DE202006021015U1

DE202006021015U1 - System zum Integrieren einer Karosserieausrüstung in einen Fahrzeug-Hybridantriebsstrang

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Publication number: DE202006021015U1
Application number: DE202006021015U
Authority: DE
Original assignee: International Truck Intellectual Property Co LLC
Current assignee: International Truck Intellectual Property Co LLC
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2011-12-29
Anticipated expiration: 2016-11-18
Also published as: EP1798128A1; EP1798128B1; DE602006020824D1; ATE502831T1; CA2568488A1; CA2568488C; US7281595B2; MXPA06013507A; US20070135257A1; CN1983090A; CN1983090B

Abstract

Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug, mit: einem Leistungsentnahmesystem; einer Wärmekraftmaschine; einem Antriebsmotor/Generator; einer Kupplung zum selektiven gegenseitigen Einrücken und Ausrücken des Antriebsmotor/Generators und der Wärmekraftmaschine; einem Getriebe, das mit dem Leistungsentnahmesystem gekoppelt ist, und mit dem Antriebsmotor/Generator für die bidirektionale Übertragung eines Drehmoments mechanisch gekoppelt ist, wobei das Getriebe eine Mehrzahl von Betriebsmodi aufweist, die einen neutralen Zustand und einen Drehmomentkopplungszustand enthalten; einer Batterie zum Zuführen von Leistung zu dem Antriebsmotor/Generator für den Betrieb als ein Motor und zum Empfangen von Leistung von dem Antriebsmotor/Generator, wenn dieser als Generator arbeitet; einem Wechselrichter, der zwischen der Batterie und dem Antriebsmotor/Generator zum Regulieren eines Leistungsflusses zwischen der Batterie und dem Antriebsmotor/Generator eingebunden ist; einem Steuerungssystem zum selektiven Einrücken und Ausrücken der Kupplung, zum Auswählen eines Betriebsmodus für das Getriebe und zum Zuführen von Energie zu dem Antriebsmotor/Generator von der Batterie in Reaktion auf Anforderungen nach einer Energiezuführung und...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft die Integration von Nebenabtriebs- bzw. Leistungsaufnahmegeräten in ein Kraftfahrzeug-Steuersystem, und genauer die Erweiterung des Funktionsumfangs, die Vereinfachung von Änderungen am System, die Verbesserung der Robustheit und die Optimierung des Kraftstoffverbrauchs für eine Plattform eines Diesel-Elektro-Hybridfahrzeugs.
2. Problembeschreibung:
Die Nutzung eines Hybridfahrzeug-Fahrgestellrahmens zum Tragen von Nebenabtriebs- bzw. Leistungsaufnahmeausrüstung (power takeoff, PTO), wie Hebebühnen (den sogenannten „Cherry Pickers”), Müllwägen, Flüssigkraftstoff-Lieferwägen und dergleichen, ist relativ neu. Die Integration der Steuerung einer PTO-Ausrüstung, insbesondere auf eine Art und Weise, mit der die Kraftstoffreserven des Fahrzeugs am besten genutzt werden, wurde bisher nur wenig beachtet. Würde man einfach eine Steuerung der PTO-Ausrüstung von herkömmlichen Fahrzeugen übernehmen, gäbe es keine Optimierung des Systembetriebs, und die Systeme würden sehr unflexibel bleiben.
Heutzutage sind viele Fahrzeuge mit Body- bzw. Karosserie-Computern, lokalen Controller und CANs (Controller Area Networks) ausgestattet, mit denen die meisten Aspekte einer Fahrzeugsteuerung implementiert werden. In Fahrzeugen, die von der International Truck and Engine Corporation gebaut und verkauft werden, erfüllt ein Controller des elektrischen Systems, der sogenannte „ESC” (Electrical System Controller), die Funktionen des Karosserie-Computers. Lokale Controller, die miteinander und mit dem ESC kommunizieren, um Daten und Anfragen zu verteilen, sind wesentlich für die Durchführung einer lokalen Programmierung, durch die eine Steuerung implementiert wird.
In einem herkömmlichen Fahrzeug ist üblicherweise nur die Maschine des Fahrzeugs in der Lage, die Leistungsanforderungen, die von einer PTO-Ausrüstung gestellt werden, zu erfüllen. Diese Maschine, in der Regel ein Dieselmotor, der in der Lage ist, einen Lastwagen mit Autobahngeschwindigkeit zu bewegen, ist dafür ausgelegt, eine viel größere Kraft bereitzustellen, als von der PTO-Ausrüstung benötigt wird, und wird daher nicht auf optimale Weise betrieben, wenn das Fahrzeug einen PTO-Betrieb unterstützt. Das Problem ist in der Umgebung einer Hebebühne noch verschärft, wo sich das Fahrzeug während eines PTO-Betriebs nicht bewegt, und der PTO-Betrieb an sich nur von Zeit zu Zeit erfolgt, wenn dies von einer Person, die die Ausrüstung bedient, gefordert wird. Wenn man die Maschine laufen lässt, wird viel Kraftstoff verschwendet, da die Maschine im Leerlauf arbeitet, während sie auf Eingaben von der Person, die die Ausrüstung bedient, wartet, und weil parasitäre Verluste auftreten. Bei manchen Hybridlösungen kann der Antriebsmotor, der zum Starten des Fahrzeugs aus dem Stand heraus verwendet wird, für eine Unterstützung des PTO zur Verfügung stehen. Elektromotoren erleiden viel weniger parasitäre Verluste als Wärmekraftmaschinen, und das Missverhältnis zwischen Leistungsaufnahme und Leistungsausgabe ist bei ihnen weniger groß. Jedoch ist es nicht einfach damit getan, den Antriebsmotor zur Unterstützung eines PTO-Betriebs zu verwenden. Jedes Betriebsschema muss den Batteriezustand berücksichtigen und in der Lage sein, einen PTO-Betrieb mit der Wärmekraftmaschine aufrechtzuerhalten, falls nötig.
Fahrzeuge des Standes der Technik, die für einen PTO-Betrieb ausgerüstet sind, weisen in der Regel eine Anordnung von Relais und eine umfangreiche Verkabelung auf, um die Ausrüstung zu unterstützen. Dadurch sind die Fahrzeuge nur schwer zu modifizieren und anfällig für einen Hardware-Ausfall. Was eine gemeinsame Steuerung der Systeme noch komplizierter macht, ist die Tatsache, dass wichtige Untersysteme solch eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, von verschiedenen Herstellern stammen. Beispielsweise liefert bei dem Hebebühnen-Hybridfahrzeug, das in der vorliegenden Erfindung betrachtet wird, Eaton Corp. den Antriebsmotor, das Getriebe, den Getriebe-Controller, den Hybrid-Controller, die Lithiumionenbatterie, den Schaltstufenauswahl-Controller und den Wechselrichter; international Truck and Engine liefert den Karosserie-Computer und die Maschine und integriert die Komponenten in einem Fahrzeug, die am Fahrgestellrahmen angebaute PTO-Ausrüstung kann von einer Reihe von Quellen kommen, obwohl die bevorzugte Quelle für eine Hebebühne Altec Industries ist, von wo elektromagnetisch gesteuerte hydraulische Ventile, Näherungsschalter, Kippschalter, Elektromotoren, Relais, Magnetspulen und Lampen erhältlich sind.
