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Die
Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeugantriebssystem mit einer Primärantriebsquelle,
wie einem herkömmlichen
Verbrennungsmotor, und einer anderen Antriebsquelle, wie einem Speicher,
der Hochdruckfluid enthält.
Insbesondere ist die Erfindung auf das Halten eines Fahrzeuges am
Berg unter Verwendung eines Hydraulikantriebssystems gerichtet.
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Aus
der
DE 689 12 875
T2 ist ein Fahrzeug mit Rädern, die in Antriebsverbindung
mit einer Pumpe/Motor mit einem variablen Hubraum zum Pumpen von
Fluid zwischen dem Hochdruckspeicher und einem Niederdruckbehälter sind,
und mit einem Motor bekannt, der in Antriebsverbindung mit den Rädern und
der Pumpe/Motor ist. Im so genannten Anfahrbetrieb am Berg wird
durch das Einsteuern eines entsprechenden Antriebsmomentes der Pumpe/Motor ein
Zurückrollen
verhindert. Beim Beschleunigen wird entsprechend der Gaspedalstellung
das Fahrzeug durch die Pumpe/Motor beschleunigt, indem der entsprechende
volumetrische Hubraum der Pumpe/Motor eingestellt wird.
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Bei
einem Hydraulik-Hybridfahrzeug mit hydraulischer Antriebshilfe (HPA)
wird Energie von generatorischer Bremsung oder von einem Motor in
einem hydropneumatischen Speicher gespeichert, und die Umkehr zwischen
mechanischen Antrieb und hydraulischen Antrieb wird durch eine Hochdruckpumpe/motor
mit einem variablen Hubraum erreicht. Ein HPA-System unter Verwendung
gespeicherter Energie aus generatorischer Bremsung zur Unterstützung der
Beschleunigung des Fahrzeuges reduziert die Belastung des Motors
und den Kraftstoffverbrauch.
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Wegen
der hohen Leistungsdichte, die bei derartigen Hydrauliksystemen
verfügbar
ist, ist es möglich,
einen bedeutenden Teil der Bremsenergie mit einem HPA-System zurück zu gewinnen,
das aus einer einzelnen Pumpe/Motor und Druckspeichern besteht.
Bei einem Fahrzeug von 7000 lb. und einer Pumpe/Motor mit einem
maximalen Hubraum von 150 ccm kann ein HPA-System 72% der verfügbaren Bremsenergie
im Stadtzyklus der Umweltschutzbehörde (EPA) zurückgewinnen.
Die Pumpe/Motor arbeitet über
lange Zeiträume
mit größeren Hubräumen und
einer relativ hohen durchschnittlichen Zykluseffizienz von 88%.
Bei einer Rückführung von 56%
der Bremsenergie an die Antriebsräder (72% beim Bremsen zurück gewonnen
und 88% Übertragungseffizienz
sowohl im Pumpen- als auch im Motorbetrieb) ist es möglich, 56%
der kinetischen Energie des Fahrzeuges (oder 75% der Geschwindigkeit) während der
Beschleunigung unter Vernachlässigung
der Straßenbelastungsreibung
zurück
zu gewinnen. Im EPA-Stadtzyklus
war es möglich,
beim Bremsen aus 30 mph das Hydrauliksystem zu füllen und dann unter Verwendung
nur der gespeicherten Energie aus dem HPA-System wieder angemessen auf
etwa 22 mph zu beschleunigen.
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Das
US-Patent 5,505,527 beschreibt einen Fahrzeugantriebsstrang mit
genaratorischer Bremsung, der Räder
und ein Bremspedal aufweist, welches beim Betätigen zuerst in eine erste
Betriebszone und dann in eine zweite Betriebszone aktiviert wird.
Ein Bremsdetektor erfasst entweder einen Freigabezustand oder einen
Eingriffszustand für
das Bremspedal, und im Eingriffszustand erfasst der Bremsdetektor,
ob das Bremspedal in der ersten Betriebszone oder in der zweiten
Betriebszone ist. Reibungsbremsen wirken auf ein Paar Räder in Antwort auf
die Erfassung des Bremspedals innerhalb der zweiten Betriebszone.
