MX2012009691A - Caracteristica de reinicio de sistema de frenado regenerativo y calibracion adaptativa para vehiculos hibridos y electricos. - Google Patents

Caracteristica de reinicio de sistema de frenado regenerativo y calibracion adaptativa para vehiculos hibridos y electricos.

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MX2012009691A
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braking torque
traction motor
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MX2012009691A
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Stanton Miller
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Int Truck Intellectual Prop Co
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Abstract

En un vehículo equipado para frenado regenerativo y no regenerativo, el frenado regenerativo sólo se aplica a ruedas predeterminadas en respuesta a la demanda de frenado cuando el impulsor intenta desacelerar el vehículo a la primera velocidad (<D1 m/seg2), sin bloqueo de ruedas en ninguna rueda de frenado como se indica por un controlador de sistema de frenado anti-bloqueo y la velocidad excede un umbral mínimo. Si el frenado se aplica en una vuelta, se aplica una cantidad apropiada del par de torsión de frenado de servicio/base de la rueda no impulsora para mantener la estabilidad del vehículo. La cantidad apropiada del frenado de base que ha de ser aplicada es determinada por la cantidad de derrape del vehículo, entrada del volante de la dirección y velocidad del vehículo usando una tabla de búsqueda. A medida que se incrementa la demanda de frenado, se añade el frenado de base/servicio, primero a cualesquiera ruedas que no provean frenado regenerativo y posteriormente a ruedas que tengan frenado regenerativo.

Description

CARACTERÍSTICA DE REINICIO DE SISTEMA DE FRENADO REGENERATIVO Y CALIBRACIÓN ADAPTATIVA PARA VEHÍCULOS HÍBRIDOS Y ELÉCTRICOS Antecedentes Campo técnico El campo técnico se refiere generalmente a vehículos que proveen recaptura de energía cinética del vehículo durante el frenado y muy particularmente a control sobre la combinación de frenado regenerativo y no regenerativo en un vehículo para incrementar la proporción con la que el frenado regenerativo contribuye al frenado total, que consiste en dejar el control direccional sobre el vehículo sustancialmente sin ser afectado.
Descripción del problema Muchos vehículos, incluyendo vehículos que proveen recaptura de energía cinética del vehículo durante el frenado (frenado regenerativo) proveen dicho frenado regenerativo a través de las ruedas impulsoras del vehículo. En muchos casos, esto permite que los componentes del tren impulsor del vehículo funcionen como un mecanismo para recaptura de energía. Por ejemplo, una máquina de combustión interna puede ser retroimpulsada a partir de las ruedas impulsoras para operar como un compresor de aire. Cuando opera como un compresor, la máquina de combustión interna llevar el aire de entrada hacia sus cilindros y comprime el aire para suministrar a un tanque de almacenamiento de aire comprimido. Otra posibilidad es un híbrido hidráulico que recupera energía cinética usando un motor hidráulico conectado al tren impulsor como una bomba durante el frenado y almacenando el fluido en un recipiente presurizado. Alternativamente, un motor de tracción eléctrica puede ser retro-impulsado para operar como un generador eléctrico para cargar una batería de almacenamiento. Otras opciones incluyen volantes de inercia giratorios para almacenar energía. Con frecuencia estos vehículos no son todos impulsados por rueda, lo que significa que el tren impulsor del vehículo para dichos vehículos está conectado a cualquiera de las ruedas posteriores, o las ruedas anteriores, pero no a ambas. Como consecuencia, a menudo sólo las ruedas posteriores o anteriores del vehículo están disponibles para frenado regenerativo . En vehículos con menos del impulso completamente de ruedas, los frenos de servicio/base no regenerativo en cada una de las ruedas frecuentemente complementa el frenado del vehículo, aunque esto ocurre principalmente a través de las ruedas no impulsoras .
El complemento del frenado regenerativo con el uso del frenado de servicio no regenerativo en un vehículo que tiene menos que impulso de todas las ruedas sirve un número de funciones que incluyen proveer el control predecible sobre el vehículo, particularmente si en un turno, al balancear la acción de frenado entre las ruedas. El frenado balanceado usualmente está dirigido a proveer par de torsión de frenado en cada eje que es proporcional al peso portado por el eje. Esto provee control sobre derrape del vehículo. Sin embargo, mientras más grande es el par de torsión de frenado no regenerativo provisto, menor será la cantidad de energía recapturada para almacenamiento. El frenado balanceado puede reducir recaptura de energía.
Bajo frenado ligero o mínimo, las dificultades que posee el frenado no balanceado son reducidas. Como consecuencia, es común tener una "banda muerta" de pedal de freno sobre una porción de viaje de pedal de freno desde una posición completamente no oprimida hasta una posición parcialmente oprimida. En esta región de banda muerta, sólo se usa frenado regenerativo. Los frenos de servicio/base se usan para complementar el frenado regenerativo a medida que el viaje del pedal de freno se incrementa. Los cambios de peso de vehículo y los cambios de configuración del vehículo pueden complicar la aplicación de este enfoque.
El frenado regenerativo muy comúnmente está asociado con vehículos híbrido-eléctricos y eléctricos. También se encuentra en vehículos que proveen energía de almacenamiento como presión hidráulica/neumática y en un volante de inercia giratorio, entre otras técnicas. Aunque se prevé que las presentes enseñanzas a menudo encuentren aplicación en vehículos que tengan menos que el impulso de todas las ruedas y que típicamente el frenado regenerativo sea provisto a través de las ruedas impulsoras en dichos vehículos, no está necesariamente tan limitado.
