen dem Verbrennungsmotor 28 und dem Fahrmotor 32 als Antriebsaggregats für das Fahrzeug (oder kombinieren möglicherweise die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors und Fahrmotors). Während des Bremsens des Fahrzeugs koordinieren dieselben Controller das Auskuppeln und potentielle Abschalten des Verbrennungsmotors 28 und das Betreiben des Fahrmotors 32 in seinem Generatormodus, um einiges der kinetischen Energie des Fahrzeugs zurückzugewinnen. Der ESC 24 und der ABS-Controller 50 stellen Daten über die Datenverbindung 18 bereit, die für diese Funktionen genutzt werden, einschließlich der Bremspedalstellung, Daten betreffend ein Schleudern, Reglereinstellung und andere Leistungsanforderungen, wie beispielsweise für den Nebenabtrieb 22. Der Hybridcontroller überwacht weiterhin Werte betreffend des Ladestatus einer Batterie 34 (State of Charge – SOC).
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Der Antriebsstrang 20 kann ein paralleles hybrid-dieselelektrisches System sein, in welchem der Fahrmotor/Generator 32 in Reihe mit dem Verbrennungsmotor 28 über eine Automatikkupplung 30 verbunden ist, so dass der Verbrennungsmotor 28, der Fahrmotor 32 oder beides in Kombination als das Antriebsaggregats für das Fahrzeug dienen können. In einem parallelen hybridelektrischen Fahrzeug wird der Fahrmotors/Generator 32 verwendet, um kinetische Energie des Fahrzeugs während einer Verzögerung des Fahrzeugs durch Verwenden der Antriebsräder 26 zum rückwärts antreiben des Fahrmotors/Generators 32 zurückzugewinnen, um dabei einen Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs zum Erzeugen von Elektrizität zu nutzen. Die erzeugte Elektrizität wird von einem Dreiphasenwechselstrom durch den Hybridwandler 36 gewandelt und an die Fahrbatterie 34 als Gleichspannungs-Leistung angelegt. Etwas der Spannung kann von dem Gleichspannungswandler 62 abgezweigt werden, um eine 12-Volt-Gleichspannungs-Chassisbatterie 60 zu laden. Mit anderen Worten arbeitet das System, um das Trägheitsmoment des Fahrzeugs während des Bremsens zurückzugewinnen, zu konvertieren und die zurück gewonnene Energie als potentielle Energie für eine spätere Nutzung zu speichern, einschließlich Rückführung in den Antriebsstrang 20. Der Verbrennungsmotor 28 wird von den anderen Komponenten des Antriebsstrangs 20 durch Öffnen einer Automatikkupplung 30 während der Zeitspanne, wenn der Fahrmotor/Generator 32 rückwärts angetrieben wird, ausgekoppelt.
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Der Übergang zwischen einem positiven und einer negativen elektrischen Leistungsverbrauch durch den Fahrmotor 32 wird durch den Hybridcontroller 48 erkannt und gesteuert. Der Fahrmotor/Generator 32 erzeugt während des Bremsens Dreiphasen-Wechselstrom, welcher an einen Wandler 36 zum Konvertieren in einen Gleichstrom (DC) zum Anlegen an die Fahrbatterie/Betriebsbatterie 34 angelegt wird. Wenn der Fahrmotors 32 als Antriebsaggregats für das Fahrzeug verwendet wird, fließt die Leistung umgekehrt. Die Batterie 34 ist üblicherweise ein Lithium-Ionen-Batterieaggregat.
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Fahrzeuge mit hoher Masse tendieren dazu, weniger Vorteile aus dem Hybridantrieb als Automobile zu ziehen. Deshalb wird die elektrische Leistung, welche mit der Fahrbatterie 34 zur Verfügung steht, häufig verwendet, um andere Fahrzeugsysteme, wie beispielsweise eine Nebenabtriebs-Einrichtung 22, welche eine Hydraulikpumpe sein kann, durch Zuführen elektrischer Leistung zu dem Fahrmotors 32, welcher seinerseits eine Antriebskraft oder mechanische Leistung für die Verwendung zum Antreiben der Nebenabtriebs-Einrichtung 22 bereitstellt, mit Leistung zu versorgen. Zusätzlich kann der Fahrmotors/Generator 32 verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 28 zu starten.