Der hydraulische Teil des Antriebsstranges weist einen Speicher
zum Speichern von Hydraulikfluid mit einem hohen Druck und einen Behälter zum
Speichern von Hydraulikfluid mit einem niedrigen Druck auf. Eine
Pumpe/Motor, die in der Hochdruckleitung liegt, arbeitet als ein
Motor, um die Antriebsräder
in einem Fahrmodus anzutreiben, und arbeitet als eine Pumpe, die
von den Antriebsrädern in
einem Bremsmodus angetrieben wird. Eine Antriebsmaschine, deren
Antrieb über
eine Niederdruckleitung mit dem Behälter verbunden ist und deren
Abtrieb über
eine Hochdruckleitung mit dem Speicher verbunden ist, treibt die
Pumpe/Motor in deren Fahrmodus hydraulisch an. Eine Steuereinrichtung
schaltet die Pumpe/Motor in Antwort auf die Erfassung eines Eingriffszustandes
für das
Bremspedal in den Bremsmodus und in Antwort auf die Erfassung des
Freigabezustandes des Bremspedals in den Fahrmodus. Ein Schaltventil
verbindet die Hochdruckleitung mit dem Speicher im Bremsmodus und mit
dem Behälter
im Fahrmodus.
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Bei
einem Hydraulik-Hybridfahrzeug kann die Abbremsung des Fahrzeuges
durch eine Kombination von generatorischer Bremsung der angetriebenen
Räder und
Reibungsbremsung aller Räder durchgeführt werden.
Die generatorische Bremsung tritt ein, wenn das Fahrzeug durch die
Räder verlangsamt
oder abgebremst wird, die eine Pumpe/Motor mit variablem Hubraum
antreiben, welche ihrerseits Hydraulikfluid in einen Speicher pumpt.
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit für eine wirksame generatorische
Bremsung zu gering ist, können
die Reibungsbremsen in der erwarteten Bremspedalposition ein unzureichendes
Bremsvermögen
haben. Dann müsste
der Fahrer ein ungewöhnliches
Kraftniveau an dem Bremspedal aufbringen, um das gewünschte Niveau
der Reibungsbremsung zu erzeugen. Dieser Zustand ist am deutlichsten,
wenn das Fahrzeug gestoppt wird und ein Automatikgetriebe in einem
Vorwärts- oder Rückwärtsfahrbereich
ist. In diesem Falle wird der Hubraum der hydraulischen Pumpe/Motor erhöht, um etwas
mehr Drehmoment an den Rädern als
das Drehmoment zu erzeugen, das von einem leerlaufenden Motor übertragen
wird, der einen Drehmomentwandler, das Automatikgetriebe, die Antriebswelle
und die Achswellen antreibt. In dieser Weise wird mit minimalem
Kraftaufwand am Bremspedal verhindert, dass das Fahrzeug unbeabsichtigt auf
der Straße
kriecht oder rollt. Wenn jedoch das Fahrzeug an einem Berg oder
aus anderen Gründen trotz
der mit maximalem Hubraum arbeitenden Pumpe/Motor zu rollen beginnt,
wird der Hubraum der Pumpe/Motor auf Null zurückgestellt, und der Fahrer muss
das Bremspedal stärker
drücken,
um die Reibungsbremsen vollständiger
zu entfalten und die generatorische Bremsung zu reduzieren. Wenn
der Druck in dem Hochdruckspeicher, der aus kinetischer Energie
des Fahrzeug beim Bremsen zurück
gewonnene Energie speichert, gering ist, kann eine geringe Pumpmenge
unter diesen Umständen
gestattet werden.
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Um
diese Schwierigkeiten zu überwinden, wird
der Hubraum der hydraulischen Pumpe/Motor erhöht, um etwas mehr Drehmoment
als das Drehmoment abzufordern, das von einem leerlaufenden Motor
erzeugt wird, der einen Drehmomentwandler eines Automatikgetriebes
antreibt. Dies verhindert ein Kriechen des Fahrzeuges und eine geringe
Beschleunigung des Fahrzeuges infolge des Drehmoments, das von dem
Motor über
den Drehmomentwandler und das Automatikgetriebe übertragen wird, auf einer ebenen
Fläche
mit minimalem Kraftaufwand am Bremspedal. Wenn das Fahrzeug an einem Berg
oder aus anderen Gründen
trotz der mit maximalem Hubraum arbeitenden Pumpe/Motor zu rollen beginnt,
wird der Hubraum der Pumpe/Motor auf Null zurückgestellt, und der Fahrer
muss das Bremspedal weiter drücken,
um ein unerwünschtes
Pumpen zu verhindern. Wenn der Druck in dem Hochdruckspeicher gering
ist, kann eine geringe Pumpmenge unter diesen Umständen gestattet
werden.
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Die
Verwendung von Energie aus generatorischer Bremsung zu Beschleunigung
des Fahrzeuges kann eine bedeutende Kraftstoffeinsparung ohne die
Komplikationen des wiederholten Startens und Stoppens des Motors
oder der Geschwindigkeitsniveauregulierung schaffen. Da das HPA-System
diese Kraftstoffeinsparung ohne bedeutende Änderungen an dem herkömmlichen
Antriebsstrang bewerkstelligen kann, ist es möglich, die Kraftstoffeinsparung ohne
nachteilige Beeinflussung der Fahrzeugleistung zu erreichen.
