KR20160116338A - 직렬 하이브리드를 갖춘 하이브리드 파워모드 - Google Patents

직렬 하이브리드를 갖춘 하이브리드 파워모드 Download PDF

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KR20160116338A
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줄리오 오르넬라
파브리지오 젠드리
에토레 코솔리
도널드 렘보스키
티모시 모스체크
로렌조 세라오
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다나 이탈리아 에스피에이
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Abstract

본 발명은 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1)에 관한 것으로서, 동력원(2); 상기 동력원(2)에 구동 결합 또는 선택적으로 구동 결합되고 제 2 유압식 변위 유닛(9)에 유체 연통되는 제 1 유압식 변위 유닛(8)을 포함하는 유압 회로(3); 적어도 하나의 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c); 상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)를 통해 유압 회로(3)에 선택적으로 유동 연결되며, 고압 유압식 축압기(4a) 및 저압 유압식 축압기(4b)를 포함하는 유압식 축압기 조립체(4); 적어도 하나의 입력 장치(15,16); 및 제어 유닛(7)을 포함하며; 여기서 제어 유닛(7)은 입력 장치(15,16)로부터의 입력 명령에 기초하여, 동력원(2)으로부터 요청된 전체 동력(23)을 계산하고; 계산된 전체 동력을 적어도 하나의 임계 동력에 비교하고; 그리고 상기 비교의 결과에 기초하여, 상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)의 밸브 상태를 제어하도록 구성된다. 본 발명은 추가로, 본 발명에서 제안된 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다.

Description

직렬 하이브리드를 갖춘 하이브리드 파워모드 {HYBRID POWERMODE WITH SERIES HYBRID}
본 발명은 주로, 특히 자동차들용 직렬 유압식 하이브리드 변속기 시스템에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 유압 회로, 유압 회로에 유체 연결되는 축압기 조립체 및 축압기 시스템을 제어하기 위한 제어 유닛을 포함하는 직렬 유압식 하이브리드 변속기 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 직렬 유압식 하이브리드 변속기 시스템을 제어하는 방법에 관한 것이다. 이러한 종류의 유압식 하이브리드 변속기 시스템들은 트랙터들, 휠 로더들(wheel loaders), 휠 굴착기들, 백호 로더들(backhoe loaders), 텔레핸들러들(telehandlers), 덤퍼들(dumpers) 등과 같은 농업, 광업 또는 건설에 사용되는 비포장도로용 작업 기계들에서 용례를 찾아볼 수 있다.
본 문서는 2014년 2월 4일자 출원된 미국 가 특허 출원 번호 61/935,610호를 우선권으로 주장하며, 그 전체가 참조로 본 발명에 포함된다.
유압 회로 및 유압 에너지 저장을 위한 하나 또는 그 초과의 유압식 축압기들을 포함하는 유압식 하이브리드 변속기 시스템들은 공지 기술이다. 축압기들에 의해 회생되는 유압 에너지는 1차 에너지원, 예를 들어 내연 기관을 대체하거나 보충하도록 시스템으로 재-주입될 수 있다.
그러나, 유압식 하이브리드 변속기 시스템의 연료 소비 및 성능은 차량을 작동하는데 사용되는 제어 전략에 크게 의존하며 개발자들에게 도전과제를 남겨 놓았다.
그러므로, 본 발명의 목적은 개선된 차량 성능 및/또는 개선된 연료 효율을 제공하는 유압식 하이브리드 시스템을 발전시키고자 하는 것이다.
이러한 목적은:
동력원;
동력원에 구동 결합 또는 선택적으로 구동 결합되고 제 2 유압식 변위 유닛에 유체 연통되는 제 1 유압식 변위 유닛을 포함하는 유압 회로;
적어도 하나의 축압기 밸브;
축압기 밸브를 통해 유압 회로에 선택적으로 유동 연결되며, 고압 유압식 축압기 및 저압 유압식 축압기를 포함하는 축압기 조립체;
적어도 하나의 입력 장치; 및
제어 유닛을 포함하는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(driveline)에 의해 해결되며; 여기서 제어 유닛은:
입력 장치로부터의 입력 명령에 기초하여, 동력원으로부터 요청된 전체 동력을 계산하고;
동력원으로부터 요청된 계산된 전체 동력의 동력 값(또는 줄여서, 전체 요청 동력)을 적어도 하나의 동력 임계값에 비교하고; 그리고
비교의 결과에 기초하여, 축압기 밸브의 밸브 상태를 제어하도록 구성 및/또는 프로그램된다.
요청 동력이 적어도 하나의 동력 임계 값을 초과하거나 그 미만에 있는지의 여부에 기초하여 제어 유닛이 축압기 밸브의 밸브 상태를 제어하도록 구성된다는 사실로 인해서, 동력원으로부터 유압 회로로 전달되는 동력은 현재 작동 조건들 및/또는 운전자 요청들에 따라 축압기 조립체를 통해 제공되는 유압 동력에 의해 자동으로 보충되거나 대체될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 축압기들은 현재 작동 조건들 및/또는 운전자 요청들에 따라 자동으로 재충전될 수 있다. 이런 방식으로, 드라이브라인은 현재 운전자 요청들을 만족시키면서 에너지-효율적인 방식으로 제어될 수 있다.
제어 유닛에 의해 수행되는 전체 요청 동력의 계산은 추가로, 현재 차량 상황 및/또는 현재 동력원 속도(rpm 단위로 측정됨)를 기초로 할 수 있다. 차량 상황은 예를 들어, 차량 속도, 차량의 이동 방향 및 기어 선택 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 문서의 범주 내에서, 표현 "x1, ..., xn 중 적어도 하나"는 완전 집합을 포함한 x1, ..., xn의 임의의 부분 집합을 포함할 수 있다.
밸브 상태는 개방 상태와 폐쇄 상태 사이에서 변경될 수 있다. 개방 상태에서, 축압기 밸브는 축압기 밸브를 통해서 유압 회로와 축압기 조립체 사이로 유압 유체의 유동을 허용한다. 폐쇄 상태에서, 축압기 밸브는 축압기 밸브를 통해서 유압 회로와 축압기 조립체 사이로의 유압 유체의 유동을 방지한다.
동력원은 통상적으로, 내연 기관 또는 전기 엔진과 같은 엔진을 포함한다.
제 1 유압식 변위 유닛은 유압 펌프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 유압식 변위 유닛은 정수압 반경류 피스톤 펌프(hydrostatic radial piston pump) 또는 정수압 축류 피스톤 펌프와 같은 정수압 펌프를 포함할 수 있다. 제 1 유압식 변위 유닛은 가변 유압 변위를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 1 유압식 변위 유닛은 이동식 경사판 또는 사축식 디자인(bent-axis design)을 가질 수 있다.
