DE10313519A1

DE10313519A1 - Nutzbremsanlage für ein Hybrid-Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE10313519A1
Application number: DE10313519A
Authority: DE
Inventors: Susan Rebecca Cikanek; Kathleen Ellen Bailey
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2003-10-23
Also published as: GB0303513D0; US20030184152A1; GB2386879A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nutzbremsanlage sowie ein Verfahren zur Bereitstellung der Nutzbremsung in einem Hybrid-Elektrofahrzeug, die einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor/Generator oder Achseinheit-Baugruppe und eine Getriebeeinheit umfasst, die von dem Verbrennungsmotor und der Achseinheit ein Drehmoment selektiv aufnimmt und das aufgenommene Drehmoment an die Räder des Fahrzeuges abgibt. Der Verbrennungsmotor ist mittels einer Kupplung mit der Achseinheit-Baugruppe verbunden. Bei Nutzbremsvorgängen rückt das System die Kupplung automatisch aus, wodurch ermöglicht wird, eine maximale Größe von Energie durch die Achseinheit-Baugruppe zurückzugewinnen, da ein "Widerstand" im Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Darüber hinaus rückt das System die Kupplung bei Leerlaufzuständen aus und nutzt die Achseinheit zur Bereitstellung eines negativen Drehmoments auf den Antriebsstrang, das wirksam ist, um Energie zurückzugewinnen und Widerstandskräfte im Verbrennungsmotor auf Grund von Bremswirkungen durch Kompression zu simulieren, wodurch einem Fahrer des Fahrzeugs bei allen Betriebsarten ein gleichbleibendes Gefühl vermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybrid-Elektrofahrzeug, umfassend ein Paar Räder, einen Antriebsstrang, der das Paar Räder antreibt, einen Verbrennungsmotor, der mit dem Antriebsstrang selektiv und funktionswirksam verbunden ist und ein erstes Drehmoment selektiv an den Antriebsstrang abgibt; eine erste Kupplung, die den Verbrennungsmotor selektiv mit dem Antriebsstrang verbindet und von diesem trennt sowie ein Verfahren zur Bereitstellung einer Nutzbremsung in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Achseinheit-Baugruppe, die selektiv mit einem Antriebsstrang verbunden werden.
Ein Kraftfahrzeug besteht aus der Kombination von vielen komplexen, nichtlinearen Systemen, von denen eines das Kraftübertragungssystem ist. Die Kraftübertragung eines normalen Fahrzeuges besteht aus einer Motor- Getriebeeinheit, dem Getriebe und Antriebsstrang mit einem Ausgleichsgetriebe und Radachsen, welche die Vorder- und/oder Hinterräder des Fahrzeuges drehbar antreiben. Darüber hinaus sind verschiedene Nebenaggregate und Peripheriegeräte wie Servolenkung, Bremsen mit Servounterstützung und Klimaanlagen mit der Motor- Getriebeeinheit verbunden. Die Kraftübertragung des Fahrzeuges ist eine Zusammensetzung von elektrischen, mechanischen, chemischen und thermodynamischen Vorrichtungen, die als nichtlineares, dynamisches, integriertes System mit der hauptsächlichen Aufgabe verbunden sind, die Energiequelle zum Fahren zur Verfügung zu stellen.
Ein Fahrzeugtyp, der normalerweise als Hybrid-Elektrofahrzeug ("HEV") angegeben wird, kombiniert das Kraftübertragungssystem eines Elektrofahrzeuges ("EV") mit Komponenten einer normalen Kraftübertragung wie ein Verbrennungsmotor. Ein Parallel-Hybridelektrofahrzeug ("PHEV") umfasst ein Kraftübertragungssystem mit Elektromotor und ein normales Kraftübertragungssystem, die gleichzeitig Leistung für die Antriebsräder bereitstellen.
Einer der Vorteile eines HEV wird durch seine Stromquelle (z. B. seine Batterien), die die Reichweite und Leistung des HEV erweitern kann, bewirkt. Durch die Verbindung einer zusätzlichen Energieanlage wie die Kombination eines Verbrennungsmotors/Generators mit dem Antriebsstrang eines herkömmlichen Elektrofahrzeuges kann ein HEV den Leistungsumfang und die Wirtschaftlichkeit erweitern, während Schadstoffemissionen im Verhältnis zu einem Antriebsstrang mit normalem Verbrennungsmotor reduziert werden.
Die meisten Hybrid-Elektrofahrzeuge nutzen sowohl eine normale Bremsanlage (z. B. Hydraulik oder Reibung) als auch eine Nutzbremsanlage. Die nomale Bremsanlage umfasst typischerweise mehrere Baugruppen von Trommel- oder Scheiben-Reibungsbremsen, die durch ein Hydrauliksystem selektiv betätigt werden. Ein Steuersystem regelt den auf die Reibungsbremsenbaugruppen aufgebrachten hydraulischen Druck in einer Weise, mit der der Schlupf der Fahrzeugräder im Verhältnis zu der Straßenoberfläche gesteuert wird. Die Nutzbremsanlage in diesen Fahrzeugen nutzt den Elektromotor des Fahrzeuges, um ein negatives Drehmoment auf die angetriebenen Räder zu bewirken und wandelt die kinetische Energie des Fahrzeugs um in elektrische Energie zum Wiederaufladen der Fahrzeugbatterie oder zur Stromversorgung.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine neues und verbessertes Nutzbremsverfahren und ein Hybrid-Elektrofahrzeug vorzuschlagen, die ohne zusätzliche Kosten eine verbesserte Leistung, einen besseren Wirkungsgrad und bessere Zuverlässigkeit bereitstellt.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 8. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Bremsanlage in einem Hybrid-Elektrofahrzeug vorgesehen. Die Bremsanlage umfasst einen Antriebsstrang, der ein Paar von Rädern des Fahrzeuges selektiv und drehbar antreibt, einen Verbrennungsmotor, der ein erstes Drehmoment selektiv an den Antriebsstrang abgibt, eine erste Kupplung, die den Verbrennungsmotor selektiv von dem Antriebsstrang trennt, eine Achsbaugruppe mit Getriebe, Kupplung und Differential, die selektiv an den Antriebsstrang ein negatives Drehmoment abgibt, das die Rückgewinnung von Energie bei bestimmten Bremsvorgängen bewirkt, und ein Steuersystem, das die erste Kupplung steuert und das sie selektiv bei bestimmten Bremsvorgängen ausrückt und bewirkt, dass der Verbrennungsmotor bei bestimmten Bremsvorgängen vom Antriebsstrang getrennt wird, wodurch die zurück gewonnene Energie zunimmt.
Nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Nutzbremsung in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Achseinheit mit Getriebe, Kupplung und Differential, die mit dem Antriebsstrang selektiv verbunden werden, vorgesehen. Das Verfahren umfasst insbesondere die Schritte: Abtasten eines Bremsvorgangs; Bewirken, dass die Achseinheit ein Nutzmoment an den Antriebsstrang abgibt, das die Erzeugung einer Energiegröße bewirkt; und selektives Trennen des Verbrennungsmotors von dem Antriebsstrang während des Bremsvorgangs, womit eine Erhöhung der durch den Bremsvorgang erzeugten Energiegröße bewirkt wird.