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Ein
Verfahren gemäß der Erfindung
unterdrückt
das Kriechen bei einem Fahrzeug, das Räder, die in Antriebsverbindung
mit einer Pumpe/Motor mit einem variablen Hubraum zum Pumpen von
Fluid von einem Niederdruckbehälter
zu einem Hochdruckspeicher sind, und einen Motor aufweist, der in Antriebsverbindung
mit den Rädern
und der Pumpe/Motor ist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bestimmen
einer Größe eines
von dem Motor während eines
Motorleerlaufzustandes übertragenen
positiven Drehmoments an den Rädern,
Bestimmen einer Größe eines
von den Rädern
auf die Pumpe/Motor übertragenen
negativen Drehmoments, das die Größe des positiven Drehmoments überschreiten
und die Räder
(12, 14) gegen Kriechen halten würde, Bestimmen
des volumetrischen Hubraumes der Pumpe/Motor entsprechend der Größe des negativen Drehmoments, Ändern des
Hubraumes der Pumpe/Motor auf den volumetrischen Hubraum, und Betreiben
der Pumpe/Motor als eine Pumpe, die durch das negative Drehmoment
von den Rädern
angetrieben wird, um Fluid von dem Behälter zu dem Speicher zu pumpen.
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Ein
System gemäß der Erfindung
unterdrückt
das Kriechen bei einem Hydraulik-Hybridmotorfahrzeug. Ein Speicher
enthält
Fluid mit hohem Druck, und ein Behälter enthält Fluid mit niedrigerem Druck.
Ein Motor erzeugt ein positives Drehmoment an den Rädern während eines
Motorleerlaufzustandes, und eine Pumpe/Motor, die in Antriebsverbindung
mit den Rädern
und dem Motor ist und einen variablen Hubraum aufweist, pumpt Fluid von
dem Behälter
zu dem Speicher. Ein Steuerungssystem bestimmt eine Größe eines
von den Rädern
auf die Pumpe/Motor übertragenen
negativen Drehmoments, das die Größe des positiven Drehmoments überschreiten
würde,
bestimmt den volumetrischen Hubraum der Pumpe/Motor entsprechend
der Größe des negativen
Drehmoments, ändert
den Hubraum der Pumpe/Motor auf den erforderlichen Hubraum, und
betreibt die Pumpe/Motor als eine Pumpe, die durch das negative
Drehmoment von den Rädern
angetrieben wird, um Fluid von dem Behälter zu dem Speicher zu pumpen.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Schema eines Antriebsstranges für
ein Hydraulik-Hybridmotorfahrzeug, das in einem generatorischen
Bremsmodus und einem Antriebshilfsmodus arbeitet;
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2 ein
Schema eines Bremspedals für
die Verwendung bei der Steuerung des generatorischen Bremsmodus
des Antriebsstranges aus 1;
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3 einen
Hydraulikschaltkreis, der die Pumpe/Motor, den Speicher, die Steuerventile
und die diese verbindenden Hydraulikleitungen zeigt; und
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4 ein
Diagramm der Logik zur Steuerung des generatorischen Bremsmodus
in einem Totzonenbereich der Bremspedalposition.
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Mit
Bezug auf die Zeichnung ist in 1 ein Hydraulik-Hybridantriebsstrang 10 für den Antrieb von
Hinterrädern 12 und
Vorderrädern 14 eines
Motorfahrzeuges gezeigt. Eine Antriebsquelle 16, wie ein
Verbrennungsmotor, ist in Antriebsverbindung mit einem Getriebe 18,
vorzugsweise einem Automatikgetriebe, das mehrere Verhältnisse
der Drehzahl des Motors und einer Abtriebswelle 20 erzeugt.
Geeignete alternative Getriebe sind jene, die manuell betrieben
werden und kontinuierlich oder stufenlos variable Übersetzungsverhältnisse
mit Kettenantrieb, Riemenantrieb oder Fahrantriebmechanismen erzeugen.
Die Getriebeabtriebswelle 20 ist über eine hintere Antriebswelle 22,
hintere Achswellen und einen hinteren Differentialmechanismus kontinuierlich
in Antriebsverbindung mit den Hinterrädern 12. Ein Verteilergetriebe 24 transferiert
einen Teil des von der Abtriebswelle 20 übertragenen
Drehmoments an eine vordere Antriebswelle 28, welche über einen vorderen
Differentialmechanismus und vordere Achswellen in Antriebsverbindung
mit den Vorderrädern 14 ist.
Das Fahrzeug kann daher im Allrad- oder Vierradantriebsmodus arbeiten.