Sumario En vehículos que proveen tanto frenado regenerativo como no regenerativo, y particularmente aquellos que proveen frenado regenerativo de menos que todas las ruedas, el frenado regenerativa sólo se aplica en respuesta a demanda de frenado cuando el conductor intenta desacelerar el vehículo a una desaceleración umbral menor que la máxima (d <Di m/seg2), sin que ocurra bloqueo de rueda en cualquier rueda de frenado como se indica por un controlador del sistema de frenado antibloqueo y la velocidad del vehículo excede una velocidad umbral mínima (v > Vx m/seg) . Si el frenado se aplica en una vuelta, un sensor de derrape y sensor de posición del volante indican que el vehículo está en una vuelta y el control del freno aplica una cantidad apropiada de frenado de servicio/base de las ruedas no impulsoras para mantener la estabilidad del vehículo. La cantidad apropiada de frenado de base que se ha de aplicar está determinada por la cantidad de derrape del vehículo, entrada del volante y velocidad del vehículo usando una tabla de búsqueda. A medida que incrementa la demanda de frenado, el frenado de base/servicio se añade tanto a las ruedas no impulsoras como a las ruedas impulsoras de modo que el control de derrape del vehículo apropiado es mantenido, como se determina por un algoritmo de control de derrape del vehículo.
El énfasis en el frenado regenerativo sobre las ruedas impulsoras puede dar por resultado un bruñido diferido de los frenos de base/servicio cuando el vehículo es nuevo, o después de que el material de fricción/balatas del freno han sido reemplazados (Estándares de Seguridad Federales para Vehículos de Motor 105, 121 y 135 detallan los procedimientos de bruñido del freno) . Cuando el vehículo es nuevo o después de que ha sido reemplazado el material de fricción, la operación de frenado incluye una "función o modo de reinicio" en la cual el frenado regenerativo es reducido o eliminado. Cuando el modo de reinicio de frenado regenerativo ha sido iniciado, el vehículo usa frenado regenerativo mínimo durante un período de frenado del freno de base. El freno en el período puede ser medido en unidades de distancia, por el número de aplicaciones de freno, en términos de área barrida de freno por la presión de aplicación del freno, o alguna combinación que fuera indicativa de que el material de fricción del freno de base ha sido bruñido. La calibración específica se debe determinar a través de una prueba del vehículo en un tipo de vehículo dado. Una vez que los frenos son indicados como bruñido apropiado, el vehículo se revertirá a la función de frenado regenerativo normal. Alternativamente, en lugar de ir de un punto de aplicación de frenado regenerativo mínimo individual a aplicación regenerativa normal una vez que las condiciones delineadas han sido cumplidas, el nivel de frenado regenerativo se puede incrementar durante este período de bruñido del material de fricción de frenos sobre una base progresiva.
Es posible construir un vehículo que provea frenado regenerativo sólo para las ruedas no impulsoras (o un sistema de frenado regenerativo que no se incorpore en el tren impulsor sino que opere sobre las ruedas impulsoras o fuera del tren impulsor) . También es posible usar una combinación de frenado regenerativo y no regenerativo en un vehículo no motorizado tal como un remolque de tractocamión . Varios aspectos de las presentes enseñanzas tienen aplicación a vehículos impulsores de todas las ruedas. La función de reinicio también se aplicaría a vehículos que recapturan energía de múltiples ejes impulsores y no impulsores. Los vehículos que no tienen frenado regenerativo, pero que usan una característica tal como el freno de compresión de Jacobs (freno de Jake) también podrían beneficiarse de la función de reinicio, ya que el uso de un freno de Jake puede reducir en gran medida la cantidad de frenado de base requerida para desacelerar o detener el vehículo.
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un esquema de alto nivel de un sistema de y frenado de un vehículo.
La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de tracción y frenado de un vehículo y controles asociados para un vehículo híbrido-eléctrico.
La figura 3 es un diagrama de bloques de un sistema de tracción y frenado de un vehículo y controles asociados para un vehículo híbrido hidráulico.
La figura 4 es un diagrama de flujo de alto nivel para el control de frenado en el vehículo de la figura 1.
La figura 5 es una subrutina para el diagrama de flujo de alto nivel para control de frenado del vehículo de la figura 2.
La figura 6 es una subrutina alternativa para la subrutina de la figura 4.
La figura 7 es una gráfica.
La figura 8 es una gráfica.
Descripción detallada En la siguiente descripción detallada, los números y caracteres de referencia se pueden usar para designar componentes idénticos, correspondientes o similares en diferentes figuras de dibujos. Además, los tamaños, modelos, valores o intervalos ilustrativos se pueden dar con respecto a modalidades específicas pero no han de ser consideradas generalmente limitantes. Los principios enseñados aquí pueden ser extendidos a una variedad de vehículos que usan frenado regenerativo en general, y algunos aspectos específicos de las enseñanzas se pueden aplicar a vehículos que complementan frenado de base usando dispositivos tales como retardadores de línea impulsora, como aquellos fabricados por Telma o frenos de compresión de máquina, como aquellos fabricados por Jacobs .
