SE535806C2 - Hybridfordon, och metod för ett hybridfordon - Google Patents

Abstract

Hybridfordon innefattande åtminstone en elmaskin, ett eller flera bromssystem, och ettstyrsystem, där hybridfordonet innefattar en aktiveringsenhet anpassad att generera enaktiveringssignal anpassad att aktivera styrsystemet att beräkna den retardation a*(t) somkrävs för att starma hybridfordonet enbart med hjälp av det bromsmoment som elmaskinenkan ge. Retardationen beräknas med hjälp av en uppsättning retardationsparametrar, sominnefattar åtminstone en av nuvarande hastighet, maximi- och minimigränser förretardationen, och maximalt bromsmoment för elmaskinen eller elmaskinema, och attstyrsystemet vidare är anpassat att beräkna en bromskraft F*U som är den bromskraft somger retardationen a*(t) och att generera en eller flera bromssignaler baserade på Ffir till elmaskinen eller elmaskinema for bromsning av fordonet så att fordonet stannar. (Figur 3)

Description

535 806 2 Det finns olika sorters elhybridsystem, exempelvis seriehybrid, parallellhybrid och även kombinationen av dem, kallad ”power split system”.

I ett seriehybridsystem, som illustreras i figur 1, driver förbränningsmotom en elgenerator istället för att direkt driva hjulen på fordonet. Generatorn både laddar ett batteri och ger energi till en elmotor som förflyttar fordonet. När stora kvantiteter energi behövs, tar motorn energi från både batteri och generator.

I parallellhybridfordon är förbränningsmotom och en elmaskin, som används både som generator och motor, mekaniskt kopplade via motoraxel. Ett exempel på ett parallellhybridsystem visas i figur 2. Kopplingen kan placeras mellan förbränningsmotom och elmaskinen, vilket gör det möjligt att driva fordonet enbart elektriskt. Eftersom förbränningsmotorn och elmotom roterar med exakt samma hastighet (när kopplingen är tillslagen), kompletterar de varandra och arbetar parallellt.

De problem som finns idag är att föraren riskerar att retardera fordonet på ett sätt där man går miste om energi. Detta sker till exempel då färdbromsen ansätts på plan väg.

Rörelseenergin blir då till värme i hjulbromsama istället för elektrisk energi som man skulle kunna gjort något bättre av. Normalföraren vet i princip inte hur optimalt en bromsning genomförs och kan således riskera att få en högre bränsleförbrukning än nödvändigt. För att lösa detta problem finns det olika sätt att göra föraren uppmärksam på att denne bromsar för hårt. Man kan till exempel anordna någon forrn av återkoppling, till exempel visare, lampor etc. för att uppmärksamma föraren att denne bromsar för hårt, men det är inte alltid önskvärt eftersom det kan störa och påverka föraren under kömingen på ett negativt sätt.

I DE-102007035424A1 beskrivs en lösning som bygger på att fordonet försätts i ett så optimalt tillstånd som möjligt givet en förares begäran om broms/retardation. Denna lösning kommer alltid att retardera fordonet som föraren vill och systemet har ingen möjlighet att påverka retardationen av fordonet.

Det övergripande syflet med föreliggande uppfinning är att minska energiförbrukningen för fordonet. l5 535 806 3 Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett system att användas för att bromsa ett fordon, företrädesvis ett hybridfordon, på ett mera ekonomiskt sätt än vad en genomsnittlig förare klarar av och som är oberoende av förarens körstil, och som gör det möjligt att återvinna så mycket bromsenergi som möjligt för att få ned bränsleförbrukningen så långt det går. Ett mera speciellt syfte är att återvinna så mycket energi som möjligt i samband med inbromsning av fordonet genom att undvika att använda friktionsbromsama (hjulbromsar, retardrar, etc.) eftersom energin då försvinner i form av värme.

Sammanfattning av uppfinningen Ovan nämnda syften åstadkommes med uppfinningen definierad av de oberoende patentkraven.

Föredragna utfóringsforrner definieras av de beroende patentkraven.

