SE536664C2 - Förfarande för att bromsa ett fordon - Google Patents

Abstract

14 SAM MANDRAG Förfarande för att under körning framåt bromsa ett fordon medett drivsystem innefattande en förbränningsmotor med en utgå-ende axel (2a), en växellåda (3) med en ingående axel (3a), enelektrisk maskin (9) som innefattar en stator och en rotor, och enplanetvåxel som innefattar tre komponenter i form av ett solhjul(10), ett ringhjul (11) och en planethjulshållare (12). Fordonetkörs med en av nåmnda komponenter förbunden med en utgå-ende axel hos förbrånningsmotorn roterande med ett lägre varv-tal ån en av komponenterna förbunden med den elektriska ma-skinen. Vid bromsning av fordonet styrs den elektriska maskinenatt applicera ett bromsmoment på våxellådans ingående axel somfår förbrånningsmotorns varvtal att öka. (Pig. 2).

Description

536 664 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.

Denna bromsning används vid körning med så kallad fri planet- växel (låsmedlet i frigöringsläget) i lite högre hastigheter. Den vanligaste orsaken till att köra fordonet med fri planetväxel i högre hastigheter är för att spara bränsle vid låga drivsystems- moment genom att låta förbränningsmotorn gå på låga varvtal.

Vid applicering genom den elektriska maskinen av ett broms- moment som överstiger den i patentkrav 1 nämnda produkten kommer förbränningsmotorns varvtal att öka, vilket uppfinnings- enligt utnyttjas för att få en jämn inbromsning som spinner upp förbränningsmotorn så att den första komponenten får synkront varvtal med den tredje komponenten och växellådans ingående axel utan att bränsle behöver användas. När sedan planetväxeln låses (låsmedlet i làsläget) kan den elektriska maskinen bromsa med valfritt moment, som då kan väljas högt om så önskas. ln- bromsningen under regenererande av bromsenergin kan göras mycket energieffektiv. Det påpekas att bromsning av fordonet görs med det moment som efterfrågas och är möjligt att applicera och ej målinriktat med ett moment som överstiger nämnda pro- dukt. Ett problem vid bromsning med s.k. fri planet är att det kan 536 664 bara läggas på ett begränsat bromsmoment för att när detta överstiger nämnda produkt spinner förbränningsmotorn upp i varv. Men här utnyttjas det faktumet till att uppnå ett tillstånd i vilket planetväxeln kan överföras till låst tillstånd och sedan kan fortsatt bromsning ske med godtyckligt stort moment.

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 varvtalen hos solhjulet och ringhjulet som jämförs i steg b), vilket är lämp- ligt.

Enligt en annan utföringsform av uppfinningen hoplåses i steg c) solhjulet och planethjulshållaren, vilket innebär att en hoplåsning kan realiseras tillförlitligt med enkla medel. Härigenom överförs mindre moment via planethjulen. Bara den elektriska maskinens moment överförs då via dem. 536 664 Enligt en annan utföringsform av uppfinningen styrs den elekt- riska maskinen i steg a) att via den tredje komponenten på väx- ellådans ingående axel applicera ett bromsmoment som översti- ger nämnda produkt med åtminstone 1%, åtminstone 10% eller åtminstone 30%. Härigenom säkerställs att under bromsningen varvtalet ökas hos den första komponenten som är förbunden med förbränningsmotorns utgående axel för att närma sig varv- talet hos den tredje komponenten.

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 förbränningsmotoraxel och rotor hos den elektriska maskinen hos drivsystemet enligt Fig 2 samt fordonshastighet och moment hos den elektriska maskinen varierar över tiden vid genomfö- 536 664 rande av ett förfarande enligt en utföringsform av upp- finningen för att under körning framåt bromsa for- donet, och Fig 5 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- 536 664 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 detta förband kan planethjulhållaren 12 och växellådans ingå- ende axel 3a rotera som en enhet med ett andra varvtal nz. 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 536 664 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 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- Iådans 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. 536 664 l Fig 5 visas ett flödesdiagram som illustrerar ett förfarande en- ligt en utföringsform av föreliggande uppfinning för att under kör- ning framåt bromsa 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 den elektriska ma- skinens rotor m respektive ns, fordonets hastighet v och den elektriska maskinens bromsmoment M är uppritade över tiden t för genomförande av detta förfarande.