Haciendo referencia ahora a las figuras y en particular a la figura 1, se ilustra un vehículo generalizado 10 que provee la posibilidad de frenado regenerativo (que usa transductor de frenado regenerativo y frenos regenerativos 46) y no regenerativo (que usa frenos de servicio 24) mixtos. Los frenos regenerativos 46 están acoplados a un par de ruedas 104 por medio de una flecha impulsora una flecha impulsora 17 y un diferencial de eje impulsor 18, y son aplicados a menos de todas las ruedas del vehículo 104. Alternativamente, los frenos regenerativos 46 pueden estar conectados directamente a las ruedas 104. Los frenos de servicio 24 se pueden usar hasta con todas las ruedas 104. Los frenos de servicio 24 están bajo el control del sistema de frenado y el controlador del sistema de frenado antibloqueo 28. Los frenos regenerativos 46 están bajo el control de un controlador de tren impulsor 44. El frenado ocurre en respuesta a una señal de demanda de frenado generada por un sensor de posición/fuerza de pedal de freno 34. Un sensor de derrape 32 y una sensor de posición de volante de la dirección opcional 36 (si el vehículo está equipado con volante de la dirección, alternativamente, un sensor podría ser sustituido tal como un sensor de rotación de quinta rueda) se usan para determinar si el vehículo 10 está en una vuelta. Una interfaz de vehículo 40 se puede proveer para colocar el vehículo 10 en modo de reinicio de frenado regenerativo y pantalla del conductor 42 se puede proveer para indicar a un operador que el vehículo 10 está en modo de reinicio.
El vehículo 10 puede ser un vehículo impulsado por energía en cuyo caso se puede proveer una fuerza motriz principal 48, mostrada bajo el control de un controlador de tren impulsor 44. La fuerza motriz principal 48 puede estar acoplada por una flecha impulsora 17 a un diferencial del eje impulsor 18 para impulsar algunas ruedas en combinación 104. Alternativamente, la fuerza motriz principal 48 puede estar enlazada por un auto-embrague 21 a través de los frenos regeherativos 46 al diferencial del eje impulsor 18. En algunas modalidades, la fuerza motriz principal 48 y frenos regenerativos 46 puede ser el mismo dispositivo que opera en diferentes modos. Por ejemplo, un motor de tracción eléctrica puede operar como un generador eléctrico, o un volante de inercia puede ser golpeteado para energía, desacelerándolo asi o puede ser girado para absorber energía. Como una alternativa adicional, una máquina de combustión interna puede operar como una bomba de aire para proveer un par de torsión de frenado sin freno de servicio, como se hace en el freno de compresión de Jacobs, o en un sistema en donde la máquina es operada para bombear aire al depósito. También, el uso de una turbina de escape como una fuente de energía puede funcionar para sistemas híbridos ligeros.
Haciendo referencia ahora a la figura 2, los principios generales del vehículo en la figura 1 se aplican a un vehículo híbrido-eléctrico paralelo 11. El vehículo híbrido-eléctrico paralelo 11 incluye un tren impulsor 15 que incluye una máquina térmica 12 (típicamente un máquina de combustión interna), un motor/generador de tracción eléctrica 14, una transmisión 16, una flecha impulsora 17, un diferencial de eje impulsor 18, y un par de ruedas impulsoras 20. Un auto-embrague 21 puede estar localizado entre el motor/generador de tracción eléctrica 14 y la máquina térmica 12. La máquina térmica 12 o motor/generador de tracción eléctrica 14 se puede usar como la fuerza motriz principal del vehículo a través de la transmisión 16. La transmisión 16 está conectada a un diferencial de eje impulsor 18 por una flecha impulsora 17. La potencia es transmitida desde el diferencial del eje impu-lsor 18 a las ruedas impulsoras 20.
Esencialmente la misma configuración se puede usar para un vehículo eléctrico simplemente removiendo la máquina térmica 12, el auto-embrague 21 y el controlador de máquina 30. Un embrague opcional 19 puede ser colocado entre la transmisión 16 y el motor/generador de tracción eléctrica 14 si se usa una transmisión manual.
El auto-embrague 21 permite la desconexión de la máquina térmica 12 del resto del tren impulsor 15 cuando la máquina térmica 12 no está siendo usada para potencia motriz. El auto-embrague 21 puede ser enganchado y el embrague 19 puede ser desenganchado para usar la máquina térmica 12 para impulsar el motor/generador de tracción eléctrica 14 para recargar las baterías del vehículo (no mostradas) . Alternativamente, la transmisión 16 simplemente se puede colocar fuera de engrane. La transmisión 16 a su vez se usa para aplicar potencia del motor/generador de tracción eléctrica 14 para impulsar las ruedas 20. La transmisión 16 es bidireccional y se puede usar para transmitir energía de las ruedas impulsoras 20 de regreso al motor/generador de tracción eléctrica 14. El motor/generador de tracción eléctrica 14 se puede usar para proveer energía motriz (ya sea sola o en cooperación con la máquina térmica 12) a la transmisión 16.
El tren impulsor 15 provee la recaptura de energía cinética (frenado regenerativo) en respuesta al motor/generador de tracción eléctrica 14 que es impulsado de regreso por la energía cinética del vehículo. El motor/generador de tracción eléctrica 14, durante el frenado, genera electricidad que es aplicada a las baterías de almacenamiento (no mostradas) a través de un inversor (no mostrado) . Además del frenado regenerativo, el vehículo híbrido-eléctrico paralelo 11 provee un frenado de base que usa frenos de servicio 24 en las ruedas impulsoras 20 y las ruedas no impulsora 22.