제 2 유압식 변위 유닛은 하나 또는 그 초과의 유압식 모터들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 유압식 변위 유닛은 정수압 반경류 피스톤 모터 또는 정수압 축류 피스톤 모터와 같은 정수압 모터를 포함할 수 있다. 제 2 유압식 변위 유닛은 가변 유압 변위를 가질 수 있다. 예를 들어, 제 2 유압식 변위 유닛은 이동식 경사판 또는 사축식 디자인을 가질 수 있다. 제 2 유압식 변위 유닛은 차량 출력에 보통 구동 결합되거나(drivingly engaged) 선택적으로 구동 결합된다. 차량 출력은 예를 들어, 기어박스, 구동축, 차축, 최종 구동기 및 하나 또는 그 초과의 휠들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보통, 제 1 유압식 변위 유닛 및 제 2 유압식 변위 유닛은 각각 제 1 유체 포트 및 제 2 유체 포트를 가진다. 유압 회로는 제 1 유압식 변위 유닛의 제 1 유체 포트를 제 2 유압식 변위 유닛의 제1 유체 포트에 유동 연결하거나 선택적으로 유동 연결하는 제 1 주 유체 라인을 포함할 수 있으며, 유압 회로는 제 1 유압식 변위 유닛의 제 2 유체 포트를 제 2 유압식 변위 유닛의 제 2 유체 포트에 유동 연결하거나 선택적으로 유동 연결하는 제 2 주 유체 라인을 포함할 수 있다. 유압 회로는 제 1 및 제 2 유압식 변위 유닛 그리고 제 1 및 제 2 주 유체 라인을 포함하는 폐쇄된 정수압 회로일 수 있다. 유압 회로는 통상적으로 외부 환경으로부터 밀봉된다. 예를 들어, 유압 회로의 최소 유압은 적어도 10 바 또는 적어도 20 바일 수 있다. 유압 회로는 추가로, 적어도 300 바 또는 적어도 400 바의 최대 유압으로 구성될 수 있다.
제어 유닛은 요청 동력을 반복적으로 계산하고 요청 동력을 임계 동력과 반복적으로 비교하도록 구성되거나 프로그램될 수 있다. 이런 방식으로, 밸브 상태는 최대 속도 및 효율로 현재 차량 작동 조건들 및/또는 운전자 요청에 대해 조정될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 최대 500 ms, 최대 200 ms 또는 최대 100 ms의 샘플링 시간 간격 내에서 적어도 한번 계산 및 비교를 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 제어 유닛이 계산된 요청 동력 및 임계 동력에 기초하여 샘플링 시간 간격의 지속기간을 조절하도록 구성되는 것이 고려될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 계산된 요청 동력이 임계 동력을 포함하는 미리 결정된 동력 간격 내에 있을 때 샘플링 시간 간격의 지속기간을 단축하도록 구성될 수 있다.
입력 장치는 가속기 페달을 포함할 수 있다. 입력 명령은 따라서 가속 명령 또는 감속 명령을 포함할 수 있다. 입력 장치는 브레이크 페달을 포함할 수 있다. 입력 명령은 따라서 브레이크 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 명령은 가속기 페달 위치 및/또는 브레이크 페달 위치와 관련이 있을 수 있다. 정수압 변속기를 갖는 차량들은 통상적으로, 가속기 페달이 해제될 때 빠르게 감속된다. 그러므로, 브레이크 페달을 가압하는 것만으로는 종종 차량을 감속시키도록 요구하지 못한다.
드라이브 라인은 작업 유압식 기계 조립체를 더 포함할 수 있다. 작업 유압식 기계 조립체는 보통, 동력원에 구동 결합되거나 선택적으로 구동 결합되는 유압 작업 펌프, 및 작업 펌프와 유체 연통되는 유압 기구(hydraulic implement)를 포함한다. 유압 기구는 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 유압 실린더들 및/또는 유압 모터들을 포함할 수 있다. 유압 기구는 유압 기구로/로부터 유압 유체를 변위시키도록 작업 펌프를 사용함으로써 작업 펌프를 통해 구동될 수 있다. 입력 장치는 따라서 작업 유압식 기계 조립체를 제어하기 위한 장치를 포함할 수 있으며 입력 명령은 따라서 작업 유압식 기계 제어 명령을 포함할 수 있다.
동력 임계치는 부스트 임계값(boost threshold value)을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 전체 요청 동력의 계산 값이 부스트 임계값을 초과할 때 밸브 상태를 개방 상태로 변경하거나 밸브 상태를 개방 상태로 유지하도록 구성될 수 있다. 부스트 임계값은 미리 결정된 동력 값일 수 있다. 예를 들어, 부스트 임계값은 최대 동력, 또는 동력원이 유압 회로 및/또는 작업 조립체에 제공할 수 있는 최대 동력의 미리 결정된 (통상적으로 높은)백분율일 수 있다. 즉, 제어 유닛은 전체 요청 동력이 부스트 임계값에 도달하거나 그 값을 초과할 때 축압기 밸브들을 개방하고 축압기들을 유압 회로에 유동적으로 연결하도록 적응된다. 축압기 밸브들을 개방함으로써, 축압기들에 저장된 유압 에너지는 따라서 추가의 동력을 유압 회로에, 그리고 특히 제 2 유압식 변위 유닛에 제공하는데 사용될 수 있다.
추가로 또는 대안으로, 동력 임계값은 재충전 임계값을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 따라서 전체 요청 동력이 재충전 임계값 미만이거나 재충전 임계값 미만으로 떨어질 때 밸브 상태를 개방 상태로 변경하거나 밸브 상태를 개방 상태로 유지하도록 구성될 수 있다. 재충전 임계값은 미리 결정된 동력 값일 수 있다. 예를 들어, 재충전 임계값은 절대 동력 값 또는 동력원의 최대 동력의 (통상적으로 낮은)백분율일 수 있다. 재충전 임계값은 보통 부스트 임계값보다 더 낮다.
입력 명령에 의존하여 그리고 아마도 차량 상황 및/또는 축압기들의 충전 상태에 의존하여, 전체 요청 동력이 재충전 임계값에 있거나 그 미만으로 떨어질 때 제어 유닛은 회생 제동을 개시하도록 축압기 밸브들을 개방시킬 수 있다. 즉, 제어 유닛은 제 2 유압식 변위 유닛이 유압 유체를 저압 축압기로부터 고압 축압기로 변위시키기 위해서 차량 출력으로부터 흡수된 운동 에너지를 사용하며, 그에 의해서 축압기 조립체를 충전시키는 그러한 방식으로 축압기들을 제 2 유압식 변위 유닛에 유동 연결하기 위해서 축압기 밸브들을 작동시킬 수 있다.
게다가, 입력 명령에 의존하여 그리고 아마도 차량 상황 및/또는 축압기들의 충전 상태에 의존하여, 전체 요청 동력이 재충전 임계값에 있거나 그 미만으로 떨어질 때 제어 유닛은 동력원 및 제 1 유압식 변위 유닛을 통해서 축압기들을 재충전하도록 축압기 밸브들을 개방시킬 수 있다. 즉, 제어 유닛은 제 1 유압식 변위 유닛이 유압 유체를 저압 축압기로부터 고압 축압기로 변위시켜 축압기 조립체를 충전시키도록, 제 1 유압식 변위 유닛을 구동시킬 것을 동력원에 명령할 수 있다.
