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HINTERGRUND
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Gebiet der Technik:
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Das Gebiet der Technik betrifft die Steuerung von pneumatischen Fahrzeugsystemen, insbesondere bei deren Verwendung an elektrischen Hybridfahrzeugen, die für einen elektrischen Nebenabtriebsbetrieb (PTO) ausgelegt sind.
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Beschreibung des Problems:
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Hybridfahrzeuge sind im Allgemeinen mit mindestens zwei Primärantrieben ausgestattet, die in der Lage sind, mechanische Leistung zu erzeugen. Der eine Primärantrieb kann eine Wärmekraftmaschine sein, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, obwohl es auch denkbar ist, dass das Fahrzeug mit einer Gasturbine oder einer Dampfturbine ausgestattet ist. Dieser Verbrennungsmotor erzeugt mechanische Leistung aus der Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs. Der zweite Primärantrieb ist häufig ein System mit Doppelfunktion, das entweder mechanische Arbeit erzeugen kann oder angelegte mechanische Arbeit in eine Form umwandeln kann, die gespeichert werden kann. Eine Quelle für mechanische Arbeit, die zum Speichern umgewandelt wird, kann kinetische Energie des Fahrzeugs sein, die während einer Bremsung gewonnen wird (regeneratives Bremsen). Eine andere Quelle kann die Wärmekraftmaschine sein, die so betrieben wird, dass sie dem zweiten Primärantrieb mechanische Arbeit liefert.
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Elektrische Fahrmotoren können ohne Weiteres die Rolle des zweiten Primärantriebs übernehmen. Elektrische Fahrmotoren nutzen Elektrizität, die von Batterien oder Kondensatoren stammt, um mechanische Arbeit zu liefern. Sie können durch die Antriebsräder eines Fahrzeugs oder von dem ersten Primärantrieb rückwärts angetrieben werden, um Elektrizität zur Speicherung in den Batterien oder in den Kondensatoren zu erzeugen.
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In einem Parallel-Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor (beispielsweise einen Dieselmotor) und einen elektrischen Fahrmotor als Primärantriebe verwendet, kann jeder von den Primärantrieben verwendet werden, um das Fahrzeug anzutreiben, und es kann jeder so angeschlossen bzw. gekuppelt werden, dass er eine Nebenabtriebs-(PTO-)Anwendung, wie beispielsweise eine Hydraulikpumpe, antreibt. Die Verwendung des elektrischen Fahrmotors zur Leistungsversorgung für eine PTO-Anwendung wird häufig als elektrischer PTO oder ePTO bezeichnet. Der Leistungsverbrauch vieler PTO-Anwendungen ist relativ gering und intermittierend, im Gegensatz zum Leistungsverbrauch beim Fahren des Fahrzeugs. Durch eine Unterstützung von PTO-Anwendungen mit dem elektrischen Fahrmotor kann unter Bedingungen, wo ein Verbrennungsmotor im Leerlauf oder kaum darüber arbeiten würde, auf den Betrieb des Verbrennungsmotors verzichtet werden. Da ein elektrischer Fahrmotor keinen „Leerlauf”-Betriebszustand hat, und da sein Wirkungsgrad wesentlich weniger drehzahlabhängig ist als dies beim Verbrennungsmotor der Fall ist, spart die Verwendung des Fahrmotors als Unterstützung für den PTO gegenüber der Verwendung des Verbrennungsmotors Energie. Der Verbrennungsmotor kann sporadisch betrieben werden, um die Ladung der Fahrzeugbatterien während eines ePTO aufrechtzuerhalten, bleibt aber ansonsten ausgeschaltet.
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Der ePTO-Betriebsmodus kann mit Vorrichtungen verwendet werden, die von einem Hersteller von Lastwagenzubehör (TEM) installiert worden sind, beispielsweise mit einer Hydraulikpumpe, die dazu dient, die hydraulisch bewegten Geräte, die am Lastwagen angebaut sind, zu betätigen. Für PTO-Anwendungen wird üblicherweise eine pneumatisch betätigte, interne Kupplungsvorrichtung verwendet, die aus einem Kupplungspaket oder einer Schiebeverzahnung/einem Schieberadsatz besteht, die bzw. das/die/der seinerseits den jeweiligen Primärantrieb mit dem mindestens einen Verbraucher (z. B. einer Hydraulikpumpe) verbindet, der mit der Ausgangswelle der PTO-Anwendung verkuppelt ist. Dieser Aspekt der Anmeldung ändert sich nicht, wenn statt einer Unterstützung des PTO durch den Verbrennungsmotor ein ePTO durchgeführt wird. Das pneumatische System wird von einem Luftkompressor unterstützt, der direkt mit dem Verbrennungsmotor verkuppelt sein und von diesem betätigt werden kann.
