SE1250700A1 - Förfarande vid körning av ett fordon - Google Patents

Abstract

12 SAM MANDRAG Förfarande vid körning av ett fordon med ett drivsystem innefat-tande en förbränningsmotor med en utgående axel (2a), en väx-ellåda (3) med en ingående axel (3a), en elektrisk maskin (9)som innefattar en stator och en rotor, och en planetvåxel som in-nefattar ett solhjul (10), ett ringhjul (11) och en planethjulshållare(12). Fordonet körs med planetvåxelns delar hoplåsta. Pla-netväxeln bringas till frigöringslåget genom att den elektriskamaskinen och förbränningsmotorn momentstyrs mot momentba-lans i planetväxeln och sedan planetväxeln överförs till fritt läge. (Fig 2).

Description

växellådans ingående axel är sammankopplade med en planet- växel kan den konventionella kopplingsmekanismen och nämnda nackdelar med denna undvikas. Ett fordon med ett drivsystem av denna typ är känt genom EP 1 319 546.

Det finns naturligtvis en ständig strävan att förbättra sättet att driva ett fordon med ett sådant drivsystem på vad gäller energi- effektivitet och vid bromsning av fordonet regenerera så mycket som möjligt av bromsenergin. Det är också just p g a att det är energimässigt mest fördelaktigt vid positiva moment i den av drivsystemet bildade drivlinan som ett sådant fordon körs med låsmedlet i låsläget.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att anvisa ett förfarande av inledningsvis definierat slag som är i linje med ovannämnda strä- van. Detta syfte uppnås enligt uppfinningen genom att tillhanda- hålla ett förfarande enligt bifogade patentkrav 1.

I vissa situationer är det önskvärt och i andra helt nödvändigt att planetväxeln överförs till det fria läget, d v s låsmedlet överförs till frigöringsläget. Exempel på detta är vid inbromsning mot stopp, för att kunna bromsa med den elektriska maskinen när växellådans ingående axel roterar långsammare än den första komponenten vid förbränningsmotorns tomgångsvarvtal. Under vissa växlingar önskas planetväxeln sättas i det fria läget av pre- standaskäl. Dessutom är det vid låga moment i drivlinan ofta bränsleekonomiskt att köra fordonet med fri planet. Genom att enligt uppfinningen momentstyra den elektriska maskinen och förbränningsmotorn mot momentbalans i planetväxeln kan pla- netväxeln överföras från låst till fritt tillstånd samtidigt som mo- ment överförs genom den, d v s utan momentavbrott. Detta är fördelaktigt ur åkkomfortsynpunkt men även ur energieffektivi- tetssynpunkt.

Enligt en utföringsform av uppfinningen utförs förfarandet på ett fordon med ett drivsystem med solhjulet som nämnda första komponent och ringhjulet som nämnda tredje komponent, och ett sådant drivsystem finns beskrivet i den ännu ej offentliggjorda SE 1051384-4 och uppvisar en rad fördelar i jämförelse med drivsystemet enligt ovannämnda EP 1 319 546, hos vilket ring- hjulet är den första komponenten och solhjulet den tredje kom- ponenten. Genom att förbinda den elektriska maskinen med ring- hjulet och förbränningsmotorns utgående axel med solhjulet upp- nås en kompakt konstruktion som är lätt att passa in i redan exi- sterande utrymmen för drivlinor (drivsystem) med kopplingsme- kanismer istället för planetväxlar. Därmed kan en hybridiserad växellåda göras storleks- och viktkompatibel med en standard- växellåda och standardiserade gränssnitt kan bibehållas. Detta innebär att den viktsökning som en hybridisering normalt innebär kan reduceras avsevärt. En annan fördel är att ett förbindande av den elektriska maskinen med ringhjulet ger ett högre möjligt bromsmoment via denna än om den istället vore förbunden med solhjulet.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen är det solhjulet och planethjulshållaren som är hoplåsta av nämnda låsmedel och frigörs för att tillåtas rotera med olika varvtal. På detta ställe är det enkelt att åstadkomma ett låsmedel som kan manövreras till- förlitligt med enkla medel. Härigenom överförs mindre moment via planethjulen. Bara den elektriska maskinens moment överförs då via dem.

