DE102005004389A1

DE102005004389A1 - System zur Reduzierung des Antriebsstrangsreaktionsdrehmoments

Info

Publication number: DE102005004389A1
Application number: DE102005004389A
Authority: DE
Inventors: Bill Willis Tobler; Michael Canton Tiller; Paul Grosse Ile Bowles
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2005-11-10
Also published as: GB2411446B; GB0502607D0; US20050182532A1; US7349788B2; US7151987B2; GB2411446A; US20070142993A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Steuern des Trägheitsmoments des Antriebsstrangs 74 bei plötzlichen Bremsereignissen. Es wird verhindert, dass Drehmoment, das bei schnellem Abbremsen der Traktionsräder 68 während des Bremsens entwickelt wird, durch den Achsantrieb 150, 132 über eine Kupplung übermittelt wird, welche die Traktionsräder von Komponenten mit hohem effektivem Trägheitsmoment im Achsantrieb 150, 132 trennt. Die Kupplung 72 wird durch ein von irgendeinem Sensor am Fahrzeug produziertes Signal betätigt, welcher ein plötzliches Bremsereignis misst. Die Achsantriebsgeschwindigkeit wird an die Traktionsradgeschwindigkeit angepasst, bevor die Kupplung 72 getrennt wird, um den Achsantrieb 150, 132 wieder mit den Traktionsrädern 68 zu verbinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugbremsereignisses, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug und ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antriebsmotor. Sie bezieht sich also insbesondere auf Kraftfahrzeug Antriebsstränge und ganz besonders auf Systeme zum Steuern von Antriebssträngen mit hohen Trägheits- und Reaktionsdrehmomenten.

Umweltbelange und die Notwendigkeit, Treibstoff zu sparen, hat die Entwicklung neuer Hybrid-Antriebssysteme für Fahrzeuge beschleunigt. Elektrische Hybrid-Fahrzeug (HEV) Antriebsstränge umfassen typischerweise elektrische Traktionsmotoren, elektrische Hochspannungsenergiespeichersysteme und modifizierte Achsantrieb en. Die Speichersysteme für elektrische Energie umfassen Batterien und Ultra-Kapazitäten. Hauptantriebseinheiten für diese Systeme können gezündete Motoren, Selbstzünder (beispielsweise Diesel) Motoren mit Direkteinspritzung, Gasturbinen und Brennstoffzellen sein.

HEV Antriebsstränge werden typischerweise seriell, parallel oder in parallelseriellen Konfigurationen angeordnet. Bei parallel-seriellen Anordnungen benötigen mehrere, in mehreren Betriebsweisen betriebene Motoren manchmal den Einsatz verschiedener Getriebesätze, um effektiv Energie auf die Antriebsräder zu übertragen. Demzufolge besitzen HEV Antriebsstränge häufig beträchtliche effektive Trägheitsmomente an den Traktionsrädern, verglichen mit konventionellen Verbrennungsmotor Antriebssträngen. Dies tritt aufgrund der potentiell großen Trägheitsmomente der Hybrid-Motorvorrichtungen auf, als auch durch die signifikante Übersetzung vom Motor zu den Traktionsrädern, die häufig eingesetzt wird.

Antriebsstränge mit relativ hohen effektiven Trägheitsmomenten, wie bei HEVs, führen zu bestimmten Problemen, die gelöst werden müssen. Beispielsweise kann die Anwendung von Bremskraft auf die Kraftfahrzeugantriebsräder während eines plötzlichen Bremsmanövers zu einer sehr schnellen Winkelmomentänderung im Antriebsstrang führen. Spezifisch führt schnelle Verzögerung der Traktionsräder während des Bremsens zu einem von den Traktionsrädern durch den Achsantrieb rückgeleiteten Gegendrehmoment. Da viele im Achsantrieb verbundene Komponenten relativ große effektive Drehmomente an den Traktionsrädern haben, können die durch das Bremsmanöver produzierten Gegendrehmomente relativ hohe Reaktionsdrehmomentniveaus im Antriebsstrang hervorrufen. Dieses Reaktionsdrehmoment wird durch die Getriebemechanismen auf das Transmissionsgehäuse übermittelt und kann ungünstige Auswirkungen auf Antriebsstrang und Achsantriebskomponenten ausüben, insbesondere bei plötzlich auftretenden Bedingungen, beispielsweise, wenn das ABS System des Kraftfahrzeugs aktiviert ist.

Demzufolge besteht auf diesem technischen Gebiet ein Bedürfnis an einem System zur Reduzierung oder Steuerung des Antriebsstrangträgheitsmoments während Betriebsbedingungen, die hohe Trägheitskräfte auf Achsantriebskomponenten ausüben. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, dieses Bedürfnis zu erfüllen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in einem System zum Steuern von Trägheitskräften in einem Kraftfahrzeug Antriebsstrang während bestimmter Betriebsbedingungen, wie plötzlichen Bremsmanövern, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Antriebssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 22 sowie ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antriebsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruches 35. Das Steuersystem reduziert Trägheitskräfte durch Einsatz relativ einfacher Antriebsstrangkomponenten wie Kupplungen und bestehende Kraftfahrzeugssensoren. Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Systems liegt in seiner Kompatibilität mit vielen HEV Konfigurationen und Antriebsstranggeometrien. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Gemäß einer ersten, nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs während eines Bremsmanövers geschaffen, welches zumindest teilweises Trennen des Antriebsstrangs von einem Satz Antriebsräder umfaßt, wenn der Beginn des Bremsmanövers detektiert wird. Das Bremsmanöver wird unter Einsatz unterschiedlicher Ver fahren detektiert, eingeschlossen Überwachung des im Fahrzeug vorhandenen ABS (Antilock Braking System) oder Messen der Rotationsgeschwindigkeit der Traktionsräder. Bei einer Ausführungsform wird ein Planetengetriebe im Transmissionssystem so gesteuert, dass es den Antriebsstrang von den Antriebsrädern trennt. Bei einer anderen Ausführungsform wird eine automatisch betätigte Kupplung dazu eingesetzt, den Antriebsstrang von den Traktionsrädern zu trennen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Rutschkupplung verwendet, um den Antriebsstrang teilweise von den Traktionsrädern zu trennen, wodurch das auf die Transmission durch die Traktionsräder ausgeübte Gegendrehmoment reduziert wird.