Un sistema de control simplificado 25 para vehículo híbrido-eléctrico paralelo 11 se ilustra en relación con los aspectos de control usados con el tren impulsor 15 y frenado del vehículo y para adaptar el vehículo para tracción de máquina térmica 12, tracción del motor/generador de tracción eléctrica 14 y frenado regenerativo que usa motor/generador de tracción eléctrica 14 en su modo de generador o regenerativo. Los frenos de servicio 24 están bajo el control directo de un sistema de frenado el controlador de sistema de frenado antibloqueo 28 que, para operación no generativa, responde a un sensor de posición/fuerza del pedal de freno 34 y para retroalimentación de los sensores de movimiento de ruedas (no mostrados) para controlar de par de torsión de frenado. La operación del sistema de frenado y el controlador del sistema de frenado antibloqueo 28 es modificado por señales del controlador híbrido 26. Un controlador de tracción 38 también puede estar presente, en respuesta a la detección del deslizamiento de las ruedas 20 cuando no se detecta desplazamiento del pedal de freno por el sensor de posición/fuerza del pedal de freno 34.
El sistema de control simplificado 25 incluye un controlador híbrido 26 acoplado para comunicación y control del motor/generador de tracción eléctrica 14 y auto-embrague 21. Las transiciones entre las contribuciones de par de torsión del motor/generador de tracción eléctrica positiva y negativa 14 son detectadas y manejadas por un controlador híbrido 26 que permite la operación de cambio. El controlador híbrido 26 intercambia datos con un sistema de frenado y controlador del sistema de frenado antibloqueo 28 para determinar si el frenado regenerativo incrementaría o mejoraría una condición de deslizamiento de ruedas si se iniciara el frenado regenerativo. El controlador de transmisión 27 traduce estos datos como señales de control para la aplicación al controlador híbrido 26. El controlador híbrido 26 opera cooperativamente con el sistema de frenado y el controlador del sistema de frenado antibloqueo 28 combinar el frenado regenerativo y frenado no regenerativo. Debido a que la combinación de frenado depende de las condiciones de operación del vehículo, el controlador híbrido 26 es conectado a un sensor de derrape 32 y sensor de posición de volante de la dirección 36, cuyos datos pueden variar el balance del frenado regenerativo y no regenerativo . La velocidad del vehículo puede ser originada a partir de un tacómetro de flecha impulsora convencional o a partir del sistema de frenado y control del sistema de frenado antibloqueo 28.
El sistema de control simplificado 25 también incluye un controlador de máquina 30 que está conectado para el control y monitoreo de la máquina térmica 12 y que opera como un controlador de máquina convencional en un sistema híbrido al proveer corte de la energía térmica 12 durante períodos en los que el vehículo híbrido-eléctrico paralelo 11 está operando con potencia de batería. El controlador de máquina 30 también monitorea la posición de y los ciclos de apagado a encendido de un interruptor de encendido (IGN).
El control de frenado para el vehículo híbrido-eléctrico paralelo 11 permite ajustar la respuesta de la aplicación de frenado con base en la condición de frenado. Muy particularmente, cuando un vehículo es nuevo o el material de fricción y balatas de frenos se han reemplazado recientemente, se provee un período de bruñido durante el cual se reduce el frenado regenerativo. Una interfaz de vehículo 40 acoplada al controlador híbrido se provee para el personal de servicio, que permite reiniciar/inicializar el período de bruñido. La interfaz de vehículo 40 es una función de reinicio que no debe ser fácil de iniciar inadvertidamente. La función de reinicio de frenado regenerativo puede ser iniciada al mantener oprimidos dos botones de control no relacionados simultáneamente durante un período específico, a través de una pieza de conexión de diagnóstico de vehículo o equipo de servicio, o alguna otra fuente de entrada arbitraria.
Haciendo referencia ahora a la figura 3, un diagrama de bloques funcional para un vehículo híbrido hidráulico paralelo 211, vehículo híbrido hidráulico paralelo 211 incluye un tren impulsor 215 que comprende una máquina térmica 12 (típicamente una máquina de combustión interna) una transmisión 154, una flecha impulsora 164, una caja de transferencia y embrague 156, una segunda flecha impulsora 17 que conduce a un diferencial de eje impulsor 18. La caja de transferencia y embrague 156 están mecánicamente acoplados a una bomba hidráulica/motor 158. La bomba hidráulica/motor 158 pueden estar selectivamente conectados entre un depósito de fluido hidráulico de baja presión 162 (DEP.) y un acumulador de fluido hidráulico de alta presión (ACU.) 166 por un sistema de válvula 160.
La caja de transferencia y embrague 156 permiten la desconexión de la máquina térmica 12 del diferencial de eje impulsor 18 y además permite que la caja de transferencia y embrague 156 sean retro-impulsados para operar la bomba hidráulica/motor 158 para transferir fluido hidráulico del depósito de fluido hidráulico de baja presión 162 al acumulador de fluido hidráulico de alta presión 166 durante el frenado. Alternativamente, la caja de transferencia y embrague 156 pueden conectar la máquina térmica 12 (a través de transmisión 154) al diferencia de eje impulsor 18 para suministrar potencia motriz al eje impulsor. Los sistemas de válvulas 160 se pueden fijar para permitir que el fluido hidráulico pase del acumulador de fluido hidráulico de alta presión 166 a través de la bomba hidráulica/motor 158 al depósito de fluido hidráulico de baja presión 162 para añadir par de torsión a la flecha impulsora 17 para impulsar el vehículo híbrido hidráulico paralelo 211. También es posible que el vehículo híbrido hidráulico paralelo 211 sea provisto de potencia exclusivamente por el fluido hidráulico del acumulador de fluido hidráulico de alta presión 166 sin soporte de la máquina térmica 12.
El tren impulsor 215 provee la recaptura de energía cinética (frenado regenerativo) en respuesta a la bomba hidráulica/motor 158 que es retro-impulsado por la energía cinética del vehículo. La bomba hidráulica/motor 158, durante el frenado, mueve el fluido hidráulico del depósito del fluido hidráulico de baja presión 162 al acumulador de fluido hidráulico de alta presión 166. El frenado de base que usa frenos de servicio 24 en las ruedas impulsoras 23 y las ruedas no impulsoras 22 también están disponibles.