Lösningen enligt uppfinningen bygger på att föraren aktiverar en funktion som bromsar fordonet så bra som möjligt med avseende på vissa variabler och parametrar. Föraren får lära sig vad som är bra och anpassa aktiveringen av funktionen till varje given situation.

Det finns andra lösningar, vilket kortfattat diskuterats ovan, men alla dessa bygger på att föraren sj älv väljer retardation och systemet anpassar sig efter vad föraren begär. Denna lösning bygger på motsatsen.

Lösningen enligt föreliggande uppfinning är att styrsystemet, istället för föraren, får bestämma retardationen. Förarens uppgift blir då istället att lära sig att aktivera funktionen vid rätt tidpunkt så att fordonet stannar där föraren vill.

Med denna lösning behövs inte längre lampor eller andra visare för att informera föraren om denne gör rätt eller inte utan detta sköts automatiskt.

Det blir också mycket enkelt att lära en förare att köra på ”rätt” sätt. Det enda man behöver lära föraren är att aktivera funktionen vid rätt tidpunkt istället för att bromsa som man brukar. 535 806 Funktionen kan till exempel aktiveras genom att gaspedalen släpps upp på ett visst sätt, eller genom en knapptryckning, etc. Hur funktionen aktiveras är inte avgörande.

Funktionen fungerar i princip så här: Styrsystemet tillåts att utifrån situationen välja retardation inom ett giltigt retardationsområde, exempelvis 1,5-2,5 m/sz. Detta område begränsas dels av en maximal retardation som bestäms av bromskomfort och av en minimal retardation som säkerställer repeterbarheten i bromstid och/eller bromssträcka.

Den önskade retardationen kan dels ta hänsyn till hybridsystemets verkningsgrad, fordonsmassan och även till information om avstånd och höjdskillnad till önskat stopp så att maximal bromsenergi âtervinns.

Den av styrsystemets beräknade retardation a*(t) ger bromskraften F*,,, där F*t, är den rekommenderade bromskraften som ger retardationen a*(t).

Föraren skall alltid kunna åsidosätta den av styrsystemet valda retardationen och bromsa hårdare om han/hon så önskar genom att trycka på bromspedalen eller på annat sätt avaktivera funktionen. T.ex. kan det bli nödvändigt för föraren att korrigera hastigheten innan stopp med bromspedalen för att säkerställa att fordonet stannar på rätt plats. För en förare som lärt sig funktionens beteende kommer dock användningen av bromspedalen att minimeras och maximal bromsenergi återvinnas utifrån kundens prioriteringar av ekonomi, komfort, etc.

Genom uppfinningen åstadkommes ett hybridfordon som sänker bränsleförbrukningen, ger en bättre komfort, gör att slitage på bromsama minskar och att retardationsspridningen mellan förare minskar.

Man kan också tänka sig att till exempel åkeriet och/eller fordonstillverkaren i förlängningen kan bestämma vad maximal retardation i nonnalläget skall få vara vilket gör att ingen förare kör miljömässigt sämre än en bestämd lägsta nivå. 535 806 Hur retardationen bestäms beror på hur mycket information om systemet (och framtiden) man har tillgång till.

Det primära med den här funktionen är alltså att det är styrsystemet och inte föraren som väljer retardationen. På så vis kan systemet bromsas så att en högre andel energi återvinns.

Efter hand kommer föraren att lära sig hur systemet fungerar och därigenom bidra till en mera miljöanpassad köming.

Kort ritningsbeskrivning Figur l illustrerar drivlinan i ett seriehybridfordon.

Figur 2 illustrerar drivlinan i parallellhybridfordon.

Figur 3 visar ett blockschema illustrerande föreliggande uppfinning.

Figur 4 är en schematisk bild som illustrerar föreliggande uppfinning.