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Hybrid-Elektrofahrzeuge, die mit pneumatisch betätigten PTO-Ankupplungsvorrichtungen ausgestattet sind, können auch mit anderen pneumatischen Systemen ausgestattet sein. Ein Beispiel für ein anderes pneumatisches System ist ein Luftfederungssystem. Bei einem Luftfederungssystem tragen Luftpolster/-federn einen Teil des Fahrzeuggewichts, in der Regel an jeden einzelnen Rad. Ein Luftfederungssystem sorgt häufig für einen automatischen Neigungsausgleich des Fahrzeugs. Wenn ein Fahrzeug, das für einen automatischen Neigungsausgleich ausgestattet ist, im ePTO-Betriebsmodus ist (wenn die Diesel-Wärmekraftmaschine nicht läuft), können sich die Position und die Belastung eines Fahrgestells in Bezug auf ein Federungs-Neigungssensorsystem ändern. Stützfüße können ausgefahren werden, wodurch sich die lokale Belastung der einzelnen Luftfedern ändert. Auch ohne Stützfüße kann die Last, die von den einzelnen Rädern des Fahrzeugs getragen wird, durch die PTO-Anwendung, beispielsweise eine Hebebühne, die gedreht oder ausgefahren werden kann, beeinflusst werden. Unter diesen Umständen kann das Neigungssensorsystem bewirken, dass das Luftfederungssystem versucht, die Neigung des Fahrzeugs auszugleichen, und dabei bewirken, dass die Luftfedern mit mehr oder mit weniger Luft gefüllt werden. Beim Versuch, die Neigung des Fahrzeugs auszugleichen, kann das Luftfederungssystem jedoch den Druckluftvorrat des Fahrzeugs aufbrauchen, der auch für den pneumatisch betätigten PTO-Mechanismus da ist.
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Bei nicht-hybriden ePTO-Anwendungen hat dieses Zu- und Abführen von Luft keine großen Auswirkungen, da die Diesel-Wärmekraftmaschine läuft und im Nahe-Leerlaufbetrieb in der Regel ausreichend überschüssige Leistung erzeugt, um den Luftkompressor des Fahrgestells anzutreiben und dadurch ausreichend Luftdruck und -volumen für eine ordnungsgemäße Federung und einen PTO-Betrieb beizubehalten. Im Falle des hybriden ePTO-Betriebsmodus wird jedoch der Dieselmotor automatisch gestartet und arbeiten gelassen, sobald der primäre Luftdruck unter einen bestimmten Sollwert (z. B. 95 psi ≙ 6,55 bar) sinkt, um zu versuchen, den verlorenen Primärluftdruck, der während des Ausgleichens der Federungsneigung verbraucht worden ist, zu regenerieren. Dieser Verlust an primärem Luftdruck kann nun dazu führen, dass der Verbrennungsmotor betrieben wird und infolgedessen Kraftstoff verbraucht wird, was die Energieeinsparung aufgrund des ePTO-Betriebs zunichtemachen kann. Wenn der Primärluftdruck weit genug sinkt (beispielsweise auf 90 psi ≙ 6,2 bar), kann außerdem der pneumatisch betätigte PTO-Kupplungsmechanismus außer Eingriff gebracht werden, was bewirkt, dass die hydraulische Bewegungssteuerausrüstung nicht mehr betätigt werden kann, bis der Arbeitszyklus des Verbrennungsmotors so lange gedauert hat, dass erneut ausrechend Luftdruck erzeugt werden konnte, um den ePTO-Betrieb erneut zu unterstützen.
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Es können auch andere pneumatische Systeme an Fahrzeugen vorhanden sein, unter anderem zentrale Reifenaufpumpsysteme, pneumatisch betätigte Scheibenwischer, pneumatische Werkzeugschaltungen, Druckluftbremsen und dergleichen. Der Betrieb dieser Systeme kann die im Fahrzeug gespeicherte Druckluftfüllung ebenfalls erschöpfen, was den Betrieb der pneumatisch betätigten Verzahnung für die PTO-Anwendung ebenfalls beeinträchtigt.
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KURZBESCHREIBUNG
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Ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem elektrischen Fahrmotor und einer Nebenabtriebsanwendung, die selektiv vom Verbrennungsmotor oder vom elektrischen Fahrmotor betrieben werden kann, weist ein pneumatisches System, das von Speichertanks betrieben wird, und einen Kompressor, der vom Verbrennungsmotor betrieben wird, auf. Das Fahrzeug weist pneumatische Komponenten auf, die so angeschlossen sind, dass sie vom pneumatischen System versorgt werden. Die Nebenabtriebsanwendung verwendet eine pneumatisch betätigte Kupplung, um selektiv eine Betätigung der Nebenabtriebsanwendung vom Verbrennungsmotor oder vom elektrischen Fahrmotor aus zu ermöglichen.
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Der Betrieb der pneumatischen Zufuhr- und der pneumatischen Nutzsysteme an einem Hybridfahrzeug wird durch die Art des ePTO-Betriebsmodus koordiniert. Die gerade benutzte pneumatisch betätigte Verzahnung oder Kupplung hat den bevorrechtigten Zugriff auf die verfügbare gespeicherte Luft. Bei manchen pneumatischen Systemen kann dies die vorübergehende Abschaltung eines bestimmten pneumatischen Systems/einer bestimmten pneumatischen Anwendung bedeuten. Beispielsweise kann Luftdruck aus einem pneumatischen Federungssystem abgelassen werden und der Betrieb des pneumatischen Federungssystems kann ausgesetzt werden. Ebenso kann ein pneumatischer Scheibenwischer oder ein zentrales Aufpumpsystem ausgeschaltet werden, wenn ein ePTO bei stehendem Fahrzeug stattfindet. Der Betrieb einer pneumatischen Werkzeugschaltung kann abhängig von der Wahrscheinlichkeit, mit der ein bestimmtes Werkzeug während des ePTO-Betriebs gebraucht wird, zugelassen werden, was ein normales Ansprechverhalten der Wärmekraftmaschine zur Folge hat, um das pneumatische Zufuhrsystem am Arbeiten zu halten, damit dieses als Reaktion auf einen sinkenden Luftdruck die zur Verfügung stehende gespeicherte Luft auffüllt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist eine Seitenansicht eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, das einen Nebenabtriebsbetrieb trägt.