Uppfinningen avser även ett datorprogram uppvisande de i pa- tentkrav 4 uppräknade särdragen, en datorprogramprodukt upp- visande de i patentkrav 5 uppräknade särdragen, en elektronisk styrenhet uppvisande de i patentkrav 6 uppräknade särdragen och ett fordon enligt patentkrav 7.

Andra fördelaktiga särdrag hos samt fördelar med uppfinningen framgår av den nedan följande beskrivningen.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Här nedan beskrivs en såsom exempel anförd utföringsform av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig 1 är en mycket förenklad vy av en drivlina hos ett fordon på vilket ett förfarande enligt uppfinningen är genom- förbart, Fig 2 är en mera detaljerad, men ändock förenklad vy av en del av ett nämnt drivsystem, Fig 3 är en principskiss över en elektronisk styrenhet för im- plementering av ett förfarande enligt uppfinningen, och Fig 4 är ett flödesdiagram illustrerande ett förfarande enligt en utföringsform av uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING AV EN UTFÖRINGSFORM AV UPPFINNINGEN Fig 1 visar en drivlina för ett tungt fordon 1. Drivlinan innefattar en förbränningsmotor 2, en växellåda 3, ett antal drivaxlar 4 och drivhjul 5. Mellan förbränningsmotorn 2 och växellådan 3 inne- fattar drivlinan ett mellanliggande parti 6. Fig 2 visar komponen- terna i det mellanliggande partiet 6 mer i detalj. Förbrännings- motorn 2 är försedd med en utgående axel 2a och växellådan 3 med en ingående axel 3a i det mellanliggande partiet 6. Förbrän- ningsmotorns utgående axel 2a är koaxiellt anordnad i förhål- lande till växellådans ingående axel 3a. Förbränningsmotorns ut- gående axel 2a och växellådans ingående axel 3a är roterbart anordnade runt en gemensam rotationsaxel 7. Det mellanlig- gande partiet 6 innefattar ett hus 8 som innesluter en elektrisk maskin 9 och en planetväxel. Den elektriska maskinen 9 inne- fattar på sedvanligt sätt en stator 9a och en rotor 9b. Statorn 9a innefattar en statorkärna som är fäst på lämpligt sätt på husets 8 insida. Statorkärnan innefattar statorns lindningar. Den elektriska maskinen 9 är anpassad att under vissa driftstillfällen utnyttja lagrad elektrisk energi för att tillföra drivkraft till växellådans in- gående axel 3a och under andra driftstillfällen utnyttja rörelse- energin hos växellådans ingående axel 3 för att utvinna och lagra elektrisk energi.

Planetväxeln är anordnad väsentligen radiellt invändigt om den elektriska maskinens stator 9a och rotor 9b. Planetväxeln inne- fattar på sedvanligt sätt ett solhjul 10, ett ringhjul 11 och en pla- nethjulhållare 12. Planethjulhållaren 12 bär upp ett antal kugghjul 13 som är roterbart anordnade i ett radiellt utrymme mellan sol- hjulets 10 och ringhjulets 11 kuggar. Solhjulet 10 är fäst på en perifer yta hos förbränningsmotorns utgående axel 2a. Solhjulet och förbränningsmotorns utgående axel 2a roterar som en en- het med ett första varvtal n1. Planethjulhällaren 12 innefattar ett fästparti 12a som är fäst på en perifer yta hos växellådans ingå- ende axel 3a med hjälp av ett splines-förband 14. Med hjälp av detta förband kan planethjulhållaren 12 och växellådans ingå- ende axel 3a rotera som en enhet med ett andra varvtal n2. Ring- hjulet 11 innefattar en utvändig perifer yta på vilken rotorn 9b är fast monterad. Rotorn 9b och ringhjulet 11 utgör en roterbar en- het som roterar med ett tredje varvtal ns.

