DE112019001944T5

DE112019001944T5 - Steuerstrategien für einzel- und mehrmodale elektrische sekundäre oder nachlaufende elektrische achsen

Info

Publication number: DE112019001944T5
Application number: DE112019001944.9T
Authority: DE
Inventors: Vivian Valerian D'Souza; Krishna Kumar
Original assignee: Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
Current assignee: Dana Heavy Vehicle Systems Group LLC
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2021-04-01
Also published as: US20210162855A1; US11173782B2; CN111971196B; WO2019200389A1; CN111971196A

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Achsanordnung umfasst das Bereitstellen einer Achsanordnung in einem ersten Status. Eine erste Steuerung ist in elektrischem Austausch mit der Achsanordnung bereitgestellt. Die erste Steuerung stellt fest, ob eine Quelle von Energie eine verfügbare Menge von elektrischer Energie aufweist, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist. Wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist, dann wird elektrische Energie von der Quelle von Energie auf einen Elektromotorgenerator übertragen, und eine Achstrennkupplung rückt ein, um die Achsanordnung in einen anderen Status zu bringen.

Description

VERWEIS AUF EINE ZUGEHÖRIGE ANMELDUNG
Gemäß 35 U.S. C. 119(e) beansprucht diese Anmeldung den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 62/657,010 , eingereicht am 13. April 2018, deren gesamte Offenbarung hiermit in vollem Umfang durch Bezugnahme in dieses Dokument aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Hybridfahrzeuge erfreuen sich zunehmender Popularität und Akzeptanz, was zu einem großen Teil auf die Kraftstoffkosten und die für Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen geltenden Vorschriften der Regierungen zu Treibhausgas- beziehungsweise Kohlenstoffemissionen zurückzuführen ist. Diese Hybridfahrzeuge umfassen sowohl eine Verbrennungskraftmaschine als auch einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs.
Nutzfahrzeuge oder Anhänger mit zwei oder mehr Hinterachsen gestatten solchen Fahrzeugen, im Vergleich zu Fahrzeugen und Anhängern mit einer einzelnen Achse, größere Lasten zu tragen. Eine typische Sechsradantriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Achse mit lenkbaren Rädern am vorderen Ende des Fahrzeugs und Tandemachsen am Heck des Fahrzeugs.
Traditionelle Tandemachs-Antriebsstränge umfassen 6x4-Antriebsstränge (d. h. 2 Räder an der Lenkachse und 4 Antriebsräder an Tandemachsen hinter der Lenkachse) oder 6x2-Antriebsstränge (d. h. 2 Räder an der Lenkachse und 4 Räder an den Tandemachsen hinter der Lenkachse, wobei sich an einer Antriebsachse nur zwei Räder befinden). Jede Achse der Tandemachsen kann eine Antriebsachse oder eine nicht angetriebene Achse sein. Wenn eine zusätzliche Achse (sekundäre Achse) eine nicht angetriebene Achse ist, kann sie vor (eine Vorlaufachse) oder nach (eine Nachlaufachse) einer Antriebsachse positioniert sein.
Es kann nützlich und vorteilhaft sein, über eine elektrische Nachlaufachse mit hohen Reduktionsfähigkeiten zu verfügen, die einen vorhandenen Elektromotor nutzt, der effizient und kompakt ist. Darüber hinaus kann es nutzbringend sein, über eine elektrisch angetriebene Achse zu verfügen, die hohe Drehmomentverhältnisse und Energieernte-/Energierekuperationsfähigkeiten bereitstellt.
Folglich besteht ein Bedarf an einer verbesserten Steuerung für ein hybridelektrisches Antriebsstrangsystem mit einer sekundären oder nachlaufenden elektrischen Achse, wie vorstehend beschrieben, um die Energieverteilung zwischen der Kraftmaschine und einem Elektromotorgenerator zu optimieren.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen eines Verfahrens zum Steuern einer Achsanordnung werden bereitgestellt.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bereitstellen einer Achsanordnung in einem ersten Status. Eine erste Steuerung ist in elektrischem Austausch mit der Achsanordnung bereitgestellt. Die Steuerung stellt fest, ob eine Quelle von Energie eine verfügbare Menge von elektrischer Energie aufweist, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist. Wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist, dann wird elektrische Energie von der Quelle von Energie auf einen Elektromotorgenerator übertragen, und eine Achstrennkupplung rückt ein, um die Achsanordnung in einen anderen Status zu bringen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Feststellen, ob ein Bremslichtschalter aktiviert wurde, ein Fahrgeschwindigkeitsregelmodus deaktiviert wurde oder eine Straßenneigung über einem vorbestimmten Straßenneigungsschwellenwert ist.
In einigen Ausführungsformen stellt der Elektromotorgenerator eine Motordrehzahl bereit, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einer Raddrehzahl eines Rades ist, und die erste Steuerung sendet ein Signal, die Achstrennkupplung einzurücken.
In einigen Ausführungsformen ist der andere Status ein zweiter Status und die Achsanordnung geht in einen dritten Status über. In einigen Ausführungsformen umfasst der dritte Status einen oder mehrere Substatus.
In einigen Ausführungsformen umfasst der eine oder mehrere Substatus einen 6x4-Hi-Substatus und einen 6x4-Low-Substatus. Vorzugsweise tritt die Achsanordnung von dem zweiten Status in den 6x4-Hi-Substatus ein, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist, oder in den 6x4-Low-Substatus, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist.
In einigen Ausführungsformen geht die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus in den 6x4-Low-Substatus über, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist.
In einigen Ausführungsformen geht die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus über einen anderen Substatus in den 6x4-Low-Substatus über. In anderen Ausführungsformen geht die Achsanordnung aus dem 6x4-Low-Substatus über einen anderen Substatus in den 6x4-Hi-Substatus über. Vorzugsweise ist der andere Substatus ein Übergangsschaltaktuator-Substatus. Vorzugsweise ist die Achstrennkupplung im Übergangsschaltaktuator-Substatus ausgerückt und der Elektromotorgenerator 142 bringt eine Achsgeschwindigkeit einer Achse auf eine gewünschte Geschwindigkeit, bevor die Achstrennkupplung 150 wieder eingerückt wird. Im Übergangsschaltaktuator-Substatus kann sich der Schaltaktuator in eine gewünschte Position bewegen.
In einigen Ausführungsformen tritt die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus oder dem 6x4-Low-Substatus in einen 6x4-Unterstützungs-Substatus ein. In einer Ausführungsform tritt die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus in den 6x4-Unterstützungs-Substatus ein, wenn Fahrgeschwindigkeitsregelung deaktiviert ist und die verfügbare Menge elektrischer Energie von der Quelle von Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist. In einer weiteren Ausführungsform tritt die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus in den 6x4-Unterstützungs-Substatus ein, wenn Fahrgeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und eine Straßenneigung oberhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist. In noch weiteren Ausführungsformen tritt die Achsanordnung aus dem 6x4-Low-Substatus in den 6x4-Unterstützungs-Substatus ein, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist.
In einigen Ausführungsformen tritt die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus oder dem 6x4-Low-Substatus in einen Erzeugungs-Substatus ein. Vorzugsweise umfasst der Erzeugungs-Substatus einen Substatus der Schubbetriebregenerierung, einen Substatus des regenerativen Bremsens, einen Bergab-Erzeugungs-Substatus und einen Batterieauffüll-Substatus.
Vorzugsweise, in einem zweiten Status, wird elektrische Energie von der Quelle von Energie an den Elektromotorgenerator übertragen und die Achstrennkupplung ist eingerückt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Signals, das bezeichnend ist für eine Raddrehzahl, und das Feststellen, ob eine korrigierte Motordrehzahl innerhalb einer vorbestimmten Schwelle der Raddrehzahl liegt.
In anderen Ausführungsformen sendet die erste Steuerung ein Signal, die Achstrennkupplung einzurücken.
In einigen Ausführungsformen empfängt die erste Steuerung ein Signal von einem Achstrennkupplungssensor, das bezeichnend dafür ist, dass die Achstrennkupplung eingerückt ist.
Vorzugsweise, in einem zweiten Status, stellt der Elektromotorgenerator eine Motordrehzahl bereit, und, in einem dritten Status, ist die Achstrennkupplung eingerückt und die Achsanordnung stellt eine Traktionskraft bereit.
Vorzugsweise ist der erste Status ein 6x2-Status, der zweite Status ist ein Synchronisationsstatus und der dritte Status ist ein 6x4-Status.
Vorzugsweise, im dritten Status, ist ein Getriebe in treibendem Eingriff mit einem Differenzialzahnradsatz.
In einigen Ausführungsformen geht die Achsanordnung von dem dritten Status in einen vierten Status über, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, eine Straßenneigung unterhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist und ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist.
In einigen Ausführungsformen geht die Achsanordnung aus dem vierten Status in den ersten Status über, nachdem die erste Steuerung ein Signal an das Getriebe sendet, einen Schaltaktuator in eine Neutralposition zu drängen.
In einigen Ausführungsformen geht die Achsanordnung von dem vierten Status in den ersten Status über, wenn die erste Steuerung ein Signal an die Achstrennkupplung sendet, auszurücken, die erste Steuerung ein Signal von einem Achstrennkupplungssensor empfängt, das bezeichnend dafür ist, dass die Achstrennkupplung ausgerückt ist, die erste Steuerung ein Signal empfängt, das bezeichnend dafür ist, dass der Schaltaktuator in der Neutralposition ist, und die erste Steuerung ein Signal an den Elektromotorgenerator sendet, zu deaktivieren. Vorzugsweise, im ersten Status, stellt die Achsanordnung keine Traktionskraft bereit.
In anderen Ausführungsformen bleibt die Achsanordnung im vierten Status, solange die Motordrehzahl über einer vorbestimmten Schwelle ist.