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2 ist eine vereinfachte Darstellung eines Fahrzeug-Antriebsstrangs und eines Fahrzeug-Steuersystems für ein Hybrid-Elektrofahrzeug.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung können Beispiele für Größen/Modelle/Werte/Bereiche in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen angegeben werden, sollen jedoch nicht als allgemein beschränkend aufgefasst werden.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die Figuren und konkret auf 1 ein Hybridantriebs-Hebebühnenwagen 1 dargestellt. Der Hybridantriebs-Hebebühnenwagen 1 dient als Beispiel für ein Mittellast-Fahrzeug, das eine PTO-Anwendung unterstützt, für die eine hydraulisch betätigte Hebebühne 2, die auf einer Lastwagen-Ladefläche 12 montiert ist, als Beispiel dient. Eine Bewegung der Hebebühne 2, unter anderem deren Anhebung, Absenkung, Ausfahrung oder Einfahrung, oder deren Drehung, kann zu einer offensichtlichen Verlagerung der Last führen, die von dem Hybridantriebs-Hebebühnenwagen 1 getragen wird. Dies kann ohne Ausgleich ferner zu einer Neigung des Fahrzeugs führen. Andere PTO-Anwendungen, die einen Neigungsausgleich eines Fahrzeugs beeinträchtigen können, sind unter anderem Anwendungen wie Stützfüße und Erdbohrer.
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Die Hebebühneneinheit 2 weist einen unteren Ausleger 3 und einen oberen Ausleger 4 auf, die gelenkig miteinander verbunden sind. Der untere Ausleger 3 ist seinerseits an einem Träger 6 und einer drehbaren Konsole 7 drehbar auf der Lastwagen-Ladefläche 12 angebaut. Die drehbare Konsole 7 weist eine gelenkige Halterung 8 für ein Ende des unteren Auslegers 3 auf. Ein Korb 5 ist am freien Ende des oberen Auslegers 4 angebracht und trägt Arbeiter, während der Korb in einen Arbeitsbereich gehoben wird und dort getragen wird. Der Korb 5 ist derart gelenkig am freien Ende des Auslegers 4 befestigt, dass er immer eine horizontale Ausrichtung beibehält. Eine hydraulische Hebebühne 9 ist durch eine Gelenkverbindung 10 und einen Zapfen 13 am unteren Ausleger 3 zwischen der drehbaren Konsole 7 und dem unteren Ausleger 3 angeordnet. Die hydraulische Hebebühne 9 ist mit einer unter Druck stehenden Quelle für ein geeignetes Hydraulikfluid verbunden, das ein Heben, Senken und Drehen der Anordnung ermöglicht. Jede dieser Bewegungen hat das Potential, den Neigungsausgleich des Hybridantriebs-Hebebühnenwagens 1 zu beeinträchtigen.
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Das äußere Ende des unteren Auslegers 3 ist mit dem unteren, gelenkigen Ende des oberen Auslegers 4 verbunden. Ein Drehzapfen 16 verbindet das äußere Ende des unteren Auslegers 3 mit dem gelenkigen Ende des oberen Auslegers 4. Eine Ausgleichsanordnung 17 des oberen Auslegers verbindet den unteren Ausleger 3 mit dem oberen Ausleger 4 und bewegt den oberen Ausleger um den Drehzapfen 16, um den oberen Ausleger in Bezug auf den unteren Ausleger 3 zu positionieren. Die Ausgleichsanordnung 17 des oberen Auslegers 17 ermöglicht eine unabhängige Bewegung des oberen Auslegers 4 in Bezug auf den unteren Ausleger 3 und sorgt für eine Ausgleichsbewegung zwischen den Auslegern, um den oberen Ausleger mit dem unteren Ausleger anzuheben. Die Ausgleichsanordnung 17 für den oberen Ausleger wird üblicherweise mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid aus den gleichen Quellen wie die hydraulische Hebebühne 9 versorgt. Stützfußausleger 96 können an den Ecken der Lastwagen-Ladefläche 12 installiert sein, um für eine Stabilisierung auf unebenem Gelände zu sorgen.
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Eine übliche Quelle für unter Druck stehendes Hydraulikfluid ist eine PTO-Vorrichtung (eine Hydraulikpumpe) 22. Die Hydraulikpumpe 22 kann von irgendeinem der beiden Primärantriebe, die am Hybridantriebs-Hebebühnenwagen 1 installiert sind, mit Leistung versorgt werden. Die Primärantriebe sind in der Regel ein Verbrennungsmotor 28 und ein elektrischer Fahrmotor 32 (siehe 2).