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Eine
hydraulische Pumpe/Motor 26 mit einem variablen Hubraum
ist ständig
in Antriebsverbindung mit der Getriebeabtriebswelle 20 und
der hinteren Antriebswelle 22. Wenn ein Drehmoment in einem
positiven Drehmomentrichtungssinn, d.h. von dem Motor auf die Räder übertragen
wird, treibt der Motor 16 über das Getriebe 18 und
die Abtriebswelle 20 die Pumpe/Motor 26 und über die
Antriebswelle 22 die Hinterräder 12 an. Wenn das
Drehmoment in der negativen Drehmomentrichtung, d.h. von den Rädern auf
den Motor übertragen
wird, treiben die Hinterräder 12 über die
hintere Antriebswelle 22 und das Verteilergetriebe 24 die
Pumpe/Motor 26 an. Eine Klauenkupplung, die in dem Verteilergetriebe 24 angeordnet
ist, erzeugt eine lösbare
Antriebsverbindung zwischen der Pumpe/Motor 26 und der
vorderen Antriebswelle 28. Ein Behälter 36, der Hydraulik- und Pneumatikfluid
mit relativ niedrigem Druck enthält,
ist über
Rückschlagventile
und Fluidleitungen 38 mit der Pumpe/Motor 26 verbunden,
wie mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Gleichermaßen ist
ein Speicher 40, der Hydraulik- oder Pneumatikfluid mit relativ
hohem Druck enthält, über Rückschlagventile und
Fluidleitungen 42 mit der Pumpe/Motor 26 verbunden.
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Wenn
das Fahrzeug mit der hydraulischen Antriebshilfe beschleunigt wird,
treibt das Hochdruckfluid in dem Speicher 40 die Pumpe/Motor 26 an,
und die Räder 12, 14 werden
von der Pumpe/Motor 26 drehend angetrieben, welcher dann
als ein Fluidmotor arbeitet. Während
des Betriebs im generatorischen Bremsmodus wird das Fahrzeug zumindest teilweise
durch Rückgewinnen
von kinetischer Energie des Fahrzeuges in der Form von Hydraulikdruckfluid,
das in dem Speicher 40 enthalten ist, abgebremst. Im generatorischen
Bremsmodus pumpt die Pumpe/Motor 26 Fluid von dem Behälter 36 in
den Speicher 40. Die Räder 12 treiben
die Pumpe/Motor 26 über
die hintere Achswelle und hintere Antriebswelle 22 an,
und die Pumpe/Motor 26 pumpt Fluid von dem Behälter 36 über eine
Druckdifferenz zwischen dem Pumpeneinlass, der mit dem Behälter 36 verbunden
ist, und dem Pumpenauslass, der mit dem Speicher 40 verbunden
ist. Das in den Speicher 40 eintretende Fluid komprimiert
Stickstoff, der in einer Blase in dem Speicher 40 enthalten
ist, und der Speicher 40 wird mit Druck beaufschlagt.
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Mit
Bezug auf 2 verzögert bei einem herkömmlichen
Fahrzeug, wenn das Fußbremspedal 50 betätigt wird,
das Fahrzeug infolge der Reibungsbremsung, d.h. des Reibkontaktes
der Bremsklötze oder
der Bremsbacken an den Scheiben oder Trommeln der Radbremse. Die
kinetische Energie des Fahrzeuges wird durch diesen Reibkontakt
in Wärme umgewandelt,
welche abgeführt
wird. Bei einem generatorischen Bremssystem mit paralleler Totzone
ist ein Raum 52 zwischen Verbindungsstangen 54, 56 angeordnet,
welche einen Hauptbremszylinder 58 und das Fußbremspedal 50 miteinander
verbinden. Der Raum 52 bewirkt, dass sich das Bremspedal
aus der in 2 gezeigten Ruheposition über einen
ersten Abschnitt dessen vollständiger
Verstellung bewegt, bevor Hydraulikbremsdruck in dem Hauptbremszylinder 58 infolge
der Bewegung des Kolbens 60 innerhalb des Hauptbremszylinders 58 erzeugt wird.
Dies verzögert
die Anwendung der Radreibungsbremsen, wenn das Pedal verstellt wird.
Der Bereich der Bremspedalverstellung, in dem keine Reibungsbremsung
auftritt, der so genannte „Totzonenbereich", umfasst vorzugsweise
etwa 30% des vollständigen
Bereichs der Bremspedalverstellung, die beginnt, wenn das Bremspedal
in Ruhelage und nicht verstellt ist.
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Eine
Zugfeder 68, die an einem Bremshebel 64 zwischen
dem Drehpunkt 66 und dem Pedal 50 befestigt ist,
schafft eine Kraft, die von dem Fahrer des Fahrzeuges erfasst wird
und der Bremspedalverstellung in dem Totzonenbereich widersteht.
