專利名稱：在上坡路上或在重負(fù)荷下車輛的起步方法
在上坡路上或在重負(fù)荷下車輛的起步方法本發(fā)明涉及一種在上坡路上或在重負(fù)荷下的起步方法。本發(fā)明 的目的在于在該車輛處在坡道上或處于重負(fù)荷下起步時使其很好 地加速，同時確保將力矩連續(xù)施加到輪子上。本發(fā)明特別適用于汽 車領(lǐng)域，但也可以用于混合式機(jī)械的任何形式的陸用車輛。在本文中，用詞語"啟動"表示熱機(jī)的曲軸開始轉(zhuǎn)動。用詞語 "起步"表示車輛在從速度為零到速度不為零時的運(yùn)動。在車輛低 速運(yùn)行和為該車輛提供很大的力而不是提供與其慣性有關(guān)的力的 時候,也用"起步" 一詞。換句話說，只有推動車輛時才能使該車輛 起步，而不是僅利用其慣性。詞語"開動"用于加電壓時的電機(jī)。我們知道，所謂的混合式車輛將熱能和電能結(jié)合在一起使用， 以便實(shí)現(xiàn)車輛的牽引。實(shí)現(xiàn)這種能量結(jié)合是為了使這類車輛的能量 使用率最大化。這種能量使用率的最大化可以使混合式車輛造成的 污染和消耗與只用熱能運(yùn)行的車輛比較起來要少很多，而只用熱能 運(yùn)行的車輛的能量利用率不是最大。已知有許多種用于混合式車輛 的能量傳輸裝置。首先我們知道有一個熱機(jī)和一對電機(jī)的混合式傳輸裝置。輪軸、 熱機(jī)軸和兩個電機(jī)軸之間通過機(jī)械組件相互聯(lián)結(jié)。這種機(jī)械組件通常由至少兩個周轉(zhuǎn)齒輪系組成。這種傳輸裝置已在法國申請F(tuán)R—A —28832357中作過描述。我們還知道包括一個熱機(jī)以及僅一個電機(jī)的混合式傳輸裝置。 該熱機(jī)的一個軸和該電機(jī)的一個軸之間用離合器相互聯(lián)結(jié)。這種裝
置能夠按照兩個不同的模式運(yùn)轉(zhuǎn)。在叫做電模式的第一模式中，只 有電機(jī)保證車輛的牽引。在叫做混合模式的第二模式中，電機(jī)和熱 機(jī)共同保證車輛的牽引。在混合模式中，電機(jī)提供的能量可以調(diào)節(jié)施加到輪軸上的力矩， 同時使該力矩和熱機(jī)的轉(zhuǎn)速與車輛能量消耗為最佳的那一個運(yùn)行 點(diǎn)相適應(yīng)。為此，傳輸裝置的各個機(jī)構(gòu)熱機(jī)、離合器、電機(jī)和變速箱用 靠近的一個控制裝置操縱，而該控制裝置本身又受一個被稱作監(jiān)視 計(jì)算機(jī)的專用計(jì)算機(jī)控制。該計(jì)算機(jī)可以是獨(dú)立的，也可以集成到 另一個計(jì)算機(jī)中，例如發(fā)動機(jī)計(jì)算機(jī)。該監(jiān)視計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序，主 要為的是使傳輸裝置的各不同機(jī)構(gòu)的作用能夠同步進(jìn)行。實(shí)現(xiàn)這種 同步是為了很好地響應(yīng)駕駛員的加速意圖。更確切地說，根據(jù)用戶所希望的加速以及車輛的行駛狀況，監(jiān) 視計(jì)算機(jī)操縱傳輸裝置的不同機(jī)構(gòu)，決定運(yùn)轉(zhuǎn)模式，調(diào)整不同機(jī)構(gòu) 的瞬時狀態(tài)，并且選擇熱機(jī)和電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)。用行駛條件表示車輛 參數(shù)以及能夠影響車輛駕駛的外部參數(shù)。例如車輛的速度和加速度 是車輛參數(shù)，而道路的潮濕度或外部溫度構(gòu)成外部參數(shù)。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的傳輸裝置1的示意圖。該傳輸裝置1包括形成牽引鏈的一個熱機(jī)2、 一個離合器3、 一個電機(jī)4、 一個變速器元 件5比如速度箱或變速箱，以及輪軸6。更確切地說，離合器3包括第一離合盤8和第二離合盤9。第 一離合盤8與熱機(jī)2的軸IO聯(lián)結(jié)。第二離合盤9與電機(jī)4的軸11 聯(lián)結(jié)。此外，電機(jī)4的軸11和輪子6的軸12分別與變速器元件5 的輸入13和輸出14聯(lián)結(jié)。正如看到的那樣，傳輸裝置1能夠按照兩個不同的模式運(yùn)行。 