Figurenliste
Die vorstehenden und weitere Vorteile des Verfahrens werden einem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offenbar, wenn sie im Lichte der beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, in denen:

1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Tandemachsantriebsstrangs ist, wobei die Lenkachse aus Gründen der Übersichtlichkeit entfernt wurde;
2 eine schematische Ansicht ist, die Ausführungsformen für Veränderungen eines Status einer Achsanordnung zur Verwendung in dem Tandemachsantriebsstrang von 1 veranschaulicht;
3 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Steuerung ist, die genutzt wird, um den Status der Achsanordnung zu verändern; und
4 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Statusmaschine ist;
5 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Steuerungsprozesses ist;
6 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Energieverteilungsmoduls ist; und
7 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines Steuerungsprozesses ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es versteht sich, dass die Erfindung verschiedene alternative Ausrichtungen und Schrittfolgen annehmen kann, sofern nicht ausdrücklich Gegenteiliges angegeben ist. Es versteht sich auch, dass die konkreten Vorrichtungen und Prozesse, die in den anhängenden Zeichnungen veranschaulicht und in der folgenden Beschreibung beschrieben sind, einfach beispielhafte Ausführungsformen sind. Folglich sind konkrete Abmessungen, Richtungen, Ausrichtungen und andere physikalische Eigenschaften im Zusammenhang mit den offenbarten Ausführungsformen nicht als einschränkend zu betrachten, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Tandemachsanordnung für einen Fahrzeugantriebsstrang 100. In einigen Ausführungsformen umfasst der Fahrzeugantriebsstrang 100 eine erste Achse 110. Die erste Achse 110 kann eine Vorderachse in der Tandemachsanordnung sein. Der Fahrzeugantriebsstrang 100 umfasst eine Achsanordnung 130. Die Achsanordnung 130 kann eine Hinterachse in der Tandemachsanordnung sein. In einigen Ausführungsformen umfasst der Fahrzeugantriebsstrang 100 die erste Achse 110 als eine Vorderachse, und die Achsanordnung 130 stellt eine Hinterachse bereit. In diesen Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 als eine Nachlaufachse bezeichnet werden. In anderen Ausführungsformen (nicht abgebildet) kann die Achsanordnung jedoch als die Vorderachse genutzt werden. In diesen Ausführungsformen kann die Achsanordnung als eine Vorlaufachse bezeichnet werden.
Eine Energiequelle 112 kann bereitgestellt sein, um dem Fahrzeugantriebsstrang 100 Energie bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen ist die Energiequelle 112 eine Verbrennungskraftmaschine. Die Energiequelle 112 kommuniziert mit einer Kupplung 114. Energie von der Energiequelle 112 wird über die Kupplung 114 an ein Getriebe 116 übertragen. Konkret befindet sich eine Ausgangswelle (nicht abgebildet) von der Kupplung 114 in treibendem Eingriff mit einer Eingangswelle (nicht abgebildet) eines Getriebes 116. Es versteht sich, dass das Getriebe 116 entweder ein Automatikgetriebe oder ein manuelles Getriebe sein kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Getriebe 116 mehrere Untersetzungsgetriebedurchgänge und eine Automatikgetriebekupplung (Automatic Transmission Clutch, AMT) oder Kupplungen, um die gewünschten Übersetzungsverhältnisse für die Anwendung bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen kommuniziert das Getriebe 116 mit einem ersten Differenzialzahnradsatz 118, um Energie von der Energiequelle 112 auf die erste Achse 110 zu übertragen.
In einigen Ausführungsformen stellt der erste Differenzialzahnradsatz 118 ein Untersetzungsverhältnis bereit. Der erste Differenzialzahnradsatz 118 ist treibend mit der ersten Achse 110 verbunden. Vorzugsweise ist die erste Achse 110 eine primäre Antriebsachse für den Fahrzeugantriebsstrang 100. Die erste Achse 110 umfasst eine erste Welle 120 und eine zweite Welle 122. Der erste Differenzialzahnradsatz 118 stellt zwischen der ersten Welle 120 und der zweiten Welle 122 eine Differenzialaktion von Seite zu Seite bereit. Jede Welle 120, 122 befindet sich treibend im Eingriff mit einem Rad 124, das jeweils Traktion zum Antreiben eines Fahrzeugs (nicht gezeigt), in das der Fahrzeugantriebsstrang 100 integriert ist, bereitstellt.
Vorzugsweise ist die Achsanordnung 130 eine sekundäre Antriebsachse für den Fahrzeugantriebsstrang 100. Die Achsanordnung 130 umfasst einen Differenzialzahnradsatz 132. Der Differenzialzahnradsatz 132 stellt ein Untersetzungsverhältnis bereit. Der Differenzialzahnradsatz 132 ist treibend mit einer Achse 134 verbunden. Die Achse 134 umfasst eine erste Welle 136 und eine zweite Welle 138. Der erste Differenzialzahnradsatz 132 stellt zwischen der ersten Welle 136 und der zweiten Welle 138 eine Differenzialaktion von Seite zu Seite bereit. Jede Welle 136, 138 befindet sich im Eingriff mit einem Rad 140. In einigen Ausführungsformen befindet sich jede Welle 136, 138 treibend im Eingriff mit einem Rad 140. In anderen Ausführungsformen stellt jedes Rad 140 Traktion zum Antreiben des Fahrzeugs bereit.
Vorzugsweise umfasst die Achsanordnung 130 einen Elektromotorgenerator 142. In einigen Ausführungsformen umfasst der Elektromotorgenerator 142 einen Umrichter (nicht abgebildet). In einigen Ausführungsformen ist der Elektromotorgenerator 142 mit einer Quelle von Energie 144 verbunden. In bestimmten Ausführungsformen ist die Quelle von Energie 144 eine Batterie oder ein anderer Typ von Energiespeichervorrichtung. Unter bestimmten Bedingungen stellt die Quelle von Energie 144 elektrische Energie bereit, die dem Elektromotorgenerator 142 ermöglicht, die Achse 134 anzutreiben. Die Quelle von Energie 144 weist einen verfügbaren Betrag von elektrischer Energie auf, die von dem Elektromotorgenerator 142 genutzt werden kann, um die Achse 134 anzutreiben. Alternativ, unter anderen Bedingungen, kann der Elektromotorgenerator 142 genutzt werden, um Energie an die Quelle von Energie 144 zu übertragen.
In einigen Ausführungsformen ist der Elektromotorgenerator 142 mit einem Getriebe 146 verbunden. Das Getriebe 146 kann einen Schaltaktuator umfassen. Das Getriebe 146 kann einen Satz von mehreren Untersetzungsgetriebedurchgängen umfassen, um die gewünschten Verhältnisse für die Anwendung bereitzustellen.
Vorzugsweise umfasst die Achsanordnung 130 eine Achstrennkupplung 150. Vorzugsweise ist die Achstrennkupplung 150 als ein Abschnitt der Achse 134 bereitgestellt. Das Einrücken/Ausrücken der Achstrennkupplung 150 kann genutzt werden, um den Status der Achsanordnung 130 zu verändern, was dem Fahrzeugantriebsstrang 100 ermöglicht, verschiedene Betriebsmodi bereitzustellen. Beispielsweise wird das Einrücken der Achstrennkupplung 150 genutzt, um den Status der Achsanordnung 130 zu verändern und dem Fahrzeugantriebsstrang 100 zu ermöglichen, einen 6x4-Betriebsmodus bereitzustellen. In der Regel wird das Fahrzeug während eines Fahrzeugstarts und einer Fahrzeugbeschleunigung im 6x4-Betriebsmodus sein. Alternativ wird das Ausrücken der Achstrennkupplung 150 genutzt, um den Status der Achsanordnung 130 zu verändern, sodass der Fahrzeugantriebsstrang 100 einen 6x2-Betriebsmodus bereitstellen kann. Es sei angemerkt, dass, wenn der Fahrzeugantriebsstrang 100 im 6x4-Betriebsmodus arbeitet, sowohl die erste Achse 110 als auch die Achsanordnung 130 genutzt werden, um Traktionskraft für das Fahrzeug bereitzustellen. Alternativ, wenn der Fahrzeugantriebsstrang 100 im 6x2-Betriebsmodus arbeitet, ist die Achstrennkupplung 150 ausgerückt und nur die erste Achse 110 stellt eine Traktionskraft für das Fahrzeug bereit. Es versteht sich jedoch, dass der Fahrzeugantriebsstrang 100 dazu ausgelegt sein kann, die Achse 134 im 6x2-Betriebsmodus anzutreiben.
Es versteht sich, dass Fahrzeuge, welche die hierin offenbarten Ausführungsformen enthalten, in der Lage sind, eine Anzahl sonstiger zusätzlicher Antriebsstrangkomponenten zu umfassen, wie beispielsweise unter anderem einen Hochvoltbatteriepack mit einem Batteriemanagementsystem oder Superkondensator, ein Bordladegerät, Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, eine Vielzahl von Sensoren, Aktuatoren und Steuerungen, aber nicht darauf beschränkt. Auch der in 1 abgebildete Antriebsstrang 100 ist ein beispielhafter Antriebsstrang. Es versteht sich, dass die Achsanordnung 130 in verschiedenen Antriebsstranganordnungen enthalten sein kann, einschließlich Antriebssträngen mit einem Doppelbereichstrennsystem.
Der Fahrzeugantriebsstrang 100 ist dazu ausgelegt, einem Bediener eines Fahrzeugs oder eines Steuerungssystems des Fahrzeugs zu ermöglichen, von einem 6x4-Betriebsmodus in einen 6x2-Betriebsmodus oder umgekehrt umzuschalten, wenn aufgrund der Betriebsbedingungen erforderlich. Um Betriebsmodi wunschgemäß zu wechseln, kann der Bediener ein Schaltverfahren einleiten, oder ein Steuerungssystem kann genutzt werden. Das Einleiten des Schaltverfahrens oder Nutzen des Steuerungssystems beinhaltet das Bereitstellen eines Verfahrens zum Steuern der Achsanordnung 130, von dem hier Ausführungsformen beschrieben werden. Das Steuerungssystem und ein hierin beschriebenes Verfahren können genutzt werden, um die Energieverteilung zwischen der Energiequelle 112 und dem Elektromotorgenerator 142 für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und verbesserte Fahrzeugdynamikeigenschaften zu nutzen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Steuerungssystem eine Alphasteuerung 152 im Austausch mit dem Fahrzeugantriebsstrang 100. Es versteht sich, dass die Alphasteuerung 152 eine Vielzahl von Steuerungen enthalten oder im Austausch mit einer Vielzahl von Steuerungen sein kann, die miteinander im Austausch sind. Beispielsweise kann die Alphasteuerung 152 in einigen Ausführungsformen eine erste Steuerung 200 umfassen. Die Alphasteuerung 152 kann genutzt werden, um eine optimale Bedingung zum Verändern des Status der Achsanordnung 130 zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen kann die erste Steuerung 200 das Verfahren des Steuerns der Achsanordnung 130 implementieren. Nunmehr Bezug nehmend auf 2, die Ausführungsformen des Verfahrens abbildet, kann die Achsanordnung 130 in einem ersten Status 240 bereitgestellt sein. Wenn hierin verwendet, kann der Ausdruck „erster Status“ austauschbar mit dem Ausdruck „6×2-Status“ verwendet werden. Wenn die Achsanordnung 130 im 6x2-Status 240 ist, stellt die Achsanordnung 130 dem Fahrzeug keine Traktionskraft bereit. Wenn die Achsanordnung 130 im 6x2-Status 240 ist, kann der Fahrzeugantriebsstrang 100 in einem 6x2-Betriebsmodus sein.