이런 방식으로 제 1 유압식 변위 유닛을 통해서 축압기들을 재충전할 때, 제어 유닛은 에너지가 제 2 유압식 변위 유닛에 의해 흡수되지 않으며 재충전 공정이 차량 출력과 간섭하지 않도록, 제 2 유압식 변위 유닛을 제 1 유압식 변위 유닛으로부터 그리고 축압기들로부터 유동적으로 분리할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 제어 유닛은 제 2 유압식 변위 유닛의 유압 변위를 제로 변위로 설정할 수 있고/있거나 제어 유닛은 예를 들어, 클러치를 작동함으로써 차량 출력을 제 2 유압식 변위 유닛으로부터 분리시킬 수 있다. 물론, 축압기들이 위에서 설명한 바와 같이 제 1 유압식 변위 유닛을 통해 재충전되는 동안에 제 2 유압식 변위 유닛이 제 1 유압식 변위 유닛 및 축압기들에 유동적으로 연결된 상태를 유지하는 것도 동등하게 고려될 수 있다.
제어 유닛은 하나 또는 그 초과의 격리 밸브들을 폐쇄함으로써 제 2 유압식 변위 유닛을 제 1 유압식 변위 유닛으로부터 및/또는 축압기들로부터 유동적으로 분리할 수 있다. 격리 밸브들은 예를 들어, 한편으로 제 2 유압식 변위 유닛과 다른 한편으로 축압기들 및/또는 제 1 유압식 변위 유닛 사이의 유체 경로를 따라 배열될 수 있다.
제어 유닛은 전체 요청 동력이 부스트 임계값 미만이고 재충전 임계값을 초과할 때 밸브 상태를 폐쇄 상태로 변경하거나 밸브 상태를 폐쇄 상태로 유지하도록 구성될 수 있다.
제어 유닛은 전체 요청 동력이 부스트 임계값을 초과하거나 부스트 임계값 위로 증가될 때 다음 단계들을 수행하도록 구성 및/또는 프로그램될 수 있다:
적어도 하나의 입력 장치로부터의 입력 명령에 기초하며 그리고 차량 상황에 기초하여, 제 2 유압식 변위 유닛의 출력에 제공될 요청 토크를 계산하는 단계;
축압기 조립체의 충전 상태에 기초하여, 축압기 조립체를 통해 이용될 수 있는 최대 축압기 토크를 계산하는 단계; 및
요청 토크를 최대 축압기 토크에 비교하는 단계.
제어 유닛은 관계식(Tacc,max = a·Δp·α)에 따라서 최대 축압기 토크(Tacc,max)를 계산할 수 있으며, 여기서 Δp = pHP-pLP는 축압기들(4a,4b) 내의 유압들 사이의 압력차이며, α는 (최대 변위에 의해 제한되는)모터(9)의 유압 변위이며, "a"는 통상적으로 최대 모터 변위에서 모터(9)의 효율을 포함하는 시스템-의존 상수이다.
제어 유닛은 따라서 추가로 전체 요청 동력이 부스트 임계값을 초과하고 최대 축압기 토크가 요청 토크보다 클 때 밸브 상태를 개방 상태로 변경하거나 밸브 상태를 개방 상태로 유지하도록 구성 및/또는 프로그램될 수 있다. 이는 토크 요청을 만족시키기에 충분한 유압 에너지가 축압기들 내에 저장될 수 있게 보장한다. 이런 경우에, 제어 유닛은 예를 들어, 연료 소비를 감소시키도록 그의 속도를 줄일 것을 동력원에 명령할 수 있다.
이러한 절차를 훨씬 더 효율적으로 만들기 위해서, 제어 유닛은 추가로, 요청 토크와 최대 축압기 토크를 반복적으로 계산하고 요청 토크를 최대 축압기 토크와 반복적으로 비교하도록 구성될 수 있다.
제어 유닛은 축압기 밸브가 개방 상태에 있으며, 전체 요청 동력이 부스트 임계값 위에 있을 때 그리고 최대 축압기 토크가 요청 토크보다 더 클 때, 제 1 유압식 변위 유닛을 동력원으로부터 분리시키고/시키거나 제 1 유압식 변위 유닛의 유압 변위를 제로 변위로 설정하도록 추가로 구성될 수 있다. 즉, 제어는 에너지가 동력원으로부터 제 2 유압식 변위 유닛으로 전달되지 않도록 동력원을 제 2 유압식 변위 유닛으로부터 분리하도록 구성될 수 있다. 이런 경우에, 요청 출력 토크는 단지 축압기 조립체를 통해서만 제공된다.
동시에 제어 유닛은 작업 유압식 기계 조립체를 구동시킬 것을 동력원에 명령할 수 있다. 환언하면, 전체 요청 동력이 부스트 임계값을 초과하고, 동시에 최대 축압기 토크가 요청 토크보다 클 때 또는 크게 되는 한, 제어 유닛은 축압기들을 유압 회로에 유동적으로 연결하고, 동력원을 유압 회로로부터 분리하고 작업 유압식 기계 조립체를 구동시킬 것을 동력원에 명령할 수 있다. 이러한 상황에서, 동력원으로부터 이용 가능한 모든 동력은 작업 유압식 기계 조립체를 구동시키는데 사용된다. 동시에 축압기들은 작동자의 출력 토크 요청을 만족시키도록 필요한 동력을 제 2 유압식 변위 유닛에 제공한다.
게다가, 전술된 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인을 제어하기 위한 방법이 제안된다. 그 방법은 적어도 다음 단계들을 포함한다:
입력 장치로부터의 입력 명령에 기초하여, 동력원으로부터 요청된 전체 동력을 계산하는 단계;
계산된 전체 요청 동력을 적어도 하나의 임계 동력에 비교하는 단계; 및
비교의 결과에 기초하여, 축압기 밸브의 밸브 상태를 제어하는 단계.
상기 방법은 제어 유닛이 수행하도록 구성되는 전술된 단계들 중 하나 또는 그 초과의 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 제안된 구동라인의 실시예는 다음의 상세한 설명에서 설명되고 다음의 첨부 도면에 도시된다:
도 1은 직렬의 유압식 하이브리드 드라이브라인을 도시하며,
도 2는 작업 기계의 작업 사이클의 흐름도이며,
도 3은 도 2의 작업 사이클 동안에 전체 동력 요청, 견인력 요청 및 차량 속도의 시간 시퀀스이며,
도 4는 도 2의 작업 사이클 동안에 도 1의 드라이브라인을 제어하기 위한 제어 알고리즘의 흐름도이다.