在電模式中，輪子6的軸12只由電機(jī)4帶動。因此離合器3為斷 開，從而熱機(jī)2的軸10以及電機(jī)4的軸ll相互間不聯(lián)結(jié)。在這種 電模式下，電機(jī)4通常運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)。這樣，在特定的實(shí)施形式中， 主要是通過直流變壓器19，電機(jī)4替存儲系統(tǒng)18比如電池收集能 量。電池18發(fā)送直流電壓信號。因此在電模式下，直流變壓器19 將電池端子20和21之間的可檢測到的直流電壓信號轉(zhuǎn)變成作用到 電機(jī)4的各相22 — 24上的交流電壓信號。在混合模式中，熱機(jī)2和電機(jī)4帶動齒輪6的軸12。因而離合 器3閉合，從而熱機(jī)2的軸10以及輪子6的軸12相互間聯(lián)結(jié)。電 機(jī)4成為發(fā)動機(jī)或發(fā)電機(jī)，將能量傳遞到輪子6的軸12，以便將該 軸12上的可檢測到的力矩調(diào)節(jié)成指令力矩。用與上面相同的方法， 電機(jī)4用電池18傳輸能量。在混合模式和電模式中，在相當(dāng)于車輛減速的復(fù)原狀態(tài)期間， 電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)。在復(fù)原狀態(tài)期間，電機(jī)4為電池18提供能量。 因此直流變壓器19將電機(jī)4的各相22 — 24上的可檢測到的交流電 壓信號轉(zhuǎn)變成施加到電池18的端子20和21上的直流電壓信號。實(shí)際上，電機(jī)4是三相同步電機(jī)。這種同步電機(jī)的好處在于結(jié) 構(gòu)緊湊，并具有好的利用率。在一個特定形式中，傳輸裝置l包括一個飛輪25。 此外，現(xiàn)有技術(shù)的傳輸裝置l包括一個監(jiān)視計(jì)算機(jī)26。該監(jiān)視 計(jì)算機(jī)26包括一個微處理器26.1， 一個程序存儲器26.2， 一個數(shù) 據(jù)存儲器26.3，以及一個輸入輸出接口 26.4，它們之間用通訊總線 31相互聯(lián)結(jié)。數(shù)據(jù)存儲器26.3包括主要對應(yīng)于傳輸裝置1的各個不同機(jī)構(gòu)即 熱機(jī)2、離合器3、電機(jī)4、變速器元件5的特征的數(shù)據(jù)D1—DN。 數(shù)據(jù)D1 — DN中的一些數(shù)據(jù)對應(yīng)于例如機(jī)構(gòu)2 — 5的相應(yīng)時間的數(shù) 據(jù)。另一些數(shù)據(jù)D1—DN對應(yīng)于例如施加在與各機(jī)構(gòu)2 — 5聯(lián)結(jié)的 各軸上的最大力矩和最小力矩。輸入輸出接口 26.4接收傳感器(未示出)輸出的可檢測的信號 M1-MN。這些傳感器可以檢測車輛的行駛條件。例如加速傳感器和 速度傳感器可以分別知道車輛在某一時刻的加速度和速度。濕度傳 感器可以檢測車輛是否在潮濕的路上行駛。此外，接口 26.4接收的 信號MACC與駕駛員希望用于輪子上的力矩相符。事實(shí)上，當(dāng)駕駛 員希望加速時，他就將腳30壓在踏板29上。根據(jù)踏板29的下壓 程度，形成信號MACC。根據(jù)數(shù)據(jù)D1-DN，行駛條件和駕駛員所希望的加速度，微處理 器26.1執(zhí)行程序P1-PN中的一個程序，這些程序P1-PN開始使傳 輸裝置1按照特定模式運(yùn)行，并調(diào)節(jié)輪子6的軸12上可檢測的力 矩。確切地說，在執(zhí)行程序P1-PN時，微處理器26.1控制接口 26.4， 以便將信號OMTH, OEMB， OEML和OBV分別發(fā)送到熱機(jī)2、離 合器3、電機(jī)4和變速器元件5，從而對它們進(jìn)行控制。在改變運(yùn) 行模式的情況下，程序P1-PN中的一些程序使信號OMTH，OEMB, OEML和OBV發(fā)射，確保能從一個模式轉(zhuǎn)變到另一個模式。另外，傳輸裝置1的機(jī)構(gòu)2 — 5中的每一個都包括未示出的內(nèi)部 控制系統(tǒng)。這些控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)與機(jī)構(gòu)2 — 5聯(lián)結(jié)的各軸上的可 檢測到的力矩。