Die Kraft der Feder 68, die beim Drücken des Bremspedals 50 erzeugt
wird, kompensiert das Fehlen einer Hydraulikdruckkraft entgegen
der Pedalverstellung und der Kolbenbewegung in dem Hauptbremszylinder,
wenn das Pedal in dem Totzonenbereich ist. Ein Bremskraftverstärker 76 enthält einen
Kolben 78, welcher von Motorvakuum betätigt wird, um die Kraft zu
erhöhen,
die durch Drücken
des Bremspedals 50 auf die Verbindungsstange 54 ausgeübt wird.
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Ein
Bremspedalpositionswandler 70 erzeugt ein elektronisches
Signal 72 als Eingabe in eine Steuereinrichtung 74,
welche die Position des Bremspedals 50 darstellt. Die Steuereinrichtung 74 arbeitet
unter Steuerung eines Mikroprozessors, welcher eine programmierte
Steuerlogik zur Steuerung des Hydrauliksystems aus 3 und
des Fahrzeugantriebsstranges ausführt. Die Steuereinrichtung 74 empfängt Eingabesignale,
die von anderen Sensoren erzeugt werden, die den Fluiddruck an verschiedenen
Stellen in dem Hydrauliksystem, den Hubraum der Pumpe/Motor, die
Größe eines
variablen Taumelscheibenwinkels, der den Hub der Pumpe/Motor ändert, die
Verstellung des Gaspedals 44 und des Bremspedals 64,
verschiedene Eingaben, die von dem Fahrer des Fahrzeuges erzeugt
werden, und Eingaben des Antriebsstrangsystems darstellen. Die Steuereinrichtung 74 gibt
Befehlssignale aus, die von solenoidbetätigten Hydrauliksteuerventilen
des Hydrauliksystems empfangen werden, was bewirkt, dass die Ventile
verschiedene Betriebszustände
des Systems und Wechsel dieser Zustände erzeugen.
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Der
Druck in dem Hydraulikbremssystem 80, welcher die Reibungsbremsen
betätigt, ändert sich wie
die Änderung
des Drucks in dem Hauptbremszylinder 58 infolge der Verschiebung
des Kolbens 60 in dem Zylinder, wenn das Bremspedal 50 gedrückt und gelöst wird.
Wenn das Bremspedal 50 genügend über den Totzonenbereich hinaus
gedrückt
wird, um den Raum 52 zu schließen, drückt der Bremssystemdruck die
Bremsklötze 82 in
Reibkontakt mit der Bremsscheibe 84, an welcher ein Rad 12 befestigt ist.
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Zusätzlich zu
den Reibungsbremsen wird das Fahrzeug auch durch ein generatorisches Bremssystem
gebremst. Wenn das Bremspedal 50 gedrückt wird, werden die Betriebszustände der
hydraulischen Pumpe/Motor 26 zwischen einem Pumpenbetriebszustand
und einem Motorbetriebszustand in Antwort auf die von der Steuereinrichtung 74 erzeugten
Befehlssignale geändert.
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Das
Modusventil 88 wird von einem Solenoid 86 in Antwort
auf die Befehlssignale von der Steuereinrichtung 74 zwischen
dem in 3 gezeigten Schließzustand und einem Öffnungszustand
geschaltet. Ein Niedrigdurchflussmengenventil 92 wird von
einem Solenoid 94 in Antwort auf die von der Steuereinrichtung 74 erzeugten
Befehlssignale zwischen dem in 3 gezeigten
Schließzustand
und einem Öffnungszustand
geschaltet.
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Vorzugsweise
ist die Pumpe/Motor 26 eine Schrägachseneinheit mit variablem
Hubraum, deren maximaler Hubraum 150 ccm pro Umdrehung beträgt und von
Ifield Technology, Inc. im Handel erhältlich ist. Bei einem Spitzendruck
von etwa 5000 psi. erzeugt die Pumpe/Motor ein Bremsmoment im Pumpenbetriebsmodus
oder ein Beschleunigungsmoment im Motorbetriebsmodus an der Antriebswelle 22 von
ungefähr
600 ft-lb. Der Hubraum der Pumpe/Motor wird durch Änderung
der Winkelneigung einer Taumelscheibe variiert. Systemfluid in einem Druckbereich
von 2500-5000 psi. wird verwendet, um den Taumelscheibenwinkel zu
steuern. Ein PID-Regelungssystem erzeugt ständig ein Befehlssignal, das
anstrebt, die Differenz zwischen dem momentanen Taumelscheibenwinkel
und dem Winkel zu minimieren, welcher der gewünschten Größe des von der Pumpe/Motor 26 erzeugten
Drehmoments entspricht.