첨부 도면들에 예시되고 다음의 명세서에서 설명되는 특정 장치들과 공정들은 여기서 정의된 본 발명의 개념들에 대한 단지 예시적인 실시예들임이 이해된다. 여기서, 개시된 실시예들과 관련된 특정 치수들, 방향들 또는 다른 물리적 특징들은 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 제한하는 것으로서 고려되어서는 안 된다.
도 1은 프런트-엔드 로더(front-end loader)(도시 않음)의 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1)을 도시한다. 드라이브라인(1)은 내연 기관(2), 정수압 회로(3), 유압식 축압기 조립체(4), 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c), 전자 제어 유닛(7), 가속기 페달(15) 및 조이스틱(joystick)(16)을 포함한다.
정수압 회로는 가변 용량 정수압 축류 피스톤 펌프(8), 가변 용량 정수압 축류 피스톤 모터(9), 제 1 주 유체 라인(10) 및 제 2 주 유체 라인(11)을 포함한다. 2/2-방식 차단 밸브들(12a 내지 12d)을 개방함으로써, 정수압 회로(3)는 펌프(8) 및 모터(9)가 주 라인들(10,11)을 통해 유동적으로 연결되도록 폐쇄될 수 있다. 정수압 회로(3)가 폐쇄될 때, 유압 유체는 펌프(8), 모터(9) 및 주 라인들(10,11)을 통해 순환될 수 있다. 주 라인들(10,11)은 적어도 400 바의 최대 압력까지의 정수압에 견디도록 구성되는 유체 파이프들 및/또는 튜브들을 포함한다.
펌프(8)는 기계식 스플리터(splitter) 박스(13)를 통해 엔진(2)과 선택적으로 구동 결합된다. 즉, 스플리터 박스(13)는 엔진(2)을 펌프(8)에 결합 및 분리 중 어느 하나로 작동될 수 있다. 스플리터 박스(13)가 엔진(2)을 펌프(8)에 구동 결합할 때, 엔진(2)은 유압 유체가 정수압 회로(3)에서 순환하며, 그에 의해서 모터(9)를 구동하도록 펌프(8)를 구동시킬 수 있다. 모터(9)는 기어박스(도시 않음)를 통해 차량 출력(14)과 선택적으로 구동 결합된다. 차량 출력은 구동축, 차축, 최종 드라이브 및 하나 또는 그 초과의 휠들 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.
축압기 조립체(4)는 고압의 수압-공기압 블래더 축압기(high pressure hydro-pneumatic bladder accumulator)(4a) 및 저압의 수압-공기압 블래더 축압기(4b)를 포함한다. 축압기들(4a,4b)은 각각 용기 내에 배치되는 탄성 블래더를 포함하는 중공형 용기로서 구성된다. 블래더는 질소와 같은 불활성 가스를 포함한다. 이러한 타입의 블래더 축압기들은 오일과 같은 유압 유체로 축압기들을 채우거나 부분적으로 채움으로써 가압될 수 있다. 유압 유체가 축압기로 진입함에 따라서, 불활성 가스는 압축되며, 그에 의해서 축압기 내의 정수압을 증가시킨다. 유사하게, 축압기는 블래더 내의 불활성 가스를 팽창시키며, 그에 의해서 축압기 내에 포함된 유압 유체를 축압기의 밖으로 변위시키고 유체 유동을 생성함으로써 감압될 수 있다. 고압 축압기(4a)는 적어도 450 바의 최대 압력까지의 정수압에 견디도록 구성되며 저압 축압기(4b)는 예를 들어, 적어도 150 바의 최대 압력까지의 정수압에 견디도록 구성된다.
축압기들(4a,4b)은 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)을 통해 정수압 회로(3)의 주 라인들(10,11)에 선택적으로 유동 연결된다. 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)은 각각 개방 위치와 폐쇄 위치를 갖는 2/2-방식 차단 밸브들로서 구성된다. 개방 위치(예를 들어, 도 1의 밸브들(5a,6a) 참조)에서, 유압 유체는 차단 밸브를 통해 유동할 수 있는 반면에, 폐쇄 위치에서 차단 밸브를 통한 유압 유체의 유동은 방지된다.
당업자가 도 1의 개략도로부터 용이하게 이해할 수 있듯이, 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)은 적어도 폐쇄 밸브 상태, 제 1 개방 밸브 상태 및 제 2 개방 밸브 상태일 수 있다. 폐쇄 밸브 상태에서, 적어도 밸브들(5a,6a)은 폐쇄되며, 그에 의해서 축압기들(4a,4b)을 정수압 회로(3)로부터 유동적으로 분리시킨다. 제 1 개방 밸브 상태에서, 밸브들(5a,5b,6a,6c)은 개방되고 밸브들(5c,6b)은 폐쇄됨으로써, 축압기들(4a,4b)이 각각, 주 라인들(10,11)에 유동적으로 연결된다. 제 2 개방 밸브 상태에서, 밸브들(5a,5c,6a,6b)은 개방되고 밸브들(5b,6c)은 폐쇄됨으로써, 축압기들(4a,4b)이 각각, 주 라인들(11,10)에 유동적으로 연결된다.
드라이브라인(1)은 작업 유압식 기계 조립체(17)를 더 포함한다. 작업 조립체(17)는 유체 라인들(21a 내지 21e) 및 4/3-방식 직접 제어 밸브(22)를 통해서 서로 유체 연결되는 유압식 작업 펌프(18), 정수압 기구(19) 및 유압 저장조(20)를 포함한다. 작업 펌프(18)는 스플리터 박스(13)를 통해서 엔진(2)에 선택적으로 구동 결합된다. 기구(19)는 적어도 하나의 유압 실린더 및 실린더 내부에 이동 가능하게 배열되는 유압 피스톤을 포함한다. 여기서, 기구(19)는 프런트-엔드 로더의 버킷(도시 않음)을 리프팅 및 티핑(tipping)하기 위한 리프팅 및 티핑 기구의 일부이다. 즉, 작업 조립체(17)는 예를 들어, 버킷을 충전하고, 충전된 버킷을 리프트하고, 재료를 내리도록 버킷을 티핑하고 다시 버킷을 하강시키기 위해서, 모래와 같은 재료 더미 속을 버킷으로 파헤치는데 사용될 수 있다.
전술한 작업 유압식 기계 작동들을 수행하도록 기구(19)의 유압 피스톤을 이동시키기 위해서, 제어 밸브는 작업 펌프(18), 기구(19) 및 저장조(20)를 유동적으로 연결하기 위해서 적절한 스풀 위치로 전환될 수 있다. 작업 펌프(14)는 따라서 피스톤을 이동시키기 위해 저장조(20)로부터의 유압 유체를 기구(19)의 실린더로 변위시키도록 엔진(2)을 통해서 구동될 수 있다. 동시에, 유압 유체는 기구(19)로부터 저장조로 변위된다. 당업자가 도 1의 개략도로부터 용이하게 추론할 수 있듯이, 기구(19)의 피스톤은 제어 밸브(22)를 대응하는 스풀 위치로 전환함으로써 양 방향들 중 하나로 선택적으로 이동될 수 있다. 제어 밸브(22)가 기구(19)를 저장조(20)로부터 그리고 작업 펌프(18)로부터 유동적으로 분리시키는 중립 위치로 제어 밸브(22)를 전환시킴으로써, 기구(19)의 피스톤은 잠겨질 수 있다.