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Die verschiedenen lokalen Controller können programmiert sein, um auf Daten des ESC 24, die der Datenverbindung 18 zugeleitet werden, zu antworten. Der Hybridcontroller 48 ermittelt, auf der Basis der verfügbaren Ladestadien der Batterie einen Leistungsbedarf. Der Hybridcontroller 48 generiert zusammen mit dem ESC 24 geeignete Signale zur Anwendung an die Datenverbindung 18, um den Motorcontroller 46 anzuweisen, den Verbrennungsmotor 28 an- und abzuschalten, und falls an, mit welcher Leistungsabgabe der Verbrennungsmotor laufen soll. Der Getriebecontroller 42 steuert das Einrücken der Automatikkupplung 30. Der Getriebecontroller 42 steuert weiterhin den Status des Getriebes 38 in Antwort auf einen Getriebedrucktastencontroller 72, welcher ermittelt, welcher Gang im Getriebe eingelegt ist oder ob das Getriebe Antriebsmoment an die Antriebsräder 26 oder an eine Hydraulikpumpe, welche Teil des Nebenabtriebssystems 22 ist (oder einfach unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit an das Nebenabtriebssystem 22, wenn das Getriebe 38 als Hydraulikpumpe dient), liefert, oder ob das Getriebe im Leerlauf ist.
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Eine Steuerung des Eingriffs des Nebenabtriebs
22 und der Nebenabtriebslast
23 ist durch eine oder mehrere Fernleistungsmodule (Remote Power Moduls – RPMs)
40 implementiert. Die Fernleistungsmodule
40 sind Daten verbundene Eingabe-/Ausgabe-Erweiterungsmodule, welche dem ESC
24 zugeordnet sind, welcher programmiert ist, diese zu nutzen. Ein Fernleistungsmodul
40 arbeitet als ein Controller für den Nebenabtrieb
22 und stellt alle festverdrahteten Ausgänge
70 und festverdrahteten Eingänge
66 bereit, die mit der Nebenabtriebseinheit
22 assoziiert sind. Positionssensoren, eine Ventilsteuerung und dergleichen können ebenfalls eine Nebenabtriebslast
23 liefern, welches Elemente einschließen kann, wie beispielsweise Hydraulikmotoren, Auslegerverlängerungen usw. Anforderungen für einen Betrieb der Last
23 und eventuell Antwortberichte werden auf die Datenverbindung
74 zur Übertragung an den ESC
24 angewendet, welcher die Anforderung für den Empfang durch spezifische Controller oder als Bericht formatiert. Der ESC
24 ist auch progammiert, um Ventilstadien durch das RPM
40 in der Nebenabtriebseinrichtung
22 zu steuern. Die Leistungsmodule werden genauer in dem
US-Patent 6 272 402 beschrieben, welches der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung übertragen wurde und hierin vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist. Seiner Zeit wurden in die „Fernleistungsmodule ” als „Remote Interface Modules” bezeichnet. Ein zweites Fernleistungsmodul
40 ist dargestellt, welches Schaltereingaben von einem Schalterpaket
52 zum Steuern des ersten Fernleistungsmoduls
40 (nachdem sie durch den ESC
24 geleitet wurden) entgegennimmt. Zusätzlich ist ein Fernsteuermodul
19 für die Verbrennungsmotorgeschwindigkeit (Remote Engine Speed Control Module – RESCM) vorgesehen, um eine proportionale Steuerung des hydraulischen Nebenabtriebs unter Verwendung des Fern-Feinreglers
54 zu ermöglichen.