Gemäß einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform der Erfindung wird ein Hybrid Fahrzeugantriebssystem geschaffen, welches einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, ein Paar Fahrzeug Traktionsräder und einen die Traktionsräder mit der Kombination des Verbrennungsmotors und dem elektrischen Antriebsmotor verbindenden Achsantriebsstrang geschaffen. Das System umfasst auch ein Fahrzeugbremssystem, um Bremskraft auf die Traktionsräder während eines Bremsvorgangs auszuüben, sowie ein Inertialsteuersystem zur Steuerung des effektiven Antriebsstrangträgheitsmomentes an den Traktionsrädern während eines Fahrzeugbremsereignisses. Das Inertialsteuersystem wird automatisch durch Steuersignale aktiviert, die während eines Bremsvorgangs hergestellt werden. Das System umfasst ein oder mehrere Vorrichtungen, die teilweise oder vollständig den Achsantriebsstrang von den Traktionsrädern des Fahrzeugs trennen, bevor unerwünschtes Gegendrehmoment, durch die schnell abbremsenden Traktionsräder produziert, durch den Achsantriebsstrang zurück übertragen wird.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind leichter anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verständlich, welche lediglich illustrativ und nicht einschränkend sein sollen. Im dieser Beschreibung wird häufig auf die anliegende Zeichnung bezug genommen. In dieser zeigt:
1 eine kombinierte schematische Blockansicht eines Antriebsstrangs für ein Hybrid-Elektrofahrzeug, der ein Inertialsensorsteuersystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einsetzt;
2 ein Blockdiagramm mit weiteren Details der Erfindung;
3 ein Flussdiagramm der bei der Durchführung eines beispielhaften Steuerverfahrens der Erfindung eingesetzten Schritte;
4 ein Blockdiagramm einer generischen Architektur für ein Hybrid-Fahrzeugssystem; und
5A–5C Blockdiagramme exemplarischer Hybrid-Antriebsstrangsystemkonfigurationen.
4 zeigt eine generische Architektur für ein Hybrid-Fahrzeugssystem 134, auf das die Erfindung anwendbar ist. Das System 134 umfasst eine primäre Energiequelle 114, wie Benzin, Diesel oder einen anderen Gasölvorrat, der mit dem primären energiegenerierendem System 116, wie einem Verbrennungsmotor, verbunden ist. Das primäre energiegenerierende System 116 generiert ein Primärantriebsdrehmoment, das auf den Kraftfahrzeug-Achsantriebsstrang 132 über die Transmission 118 übermittelt wird. Die Transmission 118 kann eine konventionelle manuelle, automatische oder kontinuierlich variable Automobil-Transmission oder irgendein anderer geeigneten Übersetzungsmechanismus zum Übermitteln mechanischer Energie, die durch das primäre energiegenerierende System 116 produziert wird, sein. Das Fahrzeughybridsystem 134 umfaßt auch eine sekundäre Energiequelle 120 wie eine Batterie, Ultrakapazität, hydraulischen Akkumulator oder andere Energiespeichervorrichtung und ein sekundäres energiegenerierendes System 122, wie ein oder mehrere elektrische Maschinen oder andere Drehmoment generierende Vorrichtungen, um das durch das primäre energiegenerierende System 116 abgegebene Antriebsdrehmoment zu ergänzen. Das System kann ferner eine Hilfsenergiequelle 126 umfassen, die mit einem Hilfs energiegenerierenden System 128 gekoppelt ist, wie einem Brennstoffzellensystem oder einer Hilfsenergieeinheit (APU), um zusätzliches Drehmoment zu liefern.
Das primäre energiegenerierende System 116 kann beispielsweise ein Benzin, natürliches Gas, Wasserstoff oder anderen gasförmigen, Brennstoff verbrennender Verbrennungsmotor sein. Die Transmission 118 übermittelt den Ausstoß des Verbrennungsmotors 116 und des sekundären energiegenerierenden Systems 122 an den KraftfahrzeugAchsantriebsstrang 132. Die Transmission 118 kann eine konverterlose automatische Transmission sein, die mit dem sekundären energiegenerierenden System 122 konstruiert und angeordnet ist, wie ein integrierter Hochspannungselektromotor/Generator. Das primäre energiegenerierende System 116 und das sekundäre energiegenerierende System 122 kann in eine einzige modulare Hybridtransmissionsseinheit 124 gepackt sein.
5A bis 5C zeigen exemplarisch Hybridantriebsstrangsystem Konfigurationen, die dazu eingesetzt werden können, die Erfindung durchzuführen. Die in 5A bis 5C gezeigten Systeme sind beispielhaft und keineswegs beschränkend.