가속기 페달(15) 및 조이스틱(16)을 통해서 차량의 작동자는 후에 제어 유닛(7)으로 전송되는 하나 또는 그 초과의 입력 명령들을 입력할 수 있다. 제어 유닛(7)은 하나 또는 그 초과의 프로세서들을 포함하며 정수압 회로(3)의 각각의 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c, 12a 내지 12d)을 펌프(8), 모터(9), 모터(9)와 차량 출력(14) 사이의 기어박스(도시 않음), 엔진(2), 스플리터 박스(13) 및 제어 밸브(22)에 전기적으로 연결된다. 단지 명확성의 문제들만으로, 제어 유닛(7)과 제어 유닛(7)에 의해 제어되는 구성요소들 사이의 전기 연결은 도 1에 도시되지 않았다. 가속기 페달(15) 및 조이스틱(16)으로부터의 입력 명령들에 기초하여, 제어 유닛(7)은 정수압 회로(3)의 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c, 12a 내지 12d), 펌프(8) 및 모터(9)의 변위, 모터(9)와 차량 출력(14) 사이의 기어박스(도시 않음)의 기어 선택, 엔진(2), 스플리터 박스(13) 및 제어 밸브(22) 중의 적어도 하나를 제어할 수 있다. 특히, 제어 유닛(7)은 엔진(2)을 켜고 끌 수 있으며 (rpm 단위로 측정된)엔진 속도를 제어할 수 있다. 제어 유닛(7)은 엔진(2)을 양 펌프들(8,18)에 또는 펌프들(8,18) 중의 단지 하나에 한 번에 선택적으로 구동 결합하도록 스플리터 박스(13)를 추가로 작동시킬 수 있다. 특히, 조이스틱(16)은 작업 유압식 기계 제어 명령들을 입력하는데 사용될 수 있으며 가속기 페달(15)은 견인 명령들을 입력하는데 사용될 수 있다.
본 문서에서 제시된 실시예는 디깅 사이클(digging cycle)과 같은 사이클의 제한된 기간 동안에, 프런트-엔드 로더의 이용가능한 동력을 증가시키는 드라이브라인(1)을 위한 제어 전략을 설명한다. 설명된 해법/전략은 Y 사이클(도 2 참조) 중에 수행되는 통상적인 액션을 분석하고 그 특정 듀티 사이클(duty cycle)의 실행 중에 차량 부스팅 또는 에너지 회수를 위해 축압기들(4a,4b)을 연결하는 최적 단계들을 규정한다. 게다가, 축압기들(4a,4b)에 이용 가능한 에너지의 관리를 위한 전략이 제시된다.
도 2의 흐름도는 Y 사이클 동안에 수행되는 통상적인 단계들(A 내지 H)을 요약한다. 도 3a는 도 2에 요약된 단계들(A 내지 H)의 실행 중에 전체 요청 엔진 동력(23)과 요청 견인력(24)(모터(9)의 출력 축에서 요청된 동력)의 시간 시퀀스들을 도시한다. 도 3b는 도 2의 단계들(A 내지 H)의 실행 동안에 차량 속도(25)의 시간 시퀀스를 도시한다. 여기서 그리고 다음에, 반복되는 특징들은 동일한 참조 부호들에 의해 지정된다.
도 2에서, 차량은 처음에 텅빈 버킷을 가진 채로 시작 위치에 정지되어 있다. 단계(A) 중에, 차량은 텅빈 버킷을 가진 채로 시작 위치로부터 (예를 들어, 자갈의)더미로 이동한다. 도 3b는 차량이 더미 쪽으로 이동할 때 가속되고 계속해서 차량이 더미에 접근할 때 감소되는, 차량 속도의 증가 그리고 그 후의 감소를 예시한다. 유사하게, 도 3a는 단계(A) 중에 대응하는 전체 엔진 출력(output power)(23)과 견인력(24)을 도시한다.
단계(B) 중에, 차량은 더미를 파헤친다. 필요한 동력은 정수압 회로(3)를 통해 차량 출력(14)으로 그리고 작업 조립체(17)를 통해 버킷으로 양쪽 모두로 전달된다. 단계(B) 중에, 차량 속도는 낮으나(도 3b 참조), 전체 요청 엔진 동력(23)과 요청 견인력(24)은 버킷을 더미 내로 구동시키기 위해 그들의 가장 높은 레벨에 있다.
단계(C) 중에, 차량은 도 3b의 네거티브 속도에 의해 나타낸, 시작 위치로 후진으로 이동한다. 버킷은 단계(C) 중에 채워져 있다.
단계(D) 중에, 차량은 차량이 버킷을 내려놓으려고 하는 트럭 쪽으로 향하도록 후진 운동으로부터 전진 운동을 변경한다. 단계(D)의 말기에서, 차량은 시작 위치에 도달하며 다시 정지한다(제로 속도).
단계(E) 중에, 차량은 전진 방향으로 트럭을 향해 이동한다. 또한, 차량은 차량이 시작 위치를 이탈할 때 가속되며 계속해서 차량이 트럭으로 접근할 때 감속된다. 차량이 늦춰지면서 트럭에 접근할 때 견인 출력에서 토크는 조금도 또는 본질적으로 조금도 요청되지 않는다. 그러나, 전체 요청 엔진 동력(23)은 트럭의 적재 공간 위로 버킷을 들어올리라는 운전자 명령으로 인해 증가된다.
단계(F) 중에, 차량은 버킷으로부터 트럭의 적재 공간으로 재료를 내려놓기 위해서 정지한다. 견인 출력에서 요청된 동력(24)은 제로 또는 제로에 가깝다. 또한, 비-제로(non-zero) 전체 요청 엔진 동력(23)은 버킷의 하역(unloading) 공정 중에 리프팅 기구와 티핑 기구의 취급으로 인한 것이다.
단계(G) 중에, 차량은 시작 위치로 복귀하도록 후진으로 이동한다. 일단 시작 위치에 도달하면, 차량은 다시 더미로 복귀하도록 방향을 변경한다(단계(H)). 단계들(A 내지 H)은 트럭이 완전히 적재될 때까지 반복된다.
도 2 및 도 3에 도시된 Y-사이클 중에 제어 유닛에 의해 수행된 제어 절차의 단계들을 도시하는 흐름도가 도 4에 개략적으로 도시된다.