Figur 5 är ett diagram som visar en karaktäristisk kurva för en elmaskin.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer av uppfinningen Figur 3 visar ett blockschema illustrerande föreliggande uppfinning som avser ett hybridfordon innefattande åtminstone en elmaskin, ett eller flera bromssystem, exempelvis hjulbromsar, retardrar, etc., och ett styrsystem. Hybridfordonet innefattar en aktiveringsenhet anpassad att generera en aktiveringssignal som är anpassad att aktivera styrsystemet att bestämma den retardation a* (t) som krävs för att stanna hybridfordonet enbart med hjälp av det bromsmoment som elmaskinen kan ge.

Retardationen bestäms med hjälp av en uppsättning retardationsparametrar, som bland armat innefattar nuvarande hastighet, maximi- och minimigränser för retardationen, och maximalt bromsmoment för elmaskinen eller elmaskinerna.

Styrsystemet är sedan anpassat att beräkna en bromskraft F*,, som är den bromskraft som ger retardationen a*(t) och att generera en eller flera bromssignaler baserade på F*., till elmaskinen eller elmaskinema för bromsning av fordonet så att fordonet starmar.

Generellt är styrsystemet anpassat för att bestämma retardationen för fordonet så att maximal bromsenergi återvinns av elmaskinen. l0 535 806 6 Företrädesvis är styrsystemet anpassat att generera bromssignaler F*,, till elmaskinen eller elmaskinema som innebär att bromsmomentet under inbromsningen är det maximalt tillgängliga bromsmomentet, vid varje tidpunkt, från elmaskinen eller elmaskinema under förutsättning att maximigränsen för retardationen inte överskrids.

Vid beräkningen av bromskrafien Ffi, utnyttjas företrädesvis en reglerkrets med återkoppling som tar hänsyn till åtminstone en av nuvarande och önskad hastighet, nuvarande och önskad retardation. Nuvarande hastighet och/eller nuvarande retardation återkopplas i reglerkretsen och börvärdet för reglerkretsen kan erhållas från en önskad hastighetskurva eller retardationskurva som optimerar retardationen med avseende på bränsleförbrukning, förarens/passagerarens komfort mm.

Bromskraften F*,, påverkas bland annat av fordonets massa, fordonets luftmotstånd och rullmotstånd som kan betecknas som fordonsspecifika konstanter.

Genom att utnyttja en återkopplad reglerkrets behöver man inte direkt ta hänsyn till dessa fordonsspaciflka konstanter.

Luftmotståndet är approximativt proportionellt mot hastigheten i kvadrat multiplicerat med konstanter för tex. fordonets frontarea. För rullmotståndet är förhållandet mer proportionellt mot enbart hastigheten.

Retardation bestäms inom ett giltigt retardationsområde, som begränsas av en maximal retardation som bestäms av bromskomfort och av en minimal retardation, där maximigränsen för retardationen är relaterad till törarens/passagerarens komfort och ligger i intervallet 1,s-z,s fri/sz.

Enligt en uttöringsfonn innefattar retardationsparametrama även vägens lutning. Denna kan mätas med hjälp av en enkel lutningsgivare och påverkar a*(t) så att en större bromskraft krävs om fordonet befinner sig i en nerförsbacke och en mindre bromskraft om fordonet befinner sig i en uppiörsbacke.

Det är även möjligt att utnyttja information avseende fordonets nuvarande position från en GPS-mottagare i fordonet som tillsammans med kartdata, som kan innehålla information 535 806 7 om framtida vägavsnitts topologi, kan beräkna fordonets avstånd till vägkorsningar eller busshållplatser, vilket kan utnyttjas för att beräkna retardationen.

Enligt en föredragen utföringsfonn är aktiveringsenheten fordonets gaspedal och aktiveringssignalen genereras då gaspedalen släpps upp.

Alternativt kan aktiveringsenheten utgöras av ett enkelt reglage, t.ex. en knapp, som föraren trycker in för att generera aktiveringssignalen. Enligt ytterligare ett altemativ kan systemet vara röststyrt så att föraren genom att säga till exempel ”bromsa” kan få aktivitetsenheten att generera en aktivitetssignal. En kombination av dessa aktiveringsenheter är också möjlig, till exempel genom att föraren genom ett reglage kan aktivera funktionen och att aktivitetssignalen genereras, under förutsättning att funktionen är aktiv, då föraren släpper upp gaspedalen.