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In 2 ist ein vereinfachtes Schema eines Steuersystems 21 dargestellt, das für eine Steuerung eines Hybridantriebsstrangs 20 sorgt, wie er am Hybridantriebs-Hebebühnenwagen 1 verwendet werden kann. Ein Controller 24 des elektrischen Systems (ESC), eine Art Body-Computer, dient als übergeordnete Steuerung des Systems und ist mit einem Public Data Link bzw. einer offenen Datenverbindung 18, die dem J1939-Standard der Society of Automotive Engineers (SAE) entspricht, mit einer Reihe von lokalen Controllern verbunden. Diese lokalen Controller implementieren ihrerseits eine direkte Steuerung zahlreicher Fahrzeugfunktionen, die nicht direkt vom ESC 24 gesteuert werden. Daraus kann gefolgert werden, dass der ESC 24 in der Regel direkt mit ausgewählten Eingängen (unter anderem einem ESC-Sensorpaket 27) und Ausgängen (beispielsweise Scheinwerferschaltern (nicht dargestellt) verbunden ist. Der ESC 24 kommuniziert mit einer Instrumententafel 44, von der er Signale, die Ein/Aus-Positionen der Scheinwerfer anzeigen, erhalten kann und an andere Einrichtungen, beispielsweise Instrumente auf der Instrumententafel (nicht dargestellt), Ein/Aus-Signale ausgeben kann. Eine Zündposition kann zu den Signalen gehören, die im ESC-Sensorpaket 27 enthalten sind und die direkt mit Eingangsports des ESC 24 verbunden sind. Signale, welche die Aktivierung einer Nebenabtriebs-(PTO-)Anwendung und das Ändern des Ausgangsleistungsniveaus des Primärantriebs, der für eine Unterstützung des PTO angeschlossen ist, betreffen, können von einer Reihe von Quelle erzeugt werden, wozu unter anderem die Instrumententafel 44 und Kabeleingänge 66 zu einem Leistungsfernversorgungsmodul (RPM) 40 gehören. Diese Signale können direkt oder über eine der Datenverbindungen des Fahrzeugs, beispielsweise eine SAE-J1708-gemäße Datenverbindung 64 für die Instrumententafel oder eine SAE-J1939-gemäße geschlossene Datenverbindung 74 für RPM-Kabeleingänge 66, an den ESC 24 oder den Maschinen-Controller (ECM) 46 übermittelt werden. SAE-J1708-gemäße Datenverbindungen sind eine Datenverbindung mit niedriger Baud-Rate, in der Regel von etwa 9,7 kBaud, und werden in der Regel für die Übertragung von Ein/Aus-Schalterzuständen verwendet. SAE-J1939-gemäße geschlossene Datenverbindungen haben in der Regel höhere Datenübertragungsraten als SAE-J1939-gemäße offene Datenverbindungen.
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Zusätzlich zum ESC 24 sind fünf Controller dargestellt, die mit der offenen Datenverbindung 18 verbunden sind. Diese Controller beinhalten einen Maschinen-Controller 46, einen Getriebe-Controller 42, einen Hybrid-Controller 48, einen Messinstrumentegruppen-Controller 58 und einen Antiblockiersystem-Controller (ABS) 50. Natürlich können auch andere Controller, die mit der Datenübertragungseinrichtung 18 kommunizieren, am Fahrzeug installiert sein. Verschiedene Sensoren können mit mehreren von den lokalen Controller verbunden sein. Die Datenverbindung 18 ist vorzugsweise der Bus für ein öffentliches Controller Area Network („CAN”), das dem SAE-J1939-Standard entspricht und gemäß der derzeitigen Praxis Datenübertragungen mit bis zu 250 kBaud unterstützt.
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Der Hybrid-Controller 48, der Getriebe-Controller 42 und der Maschinen-Controller 46 koordinieren die Betätigungen des Hybridantriebsstrangs 20, um zwischen dem Verbrennungsmotor (ICE) 28 und dem Fahrmotor 32 als Primärantrieb für das Fahrzeug zu wählen (oder um möglicherweise die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors mit der des Fahrmotors zu kombinieren). Bei einer Bremsung des Fahrzeugs können die gleichen Controller dazu dienen, eine Ausrückung der Autokupplung 30, ein mögliches Abschalten des Verbrennungsmotors 28 und ein Zuschalten des Fahrmotors 32 in dessen Generatormodus zu koordinieren, um einen Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs dadurch zurückzugewinnen, dass der Fahrmotor 32 rückwärts angetrieben wird, so dass er Elektrizität erzeugt. Der ESC 24 und der ABS-Controller 50 geben über die Datenverbindung 18 Daten aus, die für diese Betätigungen verwendet werden, unter anderem die Bremspedalposition, mit einem Rutschen bzw. Schleudern im Zusammenhang stehende Daten, eine Drosselstellung und andere Leistungsanforderungen, beispielsweise für die PTO-Vorrichtung 22. Der Hybrid-Controller überwacht ferner eine Variable in Bezug auf den Ladungszustand (SOC) der Fahrzeugantriebsbatterie 34.