도면 부호 40에서(도 4), 제어 유닛(7)은 정수압 모드에서 차량을 작동한다. 정수압 모드에서, 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)이 폐쇄되며, 그에 의해서 정수압 회로(3)로부터 축압기 조립체(4)를 유동적으로 분리시킨다. 엔진(2)으로부터의 에너지는 폐쇄된 정수압 회로(3)를 통해서 차량 출력(14)으로 전달된다. 제어 유닛(7)은 가속기 페달(15)을 통해 그리고 아마도 조이스틱(16)을 통해서 운전자에 의해 제공되는 입력 명령들에 기초하여 엔진 속도를 설정한다. 제어 유닛(7)은 추가로, 엔진 속도에 기초하여 펌프(8)의 변위를 제어하며 현재 차량 속도에 기초하여 모터(9)의 변위 및 기어 비를 제어한다.
도면 부호 41(도 4 참조)에서, 여전히 정수압 모드에서 제어 유닛(7)은 가속기 페달(15)을 통해서(그리고 아마도 조이스틱(16)을 통해서) 운전자에 의해 제공되는 입력 명령들에 기초하여 엔진(2)(도 3a 참조)으로부터 요청된 전체 동력(23)을 연속적으로(매 100 ms 당 적어도 한번) 계산한다. 전체 요청 동력(23)의 계산은 추가로, 현재 차량 속도를 그리고 모터(9)의 출력 축과 차량 출력(14)(예를 들어, 차축) 사이의 현재 기어 비를 기초로 한다.
도 3a는 부스트 임계 동력(26)과 재충전 임계 동력(27)을 나타내는 두 개의 점선의 수평 라인들을 추가로 도시한다. 부스트 임계 동력(26)은 엔진(2)에 의해 제공될 수 있는 최대 출력 동력의 약 90%에 대응한다. 즉, 축압기 조립체(4)에 의해 제공되는 추가의 동력의 재손실 없이, 엔진(2)의 전체 출력은 부스트 임계값(26)에 대응하는 동력 레벨 위로 거의 상승할 수 없다. 그러나, 제어 유닛(7)은 엔진(2)으로부터 요청되는 전체 동력(23)이 부스트 임계값(26)에 가깝거나 그 임계값을 초과하는 시간 주기를 식별하도록 그리고 축압기들(4a,4b)을 정수압 회로(3)에 유동적으로 연결함으로써 그 주기 동안에 추가의 견인력을 제공하도록 구성된다.
특히, 도면 부호 42(도 4 참조)에서 제어 유닛(7)은 엔진(2)으로부터 요청되는 계산된 전체 동력(23)을 부스트 임계값(26)에 연속적으로(예를 들어, 매 100 ms 당 적어도 한번) 비교하고(도 3a 참조) 엔진(2)으로부터 요청되는 전체 동력(23)이 부스트 임계값(26)을 초과하거나 그 미만인지에 기초하여 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)을 제어한다.
도 3a에서, 엔진(2)으로부터 요청되는 전체 동력(23)은 차량이 더미 속을 파헤칠 때의 시간 소비(tc) 중에 부스트 임계값(26) 위에 있다. 일단 전체 동력 요청(23)이 부스트 임계값(26) 위로 상승됨을 제어 유닛(7)이 검출하면, 제어 유닛(7)은 전술한 제 1 개방 밸브 상태로 변경하도록 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)을 작동시키며, 그에 의해서 도 4에 도면 부호 43으로 나타낸 바와 같이, 축압기들(4a,4b)을 각각 주 라인들(10,11)에 유동적으로 연결한다. 도면 부호 44에서 제어 유닛(7)에 전기적으로 연결되는 하나 또는 그 초과의 밸브 센서들은 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)이 제 1 개방 밸브 상태로 전환되었는지를 결정한다. 일단 그렇다면, 제어 유닛(7)은 도 4에 도면 부호 45로 나타낸 바와 같이, 하이브리드 부스트 모드로 전환한다.
고압 축압기(4a)로부터의 유압 유체는 이제 모터(9)를 통해 저압 축압기(4b)로 변위되며, 따라서 토크를 모터(9) 및 차량 출력(14)에 추가한다.
도 3a의 시간 소비(tc) 중 정수압 회로(3)에 축압기들(4a,4b)의 연결 중에, 제어 유닛(7)은 전술한 바와 같이 엔진으로부터 요청된 전체 동력(23)을 계속해서 반복적으로(예를 들어, 매 100 ms 당 적어도 한번) 계산한다. 추가로, 제어 유닛(7)은 도 4의 도면 부호 46으로 나타낸 바와 같이, 현재 가속기 페달 위치, 현재 차량 속도, 현재 차량의 이동 방향 및 모터(9)와 차량 출력(14)(즉, 차축) 사이의 현재 기어 비 또는 기어 선택에 기초하여 요청 견인 출력 토크를 반복적으로(예를 들어, 매 100 ms 당 적어도 한번) 계산한다. 도 3a에 도시된 요청 견인력(24)은 현재 차량 속도와 현재 기어 비를 통해서 요청 견인 출력 토크와 관련성이 있다.
도 4의 도면 부호 47에서 그리고 도 3a의 시간 소비(tc) 중에, 제어 유닛(7)은 축압기들(4a,4b)이 관계식(Tacc,max = a·Δp·α)에 따라서 모터(9)에 추가될 수 있는 최대 토크(Tacc,max)를 추가로 연속해서(예를 들어, 매 100 ms 당 적어도 한번) 계산하며, 여기서 Δp = pHP-pLP는 축압기들(4a,4b) 내의 유압들 사이의 압력차이며, α는 (최대 변위에 의해 제한되는)모터(9)의 유압 변위이며, "a"는 통상적으로 최대 모터 변위에서 모터(9)의 효율과 관련된 시스템-의존 상수이다.
여전히 도 4의 도면 부호 47에서 그리고 도 3a의 시간 소비(tc) 중에, 제어 유닛(7)은 견인 출력에서 요청된 토크를 축압기들(4a,4b)을 통해서 이용 가능한 최대 토크(Tacc,max)에 반복적으로(예를 들어, 매 100 ms 당 적어도 한번) 비교한다.
ⅰ) Tacc,max이 견인 출력에서 요청되는 토크보다 더 크고,
ⅱ) 엔진(2)으로부터 요청된 전체 동력(23)이 부스트 임계값(26)을 초과하는 한,
제어 유닛(7)은 하이브리드 부스트 모드를 유지하며 정수압 회로(3)에 연결된 축압기들(4a,4b)을 유지하기 위해서 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)을 작동시킨다. 즉, 단계들(45,46,47)은 계속해서 반복된다. 상기 조건들 ⅰ), ⅱ)이 만족되는 한, 견인 출력에서 요청된 토크는 단지 축압기들(4a,4b)을 통해서 제공될 수 있다. 엔진(2)은 정수압 회로(3)가 엔진(2)으로부터 에너지를 흡수하지 않도록 정수압 회로(3)로부터 분리될 수 있다.