5A zeigt eine sogenannte „Serien"-Hybridkonfiguration 136 mit einem Verbrennungsmotor 142, der mit einer modularen Hybrid Transmissionseinheit 144 gekoppelt ist. Die modulare Hybrid Transmissionseinheit 144 umfaßt einen elektrischen Generator 154, der elektrische Energie zur Energieversorgung der Kraftfahrzeugsantriebsräder über einen Elektromotor 156 und das Getriebe 158 liefert. Die elektrische Speicheranordnung 152 speichert elektrische Energie über den Generator 154, wenn den Verbrennungsmotor mehr Energie als notwendig produziert und ergänzt die Motorleistung über den Elektromotor 156, wenn der Energiebedarf den Motorenergieausstoß übersteigt. 5B zeigt eine sogenannte „Parallel"-Hybrid-Konfiguration 138, in der eine modulare Hybrid-Transmissionseinheit 46 ein Achsantriebsstrangdrehmoment über einen ersten Kraftweg mit dem Verbrennungsmotor 142, eine Kupplung 160 und ein Getriebe 162 liefert. Die Kupplungen 160 können jeglichen geeigneten Vorrichtungen sein, beispielsweise eine Getriebeübersetzung oder Kupplung, um mechanische Energie dem Achsantriebsstrang 150 zu übermitteln. Die Kupplungen 160, 166 können die gleiche Vorrichtung sein. 5C zeigt eine sogenannte Parallel-Seriell-Konfiguration 140, bei der eine modulare Hybrid-Transmissionseinheit 148, Elektromo for/Generatoren 172, 174 umfaßt, die elektrisch und/oder mechanisch gekuppelt sind, beispielsweise über ein Planetengetriebe 168, um an ein Getriebe 170 und den Achsantriebsstrang 150 Energie abzugeben.
In 1 ist ein Antriebsstrang 74 mit hohem effektivem Trägheitsmoment zum Kraftfahrzeugantrieb dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform eignet sich der Antriebsstrang 74 zum Einsatz in einem HEV, das ein oder mehrere Brennstoff- und/oder Motorantriebe verwendet. Wie gezeigt, umfaßt der Antriebsstrang 74 einen Verbrennungsmotor (ICE) 10 und einen elektrischen Gleichstrommotor 54, die jeweils durch einen weiter unten beschriebenen Achsantriebsstrang so verbunden sind, dass sie ein Paar Traktionsräder 68 antreiben, die auch als Antriebsräder bezeichnet werden. Der Verbrennungsmotor 10 besitzt eine Kurbelwelle 12, die sich in Richtung des Pfeils 14 dreht, die mit dem Achsantriebsstrang durch eine Dämpferkupplung 16 verbunden ist. Die Rotationsreibung des Verbrennungsmotors 10 ist schematisch durch den Dämpfer 40 dargestellt. Das Drehmoment wird durch die Dämpferkupplung 16 über eine starre oder nachgiebige Welle 20 auf ein Planetengetriebe 22 übertragen. Ein Dämpfer 18 zwischen der Dämpferkupplung 16 und der Welle 20 dient dazu, Torsionsfluktuationen, die vom Verbrennungsmotor 10 auf den Transmissionsstrang übermittelt werden, zu isolieren. Das Planetengetriebe 22 umfaßt ein Trägerzahnrad 24 und ein Sonnenrad 26, die einen Zahnkranz 28 antreiben. Eine Einwegkupplung 30, die zwischen dem Trägerzahnrad 24 und einem Gehäuse für das Getriebe mit Achsantrieb 42 angeschlossen ist, hindert den Verbrennungsmotor 10 daran, sich in umgekehrter Richtung zu drehen. Das Gehäuse 42 beinhaltet Transmissions- und Differentialkomponenten. Die mechanische Einbauvorrichtung oder Verbindung der verschiedenen Komponenten wird schematisch durch die verschiedenen unterbrochenen Linien 92 repräsentiert, die diese Komponenten mit dem Gehäuse für das Getriebe mit Achsantrieb und den Motorblock 42 verbunden. Das Sonnenrad 26 ist durch einen Abtriebsstrang 32 eines Elektromotor/Generators 36 angeschlossen, dessen Geschwindigkeit durch ein an seinen Steuereingang 38 angelegtes Drehmoment-Steuersignal gesteuert wird.
Obwohl nicht spezifisch gezeigt, ist zu beachten, dass der Gleichspannungs-Elektromotor 54 und der Generator 36 mit einem oder mehreren geeigneten Energiespeichersystemen verbunden sind. Die Geschwindigkeit des Trägerzahnrades 24 und des Verbrennungsmotors 10 ist eine Funktion der Geschwindigkeiten des Zahnkranzes 28 und des Sonnenrades 26. Demzufolge wird der Generator 36 dazu eingesetzt, die Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 10 durch Ändern der Geschwindigkeit des Sonnenrades 26 zu steuern. Der Generator 36 zur Steuerung der Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 10 kann in einem intelligenten Steuersystem eingesetzt werden, um die Motorgeschwindigkeit unabhängig von der Achsantriebsstranggeschwindigkeit zu steuern. Eine Kupplung 34 wird durch ein an ihren Eingang 52 angelegtes Steuersignal betrieben, das dazu dient, selektiv den Generator 36 gegen Rotation zu sperren. Das Sperren des Generators 36 hindert das Sonnenrad 26 am Drehen, daraus resultierend verbindet das Planetengetriebe 22 direkt den Verbrennungsmotor 10 mit den Traktionsrädern 68.