Un sistema de control simplificado 216 para vehículo híbrido hidráulico paralelo 211 ilustra. El esqueleto de control del vehículo es un conductor colectivo de red de área del controlador del vehículo 148 sobre la cual comunican varios controladores unos con otros. La integración del vehículo es manejada por una computadora integrada 152, que en esta modalidad soporta directamente la pantalla del conductor 42 e interfaz del vehículo 40 implicada con el modo de reinicio de frenado regenerativo. Además, el sensor de derrape 32 y el sensor de posición del volante de la dirección 36 están conectados a la computadora integrada 152. Los frenos de servicio 24 están bajo control directo de un sistema de frenado y controlador de sistema de frenado antibloqueo 28 que, para operación no generativa, responde a un sensor de posición/fuerza del pedal de freno 34 y para retroalimentación de sensores de movimiento de ruedas (no mostrados) para controlar el par de torsión del frenado generado por los frenos de servicio 24. La operación del sistema de frenado y el controlador de sistema de frenado anti-bloqueo 28 es modificado por señales del controlador híbrido hidráulico 150 en el conductor colectivo de red de área del controlador (CAN) del vehículo 148. Un controlador de tracción 38 también puede estar presente en respuesta a la detección del deslizamiento de las ruedas 20 cuando no se detecta desplazamiento del pedal de freno por el sensor de posición/fuerza del pedal de freno 34.
El sistema de control simplificado 216 incluye un controlador híbrido hidráulico 150 acoplado para comunicación y control de la caja de transferencia y embrague 156 y para abrir y cerrar el sistema de válvulas 160. Las transiciones entre contribuciones de par de torsión positivo y negativo por la bomba hidráulica/motor 158 son detectadas y manejadas por el controlador híbrido hidráulico 150 que reinicia el sistema de válvula 150 en respuesta al mismo y engancha y desengancha el embrague en la caja de transferencia y embrague 156. El controlador híbrido hidráulico 150 intercambia datos con un sistema de frenado y controlador del sistema de frenado anti-bloqueo 28 sobre el conductor colectivo de la red de área del controlador de vehículos 148 para determinar si el frenado cinético regenerativo incrementaría o mejoraría una condición de deslizamiento de las ruedas si se inicia el frenado regenerativo. El controlador de transmisión 27 selecciona engranes para transmisión 154 en respuesta a estas señales. El controlador híbrido hidráulico 150 opera cooperativamente con el sistema de frenado y el controlador de sistema de frenado antibloqueo 28 para combinar el frenado regenerativo y el frenado no regenerativo. Puesto que la combinación de frenado depende de las condiciones de operación del vehículo el controlador híbrido hidráulico 150 está conectado a un sensor de derrape 32 y un sensor de posición del volante de la dirección 36, datos de los cuales puede variar el balance de frenado regenerativo y no regenerativo . La velocidad del vehículo puede ser originada desde un tacómetro de flecha impulsora convencional o de un sistema de frenado y el controlador del sistema de frenado anti-bloqueo 28.
El sistema de control simplificado 216 también incluye un controlador de máquina 30 que está conectado para el control y monitoreo de la máquina térmica 12 y que opera como un controlador de máquina convencional en un sistema híbrido para proveer corte máquina térmica 12 durante períodos de frenado regenerativo o cuando el vehículo hidráulico paralelo 211 está bajo potencia hidráulica. Cada controlador 30 también monitorea la posición y los ciclos de encendido y apagado de un interruptor de encendido (IGN).
Haciendo referencia a la figura 4, un diagrama de flujo de alto nivel ilustra la operación del sistema de frenado del vehículo de la presente. Cabe entender que un número de pasos de entrada y salida relacionados con la recopilación de datos del sensor tales como mediciones de velocidad del vehículo, determinación de la posición del pedal de frenado y ajuste de la presión de aplicación del freno han sido omitidos para fines de simplicidad en la exposición. El procedimiento es introducido en paso 50 típicamente al ciclar el encendido (IGN). El procedimiento avanza a un paso condicional 52 que determina si el vehículo 10 está o no en el modo de reinicio de frenado regenerativo.
El modo de reinicio de frenado regenerativo es el modo usado para un vehículo nuevo o un vehículo en el cual se acaban de instalar nuevos materiales de fricción y balatas y durante el cual el frenado regenerativo es reducido al mínimo o no usado en absoluto hasta que el vehículo ha sido usado operado lo suficiente para operar el bruñido del freno. Si el vehículo 10 está en el modo de reinicio de frenado regenerativo, la rama SÍ del paso condicional 52 es llevada al paso de procesamiento 54 que indica que el vehículo que opera en un modo de reinicio de frenado regenerativo, lo que significa en esencia que los frenos son operados como en un vehículo no híbrido cuando se usa poco o nada frenado regenerativo .
Si el vehículo no está en modo de reinicio de frenado regenerativo, la rama NO es seguida del paso condicional 52 al paso condicional 56 en donde la velocidad del vehículo es comparada con una velocidad de umbral mínimo Si. Si la velocidad del vehículo es menor que el menor que el umbral mínimo, la rama NO es seguida al paso condicional 58 en donde se determina si el pedal de freno ha sido aplicado (ya sea obteniendo una medición del desplazamiento o la presión aplicada al mismo) . Si el pedal de freno no ha sido aplicado, la rama NO es seguida del paso condicional 58 de regreso al paso condicional 56. Si el pedal de freno ha sido aplicado, entonces el paso de entrada/salida (1/0) 60 es ejecutado para indicar la aplicación de los frenos de servicio 24 a un grado en proporción con el grado en el cual el pedal de freno ha sido desplazado. Después de la aplicación de los frenos de servicio 24, el procedimiento regresa al paso 56.