Um die Achsanordnung 130 in einen anderen Status zu bewegen, empfängt die erste Steuerung 200 eine Vielzahl von Eingangssignalen, die von am Fahrzeug angebrachten Sensoren eingeholt wurden, und liefert eine Vielzahl von Ausgangssignalen an Aktuatoren und Steuerungen, die an dem Fahrzeug bereitgestellt sind. Beispielsweise kann die erste Steuerung 200 dazu ausgelegt sein, Signale von einem Fahrpedalpositionssensor 202, einem Bremspedalpositionssensor 204 und einer Anzahl anderer Sensoren 206, die in 3 veranschaulicht sind, zu empfangen. Andere Sensoren, von denen Signale zu empfangen die erste Steuerung 200 ausgelegt sein kann, umfassen beispielsweise unter anderem Eingangsdrehzahlsensoren, Temperatursensoren, Drehmomentsensoren und einen Schaltaktuatorpositionssensor.
In einigen Ausführungsformen empfängt die erste Steuerung 200 Eingangssignale von Fahrzeugsensoren, einschließlich unter anderem eines Ladezustandsschätzers, eines Motordrehzahlsensors, eines Generatordrehzahlsensors, eines Kraftmaschinendrehzahlsensors, eines Kraftmaschinendrehmomentsensors und einer Reihe von Temperatursensoren, aber nicht darauf beschränkt. Die erste Steuerung 200 führt eine Reihe von Berechnungen aus, mindestens teilweise basierend auf den Eingangssignalen, um dabei die Ausgangssignale zu generieren. Die Ausgangssignale werden beispielsweise von bestimmten Steuermodulen empfangen, die am Fahrzeug angebracht sind. Wie in 3 veranschaulicht, ist die erste Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen dazu ausgelegt, mit einem Motor/Generator-Umrichtersteuermodul 208, einem Zubehöraktuatormodul 210, einem Kupplungsaktuatormodul 212, einem Bremssteuermodul 214, einem Kraftmaschinensteuermodul 216, einem Hochspannungssteuermodul 218 eines Batteriemanagementsystems (BMS), einem Karosseriesteuermodul 220, einem Stromsteuermodul 222, einem Ladegerätmodul 224 zu kommunizieren, neben anderen Steuermodulen 226 und Aktuatoren 228, die an dem Fahrzeug angebracht sind. Es versteht sich, dass das Motor/Generator-Umrichtersteuermodul 208 optional mit einer Anzahl von Untermodulen ausgestattet ist, um für diese Komponenten Steuerfunktionen auszuführen.
Es versteht sich, dass die erste Steuerung 200 dazu ausgelegt ist, über eine CAN-Schnittstelle oder eine direkte elektrische Verbindung mit anderen Fahrzeugsteuerungen zu kommunizieren. Darüber hinaus, wie in 1 veranschaulicht, ist die erste Steuerung 200 in elektrischem Austausch mit der Achsanordnung 130. Beispielsweise kann die erste Steuerung 200 in elektrischem Austausch mit dem Elektromotorgenerator 142, dem Getriebe 146, dem Differenzialzahnradsatz 132 und/oder der Achstrennkupplung 150 sein.
Nochmals Bezug nehmend auf 2, kann die Achsanordnung 130 in anderen Status bereitgestellt sein. In einer Ausführungsform kann die Achsanordnung 130 in einem zweiten Status bereitgestellt sein. Wenn hierin verwendet, kann der Ausdruck „zweiter Status“ verwendet werden, um einen Synchronisationsstatus 242 zu beschreiben. Wenn die Achsanordnung 130 in einem zweiten Status ist, kann die Achsanordnung 130 dem Fahrzeug eine Traktionskraft bereitstellen oder nicht. Wenn die Achsanordnung 130 beispielsweise im Synchronisationsstatus 242 ist, stellt die Achsanordnung 130 dem Fahrzeug keine Traktionskraft bereit. Wenn die Achsanordnung jedoch, als ein anderes Beispiel, im 6x4-Status 244 ist, kann die Achsanordnung 130 dem Fahrzeug eine Traktionskraft bereitstellen.
Die Achsanordnung 130 kann unter bestimmten Bedingungen vom 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 übergehen. Beispielsweise kann die Achsanordnung 130 von 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 übergehen, wenn die verfügbare Menge von Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. Um festzustellen, ob die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, schätzt der Ladezustandsschätzer die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 basierend auf den physikalischen Eigenschaften der Quelle von Energie 144 und sendet an die erste Steuerung 200 ein Signal, das bezeichnend ist für die von der Quelle von Energie 144 verfügbare Menge elektrischer Energie. Die erste Steuerung 200 stellt dann fest, ob die Menge elektrischer Energie, die von der Quelle von Energie 144 verfügbar ist, innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist. In einigen Ausführungsformen liegt der vorbestimmte Bereich bei 25-85 % der Gesamtmenge elektrischer Energie, die die Quelle von Energie 144 speichern kann. Wenn zum Beispiel die Menge elektrischer Energie, die von der Quelle von Energie 144 verfügbar ist, 50 % der Gesamtmenge elektrischer Energie beträgt, die die Quelle von Energie 144 speichern kann, und der vorbestimmte Bereich wie oben beschrieben ist, dann kann die Achsanordnung 130 vom 6x2-Status 240 zum Synchronisationsstatus 242 übergehen. In anderen Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 vom 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 übergehen, wenn ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist. In einigen Ausführungsformen kann der vorbestimmte Zeitraum 150 Millisekunden oder mehr sein.
Vorzugsweise geht die Achsanordnung 130 vom 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 über, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist und der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist. Mehr bevorzugt geht die Achsanordnung 130 vom 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 über, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist und eine oder mehrere zusätzliche Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann es wünschenswert sein, dass ein Bremslichtschalter aktiviert wurde, die Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung deaktiviert wurde oder eine Straßenneigung oberhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist, um die Achsanordnung 130 vom 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 zu überführen. In einer Ausführungsform ist die vorbestimmte Straßenneigungsschwelle größer als 0,5 Grad. Die Straßenneigung kann unter Verwendung eines oder mehrerer an dem Fahrzeug angebrachter Sensoren ermittelt werden. Wenn die Achsanordnung 130 vom 6x2-Status 240 in den Synchronisationsstatus 242 übergeht, wird elektrische Energie von der Quelle von Energie 144 auf den Elektromotorgenerator 142 übertragen und die Achstrennkupplung 150 ist eingerückt.
Im Synchronisationsstatus 242 kann der Elektromotorgenerator 142 ein oder mehrere Signale von der ersten Steuerung 200 empfangen. In einer Ausführungsform kann der Elektromotorgenerator 142 ein erstes Signal von der ersten Steuerung 200 empfangen, um bei einem Drehmomentsollwert von 0 Newtonmetern (Nm) zu sein. Bei einem Drehmoment von 0 Nm zu sein, gestattet dem Schaltaktuator im Getriebe 146 und der Achstrennkupplung 150, ausgerückt zu werden. Sobald der Elektromotorgenerator bei einem Drehmoment von 0 Nm ist, kann die erste Steuerung 200 ein zweites Signal senden, das den Elektromotorgenerator 142 anweist, bei einer Motordrehzahl zu sein, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einer Raddrehzahl eines mit der Achse 134 im Eingriff befindlichen Rades 140 ist. Vor dem Senden des zweiten Signals an den Elektromotorgenerator 142 kann die erste Steuerung 200 ein Signal von einem Raddrehzahlsensor empfangen, das für eine Raddrehzahl eines Rades 140 bezeichnend ist. Die erste Steuerung 200 kann zusätzliche Signale senden, wenn die Achsanordnung 130 im Synchronisationsstatus 242 ist.
Beispielsweise kann die erste Steuerung 200 ein Signal an die Achstrennkupplung 150 senden, die Achstrennkupplung 150 einzurücken.
Sobald die Achsanordnung 130 im Synchronisationsstatus 242 ist, geht die Achsanordnung 130 in einen dritten Status über oder geht zurück in den 6x2-Status 240. Wenn hierin verwendet, kann der Ausdruck „dritter Status“ verwendet werden, um einen 6x4-Status 244 zu beschreiben. Wenn die Achsanordnung 130 einem 6x4-Status 244 ist, kann die Achsanordnung 130 dem Fahrzeug eine positive oder negative Traktionskraft bereitstellen. Die Achsanordnung 130 kann für einen vorbestimmten Zeitraum im Synchronisationsstatus 242 verbleiben. In einigen Ausführungsformen verbleibt die Achsanordnung 130 für einen vorbestimmten Zeitraum, der kleiner als 350 Millisekunden ist, im Synchronisationsstatus 242. Nachdem der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist und wenn die Achsanordnung 130 nicht in den 6x4-Status 244 eingetreten ist, geht die Achsanordnung 130 wieder zurück in den 6x2-Status 240. Während des vorbestimmten Zeitraums kann die Achsanordnung 130 jedoch in den 6x4-Status 244 übergehen.
Damit die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Status 244 übergeht, wird es bevorzugt, dass eine oder mehrere Bedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann, damit die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Status 244 übergeht, die erste Steuerung 200 feststellen, ob eine korrigierte Motordrehzahl innerhalb einer vorbestimmten Schwelle der Raddrehzahl ist. Wenn hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „korrigierte Motordrehzahl“ auf eine Motordrehzahl des Elektromotorgenerators 142, jedes Getriebeübersetzungsverhältnis ausgleichend. In einigen Ausführungsformen kann das Übersetzungsverhältnis eine Untersetzung sein. In einigen Ausführungsformen kann das Übersetzungsverhältnis ein Overdrive sein. In diesem Beispiel wird der ersten Steuerung 200 ein für eine Raddrehzahl eines Rades 140 bezeichnendes Signal von einem Raddrehzahlsensor bereitgestellt. Darüber hinaus kann die vorbestimmte Schwelle der Raddrehzahl gleich der Raddrehzahl ± 40 rpm sein. In diesem Beispiel kann der Elektromotorgenerator 142 als ein Synchronisierer genutzt werden, um die Drehzahldifferenz entlang der Achstrennkupplung 150 in einen akzeptablen Bereich der Raddrehzahl zu bringen. In einigen Ausführungsformen kann die erste Steuerung 200 dem Elektromotorgenerator 142 ein für eine Sollwertdrehzahl bezeichnendes Signal bereitstellen, und der Elektromotorgenerator 142 kann eine geregelte Motordrehzahl bereitstellen. Als ein anderes Beispiel kann die Achsanordnung 130 vom Synchronisationsstatus 242 nicht in den 6x4-Status 244 übergehen, bis die erste Steuerung 200 ein Signal von einem Achstrennkupplungssensor empfängt, das angibt, dass die Achstrennkupplung 150 eingerückt ist. In einigen Ausführungsformen ist es möglich, dass die Achsanordnung 130 vom Synchronisationsstatus 242 nicht in den 6x4-Status 244 übergeht, solange der Schaltaktuator nicht in einer nicht neutralen Position ist.
