DE60109854T2 - Elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, wie es durch die US-A-6 053 842 bekannt ist.
  • Elektrische Fahrzeugantriebssysteme oder elektrische Drehstromfahrantriebe wurden vorgeschlagen, um einige der Unzulänglichkeiten von mechanischen Übersetzungssystemen zu überwinden, wie zum Beispiel eine begrenzte Anzahl von Geschwindigkeitsstufen, gesteigerte Kosten bei der Konstruktion und Herstellung von Komponenten und begrenzte Fahrzeugkonfigurationsoptionen. Ein derartiges elektrisches Antriebssystem, wie in US-A-5,568,023 gezeigt, enthält üblicherweise einen verbrennungsmotorangetriebenen elektrischen dreiphasigen Motor/Generator, der an einen Wechselrichter/Gleichrichter gekoppelt ist, welcher wiederum an einen DC-Bus angeschlossen ist. Der Bus speist einen Wechselrichter/Gleichrichter, welcher Leistung an einen Traktions-Motor/Generator liefert, welcher eine Achse oder ein Rad antreibt. Die Wechselrichter/Gleichrichter invertieren den Gleichstrom des Bus in dreiphasigen Wechselstrom bei einer Frequenz, um die Räder mit einer durch die Bedienungsperson eingestellten Drehzahl anzutreiben. Eine über die Räder an den Traktor angelegte externe Kraftquelle, die bestrebt ist, den Traktor mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die schneller ist, als die angeforderte Geschwindigkeit, veranlasst die Motoren als Generatoren zu arbeiten, und die ganze Abfolge der Leistungsumformung wird umgedreht, so dass in die Arbeitsmaschine zurückkehrende mechanische Leistung erzeugt wird. Dieser Regenationsprozess veranlasst die Verbrennungsmaschine Leistung von der extern aufgezwungenen Last auf eine Weise aufzunehmen, die ähnlich wie die gängiger mechanischer Getriebe ist.
  • Üblicherweise wird die Drehzahl der Traktions-Motor/Generatoren eingestellt, indem die Frequenz des die Motoren antreibenden Stroms eingestellt wird. Wenn die Drehzahlsteuerung wirksam ist, übernimmt der Antrieb die ganze Kraft- und Drehmoment-Befehlsgewalt. Bedienungspersonen konventioneller Traktoren mit mechanischen Getrieben können ein Kupplungspedal niederdrücken, um das das Fahrzeug antreibende Drehmoment auszukuppeln oder zu reduzieren. Durch Einrücken oder Ausrücken solch einer mechanischen Kupplung kann die Bedienungsperson das Drehmoment einstellen, welches durch den Verbrennungsmotor angelegt wird, um das Fahrzeug zu bewegen. Daher kann die Bedienungsperson durch Modulation des Eingriffs der Kupplung die Bewegung des Fahrzeugs steuern, in dem die Antriebskraft oder das Antriebsdrehmoment, welche die Räder ausüben können, eingestellt wird. Es wäre wünschenswert, eine ähnliche kupplungsartige Steuerfähigkeit in einem elektrischen Antriebssystem zu haben.
  • Dementsprechend ist es ein Ziel dieser Erfindung ein elektrisches Fahrzeugantriebssystem mit einer Steuerung bereitzustellen, welche auf eine Weise arbeitet, die ähnlich wie eine Kupplungssteuerung eines konventionellen mechanisch angetriebenen Fahrzeugs ist.