在一個例子中，對于駕駛員請求控制緩緩加速的情況來講，監(jiān) 視計(jì)算機(jī)26控制各個不同的機(jī)構(gòu)2 — 5，以便使傳輸裝置1按照電 模式運(yùn)行。因此，施加到輪子6的軸12上的力矩基本等于電機(jī)4 的軸11上可檢測到的力矩，幾乎等于減速比。反之，對于請求很 快加速來講，監(jiān)視計(jì)算機(jī)26控制各個不同機(jī)構(gòu)2 — 5，以便使傳輸 裝置1按照混合模式運(yùn)行。因此，施加到輪子6的軸12上的力矩 等于電機(jī)4的軸11上可檢測到的力矩，因而該力矩等于熱機(jī)2的
軸10上檢測到的力矩與電機(jī)4上的力矩的總和。在另一個例子中，當(dāng)車輛停在一個上坡路上時請求加速。圖2 表示人們希望車輛27在一個上坡路上進(jìn)行起步的情況。確切地說， 在圖2中，車輛27處在一個與水平面29成一個夾角a的道路28 上。由于道路28是傾斜的，所以在已經(jīng)讓車輛27停下來，而且還 沒有拉緊其主剎時，在該道路上的車輛27就有可能移動。在下文中，考慮的是使車輛27在道路28上起步，同時沿斜坡 的方向朝箭頭30向上爬。在一個變型中，考慮的是發(fā)出加速請求 時，車輛27以很小的速度如不到15km/小時在道路28上行駛。 另外，在水平路上使加載的車輛起步也適用于上坡起步的情況。事 實(shí)上，在車輛的質(zhì)量和角度a之間存在一定的關(guān)系。在這種關(guān)系中， 車輛的質(zhì)量越大，角度a也就越大。在上面附圖描述的所有情況中，務(wù)必要使車輛27的加速度保持 一定，并使車輛27盡可能快地達(dá)到駕駛員要求的加速度。對于保 持一定加速度的情況來講，加速器踏板29應(yīng)當(dāng)對車輛27的縱向動 力一直有作用。因此，不論車輛27的行駛條件及其運(yùn)行模式如何， 按照給定角度踩下踏板29產(chǎn)生的加速度都應(yīng)當(dāng)始終全部相同，另 外，不論車輛27的行駛條件及其運(yùn)行模式如何，傳輸裝置1為了 使其達(dá)到請求的加速度所需要的時間應(yīng)當(dāng)可以接受。為了該時間可 以接受，設(shè)置熱機(jī)2的力矩所花的時間應(yīng)當(dāng)很短，電機(jī)4的力矩應(yīng) 當(dāng)保持在盡可能優(yōu)的水平上。事實(shí)上，電機(jī)4通常不能單獨(dú)確保實(shí) 現(xiàn)駕駛員的加速請求。因此需要能夠盡可能快地設(shè)置熱機(jī)2的力矩， 以便提高車輛27的加速度。圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳輸裝置1的各個不同構(gòu)件2 — 5上檢測 到的信號的計(jì)時圖。這些信號是在沿斜坡的上行方向發(fā)出請求加速 時檢測到的，而此時車輛27已處于停車狀態(tài)或低速行駛狀態(tài)。
確切地說，圖3示出的是分別與離合器3、電機(jī)4的軸11和熱 機(jī)2的軸10上檢測到的力矩對應(yīng)的力矩信號CEMB、 CMEL和 CMTH。圖3還表示力矩信號CCONS和CREEL隨時間的變化，這兩個 力矩信號分別對應(yīng)于需要施加到輪子6的軸12上的指令力矩和在 該軸12上實(shí)際檢測到的力矩。根據(jù)信號MACC和來自傳感器的信 號M1-MN來建立指令力矩信號CCONS。最后，在同一個計(jì)時圖上該圖3還示出了電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL 以及熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH隨時間的變化。在時刻t0，車輛處于停車狀態(tài)。因此電機(jī)4和熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速為 零。在時刻t0，駕駛員用其腳進(jìn)行加速請求，并使處在斜坡上的車 輛加速。在時刻t0和tl之間，傳輸裝置1進(jìn)入第一加速狀態(tài)。在該第一 狀態(tài)下，指令力矩CCONS成指數(shù)增大，特別是與駕駛員的加速請 求保持一致。