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Ein
Vierwege-Taumelscheibensteuerventil 96, auch als Proportionalventil
bezeichnet, ändert den
variablen Hubraum der Pumpe/Motor 26 in Antwort auf die
von der Steuereinrichtung 74 ausgegebenen Befehle. Ein
Solenoid 98 ändert
den Zustand des Ventils 96 zwischen drei Zuständen, nämlich einer
Mittelposition, in welcher der Einlass und der Auslass des Ventils 96 voneinander
getrennt sind, einer linken Position, in welcher sich die Winkelneigung der
Taumelscheibe und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 verringern,
und einer rechten Position, in welcher sich der Taumelscheibenwinkel
und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 erhöhen. Das Proportionalventil 96 wird
von dem Solenoid 98 in Antwort auf die Befehlssignale von
der Steuereinrichtung 74 zwischen seinen Zuständen geschaltet.
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Tellerrückschlagventile 100, 102 bewegen sich
aus der Position in 3 nach rechts, um eine Hydraulikverbindung
zwischen dem Behälter 36 und dem
Einlass 90 der Pumpe/Motor 26 über die Leitungen 104, 106, 108, 110 zu öffnen. Die
Tellerrückschlagventile 100, 102 bewegen
sich aus der Position in 3 nach links, um eine Hydraulikverbindung zwischen
dem Auslass 112 der Pumpe/Motor 26 und dem Behälter 36 über die
Leitungen 124, 116, 106, 104 zu öffnen. Ein
Tellerventil 118 bewegt sich aus der Position in 3 nach
rechts, um eine Hydraulikverbindung zwischen dem Speicher 40 und
dem Einlass 90 der Pumpe/Motor 26 über die
Leitungen 114, 120, 110 zu öffnen. Ein
Tellerventil 122 bewegt sich aus der Position in 3 nach
links, um eine Hydraulikverbindung zwischen dem Auslass 112 der
Pumpe/Motor 26 und dem Speicher 40 über die
Leitungen 124, 126, 113, 114 zu öffnen. Die
Tellerventile 118 und 122 sind in den in 3 gezeigten
Positionen geschlossen.
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Ein
Absperrventil 128, das von einem Solenoid 130 in
Antwort auf Befehlssignale von der Steuereinrichtung 74 gesteuert
wird, öffnet
und schließt abwechselnd
eine Verbindung zwischen dem Speicher 40 und einem Einlass
des Ventils 96.
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Beim
Betrieb öffnet
zum Einstellen des Hydrauliksystems in den Pumpenbetriebsmodus das Absperrventil 128 eine
Verbindung von dem Speicher 40 zu dem Proportionalventil 96,
welches in den Zustand nach rechts bewegt wird, in dem das Solenoid 98 mit
variabler Kraft bereit ist, den Hubraum der Pumpe/Motor 26 durch
Erhöhung
des Taumelscheibenwinkels zu erhöhen.
Die Tellerrückschlagventile 100, 102 werden
nach rechts bewegt, um den Behälter 36 über die
Hydraulikleitungen 104, 106, 108, 110 mit
dem Einlass 90 der Pumpe/Motor 26 zu verbinden.
Das Tellerventil 118 schließt die Leitung 120 von dem
Speicher 40, jedoch öffnet
das Tellerventil 122 die Leitung 126 zu dem Speicher 40 über die
Leitung 114, wenn die Pumpe/Motor 26 umgekehrt
arbeitet und der Druck an dem Pumpenauslass 112 den Druck
in dem Speicher 40 überschreitet.
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Diese
Schritte vollenden einen Hydraulikschaltkreis von dem Behälter 36 zu
der Pumpe/Motor 26 und über
diese, und von der Pumpe/Motor 26 zu dem Speicher 40.
Vorzugsweise ist das an das Solenoid 98 angelegte Steuersignal
ein elektrischer Strom im Bereich von 0-2 A. Der Taumelscheibenwinkel
und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 ändern sich proportional zu
der Größe des Stromsignals
an dem Solenoid 98.
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Der
Pumpenhubraum ist direkt auf das Drehmoment bezogen, das notwendig
ist, um den Pumpenrotor bei einem vorgegebenen Hydraulikdruck zu drehen.
Wenn das Bremspedal 50 in dem Totzonenbereich ist, arbeitet
das System im Pumpenmodus, und die Fahrzeugbremsung wird vollständig mit
der Pumpe 26 durchgeführt.
Wenn das Bremspedal über den
Totzonenbereich hinaus verstellt wird, wird die Fahrzeugbremsung
durch Kombination von generatorischer Bremsung und Reibungsbremsung
im richtigen Verhältnis
durchgeführt,
um die von dem Fahrer des Fahrzeuges gewünschte Verzögerungsrate zu erreichen.