Företrädesvis är styrsystemet anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om aktiveringsenheten avger en avaktiveringssignal till styrsystemet och enligt en utföringsform där aktiveringsenheten är hybridfordonets gaspedal och avaktiveringssignalen genereras då gaspedalen trycks ner.

Enligt en annan utföringsfonn är styrsystemet anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om fordonets bromspedal trycks ner.

Enligt ytterligare en utföringsforrn kan avaktiveringssignaler genereras om gaspedalen trycks ner respektive om en bromspedal trycks ner. ldealt kommer fordonet att bromsas så att det får bromssträckan D vilket i figur 4 illustreras schematiskt genom att lastbilen stannar vid stoppskylten.

Släpper föraren upp gaspedalen för tidigt kommer systemet att bromsa fordonet så att det stannar före avsett läge och då får föraren aktivt gå in och ge gas för att komma fram till rätt position. Detta illustreras i figur 4 genom sträckan Dl, som indikerar att fordonet stannar före avsedd position.

Släpper föraren upp gaspedalen för sent kommer inte systemet att hinna bromsa upp fordonet, med hänsyn taget till den inställda maximalt tillåtna retardationen, och då får lO 535 806 8 föraren aktivt gå in och bromsa fordonet med friktionsbromsarna. Detta sker emellertid från en låg hastighet vilket innebär att relativt lite energi försvinner iväg i form av värme.

Detta illustreras i figur 4 genom sträckan D2 som indikerar att fordonet då skulle stanna efter avsedd position om inte föraren gick in aktivt.

Efter hand kommer föraren bli allt bättre på att bedöma när aktiveringssignalen skall avges, t.ex. när gaspedalen skall släppas upp, för att fordonet skall stanna i avsedd position.

Bromsverkan från en elmaskin följer en karaktäristisk kurva, se figur 5, som förenklat innebär att ett förhållandevis lägre bromsmoment kan åstadkommas vid en högre hastighet medan bromsmomentet ökar vid lägre hastigheter för att nå ett maximalt värde för hastigheter lägre än en given hastighet, Lex. 20 krn/h. Detta innebär att, vid användning av systemet enligt uppfinningen, ett lägre bromsmoment kommer att användas i början av inbromsningen då hastigheten är som högst och att bromsmomentet successivt ökar till ett maxvärde då hastigheten sjunker. Detta kan i början upplevas av föraren som en annorlunda inbromsning än det som han/hon normalt använder sig av där föraren istället bromsar kraftigare vid den högre hastigheten. I figuren är maximi- och minimigränser (Mmax, Mmm) för bromsmomentet inritade där maximigränsen beror på vilken maximal retardation som föraren eller en passagerare kan acceptera med hänsyn till komfort. Denna ligger, som diskuterats ovan, till exempel i storleksintervallet l,5-2,5 m/sz. Maximi- och minimigränserna är företrädesvis varierbara och kan ställas in i samband med testning av fordonet, vid service eller av föraren själv.

Enligt en föredragen utföringsforrn av uppfinningen genereras bromssignaler Ffi, till elmaskinen eller elmaskinema som innebär att uttaget bromsmoment under inbromsningen är det maximalt tillgängliga bromsmomentet från elmaskinen eller elmaskinema vid varje tidpunkt under förutsättning att maximigränsen för retardationen inte överskrids.

Till exempel, för ett fordon med en momentkurva för bromsmomentet från elmaskinen som visas i figur 5, påbörjas inbromsningen då fordonet har hastigheten 30 km/h kommer bromsmomentet som elmaskinen utövar att kunna följa momentkurvan ända tills den korsar Mmm, dvs. då hastigheten är drygt 20 km/h. Därefter kommer bromsmomentet att vara Mm. ända tills fordonet står stilla. 535 806 Företrädesvis är systemet inställt så att ungefär samma stoppsträcka erhålls som då föraren bromsar aktivt, dvs. genom att trycka ner bromspedalen.