Wie vorstehend angemerkt, kann der Schaltaktuator als ein Abschnitt des Getriebes 146 bereitgestellt werden. Der Schaltaktuator kann eine Gabel oder einen anderen Mechanismus umfassen, um eine gewünschte Untersetzung auszuwählen. Der Schaltaktuator ermöglicht, dass das Getriebe 146 in treibendem Eingriff mit dem Differenzialzahnradsatz 132 ist. Wenn der Schaltaktuator in einer nicht neutralen Position ist, kann der Schaltaktuator in einer 6x4-Position sein. Mehr bevorzugt kann der Schaltaktuator in einer 6x4-Hi-Position oder einer 6x4-Low-Position sein. In einigen Ausführungsformen stellt das Getriebe 146, wenn der Schaltaktuator in der 6x4-Hi-Position ist, eine erste Zahnraddrehzahlreduzierung bereit, und wenn der Schaltaktuator in der 6x4-Low-Position ist, stellt das Getriebe 146 eine zweite Zahnraddrehzahlreduzierung bereit. Vorzugsweise ist die erste Zahnraddrehzahlreduzierung kleiner als die zweite Zahnraddrehzahlreduzierung. Vorzugsweise geht die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Status 244 über, wenn alle drei der vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt sind.
Im 6x4-Status 244 kann das Getriebe 146 in treibendem Eingriff mit dem Differenzialzahnradsatz 132 sein. Der 6x4-Status 244 kann einen oder mehrere Substatus umfassen, und die Achsanordnung 130 kann in jedem der Substatus arbeiten. Alternativ kann die Achsanordnung 130 vom 6x4-Status 244 in einen anderen Status übergehen. In einer Ausführungsform kann die Achsanordnung 130 beispielsweise in einen vierten Status 246 übergehen. Wenn hierin verwendet, kann der Ausdruck „vierter Status“ verwendet werden, um einen neutralen Status 246 des Aktuators zu beschreiben. In einigen Ausführungsformen geht die Achsanordnung 130 vom 6x4-Status 244 in den neutralen Status 246 des Aktuators über, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, eine Straßenneigung unterhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist und ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist. In einer Ausführungsform ist die vorbestimmte Straßenneigungsschwelle größer als 0,5 Grad. In anderen Ausführungsformen muss das Fahrzeug bei einer Geschwindigkeit fahren, die größer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, um von dem 6x4-Status 244 in den neutralen Status 246 des Aktuators überzugehen.
In anderen Ausführungsformen wird die Achsanordnung 130 im neutralen Status 246 des Aktuators bleiben, solange die Motordrehzahl über einer vorbestimmten Motordrehzahlschwelle ist. In einer Ausführungsform ist die vorbestimmte Motordrehzahlschwelle größer als 200 rpm. Dieses Merkmal hilft, den Elektromotorgenerator 142 und andere Komponenten der Achsanordnung 130 vor Schäden zu schützen, die durch ein bei hohen Motordrehzahlen auftretendes plötzliches Schalten verursacht werden würden.
Vom neutralen Status 246 des Aktuators kann die Achsanordnung 130 jedoch in den 6x2-Status 240 übergehen. In einer Ausführungsform kann die Achsanordnung 130 von dem neutralen Status 246 des Aktuators aus in den 6x2-Status 240 übergehen, nachdem die erste Steuerung 200 an den Schaltaktuator ein Signal sendet, das Getriebe 146 von treibendem Eingriff mit dem Differenzialzahnradsatz 132 zu trennen. Vorzugsweise kann die Achsanordnung 130 aus dem neutralen Status 246 des Aktuators in den 6x2-Status 240 übergehen, nachdem die erste Steuerung 142 ein Signal an das Getriebe 146 sendet, den Schaltaktuator in eine Neutralposition zu drängen. Sobald der Schaltaktuator in der Neutralposition ist, kann die erste Steuerung 200 ein Signal empfangen, das bezeichnend dafür ist, dass der Schaltaktuator in der Neutralposition ist.
Sobald die erste Steuerung 200 ein Signal empfängt, das angibt, dass der Schaltaktuator in der Neutralposition ist, kann die erste Steuerung 200 während des Übergangs vom neutralen Status 246 des Aktuators in den 6x2-Status 240 ein oder mehrere Signale senden oder empfangen. Beispielsweise kann die erste Steuerung 200 in einer Ausführungsform ein Signal an die Achstrennkupplung 150 senden, auszurücken. In dieser Ausführungsform kann die erste Steuerung 200 ein Signal von dem Achstrennkupplungssensor empfangen, das dafür bezeichnend ist, dass die Achstrennkupplung 150 ausgerückt ist. Wenn der Schaltaktuator in der Neutralposition ist und die Achstrennkupplung 150 ausgerückt ist, kann die Achsanordnung 130 bezeichnet werden als in einem „doppelt neutralen“ Status befindlich, was in 4 veranschaulicht ist. In einer anderen Ausführungsform kann die erste Steuerung 200 an den Elektromotorgenerator 142 ein Signal senden, während des Übergangs vom neutralen Status 246 des Aktuators in den 6x2-Status 240 zu deaktivieren. Insbesondere kann die erste Steuerung 200 in dieser Ausführungsform an den Elektromotorgenerator 142 ein Signal senden, bei einem Motordrehzahlsollwert von 0 rpm zu sein. Darüber hinaus kann die erste Steuerung 200 optional ein Signal empfangen, das angibt, dass der Elektromotorgenerator 142 während des Übergangs in den 6x2-Status 240 bei einer Motordrehzahl von 0 rpm ist. Es kann wünschenswert sein, die Drehzahl des Elektromotorgenerators 142 auf 0 rpm oder eine Nulldrehzahl zu regeln, um Verluste im Zusammenhang mit der Achse 134 zu reduzieren.
Wie vorstehend angemerkt, kann der 6x4-Status 244 einen oder mehrere Substatus umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der 6x4-Status 214 einen 6x4-Hi-Substatus 248, einen 6x4-Low-Substatus 250, einen 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 oder einen Erzeugungs-Substatus 254. In einer Ausführungsform kann die Achsanordnung 130 im 6x4-Hi-Substatus 248, 6x4-Low-Substatus 250, 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 oder im Erzeugungs-Substatus 254 arbeiten.
Im 6x4-Hi-Substatus 248 und im 6x4-Low-Substatus 250 stellt die Achsanordnung 130 eine Traktionskraft bereit. In einigen Ausführungsformen tritt die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Hi-Substatus 248 ein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist. In einigen Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 im 6x4-Hi-Substatus sein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als 5 Meilen pro Stunde (miles per hour, mph) ist. Wenn die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Hi-Substatus 248 eintritt, ist der Schaltaktuator in der 6x4-Hi-Position, sodass eine gewünschte Untersetzung bereitgestellt ist. In einer Ausführungsform kann die in der 6x4-Hi-Position bereitgestellte Untersetzung bei etwa 4:1 sein.
In einigen Ausführungsformen tritt die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Low-Substatus 250 ein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist. In einer Ausführungsform kann die Achsanordnung 130 im 6x4-Low-Substatus 250 sein, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als 5 mph ist. Wenn die Achsanordnung 130 aus dem Synchronisationsstatus 242 in den 6x4-Low-Substatus 250 eintritt, ist der Schaltaktuator in der 6x4-Low-Position, sodass eine gewünschte Untersetzung bereitgestellt ist. In einer Ausführungsform kann die in der 6x4-Low-Position bereitgestellte Untersetzung bei etwa 64:1 sein.
Wenn die Achsanordnung 130 im 6x4-Hi-Substatus 248 ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle sinkt, dann kann die Achsanordnung 130 in den 6x4-Low-Substatus 250 übergehen. Vor dem Eintritt in den 6x4-Low-Substatus 250 aus dem 6x4-Hi-Substatus 248 kann die Achsanordnung 130 in einen Übergangsschaltaktuator-Substatus 256 eintreten. Im Übergangsschaltaktuator-Substatus 256 und beim Übergang in den 6x4-Low-Substatus 250 ist die Achstrennkupplung 150 ausgerückt, der Elektromotorgenerator 142 fungiert als eine Synchronisiervorrichtung, die die Achsdrehzahl der Achse 134 auf eine gewünschte Drehzahl bringt, ehe die Achstrennkupplung 150 wieder eingerückt ist, und der Schaltaktuator sich in die 6x4-Low-Position bewegt. In Ausführungsformen, in denen der Elektromotorgenerator 142 als eine Synchronisiervorrichtung fungiert, um die Achsdrehzahl der Achse 134 auf eine gewünschte Drehzahl zu bringen, sendet die erste Steuerung 200 an den Elektromotorgenerator 142 ein Signal, das eine Motordrehzahl für den Elektromotorgenerator 142 angibt, die bereitzustellen ist.
Wenn die Achsanordnung 130 im 6x4-Low-Substatus 250 ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit über eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ansteigt, dann kann die Achsanordnung 130 auf ähnliche Weise in den 6x4-Hi-Substatus 248 übergehen. Vor dem Eintritt in den 6x4-Hi-Substatus 248 aus dem 6x4-Low-Substatus 250 kann die Achsanordnung 130 in den Übergangsschaltaktuator-Substatus 256 eintreten. Im Übergangsschaltaktuator-Substatus 256 und beim Übergang in den 6x4-Hi-Substatus 248 ist die Achstrennkupplung 150 ausgerückt, der Elektromotorgenerator 142 fungiert als eine Synchronisiervorrichtung, die die Achsdrehzahl der Achse 134 auf eine gewünschte Drehzahl bringt, ehe die Achstrennkupplung 150 wieder eingerückt ist, und der Schaltaktuator sich in die 6x4-Hi-Position bewegt. In bestimmten Ausführungsformen kann sich die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle für das Überführen der Achsanordnung 130 vom 6x4-Hi-Substatus 248 in den 6x4-Low-Substatus 250 von der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle für das Überführen der Achsanordnung 130 vom 6x4-Low-Substatus 250 in den 6x4-Hi-Substatus 248 unterscheiden. In einer solchen Ausführungsform geht die Achsanordnung 130 vom 6x4-Hi-Substatus 248 bei einer ersten vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle in den 6x4-Low-Substatus 250 über, und die Achsanordnung 130 geht bei einer zweiten vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle vom 6x4-Low-Substatus 250 in den 6x4-Hi-Substatus 248 über. In dieser Ausführungsform ist die erste vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle kleiner als die zweite vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle.