Das Eaton-Untersystem besteht aus modularen Unterkomponenten, die am International-Fahrgestellrahmen installiert werden. Solange sie nicht miteinander verkoppelt sind, haben diese Unterkomponenten, ebenso wie ein großer Teil des International-Fahrgestellrahmensystems, keine Ahnung davon, was mit der am Fahrgestellrahmen angebauten PTO-Ausrüstung passiert. Es ist jedoch absolut notwendig, dass diese Systeme Bescheid wissen, da es ihre Aufgabe ist, der am Fahrgestellrahmen angebauten PTO-Ausrüstung über das am Getriebe angebaute PTO und eine unterstützende Fahrgestellahmen-Elektroarchitektur zu geeigneten Zeiten und in geeigneten Intervallen hydraulisches und elektrisches Potential bereitzustellen, um eine präzise Funktion der Ausrüstung zu unterstützen. Daher müssen diese Systeme mit der am Fahrgestellrahmen angebauten PTO-Ausrüstung aus den gleichen Gründen wie eben genannt kommunizieren. Das Problem, das durch diese Kommunikationslücke entsteht, ist ein Zweifaches. Das erste Problem besteht darin, dass das die am Fahrgestellrahmen angebaute PTO-Ausrüstung keine Möglichkeit hat, mit den übrigen Controller in der Datenleitungsarchitektur zu kommunizieren. Das zweite Problem ist die Frage, welche Meldungen weitergegeben werden sollten, wenn die am Fahrgestellrahmen angebaute PTO-Ausrüstung über ein Kommunikationsmittel verfügen würde, und wie diese Meldungen formatiert werden sollten. Und weiter, welche Systeme am Fahrzeug-Datenbus der Datenleitung zuhören würden, wenn diese die anderen Steuermodule und ihre zugehörigen Komponenten betrifft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird ein Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug mit Leistungsaufnahmebetriebs-Zubehör geschaffen. Das Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug weist einen herkömmlichen öffentlichen Datenbus mit seinem Karosserie-Computer und mindestens zwei, aber vorzugsweise mindestens drei sekundäre Datenbusse auf. Einer der sekundären Datenbusse verbindet einen Getriebe-Controller mit einem Hybridsystem-Controller und einem Getriebestufenwahl-Controller und stellt eine Schnittstelle zum öffentlichen Datenbus bereit. Ein anderer sekundärer Datenbus verbindet ein generisches programmierbares Modul, das für die Steuerung von PTO-Zubehör verwendet wird, mit dem Karosserie-Computer, der seinerseits einen Zugang zum öffentlichen Datenbus bereitstellt. Ein weiterer sekundärer Datenbus verbindet ein Schalterpaket mit dem Karosserie-Computer, der wiederum einen Zugang zum öffentlichen Datenbus bereitstellt.
Die Steuerung des Leistungsaufnahmebetriebs-Zubehörs ist in eines oder mehrere Fernleistungsmodule (remote power modules, RPMs) integriert. Die RPMs sind Erweiterungen eines Karosserie-Computers/eines Controllers des elektrischen Systems (ESC) durch ein CAN (hier eine proprietäre bzw. fahrzeugeigene J1939 Datenleitungs-Schnittstelle). Der ESC führt dann eine Steuerung des Leistungsaufnahmebetriebs-Zubehörs und eine entsprechende Kommunikation durch. Auf diese Weise wird eine Integration mit den übrigen Controller über einen öffentlichen Teil der Datenleitungsarchitektur bewirkt.
Die Integration dieser verschiedenen Komponenten über eine Datenleitungsarchitektur einschließlich ihrer präzisen Funktionsweise wird durch Software erreicht, die vorzugsweise unter Verwendung des Software-Konfigurationswerkzeugs Diamond Logic^TM Builder (DLB) von International Truck and Engine implementiert wird. Die Integrations- und Steuerungsstrategie berücksichtigt das zugrunde liegende Hybridsystem, das Getriebe, die Automatikkupplung, die Maschine, das Antiblockiersystem (ABS) und die PTO-Zubehörfunktionalität, wodurch diese in einer symbiotischen Beziehung gemäß einer bestimmten Kombination von flexiblen und sich ständig verändernden Anforderungen zusammenarbeiten können. Der Anspruch betrifft im weitesten Sinne einen Versuch/eine Strategie zur Integrierung eines Hybridantriebssystems in eine an einem Fahrgestellrahmen angebaute TEM-Ausrüstung über ein Datenleitungssystem, das sich an einem Fahrgestellrahmen eines gewerblichen oder auf andere Weise benutzerspezifischen Lastwagens befindet, durch flexible Software statt einer spezifischen Kombination von Funktionsanforderungen.
Die Steuerungsanordnungen werden durch Programmieren abgeschlossen, wobei sie für ein bestimmtes Fahrzeug spezifisch sein und im Lauf der Zeit verändert werden können, das Fahrzeug gewinnt an Flexibilität und die Robustheit des Systems wird verbessert. Außerdem kann eine Energieversorgung des PTO-Zubehörs auf eine Weise erfolgen, die den Kraftstoffverbrauch minimiert. Der Antriebsmotor des Hybridfahrzeugs wird unter normalen Umständen dafür verwendet, Leistung für einen PTO-Betrieb zu liefern. In der Regel wird gespeicherte elektrische Leistung verwendet. Bei dieser elektrischen Leistung handelt es sich in der Regel um Leistung, die aus regenerativem Bremsen stammt. Jedoch kann es sich dabei auch um Leistung handeln, die immer dann gespeichert wird, wenn der Dieselmotor auf einem Niveau betrieben wird, wo seine Leistungsausgabe einen unmittelbaren Bedarf an Maschinenleistung übertrifft. Als Antwort auf die Anzeige eines niedrigen Ladungszustands der Batterie kann die Maschine betrieben werden, um den PTO-Betrieb zu unterstützen, aber wenn dies der Fall ist, wird sie bei ihrer optimalen Ausgangsleistung betrieben, wobei der erzeugte Leistungsüberschuss abgezweigt wird, um Elektrizität zum Speichern zu erzeugen. Somit wird die Maschine nur kurz und auf ihrem optimalen Leistungsniveau betrieben, wodurch die Wirkung von parasitären Verlusten minimiert wird.
Weitere Wirkungen, Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden schriftlichen Beschreibung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die neuartigen Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung betrachtet werden, sind in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt. Die Erfindung an sich, ebenso wie ihre bevorzugten Anwendungsformen, ihre weiteren Ziele und Vorteile, werden unter Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird, besser verständlich, wobei:
1 eine vereinfachte Darstellung einer an einem Lastwagen angebauten Hebebühnenanordnung für die Positionierung einer Person in verschiedenen erhöhten Positionen ist.
2 ein stark vereinfachtes Schema eines Fahrzeug-Steuersystems für ein Hybridfahrzeug ist, das mit einer PTO-Anwendung ausgestattet ist.
3A–3G Zustandsdiagramme des Fahrzugantriebsstrangs sind.
4 den Ort und die Eigenschaft von Übersetzungsroutinen zeigt, die von Controllern für eine Kommunikation zwischen Bus und Datenleitung verwendet werden.
5 ein stark vereinfachtes Schema ist, das die Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
6 ein stark vereinfachtes Schema ist, das die Funktionsweise einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird auf die Figuren und insbesondere auf 1 Bezug genommen, wo ein Beispiel für einen Lastwagen 1 mit einer mobilen Hebebühne dargestellt ist. Der Lastwagen 1 mit der mobilen Hebebühne weist eine Hebebühneneinheit 2 auf, die auf einer Ladefläche im hinteren Teil des Lastwagens angebaut ist. Die Hebebühneneinheit 2 weist einen unteren Ausleger 3 und einen oberen Ausleger 4 auf, die verschwenkbar miteinander verbunden sind. Der untere Ausleger 3 ist andererseits an einer Auflage 6 und einer drehbaren Auflagekonsole 7 angebaut, so dass er sich auf der Ladefläche drehen kann. Die drehbare Auflagekonsole 7 weist eine schwenkbare Halterung 8 für ein Ende des unteren Auslegers 3 auf. Ein Behälter bzw. Korb 5 ist am freien Ende des oberen Auslegers 4 befestigt und trägt Personen, während der Korb in einen Arbeitsbereich gehoben wird und der Korb im Arbeitsbereich gehalten wird. Der Korb 5 ist auf solche Weise verschwenkbar am freien Ende des Auslegers 4 angebracht, dass er immer eine horizontale Ausrichtung beibehält. Eine Hubeinheit 9 verbindet die Konsole 7 und den unteren Ausleger 3. Eine Gelenkverbindung 10 verbindet den unteren Auslegerzylinder 11 der Einheit 9 mit der Konsole 7. Eine Zylinderstange 12 geht vom Zylinder 11 aus und ist verschwenkbar über eine Drehachse 13 mit dem Ausleger 3 verbunden. Die Zylindereinheit 9 des unteren Auslegers ist mit einer Quelle für ein geeignetes verdichtetes Hydraulikfluid verbunden, das ein Anheben und Absenken der Anordnung ermöglicht. Wie nachstehend erörtert wird, ist die primäre Quelle für verdichtetes Hydraulikfluid vorzugsweise ein Automatikgetriebe.