Der Zahnkranz 28 ist durch die Gegenwelle 48 und die Getriebe 50, 64 mit einer Drehmoment Teilungsvorrichtung in Form eines Differentials 66 verbunden. Eine Parkbremse 44, die durch ein Steuersignal an ihrem Eingang 46 aktiviert wird, wird mit der Gegenwelle 48 verbunden und sperrt diese selektiv gegen Drehung. Die Getriebe 50, 64 besitzen Trägheitsmomente, die durch das Bezugszeichen 62 repräsentiert werden. Das Differential 66 teilt das Achsantriebsstrang Drehmoment auf und überträgt es durch ein Paar Halbwellen 88, 90 an die Traktionsräder 68.
Eine zweite Energiequelle zum Antrieb der Traktionsräder 68 wird durch den Gleichspannungselektromotor 54 geschaffen, dessen Geschwindigkeit durch ein an seinem Eingang 56 empfangenes Drehmomentsteuersignal bestimmt wird. Der Elektromotor 54 hat eine Doppelfunktion als Antrieb der Traktionsräder 68 und als regenerativer Bremsgenerator. Während des Bremsens funktioniert der Motor 54 als elektrischer Generator, der kinetische Energie des Fahrzeugs dazu benutzt, Elektrizität zu generieren, die in einer Batterie für späteren Gebrauch gespeichert ist (nicht gezeigt). Der Motor 54 liefert Drehmoment an seine Abtriebswelle 58 durch ein Getriebe 60 zum Differential 66, welches wiederum das Drehmoment an die Traktionsräder 68 übermittelt. Der Elektromotor 54 besitzt ein relativ hohes effektives Trägheitsmoment an den Traktionsrädern, verglichen mit konventionellen, Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugen, teilweise aufgrund seines eigenen Trägheitsmoments als auch aufgrund desjenigen der Getriebe 60 und 64.
Der oben beschriebene Antriebsstrang 74 besitzt ein relativ großes effektives Rotationsträgheitsmoment an den Traktionsrädern, verglichen mit dem Antriebsstrang eines konventionellen Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs. Dieses relativ hohe effektive Rotationsträgheitsmoment ist teilweise auf die Verwendung verschiedener Antriebsmotoren, Motorsteuerungen und Getriebe zurückzuführen, die dazu benötigt werden, die Energieübertragung an die Traktionsräder 68 zu handhaben. Ein Hauptteil dieses Trägheitsmoments ist auf den Elektromotor 54 und die Getriebe 66 und 64 zurückzuführen, die ihn mechanisch mit den Traktionsrädern 68 verbinden. Die Getriebe 22 und 50 tragen auch materiell zum effektiven Antriebsstrang-Trägheitsmoment bei, wie der Verbrennungsmotor (ICE) 10 und der Generator 36. Die verschiedenen Komponententeile des Antriebsstrangs 74 sind mechanisch direkt oder indirekt mit einem Gehäuse eines Getriebes mit Achsantrieb und des Motorblocks 42 verbunden. Das Gehäuse des Getriebes mit Achsantrieb und des Motorblocks 42 wird wiederum auf einer entsprechenden Getriebe – und Motorblockeinbauvorrichtung 70 getragen, welche auf dem Fahrzeug Chassis 108 befestigt ist. Demzufolge übermitteln viele Komponenten, eingeschlossen die Getriebeanordnungen, Drehmoment an Befestigungen auf dem Gehäuse für Getriebe mit Achsantrieb und Motorblock 42, welche wiederum dieses Drehmoment auf die Einbauvorrichtungen 70 übertragen.
Falls ein plötzliches Bremsereignis auftritt, bspw. wenn das Fahrzeug ABS System betätigt wird, bewirkt die auf die Traktionsräder 58 ausgeübte Bremskraft ein schnelles Abbremsen der Traktionsräder, was wiederum zu schneller negativer Beschleunigung des Stranges führt, der mechanisch mit den Traktionsrädern 68 verbunden ist. Dieses schnelle Abbremsen des Stranges, der ein großes effektives Trägheitsmoment besitzt, schafft ein verhältnismäßig großes Gegendrehmoment, das durch die Achsantrieb und den Antriebsstrang 74 rückübertragen wird. Dieses Gegendrehmoment wird auf jede Antriebsstrangkomponente übertragen, wo es wiederum auf das Gehäuse für Getriebe mit Achsantrieb und den Motorblock 42 sowie deren Einbauvorrichtungen 70 einwirkt. Die Rückkräfte auf dem Gehäuse für Getriebe mit Achsantrieb und Motorblock 42, als auch auf ihre Chassis Einbauvor richtungen 70 sind besonders hoch aufgrund der großen effektiven Rotationsträgheitsmomente des Antriebsstrangs 74. Demzufolge könnten die Rückkräfte, die auf das Gehäuse für Getriebe mit Achsantrieb und Motorblock 42 und die Einbauvorrichtungen 70 ausgeübt werden, ausreichen, um diese Komponenten unter bestimmten plötzlichen Bremsbedingungen zu beschädigen. Sogar unter normalen Bremsbedingungen können die relativ hohen Antriebsstrang Trägheitsmomente und Drehmomentniveaus unerwünschte Geräusche, Vibration und Rauhigkeiten (NVH) hervorrufen. Ferner können große fluktuierende Drehmomente im Antriebsstrang das Verhalten des ABS Systems beeinträchtigen.
