SE536627C2 - Förfarande för att accelerera ett hybridfordon - Google Patents

Description

536 627 Genom att se till att fordonet har ett drivsystem i vilket förbrän- ningsmotorns utgående axel, den elektriska maskinens rotor och 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.

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.

Genom att under hela förfarandet den elektriska maskinen mo- mentstyrs och förbränningsmotorn varvtalsstyrs kommer det för- sta varvtalet och varvtalet hos den med förbränningsmotorns ut- gående axel förbundna första komponenten att närma sig var- andra tills hoplåsningen kan ske, och detta sker då utan något momentavbrott i den av fordonets drivsystem bildade drivlinan och utan att fordonets förare märker av övergången som genom förfarandet skett från fri till låst planetväxel. Anledningar till att gå över från fri till låst planet kan exempelvis vara att det är energimässigt mer fördelaktigt att i rådande körsituation köra i det låsta läget eller att för drivning av den elektriska maskinen lagrad energi börjar sina.

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 536 627 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 mäts i steg b) varvtalet hos växellådans ingående axel och förbränningsmotorn styrs att förändra sitt varvtal i riktning mot detta varvtal. Detta innebär en förhållandevis enkel och tillförlitlig styrning av för- bränningsmotorn till tillståndet i vilket låsmedlet kan överföras till låsläget.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen startas förfarandet i ett tillstånd hos nämnda drivsystem med ett varvtal hos den för- sta komponenten som är lägre än nämnda första varvtal, och i steg b) styrs förbränningsmotorn att öka sitt varvtal i riktning mot nämnda första varvtal. Varvtalet hos den med förbränningsmo- torns utgående axel förbundna första komponenten är vanligtvis lägre än nämnda första varvtal, och genom att förbränningsmo- torn då för att uppnå låsningsläget styrs att öka sitt varvtal bidrar förbränningsmotorn till den hos fordonet efterfrågade accelera- flonen.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen hoplåses i steg c) solhjulet och planethjulshållaren. Detta är ett fördelaktigt ställe att utföra nämnda hoplåsning på. Härigenom överförs mindre 536 627 moment via planethjulen. Bara den elektriska maskinens moment överförs då via dem.

Uppfinningen avser även ett datorprogram uppvisande de i pa- tentkrav 6 uppräknade särdragen, en datorprogramprodukt upp- visande de i patentkrav 7 uppräknade särdragen, en elektronisk styrenhet uppvisande de i patentkrav 8 uppräknade särdragen och ett fordon enligt patentkrav 9.

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, Fig 4 visar hur varvtalet för till planetväxeln hos drivsyste- met enligt Fig 2 ansluten förbränningsmotoraxel och ingående axel till växellådan samt fordonshastighet och moment hos den elektriska maskinen varierar över tiden vid genomförande av ett förfarande enligt en utföringsform av uppfinningen för att under körning framåt accelerera fordonet, och Fig 5 är ett flödesdiagram illustrerande ett förfarande enligt en utföringsform av uppfinningen. 536 627 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 Iindningar. 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 m. Planethjulhållaren 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 536 627 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 na.

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 536 627 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 200- 800 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 ge- mensam 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.

I Fig 5 visas ett flödesdiagram som illustrerar ett förfarande en- ligt en utföringsform av föreliggande uppfinning för att under kör- ning framåt accelerera ett fordon med ett drivsystem av den typ som finns visad i Fig 2. Det hänvisas samtidigt till Fig 4, där varvtalen hos förbränningsmotorns utgående axel och växellå- dans ingående axel n1 respektive nz, fordonets hastighet v och den elektriska maskinens vridmoment M är uppritade över tiden för genomförande av detta förfarande. 536 627 När förfarandet startas körs fordonet framåt med låsmedlet i fri- göringsläget och en framåtväxel ilagd. Detta betyder att alla tre komponenterna hos planetväxeln tillåts rotera med olika varvtal.

Att fordonet körs på detta vis kan exempelvis bero på att ett väx- elbyte skett i växellådan, vilket varit positivt att genomföra med planetväxeln i fritt tillstånd eller att fordonet körs med relativt hög hastighet och förbränningsmotorn körs på låga varvtal för att detta är fördelaktigt ur energiförbrukningssynpunkt. Därpå de- tekteras ett behov av att accelerera fordonet och övergå till att köra med planetväxeln i låst läge, t ex för att energinivån börjar sina i ett batteri som förser den elektriska maskinen med energi.