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Sowohl der Getriebecontroller als auch der ESC 24 arbeiten als Portale und/oder Übersetzungseinrichtungen zwischen den verschiedenen Datenverbindungen 68, 18, 74 und 64. Die Verbindungen 68 und 74 können geschlossen sein und mit wesentlich höheren Baudraten als die offene Datenverbindung 18 arbeiten. Dementsprechend ist eine Pufferung der Nachrichten, die zwischen den Datenverbindungen ausgetauscht werden, vorgesehen. Zusätzlich kann eine Nachricht umformatiert werden müssen oder eine Nachricht an einer Verbindung kann einen anderen Nachrichtentyp an der zweiten Verbindung erfordern, beispielsweise eine Bewegungsanforderung über die Datenverbindung 74 kann in eine Anforderung für ein Einrücken des Getriebes von dem ESC 24 an den Getriebecontroller 42 übersetzt werden. Die Datenverbindungen 18, 68 und 74 sind üblicherweise Controller-Area-Network-Busse, welche das Protokoll nach SAE J1939 erfüllen.
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Für vorhandenen Fahrzeugen erlaubt das Datenverbindungs-Umfeld eine Steuerung des Betriebs des hybridelektrischen Antriebsstrangs 20 des Fahrzeugs und verschiedener Lasten, die durch den Nebenabtrieb 22, den Gleichspannungswandler 62 und verschiedene lokale Controller, zum Beispiel den ABS-Controller 50, repräsentiert werden. Die Implementierung einer Lastkontrolle ist deshalb eine Kommunikationsstrategie des Controller Area Network (CAN), wobei verschiedene CAN-Module/lokale Controller über ein Datenverbindungs-Umfeld (einschließlich Datenverbindung 18) zum Steuern verschiedener elektrischer Chassislasten (einschließlich Nebenabtrieb 22) und der verschiedenen lokalen Controller kommunizieren. Dieses kann das Vorsehen einer gleichmäßigen Empfindlichkeit zum Bewegen der Regler 76, 78 und 54 oder des Schaltersatzes 56 während des Nebenabtriebs einschließen, ungeachtet dessen, welches Antriebsaggregate aktiv ist.
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3 illustriert näher Steuerzusammenhänge zwischen dem in 2 gezeigten Steuersystem 21 und stellt ein Beispiel für einen Nebenabtrieb 22 und eine Nebenabtriebslast 23 dar. Die Nebenabtriebslast 23 kann eine Zahl von verschiedenen Elementen aufweisen, von welchen Beispiele in 1 dargestellt sind, wie beispielsweise eine hydraulische Hebeeinheit 9 und eine Kompensations-Baugruppe 17 für den oberen Ausleger. Die Nebenabtriebslast nach 3 schließt drei hydraulisch angetriebene Kolben-Zylindereinheiten ein, einschließlich der hydraulischen Hebeeinrichtung 9, die Kompensations-Baugruppe 17 und eine Ausleger-Ausfahreinheit 49 für Abstützfüße. Steuerventile 35, welche durch Solenoide 88 geöffnet oder geschlossen werden, steuern die Anwendung der unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeiten auf diese Einrichtungen. Die Hydraulikflüssigkeit wird durch eine hydraulische Kolbenpumpe 86 unter Druck gesetzt.
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Ein anderes mögliches Element einer Nebenabtriebslast 23 ist ein Hydraulikmotor 94, der verwendet wird, um einen Erdbohrer 96 anzutreiben. Eine hydraulische Flügelpumpe 84 lieferte unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit durch ein Steuerventil 35, um den Betrieb des Hydraulikmotors 94 zu unterstützen. Solenoid 90 steuert das Stellen des Steuerventils 35. Ein Hydraulikflüssigkeitsbehälter 98 ist zum Zurücknehmen von Flüssigkeiten von der Nebenabtriebslast 23 vorgesehen und von ihm zieht der Nebenabtrieb 22 die Hydraulikflüssigkeit. Die hydraulische Flügelpumpe 84 und die hydraulische Kolbenpumpe 86 werden unter Verwendung eines weiteren Satzes von Solenoiden 92 eingekuppelt und ausgekoppelt. Die hydraulische Flügelpumpe 84 und die hydraulische Kolbenpumpe 86 für den Nebenabtrieb 22 werden durch eine gemeinsame Nebenabtriebswelle 82 von einem Getriebeausgang 39 angetrieben. Die Details der Nebenabtriebslast 23 und des Nebenabtriebs 22, die durch 3 vorgeschlagen werden, sind nur erläuternd gemeint und Gegenstand erheblicher Abweichungen von dem Gezeigten, wie auch das Hydraulikflüssigkeit-Verteilsystem.