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Der Hybridantriebsstrang 20 ist als paralleles hybrides Diesel-Elektrosystem dargestellt, in dem der Fahrmotor/Generator 32 über eine Autokupplung 30 in Reihe mit einem Verbrennungsmotor 28 verbunden ist, so dass der Verbrennungsmotor 28 oder der Fahrmotor 32 als Primärantrieb des Fahrzeugs fungieren können. In einem parallelen Hybrid-Elektrofahrzeug wird der Fahrmotor/Generator 32 verwendet, um kinetische Energie des Fahrzeugs während einer Bremsung unter Verwendung der Antriebsräder 26, die den Fahrmotor/Generator 32 rückwärts antreiben, zurückzugewinnen, wodurch ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs für die Erzeugung von Elektrizität verwendet wird. Die erzeugte Elektrizität wird vom Hybridwandler 36 aus einem Dreiphasen-Wechselstrom umgewandelt und als Gleichstromleistung an die Fahrzeugantriebsbatterie 34 angelegt. Das System dient dazu, ein Trägheitsmoment des Fahrzeugs während einer Bremsung zurückzugewinnen und die zurückgewonnene Energie umzuwandeln und als potentielle Energie zur späteren Verwendung zu speichern, unter anderem um sie wieder in den Hybridantriebsstrang 20 einzuspeisen. Der Verbrennungsmotor 28 wird durch Öffnen der Autokupplung 30 während Zeiten, zu denen der Fahrmotor/Generator 32 rückwärts angetrieben wird, von den anderen Komponenten im Hybridantriebsstrang 20 getrennt.
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Übergänge zwischen einem positiven und einem negativen Verbrauch von elektrischer Leistung durch den Fahrmotor 32 werden von einem Hybrid-Controller 48 erfasst und gesteuert. Der Fahrmotor/Generator 32 erzeugt während einer Bremsung einen Dreiphasen-Wechselstrom, der an einen Hybridwandler 36 angelegt wird, um ihn in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, der an die Fahrzeugantriebsbatterie 34 angelegt wird. Wenn der Fahrmotor 32 als Primärantrieb des Fahrzeugs verwendet wird, ist der Leistungsfluss umgekehrt.
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Schwerfahrzeuge profitieren eher weniger von einer Energieeinsparung aus einer hybriden Fortbewegung als dies bei Automobilen der Fall ist. Somit wird die elektrische Leistung, die von der Fahrzeugantriebsbatterie 34 zur Verfügung gestellt wird, häufig verwendet, um andere Fahrzeugsysteme, wie beispielsweise eine PTO-Vorrichtung 22, bei der es sich um einen Hydraulikmotor handeln kann, mit Leistung zu versorgen, und zwar durch Einspeisen von elektrischer Leistung in den Fahrmotor 32, der seinerseits die Bewegungskraft oder die mechanische Leistung liefert, die verwendet wird, um die PTO-Vorrichtung 22 zu betreiben. Die intermittierenden oder geringen Leistungsanforderungen der PTO-Vorrichtung 22 können deren Betrieb unter Verwendung des Verbrennungsmotors 28 sehr ineffizient machen, da der Verbrennungsmotor 28 wegen der intermittierenden Leistungsanforderungen die meiste Zeit im Leerlauf oder auf relativ niedrigen und ineffizienten Leistungsniveaus arbeiten würde, da die PTO-Vorrichtung nur ein paar Watt Leitung aufnehmen kann. Daher kann ein Fahrzeug wie ein Hybridantriebs-Hebebühnenwagen 1 so ausgelegt sein, dass er den Verbrennungsmotor 28 intermittierend startet und auf einem effizienten Ausgangsleistungsniveau laufen lässt, um den Ladungszustand der Fahrzeugantriebsbatterie 34 aufrechtzuerhalten. Dies kann während eines ePTO stattfinden, wobei der ePTO zugunsten eines herkömmlichen PTO unterbrochen wird. Der Fahrmotor/Generator 32 kann verwendet werden, um den Verbrennungsmotor 28 zu starten.
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Die verschiedenen lokalen Controller können so programmiert sein, dass sie auf Daten vom ESC 24, die an die Datenverbindung 18 weitergegeben werden, antworten. Der Hybrid-Controller 48 bestimmt Leistungsanforderungen auf Basis des verfügbaren Batterieladungszustands. Der Hybrid-Controller 48 erzeugt mit dem ESC 24 die geeigneten Signale, die an die Datenverbindung 18 angelegt werden sollen, um dem Maschinen-Controller 46 zu befehlen, den Verbrennungsmotor 28 ein- und auszuschalten, und, falls einzuschalten, mit welcher Ausgangsleistung der Verbrennungsmotor betrieben werden soll. Der Getriebe-Controller 42 steuert ein Einrücken der Auto-Kupplung 30. Der Getriebe-Controller 42 steuert ferner die Stellung des Getriebes 38 ansprechend auf einen Getriebetasten-Controller 72, wobei er bestimmt, welcher Gang im Getriebe eingelegt ist oder ob das Getriebe ein Drehmoment an die Antriebsräder 26 oder eine pneumatische Kupplung 52 anlegen soll oder ob das Getriebe die Neutralstellung einnehmen soll.