그러므로, 축압기들(4a,4b)이 연결되고 전술한 조건들 ⅰ), ⅱ)이 만족되는 한, 제어 유닛(7)은 펌프(8)를 엔진(2)(도 1 참조)으로부터 분리시키고 엔진(2)을 작업 펌프(18)에 결합시킬 것을 스플리터 박스(13)에 명령한다. 이러한 구성에서, 엔진(2)으로부터 이용 가능한 모든 에너지는 더미 속을 파헤칠 때 버킷에 완전한 엔진 동력을 제공하기 위해서 작업 유압식 기계 조립체(17)로 전달된다. 엔진(2)을 펌프(8)로부터 분리시키는 것의 대안으로서, 제어 유닛(7)은 격리 밸브들(12a,12b)(도 1 참조)을 폐쇄함으로써 축압기들(4a,4b)로부터 그리고 모터(9)로부터 펌프(8)를 유동적으로 분리시킬 수 있다.
일단 상기 조건들 ⅰ), ⅱ) 중의 적어도 하나가 더 이상 만족되지 않으면, 제어 유닛(7)은 폐쇄 밸브 상태로 변경하도록 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)을 작동시키며, 그에 의해서 도 4에 도면 부호 49로 나타낸 바와 같이 정수압 회로(3)의 주 라인들(10,11)로부터 축압기들(4a,4b)을 분리시킨다. 도 2 및 도 3의 Y-사이클 중에, 엔진(2)으로부터 요청된 전체 동력(23)이 시간 소비(tc)의 말기에서 부스트 임계값(23) 아래로 떨어질 때 이는 사실이다. 일단 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)이 폐쇄 밸브 상태로 완전히 전환되었으면, 제어 유닛(7)은 도 4의 도면 부호 50으로 나타낸 바와 같이 정수압 모드로 다시 전환된다.
하이브리드 부스트 모드(도 3a의 시간 소비(tc) 및 도 4의 참조 부호들(45,46,47) 참조) 중에, 제어 유닛(7)은 가속기 페달(15)을 통해서 그리고 조이스틱(16)을 통해서 운전자에 의해 제공되는 입력 명령들에 기초하여 엔진 속도를 제어하며; 엔진 속도에 기초하여 펌프(8)의 변위를 제어하며; 요청 견인 토크에 기초하여 그리고 Tacc,max에 기초하여 모터(9)의 변위를 제어하며; 그리고 차량 속도에 기초하여 기어 비를 제어한다.
도 2 및 도 3에서 설명된 각각의 Y-사이클들 중에 전술한 하이브리드 부스트 작동을 수행하기 위해 축압기 조립체(4) 내에 충분한 유압 에너지가 저장되도록, 축압기 조립체(4)는 각각의 사이클 중에 재충전될 필요가 있다.
제안된 하이브리드화(hybridization)가 전달 측에 있기 때문에, 축압기들에서 다가오는 동력은 바람직하게 요청된 견인력(24)(도 3a 참조)을 초과하지 않아야 한다. 이상적으로, 각각의 사이클 중에 축압기들에 저장되는 유압 에너지는 하이브리드 부스팅 단계(도 3a의 시간 소비(tc) 및 도 4의 참조 부호들(45,46,47) 참조) 중에 변속기로부터 요청되는 유압 에너지와 같아야 한다. 환언하면, 각각의 사이클 중에 축압기 조립체(4) 내에 저장될 유압 에너지의 양(Eboost), 회생 제동을 통해 회복되는 유압 에너지의 양(Eregen) 및 엔진(2)이 축압기들(4a,4b)을 재충전하도록 펌프(8)를 구동시키는 전술한 절차를 통해서 얻은 유압 에너지의 양(EICE)은 다음 조건; Eboost + Elosses = Eregen + EICE을 만족시켜야 한다. 이러한 조건이 각각의 사이클 중에 만족되면, 견인에 필요한 모든 에너지는 축압기 조립체(4)를 통해 제공될 수 있으며 엔진(2)으로부터 이용 가능한 모든 동력은 작업 조립체(17)를 구동시키는데 사용될 수 있다.
각각의 사이클 중에, 제어 유닛(7)은 축압기들(4a,4b)이 에너지 회생용 정수압 회로(3)에 유동적으로 연결될 수 있는 시간 주기들을 도 3a에 도시된 재충전 임계값(27)에 의해 식별한다. 도 4의 도면 부호 42에서, 엔진에 의해 요청된 전체 동력(23)이 부스트 임계값(26) 미만이라면, 제어 유닛(7)은 도 4에 도면 부호 51로 나타낸 바와 같이, 엔진(2)으로부터 요청된 전체 동력(23)을 재충전 임계값(27)에 계속해서(예를 들어, 매 100 ms 당 적어도 한번) 비교한다. 전체 요청 동력(23)이 재충전 임계값(27)을 초과 및 부스트 임계값(26) 미만인 한, 단계들(40,41,42,51)은 반복된다.
요청 동력(23)이 재충전 임계 동력(27)(도 3a 참조) 미만인 시간 주기들(ta,tb,td,te,tf)이 회생 절차에 사용될 수 있다. 재충전 임계 동력(27)은 부스트 임계 동력(26) 미만이다. 예를 들어, 재충전 임계 동력(27)은 엔진(2)이 에너지 회생을 위해 추가 동력을 제공하기에 충분한 에너지 용량을 갖도록 선택될 수 있다.
일단 전체 요청 동력(23)이 재충전 임계값 미만임을 제어 유닛(7)이 도 4의 도면 부호 51에서 결정하면, 제어 유닛은 도 4에 도면 부호 52로 나타낸 바와 같이, 에너지 회생을 위해 축압기들(4a,4b)을 정수압 회로(3)에 연결하도록 축압기 밸브들(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)을 작동시킨다. 도면 부호 53에서 축압기들(4a,4b)이 완전히 연결될 때, 제어 유닛(7)은 도 4에 도면 부호 54로 나타낸 바와 같이 하이브리드 회생 모드로 전환한다.
하이브리드 회생 모드는 엔진(2) 및 펌프(8)를 통한 회생 제동 및 축압기 재충전을 포함할 수 있다. 회생 제동 또는 축압기 재충전이 에너지 회생을 위해 수행되는지의 여부는 현재 차량 속도 및 운전자로부터의 입력 명령들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 회생 제동은 단지 운전자가 감속할 것을 차량에 명령할 때에만 수행될 수 있다. 이와는 달리, 제어 유닛(7)은 저압 축압기(4b)로부터 고압 축압기(4a)로 유압 유체를 변위시키도록 펌프(8)를 구동시키며, 그에 의해서 축압기 조립체(4)를 재충전할 것을 엔진(2)에 명령할 수 있다. 하이브리드 회생 모드 중에 제어 유닛(7)은 견인 토크 요청에 기초하여 모터(9)의 변위를 제어한다. 제어 유닛(7)은 각각, 엔진 속도 및 차량 속도에 기초하여 펌프(8)의 변위와 기어 비를 제어한다. 제어 유닛(7)은 요청 동력(23)이 재충전 임계값 위로 상승될 때까지 하이브리드 회생 모드로 유지될 수 있다.