Das äußere Ende des unteren Auslegers 3 ist mit dem unteren und verschwenkbaren Ende des oberen Auslegers 4 verbunden. Eine Drehachse 16 verbindet das äußere Ende des unteren Auslegers 3 mit dem Gelenkende des oberen Auslegers 4. Eine Kompensationszylindereinheit oder -anordnung 17 des oberen Auslegers verbindet den unteren Ausleger 3 und den oberen Ausleger 4, um den oberen Ausleger um eine Drehachse 16 zu drehen, um dadurch den oberen Ausleger in Bezug auf den unteren Ausleger 3 zu positionieren. Die Kompensationszylindereinheit 17 des oberen Auslegers ist so konstruiert, dass sie eine unabhängige Bewegung des oberen Auslegers 4 in Bezug auf den unteren Ausleger 3 erlaubt und für eine Kompensationsbewegung zwischen den Auslegern sorgt, um den oberen Ausleger mit dem unteren Ausleger anzuheben. Die Einheit 17 wird mit verdichtetem Hydraulikfluid von den gleichen Quellen wie die Einheit 9 versorgt.
In 2 ist ein stark vereinfachtes Schema eines Steuersystems 21 dargestellt, das für eine Steuerung des Fahrzeugs 1 und für ein Kraftstoffverbrauchs-Management sorgt. Ein Controller 24 für das elektrische System, eine Art Karosserie-Computer, ist über eine öffentliche Datenleitung 18 mit verschiedenen lokalen Controllern verbunden, die ihrerseits eine direkte Steuerung der meisten Funktionen des Fahrzeugs 1 implementieren. Der Controller 24 für das elektrische System (ESC) kann auch direkt mit ausgewählten Ein- und Ausgängen verbunden sein. Wie dargestellt, sind ein Zündschalter-Eingang, ein Bremspedalstellungs-Eingang und ein Feststellbremsen-Positionssensor angeschlossen, um Signale zum ESC 24 zu liefern. In einigen Ausführungsformen können auch ein Kraftstofffülstands-Sensoreingang und ein Drosselpositions-Eingang Signale zum ESC 24 liefern. Signale für eine PTO-Betriebssteuerung, die von einem Führerstand kommen, können unter Verwendung eines oder mehrerer Führerstand-Schalterpakete 56 implementiert werden. Das Führerstand-Schalterpaket 56 ist über eine fahrzeugeigene Datenleitung 64, die den SAE J1708-Standard erfüllt, mit dem ESC 24 verbunden. Die Datenleitung 64 ist eine Datenleitung mit niedriger Baud-Rate, in der Regel in der Größenordnung von 9,7 kBaud. Es sind vier lokale Haupt-Controller, die mit der öffentlichen Datenleitung 18 verbunden sind, zusätzlich zum ESC 24 dargestellt. Diese Controller sind der Maschinen-Controller 46, der Getriebe-Controller 42, ein Messgeräte-Controller 58 und ein Antiblockiersystem-(ABS-)Controller 50. Die Datenleitung 18 ist vorzugsweise der Bus für ein öffentliches CAN, das dem SAE J1939-Standard entspricht und das in der derzeitigen Praxis eine Datenübertragung von bis zu 250 kBaud unterstützt. Es ist klar, das auch andere Controller, die mit der Datenleitung 18 kommunizieren, im Fahrzeug 1 eingebaut sein können. Der ABS-Controller 50 steuert wie üblich die Anlegung von Bremsen 52 und empfangt Raddrehzahlsensor-Signale von Sensoren 54. Die Raddrehzahl wird über eine Datenleitung 18 mitgeteilt und vom Getriebe-Controller 42 überwacht.
Das Fahrzeug 1 ist vorzugsweise ein Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug, in dem ein Antriebsstrang 20 verwendet wird, in dem der Antriebsmotor/Generator 32 seriell mit einer Maschine 28 verbunden ist. Wie bei anderen Hybrid-Designs auch, soll das System das Trägheitsmoment des Fahrzeugs zurückgewinnen, um die Maschinenleistung zu ergänzen. Der Antriebsstrang 20 ist eine spezielle Variante eines Hybriddesigns, das Vorteile bei Nutzfahrzeugen bietet. Es ist ferner beabsichtigt, dass der Betrieb der Maschine 28 den PTO-Betrieb sowohl direkt als auch mittels der Erzeugung von Speicherstrom unterstützt. Auf diese Weise wird die Maschine 28 auf ihrem optimalen Leistungsausgabeniveau betrieben, wenn sie für die direkte Unterstützung eines PTO-Betriebs genutzt wird (und möglicherweise auch sonst immer, wenn die Maschine auf andere Weise zum Laufen aufgefordert wird). Ein Antriebsmotor/Generator 32 wird verwendet, um während einer Entschleunigung unter Verwendung der Antriebsräder 26 eine kinetische Energie des Fahrzeugs zurückzugewinnen, um den Antriebsmotor/Generator 32 anzutreiben. Die Maschine 28 kann verwendet werden, um Leistung für eine Elektrizitätserzeugung, für sowohl eine Elektrizitätserzeugung als auch für einen Betrieb des PTO-System 22, für die Bereitstellung einer Antriebskraft für die Antriebsräder 26 oder für sowohl die Bereitstellung einer Antriebskraft als auch den Betrieb eines Generators, damit dieser Elektrizität erzeugt, zu liefern. Wenn das PTO-System 22 eine Hubbühneneinheit 2 ist, ist es unwahrscheinlich, dass diese in Betrieb ist, wenn das Fahrzeug fährt, und die vorliegende Beschreibung geht auch davon aus, dass das Fahrzeug in der Tat angehalten werden muss, aber es kann andere PTO-Anwendungen geben, wo dies durchaus der Fall sein könnte. Unter solchen Umständen ist es denkbar, dass mit ausreichender Maschinenleistung eine Stromerzeugung, eine Antriebsleistungserzeugung und ein PTO-Betrieb gleichzeitig stattfinden können.
Der Antriebsstrang 20 sorgt für die Wiedergewinnung elektrischer Energie als Antwort darauf, dass der Antriebsmotor/Generator 32 durch die kinetische Kraft des Fahrzeugs rückwärts angetrieben wird. Diese Übergänge zwischen positiven und negativen Beiträgen des Antriebsmotors werden von einem Hybrid-Controller 48 erfasst und gesteuert. Der Antriebsmotor/Generator 32 erzeugt während eines Bremsens Elektrizität, die über einen Wechselrichter 36 in die Speicherbatterie 34 eingegeben wird. Der Hybrid-Controller 48 betrachtet den Verkehr auf der Datenleitung des ABS-Controllers 50, um zu bestimmen, ob ein regeneratives kinetisches Bremsen eine Radschlupfbedingung verstärken oder verbessern würde, wenn ein regeneratives Bremsen initiiert werden würde. Der Getriebe-Controller 42 erfasst diesen Verkehr auf der Datenleitung 18 und übersetzt ihn in Steuersignale, die über die Datenleitung 68 in den Hybrid-Controller 48 eingegeben werden. Der Antriebsmotor/Generator 32 erzeugt während des Bremsens Elektrizität, die über einen Hybridwechselrichter 36 in eine Lithiumionen-Speicherbatterie 34 eingegeben wird, Ein Teil der elektrischen Leistung kann vom Hybridwechselrichter abgezweigt werden, um die Ladung einer herkömmlichen 12 Volt Gleichstrom-Fahrgestellrahmenbatterie 60 über einen Gleichstrom-Wechselrichter 62 aufrechtzuerhalten.
Die Batterie 34 ist eine Lithiumionenbatterie und ist vorzugsweise das einzige Stromspeichersystem im Fahrzeug 1. Lithiumionenbatterien werden in 42 Volt Gleichstromsystemen verwendet. In Fahrzeugen, die bei Verfassung dieser Schrift dem Stand der Technik entsprachen, war die Verwendung von 12 Volt-Anwendungen noch allgemein üblich, und das Fahrzeug 1 kann mit einem parallelen 12 Volt-System ausgestattet sein, um diese Systeme zu unterstützen. Dieses möglicherweise vorhandene parallele System ist nicht gezeigt, um die Darstellung einfach zu halten. 12 Volt Gleichstrom-Kraftfahrzeugleistungssysteme auf Basis eines maschinenbetriebenen Wechselstromerzeugers und 12 Volt Bleisäurebatterien mit 6 Zellen sind schon seit Jahrzehnten im Gebrauch und sind dem Fachmann bekannt. Die Einbeziehung eines solchen parallelen Systems würde die Verwendung von leicht verfügbaren und preiswerten Komponenten, die für die Verwendung in Kraftfahrzeugen ausgelegt sind, wie Glühlampen zur Beleuchtung, ermöglichen. Ansonsten werden die Gewichtszunahme und die zusätzliche Komplexität, die mit 12 Volt-Komponenten einhergehen, als ungünstig betrachtet.