Erfindungsgemäß werden schnelle Änderungen im Winkelmoment des Antriebsstrangs aus plötzlichem Bremsen durch Begrenzen oder im wesentlichen Eliminieren des Reaktionsdrehmoments, das zwischen den Traktionsrädern 68 und den Antriebsstrangkomponenten stromaufwärts der Traktionsräder übermittelt wird, insbesondere solchen, die für höhere effektive Rotationsträgheitsmomente beitragen, gesteuert. Wie weiter unten beschrieben, kann diese Inertialsteuerung entweder dadurch ausgeführt werden, indem die Antriebsstrangkomponenten mit hohem Trägheitsmoment völlig von den Traktionsrädern 68 getrennt werden, als Antwort auf ein Bremsereignis, oder indem die Größe des durch die Achsantrieb während eines Bremsens übermittelten Rreaktiv-Drehmoments reduziert wird. Die Inertialsteuerung gemäß der Erfindung kann unter Verwendung von ein oder mehreren Kupplungen 72 durchgeführt werden, die selektiv Komponenten hoher Trägheit des Antriebsstranges 74 auskuppeln. Beispielsweise kann eine Kupplung 72 zwischen die Getriebe 60 und 64 geschoben werden, um den Elektromotor 54 vom Differential 66 zu trennen. Alternativ kann eine Kupplung 72 zwischen den Getriebesätzen 50 und 64 eingesetzt werden, um den Elektromotor 54 und den Verbrennungsmotor 10 zu trennen. Um eine noch bessere Steuerung der Antriebsstrang Trägheitsmomente zu bewirken, können ein oder zwei Kupplungen 72 zwischen dem Differential 66 und den Traktionsrädern 68 installiert werden, wodurch eine Abtrennung des gesamten Antriebsstrangs 74 von den Traktionsrädern 68 ermöglicht wird.
Auch in 2 hängt die Konstruktion der Kupplung 72 von der speziellen Anwendung und der verfügbaren Baugröße ab, nichtsdestoweniger kann eine Anzahl konventioneller Mechanismen eingesetzt werden, um die Kupplungsfunktion zu schaffen. Beispielsweise kann eine konventionelle Scheibenkupplungsanordnung eingesetzt werden, bei der eine Anzahl Reibung-Kupplungsscheiben miteinander in Eingriff gebracht werden, um eine Antriebswelle mit einer Abtriebswelle zu verbinden. Bei einer Näherung sind die Kupplungsscheiben normalerweise gegeneinander in Eingriff gedrückt, um die Antriebswelle mit der Abtriebswelle zu verbinden, wobei ein Steuersignal verwendet wird, um eine hydraulische oder elektrische Betätigungseinrichtung zu betätigen, welche die Scheiben bei einem Bremsereignis auseinander drückt. Alternativ kann hydraulischer Druck eingesetzt werden, um die normalerweise in Richtung Trennung federbelasteten Kupplungsscheiben zusam men zu drücken, wenn der hydraulische Druck entsprechend einem Bremssignal entfernt wird.
Eine Anzahl weiterer Kupplungs- und ähnlicher Technologien kann eingesetzt werden, wie ein integriertes Radende, eine magnetorheologische oder elektrorheologische Vorrichtung. In jedem Falle wird die Kupplung 72 automatisch durch ein von der Steuerung 76 abgegebenes Signal betätigt, welches eine spezielle programmierte Vorrichtung oder eine bestehende Steuerung des Fahrzeugs sein kann, die dazu verwendet wird, das Inertialsteuersystem als Hilfsfunktion zu betreiben. Im Wesentlichen zeigt das durch die Kupplung 72 empfangene Steuersignal ein Bremsereignis an, bei dem die Größe der auf die Traktionsräder 68 ausgeübten Bremskraft ausreicht, um unerwünschte Gegendrehmomentniveaus im Antriebsstrang 74 hervorzurufen. Die Steuerung 76 betätigt die Kupplung 87- sprechend irgendeiner Vielzahl von Signalen oder Fahrzeugbedingungen, die ein aggressives oder plötzliches Bremsereignis anzeigen. Beispiele derartiger Signale sind solche, die durch die im Kraftfahrzeug bestehenden ABS-Sensoren 78 geliefert werden, Bremspedal-Bremsweg-Bordsensoren 80 oder verschiedene Ereignisvorhersagesensoren 82, die dazu verwendet werden, Ereignisse oder Bedingungen vorherzusagen, die Annehmen lassen, daß plötzliches Abbremsen benötigt wird, oder imminent ist. Zusätzlich kann das Inertialsteuersystem auf seine eigenen speziellen Ereignissensoren 84 zurückgreifen, die beispielsweise Inertialsensoren oder Karosserieprallsensoren umfassen können, welche Ereignisse messen, die annehmen lassen, daß ein plötzliches Abbremsen bevorsteht oder bereits begonnen hat. In ähnlicher Weise können Drehmo mentsensoren 86 die auf dem Gehäuse für das Getriebe mit Achsantrieb oder Motorblock 42 befestigt sind, oder deren Einbauvorrichtungen 70 dazu verwendet werden, zu messen, ob ein unüblich hohes Reaktionsdrehmoment im Antriebsstrang 74 vorliegt, welches Aktivierung einer Kupplung 72 erfordert, um den Antriebsstrang 74 von den Traktionsrädern 68 zu trennen. In jedem Fall ist es wichtig, daß verschiedene Sensoren oder andere Signalgeneratoren, die dazu verwendet werden, die Kupplung 72 zu aktivieren, eine besonders schnelle Ansprechzeit haben, so dass der Antriebsstrang getrennt wird, bevor signifikantes Reaktionsdrehmoment übermittelt werden kann.