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Die pneumatische Kupplung
52 sorgt für eine Verbindung und eine Trennung des Getriebes
38 und der PTO-Vorrichtung
22 durch eine PTO-Welle
82. Die Steuerung der pneumatischen Kupplung
52, der PTO-Vorrichtung
22 und der PTO-Verbraucher
23 wird durch eines oder mehrere Fernleistungsmodule (RPM)
40 implementiert. RPM
40 sind über eine Datenverbindung angeschlossene Eingabe/Ausgabe-Erweiterungsmodule, die dem ESC
24 gewidmet sind, der für ihre Nutzung programmiert ist. Ein RPM
40 dient als Controller für die PTO-Vorrichtung
22 und die pneumatische Kupplung
52 und stellt RPM-Kabelausgänge
70 und RPM-Kabeleingänge
66 im Zusammenhang mit magnetisch gesteuerten Ventilen und Drucksensoren für die PTO-Vorrichtung
22, die PTO-Verbraucher
23 und die pneumatische Kupplung
52 bereit. Positionssensoren und dergleichen können ebenfalls für die PTO-Vorrichtung
22 und die PTO-Verbraucher
23 vorgesehen sein. Forderungen nach einem Betrieb von PTO-Verbrauchern
23 und möglicherweise Berichte über Antworten darauf werden an die Datenverbindung
74 angelegt, um sie an den ESC
24 zu übertragen, der die Forderungen in ein Format, das von bestimmten Controllern empfangen werden kann, oder in Berichte umformatiert. Der ESC
24 ist außerdem so programmiert, dass er Ventilzustände über das erste RPM
40 in der PTO-Vorrichtung
22 steuert. Fernleistungsmodule sind ausführlicher im
US-Patent 6,272,402 beschrieben, das Eigentum des Inhabers der vorliegenden Erfindung ist und das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen ist, und worin Fernleistungsmodule als „Remote Interface Modules” bezeichnet werden.
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Die pneumatische Kupplung 52 kann von einem Druckluftspeichersystem, das hier als Drucklufttank 62 dargestellt ist, selektiv mit Druckluft beliefert werden. Fachleute werden erkennen, dass solche Druckluftsysteme an Fahrzeugen, die Luftbremsen verwenden, mindestens zwei Tanks aufweisen. Der Drucklufttank 62 kann auch so angeschlossen sein, dass er andere pneumatische Systeme mit Luft versorgt, beispielsweise Luftfedern 56 über eine Zweigleitungs-Magnetventilanordnung (MSVA) 78 oder zentrale Reifenaufpumpsysteme, pneumatische Scheibenwischer, pneumatische Werkzeuge usw. (die allgemein als pneumatische Einrichtungen 90 dargestellt sind) über eine zweie MSVA 88. Der Drucklufttank 62 wird von einem Luftkompressor 60 mit Druckluft beliefert. Der Luftkompressor 60 ist üblicherweise physisch mit dem Verbrennungsmotor 28 gekuppelt, von dem er betätigt wird. In einem Hybridantriebsstrang 20 kann der Verbrennungsmotor 28 zugeschaltet werden, wenn der Druck im Drucklufttank 62 unter vorgegebene Mindestwerte fällt, was vom Luftdrucksensor 84 erfasst wird, und die Zündung des Fahrzeugs auf Ein steht, wie vom ESC 24 aus einem ESC-Sensorpaket 27 bestimmt. Der ESC 24 kann mit einem Ausgang versehen sein, um das Verbinden und Trennen eines Luftkompressors 60 mit und von dem Verbrennungsmotor 28 durch eine integrale Kupplung zu steuern oder um die Last, die vom Luftkompressor 60 dadurch an den Verbrennungsmotor 28 angelegt wird, dass sein Ausgang zur Atmosphäre hin offen ist, wenn der Drucklufttank 62 aufgeladen wird, zu verringern. Üblicherweise wird der Drucklufttank 62 auf ein Niveau über dem Auslöseniveau aufgeladen, bei dem das Aufladen des Lufttanks ausgelöst wird. Ein Zweigleitungsventil
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Die Steuerungsinteraktion von PTO und anderen pneumatischen Systemen als der pneumatischen Kupplung 52 variiert abhängig davon, ob ein Fahrzeug im elektrischen PTO-Modus arbeitet oder nicht. Falls nicht, steht Leistung vom Verbrennungsmotor 28 zur Verfügung, um den Kompressor 60 zu betreiben und üblicherweise Mindestdruckniveaus im Drucklufttank 62 ohne Weiteres aufrechterhalten zu können. Jedoch hat bei einem Fahrzeug, in dem der ePTO-Modus Priorität vor dem herkömmlichen PTO hat, um den Kraftstoffverbrauch durch den Verbrennungsmotor 28 zu verringern, die Vermeidung eines Betriebs des Verbrennungsmotors 28 Priorität.
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Ein Aspekt der Interaktion der Steuerungsschemata für ein pneumatisches System und den PTO wird anhand eines Beispiels anhand des Hybridantriebs-Hebebühnenwagens 1 dargestellt. Das Niveau des Fahrzeugs kann an jedem Rad durch Ändern des Drucks in Luftfedern 56 entweder durch Zuführen von Luft zu den Luftfedern 56 oder durch Abführen von Luft aus den Luftfedern 56 justiert werden. Die Zu- und Abführung von Luft in die und aus den Luftfedern 56 findet durch Ventile in einer Zweigleitung 78 statt. Druckluft wird der Zweigleitung 78 vom Drucklufttank 62 zur Verfügung gestellt. Luft aus den Luftfedern 56 kann in die Atmosphäre entlassen werden.