Ein erster Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine neue und verbesserte Nutzbremsanlage zur Verwendung mit einem Parallel-Hybridelektrofahrzeug bereitstellt.
Ein zweiter Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine neue und verbesserte Nutzbremsanlage zur Verfügung stellt, die die Nutzbremskraft eines Hybrid- Elektrofahrzeuges basierend auf verschiedenen wichtigen Eigenschaften des Fahrzeuges auf das Maximum einstellt.
Ein dritter Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine Steuerstrategie nutzt, die eine alle Entwurfsziele (z. B. Bremsweg, vordere Blockierung) erfüllende, dosierende Verstärkung wählt, während der prozentuale Anteil einer durch das Fahrzeug bewirkten Nutzbremsung auf das Maximum eingestellt wird.
Ein vierter Vorteil der Erfindung ist, dass sie ein negatives Nutzmoment bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten linear reduziert, wobei minimale Energie zurück gewonnen werden kann.
Ein fünfter Vorteil der Erfindung ist, dass sie bei Betriebsarten mit elektrischem Antrieb ein Nutzbremsmoment erzeugt, das eine Simulierung des Bremsens durch Kompression des Verbrennungsmotors bewirkt, wodurch dem Fahrzeug ein Gefühlssinn gegeben wird, der beständiger ist.
Ein sechster Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie die Kupplung des Verbrennungsmotors bei Nutzbremsvorgängen aus dem Eingriff bringt, womit eine Maximierung der Energierückgewinnung bewirkt wird.
Diese und andere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden beim in der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnung verdeutlicht.
Es zeigen
Fig. 1 die schematische Ansicht eines Hybrid-Elektrofahrzeuges mit einer Nutzbremsanlage, die entsprechend der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellt ist;
Fig. 2 das Blockbild eines Steuersystems, das die Strategie der Nutzbremsung der vorliegenden Erfindung realisiert;
Fig. 3 eine graphische Darstellung, die Eigenschaften einer "Blockierung" der vorderen und der hinteren Bremse darstellt;
Fig. 4 eine graphische Darstellung des Druckes im Hauptzylinder im Vergleich zur Verzögerung des Fahrzeuges;
Fig. 5 eine graphische Darstellung des Druckes im Hauptzylinder im Vergleich zum Drehmoment des Motors, die durch die Nutzbremsanlage der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um die Nutzbremskraft zum Aufbringen auf den Antriebsstrang des Fahrzeuges bei Bremsvorgängen zu bestimmen;
Fig. 6 ein Blockschaltbild, das die allgemeine Funktionalität des in der vorliegenden Erfindung genutzten Steuersystems darstellt;
Fig. 7 eine Tabelle mit mehreren Diagramme, die verschiedene Fahrzeugeigenschaften während einer Simulation der vorliegenden Erfindung mit einem Profil von geringer Beschleunigung/Verzögerung im Hybridbetrieb mit einer Stufe von 10% darstellen;
Fig. 8 eine Tabelle mit mehreren Diagramme, die verschiedene Fahrzeugeigenschaften während einer Simulation der vorliegenden Erfindung mit einem Profil von geringer Beschleunigung/Verzögerung im Hybridbetrieb darstellen.
Fig. 1 zeigt ein Hybrid-Elektrokraftfahrzeug 10, dargestellt mit einem Antriebsstrang, einem Vortriebs- oder Antriebssystem 12, das eine entsprechend der technischen Lehre der vorliegenden Erfindung hergestellte Nutzbremsanlage einsetzt. Wie für den Fachmann ersichtlich, ist das Vortriebssystem 12 ein paralleles Vortriebssystem, das einen Verbrennungsmotor 14, einen Elektromotor/Generator oder eine Achseinheit 16 mit Getriebe, Kupplung und Differential und eine Getriebeeinheit18 umfasst.
Der Verbrennungsmotor 14 und die Getriebeeinheit 18 werden selektiv mittels einer Verbrennungsmotor-Kupplung 20 gekoppelt, und die Achseinheit oder Antriebsmotor-Baugruppe 16 wird selektiv mittels einer Motorkupplung 22 mit der Getriebeeinheit 18 gekoppelt. Die Getriebeeinheit 18 umfasst eine Anzahl von Zahnrädern 24 und einen Ausgleichgetriebemechanismus 25, der ein Drehmoment von dem Verbrennungsmotor 14 und der Motor/Antriebseinheit 16 selektiv aufnimmt und das aufgenommene Drehmoment auf die Achswellen 30, 32 überträgt, wodurch die Räder 26, 28 angetrieben werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Räder 26, 28 die Vorderräder des Fahrzeuges 10.
Im Ausführungsbeispiel ist der Motor 14 ein normaler Verbrennungsmotor, der mit dem "Antriebsstrang" (z. B. Getriebe, Differential 25 und Wellen 30, 32) des Fahrzeuges durch die Kupplung 20 und die Zahnräder 24 physikalisch und funktionswirksam gekoppelt ist. Die Achseinheit 16 ist ein normaler Motor/Generator, der durch die Zahnräder 27 und die Kupplung 22 physikalisch und funktionswirksam mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist. Die Getriebeeinheit 18 ermöglicht es, dass der Verbrennungsmotor 14 und die Achseinheit 16 als "einzige Energiequelle" zusammenwirken, die eine auf den Antriebsstrang des Fahrzeuges abgegebene einzelne Leistung oder ein Drehmoment bereitstellt, um die Achsen 32, 32 und Räder 26, 28 zum Antrieb zu drehen. Darüber hinaus können die Kupplungen 20, 22 den Verbrennungsmotor 14 und die Achseinheit 16 selektiv und unabhängig voneinander mit dem Antriebsstrang des Fahrzeuges verbinden und trennen. Auf diese Art und Weise können die beiden Energiequellen (d. h. der Verbrennungsmotor und die Achseinheit) zusammenwirkend ein Drehmoment und eine Leistung an das Fahrzeug 10 gleichzeitig und/oder unabhängig voneinander zuführen. Es soll deutlich werden, dass die schematische Darstellung des Fahrzeuges 10 und des Antriebssystems 12 zum Zweck dieser Erörterung vereinfacht worden sind, und dass das Fahrzeug 10 zusätzliche und/oder abwechselnde Getriebeeinheiten und andere Komponenten umfassen kann, die für die gegenwärtige Erörterung nicht entscheidend sind.