Obwohl eine Kupplung 72 als geeignetes Mittel zum Trennen des Antriebsstrangs beschrieben und dargestellt wurde, können andere äquivalente Vorrichtungen zur Abtrennung des Antriebsstranges und der Steuerung des Reaktionsdrehmoments geeignet sein. Beispielsweise kann eine Vorrichtung vorgesehen werden, um den Zahnkranz 28 gegen Drehung entsprechend einem Bremsereignis zu blockieren. Eine derartige Vorrichtung würde ähnlich einer Parkbremse 34 wirken, die ein Reaktionsdrehmoment im Antriebsstrang 74 daran hindert, den Verbrennungsmotor 10 zu erreichen. Alternativ kann irgendein Getriebesatz 50, 60, 64 durch ein Planetengetriebe ersetzt werden, das nominell einen Ausgang (Zahnkranz, Sonnenrad oder Trägerzahnrad) besitzt, das gegen das Transmissionsgehäuse blockiert ist: Wenn der Antriebsstrang getrennt wird, würde der verriegelte Ausgang freigegeben und darf sich frei drehen, wodurch der Antriebsstrang von den Traktionsrädern getrennt wird.
Es ist häufig erwünscht, Antriebsstrang 74 und Achsantrieb sofort nach einer Brems/Antriebsstrangtrennungssequenz wieder mit den Traktionsrädern zu verbinden. Beispielsweise dann, falls ein Fahrzeug über eine Serie Eisflächen läuft, kann das ABS System des Fahrzeugs aufeinanderfolgend kurz aktiviert werden, welches jedesmal zum Trennen des Antriebsstrangs von den Traktionsrädern führt. Falls während des Trennzeitraums die Antriebsstranggeschwindigkeit wesentlich unter diejenige der Traktionsräder fällt, kann das Wiederverbinden wesentliche Rauhigkeit (NVH) produzieren sind in einigen Fällen möglicherweise die Achsantriebskomponenten beschädigen. Demzufolge wird erfindungsgemäß die Achsantriebsgeschwindigkeit mit derjenigen der Traktionsräder synchronisiert, bevor diese wieder verbunden werden. Dies wird durch Messen der Achsantriebs- und Radgeschwindigkeiten unter Verwendung entsprechender Sensoren 110 durchgeführt und indem der Geschwindigkeitsunterschied unter Einsatz der Steuerung 76 bestimmt wird. Auf Basis des bestimmten Geschwindigkeitsunterschieds übermittelt die Steuerung 76 ein Steuersignal zum Gleichspannungsmotor 54, dem Generator 36 oder dem Vebrennungsmotor 10, um die Achsantriebsgeschwindigkeit zu erhöhen, bis diese sich innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches der Radgeschwindigkeit befindet, wobei dann die Steuerung 76 die Kupplung 72 losläßt, wodurch eine Wiederverbindung bewirkt wird.
Bemerkenswerterweise sind in 3 die Grundschritte gezeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens eingesetzt werden. Die Bremse und andere Systeme am Fahrzeug werden bei Schritt 94 überwacht, um zu bestimmen, ob ein aggressives oder plötzliches Bremsereignis stattgefunden hat, stattfindet oder möglicherweise in der unmittelbaren Zukunft bevorsteht. Wie bereits diskutiert, kann diese Überwachungsfunktion durch irgendeine Vielzahl von Sensoren am Fahrzeug durchgeführt werden, welche Informationen zu einer Steuerung 76 liefern. Bei Schritt 96 bestimmt die Steuerung 76 auf Basis der durch die Ereignissensoren entwickelten Informationen, ob ein aggressives oder ein plötzliches Bremsereignis stattgefunden hat. Falls bestimmt wird, daß ein plötzliches Bremsereignis auftritt, betätigt die Steuerung 76 die Kupplung 72, um den Antriebsstrang 76 abzukoppeln, wie bei Schritt 98 angegeben. Um ein weiches Wiederverbinden des Antriebsstranges 74 mit den Traktionsrädern 68 am Ende des Bremsereignisses sicherzustellen, fährt die Steuerung fort, die Information, die durch die Ereignissensoren geliefert werden, zu überwachen, um zu bestimmen, ob das plötzliche Bremsereignis beendet ist, wie bei Schritt 100 gezeigt. Wenn bestimmt wird, daß das Bremsereignis beendet ist, wird die Antriebsstranggeschwindigkeit bei Schritt 102 eingestellt, so daß die Antriebsstranggeschwindigkeit nahe der Geschwindigkeit der Antriebsräder 68 ist. Danach wird in Schritt 104 bestimmt, ob das Antriebsstranggeschwindigkeit sich innerhalb bestimmter Grenzen befindet, die ein weiches Wiederverbinden sicherstellen. Falls die Antriebsstranggeschwindigkeit sich innerhalb dieser Grenzen befindet, wird dann bei Schritt 106 die Kupplung aktiviert, um den Antriebsstrang 74 mit den Antriebsrädern 68 wieder zu verbinden.
Selbstverständlich sind die spezifischen Verfahren und Techniken, die beschrieben wurden, lediglich illustrativ für eine Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips. Vielfältige Modifikationen im Verfahren, wie beschrieben, sind dem Fachmann ohne Abweichung vom Kern und Umfang der Erfindung offensichtlich.

10: Verbrennungsmotor(ICE)
12: Kurbelwelle
14: Rotation der Kurbelwelle
16: Dämpferkupplung
18: Dämpfer
20: starre oder nachgiebige Welle
22: Planetengetriebe
24: Trägerzahnrad
26: Sonnenrad
28: Zahnkranz
30: Einwegkupplung
32: Abtrtebswelle
34: Kupplung
36: Generator
38: Steuereingang v. 36
40: Dämpfer
42: Gehäuse f.Getriebe u. Motorblock
44: Parkbremse
46: Eingang von 44
48: Gegenwelle
40: Schaltanordnung
50: Getriebesatz
52: Eingang v. 34
54: Elektromotor
56: Eingang v, 54
58: Abtriebswelle v. 54
60: Getriebe v, 54
62: Trägheitsmomente v. 50, 64
64: Getriebe
66: Differential
68: Traktionsräder
70: Einbauvorrichtung
72: Kupplung v. 60, 64 od. 50, 64
74: Antriebsstrang
76: Steuerung
78: ABS-Sensor
80: Bordsensor (Bremsweg, Bremspedal
82: Ereignisvorhersage Sensor
84: Ereignisvorhersagesensor d.Inert.