Del paso condicional 56, la rama SÍ es seguida siempre que la velocidad del vehículo exceda la velocidad de umbral mínimo Si. A lo largo de la rama SÍ el proceso avanza al paso condicional 62 en donde se determina si el pedal de freno ha sido aplicado (o si ha recibido una petición de par de torsión de frenado, por ejemplo de un controlador de velocidad) . Si no es así, el procesamiento regresa a lo largo de la rama NO al paso condicional 56 en el bucle que es ejecutado hasta que el pedal de freno es oprimido. A lo largo de la rama SÍ, el paso de procesamiento 54 refleja la ejecución de un algoritmo para aumentar al máximo el frenado regenerativo en respuesta al desplazamiento o fuerza del pedal de freno. Después del paso de procesamiento 64, un paso condicional 66 es ejecutado en relación con respecto a sí el desplazamiento/fuerza del pedal de freno es incrementada. Si no es así, la rama NO es seguida de regreso al paso condicional 56 para determinar si la velocidad ha caído a través del umbral mínimo Sx. Los pasos 52, 62, 64 y 66 pueden estar en bucle hasta que la velocidad del vehículo ya no exceda el umbral mínimo, el pedal de freno es liberado o hasta que la presión de freno es reducida.
La rama SÍ del paso condicional 66 avanza el procesamiento fuera del primer bucle de rutina hacia la segunda etapa en el paso de procesamiento 68. El paso de procesamiento 68 representa el ajuste del frenado regenerativo en respuesta a cambios en la fuerza 1/0 desplazamiento aplicada al pedal de freno. En seguida, en el paso de procesamiento 70 son verificados los criterios de estabilidad del vehículo. Estos incluyen comparaciones de posición del volante de la dirección y derrape del vehículo contra la velocidad medida del vehículo. La salida del algoritmo de estabilidad es comparada con un índice. En vehículos híbridos o eléctricos impulsados por ruedas traseras, el frenado regenerativo se aplica a las ruedas traseras (las ruedas impulsoras) cuando el conductor oprime el pedal de freno lo suficiente para desacelerar el vehículo a una velocidad umbral (Di m/seg2 sin bloqueo de ruedas en ninguna rueda de frenado como se determina por el sistema de frenado y controlador de sistema de frenado anti-bloqueo 28 y la velocidad del vehículo excediendo el umbral mínimo Si) . El frenado regenerativo también ocurriría en la dirección del dispositivo de control de velocidad (en respuesta a sensores de velocidad y pendiente del vehículo) . Para retardar la aceleración del vehículo bajando de una colina. Si el frenado regenerativo se aplica en una curva, un sensor de derrape y sensor de posición del volante de la dirección indicará que el vehículo está dando vuelta y simultáneamente aplicará una cantidad apropiada de frenado de base/servicio de las ruedas no impulsoras 22 (típicamente delanteras) para mantener buena estabilidad del vehículo. La cantidad de frenado de base/servicio de las ruedas no impulsoras 22 aplicado se determina por la cantidad de derrape del vehículo, entrada del volante de la dirección y velocidad del vehículo al usar una tabla de búsqueda. Si las demandas del frenado exceden aquellas que pueden ser ejercidas a través del frenado regenerativo, el frenado de base se agrega tanto a los ejes impulsores como no impulsores.
Después del paso de procesamiento 70, un paso condicional 72 se provee el cual determina si se están cumpliendo los criterios de estabilidad. Si no es así, la rama NO es seguida al paso de procesamiento 84 en donde un algoritmo es ejecutado que reduce la cantidad de frenado regenerativo e incrementa proporcionalmente el frenado de base/servicio para compensar la pérdida de frenado regenerativo. Eso ocurre primero en las ruedas no regenerativas 22 pero puede incluir frenos de servicio 24 para las ruedas regenerativas 20. En seguida, el paso adicional 86 es ejecutado para determinar si se mantiene aplicado el pedal de freno. Si no es asi, el proceso es descontinuado a lo largo de la trayectoria de salida/fin 88. Si el pedal de freno está aún desplazado, el procesamiento regresa al paso de procesamiento 68.
Regresando al paso condicional 72, la rama SÍ es seguida cuando los criterios de estabilidad se cumplen. A lo largo de esta trayectoria, un paso condicional 74 se usa para determinar si el vehículo excederá la velocidad de umbral mínima de Si. Si no es así, el frenado regenerativo no es usando y el proceso sigue la trayectoria NO al paso 1/0 76 en donde los frenos de servicio 24 únicamente se usan para retardar el movimiento del vehículo 10. En seguida, el control pasa al paso condicional 78 en donde se determina si el vehículo será detenido. Si es SÍ, el proceso sale a través de la caja de terminación del programa 80. Si no es así, la rama NO conduce a control de regreso al paso condicional 74 para otra comparación gue impligue velocidad del vehículo y la velocidad umbral mínima de Si para el frenado regenerativo. A lo largo de la rama SÍ del paso condicional 74, el control pasa al paso condicional 82 en donde se determina si el pedal de freno aún esta aplicado. Si no es así, el proceso termina y si es si el proceso regresa al control para el paso de procesamiento 68.