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Ein Federungs-Controller 54, der über eine geschlossene Datenverbindung 74 mit dem ESC 24 kommunizieren kann, sorgt für eine Steuerung von Ventilen in der Zweigleitung 78, die eine Zu- und Abführung von Luft in die und aus den Luftfedern 56 ermöglichen. Ein Niveausensormodul 45 kann so arbeiten, dass es versucht, die Ausdehnung jeder einzelnen Luftfeder 56 mit einer Norm abzugleichen, und Daten darüber, welche von den Luftfedern 56 zu wenig Luft hat und welche zu viel Luft hat, an einen Federungs-Controller 54 liefert.
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Forderungen nach Druckluft aus dem Drucklufttank 62 können während des Betriebs von PTO-Verbrauchern 23 durch Koordinieren des EIN/AUS-Zustands einer Schnellablassfunktion der Luftfedern 56 mit dem Zuschalten und Abschalten der ePTO-Betriebsmodi verringert werden. Beispielsweise wird während einer ePTO-Implementierung von Karosserieausrüstungsbewegungen, beispielsweise einer Drehung der Hebebühne 2, die in der Lage sind, die Bodenfreiheit und/oder den Niveauausgleich des Fahrzeugrahmens in Bezug zum Federungs-Niveausensormodul 45 zu beeinflussen, keine Druckluft zu den Luftfedern 56 geliefert. Ein Betrieb bestimmter pneumatischer Vorrichtungen 90 kann fallweise und abhängig von der Art der PTO-Verbraucher 23 zugelassen werden. Beispielsweise können pneumatische Vorrichtungen 90 pneumatische Scheibenwischer 90A beinhalten, die vom ESC 24 durch eine MSVA 88 gesteuert werden. Wenn es sich bei den PTO-Verbrauchern 23 um hydraulische Hebebühnen 9 und um eine Ausgleichsanordnung 17 für den oberen Ausleger handelt, kann es sein, dass auf die Scheibenwischer verzichtet wird, das es unwahrscheinlich ist, dass sich das Fahrzeug für eine derartige PTO-Anwendung/einen derartigen PTO-Verbraucher bewegt. Ebenso ist es unwahrscheinlich, dass ein zentrales Reifenaufpumpsystem 90B verwendet wird, wenn das Fahrzeug steht, obwohl anders als beim Federungssystem während des PTO kein Druck aus den Reifen abgelassen werden würde. Wenn die pneumatische Einrichtung 90 dagegen ein pneumatisches Werkzeug 90C ist, wird das Werkzeug wahrscheinlich von einem Techniker vom Korb 5 aus verwendet werden, und daher kann es sein, dass das luftbetriebene Werkzeug aktiviert bleibt. Es sind verschiedene Kombinationen von PTO-Verbrauchern 23 und pneumatischen Systemen denkbar, deren Ein- und Ausschalten mit einem ePTO-Betrieb der PTO-Verbraucher koordiniert wird.
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Häufig sind mit dem Getriebetasten-Controller 72 eine Wahl und eine Abwahl von PTO-Betriebsmodi möglich. Einige PTO-Modi verlangen beispielsweise, dass ein Fahrzeug die Parkstellung einnimmt, was beinhaltet, dass der Getriebe-Controller 42 in PTO-Betriebsmodi ist. Wenn die Bedingungen für den PTO-Betrieb erfüllt sind und das Fahrzeug auch in den elektrischen PTO-Modus übergeht, wird ein Niveauausgleichsbetrieb der Federung ausgesetzt. Das Luftfederungs-Niveauausgleichssystem nimmt seinen normalen Betriebsmodus erst wieder auf, wenn der ePTO-Betriebsmodus ausgewählt wird. Eine Aussetzung des Niveauausgleichsbetriebs kann die Verwendung eines Ventils 86 zum Ausgleichen des Drucks in den Luftfedern/-polstern 56 mit Atmosphärendruck beinhalten.