Vom 6x4-Hi-Substatus 248 oder dem 6x4-Low-Substatus 250 kann die Achsanordnung 130 in einen 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten. Im 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 kann der Elektromotorgenerator 142 auf eine Anforderung eines Fahrers nach mehr Energie reagieren. Wenn die Achsanordnung 130 im 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 ist, kann ein von der ersten Steuerung 200 ausgeführter Steueralgorithmus Befehle bereitstellen, um Energie zwischen der Energiequelle 112 und dem Elektromotorgenerator 142 basierend auf dem Status des Elektromotorgenerators 142 zu teilen.
Aus dem 6x4-Hi-Substatus 248 kann die Achsanordnung 130 in den 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten, wenn die Fahrgeschwindigkeitsregelung deaktiviert ist und die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. In bestimmten Ausführungsformen liegt der vorbestimmte Bereich bei 25-85 % der Gesamtmenge elektrischer Energie, die die Quelle von Energie 144 speichern kann. In anderen Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 aus dem 6x4-Hi-Substatus 248 in den 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten, wenn die Fahrgeschwindigkeitsregelung aktiviert ist. Wenn die Fahrgeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, kann die Achsanordnung 130 aus dem 6x4-Hi-Substatus 248 unter bestimmten Bedingungen in den 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten. In einigen Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 aus dem 6x4-Hi-Substatus 248 in den 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist und eine Straßenneigung oberhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist. In einer solchen Ausführungsform ist die vorbestimmte Straßenneigungsschwelle größer als 0,5 Grad.
Aus dem 6x4-Low-Substatus 250 kann die Achsanordnung 130 unter bestimmten Bedingungen in den 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten. In einer Ausführungsform kann die Achsanordnung 130 in den 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 eintreten, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist. In dieser Ausführungsform kann der vorbestimmte Bereich bei 25-85 % der Gesamtmenge elektrischer Energie sein, die die Quelle von Energie 144 speichern kann, und die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle kann 4 mph sein. Es sei auch angemerkt, dass die Achsanordnung 130 in einigen Ausführungsformen und unter bestimmten Bedingungen aus dem 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 in den 6x2-Status 240 eintreten wird. In einer Ausführungsform tritt die Achsanordnung 130 vom 6x4-Unterstützungs-Substatus 252 in den 6x2-Status 240 ein, wenn mechanische Radbremsen der Achse 134 im Gebrauch sind.
Vom 6x4-Hi-Substatus 248 oder dem 6x4-Low-Substatus 250 kann die Achsanordnung 130 in einen Erzeugungs-Substatus 254 eintreten. Im Erzeugungs-Substatus 254 wird ein Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie kann genutzt werden, um die von der Quelle von Energie 144 bereitgestellte verfügbare Menge elektrischer Energie zu erhöhen. Wie in 2 veranschaulicht, kann der Erzeugungs-Substatus 254 eine oder mehrere separate Substatus umfassen. In einer Ausführungsform umfasst der Erzeugungs-Substatus 254 einen oder mehrere aus einem Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung, einem Substatus 260 des regenerativen Bremsens, einem Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 und einem Batterieauffüll-Substatus 264. Vorzugsweise umfasst der Erzeugungs-Substatus 254 den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung, den Substatus 260 des regenerativen Bremsens, den Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 und einen Batterieauffüll-Substatus 264.
Der Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung kann genutzt werden, wenn es wünschenswert ist, das Fahrzeug zu verlangsamen. In diesem Substatus kann der Elektromotorgenerator 142 genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen und die erzeugte Energie zur Speicherung und späteren Nutzung an die Quelle von Energie 144 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen des Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung wird der Elektromotorgenerator 142 genutzt, um der Drehung der Achse 134 entgegenzuwirken, was dazu führt, dass das Fahrzeug eine gewünschte Geschwindigkeit hält und der Elektromotorgenerator 142 elektrische Energie erzeugt.
Vorzugsweise tritt die Achsanordnung 130 unter einer oder mehreren vorbestimmten Bedingungen in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein. Beispielsweise kann die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung eintreten, wenn das Fahrpedalstellungspedal in einer vorbestimmten Position ist. In einer Ausführungsform kann die vorbestimmte Position des Fahrpedalstellungspedals eine inaktive Position sein. In dieser Position tritt der Fahrer des Fahrzeugs das Fahrpedalstellungspedal nicht nieder, um das Fahrzeug zu beschleunigen, d. h., der Fahrer hat seinen Fuß vom Fahrpedalstellungspedal genommen. Um festzustellen, ob die Fahrpedalposition in der oben angegebenen vorbestimmten Position ist, kann der Fahrpedalpositionssensor 202 an die erste Steuerung 200 ein Signal senden. Das vom Fahrpedalpositionssensor 202 gesendete Signal ist bezeichnend für die Position des Fahrpedalstellungspedals. Wenn die erste Steuerung 200 feststellt, dass das Fahrpedalstellungspedal nicht in der vorbestimmten Position ist, dann tritt die Achsanordnung 130 vorzugsweise nicht in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein. Wenn die erste Steuerung 200 feststellt, dass das Fahrpedalstellungspedal in der vorbestimmten Position ist, dann kann die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung eintreten.
In anderen Ausführungsformen tritt die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein, wenn der Bremslichtschalter deaktiviert ist. Der Bremslichtschalter kommuniziert mit mechanischen Radbremsen der Achse 134. Wenn der Bremslichtschalter deaktiviert ist, nutzt der Fahrer des Fahrzeugs die mechanischen Radbremsen nicht, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Um den Status des Bremslichtschalters festzustellen, kann an die erste Steuerung 200 ein Signal gesendet werden. Das Signal ist bezeichnend für den Status des Bremslichtschalters. Wenn die erste Steuerung 200 feststellt, dass der Bremslichtschalter aktiviert ist, dann tritt die Achsanordnung 130 vorzugsweise nicht in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein. Wenn jedoch die erste Steuerung 200 feststellt, dass der Bremslichtschalter deaktiviert ist, dann kann die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung eintreten.
In anderen Ausführungsformen tritt die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist. Um festzustellen, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist, kann an die erste Steuerung 200 ein Signal gesendet werden. Das Signal ist bezeichnend für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Das Signal kann von einem Raddrehzahlsensor an die erste Steuerung 200 gesendet werden. Wenn die erste Steuerung 200 feststellt, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs geringer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist, dann tritt die Achsanordnung 130 nicht in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein. Wenn jedoch die erste Steuerung 200 feststellt, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist, dann kann die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung eintreten.
In einigen Ausführungsformen ist die Achsanordnung 130 im Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung, wenn ein Gang des Getriebes 146 kleiner als eine vorbestimmte Gangschwelle ist. Um festzustellen, ob der Gang des Getriebes 146 kleiner als eine vorbestimmte Gangschwelle ist, kann an die erste Steuerung 200 ein Signal gesendet werden. Das Signal ist bezeichnend für den aktuellen Gang des Getriebes 146. Das Signal kann vom Schaltaktuatorpositionssensor an die erste Steuerung 200 gesendet werden. Wenn die erste Steuerung 200 feststellt, dass der Gang größer als eine vorbestimmte Gangschwelle ist, dann tritt die Achsanordnung 130 nicht in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung ein. Wenn jedoch die erste Steuerung 200 feststellt, dass der Gang des Getriebes 146 kleiner als eine vorbestimmte Gangschwelle ist, dann kann die Achsanordnung 130 in den Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung eintreten.
Vorzugsweise ist die Achsanordnung 130 im Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung, wenn sich das Fahrpedalstellungspedal in einer vorbestimmten Position befindet, der Bremslichtschalter nicht aktiviert ist, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist und der Gang des Getriebes 146 kleiner als eine vorbestimmte Gangschwelle ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 im Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung verbleiben, solange die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt sind. In anderen Ausführungsformen kann die Achsanordnung 130 für einen vorbestimmten Zeitraum im Substatus 258 der Schubbetriebregenerierung verbleiben, solange die vorstehend genannten Bedingungen erfüllt sind.
Der Substatus 260 des regenerativen Bremsens kann genutzt werden, wenn es wünschenswert ist, das Fahrzeug zu verlangsamen. In diesem Substatus kann der Elektromotorgenerator 142 genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen und die erzeugte Energie zur Speicherung und späteren Nutzung an die Quelle von Energie 144 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen des Substatus 260 des regenerativen Bremsens wird der Elektromotorgenerator 142 als eine Bremsvorrichtung genutzt, die der Drehung der Achse 134 entgegenwirkt, was dazu führt, dass sich das Fahrzeug verlangsamt und der Elektromotorgenerator 142 elektrische Energie erzeugt. In bestimmten Ausführungsformen kann der Substatus 260 des regenerativen Bremsens eine Reihen- oder eine Parallel-Implementierung zwischen den mechanischen Radbremsen der Achse 134 und dem Elektromotorgenerator 142 sein, wobei für mechanischen Bremsverlust (Reibungsverlust, Wärmeverlust usw.) und elektrische Energieverluste während des Bremsens (Ohmsche Verluste) ein Verlustfaktor enthalten ist. Diese Ausführungsformen sind wünschenswert, wenn der Elektromotorgenerator 142 nicht ausreichend Bremsenergie zum Verlangsamen des Fahrzeugs bereitstellen kann und die mechanischen Radbremsen der Achse 134 zusätzliche Bremsenergie bereitstellen können, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren.
Vorzugsweise ist die Achsanordnung 130 unter einer oder mehreren vorbestimmten Bedingungen im Substatus 260 des regenerativen Bremsens. Beispielsweise kann die Achsanordnung 130 im Substatus 260 des regenerativen Bremsens sein, wenn der Bremslichtschalter aktiviert ist. Der Bremslichtschalter kommuniziert mit mechanischen Radbremsen der Achse 134. Wenn der Bremslichtschalter aktiviert ist, nutzt der Fahrer des Fahrzeugs die mechanischen Radbremsen, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Wenn es wünschenswert ist, das Fahrzeug zu verlangsamen, kann der Elektromotorgenerator 142 folglich als eine Bremsvorrichtung und zum Erzeugen von elektrischer Energie zur Speicherung und späteren Verwendung genutzt werden.
Um den Status des Bremslichtschalters festzustellen, kann an die erste Steuerung 200 ein Signal gesendet werden. Das Signal ist bezeichnend für den Status des Bremslichtschalters. Wenn die erste Steuerung 200 feststellt, dass der Bremslichtschalter aktiviert ist, dann kann die Achsanordnung 130 in den Substatus 260 des regenerativen Bremsens eintreten. Wenn die erste Steuerung 200 jedoch feststellt, dass der Bremslichtschalter deaktiviert ist, dann tritt die Achsanordnung 130 nicht in den Substatus 260 des regenerativen Bremsens ein.