Drivsystemet innefattar ett låsmedel genom att förbränningsmo- torns utgående axel 2a är försedd med ett förskjutbart kopplings- organ 15. Kopplingsorganet 15 är fäst på förbränningsmotorns utgående axel 2a med hjälp av ett splines-förband 16. Kopp- lingsorganet 15 är i detta fall vridfast anordnat på förbrännings- motorns utgående axel 2a och förskjutbart anordnat i en axiell riktning på förbränningsmotorns utgående axel 2a. Kopplingsor- ganet 15 innefattar ett kopplingsparti 15a som är förbindbart med ett kopplingsparti 12b hos planethjulhållaren 12. Ett schematiskt visat förskjutningsorgan 17 är anpassat att förskjuta kopplingsor- ganet 15 mellan ett första läge då kopplingspartierna 15a, 12b inte är i ingrepp med varandra motsvarande ett frigöringsläge hos låsmedlet och ett andra läge då kopplingspartierna 15a, 12b är i ingrepp med varandra motsvarande ett låsläge hos låsmed- let. I detta låsläge kommer förbränningsmotorns utgående axel 2a och växellådans ingående axel 3a att vara hoplåsta och där- med dessa samt den elektriska maskinens rotor att rotera med samma varvtal. Detta tillstånd kan benämnas låst planet. Låsme- kanismen kan även innefatta en med första splines försedd hylsa som i frigöringsläget griper in med andra splines på en första komponent hos planetväxeln och i låsläget griper in med tredje splines på en andra komponent hos planetväxeln. Den första komponenten är i detta fall företrädesvis planethjulshållaren och den andra komponenten solhjulet. Låsmekanismen kan då vara utformad som en ringformad hylsa som väsentligen koncentriskt omsluter planethjulshållaren.

En elektrisk styrenhet 18 är utformad att styra förskjutningsorga- net 17. Styrenheten 18 är även utformad att avgöra vid vilka till- fällen som den elektriska maskinen ska arbeta som motor och vid vilka tillfällen som den ska arbeta som generator. För att avgöra detta kan styrenheten 18 mottaga aktuell information om lämpliga driftsparametrar. Styrenheten 18 kan vara en dator med pro- gramvara för detta ändamål. Styrenheten 18 styr en schematiskt visad regleringsutrustning 19 som reglerar flödet av elektrisk energi mellan ett hybridbatteri 20 och den elektriska maskinens statorlindningar 9a. Vid tillfällen som den elektriska maskinen 9 arbetar som motor tillförs lagrad elektrisk energi från hybridbatte- riet 20 till statorn 9a. Vid tillfällen som den elektriska maskinen arbetar som generator tillförs elektrisk energi från statorn 9a till hybridbatteriet 20. Hybridbatteriet 20 levererar och lagrar elekt- risk energi med en spänning som är av storleksordningen 300- 700 Volt. Då det mellanliggande partiet 6 mellan förbrännings- motorn 2 och växellådan 3 i ett fordon är begränsat erfordras att den elektriska maskinen 9 och planetväxeln utgör en kompakt enhet. Planetväxelns komponenter 10, 11, 12 anordnas här vä- sentligen radiellt invändigt om den elektriska maskinens stator 9a. Rotorn 9b hos den elektriska maskinen, ringhjulet 11 hos planetväxeln, förbränningsmotorns utgående axel 2a och växel- lådans ingående axel 3a är här roterbart anordnade runt en gemensam rotationsaxel 5. Med ett sådant utförande upptar den elektriska maskinen 9 och planetväxeln ett relativt litet utrymme.

Fordonet 1 är utrustat med en motorstyrningsfunktion 21 med vil- ken förbränningsmotorns 2 varvtal n1 kan regleras. Styrenheten 18 har därmed möjlighet att aktivera motorstyrningsfunktionen 21 och skapa ett momentlöst tillstånd i växellådan 3 vid i- och ur- läggning av växlar i växellådan 3. Naturligtvis kan drivsystemet istället för att styras av en enda styrenhet 18 styras av flera olika styrenheter.