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Vor
dem Schalten des Hydrauliksystems aus dem Pumpenbetriebsmodus in
den Motorbetriebsmodus bewirkt zuerst das Proportionalventil 96,
dass der Hubraum der Pumpe/Motor 26 Null wird, so dass eine
Kavitation der Pumpe/Motor während
des Übergangs
verhindert wird. Ebenso wird die Proportionalsteuerung verhindert,
d.h. wenn die Steuereinrichtung bestimmt, dass ein positiver Taumelscheibenwinkel
gewünscht
wird, um die Anforderungen des Antriebsstrangsystems zu erfüllen, hält die Steuereinrichtung
den Hubraum der Pumpe/Motor 26 trotzdem auf Null, bis der Übergang
des Systems in den Motorbetriebsmodus vollendet ist. Das Absperrventil 128 wird
auf einen Befehl von der Steuereinrichtung 74 mit dessen
betätigenden
Solenoid 130 geschlossen. Dann wird das Niedrigdurchflussmengenventil 92 geöffnet, welches
die Tellerrückschlagventile 100, 102 nach
links drückt,
wodurch die Leitung 106 von der Leitung 108 geschlossen
wird und die Leitung 116 über die Leitungen 104, 106 zu
dem Behälter 36 geöffnet wird.
Dies öffnet
eine Hydraulikverbindung zwischen dem Behälter 36 und dem Auslass 112 der Pumpe/Motor.
Bei dem so angeordneten Hydrauliksystem ist der Speicher 40 über die
Leitung 114, eine Drosselstelle 132, das Niedrigdurchflussmengenventil 92 und
die Leitungen 108, 110 mit dem Einlass 90 verbunden.
Das Niedrigdurchflussmengenventil 92 wird für einen
Zeitraum von etwa 200 ms geöffnet,
bis das System von dem Speicher 40 ausreichend mit Druck
beaufschlagt ist. Die Steuereinrichtung 74 weist einen
Rückwärtszähl-Timer
auf, welcher in etwa 200 ms abläuft,
nachdem der Übergang
zum Pumpenbetriebsmodus beginnt.
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Wenn
der Rückwärtszähl-Timer
abgelaufen ist, schließt
das Niedrigdurchflussmengenventil 92, und das Modusventil 88 öffnet zu
dem Speicherdruck, welcher das Tellerventil 118 nach rechts
bewegt, wodurch eine Verbindung mit hoher Durchflussmenge zwischen
dem Speicher 40 und dem Einlass 90 der Pumpe/Motor über die
Leitung 114, das Tellerventil 118 und die Leitungen 120, 110 öffnet. Diese
Schritte vollenden den Übergang
in den Motorbetriebsmodus. Anschließend erlaubt die Steuereinrichtung 74 eine
Proportionalsteuerung, und der Hubraum der Pumpe/Motor 26 folgt
der Eingabe von dem Gaspedal, welche die gewünschten Erhöhungen und Reduzierungen des
Raddrehmoments darstellt.
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Mit
Bezug auf 4 wird, nachdem der Fahrer des
Fahrzeuges das Bremspedal drückt,
die Weite, bis zu der das Bremspedal gedrückt wird, die so genannte „Bremspedalposition" 150, verwendet,
um die momentan gewünschte
Fahrzeugverzögerungsrate 152 zu
bestimmen. Der Bremssystemhydraulikdruck 154 an den Radbremsen
wird mit der Bremspedalposition 150 verwendet, um die entsprechende Fahrzeugverzögerungsrate
infolge der Anwendung der Reibungsbremsen 156 zu bestimmen.
Der Profilwiderstand an dem Fahrzeug 158 infolge von Reifenreibung
und Luftreibung und die Wirkungen der Motorbremsung werden verwendet,
um die Fahrzeugverzögerung
infolge dieser Faktoren zu bestimmen. Die Fahrzeugverzögerungsraten 152, 156, 158 werden
durch Summierung 160 mathematisch addiert, um eine Nettofahrzeugverzögerungsrate 162 zu
erhalten.
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Bei 164 wird
die Fahrzeugmasse mit der Nettofahrzeugverzögerungsrate 162 multipliziert,
um die Größe der Kraft
zu erhalten, welche bei Ausübung
auf das Fahrzeug die Nettofahrzeugverzögerungsrate 162 ergeben
würde.
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Diese
Kraft wird bei 166 in ein äquivalentes Raddrehmoment 168 unter
Verwendung der Reifengröße und eines
nominellen Reibungskoeffizienten zwischen den Reifen und der Straßenfläche umgewandelt.
Bei 170 wird das zur Beibehaltung der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit
erforderliche Raddrehmoment berechnet. Durch Summierung 172 wird
die Größe der Differenz
zwischen den Drehmomenten 168 und 170 berechnet,
um die Änderung des
Raddrehmoments 174 zu bestimmen, das notwendig ist, um
das Fahrzeug mit der gewünschten Verzögerungsrate 152 aus
der momentanen Geschwindigkeit zu stoppen.