Unter bestimmten Bedingungen kann es für die Achsanordnung 130 wünschenswert sein, in den Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 einzutreten. Beispielsweise kann es, wenn das Fahrzeug eine steile Neigung bergab fährt, wünschenswert sein, dass die Achsanordnung 130 in den Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 eintritt oder sich in diesem Substatus befindet. Die Achsanordnung 130 befindet sich vorzugsweise im Bergab-Erzeugungs-Substatus 262, wenn es wünschenswert ist, das Fahrzeug zu verlangsamen, um das Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit zu halten, wenn das Fahrzeug in einer Talfahrt ist.
Im Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 kann der Elektromotorgenerator 142 genutzt werden, um elektrische Energie zu erzeugen und die erzeugte Energie zur Speicherung und späteren Verwendung an die Quelle von Energie 144 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen des Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 wird der Elektromotorgenerator 142 als eine Bremsvorrichtung genutzt, die der Drehung der Achse 134 entgegenwirkt, was das Fahrzeug verlangsamt und den Elektromotorgenerator 142 veranlasst, elektrische Energie zu erzeugen.
In einer Ausführungsform kann der Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 eine Reihen- oder eine Parallel-Implementierung zwischen einer Kraftmaschinenbremse und dem Elektromotorgenerator 142 sein. Diese Ausführungsform ist wünschenswert, wenn der Elektromotorgenerator 142 nicht ausreichend Bremsenergieleistung bereitstellen kann, um das Fahrzeug zu verlangsamen, um das Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit zu halten. Unter diesen Umständen kann von einer Kraftmaschinenbremse zusätzliche Bremsleistung bereitgestellt werden. Es sein angemerkt, dass die Energiequelle 112 in diesen Ausführungsformen eine Verbrennungskraftmaschine ist. Um festzustellen, ob die Kraftmaschinenbremse benötigt wird, empfängt die erste Steuerung 200 ein Signal von einem Raddrehzahlsensor, das für die Fahrzeuggeschwindigkeit bezeichnend ist. Die erste Steuerung 200 stellt fest, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als eine gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit ist, wird die Kraftmaschinenbremse genutzt, um das Fahrzeug zu verlangsamen. In einer Ausführungsform kann die Kraftmaschinenbremse eingerückt werden, nachdem ein Kraftmaschinenbremsschalter aktiviert wurde. Nach der Aktivierung kann an die erste Steuerung 200 ein Signal gesendet werden, das angibt, dass der Kraftmaschinenbremsschalter aktiviert wurde. In einer anderen Ausführungsform ist die Verbrennungskraftmaschine über die Kupplung 114 betreibbar mit der ersten Achse 110 gekoppelt, um die Kraftmaschinenbremse einzurücken und das Fahrzeug zu verlangsamen. Kraftmaschinenbremsen und zugehörige Verfahren des Kraftmaschinenbremsens, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, sind zur Verwendung im Bergab-Erzeugungs-Substatus 262 geeignet.
Der Batterieauffüll-Substatus 264 kann genutzt werden, wenn gewünscht ist, elektrische Energie zur Speicherung und späteren Verwendung an die Quelle von Energie 144 zu übertragen. Es kann wünschenswert sein, den Batterieauffüll-Substatus 264 zu nutzen, wenn beispielsweise die Menge der von der Quelle von Energie 144 verfügbaren elektrischen Energie unter einer vorbestimmten Schwelle ist. Wenn beispielsweise die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie 144 unter 25 % der Gesamtmenge von elektrischer Energie ist, die die Quelle von Energie 144 speichern kann, kann es wünschenswert sein, in den Batterieauffüll-Substatus 264 einzutreten und/oder in diesem Substatus zu sein.
Im Batterieauffüll-Substatus 264 versorgt die Energiequelle 112 das Fahrzeug mit Energie und füllt die Quelle von Energie 144 auf, bis die Menge von elektrischer Energie, die von der Quelle von Energie 144 verfügbar ist, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist. In einer Ausführungsform liegt der vorbestimmte Bereich bei 25-35 % der Gesamtmenge elektrischer Energie, die die Energiequelle 144 speichern kann. In einigen Ausführungsformen kann die Menge elektrischer Energie, die von der Quelle von Energie 144 verfügbar ist, durch den SOC-Schätzer basierend auf den physikalischen Eigenschaften der Quelle von Energie 144 geschätzt werden.
Es kann wünschenswert sein, während Fahrten mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf Fernstraßen, z. B., wenn die Fahrgeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, in den Batterieauffüll-Substatus 264 einzutreten, und wenn ausreichend Energie verfügbar ist, die Fahreranforderung zu übertreffen, ohne über eine Kraftmaschinenreserveenergie hinauszugehen. Wenn die Energiequelle 112 das Fahrzeug bewegt, wirkt der Elektromotorgenerator 142 der Drehung der Achse 134 entgegen, was den Elektromotorgenerator 142 veranlasst, im Batterieauffüll-Substatus 264 die gewünschte elektrische Energie zu erzeugen. Folglich sollte angemerkt werden, dass die Energiequelle 112 im Batterieauffüll-Substatus 264 die Quelle von Energie 144 auffüllt, obwohl sie nicht in mechanischer Kommunikation mit dem Elektromotorgenerator 142 ist. Folglich füllt die Energiequelle 112 die Quelle von Energie 144 in einigen Ausführungsformen über die Straße auf.
In einigen Ausführungsformen umfasst die erste Steuerung 200 eine Statusmaschine 400. Eine Ausführungsform der Statusmaschine 400 ist in 4 veranschaulicht. Die Statusmaschine 400 umfasst einen 6x2-Status, einen 6x4-High-Substatus und einen 6x4-Low-Substatus. Die Statusmaschine 400 ist dazu ausgelegt, eine Anzahl von Signalen zu empfangen. Beispielsweise umfassen Eingangssignale optional unter anderem die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Batterieladestatus, den Modushysterese-Timer, Fehler und Diagnoseprüfungen, Limits des Elektromotors/Generators, BMS-Limits, die Fahreranforderung, Kraftmaschinen-IOL, Erwärmungs- und Emissionsziele, Kühlanforderungen, Zubehörlasten, das Übersetzungsverhältnis für die gewünschte Energieverteilung, Grenzen für Geräusche, Schwingungen und Rauigkeit (Noise, Vibration, Harshness, NVH). Es versteht sich, dass Eingangssignale zu der ersten Steuerung 200 Informationen von Sensoren und CAN-Informationen sind. In einer Ausführungsform ist die Statusmaschine 400 dazu ausgelegt, Eingangssignale von Sensoren, CAN-Informationen oder Schätzern zu empfangen. In bestimmten Ausführungsformen sind Schätzer Beobachter oder virtuelle Sensoren, implementiert in die erste Steuerung 200. In einer Ausführungsform sind Schätzer Beobachter oder virtuelle Sensoren, implementiert in die erste Steuerung 200. Während des Betriebs eines Fahrzeugs, das die erste Steuerung 200 umfasst, ist ein Einstellen der Energieverteilung, um die höchsten Gesamteffizienzen der Kraftmaschine und des Elektromotors/der Generatoren zu erhalten, wünschenswert. In bestimmten Ausführungsformen stellt die erste Steuerung 200 eine Energieverteilung zwischen der Kraftmaschine und dem Elektromotor/Generator bereit, mindestens teilweise basierend auf Fahreranforderung.
Nunmehr Bezug nehmend auf 5, ist die erste Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen dazu ausgelegt, einen Steuerungsprozess 1700 zu implementieren. Der Steuerungsprozess 1700 beginnt bei einem Startstatus 1701 und fährt zu einem Block 1702 fort, wo eine Anzahl von Betriebsbedingungssignalen empfangen werden. Der Steuerungsprozess 1700 fährt zu einem Block 1703 fort, wo mindestens teilweise basierend auf den im Block 1702 empfangenen Signalen eine optimale Energieverteilung zwischen dem mechanischen Energiepfad und dem elektrischen Energiepfad bestimmt wird.
In einigen Ausführungsformen führt Block 1703 optional eine äquivalente Verbrauchsminimierungsstrategie (Equivalent Consumption Minimization Strategy, ECMS) aus, die rechnerisch Lösungen für eine optimale Energieverteilung zwischen der Kraftmaschine und dem Elektromotor/den Generatoren bereitstellt, basierend mindestens teilweise auf der Kraftstoffverbrauchsrate der Kraftmaschine und der äquivalenten Energie, die für den Elektromotor/Generatoren gespeichert wurde. Weitere rechnerische Echtzeit-Optimierungstechniken sind optional in den Block 1703 implementiert, um eine augenblickliche Optimierung im Echtzeitbetrieb bereitzustellen. Der Steuerungsprozess 1700 fährt zu einem Block 1704 fort, wo eine Anzahl von Befehls- oder Ausgangssignalen an andere Module in der ersten Steuerung 200 gesendet werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst der Block 1703 ein optimales Energieverteilungsmodul 500, das in 6 veranschaulicht ist. In einigen Ausführungsformen ist das optimale Energieverteilungsmodul 500 dazu ausgelegt, eine Anzahl von Signalen von den Fahrzeugsensoren zu empfangen, beispielsweise dem Fahrpedalpositionssensor 202 und dem Bremspedalpositionssensor 204. Das optimale Energieverteilungsmodul 500 ist dazu ausgelegt, Softwareanweisungen auszuführen, um die von einem Bediener des Fahrzeugs angeforderte gewünschte Fahrzeugleistung zu bewerten. In einigen Ausführungsformen bestimmt das optimale Energieverteilungsmodul 500, wie viel Energie von der Energiequelle 112 bereitgestellt werden sollte und wie viel Energie von dem Elektromotorgenerator 142 bereitgestellt werden sollte, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder bei einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit betrieben wird. In anderen Ausführungsformen bestimmt das optimale Energieverteilungsmodul 500, wie viel Energie von dem Elektromotorgenerator 142 und den mechanischen Radbremsen der Achse 134 bereitgestellt werden sollte, wenn es wünschenswert ist, das Fahrzeug zu verlangsamen. In noch weiteren Ausführungsformen bestimmt das optimale Energieverteilungsmodul 500, wie viel Energie von der Kraftmaschinenbremse und dem Elektromotorgenerator 142 bereitgestellt werden sollte, wenn gewünscht wird, elektrische Energie zu erzeugen und die erzeugte Energie an die Quelle von Energie 144 zu übertragen.