Der Antriebsmotor/Generator 32 kann genutzt werden, um das Fahrzeug 1 durch Ziehen von Leistung aus der Batterie 34 über den Wechselrichter 36, der eine dreiphasige Effektivleistung von 340 Volt liefert, fortzubewegen. Die Batterie 34 wird manchmal auch als Antriebsbatterie bezeichnet, um sie von einer sekundären 12 Volt Bleisäurebatterie 60 zu unterscheiden, die verwendet wird, um verschiedenen Fahrzeugsystemen Leistung zuzuführen. Schwere Fahrzeuge profitieren in der Regel wesentlich weniger von einer hybriden Fortbewegungskraft als herkömmliche Fahrzeuge. Gespeicherte elektrische Leistung wird daher vorzugsweise für ein PTO-System 22 verwendet. Außerdem wird der Antriebsmotor/Generator 32 zum Starten der Maschine 28 verwendet, wenn die Zündung die Startstellung einnimmt. Unter manchen Umständen wird die Maschine 28 verwendet, um den Antriebsmotor/Generator 32 anzutreiben, wenn das Getriebe 38 eine neutrale Stellung einnimmt, um Elektrizität zum Aufladen der Batterie 34 zu erzeugen, und/oder mit dem PTO-System 22 verbunden bzw. in Eingriff gebracht, um Elektrizität für die Aufladung der Batterie 34 zu erzeugen und das PTO-Systems 22 zu betreiben. Dies würde als Antwort auf eine intensive Nutzung des PTO-Systems 22 passieren, durch die die Ladung der Batterie 34 erschöpft wird. In der Regel weist die Maschine 28 eine wesentlich höhere Ausgangsleistung auf als für den Betrieb des PTO-Systems 22 erforderlich. Infolgedessen wäre ihre ständige direkte Verwendung für einen Antrieb des PTO-Systems 22 wegen parasitärer Verluste, die in der Maschine bewirkt werden, sehr ineffizient. Ein höherer Wirkungsgrad wird dadurch erreicht, dass die Maschine 22 nahe ihrer Nennleistung betrieben wird, um die Batterie 34 aufzuladen, und die Maschine dann abgestellt wird und die Batterie 34 verwendet wird, um Elektrizität zum Antriebsmotor/Generator 32 zu liefern, um das PTO-System 22 zu betreiben. Eine Hubeinheit 2 wird von einem Arbeiter häufig nur sporadisch verwendet, um einen Korb 5 neu zu positionieren, und somit wird ein Leerlauf der Maschine 22, der unnötig Kraftstoff verbraucht, vermieden. Die Maschine 22 läuft in regelmäßigen Abständen nur dann, wenn dies vom Ladungszustand der Batterie 34 verlangt wird, mit einer effizienten Drehzahl, um die Batterie aufzuladen. Der Ladungszustand der Batterie 34 wird vom Hybrid-Controller 48 bestimmt, der diese Information über die Datenleitung 68 an den Getriebe-Controller 42 weitergibt. Der Getriebe-Controller 42 kann seinerseits durch eine Meldung an den ESC 24 diesen auffordern, die Maschine 28 einzuschalten, wobei der ESC 24 seinerseits Leistungsanforderungssignale (und Start- und Stoppsignale) an den Maschinen-Controller 46 sendet. Die Verfügbarkeit der Maschine 28 kann von bestimmten einprogrammierten (oder festverdrahteten) Sperren abhängen, beispielsweise von der Position einer Motorhaube.
Der Antriebsstrang 20 weist eine Maschine 28 auf, die mit einer Automatikkupplung 30, die eine Trennung der Maschine 28 vorn Rest des Antriebsstrangs ermöglicht, wenn die Maschine nicht für eine Antriebsleistung oder zum Aufladen der Batterie 34 benötigt wird, in Reihe verbunden ist. Die Automatikkupplung ist direkt mit dem Antriebsmotor/Generator 32 verbunden, der seinerseits mit einem Getriebe 38 verbunden ist. Das Getriebe 38 seinerseits wird verwendet, um Leistung vom Antriebsmotor/Generator 32 entweder an das PTO-System 22 oder an die Antriebsräder 26 anzulegen. Das Getriebe 38 ist bidirektional und kann verwendet werden, um Energie von den Antriebsrädern 26 zurück zum Antriebsmotor/Generator 32 zu übertragen. Der Antriebsmotor/Generator 32 kann (entweder allein oder zusammen mit der Maschine 28) verwendet werden, um Antriebsenergie für das Getriebe 38 bereitzustellen. Wenn er als Generator verwendet wird, liefert der Antriebsmotor/Generator Elektrizität zum Wechselrichter 36, der Gleichstrom zum Wiederaufladen der Batterie 34 liefert.
Ein Steuersystem 21 implementiert ein Zusammenwirken der Steuerelemente, um die eben beschriebenen Funktionen zu bewirken. Der ESC 24 empfängt Eingaben in Bezug auf die Drosselstellung, die Bremspedalstellung und den Zündungszustand sowie PTO-Eingaben von einem Nutzer und gibt diese an den Getriebe-Controller 42 weiter, der sie seinerseits an den Hybrid-Controller 48 weitergibt. Der Hybrid-Controller 48 bestimmt auf Basis der verfügbaren Batterieladung Leistungsforderungen. Der Hybrid-Controller 48 erzeugt mit dem ESC 24 die geeigneten Signale zur Eingabe in eine Datenleitung 18, um den Maschinen-Controller 46 anzuweisen, dass er die Maschine 28 ein- und ausschalten soll, und mit welcher Ausgangsleistung er die Maschine im Fall eines Einschaltens betreiben soll. Der Getriebe-Controller 42 steuert die Einrückung der Automatikkupplung 30. Der Getriebe-Controller 42 steuert ferner die Stellung bzw. den Zustand des Getriebes 38 als Antwort auf eine Bestimmung durch einen Getriebedrucktasten-Controller 72, der den Gang bestimmt, der in einem Getriebe eingelegt ist, oder ob das Getriebe ein Antriebsmoment an die Antriebsräder 26 oder an eine Hydraulikpumpe, die Teil des PTO-Systems 22 ist, ausgeben soll (oder einfach verdichtetes Hydraulikfluid an das PTO-System 22 ausgeben soll, wenn das Getriebe 38 als Hydraulikpumpe dient), oder ob das Getriebe die Neutralstellung einnehmen soll.
Die PTO-Steuerung wird durch eines oder mehrere Fernleistungsmodule (RPMs) implementiert. Fernleistungsmodule sind über eine Datenleitung verbundene erweiterte Eingabe-/Ausgabemodule, die dem ESC zugeordnet sind, der darauf programmiert ist, sie zu nutzen. RPMs 40 fungieren als PTO-Controller und stellen Verkabelungsausgänge 70 und Verkabelungseingänge 66, die von der PTO-Vorrichtung 22 benötigt werden, und in die Hubeinheit 2 und aus ihr bereit. Bewegungsforderungen von der Hubeinheit 2 und Positionsmeldungen werden in die fahrzeugeigene Datenleitung 74 eingegeben, um an die ESC 24 gesendet zu werden, die sie in spezifische Anforderungen für die anderen Controller, z. B. in eine PTO-Leistungsforderung, übersetzt. Das ESC 24 ist auch so programmiert, dass er Steuerventilzustände über RPMs 40 in der PTO-Vorrichtung 22 steuert. Fernleistungsmodule sind umfassender 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. Als das Patent '402 geschrieben wurde, hießen die „Fernleistungsmodule” (Remote Power Modules) „Fernschnittstellenmodule” (Remote Interface Modules”).
Sowohl der Getriebe-Controller 24 als auch der ESC 24 dienen als Portale und/oder Übersetzungsvorrichtungen zwischen den verschiedenen Datenleitungen. Die fahrzeugeigenen Datenleitungen 68 und 74 arbeiten bei erheblich höheren Baud-Raten als die öffentliche Datenleitung 18, und somit ist für eine Nachricht, die von einer Leitung zur anderen weitergegeben wird, eine Pufferung vorgesehen. Außerdem kann es nötig sein, eine Meldung umzuformatieren, oder eine Meldung über eine Leitung kann einen anderen Meldungstyp auf der zweiten Leitung verlangen, z. B. kann eine Bewegungsforderung vom ESC 24 über die Datenleitung 74 in eine Forderung nach Einrücken des Getriebes für den Getriebe-Controller 42 übersetzt werden müssen. Die Datenleitungen 18, 68 und 74 sind jeweils CANs und entsprechen dem SAE J1939-Protokoll. Die Datenleitung 64 entspricht dem SAE J1708-Protokoll.