由于該指令力矩CCONS增大，因而在時刻tl吋，該 力矩已經(jīng)達(dá)到一個比電機(jī)4的峰值力矩CMELMAX大的數(shù)值VI。 此外，在時刻tO和tl之間，電機(jī)4的力矩信號CMEL呈線性增加， 從而穩(wěn)定在該電機(jī)4的標(biāo)稱力矩CMELNOM上。電機(jī)4的轉(zhuǎn)速 WMEL呈線性增加，但在tl以前該轉(zhuǎn)速不足以能使熱機(jī)2啟動。 因此熱機(jī)2處于停止?fàn)顟B(tài)，其軸10不與電機(jī)4的軸ll聯(lián)結(jié)。所以 熱機(jī)2具有零力矩CMTH和轉(zhuǎn)速WMTH。由于熱機(jī)2處于停止?fàn)?態(tài)，所以在輪子6的軸12上測量的力矩CREEL等于電機(jī)4的力矩 CMEL。因而在軸12上測量的力矩CREEL的值小于期待的指令力 矩CCONS的值。而且沒有在離合器3上檢測到任何力矩。在時刻tl和t2之間，傳輸裝置1進(jìn)入第二加速狀態(tài)。在該第二 狀態(tài)下，就像第一狀態(tài)一樣，只有電機(jī)4保證車輛的牽引。該第二
狀態(tài)的目的在于使熱機(jī)2啟動。更確切地說，在該第二狀態(tài)下，指 令力矩CCONS —直具有大于CMELMAX的數(shù)值VI。在時刻tl， 電機(jī)4具有足以參與使熱機(jī)2啟動的轉(zhuǎn)速WMLE。因此監(jiān)視計(jì)算機(jī) 26向離合器3傳送第一信號31。該信號31控制離合器3，從而該 離合器3將分離力矩CARR并傳輸給熱機(jī)2，從而使其開始轉(zhuǎn)動。 牽引鏈提取該分離力矩CARR。為此，在傳輸信號31的同時，監(jiān) 視計(jì)算機(jī)26向電機(jī)4發(fā)送第二信號32。該第二信號32控制電機(jī)4， 以便使電機(jī)的力矩CMEL補(bǔ)償離合器3提取的分離力矩CARR。因 此在該第二加速狀態(tài)下，離合器的力矩信號CEMB逐漸減小，達(dá)到 一個等于分離力矩值CARR的負(fù)值。在該期間，電機(jī)4的力矩信號 CMEL增加的值為-CARR，它與分離力矩值CARR相反。因此，與 該熱機(jī)2的啟動力矩對應(yīng)的熱機(jī)2的力矩信號CMTH是可檢測到 的。因而熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH增加，但該轉(zhuǎn)速仍然小于電機(jī)4的 轉(zhuǎn)速WMEL。因此，熱機(jī)2不是總是向輪子6的軸12傳輸力矩。 所以在軸12上測量到的力矩CREEL總是小于該軸12上期待的指 令力矩CCONS。該第二加速狀態(tài)的目的在于使熱機(jī)2進(jìn)行初步壓 縮。在初步壓縮以后，熱機(jī)2按照足以獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速WMTH運(yùn) 行。在時刻t2和t3之間，傳輸裝置1進(jìn)入第三加速狀態(tài)。在該第三 狀態(tài)下，熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速提高，從而離合器的盤8和9彼此間開始相 互滑動。確切地說，在該第三狀態(tài)下，指令力矩CCONS信號數(shù)值 一直為V1。電機(jī)4的力矩信號CMEL減小，從而使CNOM-CARR 的值達(dá)到電機(jī)4的標(biāo)稱力矩值CMELNOM。離合器3的力矩信號 CEMB變成零。因此在t2和t3之間結(jié)束分離力矩CARR的傳輸狀 態(tài)。由于熱機(jī)2的軸10總是不與電機(jī)4的軸11聯(lián)結(jié)，所以力矩 CREEL總是等于電機(jī)4的力矩CMEL，因此力矩CREEL仍然遠(yuǎn)小