När förfarandet startas körs fordonet med låsmedlet i låsläget.

Detta betyder att alla tre komponenterna hos planetväxeln roterar med samma varvtal. Därpå detekteras ett behov av att överföra låsmedlet till frigöringsläget.

Då begynnes förfarandet genom att det beslutas att låsmedlet ska överföras till frigöringsläget, varpå styrenheten 18 styr den elektriska maskinen 9 att via ringhjulet 11 applicera ett första vridmoment på växellådans ingående axel Ba som motsvarar produkten av å ena sidan efterfrågat drivsystemsmoment och å andra sidan planetväxelns utväxlingsförhållande och samtidigt styr styrenheten 21 förbränningsmotorn 2 att applicera ett andra vridmoment på växellådans ingående axel 3a som motsvarar produkten av å ena sidan efterfrågat drivsystemsmoment och å andra sidan (1-planetväxelns utväxlingsförhållande). Därvid är planetväxelns utväxlingsförhållande här antalet tänder hos ring- hjulet/(antalet tänder hos solhjulet + antalet tänder hos ringhju- let), när det är solhjulet som är förbundet med förbränningsmo- torns utgående axel och ringhjulet med den elektriska maskinens rotor. Följaktligen momentstyrs den elektriska maskinen och för- bränningsmotorn mot momentbalans i planetväxeln. När sedan momentbalans uppnåtts överförs låsmedlet till frigöringsläget ge- nom förskjutning av kopplingsorganet 15. Således har genom det uppfinningsenliga förfarandet planetväxeln kunnat överföras från låst till fritt läge samtidigt som moment överförs via den.

Ovan har ett antal olika anledningar till att detta kan önskas gö- ras under körning av ett nämnt fordon nämnts, och en ytterligare anledning kan vara att det fria läget kan utnyttjas för att hoppa över växelsteg under acceleration av fordonet. I ett sådant fall kan det uppfinningsenliga förfarandet genomföras när det är dags att växla upp, varpå det accelereras ytterligare med hjälp av den elektriska maskinens större varvtalsomfång, varpå syn- kronisering av varvtalet hos växellådans ingående axel med ax- elvarvtalet hos en högre växel i växellådan sker innan denna växel slutligen läggs i.

Datorprogramkod för implementering av ett förfarande enligt upp- finningen är lämpligen inkluderad i ett datorprogram som är in- läsningsbart till internminnet hos en dator, såsom internminnet hos en elektronisk styrenhet hos ett motorfordon. Ett sådant da- torprogram är lämpligen tillhandahållet via en datorprogrampro- dukt innefattande ett av en elektronisk styrenhet läsbart datalag- ringsmedium, vilket datalagringsmedium har datorprogrammet lagrat därpå. Nämnda datalagringsmedium är exempelvis ett op- tiskt datalagringsmedium i form av en CD-ROM-skiva, en DVD- skiva etc, ett magnetiskt datalagringsmedium i form av en hård- disk, en diskett, ett kassettband etc, eller ett Flashminne eller ett minne av typen ROM, PROM, EPROM eller EEPROM.

Fig 3 illustrerar mycket schematiskt en elektronisk styrenhet 40 innefattande ett exekveringsmedel 41, såsom en central proces- sorenhet (CPU), för exekvering av datorprogramvara. Exekve- ringsmedlet 41 kommunicerar med ett minne 42, exempelvis av typen RAM, via en databuss 43. Styrenheten 40 innefattar även datalagringsmedium 44, exempelvis i form av ett Flashminne el- ler ett minne av typen ROM, PROM, EPROM eller EEPROM. Exe- kveringsmedlet 41 kommunicerar med datalagringsmediet 44 via databussen 43. Ett datorprogram innefattande datorprogramkod för implementering av ett förfarande enligt uppfinningen, ex- empelvis i enlighet med den i Fig 4 illustrerade utföringsformen, är lagrat på datalagringsmediet 44.