  • Dieses und andere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung gemäß Patentanspruch 1 erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält ein elektrisches Fahrzeugantriebssystem einen verbrennungsmotorangetriebenen elektrischen Motor/Generator, einen ersten mit dem Motor/Generator verbundenen Wechselrichter/Gleichrichter, einen mit dem ersten Wechselrichter/Gleichrichter verbundenen Bus, einen zweiten mit dem Bus verbundenen Wechselrichter/Gleichrichter und einen mit dem Ausgang des zweiten Wechselrichter/Gleichrichter verbundenen Traktions-Motor/Generator. Elektrische Steuereinheiten steuern den Betrieb der Wechselrichter/Gleichrichter in Abhängigkeit von einem Geschwindigkeitssteuerbedienelement. Außerdem ist ein durch die Bedienungsperson betätigbares Fußpedal mit einem Messwandler verbunden, der ein Begrenzungsbefehlssignal erzeugt, welches die Position des Fußpedals repräsentiert. Eine elektronische Steuereinheit empfängt das Begrenzungsbefehlssignal und begrenzt die Stromversorgung von dem zweiten Wechselrichter/Gleichrichter an den Traktions-Motor/Generator auf einen Grenzstrom, welcher eine Funktion des Begrenzungsbefehlssignals und der Motordrehzahl ist.
  • Die Erfindung und weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Anordnungen der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert, in denen:
  • 1 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines elektrischen Fahrzeugantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
  • 2 ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Bedienungsbaugruppe zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung ist und
  • 3 ein logisches Flussdiagramm eines Algorithmus ist, der von der Fahrzeug-ECU des Steuersystems der 1 ausgeführt wird.
  • Bezugnehmend auf 1 enthält ein elektrisches Fahrzeugantriebssystem 10 eine Verbrennungskraftmaschine (ENGINE) 12, die durch eine elektronische Maschinensteuereinheit (ENGINE ECU) 13 gesteuert wird. Die Maschine 12 treibt einen elektrischen dreiphasigen Motor/Generator 14 an, welcher elektrische Leistung an einen bi-direktionalen Wechselrichter/Gleichrichter (I/R) 16 liefert und von diesem empfängt, wobei letzterer an einen Hochspannungs-Gleichstrom-Bus (DC BUSS) 18 gekoppelt ist. Der Bus 18 speist Leistung an bi-direktionale Wechselrichter/Gleichrichter (I/R) 20 und 22 und empfängt Leistung von diesen. Der Wechselrichter/Gleichrichter 20 ist mit dem Traktions-Motor/Generator (Frontmotor) 24 gekoppelt, welcher die Vorderräder 26 antreibt und Leistung von diesen erhält. Der Wechselrichter/Gleichrichter 22 ist mit dem Traktions-Motor/Generator (Heckmotor) 28 gekoppelt, welcher über die Achse 32 und über ein Drehzahlreduktionsgetriebe 34 die Hinterräder 30 antreibt und Leistung von diesen erhält. Das Drehzahlreduktionsgetriebe 34 enthält ein Hoch/Tief-Bereichsgetriebe 35, welches durch einen Hoch/Tief-Bereichswahlhebel 37 betätigt wird. Jeder Wechselrichter/Gleichrichter 16, 20 und 22 wird durch eine zugehörige Mikro-Steuereinheit (MC) 17, 21 bzw. 23 gesteuert. Der Antriebsstrang umfasst keine Batterien, wie sie normaler Weise bei Antrieben für Automobile und Busse verwendet werden.
  • Die Motoren 24 und 28 sind vorzugsweise bürstenlose DC-Permanentmagnetmotoren. Vorzugsweise treibt der hintere Motor 28 die Hinterachse über ein mechanisches Zweigangschaltgetriebe an. Ein zweistufiges Getriebe hat einen leistungsfähige Motorbetrieb zur Folge, weil der höhere Gang die gewünschte Drehzahl für Transportgeschwindigkeiten für die Achse bereitstellt, während der niedrige Gang das gewünschte Drehmoment für schwere Zugarbeiten bei niedrigen Geschwindigkeiten für die Achse bereitstellt.