于指令力矩CCONS。電機(jī)4的軸11的轉(zhuǎn)速WMEL呈線性增加。 熱機(jī)2的軸10的轉(zhuǎn)速WMTH增加，從而在時刻t3時其轉(zhuǎn)速大于電 機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL。該轉(zhuǎn)速WMEL對應(yīng)于輪子的軸的轉(zhuǎn)速，非常 接近減速比。在時刻t3和t4之間，傳輸裝置1進(jìn)入第四加速狀態(tài)。在該第四 狀態(tài)下，首先是選用熱機(jī)2，然后是閉合離合器3。確切地說，首 先在時刻t3，只要熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速大于電機(jī)4的轉(zhuǎn)速，監(jiān)視計(jì)算機(jī)26 就將信號33發(fā)送到離合器3。該信號33控制離合器的盤8和9彼 此間開始相互滑動。因此熱機(jī)2通過離合器3將其一部分力矩 CMTH傳輸給輪子6的軸12。因此，在離合器3上檢測到的力矩信 號CEMB經(jīng)調(diào)整好后增加，而電機(jī)4的力矩信號CMEL減少。因 而力矩信號CREEL也增加。此外，在對接熱機(jī)2時，熱機(jī)2的轉(zhuǎn) 速WMTH向電機(jī)4的轉(zhuǎn)速收斂。當(dāng)這兩個速度相等時，通過監(jiān)視 計(jì)算機(jī)26將信號34發(fā)送到離合器3。該信號34控制該離合器3的 閉合。因此熱機(jī)的轉(zhuǎn)速WMTH和電機(jī)的轉(zhuǎn)速WMEL變成相等。當(dāng) 離合器3全部閉合時，力矩信號CREEL達(dá)到總是等于VI的指令力 矩值CCONS。在時刻t4和t5之間，傳輸裝置1進(jìn)入第五加速狀態(tài)。在該第五 狀態(tài)下，如果裝置1的電動機(jī)機(jī)構(gòu)2和4尚未達(dá)到最佳力矩，就向 它們的最佳力矩指令信號收斂。在表示軸12上測量到的力矩信號CREEL的計(jì)時圖上，也用點(diǎn) 線表示指令力矩信號CCONS。剖面部分35表示稱作非定量的區(qū)域， 在該區(qū)域駕駛員不能得到希望的加速。換句話說，在非定量區(qū)域35 不存在加速，駕駛員不能控制施加到輪子6的軸12上的力矩。該 區(qū)域35與電機(jī)4可以使用的最大力矩有關(guān)，并與安排熱機(jī)2所花 的時間Tl有關(guān)。 此處的區(qū)域35特別大，因?yàn)樵谥噶盍谻CONS和輪子6的軸 12上檢測到的力矩CREEL之間有很大的差別。事實(shí)上，在時刻t0 和t4之間，電機(jī)4不能按照其峰值力矩CMELMAX運(yùn)行。因?yàn)椴?論電機(jī)4的轉(zhuǎn)速如何，該電機(jī)都應(yīng)當(dāng)保留能夠補(bǔ)償由離合器3提取 的分離力矩CARR的力矩。換句話說，電機(jī)4應(yīng)當(dāng)最大限度地一直 按照其標(biāo)稱力矩CMELNOM運(yùn)行(甚至仍然在比較小的力矩下運(yùn) 行一定的次數(shù))，以便在任何時候都能按照可以使其補(bǔ)償分離力矩 CARR的較大力矩運(yùn)行。此外，因?yàn)樵O(shè)置熱機(jī)2所花的時間T1很長，所以此處的非定量 區(qū)域35特別長。因?yàn)殡姍C(jī)4應(yīng)當(dāng)具有足以能參與熱機(jī)2啟動的轉(zhuǎn) 速WMEL，所以該時間T1持續(xù)很長。事實(shí)上，在電機(jī)4停止時或 是在引進(jìn)一個傳動比時，不可能使熱機(jī)2啟動。由于非定量區(qū)域35很大，所以這種方法很難實(shí)施。同時還要確 保駕駛員的安全。事實(shí)上，使用這種方法時，就駕駛員己經(jīng)發(fā)出加 速請求的那一刻來講，車輛的響應(yīng)時間很長，差不多為秒的數(shù)量級。 就是因?yàn)檫@個原因，通常當(dāng)車輛處在斜坡上時，熱機(jī)2并不停止運(yùn) 行。為此，能量傳輸裝置1包括一些傳感器，例如加速儀和/或能 夠?yàn)槠錂z測車輛是否處在坡上的傾斜儀。此外，車輛可以包括用于 檢測車輛重量以及檢測該車輛是否超載的負(fù)載傳感器。因此，已知 的混合式車輛只要在斜坡上行駛或在高負(fù)荷下行駛時就喪失了其 利用價值，即使在附圖所示的情況下，消耗大量能源的熱機(jī)2—直 也不會停下來。另外，在這種起步方法中，離合器3和電機(jī)4的操縱監(jiān)視實(shí)施 起來的難度很大。這些難度主要是由于機(jī)構(gòu)2 — 5的靈敏度很高造 成的。事實(shí)上，從一個溫度到另一個溫度，機(jī)構(gòu)2 — 5的反應(yīng)時間 都不相同。此外，從一個溫度到另一個溫度，在與機(jī)構(gòu)2 — 5聯(lián)結(jié)
的各軸上檢測到的力矩也是變化的。