Eine normale und gezielt wieder aufladbare Speichervorrichtung 34 für elektrische Energie (z. B. eine Batterie oder andere Speichervorrichtung für elektrische Energie) ist funktionswirksam mit der Achseinheit oder dem Motor /Generator 16 verbunden. Die Batterie 34 gibt an den Motor/Generator 16 Energie ab und nimmt bei Nutzbremsvorgängen von dem Motor/Generator 16 Energie auf. Das Fahrzeug 10 enthält außerdem normale Reibungsbremsen 36, die mit jedem der Vorder-/Hinterräder des Fahrzeuges funktionswirksam verbunden sind und auf normale Art und Weise, wie durch die Verwendung eines normalen Hydrauliksystems (nicht gezeigt), betätigt werden.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Steuerhierarchie 40, die in dem Fahrzeug 10 eingesetzt werden kann. Im diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein zentraler Regler oder Systemregler 44 des Fahrzeuges ("VSC") elektrisch und zur Übertragung mit von einer Bedienperson oder Fahrer betätigten, normalen Steuerungen oder Komponenten 42 und mit einem oder mehreren normalen Sensoren 43 für Betriebszustände des Fahrzeuges verbunden. Wie es nachstehend vollkommener und vollständiger beschrieben wird, nimmt der Regler 44 Signale und/oder Befehle auf, die durch Eingaben 42 des Fahrers, von Sensoren 43 für Betriebszustände des Fahrzeuges und einer Rückkopplung des Teilsystems generiert werden, und verarbeitet und nutzt die empfangenen Signale zur Bestimmung der Größe eines Drehmoments, das dem Antriebsstrang des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt werden soll, um die Funktion der Nutzbremsung eines Fahrzeugs zu optimieren sowie Anweisungen an die entsprechenden Teilsysteme oder Regler 46-54 zu generieren, um das gewünschte Drehmoment selektiv an die Räder 26, 28 abzugeben.
Im diesem Ausführungsbeispiel enthält jedes Teilsystem 46-54 einen oder mehrere Mikroprozessoren oder Regler sowie andere Chips und integrierte Schaltkreise, die zusammenwirkend den Betrieb des Antriebssystems 12 steuern. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Regler 46 aus einem normalen Regler des Verbrennungsmotors, der mit dem Verbrennungsmotor 14 funktionswirksam verbunden ist und dessen Funktion steuert, wobei der Regler 48 aus einem normalen Regler des Motors/Antriebseinheit besteht, der mit dem Motor/Antriebseinheit 16 funktionswirksam verbunden ist und deren Betrieb steuert, der Regler 50 aus einem normalen Batterieregler besteht, der mit der Batterie 34 funktionswirksam verbunden ist und deren Funktion steuert, der Regler 52 aus einem normalen Bremsregler besteht, der die hydraulische Bremsanlage steuert, und der Regler 54 ein normaler Getrieberegler ist, der die Funktion der Getriebeeinheit 18 sowie das Einrücken/Ausrücken der Kupplungen 20, 22 steuert. Es soll deutlich werden, dass das Steuersystem 40 zusätzliche Regler enthalten kann, um andere Komponenten und Teilsysteme des Fahrzeuges zu steuern. Es soll außerdem deutlich werden, dass die Regler 44-54 jeweils aus einem getrennten Regler bestehen oder in einem einzelnen Regler, Chip, Mikroprozessor oder einer Vorrichtung einbezogen sein können. Der Regler 44 bewirkt, dass die Gesamtgröße des Drehmomentes, das zur Verfügung gestellt oder an den Antriebsstrang abgegeben werden soll, bestimmt und die Gesamtgröße des Drehmoments zwischen den verschiedenen Teilsystemen oder Komponenten aufgeteilt oder getrennt wird (z. B. zwischen dem Verbrennungsmotor 14 und der Achseinheit 16). In der Architektur des Steuersystems 40 ist der VSC 44 typischerweise der "übergeordnete" Regler, wobei die Teilsysteme 46-54 als "untergeordnete" Regler wirksam sind.
Der koordinierte VSC-Regler 44 gibt Befehle an den Regler 48 des Motors oder der Antriebseinheit zum Autofahren und Nutzbremsen für ein entsprechendes positives und negatives Motordrehmoment, Drosselungsbefehle an den Regler 46 des Verbrennungsmotors und Kupplungs-Einrück-/Ausrückbefehle an den Regler 54 des Getriebes. Diese Befehle basieren auf dem Ladezustand der Batterie ("SOC"), der Motordrehzahl im Vergleich zu den Drehmomentgrenzen, dem Strom des Motordrehmomentes, dem Strom des Motorfeldes, dem Getriebe zur Kraftübertragung, der Stellung des Gaspedals des Fahrers, dem Bremspedal, dem Zustand der Kupplung am Verbrennungsmotor, dem Zustand der Kupplung am Motor, der Drehzahl des Verbrennungsmotors, der durchschnittlichen Leistung an den Antriebsrädern, dem Schaltzustand, dem geschätzten Drehmoment des Verbrennungsmotors und dem geschätzten Drehmoment des Verbrennungsmotors, das verfügbar ist. Außerdem bewirkt der Regler 44 beim Bremsen oder bei Hybridbetrieb eine Steuerung der Kupplung.
Das Drehmoment kann aufgeteilt werden, um in einer Betriebsart "Nur- Verbrennungsmotor", in einer Betriebsart "Nur-Motor" oder in einer Betriebsart mit zwei Antriebsvorrichtungen (d. h. "Hybridmodus") zu arbeiten. Die Betriebsart "Nur-Verbrennungsmotor" liefert keine Nutzbremsung. Der Betrieb im Hybridmodus besteht aus dem Betrieb "Nur-Motor", dem Betrieb mit Verbrennungsmotor, der Aufbringung eines Motordrehmomentes beim Schalten, der Unterstützung des Motors bei Leistungsverstärkung und Nutzbremsung. Das Antriebssystem 12 wird mittels der Antriebseinheit 16 bei Nutzbremsung zur Rückgewinnung von Energie ein negatives Drehmoment bewirken.
Der Regler 44 koordiniert die Teilsysteme des Fahrzeuges 46-54, um eine verbesserte Nutzbremsfunktion zu bewirken, der die Größe der Energie, die basierend auf verschiedenen wichtigen Eigenschaften des Fahrzeuges und auf Fahreranweisungen erzeugt oder zurück gewonnen wird, auf das Maximum einstellt.
Wenn das Bremspedal betätigt wird, bringt das vorliegende Steuersystem 40 ein Nutzbremsmoment auf die angetriebenen Räder zusätzlich zu dem hydraulischen Bremsmoment auf, das durch die Reibungsbremsen 38 bewirkt wird. Das Steuersystem 40 bewirkt außerdem ein simuliertes Kompressionsbremsen durch Verwendung des Elektromotors oder der Antriebseinheit 16, die dem Fahrer das Gefühl eines Motorwiderstandes, der in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor vorhanden ist, vermittelt, während vorteilhafter Weise kinetische Energie zurück gewonnen wird, die als Teil der Nutzbremsstrategie verwendet wird.
Das Moment der Hydraulikbremse wird vom Fahrer durch Anwendung des Bremspedals angewiesen, das als Wert des Druckes im Hauptzylinder gemessen wird. Nutzbremsbefehle werden in einer Weise, wie es nachstehend vollständiger und kompletter beschrieben wird, als eine Funktion des Druckes im Hauptzylinder vorbestimmt und basieren auf Steuereingaben, die von dem VSC koordiniert werden. Die Antriebseinheit 16 und die Regler 48, 50 liefern anschließend Energie in die Batterie 34 und ein negatives Drehmoment an den Antriebsstrang, der wiederum das Fahrzeug abbremst.
Das zu dem Moment der Hydraulikbremse im vorliegenden System ergänzte Nutzbremsmoment wird als Funktion des Druckes im Hauptzylinder bestimmt und in Tabellen oder Matrizen gespeichert, die im Speicher 44 resident sind. Die folgenden Berechnungen bestimmen die Beziehung zwischen elektrischem Bremsmoment und Druck der Hydraulikbremse:

in der bedeuten
g's ein dimensionsloser Parameter, der die Beschleunigung/Verzögerung eines Fahrzeuges auf Grund der Schwerkraft darstellt;
R_w der Radius des Fahrzeugrades in ft (1 ft = 30,48 cm);
W_v das Fahrzeuggewicht in lbf (1 lbf = 4,4482 N);
BF_f,BF_r jeweils die vorderen und hinteren Bremsfaktoren in lbf-ft/psi (N/Pa);
P_f der Druck der vorderen Bremse in psi (1 psi = 6894,76 Pa);
P_r der Druck der hinteren Bremse in psi (1 psi = 6894,76 Pa);
g_Achse das Übersetzungsverhältnis der Antriebseinheit; und
g_4×4 das 4 × 4 oder Übersetzungsverhältnis des Differentials.
Der Druck der vorderen und hinteren Bremse ist eine Funktion des gefühlten Druckes im Hauptzylinder und wird wie folgt bestimmt:

P_f = P_mc (Gl. 2)
P_r = P_mc für P_mc ≤ (Gl. 3)

P_r = X + δ(P_mc - X) für P_mc > X (Gl. 4)

in der bedeuten
P_mc der Druck im Hauptzylinder in psi; X der Druck im Hauptzylinder in psi (1 psi = 6894,76 Pa); , bei dem sich die Bremskraftverteilung in psi verändert;
und δ ein Koeffizient der Verteilung der Bremskraft.
Die Größe des elektrischen Bremsmomentes, das zum hydraulischen Bremsmoment ergänzt werden kann, wird in dem Diagramm 100 von Fig. 3 dargestellt und ist eine Funktion von Beziehungen der statischen Bremskraft, den Eigenschaften des Motordrehmomentes, dem Gefühl des Fahrers und der Grenzfläche zwischen Reifen/Straßenoberfläche.
Beziehungen der statischen Bremskraft werden programmiert und/oder im Speicher des Reglers 44 gespeichert und durch Aufzeichnen eines Diagramms der statischen Bremskraft bestimmt, das Blockiereigenschaften der vorderen und hinteren Bremse für mehrere Straßenoberflächen, Verhältnisse der Bremskraftverteilung der vorderen und der hinteren Bremse sowie die Verzögerung des Fahrzeuges umfasst. Die "Blockierkurven" für die vordere Bremse und die hintere Bremse (d. h. die Kurven 104, 106 des Diagramms 100) stellen die maximale Kraft dar, die die vordere Bremse und die hintere Bremse auf die Straßenoberfläche bringen können, ohne dass die vordere und die hintere Bremse bei verschiedenen Straßenoberflächen eine "Blockierung" erfahren. Bremskräfte, die oberhalb der Blockierkurven 104, 106 aufgebracht werden, führen zu einer Blockierung der entsprechenden Vorder- oder Hinterachse. Ein nicht einschränkendes Beispiel von Blockiereigenschaften der vorderen und der hinteren Bremse, die als Kraft der vorderen Bremse im Vergleich zur Kraft der hinteren Bremse aufgezeichnet sind, ist in dem Diagramm 100 von Fig. 3 dargestellt.
Die senkrechte Achse des Diagramms 100 stellt die vordere Bremskraft dar, und die horizontale Achse stellt die hintere Bremskraft dar. Die Anstiege und Schnittpunkte für die maximalen vorderen und hinteren Bremskräfte gemäß Diagramm 100 sind wie folgt:

wobei bedeuten F_maxf, F_maxr jeweils die Achsabschnitte der maximalen vorderen Bremskraft und der maximalen hinteren Bremskraft in lbf (1 lbf = 4,4482 N) auf der y- Achse;
Anstieg_fmax, Anstieg_rmax jeweils die Anstiege der maximalen vorderen Bremskraft und der maximalen hinteren Bremskraft;
µ_P der maximale Reibungskoeffizient der Straßenoberfläche;
A der Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeuges zur Vorderachse in ft (1 ft = 30,48 cm);
B der Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeuges zur Hinterachse in ft (1 ft = 30,48 cm);
H die Höhe des Schwerpunktes des Fahrzeuges in ft (1 ft = 30,48 cm); und
L der Achsabstand des Fahrzeuges in ft (1 ft = 30,48 cm).
Die vordere Bremskraft und die hintere Bremskraft sind dem Bremsdruck zugeordnet wie es in den folgenden Beziehungen dargestellt ist:

wobei F_vordere, F_hintere jeweils die vordere Bremskraft und die hintere Bremskraft in Ibf (1 lbf = 4,4482 N) sind.
Eine Verzögerung des Fahrzeuges in "g's" ist als Funktion der gesamten Bremskraft aufgezeichnet, die die durch das Fahrzeuggewicht geteilte Summe der vorderen Bremskraft und der hinteren Bremskraft ist, wie es durch die folgende Gleichung dargestellt wird:

wobei a_x die Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeuges in ft/sec² (1 f = 30,48 cm)und g die universelle Gravitationskonstante ist (a_x/g ergibt die Beschleunigung/Verzögerung des Fahrzeuges in "g's").
Wenn vom Fahrer auf einer Straßenoberfläche von 0,85 µ (Koeffizient der Straßenoberfläche/Reifenhaftung) eine Verzögerungsgröße von 0,7 g angefordert wird, dann würde unter Verwendung des im Diagramm 100 dargestellten Beispiels eine beliebige Kombination von vorderer und hinterer Bremskraft die Anforderung des Fahrers bei Aufrechterhaltung der Stabilität des Fahrzeuges so lange erfüllen, wie sie in dem im Diagramm 100 dargestellten Dreieck 102 vorhanden ist, das durch die Verzögerungslinie und die Linie 104 der vorderen maximalen Bremskraft oder "Blockierung" sowie der Linie 106 der hinteren maximalen Bremskraft oder "Blockierung" für die Straßenoberfläche von 0,85 µ begrenzt ist.
Der Regler 44 optimiert die Nutzbremsfunktion des Fahrzeuges 10 durch Auswahl eines Verteilungsverhältnisses, das alle der Entwurfsziele (Bremsweg, zuerst vordere Blockierung) erfüllen wird, wodurch es ermöglicht wird, dass die gesamte Bremskraft in das gewünschte begrenzte Dreieck 102 fällt, während der prozentuale Anteil des auf der Achse durchgeführten Bremsens, der eine Nutzbremsung bewirkt, auf den Höchstwert eingestellt wird.
Die zusätzliche Kraft, die zu den vorderen Hydraulikbremsen ergänzt werden kann, wird aus dem Diagramm der statischen Bremse und einem in Fig. 4 dargestellten Diagramm 110 von Druck im Vergleich zur Verzögerung des Fahrzeuges bestimmt.
Das Diagramm 110 von Druck im Vergleich zur Verzögerung wird verwendet, um das Verhältnis zwischen dem elektrischen Moment, das zur Reibungsbremsanlage ergänzt wird, und der Straßenoberfläche zu bestimmen. Die grundlegende Bremskurve wird als Funktion des Druckes im Vergleich zur Verzögerung des Fahrzeuges in Vielfachen von g dargestellt, wie es in der folgenden Gleichung gezeigt ist:
Die Grenze der Straßenoberfläche ist mit 0,7 gewählt, weil dieses Fahrzeug nach dem Diagramm der statischen Bremse eine Verzögerung von 0,7 g bei einer Oberflächenhaftung zwischen Straße und Reifen von 0,85 µ und zwar ohne Blockierung erreichen kann. Die Anwendung einer Bremskraft von mehr als 0,7 g kann eine vorzeitige Blockierung verursachen und somit eine Rückgewinnung von Energie verhindern. Eine weitere Grenze, die das elektrische Bremsen bestimmt, ist das Gefühl des Fahrers (z. B. tritt simuliertes Kompressionsbremsen bei einem Bremsendruck von 0 auf).
Zum Beispiel liegt ein normaler Bremsanschlag, den ein Fahrer bei annäherndem rotem Ampellicht anweist, ungefähr bei 0,2 g. Bei 100 psi (1 psi = 6894,76 Pa) wird 0,2 g als eine obere Grenze dargestellt, die ein Fahrer für eine relativ "leichte" Anwendung von Bremsdruck annehmen würde. Die Gefühlskurve des Fahrers wird dadurch vervollständigt, dass bei größeren Verzögerungsverhältnissen des Fahrzeuges ein höheres elektrisches Bremsmoment hinzugefügt werden kann. Das Drehmoment des Elektromotors wird bestimmt, indem die vorhergehenden Beziehungen und die folgende Gleichung verwendet werden:
Das Drehmoment des Elektromotors kann anschließend in Kraft auf die Räder umgewandelt werden, die zur Kraft der vorderen Hydraulikbremse ergänzt wird und im Vergleich zur Kraft der hinteren Bremse im Diagramm der statischen Bremskraft dargestellt ist. Schließlich kann das Motordrehmoment gemäß Diagramm 120 in Fig. 5 als Funktion des Druckes im Hauptzylinder dargestellt werden.
Es soll deutlich werden, dass die vorhergehenden Berechnungen vor dem Programmieren des Reglers 44 durchgeführt werden können, indem verschiedene "kalibrierte" oder vorbestimmte Werte (d. h. Werte, die durch gesteuerte Tests und/oder Erprobung erreicht wurden) verwendet werden, wobei die sich ergebenden, berechneten Werte und/oder Verhältnisse in mehreren Tabellen oder Matrizen innerhalb des Reglers 44 gespeichert werden können, um einen Speicher in diesem Regler 44 aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann der Regler 44 die erforderlichen und optimalen Nutzbremskräfte bestimmen, indem verschiedene Tabellen oder Matrizen geschaltet werden, anstelle ständig zahlreiche Berechnungen durchzuführen, wodurch Speicher beibehalten wird.
Der Regler 48 der Antriebseinheit liefert Anweisungen von positiven und negativen Drehmomenten an die Antriebseinheit 16 innerhalb der Hüllkurve von Drehmoment im Vergleich zur Drehzahl des Motors. Die Größenordnung des verfügbaren positiven Motordrehmoments wird als Funktion der Motordrehzahl im Vergleich zu dem Motordrehmoment wie folgt bestimmt:

wobei bedeuten
T_verfügbar das verfügbare positive Drehmoment des Motors in lbf-ft; (1,3558 Nm);
p_Nenn die Nennleistung des Motors in PS (1 PS = 0,7354987 kW);
ω_m die mechanische Drehzahl des Motors in U/min;
ω_b die Basisdrehzahl des Motors in U/min; und
T_Nenn das Nenndrehmoment des Motors in lbf-ft (1,3558 Nm).
Die Größenordnung des verfügbaren Nutzbremsmomentes wird als Funktion der Motordrehzahl in Abhängigkeit vom Motordrehmoment bestimmt:

wobei bedeuten
T_{zur Rückgewinnung verfügbar} das zur Rückgewinnung verfügbare Drehmoment des Motors in lbf-ft (1,3558 Nm); und
T_Kompression das Bremsmoment durch Kompression in lbf-ft (1,3558 Nm).
Der mit dem VSC koordinierte Regler 44 wird die Größe des positiven und negativen Drehmomentes, das für den Motor angewiesen werden soll, bestimmen und diesen Wert zu dem Regler 48 übertragen.
Wichtig ist, dass der Regler 44 das regenerative/negative Motordrehmoment reduziert, das bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten, bei denen wenig oder keine Energie zurück gewonnen werden kann, linear ist.
Darüber hinaus weist der Regler 44 ein simuliertes Kompressionsbremsmoment an, das die Rückgewinnung von Energie ermöglicht, während dem Fahrer gleichzeitig ein bestehendes Gefühl bei bestimmten Fahrbedingungen vermittelt wird. Insbesondere wird simuliertes Kompressionsbremsen während der Betriebsart Hybridantrieb und der Betriebsart Elektroantrieb durchgeführt, wenn sich der Verbrennungsmotor 14 im Leerlauf befindet und/oder wenn der Fahrer auf das Gaspedal oder das Bremspedal keinen Druck aufbringt. Wenn der Ladezustand der Batterie geladen ist und simuliertes Bremsen durch Kompression nicht mit dem Motor 16 durchgeführt werden kann, wird Kompressionsbremsen durch den Verbrennungsmotor 14 ausgeführt und/oder erzeugt (d. h. die Kupplung 22 ist ausgerückt und die Kupplung 20 eingerückt). Um dieses simulierte Kompressionsbremsen durchzuführen, rückt das Steuersystem 40 die Kupplung 20 aus, wodurch der Verbrennungsmotor 16 von dem Antriebsstrang getrennt wird. Dadurch wird der durch Kompression im Verbrennungsmotor bewirkte natürliche "Widerstand" oder das negative Moment ausgeschaltet. Um diesen "Widerstand" erneut zu erzeugen oder zu simulieren, damit dem Fahrer bei gleichzeitiger Rückgewinnung von Energie ein beständiges "Gefühl" vermittelt wird, aktiviert der Regler 44 den Motor, um ein negatives Nutzmoment an den Antriebsstrang zu liefern. Die Größe des durch dieses simulierte Kompressionsbremsen bereitgestellte negative Drehmoment ist dem äquivalent, was der Verbrennungsmotor unter ähnlichen Betriebsbedingungen des Fahrzeuges bereitstellen kann. Dies ist notwendig, um das Gefühl für das Moment durch Kompressionsbremsen genauso zu machen, als ob es durch den Verbrennungsmotor, wenn die Energiespeichervorrichtung zu gefüllt ist, um regenerative Energie aufzunehmen, oder durch den Antriebsmotor oder die Antriebseinheit 16 durchgeführt wurde. Das Bremsmoment durch Kompression wird wie folgt bestimmt:
Das durch den Antriebsmotor oder die Antriebseinheit 16 abgegebene Drehmoment ist eine Funktion der Dynamik von Motor und Umkehrstufe, von Nichtlinearitäten und Verlusten sowohl in dem Motor als auch in der Umkehrstufe als eine Funktion der Motordrehzahl. Die Drehmomentgrenze des Antriebsmotors ist wie folgt gekennzeichnet:

wobei bedeuten
J_m das Trägheitsmoment des Motors in kgm²;
T_m das mechanische Motordrehmoment in lbf-ft (1,3558 Nm); und
≙_r die Beschleunigung des Läufers in U/s² (rps²).
Der Betriebsstrom der Umkehrstufe ist eine Funktion der Drehzahl des Antriebsmotors, des abgegebenen Drehmomentes und der Klemmenspannung der nachstehend beschriebenen Batterie beim Autofahren und während einer Rückgewinnung:

wobei bedeuten
e_tb die Klemmenspannung der Batterie in Volt;
I_Betrieb der Betriebsstrom der Umkehrstufe in Ampere;
ω_r die Rotorfrequenz in U/s; und
η der kombinierte Wirkungsgrad von Motor und Umkehrstufe.
Gemäß Fig. 6 erfordert die durch das System 40 realisierte Steuerstrategie für Nutzbremsung folgende Eingaben (Pfeile links von Block 40):

- ein Bremsenschaltsignal (d. h. das anzeigt, ob die Bremsanlage aktiviert ist),
- die Stellung des Gaspedals (z. B. prozentualer Anteil des heruntergedrückten Pedals),
- den Zustand der Kupplung des Verbrennungsmotors (z. B. eingerückt/ausgerückt),
- den Zustand der Motorkupplung (z. B. eingerückt/ausgerückt),
- die Motordrehzahl,
- die Schätzung des Motordrehmomentes,
- die Auswahl des Signals der Betriebsart (z. B. Hybrid-Betriebsart, elektrische Betriebsart oder Betriebsart "Nur-Verbrennungsmotor"), lq (Drehmomentstrom des Motors),
- wirklicher Druck im Hauptzylinder und Ladezustand der Batterie.