제어 유닛(7)은 추가로, 전술한 관계식(Eboost + Elosses = Eregen + EICE)이 각각의 사이클 중에 만족되도록 하나 또는 그 초과의 사이클들에 걸쳐서 요청 동력(23) 및 요청 견인력(24)을 모니터하고 부스트 임계값(26) 및 재충전 임계값(27)을 조정하도록 구성될 수 있다. 전체 요청 동력(23) 및 요청 견인력(24)이 충분히 유사한 과정을 따른다면, 그러한 추정은 역시 적절한 정확성으로 가능할 수 있다.
제어 유닛(7)은 다음의 특징들: 축압기들(4a,4b)의 연결 및 분리 조건들을 인식하도록 구성되는 특징; 엔진(2)을 통해서 그리고 운동 에너지 재생(회생 제동)을 통해서 축압기를 충전하는 방법들을 규정하도록 구성되는 특징; 축압기들(4a,4b)의 연결/분리 과도기들을 관리하기 위해서 최적 전략들을 규정하도록 구성되는 특징; 및 축압기들(4a,4b)이 연결되는 동안에 최적 정수압 부품들의 작동들을 규정하도록 구성되는 특징을 조합한다.

Claims (14)

  1. 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1)으로서,
    동력원(2);
    상기 동력원(2)에 구동 결합 또는 선택적으로 구동 결합되고 제 2 유압식 변위 유닛(9)에 유체 연통되는 제 1 유압식 변위 유닛(8)을 포함하는 유압 회로(3);
    적어도 하나의 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c);
    상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)를 통해 유압 회로(3)에 선택적으로 유동 연결되며, 고압 유압식 축압기(4a) 및 저압 유압식 축압기(4b)를 포함하는 유압식 축압기 조립체(4);
    적어도 하나의 입력 장치(15,16); 및
    제어 유닛(7)을 포함하며; 상기 제어 유닛(7)은:
    입력 장치(15,16)로부터의 입력 명령에 기초하여, 동력원(2)으로부터 요청된 전체 동력(23)을 계산하고;
    계산된 전체 요청 동력(23)을 적어도 하나의 임계 동력(26,27)에 비교하고; 그리고
    상기 비교의 결과에 기초하여, 상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)의 밸브 상태를 제어하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(7)은 요청 동력(23)을 반복적으로 계산하고 요청 동력(23)을 임계 동력에 반복적으로 비교하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 입력 장치(15,16)는 가속기 페달(15) 및 브레이크 중 적어도 하나를 포함하며, 입력 명령은 가속 명령, 감속 명령 및 제동 명령 중 적어도 하나를 포함하는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    작업 유압식 기계 조립체(17)를 더 포함하며, 상기 입력 장치(15,16)는 작업 유압식 기계 제어 장치(16)를 포함하며 상기 입력 명령은 작업 유압식 기계 제어 명령을 포함하는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임계 동력은 부스트 임계값(26)을 포함하며, 상기 제어 유닛(7)은:
    상기 계산된 요청 동력(23)이 부스트 임계값(26)을 초과하거나 부스트 임계값(26) 위로 증가될 때, 밸브 상태를 개방 상태로 변경하거나 밸브 상태를 개방 상태로 유지하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 임계 동력은 재충전 임계값(27)을 포함하며, 상기 제어 유닛(7)은:
    상기 계산된 요청 동력(23)이 재충전 임계값(27) 미만이거나 재충전 임계값(27) 아래로 떨어질 때, 밸브 상태를 개방 상태로 변경하거나 밸브 상태를 개방 상태로 유지하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(7)은:
    상기 계산된 요청 동력(23)이 재충전 임계값(27) 미만이거나 재충전 임계값(27) 아래로 떨어질 때, 제 1 유압식 변위 유닛(8)이 저압 축압기(4b)로부터 고압 축압기(4a)로 유압 유체를 변경시키며, 그에 의해서 축압기 조립체(4)를 충전하도록 제 1 유압식 변위 유닛(8)을 구동시킬 것을 동력원(2)에 명령하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(7)은:
    상기 계산된 요청 동력이 부스트 임계값(26) 미만이거나 재충전 임계값(27)을 초과할 때, 밸브 상태를 폐쇄 상태로 변경하거나 밸브 상태를 폐쇄 상태로 유지하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(7)은 추가로:
    상기 적어도 하나의 입력 장치(15,16)로부터의 입력 명령에 기초하여 그리고 차량 상황에 기초하여, 제 2 유압식 변위 유닛(9)의 출력에 제공될 요청 토크(24)를 계산하고;
    상기 축압기 조립체(4)의 충전 상태에 기초하여, 축압기 조립체(4)를 통해서 이용 가능한 최대 축압기 토크를 계산하고;
    요청 토크(24)를 최대 축압기 토크에 비교하고; 그리고
    상기 계산된 요청 동력(23)이 부스트 임계값(26)을 초과하거나 그 위로 증가되며 최대 축압기 토크가 요청 토크(24)보다 더 클 때 밸브 상태를 개방 상태로 변경하거나 밸브 상태를 개방 상태로 유지하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 차량 상황은 차량 속도, 차량의 이동 방향 및 기어 선택 중 적어도 하나를 포함하는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(7)은 요청 토크(24) 및 최대 축압기 토크를 반복적으로 계산하고 요청 토크를 최대 축압기 토크에 반복적으로 비교하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)가 개방 상태에 있을 때, 계산된 요청 동력(23)이 부스트 임계값(26)을 초과할 때 그리고 최대 축압기 토크가 요청 토크(24)보다 더 클 때에는, 에너지가 동력원(2)으로부터 제 2 유압식 변위 유닛(9)으로 전달되지 않으며 요청 출력 토크(24)가 축압기 조립체(4)를 통해서 제공되도록, 상기 제어 유닛(7)이 제 1 유압식 변위 유닛(8)을 동력원(2)으로부터 분리시키고/시키거나 제1 유압식 변위 유닛(8)의 유압 변위를 제로(zero) 변위로 설정하도록 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  13. 제 4 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)가 개방 상태에 있을 때, 계산된 요청 동력이 부스트 임계값(26)을 초과할 때 그리고 최대 축압기 토크가 요청 토크보다 더 클 때, 상기 제어 유닛(7)은 동력원(2)에 의해 제공된 모든 동력이 작업 유압식 기계 조립체(17)를 구동시키는데 사용되도록 작업 유압식 기계 조립체(17)를 구동시킬 것을 동력원(2)에 명령하도록 추가로 구성되는 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1)을 제어하는 방법으로서,
    입력 장치로부터의 입력 명령에 기초하여, 동력원(2)으로부터 요청된 전체 동력(23)을 계산하는 단계;
    계산된 전체 요청 동력(23)을 적어도 하나의 임계 동력(26,27)에 비교하는 단계; 및
    상기 비교의 결과에 기초하여, 상기 축압기 밸브(5a 내지 5c, 6a 내지 6c)의 밸브 상태를 제어하는 단계를 포함하여, 차량용 직렬 유압식 하이브리드 드라이브라인(1)을 제어하는 방법.
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