因此，在當(dāng)時難以很好地同時在離合器3上提取分離力矩CARR 和由電機(jī)4施加補(bǔ)償力矩CNOM-CARR?；蛘哒f，為了在熱機(jī)2啟 動時保證不會出現(xiàn)力矩的中斷，就必須同步提取力矩。同時，也很 難施加與離合器3提取的力矩完全相等的補(bǔ)償力矩。事實(shí)上，當(dāng)傳 輸分離力矩CARR時，很難估計(jì)需要施加到離合器3上的力矩。
因此，本發(fā)明旨在當(dāng)車輛在上坡或重負(fù)荷下進(jìn)行臨界起動時減 少非定量區(qū)域，同時主要解決設(shè)置熱機(jī)的時間問題。
為此在本發(fā)明中，用一個與電機(jī)無關(guān)的啟動系統(tǒng)補(bǔ)充已知傳輸 裝置的結(jié)構(gòu)。因此，在本發(fā)明中，不再是離合器，而是啟動系統(tǒng)將 分離力矩傳輸給熱機(jī)，以便使熱機(jī)啟動。因此，該啟動系統(tǒng)可以將 熱機(jī)的啟動問題與車輛牽引鏈的問題分開。
根據(jù)本發(fā)明，為了使車輛在上坡道路上起步，或是為了讓低速 運(yùn)行時的車輛很快加速，只要請求加速，就利用啟動系統(tǒng)啟動熱機(jī)。 因此，只要請求加速，在輪軸上的可自由支配的力矩等于熱機(jī)軸上 檢測到的力矩和電機(jī)軸上檢測到的力矩之和。因此，雖然車輛處在 坡道上，也可以使車輛很快加速。所以，利用本發(fā)明，非定量區(qū)域 的長度明顯減小。
該啟動系統(tǒng)還允許很好地利用離合器和電機(jī)的特征。因此，不 再需要電機(jī)保留力矩來補(bǔ)償由離合器提取的分離力矩。因此在不能 自由支配熱機(jī)的所有時間內(nèi)，當(dāng)在坡道上起步時，電機(jī)可以按照其 最大力矩運(yùn)行，以保證車輛的牽引。從而在不能自由利用熱機(jī)期間 確保車輛的牽引。因而通常都使電機(jī)按照其峰值力矩運(yùn)行，而離合 器保持?jǐn)嚅_。電機(jī)能夠按照其峰值力矩運(yùn)行，就可以明顯減小非定 量區(qū)域的寬度。因此，用本發(fā)明就不再需要使用傳感器來檢測道路
的傾斜度。而且在車輛處在坡道上或該車輛超載時不再需要引燃發(fā) 動機(jī)。
此外，引進(jìn)啟動系統(tǒng)可以在起步時簡化離合器和電機(jī)的操縱。 因此新結(jié)構(gòu)可以防止離合器作用和電機(jī)作用同時產(chǎn)生。實(shí)際上，在 該新結(jié)構(gòu)中，解決了為補(bǔ)償分離力矩而估計(jì)由電機(jī)施加的力矩的問 題，離合器不再直接參與熱機(jī)的啟動。
因此本發(fā)明涉及一種使車輛在上坡路上和/或重負(fù)荷下起步的 方法，其特征在于
一車輛處于停車或低速狀態(tài)時，熱機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，
一使用一個包括一個電機(jī)的能量傳輸裝置，
一該電機(jī)一方面通過離合器與車輛的熱機(jī)聯(lián)結(jié)，另一方面與輪 軸相連，
一通過開動電機(jī)來啟動，和
一利用一個與電機(jī)在機(jī)械上無關(guān)的啟動系統(tǒng)向熱機(jī)傳輸分離 力矩而使熱機(jī)啟動。
通過閱讀下面的描述以及對附圖的研究將會更清楚地理解本發(fā) 明。這些附圖是為說明給出的，但不對本發(fā)明有任何限制。這些附 圖示出了
一圖l (已經(jīng)描述過)現(xiàn)有技術(shù)的能量傳輸裝置的示意一圖2 (已經(jīng)描述過)車輛在上坡路上的示意一圖3 (已經(jīng)描述過)在上坡路上起步時，表示現(xiàn)有技術(shù)的
傳輸裝置的各個機(jī)構(gòu)上檢測到的信號隨時間變化的計(jì)時一圖4:本發(fā)明的包括啟動系統(tǒng)的能量傳輸裝置的示意一圖5:本發(fā)明的傳輸裝置的各個機(jī)構(gòu)上檢測到的信號在上坡
路上起步時隨時間變化的計(jì)時圖。
圖4表示本發(fā)明的能量傳輸裝置1.1的示意圖。就像現(xiàn)有技術(shù) 的傳輸裝置l，該傳輸裝置1.1包括一個熱機(jī)2、 一個離合器3、 一 個電機(jī)4、 一個變速器元件5，以及輪子6。車輛的這四個機(jī)構(gòu)2 — 5和輪子6形成牽引鏈，它們的安裝方法與現(xiàn)有技術(shù)的傳動裝置1 中的一樣。另外，根據(jù)本發(fā)明，傳輸裝置1.1包括一個與熱機(jī)2聯(lián) 結(jié)的啟動系統(tǒng)7。