Die Strategie erzeugt die folgenden Ausgänge Pfeile rechts von Block 40):

- ein Anforderungssignal an die Kupplung des Verbrennungsmotors HY_CLU_REQ (d. h. Einrücken/Ausrücken),
- ein Anforderungssignal lq (Drehmomentstrom des Motors) und
- ein Signal der Drosselklappenstellung des Verbrennungsmotors HY_THR_DEM.

Das Signal "Betriebsart auswählen" ist ein vom Fahrer gesteuertes Signal, das anzeigt, ob der Fahrer das Fahrzeug in der Hybrid-Betriebsart, der Betriebsart "Nur-Motor" oder in der Betriebsart "Nur-Verbrennungsmotor" betreibt. Wenn das Fahrzeug 10 in der Betriebsart "Nur-Verbrennungsmotor" betrieben wird, wird keine Nutzbremsung stattfinden, und die Ausgabe HY_CLU_REQ wird ständig auf den logischen Wert von 0 gesetzt, der bewirkt, dass ein Ausrücken der Kupplung des Verbrennungsmotors verhindert wird. Wenn das Fahrzeug in der Hybrid-Betriebsart betrieben wird, bestimmt das Steuersystem 40, ob das Fahrzeug nur den Verbrennungsmotor, nur den Motor oder sowohl den Verbrennungsmotor als auch den Motor gleichzeitig nutzt. Bei einem beliebigen Nutzbremsvorgang (einschließlich simuliertes Kompressionsbremsen) rückt das Steuersystem 40 die Kupplung 20 des Verbrennungsmotors aus (d. h. dadurch, dass der Anforderungsbefehl der Kupplung des Verbrennungsmotors HY_CLU_REQ auf den logischen Wert von 1 gesetzt wird), womit bewirkt wird, dass Widerstandskräfte im Verbrennungsmotor eliminiert werden und nur erlaubt wird, den Motor zur Verlangsamung des Fahrzeuges zu betreiben, wodurch die Größe der zurück gewonnenen Energie auf das Maximum eingestellt wird.
Wenn das Fahrzeug in der Betriebsart "Nur-Motor" betrieben wird oder wenn ein Bremszustand vorhanden ist (z. B. das Bremsenschaltsignal ist hoch oder besitzt einen logischen Wert von 1) oder wenn ein Gangschaltzustand besteht, dann wird die Anforderung an die Drosselung des Verbrennungsmotors außer Kraft gesetzt und der Verbrennungsmotor durch das Signal HY_THR_DEM auf eine Leerlaufdrehzahl eingestellt, wobei die Kupplung 20 des Verbrennungsmotors so beeinflusst wird, dass sie durch das Signal HY_CLU_REQ ausrückt.
Darüber hinaus kann die Kupplung 20 des Verbrennungsmotors, wenn das Fahrzeug in der Betriebsart "Nur-Motor" betrieben wird und der Ladezustand der Batterie hoch ist, bei bestimmten "Leerlaufbedingungen" (z. B. wenn die Stellung des Gaspedals unter einen bestimmten vorgegebenen Wert abfällt) eingerückt werden, was bewirkt, dass ein "Widerstand" oder wirkliches Kompressionsbremsen induziert wird, wodurch dem Fahrer bei Leerlaufbedingungen in allen Betriebsarten ein gleich bleibendes Gefühl vermittelt wird.
Bei Bremsvorgängen ist die Kupplung 20 des Verbrennungsmotors ausgerückt, wobei der Verbrennungsmotor auf Leerlaufdrehzahl erhöht wird (durch Verwendung des Signals HY_THR_DEM), und das Getriebe das Schalten fortsetzt, so dass das Getriebe sich in dem zweckmäßigen Gang befindet, wenn das Einrücken angefordert wird.
Das Signal der Motordrehzahl oder der Winkelgeschwindigkeit wird von einem Motordrehzahlsensor aufgenommen und von einem Winkelwert der Geschwindigkeit (z. B. in U/s) in einen linearen Wert der Geschwindigkeit (z. B. in Meter pro Sekunde) umgewandelt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Motordrehzahl unter einen vorgegebenen niedrigen Schwellenwert der Geschwindigkeit abfällt, wird ein linearer Anstieg auf das angeforderte Nutzbremsmoment aufgebracht (z. B. durch Verwendung des Anforderungssignals lq), wodurch die Nutzbremsung bei niedrigen Geschwindigkeiten stufenweise "ausläuft" oder ausgeschaltet wird, wenn wenig oder keine Energie zurück gewonnen werden kann.
HY_THR_DEM ist die Anforderung zur Drosselung des Verbrennungsmotors, und HY_CLU_REQ ein Signal, welches das selektive Einrücken/Ausrücken der Kupplung 20 des Verbrennungsmotors bewirkt. Wenn HY_CLU_REQ Null ist, verläuft das Schließen oder das Einrücken der Kupplung des Verbrennungsmotors unter Steuerung des Getriebereglers 54, und der koordinierte Regler 44 setzt dieses Signal nicht außer Kraft. Dies ermöglicht das Einrücken/Ausrücken der Kupplung 20 des Verbrennungsmotors unter Steuerung des Getriebereglers 54, wenn das Einrücken/Ausrücken der Kupplung 20 durch den Getrieberegler 54 (z. B. beim Schalten von Gängen) erwünscht ist. Das Signal HY_CLU_REQ wird bei Nutzbremsvorgängen auf 1 gestellt, was bewirkt, dass der koordinierte Regler 44 den Getrieberegler 54 außer Kraft setzt und bei Bremsvorgängen die Kupplung 20 des Verbrennungsmotors öffnet, wodurch die Energie, die erzeugt oder zurück gewonnen wird, auf das Maximum eingestellt wird.
Die Anforderungsausgabe lq ist die Anforderung von Drehmomentstrom in Ampere an den Antriebsmotor oder die Antriebseinheit 16. Dieser Stromwert wird innerhalb der positiven und negativen Hüllkurve des Drehmomentstromes des Motors eingestellt.
Das Steuersystem 40 bestimmt außerdem das "verfügbare Drehmoment des Motors" als eine Funktion der Motordrehzahl. Das Steuersystem 40 multipliziert dieses maximale Motordrehmoment, das als Funktion von Geschwindigkeit und Übersetzungsverhältnissen der Antriebseinheit verfügbar ist, damit es das maximale verfügbare Motordrehmoment wird, das auf das Signal der Räder (TmATwheelsMAX) bezogen ist. Wenn der absolute Wert der Anweisung des Motordrehmomentes in Nm geringer ist als das als Funktion der Winkelgeschwindigkeit verfügbare maximale Motordrehmoment, dann wird die Anweisung des Motordrehmomentes, die zum Motor übertragen wird (z. B. durch das Anforderungssignal lq) die Anweisung für beschränktes Motordrehmoment. Wenn der absolute Wert der Anweisung des Motordrehmomentes nicht geringer als das verfügbare maximale Motordrehmoment ist, dann wird andererseits die Anweisung für beschränktes Motordrehmoment, die zum Motor übertragen wird, das maximale Motordrehmoment, das als Funktion der Winkelgeschwindigkeit des Motors verfügbar ist. Das Signal des beschränkten Motordrehmoments wird anschließend mit dem beibehaltenen Vorzeichenwert, der aus der Anweisung für das Motordrehmoment bestimmt wird, multipliziert, um die Anweisung des gesamten Motordrehmomentes, das auf den Motor (Anforderung lq) bezogen ist, zu werden.
Die Nutzbremsstrategie nimmt Bremsdruckanweisungen von einem Drucksensor im Hauptzylinder als ein Signal (das z. B. den Druck in psi darstellt) auf. Dieses Signal wird möglicherweise in das elektrische Bremsmoment (z. B. in Nm) umgewandelt, das der Motor zur Verfügung stellen wird, um die Hydraulikbremsen zu unterstützen. Das Bremsenschaltsignal wird außerdem genutzt, um das Bremsen als Systemsicherung zu erfassen. Wenn der Bremsenschalter und der Sensor des Hauptzylinders niedrig sind (z. B. einem negativen oder logischen Wert von Null entsprechen), weist der Fahrer kein Bremsen an. Wenn ein Befehl des Bremsensensors vorhanden ist, dann weist der Fahrer Bremsen an.
Das Steuersystem 40 überwacht außerdem die Stellung des Gaspedals, die die Gaspedalanweisung des Fahrers darstellt. Wenn die Stellung des Gaspedals größer ist als ein beliebiger kalibrierter Wert oder der Bremsenschalter "hoch" (z. B. gleich einem positiven oder logischen Wert 1) ist, dann besteht ein "Pedalzustand", und der Fahrer verlangt Bremsen, Beschleunigung oder beides. Dieser "ODER"-Zustand wird durch eine Umkehrstufe (z. B. eine Negationsschaltung) übertragen und bildet einen Zustand "Nicht-Pedal", der zur Anweisung von simuliertem Bremsen durch Kompression (wie zuvor beschrieben) genutzt wird, um Widerstandskräfte des Motors in einem Verbrennungsmotor zu emulieren. Das Signal "Nicht- Pedal" und das Signal Bremsenschalter werden durch eine Oder-Schaltung übertragen, um ein Bremslogik genanntes Signal zu bilden, das hoch ist, wenn die Bremsen heruntergedrückt sind oder wenn simuliertes Kompressionsbremsen vorhanden ist (d. h., wenn ein negatives Motordrehmoment aufgebracht werden kann), wodurch angezeigt wird, dass ein Nutzbremszustand vorhanden ist.
Der Zustand der Kupplung des Verbrennungsmotors ist hoch, wenn die Kupplung eingerückt ist, und ist niedrig, wenn die Kupplung ausgerückt ist. Die Motordrehzahl und die Schätzung des Motordrehmomentes werden außerdem aufgenommen und in "Radleistung" von dem Motor in kW umgewandelt.
Das konkrete Iq-Signal wird durch das Steuersystem 40 genutzt, um die Schätzung des Motordrehmomentes (z. B. in Nm) zu bestimmen. Das konkrete lq-Signal befindet sich innerhalb der Hüllkurve des positiven und negativen Drehmomentstromes des Motors und die Schätzung des Motordrehmomentes innerhalb der Hüllkurve des positiven und negativen Drehmomentes im Vergleich zur Drehzahl des Motors (z. B. in Nm). Das Steuersystem nutzt diese Werte, um den Befehl des gesamten Motordrehmomentes (z. B. in Nm) zu bestimmen und die Anforderung Iq (z. B. in Ampere) zu berechnen.