Das optimale Energieverteilungsmodul 500 ist im Austausch mit dem Energiemanagementsteuermodul 501. Im Allgemeinen gilt für den Energiebedarf in einem P0+P4- oder P2+P4-System (Pdemand) = Peng +/- Pmot(1) +/-Pmot(2). In solchen Fällen implementiert die erste Steuerung 200 eine äquivalente Ladungsminimierungsstrategie (Equivalent Charge Minimization Strategy, ECMS) oder eine adaptive ECMS (A-ECMS), um die Energieverteilung für optimale allgemeine mechanische und elektrische Kosten zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Energiemanagementsteuermodul 501 ein Kraftmaschinen-IOL-Modul 502, ein Modul 503 für maximale Gesamteffizienz und ein Modul 504 für maximale Gesamtleistung. Das Energiemanagementsteuermodul 501 ist im Austausch mit einem Optimierungsmodul 505. Das Optimierungsmodul 505 ist dazu ausgelegt, eine Reihe von Untermodulen zu umfassen, die dazu ausgestaltet sind, Software-Algorithmen wie unter anderem Optimierer, Schätzer und Beobachter auszuführen, die in Echtzeit dynamische Schätzungen ausführen, um einen optimalen Antriebsstrangstatus zu berechnen, der dann als treibender Eingang in eine Antriebsstrangstatusmaschine agiert, beispielsweise die Statusmaschine 400, unter anderen nicht gezeigten.
In einigen Ausführungsformen bestimmt die erste Steuerung 200 eine Energieverteilung für eine bestimmte Fahrer-/Bedieneranforderung durch Betreiben der Kraftmaschine auf einer optimalen Betriebslinie (basierend auf einem BSFC-Optimum/einer Ideallinie des Betriebs (Ideal Line of Operation, IOL)) in einem optimalen Gang.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Optimierungsmodul 505 ein Ideal-Kraftmaschinenenergieanforderungssubmodul 506. Das Ideal-Kraftmaschinenenergieanforderungssubmodul 506 ist dazu ausgelegt, für die Kraftmaschine ideale Betriebsbedingungen zu bestimmen. Das Optimierungsmodul 505 umfasst ein Ideal-Motorenergieanforderungssubmodul 507. Das Ideal-Motorenergieanforderungssubmodul 507 ist dazu ausgestaltet, die idealen Betriebsbedingungen für den Motor oder Motoren, mit dem / denen das Fahrzeug ausgestattet ist, in einem optimalen Gang zu bestimmen. Das Optimierungsmodul 505 umfasst ein Ideal-Batterieanforderungssubmodul 508. Das Ideal-Batterieanforderungssubmodul 508 ist dazu ausgelegt, im Austausch mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) zu sein und stellt dem Energiemanagementsteuermodul 501 Rückmeldung für Energieverteilungssteuerung basierend auf kontinuierlichen Energieanforderungen und der Kühllast des Batteriesystems, mit dem das Fahrzeug ausgestattet ist, bereit. Das Optimierungsmodul 505 umfasst ein Ideal-Generatorenergieanforderungssubmodul 509, dazu ausgelegt, die für einen Ladungserhaltungsbetrieb erforderliche Generatorenergie zu schätzen. Das Ideal-Generatorenergieanforderungssubmodul 509 ist optional dazu ausgelegt, für den Generator ideale Betriebsbedingungen abzuschätzen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Optimierungsmodul 505 ein Optimalgangauswahlmodul 512.
Wenn der Elektromotorgenerator 142 für einen bestimmten Betrag von Zeitdauer volle Energie bereitstellt, kann die erste Steuerung 200 die Energieverteilung so einstellen, dass die Energiequelle 112 weniger Energie bereitstellt, wodurch der Kraftstoffbedarf insbesondere bei vorübergehenden Ereignissen sinkt, darunter bei starken Beschleunigungen und erhöhter Fahreranforderung aufgrund einer erhöhten Neigung, aber nicht darauf beschränkt.
Wenn der Elektromotorgenerator 142 einen Fehlerstatus erreicht, kann die erste Steuerung ein Signal senden, den Elektromotorgenerator 142 vom Antriebsstrang zu trennen, wobei dem Fahrzeugantriebsstrang 100 gestattet wird, als ein konventionelles Fahrzeug zu laufen.
In einigen Ausführungsformen wird die Achsanordnung 130 zusammen mit unterstützenden Hybridsystemen genutzt, einschließlich zusätzlichen Elektromotorgeneratoren und Zubehörsystemen. Die erste Steuerung 200 kann folglich eine Energieverteilung bereitstellen, die beide Elektromotorgenerator(en) 142, die Energiequelle 112 zusätzlich zu Verlusten, die aufgrund von Zusatzsystemen auftraten, und andere elektrische und mechanische Verluste berücksichtigt.
In einigen Ausführungsformen stellt die erste Steuerung 200 einen kraftstoffeffizienten Eco-Modus bereit, sodass Energie von der Energiequelle (Peng) die optimale Energieleitung der Energiequelle (Peiol) ist.
In einigen Ausführungsformen stellt die erste Steuerung 200 einen Leistungsmodus bereit, der kalibriert ist, um maximale Leistungscharakteristika bereitzustellen, darunter, nicht jedoch ausschließlich, Startleistung, 0-45 mph, 0-65 mph, 45-65 mph Leistung.
In einigen Ausführungsformen stellt die erste Steuerung 200 den Leistungsmodus so ein, dass er Reserveenergie für Neigungen umfasst, sodass im Fall einer langgezogenen Neigung die Elektromotorgeneratorenergie maximiert ist und die Reserveenergie der Energiequelle genutzt wird, um die Erhöhung der Neigung zu bewältigen.
In einigen Ausführungsformen wird das Ereignis einer langgezogenen Neigung von einem GPS-basierten System oder einer anderen Neigungserkennungssteuerlogik erkannt.
Während des Betriebs eines Fahrzeugs, das die erste Steuerung 200 umfasst, ist ein Einstellen der Energieverteilung, um die höchste Gesamteffizienz des Antriebsstrangs zu erreichen, wünschenswert.
Nunmehr Bezug nehmend auf 7, ist die erste Steuerung 200 in einigen Ausführungsformen dazu ausgelegt, einen Steuerungsprozess 1800 zu implementieren. Der Steuerungsprozess 1800 beginnt bei einem Startstatus 1801 und fährt zu einem Block 1802 fort, wo eine Anzahl von Betriebsbedingungssignalen empfangen werden. Der Steuerungsprozess 1800 fährt zu einem Block 1803 fort, wo aus dem Speicher eine Anzahl von gespeicherten optimierten Variablen für die Energieverteilung zwischen dem mechanischen Energiepfad und dem elektrischen Energiepfad abgerufen wird.
In einigen Ausführungsformen werden die gespeicherten optimierten Variablen zur Energieverteilung durch dynamische Programmiermethoden bestimmt. Dynamische Programmierung ist eine Steuerungsmethodik zum Bestimmen einer optimalen Lösung in einem Mehrvariablensystem.
In einigen Ausführungsformen wird sie in einer deterministischen oder einer stochastischen Umgebung verwendet, für ein diskretes Zeitsystem oder ein kontinuierliches Zeitsystem und über einen finiten Zeithorizont oder einen infiniten Zeithorizont. Steuerungsmethodiken dieses Typs werden häufig als Horizontoptimierung bezeichnet. Beispielsweise werden die gespeicherten optimierten Variablen durch Sammeln von Daten von einer Anzahl von Fahrzeugsignalen während des Betriebs des Fahrzeugs bestimmt.
In einigen Ausführungsformen werden Standardfahrzyklusbedingungen für bundesstaatliche Emissionstests genutzt, um das Fahrzeug zu betreiben.
Dynamische Programmierberechnungstechniken werden genutzt, um die gesammelten Daten zu analysieren und optimale Energieverteilungslösungen zu finden, um die gewünschte Systemeffizienz bereitzustellen. Die Lösungen werden in der Regel durch Rechnersimulation oder andere Mittel zum Bereitstellen eines umfassenden, regelbasierten Modells des Antriebsstrangsystems weiter analysiert. Das regelbasierte Modell wird zusammen mit anderen Lösungen, die aus dynamischen Programmiertechniken formuliert wurden, als optimierte Variablen gespeichert und im Block 1803 dem Steuerungsprozess 1800 zur Verfügung gestellt. Es versteht sich, dass eine Anzahl von Optimierungstechniken optional implementiert werden, um den Block 1803 mit gespeicherten optimierten Variablen auszufüllen. Beispielsweise sind unter anderem konvexe Optimierung, das Pontrjaginsche Minimalprinzip (PMP), stochastische dynamische Programmierung, und die energiegewichtete Effizienzanalyse (Power Weighted Efficiency Analysis, PEARS) Optionen.
In einigen Ausführungsformen fährt der Steuerungsprozess 1800 fort zu einem Block 1804, wo Algorithmen und Softwareanweisungen ausgeführt werden, um die Energieverteilung zwischen dem mechanischen Energiepfad und dem elektrischen Energiepfad, mindestens teilweise basierend auf den im Block 1802 empfangenen oder im Block 1803 aus dem Speicher abgerufenen Signalen, zu bestimmen. Der Steuerungsprozess 1800 fährt fort zu einem Block 1804 fort, wo Befehls- oder Ausgangssignale zu anderen Modulen im ersten Steuerungssystem 200 gesendet werden.
Wenn der Antriebsstrang in einem Unterstützungsmodus arbeitet, teilt die erste Steuerung 200 die Energie zwischen dem Elektromotorgenerator 142 und der Energiequelle 112, optimal basierend auf der Idealbetriebslinie (I-OPL). Der Unterstützungsmodus arbeitet sowohl in einem Vollenergie- als auch in einem Fortführungsenergiebereich.
In einigen Ausführungsformen kann ein energiebasiertes Pedal-Kennfeld genutzt werden, um die Energie zwischen der Energiequelle 112 und dem Elektromotorgenerator 142 aufzuteilen, sodass die Energiequelle 112 auf einer Optimallinie (Idealbetriebslinie) arbeitet, und die transiente Energie wird von dem Elektromotorgenerator 142 und die durchschnittliche Energie von der Energiequelle 112 aufgenommen.