  • Eine elektronische Fahrzeugsteuereinheit (VEH. ECU oder VCU) 40 kommuniziert mit einem Bedienungssteuerbauteil 36, der ECU 13, verschiedenen Sensoren (nicht gezeigt) und den Mikro-Steuereinheiten 21 und 23. Wie am besten aus 2 ersichtlich, enthält das Steuerbauteil 36 einen in einem Führungsschlitz 64 beweglichen Geschwindigkeitssteuerhebel 62 (oder Pedal oder dessen Entsprechung) mit einem Vorwärtszweig 66, einem Rückwärtszweig 68, einem Parkzweig 70, einer Neutralposition 72 und einer Nullgeschwindigkeitshalteposition 74. Das Steuerbauteil 36 enthält auch konventionelle Messwandler 76, welche funktionsfähig mit dem Hebel 62 verbunden sind und welche Hebelpositionssignale erzeugen, die an die VCU 40 übermittelt werden. Das Steuerbauteil kann ähnlich dem Schaltquadrant sein, welcher auf produzierten John Deere Traktoren der 7000-er Serie verwendet wird. Vorzugsweise enthält das Steuerbauteil 36 des Weiteren einen Drehmomenthalteschalter 78, der funktionsfähig mit dem Hebel 62 in Verbindung steht und welcher ein Drehmomenthaltesignal erzeugt, wenn der Hebel 62 in einer Neutral- oder Parkposition ist.
  • Wiederum bezugnehmend auf 1 sind mit jedem der Motor/Generatoren 14, 24 und 28 Rotorpositionssensoren 44, 46 und 48 gekoppelt und liefern ein Rotationspositionssignal an die entsprechenden Mikro-Steuereinheiten 17, 21 und 23, welche daraus ein Geschwindigkeitssignal ableiten. Die Wechselrichter/Gleichrichter 20, 22 invertieren und konvertieren den Strom des Gleichstrom-Bus in einen dreiphasigen Wechselstrom bei einer Frequenz, um die Räder mit einer Drehzahl anzutreiben, die durch die Bedienungsperson über den Geschwindigkeitssteuerhebel 62 vorgegeben wurde. Die Rotorpositionssensoren 46, 48 und die Mikro-Steuereinheiten 21, 23 bilden einen geschlossenen Drehzahlregelkreis für jeden der elektrischen Antriebsmotoren 24 und 28, in welchem die Mikro-Steuereinheiten 21, 23 einen Drehzahlfehler aus der Differenz zwischen der durch den Hebel 62 vorgegebenen Drehzahl und der aus den Sensoren 46, 48 abgeleiteten tatsächlichen Drehzahl berechnen und einen Strom in Abhängigkeit der Funktion des Drehzahlfehlers an die Motoren anlegen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine zusätzliche Bedienungssteuervorrichtung, vorzugsweise ein fußbetätigtes Pedal 50, mit einem Messwandler 54, wie beispielsweise ein Potentiometer, verbunden, welcher ein Messwandlersignal (oder Befehlsbegrenzungssignal) erzeugt, welches die Position des Pedals 50 repräsentiert. Eine Feder spannt das Pedal 50 in seine angehobene Position vor. Ein Vorderradantriebsschalter (FWD-Schalter) 56 mit drei Positionen sowie linke und rechte Bremsschalter (L BRK., R BRK.) 58 und 60 sind ebenfalls mit der VCU 40 verbunden. Die Bremsschalter sind vorzugsweise funktionsmäßig mit linken und rechten Bremsen (nicht gezeigt) verbunden. Die VCU 40 empfängt Signale von den Schaltern 56, 58 und 60, dem Geschwindigkeitssteuerhebel 62 und dem Kupplungspedalmesswandler 52. Die VCU 40 empfängt auch Signale von einem Bereichsgetriebesensorschalter 61, welcher der CVU 40 ein Signal zur Verfügung stellt, welches den Zustand des Hoch/Tief-Bereichsgetriebes 35 repräsentiert. Die CVU 40 führt einen Algorithmus aus, welcher in vereinfachter Weise durch die 3 wiedergegeben ist, und erzeugt ein Drehmomentbegrenzungssignal, welches einen Wert aufweist, der zwischen 0 und 100% variieren kann. Die Wechselrichter/Gleichrichter 20, 22 und ihre zugehörigen Mikro-Steuereinheiten 21, 23 kooperieren als Antwort auf das Drehmomentbegrenzungssignal, um die Stromversorgung zu den Traktions-Motor/Generatoren 24, 28 und entsprechend deren Drehmoment zu begrenzen.