PRÜFDATEN UND SIMULATIONSERGEBNISSE

Die vorliegende Erfindung wurde in einem Parallel-Hybrid-Elektrofahrzeug realisiert, und es wurden Versuchsdaten aufgenommen. Das Fahrzeug wurde in der Betriebsart "Nur-Verbrennungsmotor", der Betriebsart "Nur- Motor" und im Hybridmodus angetrieben, während Versuchsdaten aufgenommen wurden:
Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen jeweils Simulationen eines Profils mit geringer Beschleunigung/Verzögerung, das bei Hybridbetrieb mit einer Stufe von 10% wiederholt wurde, und eines im Hybridbetrieb wiederholten Profils mit geringer Beschleunigungl Verzögerung.
Diese Simulationen lieferten Daten, wie es in den Fig. 7 und 8 in Form von Registrierstreifen als Tabelle dargestellt ist: (von oben nach unten)

- Fahrzeuggeschwindigkeit in km/h (mph),
- Drosselklappenwinkel in Grad,
- Drehzahl des Verbrennungsmotors in U/min (rpm),
- Ganggröße,
- Achswellendrehmoment in Nm,
- Drehmoment des Verbrennungsmotors in Nm,
- Motordrehmoment in Nm,
- Stellung des Gaspedals in pro Einheit,
- Fehler der Geschwindigkeit zwischen Anweisung und Fahrzeug in km/s (mps) und
- Stellung der Kupplung in pro Einheit.