In einigen Ausführungsformen sendet die erste Steuerung 200 eine gefilterte Antwort eines Anforderungsenergiesignals aus dem kombinierten Kraftmaschinen- und Motorbedarfsenergie-Kennfeld(ern) mit vorhandenem dynamischen Ratenbegrenzer und vorhandener Sättigung, um die minimale und maximale Energie und die Rate des Anstiegs des Kraftmaschinenenergiesignals zu begrenzen, um zu bestimmen, welche Energie die Energiequelle 112 dann zu produzieren hätte. Die restliche Energie Pmot=(Pdemand - Pengfl), wobei Pengfl die gefilterte und die ratenbegrenzte und gesättigte Energie ist, die von der Kraftmaschine zu liefern ist, ist von dem Elektromotorgenerator 142 bereitzustellen. Ein separater Ratenbegrenzer wird auf den Elektromotorgenerator 142 angewendet. Die erste Steuerung 200 vergleicht dann Motorleistung mit der Leistung, die der Elektromotorgenerator 142 in diesem Augenblick bereitstellen kann (auf der Grundlage der Spannung, des Leistungsminderungsstatus, des Fehlerstatus usw.). Wenn der Elektromotorgenerator 142 diese Energie liefern kann, stellt er die Energie bereit, falls nicht, wird die Bedarfsenergie durch die Energiequelle 112 gedeckt, sodass Pengflad = Pdemand - Pmotnew, wobei Pengflad der angepasste Kraftmaschinenenergiebedarf ist und Pmotnew der angepasste Motorenergiebedarf ist.
Der dynamische Ratenbegrenzer und dynamische Sättigung für sowohl den Elektromotorgenerator 142 als auch die Stromquelle 112 können in Echtzeit eingestellt werden, sodass ein optimales Schema basierend auf einer Kostenfunktion, die den mechanischen und elektrischen Verbrauch / die Kosten des gesamten Hybridantriebsstrangsystems und zusätzlicher Nebenbedingungen (wie NVH, Effizienz usw.) berücksichtigt.
In einigen Ausführungsformen werden zusätzliche Energieverlustfaktoren berücksichtigt, einschließlich der Energiequelle 112, des Fahrzeugantriebsstrangs 100 und der Verluste an elektrischen Komponenten sowie der Zubehörverluste.
Es sein angemerkt, dass diese Architektur erweitert werden kann, um einzigartige Drehmomentabschätzungsstrategien zu umfassen. In einigen Ausführungsformen schätzt die erste Steuerung 200 das Kraftmaschinendrehmoment durch Anwenden einer Filterungstechnologie (d. h. einer schnellen Fourier-Transformation) auf ein bekanntes Signal wie ein Winkelbeschleunigungssignal und bestimmt das Drehmoment auf die Vorderseite der Antriebsachse (vorn-hinten) für Fahrzeugdynamikschätzungen oder Diagnoseprüfungen. Das Achsanordnungsverhältnis ist eine Angabe des Drehmoments an der Nachlaufachse (Drehmoment am Heck). Die Summe aus vorn-hinten und hintenhinten ist ein Indikator des Gesamtdrehmoments an Rädern und gibt an, ob die Energieverteilungsalgorithmen zu der richtigen Drehmomentverteilung führen, d. h., diese Beobachter können als Rückmeldung für Prognose/Diagnose genutzt werden.
Wenn die Achsanordnung 130 in der Lage ist, ergänzende Energie zu produzieren, dann kann Schaltoptimierung genutzt werden, um den Betrieb des Fahrzeugantriebsstrangs 100 zu steuern. In einigen Ausführungsformen nutzt ein Fahrzeugsteuerungssystem ein Schaltoptimierungs-Kennfeld. Die Energiequelle 112 kann an einer IOL in Antriebssträngen mit einem Schaltgetriebe / Automatikgetriebe / automatisierten Schaltgetriebe mit diskreten Verhältnissen betrieben werden. Das Getriebeverhältnis wird eingestellt, um die Energiequelle 112 durch früheres Hochschalten in einem optimalen BSFC-Bereich oder so zu betreiben, dass die Kraftstoffzuführrate durch Herunterschalten im 6x4-Status verringert wird, basierend auf der vom Elektromotorgenerator 142 gelieferten Energie. Das Schalt-Kennfeld ist optimiert, basierend auf Nebenbedingungen wie Emissionen, dem Ziehen, der Neigung, der Kraftmaschinenbremse, einem Kickdown usw. (zusätzlich zu BSFC) durch Auferlegen modifizierter Regeln oder Anwenden dynamischer Offline- oder Online-Optimierungen.
Es sei angemerkt, dass diese Steuerungsstrategien in einem großen Maße anwendbar sind, wenn der Fahrzeugantriebsstrang keine Verbrennungskraftmaschine umfasst und ein batterieelektrischer (BEV) oder ein Brennstoffzellenantriebsstrang in einer BEV- oder FCEV-Konfiguration ist. Die Energieverteilung wird in diesem Fall keine Verbrennungskraftmaschine umfassen, und alle Energie wird von dem an die Achse gekoppelten Elektromotorgenerator geliefert.
In einigen Ausführungsformen ist eine Nebenantriebseinheit (Power Takeoff Unit, PTU) mit der Energiequelle verbunden, und der Elektromotorgenerator mit einer wahlweise eingreifbaren Kupplungseinheit. Wenn die AMT-Kupplung und die Achsanordnungskupplung beide ausgerückt sind, kann die resultierende Zusatzenergieeinheit (Auxiliary Power Unit, APU) in der Konfiguration eines Plugin-Hybridelektrofahrzeugs (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) oder eines BEV unter Verwendung der selektiv eingreifbaren Kupplungseinheit genutzt werden, um Energie zurück in das Netz zu liefern.
Während bestimmte Ausführungsformen hierin gezeigt und beschrieben wurden, ist dem Fachmann offensichtlich, dass solche Ausführungsformen nur beispielhaft angeführt werden. Zahlreiche Variationen, Veränderungen und Substitutionen werden dem Fachmann deutlich, ohne von den Ausführungsformen abzuweichen. Es versteht sich, dass beim Praktizieren der Erfindung verschiedene Alternativen zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

US 62/657010 [0001]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Achsanordnung, umfassend: Bereitstellen einer Achsanordnung in einem ersten Status; und Bereitstellen einer ersten Steuerung in elektrischer Kommunikation mit der Achsanordnung, wobei die erste Steuerung feststellt, ob eine Quelle von Energie eine verfügbare Menge von elektrischer Energie aufweist, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs ist, und ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist; wobei, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und der vorbestimmte Zeitraum verstrichen ist, dann elektrische Energie von der Quelle von Energie auf einen Elektromotorgenerator übertragen wird und eine Achstrennkupplung einrückt, um die Achsanordnung in einen anderen Status zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Feststellen, ob ein Bremslichtschalter aktiviert wurde, ein Fahrgeschwindigkeitsregelmodus deaktiviert wurde oder eine Straßenneigung über einem vorbestimmten Straßenneigungsschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Elektromotorgenerator eine Motordrehzahl bereitstellt, die innerhalb eines vorbestimmten Bereichs einer Raddrehzahl eines Rades ist, und die erste Steuerung ein Signal sendet, die Achstrennkupplung einzurücken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, in einem zweiten Status, elektrische Energie von der Energiequelle an den Elektromotorgenerator übertragen wird und die Achstrennkupplung eingerückt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bereitstellen eines Signals, das bezeichnend ist für eine Raddrehzahl, und das Feststellen, ob eine korrigierte Motordrehzahl innerhalb einer vorbestimmten Schwelle der Raddrehzahl liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Steuerung ein Signal sendet, die Achstrennkupplung einzurücken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Steuerung ein Signal von einem Achstrennkupplungssensor empfängt, das dafür bezeichnend ist, dass die Achstrennkupplung eingerückt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Achsanordnung in einem dritten Status eine Traktionskraft bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, in einem zweiten Status, der Elektromotorgenerator eine Motordrehzahl bereitstellt und, in einem dritten Status, die Achstrennkupplung eingerückt ist und die Achsanordnung eine Traktionskraft bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der andere Status ein zweiter Status ist und die Achsanordnung in einen dritten Status übergeht, wobei der dritte Status einen oder mehrere Substatus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei im dritten Status ein Getriebe in treibendem Eingriff mit einem Differenzialzahnradsatz ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste Status ein 6x2-Status ist, der zweite Status ein Synchronisationsstatus ist und der dritte Status ein 6x4-Status ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei der eine oder mehrere Substatus einen 6x4-Hi-Substatus und einen 6x4-Low-Substatus umfasst und die Achsanordnung von dem zweiten Status in den 6x4-Hi-Substatus eintritt, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit oberhalb einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist, oder in den 6x4-Low-Substatus, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Achsanordnung von dem dritten Status in einen vierten Status übergeht, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, eine Straßenneigung unterhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist und ein vorbestimmter Zeitraum verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus in den 6x4-Low-Substatus übergeht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus über einen anderen Substatus in den 6x4-Low-Substatus übergeht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus oder dem 6x4-Low-Substatus in einen 6x4-Unterstützungs-Substatus eintritt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus oder dem 6x4-Low-Substatus in einen Erzeugungs-Substatus eintritt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Achsanordnung aus dem vierten Status in den ersten Status eintritt, nachdem die erste Steuerung ein Signal an das Getriebe sendet, einen Schaltaktuator in eine Neutralposition zu drängen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Achsanordnung im vierten Status bleibt, solange die Motordrehzahl über einer vorbestimmten Schwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der andere Substatus ein Übergangsschaltaktuator-Substatus ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Achstrennkupplung im Übergangsschaltaktuator-Substatus ausgerückt ist und der Elektromotorgenerator 142 eine Achsgeschwindigkeit einer Achse auf eine gewünschte Geschwindigkeit bringt, bevor die Achstrennkupplung 150 wieder eingerückt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus in den 6x4-Unterstützungs-Substatus eintritt, wenn Fahrgeschwindigkeitsregelung deaktiviert ist und die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Hi-Substatus in den 6x4-Unterstützungs-Substatus eintritt, wenn Fahrgeschwindigkeitsregelung aktiviert ist, die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und eine Straßenneigung oberhalb einer vorbestimmten Straßenneigungsschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Achsanordnung aus dem 6x4-Low-Substatus in den 6x4-Unterstützungs-Substatus eintritt, wenn die verfügbare Menge von elektrischer Energie von der Quelle von Energie innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeitsschwelle ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Erzeugungs-Substatus einen Substatus der Schubbetriebregenerierung, einen Substatus des regenerativen Bremsens, einen Bergab-Erzeugungs-Substatus und einen Batterieauffüll-Substatus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Achsanordnung von dem vierten Status in den ersten Status übergeht, wenn die erste Steuerung ein Signal an die Achstrennkupplung sendet, auszurücken, die erste Steuerung ein Signal von einem Achstrennkupplungssensor empfängt, das bezeichnend dafür ist, dass die Achstrennkupplung ausgerückt ist, die erste Steuerung ein Signal empfängt, das bezeichnend dafür ist, dass der Schaltaktuator in der Neutralposition ist, und die erste Steuerung ein Signal an den Elektromotorgenerator sendet, zu deaktivieren.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Achsanordnung im ersten Status keine Traktionskraft bereitstellt.