Uppfinningen omfattar även en metod för ett hybridfordon innefattande åtminstone en elmaskin, ett eller flera bromssystem, och ett styrsystem.

Metoden omfattar att: a) generera en aktiveringssignal, b) aktivera styrsystemet, med aktiveringssignalen, att bestämma den retardation a*(t) som krävs för att stanna hybridfordonet enbart med hjälp av det bromsmoment som elmaskinen/elmaskinema kan ge, c) bestämma retardationen a*(t) med hjälp av en uppsättning retardationsparametrar, som innefattar nuvarande hastighet, maximi- och minimigränser för retardationen, och maximalt bromsmoment för elmaskinen eller elmaskinema, d) beräkna en bromskraft Ffif som är den bromskrafi som ger retardationen a*(t), e) generera en eller flera bromssignaler baserade på F*,, till elmaskinen eller elmaskinema för bromsning av fordonet.

Metoden innefattar företrädesvis att styrsystemet, i steg e), är anpassat att generera bromssignaler Ffir till elmaskinen eller elmaskinema som innebär att uttaget bromsmoment under inbromsningen är det maximalt tillgängliga bromsmomentet, vid varje tidpunkt, från elmaskinen eller elmaskinema under förutsättning att maximigränsen för retardationen inte överskrids.

Enligt en töredragen utföringsform utnyttjas vid beräkningen av bromskraften F*,, en reglerkrets med återkoppling som återkopplar nuvarande hastighet eller retardation och med ett börvärde som är önskad hastighet eller retardation.

Generellt är styrsystemet anpassat att beräkna retardation för fordonet så att maximal bromsenergi återvinns.

Retardationspararnetrama innefattar även vägens lutning. Retardation bestäms inom ett giltigt]retardationsområde, som begränsas av en maximal retardation, som bestäms av 535 806 bromskomfort, och av en minimal retardation, där maximigränsen för retardationen är relaterad till törarens/passagerarens komfort och ligger i intervallet 1,5-2,5 m/sz.

Företrädesvis aktiveringsenheten är hybridfordonets gaspedal och aktiveringssignalen genereras då gaspedalen släpps upp.

Styrsystemet är anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om aktiveringsenheten avger en avaktiveringssignal till styrsystemet och föredraget är hybridfordonets gaspedal och avaktiveringssignalen genereras då gaspedalen trycks ner. Enligt ett altemativ är styrsystemet anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om fordonets bromspedal trycks ner.

Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan beskrivna föredragna utíöringsforrner.

Olika alternativ, modifieringar och ekvivalenter kan användas. Ovan utforingsforrner skall därför inte betraktas som begränsande uppfinningens skyddsomfång vilket definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (20)

10 15 20 25 30 5 3 5 8 0 6 l l Patentkrav

1. Hybridfordon innefattande åtminstone en elmaskin, ett eller flera bromssystem, och ett styrsystem, k ä n n e t e c k n at a v att hybridfordonet innefattar en av en förare aktiverbar aktiveringsenhet anpassad att generera en aktiveringssignal anpassad att aktivera styrsysternet att bestämma den retardation a*(t) som är lämplig för att starma fordonet enbart med hjälp av det bromsmoment som elmaskinen genererar, varvid retardationen bestäms med hjälp av en uppsättning retardationsparametrar, som innefattar nuvarande hastighet, maximi- och minimigränser för retardationen, och maximal effekt för hybridsystemet, och att styrsystemet vidare är anpassat att beräkna en bromskrafi FH, som är den bromskrafl som ger retardationen a*(t) och att generera en eller flera bromssignaler baserade på F*,, till elmaskinen eller elmaskinerna för bromsning av fordonet så att fordonet stannar.

2. Hybridfordon enligt krav l, varvid vid beräkningen av bromskraften F*,, utnyttjas en reglerkrets med återkoppling, vilken återkopplar nuvarande hastighet eller retardation med ett börvärde, vilket börvärde anger en önskad hastighet eller retardation och erhålls från en önskad hastighetskurva eller retardationskurva.