Fig. 7 veranschaulicht ein Profil von wiederholter Beschleunigung/Verzögerung. Im zweiten Gang unterstützt der Motor den Verbrennungsmotor auf Grund einer Anweisung des Fahrers an das Gaspedal von weniger als 80% nicht. Im dritten Gang ist die Unterstützung des Motors auf Grund dessen notwendig, dass der Fahrer eine Drosselung mit mehr als 80% anweist. Beim vierten Gang beschleunigt der Fahrer das Fahrzeug weiter und beginnt anschließend, das Fahrzeug abzubremsen.
Beim Abbremsen des Fahrzeuges wird es verzögert, der Winkel der Drosselklappe erhält die Anweisung, im Leerlauf zu laufen, die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird auf Leerlauf gesteuert, das Fahrzeug bleibt im vierten Gang, das Drehmoment der Achswellen wird negativ, der Motor wird als Generator betrieben und führt eine Nutzbremsung durch, die an die Antriebsräder ein negatives Drehmoment abgibt, die Stellung des Gaspedals ist Null, der Fehler der Fahrzeuggeschwindigkeit wird negativ und die Kupplung des Verbrennungsmotors rückt aus. Wenn das Fahrzeug verzögert wird, schaltet das Getriebe herunter. Wenn sich die Geschwindigkeit des Fahrzeuges Null nähert, verbleibt der Verbrennungsmotor im Leerlauf und es wird der erste Gang erreicht. Das Achswellendrehmoment und das Motordrehmoment werden Null und die Kupplung des Verbrennungsmotors bleibt offen. Der Fahrer weist dann eine Beschleunigung mit etwa 35 s an. Das Fahrzeug startet nur mit dem Motor bis in den zweiten Gang.
Fig. 8 veranschaulicht, dass der Start des Fahrzeuges im ersten Gang mittels des Antriebsmotors stattfindet. Beim zweiten Gang, der bei ungefähr sieben Sekunden auftritt, nimmt der Drosselklappenwinkel von Leerlauf bis etwa 70 Grad zu, steigt die Drehzahl des Verbrennungsmotors von Leerlauf auf etwa 4000 U/min linear an, nimmt das Drehmoment des Verbrennungsmotors von Null auf 60 Nm zu, fällt das Motordrehmoment von 50 Nm linear auf Null ab, wird die Anweisung des Fahrers an das Gaspedal weiter erhöht, beschleunigt das Fahrzeug weiter, ergibt sich das Achswellendrehmoment aus dem Drehmoment des Verbrennungsmotors, bewegt sich der Fehler der Fahrzeuggeschwindigkeit auf Null, und die Kupplung schließt. Der dritte Gang arbeitet als zweiter Gang. Während des Gangwechsels vom zweiten zum dritten Gang steigt das Motordrehmoment an, um beim Schalten der Gänge einzuspringen.
Beim Betrieb im vierten Gang unterbricht der Fahrer die Anweisung einer Fahrzeugbeschleunigung, wobei sich der Drosselklappenwinkel von 90 Grad auf Leerlauf verkleinert, die Drehzahl des Verbrennungsmotors von etwa 3000 U/min auf Leerlauf abfällt, das Achswellendrehmoment einen durch Nutzbremsen bewirkten Übergang zwischen positivem Drehmoment zu negativem Drehmoment zeigt, der Verbrennungsmotor ein positives Drehmoment, Übergänge zu einem negativen Bremsmoment und anschließend zum Drehmoment im Leerlauf, die Motorübergänge vom positiven Antriebsmoment zum Nutzbremsmoment erzeugt, der Geschwindigkeitsfehler negativ wird, die Kupplung nicht vollständig einrückt und anschließend ausrückt. Wenn der Verbrennungsmotor beim Übergang vom positiven Drehmoment zum negativen Drehmoment ein negatives Bremsmoment bereitstellt, ist die Kupplung ausgerückt, so dass eine Nutzung des Nutzbremsmoments optimiert wird. Zu Beginn des Betriebes im vierten Gang weist der Fahrer vorübergehend eine Drosselung von über 80% an. Während dieser Zeit erzeugt der Motor, nachdem eine Überbrückung des Drehmomentes beim Schalten der Gänge von drei auf vier bewirkt wird, eine Verstärkung des Drehmomentes.
Das Fahrzeug führt eine Verzögerung bis zum Halt durch, der Drosselklappenwinkel verbleibt im Leerlauf, die Fahrzeuggeschwindigkeit bleibt im Leerlauf, der Gang wechselt von vier auf eins, selbst wenn die Kupplung ausgerückt ist, so dass der Gang, wenn der Fahrer plötzlich eine Beschleunigung angewiesen hätte, passend sein würde, das Achswellendrehmoment wird Null, wenn das Nutzbremsmoment nicht mehr aufgefangen werden kann, indem die Aufgabe, eine Verzögerung des Fahrzeuges fortzusetzen, den Hydraulikbremsen allein überlassen wird; das Drehmoment des Verbrennungsmotors beträgt Null, das Drehmoment des Motors fällt auf Null, wenn die Nutzbremsung beendet ist, das Gaspedal bleibt durch den Fahrer unberührt, der Fehler der Fahrzeuggeschwindigkeit fällt auf Null und die Kupplung bleibt ausgerückt. Bei einer Anforderung durch den Fahrer beschleunigt das Fahrzeug wieder in einer ähnlichen Weise.
Es wird verständlich, dass die Erfindung durch die exakte Konstruktion oder das Verfahren, die oben dargestellt und beschrieben wurden, nicht eingeschränkt ist, sondern dass verschiedene Änderungen und/oder Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und! oder dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Hybrid-Elektrofahrzeug, umfassend ein Paar Räder, einen Antriebsstrang, der das Paar Räder antreibt, einen Verbrennungsmotor, der mit dem Antriebsstrang selektiv und funktionswirksam verbunden ist und ein erstes Drehmoment selektiv an den Antriebsstrang abgibt;
eine erste Kupplung, die den Verbrennungsmotor selektiv mit dem Antriebsstrang verbindet und von diesem trennt; gekennzeichnet durch einen Motor/Generator, der an den Antriebsstrang die Größe eines negativen Drehmoments selektiv abgibt, das wirksam ist, um bei bestimmten Bremsvorgängen Energie zurück zu gewinnen;
mindestens einen Sensor, der zumindest eine wesentliche Eigenschaft des Fahrzeuges misst; und
ein Steuersystem, das zur Übertragung mit dem mindestens einen Sensor, der ersten Kupplung und dem Motor/Generator gekoppelt ist, und das wirksam ist, um bei den bestimmten Bremsvorgängen die erste Kupplung selektiv aus dem Eingriff zu bringen, wodurch der Verbrennungsmotor bei den bestimmten Bremsvorgängen von dem Antriebsstrang getrennt wird, und um den Betrag des negativen Drehmomentes basierend auf zumindest der einen wesentlichen Eigenschaft des Fahrzeuges zu steuern.

2. Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor aus einem Drucksensor besteht, und bei dem die zumindest eine wesentliche Eigenschaft des Fahrzeuges der Druck des Hauptzylinders oder/und die Drehzahl des Motors/Generators ist.

3. Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor aus einem Positionssensor des Gaspedals besteht, und bei dem die zumindest eine wesentliche Eigenschaft des Fahrzeuges in der Stellung des Gaspedals besteht.

4. Hybrid-Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem außerdem wirksam ist, um die erste Kupplung basierend auf der Stellung des Gaspedals auszurücken und zu bewirken, dass die Motor/Generator-Baugruppe eine auf der Stellung des Gaspedals basierende, simulierte Kompressionsbremskraft auf den Antriebsstrang bewirkt, und das wirksam ist, um einen Widerstand des Verbrennungsmotors zu simulieren und Energie zurück zu gewinnen.

5. Hybrid-Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanlage weiterhin umfasst: ein hydraulisches Bremssystem, das für das Fahrzeug eine Reibungsbremskraft selektiv bereitstellt; und in dem das Steuersystem außerdem wirksam ist, um das Nutzmoment und die Reibungsbremskraft basierend auf zumindest einer wesentlichen Eigenschaft des Fahrzeuges zu steuern.

6. Hybrid-Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Batterie, die die zurück gewonnene Energie von dem Motor/Generator selektiv aufnimmt; und bei dem das Steuersystem außerdem wirksam ist, um die Größe des negativen Drehmoments basierend auf einem Ladezustand der mindestens einen Batterie zu steuern.

7. Hybrid-Elektrofahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem wirksam ist, um die Nutzbremskraft zu reduzieren, vorzugsweise linear, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges unter einen vorgegebenen Wert abfällt.

8. Verfahren zur Bereitstellung von Nutzbremsung in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer Achseinheit-Baugruppe, die selektiv mit einem Antriebsstrang verbunden werden, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
Abtasten eines Bremsvorgangs;
Veranlassen, dass die Achseinheit ein Nutzbremsmoment an den Antriebsstrang abgibt, das wirksam ist, um eine Größe von Energie zu erzeugen; und
selektives Trennen des Verbrennungsmotors von dem Antriebsstrang während des Bremsvorganges, das eine Erhöhung der Größe der bei diesem Bremsvorgang erzeugten Energie bewirkt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Schritte:
Abtasten einer Gaspedalstellung; und
Selektives Veranlassen, dass die Achseinheit-Baugruppe ein Nutzbremsmoment basierend auf der Gaspedalstellung zur Verfügung stellt, wenn das Fahrzeug in der Betriebsart "Nur-Motor" läuft, wobei das Nutzbremsmoment einen Wert besitzt, der wirksam ist, um eine Bremskraft durch Kompression im Verbrennungsmotor zu simulieren.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch die Schritte:
Selektives Trennen des Verbrennungsmotors von dem Antriebsstrang basierend auf der Gaspedalstellung, wenn das Fahrzeug im Hybridantriebsmodus läuft, und veranlassen, dass die Achseinheit- Baugruppe ein Nutzbremsmoment mit einem Wert bereitstellt, der wirksam ist, um eine Kompressionsbremskraft im Verbrennungsmotor zu simulieren.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug außerdem eine Batterie enthält, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen eines Ladezustandes der Batterie; und
Durchführen einer Kompressionsbremsung mit dem Verbrennungsmotor, wenn der Ladezustand der Batterie gefüllt ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Abtasten eines Druckes im Hauptzylinder; und
Steuern des Nutzbremsmomentes basierend auf dem Druck im Hauptzylinder.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nutzbremsmoment reduziert wird, wenn der Druck im Hauptzylinder zunimmt, nachdem der Druck im Hauptzylinder einen vorgegebenen Wert überschreitet.