4 zeigt, dass sowohl der ESC 24 als auch der Getriebe-Controller 42 Meldungsübersetzungstabellen 234, 242, Interpretationslogik 124, 142 und Meldungspufferung 324, 342 für eine Kommunikation bereitstellen, die über eine von den Datenleitungen stattfindet und die eine Antwort von einem Controller verlangt, der nur mit einer anderen von den Datenleitungen verbunden ist. Der Getriebe-Controller 42 und der ESC 24 sorgen somit für eine Zusammenarbeit zwischen vier Datenbussen. Die Datenleitung 68 ist Teil eines Hybridgetriebe-Controllersystems, das von Eaton Corporation hergestellt wird, und ist nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung. Im Grunde können der ESC 24 und der Getriebe-Controller 42 als Schnittstellen dienen, die Meldungen von einem Kanal zu einem anderen weitergeben, oder die, abhängig von der Meldung, Operationen auf Basis der Meldung ausführen und Antwortmeldungen an irgendwelche oder an alle Datenleitungen, mit denen der betreffende Controller verbunden ist, ausgeben können.
3A–G sind eine Reihe von Zustandsdiagrammen, die möglichen Kombinationen aus Maschine, Kupplung, Motor/Generator, Batterie und Getriebe darstellen, mit denen die Erfindung implementiert wird. Wie bereits gesagt profitieren schwere Fahrzeuge weniger von der Nutzung einer gespeicherten regenerativen Leistung aus Bremsvorgängen als dies bei leichten Pkws der Fall ist. Wenn solche Fahrzeuge jedoch als mobile Plattformen verwendet werden, um Ausrüstung, die an Einsatzorten verwendet werden soll, bereitzustellen und mit Leistung zu versorgen, wird die regenerative Leistung wegen des Missverhältnisses zwischen der Maschine des Fahrzeugs und der Anwendung mit Vorteil auf die Leistungsversorgung der PTO-Geräte verwendet. Die jeweilige Programmierung an einem bestimmen Fahrzeug kann für dieses Fahrzeug jeweils einzigartig bzw. spezifisch sein.
3A zeigt einen direkten hybridelektrischen Modus des Fahrzeugs 1, wo die Batterie 34 die einzige Leistungsquelle für das PTO-System 22 ist. Die Maschine 28 ist im AUS-Modus 100. Die Automatikkupplung 30 ist ausgerückt 102, so dass kein Drehmoment zwischen dem Antriebsmotor/Generator 32 und der Maschine 28 übertragen wird. Stattdessen zieht der Antriebsmotor/Generator 32 Leistung aus der Batterie 34 (Entladungsmodus 108) und dient als Elektromotor 104, der ein Motordrehmoment ausgibt wie vom Getriebe 38 verlangt. Das Getriebe 38 ist eingerückt 106, um ein Antriebsmoment an entweder die Antriebsräder 26 oder an ein PTO-System 22 anzulegen.
3B zeigt einen Maschinen/Batteriebetriebsmodus des Fahrzeugs 1, wo sowohl die Batterie 34 als auch die Maschine 28 Leistung liefern, um, was wahrscheinlicher ist, ein Antriebsdrehmoment zur Verwendung durch das PTO-System 22 oder zum Vorwärtsbewegen des Fahrzeugs 1 zu erzeugen. Die Maschine 28 läuft 120, wobei sie ein Maschinendrehmoment an die Automatikkupplung 30 anlegt, die ihrerseits eingerückt ist 122. Die Automatikkupplung 30 liefert ein Drehmoment an den Antriebsmotor/Generator 32, der als Elektromotor 124 fungiert, wobei Leistung aus der Batterie 34 gezogen und das Drehmoment, das von der Maschine erzeugt wird, ergänzt wird. Das kombinierte Drehmoment vom Motor 124 und von der laufenden Maschine 120 wird an ein Getriebe angelegt, das eingerückt ist 126 und das seinerseits ein Antriebsdrehmoment an die Antriebsräder 26 liefert. Dieser Betriebsmodus ist unter Bedingungen einer starken Beschleunigung oder unter anderen Umständen zu erwarten, wo das Fahrzeug 1 unter Bedingungen betrieben wird, die ein hohes Drehmoment für den Betrieb verlangen. Die Gesamt-Ausgangsleistung würde in der Regel jede mögliche Forderung vom PTO-System 22 bei weitem übertreffen.
3C zeigt einen Maschinen/Batteriebetriebsmodus des Fahrzeugs 1, wo die Maschine 28 Leistung liefert, um sowohl ein Antriebsdrehmoment zur Verwendung durch das PTO-System 22 oder zum Fortbewegen des Fahrzeugs zu erzeugen als auch elektrische Leistung zum Wiederaufladen 148 der Batterie 34 zu erzeugen. Die Maschine 28 läuft 140, wobei sie ein Maschinendrehmoment an eine Automatikkupplung 30 liefert, die ihrerseits eingerückt ist 142. Die Automatikkupplung 30 liefert ein Drehmoment zum Antriebsmotor/Generator 32, der als Generator fungiert 144, um einen Aufladestrom zur Batterie 34 zu liefern (Batterieauflademodus 148). Das kombinierte Drehmoment der laufenden Maschine 140 minus der Last, die vom Generator 144 angelegt wird, wird an ein eingerücktes Getriebe 146 angelegt, das seinerseits ein Antriebsdrehmoment an die Antriebsräder 26 oder an das PTO-System 22 anlegt. Dieser Betriebsmodus ist zu erwarten, wenn ein niedriger Ladungszustand der Batterie 34 angezeigt worden ist und die Kraftstoffreserven des Fahrzeugs ausreichen, um einen fortgesetzten PTO-Betrieb zu ermöglichen. Die Kraftstoffreserven könnten so niedrig sein, dass sie eine Unterbrechung des Wiederaufladens auslösen und einen PTO-Betrieb, abgesehen von einer Verstauung des PTO-Systems, hemmen.
3D zeigt einen Maschinen/Batteriebetriebsmodus des Fahrzeugs 1, wo die Maschine 28 als Maschinenbremse 160 dient und das Trägheitsmoment des Fahrzeugs ein Antriebsdrehmoment liefert, das verwendet wird, um elektrische Leistung mm Speichern in einer Batterie 34 zu liefern. Eine Maschinenbremsung 160 kann als Antwort auf eine Anzeige, dass die Batterie 34 fast voll geladen ist, verwendet werden, oder weil eine Bremsanforderung, die von der vom ESC 24 erfassten Bremsenposition angezeigt wird, anzeigt, dass eine Bremsforderung die Leistungsaufnahmekapazität der Batterie 34 überschreitet. Ein Trägheitsmoment wird an ein eingerücktes Getriebe 166 angelegt, das ein regeneratives Drehmoment an den Antriebsmotor/Generator 32 anlegt, der im Generatormodus arbeitet 164. Elektrische Leistung wird im Auflademodus 168 zur Batterie 34 zurückgeschickt 168. Ein Restmoment wird über eine eingerückte Kupplung 162 an die Maschine 28 weitergegeben, die als Maschinenbremse 160 fungiert.
3E zeigt einen rein regenerativen Bremsmodus des Fahrzeugs 1, wenn das Trägheitsmoment des Fahrzeugs ein Antriebsmoment, das verwendet wird, um elektrische Leistung zur Speicherung in der Batterie 34 zu regenerieren, liefert. Die Maschine 28 ist ausgeschaltet 180 und die Automatikkupplung 30 ist ausgerückt 182. Als Antwort auf die Erfassung eines Niedertretens eines Bremspedals oder auf eine Anzeige von einem Drehzahl-Steuersystem, dass eine Drehzahl zu hoch ist, wird ein Trägheitsmoment an ein eingerücktes Getriebe 186 angelegt, das ein regeneratives Drehmoment an den Antriebsmotor/Generator 32 anlegt, der im Generatormodus arbeitet 184. Elektrische Leistung wird in einem Auflademodus 188 zur Batterie 34 zurückgeliefert. Es wäre theoretisch möglich, Energie aus dem PTO-System 22 zurückzugewinnen, beispielsweise unter Umständen, wo Energie von einer angehobenen Hubeinheit 2 zurückgewonnen wird. Jedoch wird die Energiemenge, die bei einer Hubeinheit 2 für eine Rückgewinnung zur Verfügung steht, als zu gering betrachtet, um die damit verbundene Erhöhung der Komplexität der Steuerung rechtfertigen zu können. Eine Steuerung müsste sowohl die Rückgewinnung der potentiellen Energie, die von der angehobenen Hubeinheit dargestellt wird, als auch die Abzweigung von Energie, die nötig ist, um die Hubeinheit 2 für ein Verstauen oder Neupositionieren zu steuern, bewältigen können.