86: Drehmomentsensor
88: Halbwelle
90: Halbwelle
92: Verbindung v. Komponenten
94: Verfahrensschrttt
96: Verfahrensschritt
98: Verfahrensschritt
100: Verfahrensschritt
102: Verfahrensschritt
104: Verfahrensschritt
106: Verfahrensschritt
108: Fahrzeugchassis
110: Achsantriebsstranggeschw. Sensor
112: Radgeschwindigkeitssensor
114: primäre Energiequelle (Benzin, Diesel...)
116: primäres energiegenerierendes System
118: Kraft Transmissionsanordnung
120: sek. Energiequelle (Batterie....)
122: sek. energiegen. System (e1. Maschine)
124: modulare Hybridtransmissionseinheit
126: Hilfs Energiequelle
128: Hilfs Energiegenerierendes System
132: Achsantriebsstrang
134: Hybrid Fahrzeugsystem
136: "serielle" Hybridkonfiguration
138: "parallele" Hybrid Konfiguration
140: parallel-serielle" Hybridkonfiguration
142: Verbrennungsmotor
144: mod. Hybridtansmissionseinheit (seriell).
146: mod. Hybridtransmissionseinheit (parallel)
148: mod. Hybridtransmissionseinheit(par./ser).
150: Achsantrieb
152: Elektrische Speichervorrichtung
154: Generator
156: Elektromotor
158: Getiebe
160: Kupplungsvorrichtung
162: Getriebe
164: Elektromotor/Generator
166: Kupplung
168: Planetengetrebe
170: Getriebe
172: Elektromotor/Generator
174: Elektromotor/Generator

Claims

Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugbremsereignisses, mit den Schritten: Detektion eines Fahrzeugbremsereignisses, wobei Bremskraft auf mindestens ein Fahrzeugtraktionsrad ausgeübt wird; und Reduktion des Drehmoments das von mindestens einem Traktionsrad auf einen Fahrzeugantriebsstrang übermittelt wird, wenn ein Bremsereignis in Schritt A detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsschritt das Messen der Anwendung einer oder mehrerer Fahrzeugbremsen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsschritt das Messen der Geschwindigkeit des Traktionsrads umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsschritt das Messen einer Betriebsbedingung des Fahrzeugs umfasst, die angibt, dass ein Bremsereignis initiiert werden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsschritt umfasst zu Messen, wenn ein automatisches Bremssystem am Fahrzeug betätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsschritt die Anwendung eines vorherbestimmten Drehmomentniveaus auf mindestens eine Komponente des Antriebsstranges während des Bremsereignisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsschritt das Trennen des Traktionsrades von dem Antriebsstrang umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektionsschritt das Messen der Betriebsbedingung des Fahrzeugs umfasst, welches angibt, dass ein schnelles Abbremsen des Traktionsrades stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsschritt die Betätigung einer Kupplung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung das Schleifenlassen der Kupplung umfasst, so dass nur ein Teil des auf den Antriebsstrang (74, 174) durch das Traktionsrad übermittelten Drehmoments reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung das Trennen des Traktionsrades vom Antriebsstrang umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung der Kupplung das Trennen des Traktionsrades von einem Teil des Antriebsstrangs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Wiederverbindens des Traktionsrades mit dem Antriebsstrang nach Ende des Bremsereignisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Wiederverbinden des Traktionsrades umfasst: Vergleich der Geschwindigkeit des Traktionsrades mit der Geschwindigkeit des Antriebsstranges, Einstellen der Geschwindigkeit des Antriebsstranges auf einen vorherbestimmten Bereich, teilweise basierend auf der Traktionsradgeschwindigkeit.
Verfahren zum Steuern eines Hydridfahrzeugantriebsstrangsystems während eines Bremsereignisses, welches den Schritt des zumindest teilweise Trennens des Antriebsstranges von einem Traktionsrad, das durch den Antriebsstrang angetrieben wird, umfasst, wenn das auf den Antriebsstrang ausgeübte Drehmoment durch das Traktionsrad ein vorheriges bestimmtes Niveau erreicht.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner gekennzeichnet, durch den Schritt des Messens eines Drehmomentniveaus, das auf den Antriebsstrang durch das Traktionsrad ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschritt das Betätigen einer Kupplung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet; dass die Betätigung der Kupplung das Schleifenlassen der Kupplung so, dass der Antriebsstrang nur teilweise von Traktionsrad getrennt wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung so betätigt wird, dass sie vollständig den Antriebsstrang vom Traktionsrad trennt.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner gekennzeichnet durch den Schritt des Wiederverbindens des Traktionsrades mit dem Antriebsstrang nach Ende des Bremsereignisses.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiederverbinden des Traktionsrads umfasst: Vergleich einer Geschwindigkeit der Traktionsräder mit der Geschwindigkeit des Antriebsstranges; und Einstellen einer Geschwindigkeit des Antriebsstranges auf einen vorherbestimmten Bereich zumindest teilweise auf Basis der Traktionsradgeschwindigkeit.