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Bei 176 wird
dieses Differenzdrehmoment 174 durch die Achsübersetzung
geteilt, um die Größe des Drehmoments 178 zu
bestimmen, die von dem Drehmoment abgezogen werden muss, das von
der Antriebswelle 28 auf die Pumpe/Motor 26 übertragen wird,
um die gewünschte
Fahrzeugverzögerungsrate 152 zu
erlangen. Dann wird bei 180 der dem Drehmoment 178 entsprechende
Pumpenhubraum berechnet. Die Steuereinrichtung 74 erzeugt
ein Befehlssignal, das an das Solenoid 98 des Proportionalventils 96 übertragen
wird, um die Winkelposition der Taumelscheibe zu ändern und
den Hubraum der Pumpe/Motor 26 auf den bei 180 berechneten
Pumpenhubraum zu ändern.
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Die
Bremshaltesteuerung verwendet das Hydraulikantriebssystem zum Abbremsen
eines gestoppten Fahrzeuges gegen Kriechen, wenn das Automatikgetriebe 18 in
Gang ist, trotzdem es wenig oder gar keine kinetische Energie des
Fahrzeuges zum Rückgewinnen
durch generatorische Bremsung gibt. Die Bremshaltesteuerung bestimmt,
ob (1) das Getriebe 18 in Gang ist, d.h. ob ein vom Fahrer
des Fahrzeuges gesteuerter Gangwahlhebel im Fahrbereich ist, (2)
das Bremspedal 50 gedrückt
ist, und (3) das Fahrzeug gestoppt ist oder eine Geschwindigkeit hat,
die gleich oder geringer als eine niedrige Referenzgeschwindigkeit
ist. Die Position des Gangwahlhebels wird vom Fahrer des Fahrzeuges
durch Bewegen eines Wählschalters
zwischen den Bereichen Vorwärtsfahrt,
Parken, Neutral und Rückwärtsfahrt, die
als PRNDL-Positionen bezeichnet werden, gesteuert.
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Wenn
diese Bedingungen zutreffend sind, und vorausgesetzt, das Gaspedal 44 ist
nicht gedrückt,
wird die Bremshaltesteuerung aktiviert. Das Modusventil 88 wird
in Antwort auf ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 74 durch
das Solenoid 86 in die Pumpenposition gestellt. Das Absperrventil 128 wird
durch das Solenoid 130 betätigt, wodurch der Speicher 40 mit
dem Einlass des Taumelscheibensteuerventils 96 verbunden
wird, so dass durch den Betrieb des Solenoids 98 in Antwort
auf Befehle von der Steuereinrichtung 74 der Hubraum der
Pumpe/Motor 26 vorzugsweise linear auf deren maximalen
Hubraum vergrößert werden
kann. Der Hubraum der Pumpe/Motor 26 wird derart vergrößert, dass
die Größe des von
der Pumpe/Motor 26 auf die Räder 12 übertragenen
negativen Drehmoments größer als
die Größe des von
dem Motor über
das Getriebe 18 und dessen Drehmomentwandler auf die Räder 12 übertragenen
positiven Drehmoments ist. In dieser Weise werden die Fahrzeugräder 12 ausreichend
abgebremst, so dass das Fahrzeug infolge der Wirkung des leerlaufenden
Motors, der ein Drehmoment über den
Drehmomentwandler des Automatikgetriebes auf die Räder überträgt, nicht
kriecht. Diese Steuerung erfordert einen minimalen Kraftaufwand
am Bremspedal, um das Fahrzeug in einem Leerlaufzustand gestoppt
zu halten.
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Die
Steuereinrichtung 74 bestimmt die Größe des von dem Motor erzeugten
Drehmoments auf der Basis der Motordrehzahl, der Motordrosselposition,
des Luftmassenstromes und anderer einschlägiger Motorparameter. Das Übersetzungsverhältnis des
Getriebes und die Achsübersetzung
werden dann verwendet, um das von dem leerlaufenden Motor auf die
Räder übertragene
Drehmoment durch Berechnung zu bestimmen. Dieses Drehmoment ist mit
dem Drehmoment 170 aus 4 vergleichbar. Der
Hubraum der Pumpe/Motor 26, die genügend negatives Drehmoment an
den Rädern
erzeugt, um auf das Leerlaufdrehmoment zu reagieren, wird wie mit Bezug
auf Schritt 178 beschrieben bestimmt. Dann erzeugt die
Steuereinrichtung ein Befehlssignal, das an das Solenoid 98 des
Proportionalventils 96 übertragen
wird, um die Winkelposition der Taumelscheibe und den Hubraum der
Pumpe/Motor 26 auf einen Hubraum zu ändern, der etwas größer als
der bei 178 berechnete Pumpenhubraum ist.