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Die Solenoide 88, 90 und 92 werden durch das Fernleistungsmodul 40 gesteuert, welches seinerseits unter der Steuerung des ESC 24 steht. Dieses ermöglicht es der hydraulischen Flügelpumpe 84 und der Kolbenpumpe 86 ausgekuppelt zu werden, so dass die Nebenabtriebswelle 82 frei rotiert, oder der hydraulischen Flügelpumpe 84 und der Kolbenpumpe 86 im Leerlauf zu laufen, oder jeder unabhängig von der anderen unter Last zu sein.
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Das Erfüllen von Anforderung für ein Erhöhen oder Absenken der Nebenabtriebs-Drehzahl werden schließlich durch variieren der Betriebsgeschwindigkeit/Drehzahl des Antriebsaggregats erreicht. Geschwindigkeitsbedarfsdaten kommen von verschiedenen Einrichtungen. Hier sind zum Beispiel ein Kabinenregler 76, ein Fernregler (typischerweise außerhalb der Kabine montiert) 78, ein Fern-Fein-„Hand”-Regler 54 und diskrete Schalter 52 vorgesehen. Geschwindigkeitsbedarfsdaten und insbesondere Daten, welche von einer der Regler kommen, können über eine einstellbare Zahl von Punkten gemittelt sein. Die Reglerdaten werden in First in-/First out-(FIFO-)Weise behandelt, bei dem der älteste Datensatz mit jedem neu herein kommenden Datensatz in einer endlosen Datenübernahmeschleife fallen gelassen wird. Die Datenpunkte können gewichtet sein, um das Alter zu reflektieren, oder der Mittelwert kann strikt linear sein. Eigentlich werden hereinkommende Daten auf einer Art von linearen Filtern mit endlicher Impulsantwort (finite impulse response – FIR) sein, der als Software implementiert ist. Die Zahl der Datenpunkte in einem Abfragefenster von fester Dauer legt die Auflösung des Filters fest. Eine Filtergewichtung kann verwendet werden, um die „Steifigkeit” des Filters festzulegen oder, wie schnell der Filter seinen Ausgabewert im Verhältnis zum Zuführen neuer Daten ändert. Die Zeitdauer des Abfragefensters kann fest oder variabel sein, wie auch die Zahl der Datenpunkte, die verwendet werden, und die Zeit, die zwischen Abfragen abläuft. Die Abfragen können in Antwort auf Aktionen des Bedieners variieren, zum Beispiel, falls das Verhalten des Bedieners schnell wechselndem Ausgangsleistungsanforderungen anzeigt, können Filtergewichtungen eingestellt werden, um die Reglerempfindlichkeit zu erhöhen. Falls umgekehrt das Verhalten des Bedieners gleich bleibende Leistungsanfragen nahelegt oder Vibrationssensoren starker Chassisbewegungen des Fahrzeugs anzeigen, können Filtergewichtungen eingestellt werden, um die Empfindlichkeit zu reduzieren und dadurch die Rauschtoleranz des Leistungsbedarfs-Ausgangswertes zu erhöhen. Dies alles kann automatisch geschehen. Der FIR-Filter gibt einen absoluten numerischen Wert aus, welcher durch die Antriebsaggregate als ihre Zielgeschwindigkeit genutzt werden, bis zu einem Zeitpunkt, an dem der Filter einen neuen Wert oder eine „aufbereiteten ausgewählten Betriebsgeschwindigkeit” ausgibt, welche der nachfolgende absolute numerische Wert für die Antriebsaggregate ist.