Antriebssystem für ein Fahrzeug, mit: – einem Antriebsstrang (74) mit mindestens einem Elektromotor (54, 156), – einem Achsantrieb (132, 150) und einer übersetzten Transmission (118), welche den Antriebsmotor (54) mit dem Achsantrieb (132, 150) verbindet; – einer Drehmomentteilungsvorrichtung, die mit der Kraftübertragung (132, 150) verbunden ist; – einem Paar Antriebswellen, die mit der Antriebsteilungsvorrichtung verbunden sind und von dieser Drehmoment empfangen; – einem Paar Traktionsräder (68), die entsprechend mit den Antriebswellen verbunden und durch diese angetrieben sind; und – einer Vorrichtung, die automatisch durch ein Fahrzeugbremsereignis zum Begrenzen des auf den Antriebsstrang (74, 174) als Resultat eines auf die Traktionsräder (68) aufgebrachten Bremsdrehmomentes betätigt wird.
Antriebssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentbegrenzungseinrichtung eine Kupplung umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung betrieben wird, um die Traktionsräder (68) vom Antriebsstrang (74, 174) während des Bremsereignisses zu trennen.
Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine Rutschkupplung umfasst, die betrieben wird, um nur einen Teil des von den Traktionsrädern (68) produzierten Drehmomentes auf den Antriebsstrang (74, 174) übertragen zu lassen.
Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwischen der Drehmomentteilungsvorrichtung und der Kraftübertragung angeschlossen ist.
Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwischen der Drehmomentteilungsvorrichtung und den Traktionsrädern (68) angeschlossen ist.
Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwischen der Kraftübertragung und dem Elektromotor (54, 156) angeschlossen ist.
Antriebssystem nach Anspruch 23, das ferner einen zweiten Elektromotor (156) aufweist, wobei die Drehmomentbegrenzungseinrichtung eine zwischen den Traktionsrädern (68) und der Kombination der ersten und zweiten Elektromotoren (54, 156) eingekuppelte Kupplung (72) umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 23, ferner gekennzeichnet durch einen zweiten Elektromotor (156), wobei die Drehmomentbegrenzungseinrichtung eine zwischen den zweiten Elektromotor (156) und den Drehmomentteilungsvorrichtung eingekuppelte Kupplung (160) umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung in Eingriff bringbare Reibscheiben umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentbegrenzungseinrichtung eine Transmissionssteuervorrichtung umfasst, um die Transmission dazu zu veranlassen, den Achsantrieb (132) vom Verbrennungsmotor (10) zu trennen.
Antriebssystem nach Anspruch 22, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionssteuervorrichtung eine Bremse zum Verriegeln eines Zahnrades in der Transmission gegen Rotation umfasst.
Antriebssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmission einen Planetengetriebe (22) und eine Bremse, um ein Getriebe im Getriebesatz gegen Rotation zu sperren, umfasst, wodurch der Achsantrieb(132, 150) vom Elektromotor (54, 156) getrennt wird.
Hybridfahrzeug mit: – einem Verbrennungsmotor (10) – einem Elektromotor (54) – einem Paar angetriebener Traktionsräder (68); – einer die Traktionsräder (68) mit der Kombination des Verbrennungsmotors (10) und dem Elektromotor (54) verbindenden Achsantrieb (150, 132); – einem Fahrzeugbremssystem zur Aufbringung von Bremskraft auf die Traktionsräder (68) während eines Bremsereignisses; und – einem Steuersystem zum Steuern des von den Traktionsrädern (68) durch den Achsantrieb (150, 132) während eines plötzlichen Bremsereignisses übermittelten Drehmomentes.
Fahrzeug nach Anspruch 35, wobei das Steuersystem eine Kupplung, um mindestens teilweise die Traktionsräder (68) von mindestens der Kraftübertragung, den Verbrennungsmotor (10) und der Maschine zu trennen, aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 36, wobei das Steuersystem umfasst: – mindestens einen Sensor (80,82, 78), der ein Signal, welches das Auftreten eines plötzlichen Bremsereignisses anzeigt; produziert; und – eine Steuerung, die entsprechend einem Sensorsignal die Kupplung betätigt.
Fahrzeug nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die Geschwindigkeit der Traktionsräder (68) misst.
Fahrzeug nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem umfasst: – einen Sensor zum Messen der Geschwindigkeit der Kraftübertragung; – einen Sensor (78) zum Messen der Geschwindigkeit der Traktionsräder (68); und – einen Motor zum Ändern der Geschwindigkeit des Achsantriebs (150, 132) auf einen vorherbestimmten Wert zumindest teilweise auf Basis der gemessenen Radgeschwindigkeit.
Fahrzeug nach Anspruch 35, wobei: – der Achsantrieb ( 132) ein Differentialgetriebe (66) aufweist; und – die Kupplung zwischen dem Elektromotor (54, 156) und dem Differentialgetriebe (66) angeschlossen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 35, wobei: – der Achsantrieb (132) ein Differentialgetriebe (66) aufweist; und – die Kupplung (72) zwischen den Differentialgetriebe (66) und der Kombination des Elektromotors (54) und dem Verbrennungsmotor (10) angeschlossen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 35, wobei: – der Achsantrieb (132) ein Differentialgetriebe (66) aufweist; und – die Kupplung zwischen den Differentialgetriebe (66) und den Traktionsrädern (68) angeschlossen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 36, wobei die Kupplung eine Reibungskupplung aufweist, die Rutschen erlaubt, um nur einen Teil des Drehmoments von den Traktionsrädern (68) auf den Achsantrieb (132, 150) zu übertragen.