Då begynnes förfarandet genom att styrenheten 18 vid tidpunk- ten t1 styr den elektriska maskinen 9 att avge ett vridmoment M som motsvarar produkten av å ena sidan det för accelerationen efterfrågade drivsystemsmomentet och å andra sidan planetväx- elns utväxlingsförhållande. Därvid är i detta fall planetväxelns utväxlingsförhållande antalet tänder hos ringhjulet/(antalet tänder hos solhjulet + antalet tänder hos ringhjulet). Samtidigt mäts varvtalet ng hos växellådans ingående axel och förbränningsmo- torn styrs att förändra sitt varvtal n1 i riktning mot varvtalet hos växellådans ingående axel.

Vid tidpunkten t2 är varvtalen n1 och ng väsentligen lika, och då överförs låsmedlet till låsläget genom förskjutning av kopplings- organet 15, varpå solhjulet, ringhjulet och planethjulshållaren hos planetväxeln kommer att rotera med samma varvtal och fordonet köras som om planetväxeln inte vore där. Med väsentligen lika menas här att differensen mellan varvtalen är så liten att hoplås- ning kan ske.

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- 536 627 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. Ex- ekveringsmedlet 41 kommunicerar med datalagringsmediet 44 via databussen 43. Ett datorprogram innefattande datorprogramkod för implementering av ett förfarande enligt uppfinningen, ex- empelvis i enlighet med i Fig 5 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. 536 627 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.

Det är möjligt att när förfarandet begynnes har den med förbrän- ningsmotorns utgående axel förbundna komponenten ett högre varvtal än nämnda första varvtal, och det första varvtalet skulle även kunna väljas vara varvtalet hos den med den elektriska ma- skinen förbundna komponenten.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 536 627 Patentkrav Förfarande för att under körning framåt accelerera ett fordon med ett drivsystem innefattande en förbränningsmotor (2) med en utgående axel (2a), en växellåda (3) med en ingå- ende axel (3a), en elektrisk maskin (9) som innefattar en stator (9a) och en rotor (9b), och en planetväxel som inne- fattar tre komponenter i form av ett solhjul (10), ett ringhjul (11) och en planethjulshållare (12), varvid förbränningsmo- torns utgående axel (2a) är förbunden med en första av nämnda komponenter hos planetväxeln så att en rotation av denna axel leder till en rotation av denna komponent, varvid växellådans ingående axel (3a) är förbunden med en andra av nämnda komponenter hos planetväxeln så att en rotation av denna axel leder till en rotation av denna komponent och den elektriska maskinens 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 drivsystemet dessutom innefattar ett Iåsmedel över- förbart 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 star- tas när fordonet körs framåt med låsmedlet i frigöringsläget, kännetecknat därav, att det innefattar följande steg: a) styrning av den elektriska maskinen (9) att avge ett vrid- moment som motsvarar produkten av å ena sidan det för accelerationen efterfrågade drivsystemsmomentet och å andra sidan planetväxelns utväxlingsförhållande, b) samtidigt med steg a) mätning av ett första varvtal hos växellådans ingående axel eller den tredje komponenten och styrning av förbränningsmotorn att förändra sitt varvtal i riktning mot nämnda första varvtal, och c) överföring av låsmedlet till låsläget när varvtalet (n1) hos den första komponenten är väsentligen lika med nämnda första varvtal (n2). 11 10 15 20 25 30 35 536 627 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 accelereras. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, i steg b) mäts varvtalet (n2) hos växellådans ingående axel (3a) och förbränningsmotorn styrs att förändra sitt varvtal (n1) i riktning mot detta varvtal. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att förfarandet startas i ett tillstånd hos nämnda driv- system med ett varvtal (n1) hos den första komponenten som är lägre än nämnda första varvtal (ng), och att i steg b) för- bränningsmotorn (2) styrs att öka sitt varvtal i riktning mot nämnda första varvtal. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att i steg c) solhjulet (10) och planethjulshållaren (12) hoplåses. Datorprogram innefattande datorprogramkod för att bringa en dator att implementera ett förfarande enligt något av kra- ven 1-5 när datorprogramkoden exekveras i datorn. Datorprogramprodukt innefattande ett datalagringsmedium som är läsbart av en dator, varvid datorprogramkoden hos ett datorprogram enligt krav 6 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 6 är lagrat på nämnda datalagringsme- dium (44). 12 536 627 9. Fordon innefattande en elektronisk styrenhet enligt krav 8. 13