  • Bezugnehmen auf 3 beginnt der Algorithmus mit Schritt 100, wenn er von einer Hauptalgorithmusschleife (nicht gezeigt) aufgerufen wird, die ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlssignal erzeugt, welches an die Mikro-Steuereinheit 21, 23 angelegt wird. Schritt 102 fragt die verschiedenen Sensoren und Bedienungsvorgaben ab und konvergiert analoge Signale in digitale Signale. Schritt 104 konvergiert die Werte von Schritt 102 in technische Einheiten. Schritt 106 skaliert und addiert eine Messwertverschiebung (Offset) zu dem Signal des Messwandlers 52, um ein Kupplungsbefehlssignal zu bilden, so dass der Bereich des Kupplungsbefehlssignals mit einem oberen Abschnitt des Bewegungsbereichs des Pedals 50 korrespondiert. Vorzugsweise korrespondiert 100% des Kupplungsbefehlssignals mit einer Position des Pedals 50, die etwas unter seiner voll angehobenen Position liegt, und ein Kupplungsnullbefehlssignal korrespondiert damit, dass das Pedal 50 um ungefähr 75% hinuntergedrückt ist. Schritt 108 berechnet ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlssignal (Veh_spd_cmd), dass auf einer Fahrzeugbetriebsart und der Position des Geschwindigkeitssteuerhebels 62 basiert.
  • Schritt 110 prüft die Konsistenz der Eingangssignale und führt eine Sicherheitsprüfung durch. Wenn ein Fehler vorliegt, richtet Schritt 110 den Algorithmus auf Schritt 112, welcher einen Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlswert auf Null setzt und einen Drehmomentbegrenzungswert auf Null setzt, andernfalls auf Schritt 114.
  • Schritt 114 begrenzt die Änderungsrate des Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlswertes.
  • Schritt 116 berechnet eine Heckmotordrehzahl, die erforderlich ist, um die gewünschte Drehzahl zu erreichen, welche auf dem Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlswert, Veh_spd_cmd, und auf einer Hinterachsgetriebeübersetzung basiert, gemäß der folgenden Computeranweisungen in C-Sprache:
  • Figure 00080001
  • Veh_spd_cmd ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehl, der von den Bedienungseingaben berechnet wurde und durch die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt wird. Er ist eine Funktion eines wirksamen Hinterachsgetriebe/Reifen-Verhältniswertes, RRGrad, der durch einen Bereichsgetriebesensor 61 bestimmt wurde. Lo_Rng ist wahr, wenn der Wahlhebel 37 sich in seiner Niedergeschwindigkeitsposition befindet. Hi_Gear_Ratio ist das Verhältnis der Hinterradgeschwindigkeit zu der Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Hochgeschwindigkeitsbereich des Getriebes 35. Er schließt den Effekt des Hinterradreifenrollradius sowie das gegenwärtige Untersetzungsverhältnis ein. Lo-Gear-Ratio ist das Verhältnis der Hinterradgeschwindigkeit zu der Fahrzeuggeschwindigkeit in dem Niedergeschwindigkeitsbereich. Schließlich wird der Heckmotordrehzahlbefehl, Rmot_Spd_Cmd, als Funktion der Getriebeübersetzung, RRGrad, multipliziert mit veh_spd_cmd berechnet.
  • Schritt 118 berechnet einen Heckmotordrehmomentbegrenzungswert als Funktion aus der Position des Kupplungsbefehlssignals und des Geschwindigkeitssteuerhebels 62 gemäß den folgenden Computeranweisungen in C-Sprache:
  • Figure 00090001
  • Das Hinterachsdrehmomentniveau wird gleich gesetzt mit Torq_Lim, welches der gewünschte Prozentsatz des verfügbaren Drehmoments ist, der für eine Geschwindigkeitssteuerung verwendet wird und auf der Position des durch die Bedienungsperson betätigbaren Kupplungspedals beruht. Der resultierende Rmot_Torq_Lim wird an die Heckmotorsteuereinheit übergeben, und es ist der maximale Prozentsatz des verfügbaren Drehmoments, den die Steuereinheit anlegen kann, bei ihrem Versuch, die befohlene Heckmotordrehzahl aufrechtzuerhalten. Wenn das Lastdrehmoment unter diesem Niveau liegt, wird die befohlene Motor(Rad)Drehzahl beibehalten. Wenn das Lastdrehmoment über diesem Niveau liegt, wird die Motor(Rad)Drehzahl verlangsamt.