Pasando a la figura 5, un procedimiento para manejar la duración del período de bruñido de freno, o modo de frenado regenerativo de reinicio, se ilustra. El proceso empieza con la llave de encendido siendo ciclada de APAGADO a ENCENDIDO en el paso 1/0 90 seguido por el paso condicional 92 en donde se determina si el vehículo 10 está en el modo de frenado regenerativo de reinicio. Si no es así, la rama NO es llevada al paso de procesamiento de modo de "frenado regenerativo máximo" normal 94. A lo largo de la rama SI del paso condicional 92, un paso de procesamiento 96 se provee que indica la operación con frenado regenerativo mínimo. Esto incluye el uso de frenado no regenerativo, el seguida, el control pasa a un algoritmo que mide la métrica (s) usada para determinar la duración del modo de reinicio tal como ciclos de frenado, kilómetros recorridos, etc., que sirven como sustitutos para condiciones de bruñido de balata/materiales de fricción del freno de servicio 24. Enseguida, el paso condicional 100 se determina sin la variable de operación de sustitución medida como un indicador de condición para la condición de bruñido de balata/materiales de fricción de freno se ha cumplido. Si es así, el control pasa al paso de procesamiento 94. Si no es así, un bucle es ejecutado que incluye el paso condicional 100 y el paso de procesamiento 102, que provee la actualización de la medición de variable de operación sustituta.
La figura 6 es un procedimiento alternativo a la figura 5. El procedimiento de la figura 6 provee una transición gradual de un modo de frenado regenerativo de reinicio a operación normal. Nuevamente, como se indica por el paso I/O 110, el proceso empieza con la llave de encendido siendo ciclada de APAGADO a ENCENDIDO, seguido por un paso condicional 112 en donde se determina si el vehículo 10 está en el modo de frenado regenerativo de inicio. Si no es así, la rama NO es llevada al paso de procesamiento de modo de "frenado regenerativo máximo" normal 114. A lo largo de la rama SI del paso condicional 112, un paso de procesamiento 116 se provee que indica la operación con frenado regenerativo mínimo último nivel de frenado regenerativo conocido, que inicialmente puede ser cero. Enseguida, el control pasa a un algoritmo que mide la métrica (s) usada para determinar la duración del modo de reinicio tal como ciclos de frenado, kilómetros recorridos, etc., que sirven como sustitutos para la condición de bruñido de balata/materiales de fricción del freno de servicio 24. Enseguida, el paso condicional 120 se determina sin la variable de operación de sustitución medida como un indicador de condición para la condición de bruñido de balata/materiales de fricción de freno se ha cumplido. Si es así, el control pasa al paso de procesamiento 114. Si no es así, un bucle es ejecutado que incluye el paso condicional 120 y el paso de procesamiento 122, y el paso de procesamiento 124 que provee la actualización de la medición de variable de operación sustituta y para incrementar el componente de frenado regenerativo del frenado total.
Las figuras 7 y 8 proveen una comparación entre un vehículo híbrido convencional que usa frenado regenerativo y un vehículo 10 que opera para incrementar la energía cinética total recapturada. La escala vertical es desaceleración del vehículo en unidades de m/seg2 (sobre pavimento liso, seco) y la escala horizontal es el porcentaje de desplazamiento de frenado posible. La desaceleración total, es decir el frenado provisto tanto por los frenos de servicio como el frenado regenerativo es la misma que se indica por las curvas 132 y 142 . Las curvas 130 y 140 son curvas de desaceleración de vehículo convencionales para proposititos de comparación. Las curvas 134 y 144 ilustran contribución de frenado regenerativo entre vehículos híbridos y el vehículo 10 respectivamente. La porción aplanada de las curvas 134 y 144 refleja límites en la capacidad del tren impulsor 15 para absorber la energía cinética del vehículo. Las curvas 136 y 146 ilustran la contribución de frenado del servicio en los dos sistemas, respectivamente. La contribución del freno de servicio en el vehículo 10 de la presente es deducida, lo que implica que más recaptura de energía para viaje del pedal entre aproximadamente 20% y aproximadamente 50% de desplazamiento posible, siempre que la velocidad del vehículo 10 exceda Si . El porcentaje específico del viaje del pedal y la tasa de desaceleración del vehículo sólo son ilustrativos y no pretenden ser limitantes. Cada familia de vehículo incluirá calibración o ajuste específico para incrementar la cantidad de frenado regenerativo obtenida durante eventos de desaceleración .

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un vehículo que comprende: un tren impulsor de vehículo que incluye un motor de tracción, por lo menos una rueda impulsora y medios para acoplar mecánicamente el motor de tracción a la por lo menos una rueda impulsora ; el motor de tracción teniendo un modo de tracción en el cual el motor de tracción opera como una fuerza motriz principal del vehículo a través de la por lo menos una rueda impulsora y un modo de frenado regenerativo en el cual el motor de tracción absorbe la energía cinética del vehículo a través de la por lo menos una rueda impulsora para almacenamiento; un sensor de velocidad del vehículo; frenos de servicio conectados a la por lo menos una rueda impulsora; medios para requerir par de torsión de frenado calculado; medios que responden a los medios para requerir par de torsión de frenado calculado y capaces de distribuir el par de torsión de frenado calculado entre los frenos de servicio y motor de tracción que opera en modo de frenado regenerativo, los medios responden al medio para requerir par de torsión de frenado calculado y capaces de distribuir el par de torsión de frenado que además responde a una velocidad del vehículo que cae por debajo de un umbral de velocidad mínimo al distribuir todo el par de torsión de frenado a los medios de servicio y sin embargo responde además a la velocidad del vehículo que excede el umbral de velocidad mínimo al combinar el par de torsión de frenado entre el motor de tracción y los frenos de servicio como una función de par de torsión de frenado requerido; un sensor de derrape; un sensor de posición del volante de la dirección; por lo menos una rueda no impulsora; frenos de servicio a la por lo menos una rueda no impulsora; y medios que responden al sensor de derrape y al sensor de posición del volante de la dirección para balancear el par de torsión de frenado entre la por lo menos una rueda impulsora y la por lo menos una rueda no impulsora para proveer control de estabilidad.