3F zeigt einen Maschinenstartmodus. Dieser könnte beim Starten des Fahrzeugs 1 oder als Antwort auf eine Anzeige eines niedrigen Batterieladungszustands während eines PTO-Betriebs auftreten. Die Maschine 28 wird angedreht 200, wobei die Automatikkupplung 30 ausgerückt ist 202, um ein Andrehmoment vom Motor an die Maschine auszugeben 204. Das Getriebe 38 nimmt die Neutralstellung ein 206, wodurch die Lieferung von Leistung zum PTO-System 22 vorübergehend unterbrochen ist, falls das PTO-System eingerückt bzw. angeschlossen ist. Wenn das PTO-System angeschlossen ist, können angemessene Verzögerungen oder Sicherheitsstufen einprogrammiert sein, um eine ungünstige Unterbrechung des Betriebs des PTO-Systems zu verhindern, bevor die Maschine angedreht wird 200. In der Regel wird eine Warnung an die Person ausgegeben, die das System bedient, und falls nötig können Sperren angelegt werden, um eine unerwünschte Bewegung einer Hubbühne oder eine unerwartete Unterbrechung des PTO-Betriebs zu verhindern. Die jeweiligen Bedingungen hängen von der spezifischen Anwendung ab, aber in der Regel sind es die gleichen Sperren, wie sie in vorliegenden Anwendungen verwendet werden.
3G zeigt ein Wiederaufladen der Batterie 228, wie es normalerweise während einer Unterbrechung eines PTO-Betriebs und im Anschluss an ein Andrehen der Maschine stattfinden würde. Dieser Betriebszustand ist eine Alternative zu dem Modus, der im Zusammenhang mit 3C beschrieben wurde, und behält eine Unterbrechung des PTO-Betriebs bei, während die Batterie aufgeladen wird, vorzugsweise während die Maschine mit ihrer effizientesten Last läuft 220. Ein Drehmoment wird von einer laufenden Maschine 220 auf eine eingerückte Automatikkupplung 222 und über die Kupplung auf den Antriebsmotor/Generator 32, der als Generator arbeitet 224, übertragen. Elektrische Leistung wird zum Aufladen der Batterie verwendet 228. Von einem Getriebe, das die Neutralstellung 226 einnimmt, wird kein Antriebsdrehmoment erzeugt.
5 und 6 bieten einen stark schematischen Überblick über das Steuersystem 20 für ein mit einer Hebebühne ausgestattetes Fahrzeug 1, das als Beispiel für die Anwendung der Erfindung auf eine spezifische Umgebung angegeben wird. Obwohl die Steuerung in Form eines Flussdiagramms dargestellt ist, weiß der Fachmann, dass die Betriebsschritte auf mehrere Controller verteilt sind, und dass die Flussdiagramme nicht notwendigerweise direkt ein einzelnes Programm darstellen, das auf einer einzigen Vorrichtung ausgeführt wird, sondern dass statt dessen Betriebsschritte durch Zusammenwirken der mehreren logischen Prozessoren erreicht werden. Bei einem Betrieb der Hebebühne 2 ist es bevorzugt, dass das Fahrzeug 1 stationär ist, aber bei einigen Arten von Fahrzeugen und PTO-Anwendungen wäre dies nicht nötig. Somit sind die ersten Schritte auf die Bestimmung gerichtet, ob das Fahrzeug 1 stationär ist. Der ABS-Controller 50 meldet Raddrehzahlen über die öffentliche Datenleitung 18, die vom Getriebe-Controller 42 gelesen wird, wie bei Schritt 500 angegeben. Der Getriebe-Controller 42, der den Getriebedrucktasten-Controller 72 und die Antriebswelle des Getriebes 38 überwacht, bestimmt, ob die Neutralstellung ausgewählt worden ist und ob die Antriebswelle null Ausgangsleistung hat. Der Getriebe-Controller 42 meldet in Schritt 502, dass das Getriebe 38 die Neutralstellung einnimmt, nachdem die Fahrzeug-Raddrehzahl null ist, die Ausgangsleistung der Antriebswelle null ist und die ausgewählte Gangstellung neutral ist. In Schritt 504 liest der ESC 24, dass das Getriebe die Neutralstellung einnimmt und bestimmt, ob die Feststellbremse eingelegt wurde. Falls JA, meldet der ESC 24, dass das Fahrzeug 1 im stationären Modus ist, wodurch eine Forderung nach Verwendung der Hebebühneneinheit 2 zulässig ist. Falls das Ergebnis eines der Schritte 500, 502 oder 504 NEIN ist, kehrt das Programm zum Schritt 500 zurück und setzt die Überwachung fort. Anders ausgedrückt sieht der ESC 24 über die öffentliche Datenleitung 18, dass der Eaton-Getriebe-Controller 42 aktuell eine „neutralen” Gangstellung überträgt, ebenso wie dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit „null” mph beträgt. Der ESC 24 sieht auch über einen Verkabelungseingang, der von der Verkabelung des Rahmens kommt, dass die Feststellbremse auf „EIN” steht.
Natürlich könnten hier noch weitere Forderungen für einen PTO-Betrieb aufgeführt werden, beispielsweise kann es nötig sein, dass der ESC 24 über die öffentliche Datenleitung meldet, dass die Motorhaube geschlossen ist, was er über eine Verkabelungsverbindung mit dem ESC 24 bestimmt. Angesichts der hohen Spannungen, mit denen das Hybrid-Fahrsystem arbeitet, könnte dies eine notwendige Sicherheitsmaßnahme sein. Obwohl der PTO-Betrieb einen Betrieb des Antriebsmotors/Generators 32 vorsieht, kann der Hybrid-Controller 48 abhängig vorn Batteriezustand eine Forderung nach einem Betrieb der Maschine 28 anzeigen, die über den Getriebe-Controller 42 an den ESC 24 zurück gemeldet werden würde, der seinerseits dem Maschinen-Controller 46 signalisieren würde, dass die Maschine 28 eingeschaltet werden soll. (Es ist wichtig, dass ein Signal für eine geschlossene Motorhaube vorliegt, damit die Automatikkupplung und der Antriebsmotor nicht ein unerwartetes Andrehen/Starten der Maschine initiieren, wenn die Motorhaube offen ist und jemand unter der Motorhaube steht und arbeitet, falls der Ladungszustand der Batterien des Antriebsmotors/Generators unter einen Ladungszustand von 28% sinkt, wodurch ein Aufladezyklus der 340 Volt-Antriebsbatterien initiiert würde. Der ESC liest oder steuert den Ladungszustand der Antriebsbatterien nicht. Der ESC weist das Eaton-Hybridsystem lediglich an, die Kupplung nicht einzurücken oder den Antriebsmotor/Generator nicht wegen eines niedrigen Ladungszustands der Batterie zu starten.
Sobald das Fahrzeug 1 den stationären Modus angenommen hat, ist ein PTO-Betrieb für eine Hebebühne 2 zulässig. Wie bereits gesagt, muss es in anderen Anwendungen nicht notwendig sein, dass das Fahrzeug stationär ist. In Schritt 508 wird eine Forderung nach einem PTO-Betrieb aus einem Führerstand (die in der Regel unter Verwendung eines Schalterpakets 56 eingegeben und über die Datenleitung 64 in die ESC 24 eingegeben wird) erwartet. Solange die Anforderung nicht gestellt wird, kehrt die Routine auf dem NEIN-Zweig zum Schritt 500 zurück. Sobald eine PTO-Forderung gestellt wird, geht die Routine weiter zu Schritt 510. Falls die Bedingungen für einen PTO-Betrieb nicht erfüllt sind, kann eine entsprechende Anzeige an die Person, die das System bedient, ausgegeben werden. In Schritt 510 gibt der ESC 24 die PTO-Forderung in die öffentliche Datenleitung 18 ein, aus der sie vom Getriebe-Controller 42 ausgelesen wird. Der Getriebe-Controller 42 gibt somit eine entsprechende Anweisung über die Datenleitung 68 an den Hybrid-Controller 48 aus (Schritt 512). In Schritt 514 meldet der Getriebe-Controller 514 über die öffentliche Datenleitung 18, dass Leistung für den PTO-Betrieb zur Verfügung steht. In Schritt 516 wird angezeigt, dass der ESC 24 die PTO-Vorrichtung 22 und die RPM 40 mit Energie versorgt. Genauer antwortet der ESC 24 auf die Anzeige der öffentlichen Datenleitung mit einer Anweisung, dass einer der 12 Volt-Ausgänge der RPM, der auf maximal 20 Amp eingestellt ist, auf „Ein” gestellt wird. Auf diese Weise wird eine „Master-Power”-Quelle für die PTO-Vorrichtung 22 bereitgestellt, solange die oben beschriebenen Bedingungen unverändert bleiben.