  • Die Anweisung Torq_Hld==FALSE prüft, ob der Geschwindigkeitssteuerhebels 62 in der Neutralposition 72 ist. Trq_Hld ist immer wahr, wenn der durch die Bedienungsperson betätigbare Steuerhebel 62 sich nicht in seiner Nullgeschwindigkeitsposition 74 befindet. Wenn sich der Hebel 62 in der Nullgeschwindigkeitsposition befindet, kann die Bedienungsperson den Trq_Hld-Schalter 78 ein- oder ausrücken, um einerseits Trq_Hld wahr zu machen, in welchem Fall die Motorsteuereinheit 17 ein Drehmoment (bis zu Torq_Lim) anlegt, um die befohlene Geschwindigkeit (Null) aufrechtzuerhalten, oder um andererseits Trq_Hld falsch zu machen, in welchem Fall die Bedienungsperson einen Freilauf (Neutral) oder ein Nullmotordrehmoment befielt, unabhängig von der Position des Kupplungspedals 50.
  • Schritt 120 berechnet einen Frontmotordrehzahlbefehlswert, Fmot_Spd-Cmd, der erforderlich ist, um die gewünschte Drehzahl zu erreichen, welche auf dem Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehlswert und auf einer Vorderachsgetriebeübersetzung basiert, gemäß der folgenden Computeranweisungen in C-Sprache:
    Figure 00100001
    wobei FRGrat das Verhältnis zwischen Vorderrad- und Hinterraddrehzahlen ist. Er schließt den Effekt des Hinterradreifenrollradius sowie das aktuelle Untersetzungsverhältnis ein. Bst ist ein wirksames Boostverhältnis der Vorderrad- zu der Hinterraddrehzahl, um eine angemessene Lastverteilung aufrechtzuerhalten. Folglich ist der Frontmotordrehzahlbefehl ein Produkt aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehl, der vorliegenden Getriebeübersetzung und dem Boostfaktor.
  • Die simultane Betätigung beider Bremspedale modifiziert diesen Geschwindigkeitsbefehl, wie unten in Zusammenhang mit Schritt 122 beschrieben wird.
  • Schritt 122 berechnet einen Frontmotordrehmomentgrenzwert als eine Funktion der Position des Pedals 50 und des Geschwindigkeitssteuerhebels 62 gemäß den folgenden Computeranweisungen in C-Sprache:
  • Figure 00100002
  • Figure 00110001
  • In Anweisung (1) wird ein Frontmotordrehmomentgrenzwert gesetzt, der auf der Position des Kupplungspedals 50 basiert, wobei Torq_Lim der gewünschte Prozentwert des verfügbaren Drehmoments ist, welches zur Geschwindigkeitssteuerung verwendet wird, die auf der Position des Kupplungspedals basiert. Der resultierende Fmot_Torq_Lim wird an die Frontmotorsteuereinheit 21 übergeben, und es ist der maximale Prozentwert des verfügbaren Drehmoments, den die Steuereinheit anlegen kann, bei ihrem Versuch, die befohlene Frontmotordrehzahl aufrechtzuerhalten. Wenn das Lastdrehmoment unter diesem Niveau liegt, wird die befohlene Motor(Rad)Drehzahl beibehalten. Wenn das Lastdrehmoment über diesem Niveau liegt, wird die Motor(Rad)Drehzahl verlangsamt.