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Änderungen der Antriebsaggregats-Drehzahl ω werden im Sinne von Drehbeschleunigungen α gemessen. Die verfügbare Drehbeschleunigung (oder Verzögerung) hängt davon ab, welches Antriebsaggregat, der Verbrennungsmotor 28 oder der elektrische Fahrmotors 32, verwendet wird. In einigen Anwendungen kann das Antriebsaggregat für eine Verzögerung ausgekuppelt werden. 4 vergleicht verfügbare Beschleunigungs- und Verzögerungseigenschaften als Funktion der Drehzahl für einen durch Kompression zündenden Verbrennungsmotor und einen elektrischen Dreiphasen-Fahrmotor unter Leerlauf-Betriebsbedingungen. Der elektrische Dreiphasen-Fahrmotor ist mit einem besseren Beschleunigungsvermögen über alle Betriebsdrehzahlen oberhalb der Nebenabtriebsgrenze dargestellt. Jedoch bietet ein elektrischer Fahrmotor relativ niedrige Bremseigenschaften, solange er nicht regenerativ betrieben wird, was während eines Nebenabtriebs nicht gewährleistet sein muss. Ein Verbrennungsmotor ist demgegenüber eine natürliche Bremse und stellt eine wesentlich bessere Bremsung bereit, falls er mit dem Nebenabtrieb 22 verbunden bleibt. Diese Daten können generiert und in einem Kennfeld gespeichert werden, auf welches der ESC 24 zugreifen kann.
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Üblicherweise wird der elektrische Fahrmotors 32 während einer positiven Beschleunigung betrieben um die Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 28 zu imitieren. Das bedeutet, dass die Beschleunigung auf das begrenzt wird, was der Verbrennungsmotor 28 geliefert haben könnte. Auf jeden Fall wird die positive Drehbeschleunigung so begrenzt, dass sie innerhalb der Möglichkeit des langsamer beschleunigenden Antriebsaggregats fällt. Wenn eine geringere Geschwindigkeit erforderlich ist, kann ein anderes Ziel ausgewählt werden. Im Allgemeinen verzögert ein Verbrennungsmotor „schneller” als ein elektrischer Fahrmotor. Bremsen oder ein regeneratives Bremsen können verwendet werden, um die Verzögerungseffekte des Verbrennungsmotors 28 während der Verzögerungs-Ereignisse, die durch eine reduzierte Reglerstellung befohlen sind, zu imitieren. Alternativ kann die Nebenabtriebslast 23 aktiv sein und das gewünschte Bremsen ohne aktive Intervention bereitstellen. Positive Beschleunigung kann eingestellt oder begrenzt werden, unter die Möglichkeit des langsameren Antriebsaggregats zu fallen und die Antwort kann festgesetzt werden, jeder Kurve innerhalb dieses Bereiches zu folgen. Es ist auch möglich, dass das Antriebsaggregat, welches eine bessere Leistungsfähigkeit für eine Drehbeschleunigung aufweist, von der vorliegenden Betriebsgeschwindigkeit abhängt und sich ändern kann, wenn das System beschleunigt. Es ist auch möglich, dass die Leistungsfähigkeit der Primärantriebe zu beschleunigen sich mit der Benutzung ändern. Das System kann programmiert sein, sich auf eine abnehmende Leistungsfähigkeit für Drehbeschleunigungen, insbesondere im Bereich des Verbrennungsmotors, einzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- J1939-Standard der Society of Automotive Engineers (SAE) [0016]
- SAE-J1708-konformen [0016]
- SAE-J1939-konforme [0016]
- SAE-J1708-konforme [0016]
- SAE-J1939-konformen [0016]
- SAE-J1939-Standard [0017]
- SAE J1939 [0024]