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Um ein selektives Aussetzen und Aktivieren eines Luftniveauausgleichs des Federungssystems durch Anpassen des Luftdrucks in den Luftfedern 56 zu implementieren, wird eine Controller-Area-Network-(CAN)-Kommunikationsstrategie implementiert, bei der die verschiedenen CAN-Module, einschließlich des ESC 24, des Getriebe-Controllers 42, des Hybrid-Controllers 48 und des Maschinen-Controllers 46, über eine Datenverbindungsumgebung kommunizieren, um eine Steuerung verschiedener Aspekte der elektrischen und mechanischen Systeme des Hybridantriebs-Hebebühnenwagens 1 auszuführen, zu denen unter anderem das Luftfederungssystem mit automatischem Niveauausgleich, dessen mechanische Komponenten durch die MSVA 78 und Luftfedern 56 dargestellt sind und dessen Steuerungskomponenten durch das Niveauerfassungsmodul 45 und den Federungs-Controller 54 dargestellt sind, und die pneumatische Kupplung 52 für die PTO-Anwendung 22 gehören. Der elektrische PTO-Modus minimiert die Betriebszeit des Verbrennungsmotors 28, da die niedrigen und manchmal sporadischen Leistungsforderungen mancher PTO-Verbraucher 23 die Verwendung des Verbrennungsmotors 28 zur Unterstützung der PTO-Anwendung äußerst ineffizient machen. Der elektrische PTO-Betriebsmodus wird üblicherweise unterstützt, wenn das Fahrzeug steht (z. B. die Parkbremse eingelegt ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit fast null km/h ist, der aktuell im Getriebe eingelegte Gang Neutral ist). Eine fortgesetzte automatische Anpassung der Bodenfreiheit und des Niveaus des Fahrzeugs, während das Fahrzeug steht, würde den Ladungszustand (SOC) des Drucklufttanks 62 (der primäre und sekundäre Tanks darstellen kann) des Hybridantriebs-Hebebühnenwagens 1 erschöpfen. Dadurch könnte die Fähigkeit, ein Einrücken des pneumatisch betätigten, mechanischen PTO-Schalt-/Zuschaltmechanismus (der pneumatischen Kupplung 52) zu unterstützen, beeinträchtigt werden. Andere betriebstechnische Konfigurationen des Fahrzeugs können Umstände anzeigen, unter denen andere pneumatische Elemente während des ePTO-Modus ausgerückt werden können.
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Nach Aktivierung des ePTO-Betriebsmodus wird die MSVA 78 so betätigt, dass die Luft in den Luftfedern 56 des Luftfederungssystems abgelassen wird und der Strom von zusätzlicher Luft zu den Luftfedern unterbrochen wird, wodurch der Luftbedarf, der an die primären und/oder sekundären Lufttanks (an den Drucklufttank 62) angelegt wird, verringert wird. Das Luftfederungssystem würde dann seinen „normalen” Betriebsmodus erst wieder aufnehmen, wenn der ePTO-Betriebsmodus des hybrid angetriebenen Hebebühnenwagens 1 beendet wird, wonach das Luftfederungssystem seinen normalen, automatischen Modus wiederaufnimmt, um die Bodenfreiheit und das ausgeglichene Niveau des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten. Druckluftbedarf über demjenigen, der im Drucklufttank 62 gespeichert ist, kann dadurch befriedigt werden, dass man den Verbrennungsmotor 28 arbeiten lässt, damit er den Luftkompressor 60 antreibt.
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Ebenso kann die MSVA 78 selektiv betätigt werden, um den Betrieb der pneumatischen Einrichtung 90 während des elektronischen PTO-Modus zuzulassen oder zu begrenzen. Diese Entscheidung kann von der Art der PTO-Anwendung 23 und der Situation des Fahrzeugs abhängen. Beispielsweise beinhalten die meisten, jedoch nicht alle PTO-Anwendungen 23 das Anhalten eines Fahrzeugs. Bei einem Fahrzeug, das mit pneumatischen Scheibenwischern ausgestattet ist, besteht wahrscheinlich wenig Bedarf an einem Betrieb der Scheibenwischer während des PTO, und daher können diese deaktiviert werden. Ein zentrales Reifenaufpumpsystem kann wie ein Luftfederungssystem behandelt werden, außer dass der Luftdruck in den Reifen beim Eintritt in den ePTO-Modus nicht abgelassen wird. Eine pneumatische Werkzeugschaltung kann für einen Techniker während des ePTO nützlich sein und ihr Betrieb kann weiter zugelassen sein.
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Der Getriebe-Controller und der ESC 24 dienen beide als Portale und/oder Übersetzungsvorrichtungen zwischen verschiedenen Datenverbindungen 68, 18, 74 und 64. Datenverbindungen 68 und 74 können proprietär/geschlossen sein und mit wesentlich höheren Baudraten arbeiten als die offene Datenverbindung 18. Somit wird für eine Zwischenspeicherung von Nachrichten gesorgt, die zwischen Datenverbindungen weitergegeben werden. Demgemäß kann es nötig sein, eine Nachricht umzuformatieren, oder eine Nachricht auf einer Verbindung kann einen anderen Nachrichtentyp auf der zweiten Verbindung verlangen, z. B. kann eine Bewegungsanforderung über die Datenverbindung 74 vom ESC 24 für den Getriebe-Controller 42 in eine Forderung nach Einrücken des Getriebes übersetzt werden. Datenverbindungen 18, 68 und 74 sind üblicherweise Controller-Area-Netzbusse, die dem SAE J1939-Protokoll entsprechen.
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Die vorliegende Beschreibung eines Systems in Kombination mit einer Hebebühne 2 schließt andere Einrichtungen nicht aus, die beispielsweise folgendes beinhalten könnten: Stützfüße; Ausleger; absenkbare Ladeflächen; Kräne; Erdbohrer und dergleichen.
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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 [0018]
- SAE-J1708-gemäße [0018]
- SAE-J1939-gemäße [0018]
- SAE-J1708-gemäße [0018]
- SAE-J1939-gemäße [0018]
- SAE-J1939-gemäße [0018]
- SAE-J1939-Standard [0019]
- SAE J1939-Protokoll [0035]