Mit Bezug auf 6 wird nun ein PTO-Zubehörbetrieb beschrieben. Solange „Maschinenaktivierungs”-Bedingungen aufrechterhalten bleiben, wie von den Operationen bestimmt, die im Zusammenhang mit 5 beschrieben wurden und die in Schritt 602 wiedergegeben sind, und Master-Power für die PTO-Vorrichtung 22 vorhanden ist, wird ein faseroptisches Transceiver-System mit Energie versorgt, wie in Schritt 604 angegeben. Mit Niederdrücken eines (nicht gezeigten) Auslösers eines Joystick-Steuerhebels für eine Hebebühne, der an den oberen Steuerungen der Hebebühne 2 angebracht ist (angegeben als Entscheidungsschritt 604) wird ein faseroptisches Signal durch die Abschnitte der oberen und unteren isolierten Ausleger 3, 4 abwärts gesendet, wonach es von einem Verkabelungseingang 66 in ein diskretes 12 Volt-Signal umgewandelt und in einen der Eingänge der RPM 40 gesendet wird. In Schritt 608 wird vom ESC 24 ein Empfang einer Anzeige eines 12 Volt-Signals an einem der Eingänge der RPM 40 über die fahrzeugeigene Datenleitung 64 angezeigt.
Als Antwort auf eine Bewegung des Joysticks erzeugt der ESC 24 ein Signal in der öffentlichen Datenleitung, die den Hybrid-Controller 48 (über den Getriebe-Controller 42) anweist, den Antriebsmotor/Generator 32 zu aktivieren. Die Art dieser Antwort ist in gewissem Umfang abhängig von der Vermeidung eines Hydraulikstoßes und von der Bestimmung, wann die Person, die das System bedient, aufgehört hat, eine Bewegung zu fordern. Grob gesagt fährt der ESC 24 damit fort, das Signal für eine Aktivierung des Antriebsmotors/Generators 32 über die öffentliche Datenleitung 18 zu senden, solange er die 12 Volt-Forderung des Hebebühnen-Joysticks am entsprechenden Eingang der RPM 40 sieht. Sobald jedoch dieses Signals nicht mehr am Eingang der RPM 40 ankommt, wird das Fehlen des Signals in der Software des ESC 24 in ein Loslassen des Auslösers des Joysticks durch die Person, die das System bedient, übersetzt. Der ESC 24 fährt damit fort, das Signal in der öffentlichen Datenleitung 18 zum Hybrid-Controller zu senden, um den Betrieb des Antriebsmotors/Generators 32 für ein einstellbares Zeitintervall aufrechtzuerhalten. Der Grund dafür, dass der ESC 24 das Signal weiter aufrechterhält, ist die Vermeidung von schnellen erneuten Aktivierungen des Antriebsmotors/Generators 32 durch die Person, die das System bedient, wodurch Schaltstöße/Druckwellen innerhalb des Hydrauliksystems der Hebebühne erzeugt werden könnten. Solche Übergänge können schwache bis extreme Schwankungen des normalerweise stoßfreien Betriebs der Hebebühne bewirken.
Aus diesen Gründen überwacht der ESC 24, während er das PTO/die Hydraulikpumpe der PTO-Vorrichtung 22 durch den Antriebsmotor/Generator 32 antreibt, gleichzeitig einen (nicht dargestellten) Hydraulikdruckwandler, der in der Rückführungsseite des Hydrauliksystems der Hebebühne 2 installiert ist. Die Software des ESC 24 führt eine komplexe laufende Filterfunktion aus, die eine Viskositätsschwankung aufgrund von thermischen und Umgebungstemperaturänderungen (die auch von Sensoren überwacht werden, die um der Einfachheit halber nicht dargestellt sind) kompensiert. Genau diese komplexe Funktion entscheidet am Ende, dass die Person, die das System bedient, keine Forderung mehr stellt oder irgendwelche Anforderungen an das hydraulische System stellt. Unter diesen Bedingungen unterbricht der ESC das Versenden der Meldung, die die Aktivierung des Betriebs des Antriebsmotors/Generators verlangt, an den Eaton-Hybrid-Controller über die öffentliche Datenleitung. Als Folge davon unterbricht der Antriebsmotor/Generator das Drehen der PTO und wartet auf den nächsten Befehl vom ESC. Diese Schritte sind im Ablaufschema wiedergegeben, wo in Schritt 614 angegeben ist, dass der ESC 24 Betriebsdaten empfängt. In Schritt 616 ist angegeben, dass der ESC 24 die Filterfunktion initiiert. In Schritt 618, der sowohl die Anwesenheit eines Bewegungssignals vom Joystick wiedergibt als auch die Ergebnisse der Filterfunktion berücksichtigt, wird eine Forderung von einer Person, die das System bedient, bestätigt oder nicht (der NEIN-Zweig). Falls sie bestätigt wird (der JA-Zweig) wird in einem Schritt 620 eine Ausführung angezeigt, wobei es sich um eine Forderung an den Getriebe-Controller 42 (und implizit an den Hybrid-Controller 48) nach Versorgung des Antriebsmotors/Generators 32 mit Energie handelt. Der Schritt 622 gibt die fortgesetzte Überwachung des Zustands der Filterfunktion und des Joystick-Positionssignals wieder, um zu bestimmen, ob weiterhin eine Bewegung die Hebebühneneinheit 2 gefordert wird. Falls nicht, wird Schritt 624 ausgeführt, um die Forderung nach einem Betrieb des Antriebsmotors 32 zu löschen. Der Prozess kehrt auf dem JA-Zweig von Schritt 622 oder nach Schritt 624, der anzeigt, dass eine PTO-Aktivierung aufrechterhalten bleiben muss, zu Schritt 602 zurück. Natürlich wird die Versorgung des Antriebsmotors mit Energie aufgehoben, wenn die PTO-Aktivierung nicht aufrechterhalten wird.
Die Erfindung ermöglicht die vorteilhafte Anwendung einer Hybridtechnik auf relativ schwere Fahrzeuge, wodurch Kraftstoff eingespart wird, und ermöglicht das Laufen von Wärmekraftmaschinen, wenn in Betrieb, auf Leistungsniveaus, die die Erzeugung von Schadstoffen minimieren oder die Kraftstoffausnutzung optimieren.
Obwohl die Erfindung in nur einer ihrer Ausführungsformen dargestellt wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern kann auf verschiedene Weises geändert und modifiziert werden, ohne vom Gedanken und Bereich der Erfindung abzuweichen.