  • In Anweisung 2 und 3 repräsentiert der Trq_Hld-Wert den Zustand des Schalters 78 und ist immer wahr, wenn der durch die Bedienungsperson betätigbare Steuerhebel 62 sich nicht in seiner Nullgeschwindigkeitsposition 74 befindet. Wenn sich der Hebel 62 in der Nullgeschwindigkeitsposition befindet, kann die Bedienungsperson den Trq_Hld-Schalter 78 ein- oder ausrücken, um Trq_Hld wahr zu machen, in welchem Fall die Motorsteuereinheit Drehmoment (bis zu Torq_Lim) anlegt, um die befohlene Geschwindigkeit (Null) aufrechtzuerhalten, oder um Trq_Hld falsch zu machen, in welchem Fall die Bedienungsperson einen Freilauf (Neutral) oder ein Nullmotordrehmoment befielt, unabhängig von der Position des Kupplungspedals 50.
  • Mit Bezug auf die Anweisungen 4 und 5 steuert der FWD-Schalter 56 den Eingriff des Vorderradantriebs. Die drei Stellungen des Schalters 56 setzen MFWD_On auf wahr (ON) oder falsch (OFF) oder in eine dritte Automatikbetriebsart (AUTO). In der Automatikbetriebsart ist der Vorderradantrieb eingerückt (Fmot_Torq_Lim=Torq_Lim) unterhalb einer Drehzahl von Auto_maxf (bei Vorwärtsfahrt), und er ist ausgerückt (Fmot_Torq_Lim=0) oberhalb dieser Geschwindigkeit. Bei Rückwärtsfahrt und Automatikbetriebsart ist der Vorderradantrieb eingerückt (Fmot_Torq_Lim=Torq_Lim) unterhalb einer Drehzahl von Auto_maxr und ist ausgerückt (Fmot_Torq_Lim=0) oberhalb dieser Geschwindigkeit.
  • Anweisungen 6–12 setzen das MFWD_Auto-Merkmal in Gang.
  • Die Anweisungen 13–17 bewirken, dass die Frontmotorsteuereinheit 21 das Drehmoment des Frontmotors 24 bei einem Minimum von 10% des Maximums immer dann aufrechterhält, wenn der Frontmotordrehzahlbefehl 3000 U/min (rpm) übersteigt, es sei denn, ein tieferes Drehmoment wird durch das Kupplungspedal 50 gefordert.
  • Die Anweisungen 18–21 liefern eine Bremspedalübersteuerungsfunktion. Um ein Vorderradbremsmoment für den Fall bereitzustellen, dass beide Bremsen 58, 60 angelegt sind (Rt_Brk= wahr und Lt_Brk= wahr), übersteuern die Anweisungen 18–21 alle anderen an den Frontmotor gerichteten Drehzahl- und Drehmomentbefehle. Immer wenn beide Bremsen angelegt sind, wird ein Verzögerungsmoment bis zu der Größe von Brk_Torq angelegt, um das Fahrzeug zu verlangsamen (unabhängig von der Fahrzeugrichtung).
  • Schritt 124 modifiziert den Fronmotordrehmomentgrenzwert auf Null, wenn der FWD-Schalter 56 sich in seiner OFF-Position befindet oder wenn der FWD-Schalter 56 sich in seiner AUTO-Position befindet und die Frontmotordrehzahl eine vorgegebene Grenzdrehzahl überschreitet.
  • Schritt 126 setzt die Frontmotordrehzahl auf Null und setzt den Frontmotordrehmomentgrenzwert auf einen vorgegebenen Prozentsatz des maximal verfügbaren Drehmoments bei gegenwärtiger Motordrehzahl, wenn sowohl der linke als auch der rechte Bremsschalter 58 und 60 betätigt sind.
  • Schritt 128 veranlasst einen Ausstieg aus diesem Unterprogramm.