Uppfinningen är givetvis inte på något sätt begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan en mängd möjligheter till mo- difikationer därav torde vara uppenbara för en fackman på områ- det utan att denne för den skull avviker från uppfinningens ram sådan denna definieras i bifogade patentkrav.

Låsmedlet kan vara utformat att låsa ihop vilka två som helst av nämnda tre komponenter.

En transmission skulle kunna vara anordnad mellan rotorn och ringhjulet och även mellan förbränningsmotorns utgående axel och solhjulet, såsom uppströms om den axel som i figurerna är visad förbunden med solhjulet. Den senare transmissionen skulle även kunna utgöras av en variabel växel.

Det vore även tänkbart att förfarandet utförs på ett fordon med ringhjulet som den första komponenten och solhjulet som den tredje komponenten, även om det motsatta ofta torde vara att fö- redra genom ovannämnda fördelar med detta.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 10 Patentkrav Förfarande vid körning av ett fordon med ett drivsystem in- nefattande en förbränningsmotor (2) med en utgående axel (2a), en växellåda (3) med en ingående axel (3a), en elekt- risk maskin (9) som innefattar en stator (9a) och en rotor (9b), och en planetväxel som innefattar tre komponenter i form av ett solhjul (10), ett ringhjul (11) och en planethjuls- hållare (12), varvid förbränningsmotorns utgående axel (2a) är förbunden med en första av nämnda komponenter hos planetväxeln så att en rotation av denna axel leder till en ro- tation av denna komponent, varvid växellådans ingående axel (3a) är förbunden med en andra av nämnda komponen- ter hos planetväxeln så att en rotation av denna axel leder till en rotation av denna komponent och den elektriska ma- skinens rotor (9b) är förbunden med en tredje av nämnda komponenter hos planetväxeln så att en rotation av rotorn leder till en rotation av denna komponent, varvid drivsyste- met dessutom innefattar ett låsmedel överförbart mellan ett låsläge i vilket två av nämnda komponenter är ihoplåsta så att de tre komponenterna (10-12) roterar med samma varvtal och ett frigöringsläge i vilket komponenterna tillåts rotera med olika varvtal, samt varvid förfarandet startas när fordo- net körs med låsmedlet i låsläget, kännetecknat därav, att det innefattar följande steg: a) beslutande att låsmedlet skall överföras till frigöringslä- get, b) styrning av den elektriska maskinen (9) att applicera ett första vridmoment som motsvarar produkten av å ena sidan efterfrågat drivsystemsmoment och å andra sidan planetväxelns utväxlingsförhållande och samtidig styr- ning av förbränningsmotorn (2) att applicera ett andra vridmoment som motsvarar produkten av å ena sidan ef- terfrågat drivsystemsmoment och å andra sidan (1- planetväxelns utväxlingsförhållande), och 10 15 20 25 30 11 c) överföring av låsmedlet till frigöringsläget när både nämnda första och andra vridmoment uppnåtts och där- med momentbalans råderi planetväxeln. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att det är ett fordon med ett nämnt drivsystem med solhjulet (10) som nämnda första komponent och ringhjulet (11) som nämnda tredje komponent som förfarandet utförs på. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att det är solhjulet (10) och planethjulshållaren (12) som är hoplåsta av nämnda låsmedel och i steg c) frigörs för att tillåtas rotera med olika varvtal. Datorprogram innefattande datorprogramkod för att bringa en dator att implementera ett förfarande enligt något av kra- ven 1-3 när datorprogramkoden exekveras i datorn. Datorprogramprodukt innefattande ett datalagringsmedium som år läsbart av en dator, varvid datorprogramkoden hos ett datorprogram enligt krav 4 är lagrad på datalagringsme- diet. Elektronisk styrenhet hos ett motorfordon innefattande ett exekveringsmedel, ett till exekveringsmedlet (41) anslutet minne (42) och ett till exekveringsmedlet anslutet datalag- ringsmedium (44), varvid datorprogramkoden hos ett dator- program enligt krav 4 är lagrat på nämnda datalagringsme- dium (44). Fordon innefattande en elektronisk styrenhet enligt krav 6.