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 6272402 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

SAE J1708-Standard [0021]
SAE J1939-Standard [0021]
SAE J1939-Protokoll [0029]
SAE J1708-Protokoll [0029]

Claims

Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug, mit: einem Leistungsentnahmesystem; einer Wärmekraftmaschine; einem Antriebsmotor/Generator; einer Kupplung zum selektiven gegenseitigen Einrücken und Ausrücken des Antriebsmotor/Generators und der Wärmekraftmaschine; einem Getriebe, das mit dem Leistungsentnahmesystem gekoppelt ist, und mit dem Antriebsmotor/Generator für die bidirektionale Übertragung eines Drehmoments mechanisch gekoppelt ist, wobei das Getriebe eine Mehrzahl von Betriebsmodi aufweist, die einen neutralen Zustand und einen Drehmomentkopplungszustand enthalten; einer Batterie zum Zuführen von Leistung zu dem Antriebsmotor/Generator für den Betrieb als ein Motor und zum Empfangen von Leistung von dem Antriebsmotor/Generator, wenn dieser als Generator arbeitet; einem Wechselrichter, der zwischen der Batterie und dem Antriebsmotor/Generator zum Regulieren eines Leistungsflusses zwischen der Batterie und dem Antriebsmotor/Generator eingebunden ist; einem Steuerungssystem zum selektiven Einrücken und Ausrücken der Kupplung, zum Auswählen eines Betriebsmodus für das Getriebe und zum Zuführen von Energie zu dem Antriebsmotor/Generator von der Batterie in Reaktion auf Anforderungen nach einer Energiezuführung und eines Betriebs des Leistungsentnahmesystems, wobei das Steuerungssystem einen Karosserie-Computer, einen Getriebe-Controller, zumindest ein erstes Fernleistungsmodul, einen Hybrid-Controller, eine öffentliche Datenleitung für eine Kommunikation zwischen dem Karosserie-Computer und dem Getriebe-Controller, eine erste fahrzeugeigene Datenleitung für eine Kommunikation zwischen dem Getriebe-Controller und dem Hybrid-Controller und eine zweite fahrzeugeigene Datenleitung für eine Kommunikation zwischen dem zumindest ersten Fernleistungsmodul und dem Karosserie-Computer enthält, wobei das Fernleistungsmodul mit dem Leistungsentnahmesystem verbunden ist, um demselben Steuersignale zuzuführen, und um von demselben Steuer- und Dateneingaben zu empfangen, wobei der Karosserie-Computer und das zumindest erste Fernleistungsmodul Steuersignale für das Leistungsentnahmesystem erzeugen und der Karosserie-Computer Bewegungsenergieanforderungen für das Leistungsentnahmesystem erzeugt und diese an die öffentliche Datenleitung anlegt, von wo sie durch den Getriebe-Controller gelesen und über die erste fahrzeugeigene Datenleitung an den Hybrid-Controller geleitet werden.
Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, ferner aufweisend: den Getriebe-Controller und den Karosserie-Computer, die so programmiert sind, dass sie als Schnittstellen zwischen den Datenleitungen arbeiten, die mit den jeweiligen Geräten für die ausgewählten Signale verbunden sind.
Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug nach Anspruch 2, ferner aufweisend: Schaltsteuerelemente zum Zuführen von Energie zu dem Leistungsentnahmesystem; eine dritte fahrzeugeigene Datenleitung, die die Schaltsteuerelemente mit dem Karosserie-Computer für die Übertragung von Signalen verbindet; und wobei der Karosserie-Computer so programmiert ist, dass er als eine Schnittstelle zwischen der dritten fahrzeugeigenen Datenleitung und der zweiten fahrzeugeigenen Datenleitung und der öffentlichen Datenleitung für die ausgewählten Signale arbeitet.
Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug nach Anspruch 3, ferner aufweisend: den Karosserie-Computer und den Getriebe-Controller, die des Weiteren so programmiert sind, dass sie auf die Signale reagieren, die auf einem gegebenen Bus empfangen werden, indem Antwortsignale für eine Rückübertragung auf dem selben Bus oder zu einem anderen Bus, mit dem der Karosserie-Computer oder der Getriebe-Controller verbunden ist, erzeugt werden.
Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug nach Anspruch 4, wobei: eine in der Batterie gespeicherte Leistung die primäre Leistungsquelle für das Leistungsentnahmesystem ist, der Betrieb der Wärmekraftmaschine während des Leistungsentnahmebetriebs auf Zeiten beschränkt ist, wenn der Batterieladezustand anzeigt, dass ein Aufladen notwendig ist, und der Betrieb der Wärmekraftmaschine mit einem thermisch effizienten Abgabewert erfolgt.
Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem Leistungsentnahmesystem um eine Hebebühneneinheit handelt.
Diesel-Elektro-Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Leistungsentnahme-Zubehör, das Steuerausgänge und -eingänge beinhaltet; wobei das Fernleistungsmodul mit dem Leistungsentnahmesystem zum Zuführen von Signalen zu den Steuereingängen des Leistungsentnahmezubehörs und zum Empfangen von Steuerausgangssignalen von denselben verbunden ist; wobei die Batterie eine Antriebsbatterie ist; wobei der Wechselrichter zwischen der Antriebsbatterie und dem Antriebsmotor/Generator zum Steuern des Leistungsflusses zwischen der Antriebsbatterie und dem Antriebsmotor/Generator eingebunden ist; ein Getriebe, das mit dem Leistungsentnahmesystem gekoppelt ist, und mit dem Antriebsmotor/Generator für die bidirektionale Übertragung eines Drehmoments mechanisch gekoppelt ist, wobei das Getriebe eine Mehrzahl von Betriebsmodi aufweist, die einen neutralen Zustand und einen Drehmomentkopplungszustand enthalten; wobei ein Getriebe-Controller mit dem Getriebe verbunden ist, um aus dessen Betriebsmodi zu wählen, und mit der Kupplung verbunden ist, um ein Einrücken derselben zu steuern; wobei der Hybrid-Controller für eine Kommunikation über einen ersten fahrzeugeigenen Bus mit dem Getriebe-Controller für eine Steuerung des Wechselrichters zur Zuführung von Energie zu dem Antriebsmotor/Generator in Reaktion auf eine Anforderung von dem Getriebe-Controller verbunden ist; wobei ein Karosserie-Computer mit dem Getriebe-Controller für eine Kommunikation durch die öffentliche Datenleitung verbunden ist, wobei der Karosserie-Computer elektrisch angeschlossen ist, um Signale zum Leistungsentnahmesystem zu senden und von diesem zu empfangen, und im Ansprechen darauf Signale für die Übertragung über die öffentliche Datenleitung für den Empfang durch den Getriebe-Controller zum Anfordern einer Energiezuführung zu dem Antriebsmotor/Generator für den Betrieb des Leistungsentnahmesystems zu erzeugen.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 7, ferner aufweisend: eine elektrische Verbindung des Karosserie-Computers mit dem Leistungsentnahmesystem, die durch eine zweite fahrzeugeigene Datenleitung und ein Fernleistungsmodul erfolgt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 8, ferner aufweisend: ein Schalterpaket für die Aktivierung des Leistungsentnahmesystems; und eine dritte fahrzeugeigene Datenleitung, die das Schalterpaket mit dem Karosserie-Computer für eine Übermittlung von Daten einschließlich von Schalterzuständen verbindet.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 9, ferner aufweisend: den Karosserie-Computer und den Getriebe-Controller, die so programmiert sind, dass sie als Schnittstellen zwischen Datenleitungen für ausgewählte Signale dienen.
Vorrichtung, mit: einem Antriebsmotor/Generator; einer Quelle für ein regeneratives Drehmoment, die mit dem Antriebsmotor/Generator verbunden ist; einer Antriebsbatterie; einem Wechselrichter, der zwischen der Antriebsbatterie und dem Antriebsmotor/Generator eingebunden ist, zum Zuführen einer Leistung in irgendeiner Richtung zwischen der Antriebsbatterie und dem Antriebsmotor/Generator; ein Leistungsentnahmesystem, das vom Antriebsmotor/Generator mit Energie versorgt wird; ein verteiltes Steuerungssystem, das mindestens drei Datenbusse, einen Karosserie-Computer, einen Getriebe-Controller und einen Hybrid-Controller enthält, wobei der Karosserie-Computer für eine Steuerung des Leistungsentnahmesystems sorgt, der Getriebe-Controller für eine Steuerung der Quelle für das regenerative Drehmoment sorgt, und der Hybrid-Controller den Wechselrichter und die Energieversorgung des Antriebsmotor/Generators steuert, wobei der Karosserie-Controller und der Getriebe-Controller über einen ersten Datenbus kommunizieren, der Hybrid-Controller und der Getriebe-Controller über einen zweiten Datenbus kommunizieren, und der Karosserie-Computer über einen dritten Datenbus Steuersignale ausgibt und Daten in Bezug auf das Leistungsentnahmesystem empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, ferner aufweisend: den dritten Datenbus, der an eine Fernleistungseinheit angeschlossen ist, die mit dem Leistungsentnahmesystem verkoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, ferner aufweisend: ein Schalterpaket für Eingaben von einer Person, die das System bedient, in Bezug auf das Leistungsentnahmesystem; und einen vierten Datenbus, der zwischen das Schalterpaket und den Karosserie-Computer eingebunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, ferner aufweisend: den Karosserie-Computer, der als Schnittstelle zwischen Datenbussen für ausgewählte Signale dient und der so programmiert ist, dass er Antwortsignale auf weitere ausgewählte Signale zur Anlegung an die Datenbusse erzeugt.