  • Damit repräsentiert die voll angehobene Position des Pedals 50 eine 100% Stromgrenze, das ist 100% des Drehmoments, das der Motor 24 oder 28 bei seiner gegenwärtigen Betriebsgeschwindigkeit ausüben kann. Niederdrücken des Pedals verdreht das Potentiometer 52 und ändert das an die VCU 40 gelieferte Kupplungsbefehlssignal. Die Bedienungsperson gibt über den Geschwindigkeitssteuerhebel 62 einen Fahrzeuggeschwindigkeitsbefehl ein, welchen die VCU, durch die Schritte 116 und 120, in Heck- und Frontmotordrehzahlbefehle für den elektrischen Heckantriebsmotor 28 und für den elektrischen Fronantriebsmotor 24 umwandelt. Jeder der elektrischen Antriebsmotoren 24 und 28 befindet sich in einer geschlossenen Drehzahlsteuerschleife, die durch die Rotorpositionssensoren 46, 48 und die Mikro-Steuereinheiten 21, 23 gebildet werden und in denen die Mikro-Steuereinheiten 21, 23 einen Motordrehmomentbefehlswert erzeugen, welcher eine Funktion des Drehzahlfehlers ist, der die Differenz zwischen der in den Schritten 116 und 120 aus dem Hebel 62 berechneten, geforderten Drehzahl und der von den Sensoren 46, 48 abgeleiteten gegenwärtigen Drehzahl ist. Das durch jeden der Motoren 24, 28 erzeugte Drehmoment ist eine Funktion des Motorstromes. Vorzugsweise ist der Strom ebenfalls durch die Mikro-Steuereinheiten 21 und 23 elektronisch begrenzt, um den Motor und die Steuereinheit zu schützen. Zusätzlich wird der Motorstrom und das Motordrehmoment gemäß der vorliegenden Erfindung weiter begrenzt oder variiert als eine Funktion der Position des Pedals 50.
  • Wenn das Pedal 50 niedergedrückt ist, reagiert die VCU 40 auf das sich ändernde Kupplungsbefehlssignal vom Potentiometer 52, in dem es die Mikro-Steuereinheiten 21, 23 veranlasst, den an die Motoren 24, 28 gelieferten Strom zu reduzieren und damit das Drehmoment der Motoren zu begrenzen bis das Drehmoment bei einer nahezu vollständig niedergedrückten Position des Pedals 50 Null erreicht. Vom Standpunkt der Bedienungsperson aus arbeitet und reagiert dieses System wie eine mechanische Rutschkupplung, jedoch gibt es keine Schlupfflächen die abnutzen, und die Steuerung ist einfacher auszuführen. Das System kann bei niedrigem Drehmomentniveau unbegrenzt arbeiten, ohne dass irgendeine Komponente beschädigt wird. Das System erlaubt es einer Bedienungsperson, das Fahrzeug langsam und mit geringer Kraft zu bewegen, wie zum Beispiel beim Manövrieren nahe an Gebäuden oder beim Ankuppeln von Arbeitsgeräten. Dieses System erlaubt es der Bedienungsperson den Antrieb langsam und sanft einzurücken und die ausgeübte Kraft genau zu steuern. Es ist möglich, dass die Antriebsachsen ein volles Drehmoment bei niedriger Drehzahl oder Null-Drehzahl ausüben, wobei sich die Verbrennungsmaschine im Wesentlichen im Leerlauf dreht. Mit dem Kupplung/Langsamfahrt-Pedal hat die Bedienungsperson die volle Kontrolle über das Achsdrehmoment, so dass das gewünschte Niveau des Antriebsstrangdrehmoment selbst dann aufrechterhalten werden kann, wenn an die Bedienungsperson gerichtete Hinweise bezüglich des Antriebsstrangdrehmomentniveau, Maschinengeräusch, weniger wahrnehmbar sind. Dies macht es einfacher, das Fahrzeug zu steuern, beispielsweise beim Ankuppeln von Arbeitsgeräten.