2. El vehículo de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio que responde al sensor de derrape y sensor de posición del volante de la dirección respondiendo a una velocidad de vehículo que excede el umbral de velocidad mínimo al distribuir sustancialmente todo el par de torsión de frenado a frenado regenerativo cuando el vehículo está viajando en una línea recta, como se determina a partir del sensor de derrape y sensor de posición del volante de la dirección, en donde el par de torsión de frenado demandado es menor que un umbral de par de torsión de frenado mínimo.
3. El vehículo de conformidad con la reivindicación 2, en donde los medios que responden a los medios para requerir par de torsión de frenado calculado y capaces de distribuir par de torsión de frenado redistribuyendo cada vez mayor par de torsión de frenado relativo del frenado regenerativo a un frenado no regenerativo con demanda de par de torsión de frenado cada vez mayor o desaceleración de línea no recta.
4. El vehículo de conformidad con la reivindicación 3, en donde los medios que responden a los medios para requerir par de torsión de frenado calculado y capaces de distribuir par de torsión de frenado además comprenden: un controlador de motor de tracción para cambiar el motor de tracción entre un modo de frenado regenerativo y un modo de tracción. un controlador de frenado para controlar la aplicación de los frenos de servicio conectados a la por lo menos una rueda impulsora y los frenos de servicio conectados a la por lo menos una rueda no impulsora; y medios para comunicar datos entre el controlador de frenado y el controlador de motor de tracción.
5. El vehículo de conformidad con la reivindicación 4, en donde el vehículo es un vehículo híbrido eléctrico y el tren impulsor del vehículo además incluye una máquina de combustión interna que puede ser selectivamente acoplada mecánicamente al motor de tracción y en donde el motor de tracción es un motor de tracción eléctrica y en donde la máquina de combustión interna o el motor de tracción eléctrico opera selectivamente como la fuerza motriz principal del vehículo.
6. El vehículo de conformidad con la reivindicación 5, en donde el controlador de frenado y el controlador del motor de tracción responden a una demanda cada vez mayor para par de torsión de frenado al ajustar el par de torsión de frenado desde el motor de tracción eléctrico.
7. El vehículo de conformidad con la reivindicación 6, que además comprende: medios manuales para suspender la combinación de frenado regenerativo y frenado no regenerativo a favor de frenado no regenerativo durante un período medido por la operación del vehículo.
8. El vehículo de conformidad con la reivindicación 4, en donde el motor de tracción es una bomba hidráulica.
9. Un sistema de frenado para un vehículo soportado por una pluralidad de ruedas, el sistema de frenado comprendiendo : frenos regenerativos acoplados a un subconjunto de la pluralidad de ruedas para aplicar par de torsión de frenado a las mismas; frenos no regenerativos para aplicar par de torsión de frenado a la pluralidad de ruedas; medios para controlar el par de torsión de frenado generado por los frenos regenerativos; los medios para controlar par de torsión de frenado respondiendo a una demanda para par de torsión de frenado a menos de una desaceleración umbral mínima para aplicar los frenos regenerativos al movimiento retardado del vehículo; y los medios para controlar el par de torsión de frenado añadiendo par de torsión de frenado tanto de los frenos regenerativos como de los frenos no regenerativos en respuesta a la demanda de par de torsión de frenado para retardar el movimiento del vehículo a más de la desaceleración umbral mínima; medios para detectar una vuelta por el vehículo; los medios para controlar el par de torsión de frenado respondiendo a la detección de vuelta reduciendo el frenado regenerativo o incrementando el frenado no regenerativo cuando el vehículo está dando la vuelta; y los medios para controlar el par de torsión de frenado teniendo un modo de frenado regenerativo limitado que puede ser manualmente iniciado.
10. El sistema de frenado de conformidad con la reivindicación 9, que además comprende. los frenos regenerativos siendo un motor de tracción eléctrico que tiene un modo de operación de regeneración .
11. El sistema de frenado de conformidad con la reivindicación 9 que además comprende: los frenos regenerativos siendo una bomba hidráulica . RESUMEN En un vehículo equipado para frenado regenerativo y no regenerativo, el frenado regenerativo sólo se aplica a ruedas predeterminadas en respuesta a la demanda de frenado cuando el impulsor intenta desacelerar el vehículo a la primera velocidad (<Di m/seg2) , sin bloqueo de ruedas en ninguna rueda de frenado como se indica por un controlador de sistema de frenado anti-bloqueo y la velocidad excede un umbral mínimo. Si el frenado se aplica en una vuelta, se aplica una cantidad apropiada del par de torsión de frenado de servicio/base de la rueda no impulsora para mantener la estabilidad del vehículo. La cantidad apropiada del frenado de base que ha de ser aplicada es determinada por la cantidad de derrape del vehículo, entrada del volante de la dirección y velocidad del vehículo usando una tabla de búsqueda. A medida que se incrementa la demanda de frenado, se añade el frenado de base/servicio, primero a cualesquiera ruedas que no provean frenado regenerativo y posteriormente a ruedas que tengan frenado regenerativo.
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