該啟動系統(tǒng)7與熱機(jī)2聯(lián)結(jié)，并帶動其轉(zhuǎn)動，從而使該熱機(jī)啟 動。該啟動系統(tǒng)7在力學(xué)上獨(dú)立于電機(jī)4。事實(shí)上，該啟動系統(tǒng)7 使熱機(jī)2啟動，沒有替該牽引鏈提取能量。因此，熱機(jī)2的啟動不 再對連續(xù)施加在輪子6的軸12上的力矩產(chǎn)生影響。
因而啟動系統(tǒng)7決不參與牽引。
所以，需要為此定好尺寸，使產(chǎn)生的能量正好能夠啟動熱機(jī)2， 該能量明顯小于電機(jī)4的能量，它不需要高的供電電壓。
在一個特定實(shí)施形式中，熱機(jī)2包括緊掛在其軸IO的一端上的 第一皮帶輪15。啟動系統(tǒng)7包括緊掛在其軸31的一端上的第二皮 帶輪16。皮帶17通過這兩個皮帶輪15和16的環(huán)槽，以便將啟動 系統(tǒng)7與熱機(jī)2進(jìn)行聯(lián)結(jié)。
在本發(fā)明中，電機(jī)4一直與一個儲存系統(tǒng)18比如電池聯(lián)結(jié)。在 一種變型中，該儲存系統(tǒng)18是慣性機(jī)或超級電容器。
在一個特定實(shí)施形式中，傳輸裝置1還可以包括一個飛輪25。 該飛輪25與熱機(jī)2的軸IO聯(lián)結(jié)，并處在熱機(jī)2和離合器3之間。
另外，本發(fā)明的傳輸裝置1.1還包括監(jiān)視計(jì)算機(jī)26。在執(zhí)行程 序P1—PN時，微處理器26.1控制接口 26.4，從而，除了信號 OMTH,OEMB，OMEL，OBV以外，還向啟動系統(tǒng)7發(fā)送控制其的信 號ODEM。信號OMTH和OMEL分別控制熱機(jī)2和電機(jī)4，從而
該熱機(jī)2—直在其最佳運(yùn)行點(diǎn)運(yùn)行，對于給定的能量來講，在最佳 運(yùn)行點(diǎn)時該熱機(jī)消耗的能量最少。在改變運(yùn)行模式的情況下，程序 P1-PN中的一些程序引起信號OMTH，OEMB，OMEL,OBV和ODEM 的發(fā)送，這些信號能夠從一種模式轉(zhuǎn)變到另一種模式。
啟動系統(tǒng)7也包括沒有示出的內(nèi)部控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)可以 調(diào)節(jié)該啟動系統(tǒng)7施加給熱機(jī)2的軸10的分離力矩值。
離合器3是干式離合器或濕式離合器。
圖5表示在本發(fā)明的傳輸裝置1.1的各個機(jī)構(gòu)2 — 5上檢測到的 信號的計(jì)時圖。就像圖2所示的一樣，當(dāng)車輛在上坡路上起步時， 這些信號是可檢測的。
為簡化起見，僅僅示出了在該斜坡上起步時起決定性作用的信 號OEMB和ODEM。
如上所述，在時刻t0'，車輛在上坡路上處于停車狀態(tài)，由駕駛 員發(fā)出加速請求。因此電機(jī)4和熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速均為零。在一種變型 中，車輛以很低的速度行駛，電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL很低。
在吋刻t0'和tl'之間，傳輸裝置U進(jìn)入第一加速狀態(tài)。在該第 一狀態(tài)下，只有電機(jī)4保證車輛的牽引。更確切地說，在該第一狀 態(tài)下，指令力矩信號CCONS呈指數(shù)增大，所以在時刻tl，時，該指 令力矩基本等于電機(jī)4的峰值力矩CMELMAX。此外，開動電機(jī)4， 以便電機(jī)4的力矩信號CMEL緊跟該力矩信號CCONS的速度。實(shí) 際上，與裝置1的電機(jī)4不同，在熱機(jī)2不能自由支配時，使電機(jī) 4按照其峰值力矩CMELMAX運(yùn)行。電機(jī)4按照其峰值力矩 CMELMAX運(yùn)行可以使力矩CREEL等于請求的指令力矩CCONS。 熱機(jī)2處于停止?fàn)顟B(tài)，其軸10不與電機(jī)4的軸11聯(lián)結(jié)。因此熱機(jī) 2具有為零的力矩CMTH。此外，熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH為零，而 電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL線性增加。