  • Mit diesem System wird die Maschinenleistung unabhängig von der Maschinendrehzahl an die Traktionsantriebe übertragen, mit einer mechanisch einfachen Konstruktion und mit einem stufenlosen Übersetzungsverhältnis. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem besonderen Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, versteht es sich, dass im Lichte der vorhergehenden Beschreibung viele Alternativen, Abwandlungen und Variationen für einen Fachmann offensichtlich sind. Dementsprechend ist diese Erfindung dazu bestimmt, alle solche Alternativen, Abwandlungen und Variationen zu umfassen, die in den Geltungsbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims (7)

  1. Ein elektrisches Fahrzeugantriebssystem mit einer Verbrennungsmaschine (12), einem durch die Maschine (12) angetriebenen elektrischen Motor/Generator (14), einem ersten mit dem Motor/Generator (14) verbundenen Wechselrichter/Gleichrichter (16), einem mit dem ersten Wechselrichter/Gleichrichter (16) verbundenen Bus (18), wenigstens einem zweiten mit dem Bus (18) verbundenen Wechselrichter/Gleichrichter (20, 22) und einem mit dem Ausgang des zweiten Wechselrichter/Gleichrichters (20, 22) verbundenen Traktions-Motor/Generator (24, 28), einem Geschwindigkeitssteuerbedienelement (62) und einer mit dem zweiten Wechselrichter/Gleichrichter (20, 22) verbundenen Steuereinheit (21, 23) zur Steuerung einer Stromabgabe des zweiten Wechselrichter/Gleichrichters (20, 22) als eine Funktion einer Position des Geschwindigkeitssteuerelements (62), gekennzeichnet durch eine Begrenzungssteuerung mit: einem durch eine Bedienungsperson betätigbaren Begrenzungssteuerelement (50); und einem mit dem Begrenzungssteuerelement (50) verbundenen Messwandler (52), der ein Begrenzungsbefehlssignal erzeugt, welches die Position des Begrenzungssteuerelements (50) repräsentiert, die Steuereinheit (21, 23) empfängt das Begrenzungsbefehlssignal und begrenzt die Stromversorgung von dem zweiten Wechselrichter/Gleichrichter (20, 22) an den Traktions-Motor/Generator (24, 28) auf einen Grenzstrom, welcher eine Funktion des Begrenzungsbefehlssignals ist.
  2. Das System von Anspruch 1, worin: die Steuereinheit (21, 23), das Begrenzungssteuerelement (50) und der Messwandler (52) zusammenwirken, um den Grenzstrom in Abhängigkeit einer Bewegung des Begrenzungssteuerelements (50) zu verändern.
  3. Das System von Anspruch 1 oder 2, worin: eine Feder (54) das Begrenzungssteuerelement (50) in eine obere Grenzposition vorspannen; und die Steuereinheit (21, 23) den zweiten Wechselrichter/Gleichrichter (20, 22) veranlasst, den Grenzstrom dem Traktions-Motor/Generator (24, 28) zuzuführen, jedoch nicht mehr als erforderlich ist, um eine Geschwindigkeit zu erreichen, die von der Geschwindigkeitssteuerung gefordert wird.
  4. Das System wie in einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche definiert, worin: die Steuereinheit (21, 23) den zweiten Wechselrichter/Gleichrichter veranlasst, an den Traktions-Motor/Generator (24, 28) einen maximalen Strombetrag zu liefern, jedoch nicht mehr als erforderlich ist, um eine Geschwindigkeit zu erreichen, die von der Geschwindigkeitssteuerung gefordert wird, wenn sich das Begrenzungssteuerelement (50) in seiner oberen Grenzposition befindet.
  5. Das System wie in einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche definiert, worin: das Begrenzungssteuerelement ein Fußpedal (50) ist.
  6. Das System wie in einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche definiert, worin: die Steuereinheit (21, 23) das Signal des Messwandlers (52) skaliert, so dass das Begrenzungsbefehlssignal von Null bis zu einem maximalen Wert variiert.
  7. Das System wie in einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche definiert, worin: das Begrenzungssteuerelement (50) von einer voll angehobenen Position in eine voll niedergedrückte Position bewegbar ist; und die Steuereinheit (21, 23) eine Messwertverschiebung an das Signal des Messwertwandlers (52) anlegt, so dass ein Begrenzungsbefehlssignal von Null mit der Position eines weniger als völlig niedergedrückten Begrenzungssteuerelements korrespondiert und ein Begrenzungsbefehlssignal von 100 Prozent mit der Position eines weniger als völlig angehobenen Begrenzungssteuerelements korrespondiert.
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