När förfarandet startas körs fordonet framåt med låsmedlet i fri- göringsläget och en framåtväxel ilagd. Hastigheten hos fordonet är relativt hög, åtminstone 10 km/h, och förbränningsmotorn går på ett lågt varvtal så att bränsle sparas. Ringhjulet roterar med ett högre varvtal än solhjulet. Därpå detekteras ett behov av att bromsa fordonet.

Då begynnes bromsningen genom att styrenheten 18 vid tid- punkten t1 styr den elektriska maskinen 9 att på växellådans in- gående axel 3a applicera efterfrågat bromsmoment M och om detta överstiger produkten av å ena sidan det moment som går åt för att driva runt förbränningsmotorn (det moment som vid tom- gång går åt för att övervinna friktionsförluster och driva runt för- bränningsmotorn) och å andra sidan planetväxelns utväxlingsför- hållande (mellan solhjulet och planethjulhållaren) kan förfarandet enligt uppfinningen genomföras. Därvid definieras planetväxelns utväxlingsförhållande som antalet tänder hos solhjulet/(antalet tänder hos solhjulet + antalet tänder hos ringhjulet). Detta inne- bär att varvtalet ni hos förbränningsmotorns utgående axel kom- mer att öka och närma sig det minskande varvtalet ng hos det med den elektriska maskinens rotor förbundna ringhjulet. Det via den elektriska maskinen applicerbara bromsmomentet är begrän- sat. Under bromsningsproceduren kontrolleras och jämförs varv- talen hos solhjulet och ringhjulet, och när dessa är väsentligen lika, vilket inträffar vid tidpunkten tg, överförs låsmedlet till låslä- get genom förskjutning av kopplingsorganet 15. Med väsentligen lika menas här att differensen mellan varvtalen är så liten att hoplåsning kan ske. Därefter är planetväxeln låst och det av den 536 664 elektriska maskinen på växellådans ingående axel applicerbara bromsmomentet kan maximeras om så önskas. Detta sätt att un- der bromsning av fordonet gå från fri planet till låst planet ger ett jämnt bromsmoment och gör att inget bränsle behöver användas under bromsnings- och låsningsförloppet.

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. 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 den 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. 536 664 Låsmedlet kan vara utformat att låsa ihop vilka två som helst av nämnda tre komponenter.

En transmission/utväxling skulle kunna vara anordnad mellan ro- torn och ringhjulet och även mellan förbränningsmotorns utgå- ende axel och solhjulet, såsom uppströms om den axel som i fi- gurerna är visad förbunden med solhjulet. Den senare transmis- sionen skulle även kunna utgöras av en variabel utväxling.

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 35 536 664 Patentkrav Förfarande för att under körning framåt bromsa 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 sta- tor (9a) och en rotor (9b), och en planetväxel som innefattar tre komponenter i form av ett solhjul (10), ett ringhjul (11) och en planethjulshållare (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 rotation av denna komponent, varvid växel- lådans 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 och den tredje komponenten roterar med ett högre varvtal än den första komponenten, kännetecknat därav, att det innefattar följande steg: a) styrning av den elektriska maskinen (9) att på växellå- dans ingående axel (Ba) applicera ett efterfrågat bromsmoment som överstiger produkten av å ena sidan det moment som går åt för att driva runt förbrännings- motorn (2) och å andra sidan planetväxelns utväxlings- förhållande, b) kontroll och jämförelse av varvtalen hos åtminstone två av solhjulet (10), ringhjulet (11) och planethjulshållaren (12), 11 10 15 20 25 30 35 536 664 varvid steg a) fortsättes under upprepat eller kontinuer- ligt utförande av steg b) tills jämförelsen i steg b) visar att villkoret att varvtalen hos två av solhjulet, ringhjulet och planethjulshållaren är väsentligen lika är uppfyllt, c) överföring av låsmedlet till låsläget vid uppfyllande av nämnda villkor. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat därav, att det är ett fordon med nämnt drivsystem med solhjulet (10) som nämn- da första komponent och ringhjulet (11) som nämnda tredje komponent som bromsas. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att det är varvtalen hos solhjulet (10) och ringhjulet (11) som jäm- förs i steg b). Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att i steg c) solhjulet (10) och planethjulshållaren (12) hoplåses. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat därav, att den elektriska maskinen (9) styrs i steg a) att via den tredje komponenten på växellådans ingående axel (3a) applicera ett bromsmoment som överstiger nämnda produkt med åtminstone 1%, åtminstone 10% eller åtminstone 30%. 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 12 536 664 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). Fordon innefattande en elektronisk styrenhet enligt krav 8. 13