3. Hybridfordon enligt krav 1 eller 2, varvid retardationsparametrama även innefattar vägens lutning.

4. Hybridfordon enligt något av kraven 2-3, varvid styrsystemet är anpassat att beräkna retardation för fordonet så att maximal bromsenergi återvinns.

5. Hybridfordon enligt något av kraven l-4, varvid retardation bestäms inom ett giltigt retardationsområde, som begränsas av en maximal retardation som bestäms av bromskomfort och av en minimal retardation.

6. Hybridfordon enligt något av kraven 1-5, varvid maximigränsen fór retardationen är relaterad till fórarens/passagerarens komfort och ligger i intervallet 1,5- 2,s m/Sz. 10 15 20 25 30 535 806 12

7. Hybridfordon enligt något av kraven l-6, varvid aktiveringsenheten är hybridfordonets gaspedal och aktiveringssignalen genereras då gaspedalen släpps upp.

8. Hybridfordon enligt något av föregående krav, varvid styrsystemet är anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om aktiveringsenheten avger en avaktiveringssignal till styrsystemet.

9. Hybridfordon enligt krav 8, varvid aktiveringsenheten är hybridfordonets gaspedal och avaktiveringssignalen genereras då gaspedalen trycks ner.

10. Hybridfordon enligt krav 8 eller 9, varvid styrsystemet är anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om fordonets bromspedal trycks ner.

11. ll. Metod fór ett hybridfordon innefattande åtminstone en elmaskin, ett eller flera bromssystem, och ett styrsystem, k ä n n e t e c k n a d a v att metoden omfatta: att! a) mottaga en av en förare genererad aktiveringssignal, b) aktivera styrsystemet, med aktiveringssignalen, att bestämma den retardation a*(t) som är lämplig för att stanna fordonet enbart med hjälp av det bromsmoment som elmaskinen/elmaskinema kan ge, c) bestämma retardationen a*(t) med hjälp av en uppsättning retardationsparametrar, som innefattar nuvarande hastighet, maximi- och minimigränser för retardationen, och maximalt bromsmoment för elmaskinen/elmaskinema, d) beräkna en bromskraft F *n- som är den bromskrafi som ger retardationen a*(t), e) generera en eller fiera bromssignaler baserade på F*,, till elmaskinen eller elmaskinema för bromsning av fordonet så att fordonet stannar.

12. Metod enligt krav ll, varvid vid beräkningen av bromskraften F*,, utnyttjas en reglerkrets med återkoppling, vilken återkopplar nuvarande hastighet eller retardation med ett börvârde, vilket börvärde anger en önskad hastighet eller retardation och erhålls 10 15 20 25 30 535 806 13 från en önskad hastighetskurva eller retardationskurva.

13. Metod enligt krav 11 eller 12, varvid retardationspararnetrarna även innefattar vägens lutning.

14. Metod enligt något av kraven 11-13, varvid styrsystemet är anpassat att beräkna retardation för fordonet så att maximal bromsenergi återvinns.

15. Metod enligt något av kraven l l-14, varvid retardation bestäms inom ett giltigt retardationsområde, som begränsas av en maximal retardation som bestäms av bromskomfort och av en minimal retardation.

16. Metod enligt något av kraven 11-15, varvid maximigränsen för retardationen är relaterad till fórarens/passagerarens komfort och ligger i intervallet 1,5-2,5 m/sz.

17. Metod enligt något av kraven 11-16, varvid aktiveringsenheten är hybridfordonets gaspedal och aktiveringssignalen genereras då gaspedalen släpps upp.

18. Metod enligt något av kraven 11-17, varvid styrsystemet är anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om aktiveringsenheten avger en avaktiveringssignal till l styrsystemet.

19. Metod enligt krav 18, varvid aktiveringsenheten är hybridfordonets gaspedal och avaktiveringssigrlalen genereras då gaspedalen trycks ner.

20. Metod enligt krav 18 eller 19, varvid styrsystemet är anpassat att avaktivera retardationsfunktionen om fordonets bromspedal trycks ner.