在時刻tr和t2'之間，傳輸裝置i.i進(jìn)入第二加速狀態(tài)。該第二
狀態(tài)的目的是啟動熱機(jī)2。為此，在時刻tl'時，在計(jì)算機(jī)26執(zhí)行 完程序P1—PN以后，將信號40發(fā)送到啟動系統(tǒng)7。在駕駛員請求 加速以后不到300ms發(fā)送該信號40。該信號40控制啟動系統(tǒng)7， 啟動系統(tǒng)為熱機(jī)2提供分離力矩，帶動熱機(jī)轉(zhuǎn)動。因此，可檢測到 與熱機(jī)2的啟動力矩對應(yīng)的力矩信號CMTH。熱機(jī)2的軸10 —直 不與電機(jī)4的軸11聯(lián)結(jié)，仍然只有電機(jī)確保車輛的牽引。此外， 指令力矩CCONS總是呈指數(shù)增加，因此在時刻t2'，該指令力矩已 經(jīng)達(dá)到一個比電機(jī)4的峰值力矩值CMELMAX大的值VI。電機(jī)4 的力矩CMEL保持在該電機(jī)4的峰值力矩值CMELMAX。因此， 在輪子6的軸12上測量到的力矩CREEL稍小于指令力矩值 CCONS。所以，熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH小于電機(jī)4的轉(zhuǎn)速。使熱機(jī) 2進(jìn)行初步壓縮，在一個例子中為4一5次初步壓縮，以便使該熱機(jī) 達(dá)到足以獨(dú)立的轉(zhuǎn)速。只要熱機(jī)2獨(dú)立，計(jì)算機(jī)26就向啟動系統(tǒng)7 發(fā)送信號，以便切斷該啟動系統(tǒng)7，也就是說使其停止。
在時刻t2，和t3，之間，傳輸裝置l.l進(jìn)入第三加速狀態(tài)。在該第 三狀態(tài)下，熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速提高。確切地說，在該第三狀態(tài)下，電機(jī) 4總是按照其峰值力矩CMELMAX運(yùn)行，而指令力矩信號CCONS 的值總是為VI。由于電機(jī)4的軸11與熱機(jī)2的軸10沒有聯(lián)結(jié)， 所以力矩信號CREEL等于力矩信號CMEL。該熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH 增加，從而在時刻t3，時該轉(zhuǎn)速大于電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL。電機(jī)4 的轉(zhuǎn)速WMEL —直呈線性增加。在離合器3上檢測不到任何力矩 CEMB。該第三狀態(tài)的目的在于使熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速提高，以便像下面 看到的那樣，使離合器的盤8和9開始彼此相對地滑動。
在時刻t3'和t4'之間，傳輸裝置1.1進(jìn)入第四加速狀態(tài)。在該第 四狀態(tài)下，首先在第一時段選用熱機(jī)2，然后在第二時段閉合離合
器3。確切地說，在時刻t3'，首先將一個信號41發(fā)送到離合器3。 就像前面提到的信號33 —樣，該信號41控制離合器的盤8和9彼 此間開始相互滑動。因此熱機(jī)2通過離合器3將其一部分力矩 CMTH傳輸給輪子6的軸12。由于該離合器3向牽引鏈傳輸力矩， 所以力矩信號CEMB經(jīng)調(diào)整后增加。因此，如果能夠達(dá)到指令力矩 CCONS，則電機(jī)4的力矩信號CMEL下降。通常，當(dāng)離合器3閉 合時，只要能夠遵從指令力矩CC0NS，就使電機(jī)4按照比其峰值 力矩CMELMAX低的力矩運(yùn)行，這樣就不會白白地消耗電池的能 量。如果不能達(dá)到力矩CCONS，則在離合器3閉合后，使電機(jī)4 一直按照其峰值力矩CMELMAX運(yùn)行。此外，當(dāng)選定熱機(jī)2時， 熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH向電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL收斂。在這兩個速度 基本相等時，就向離合器3發(fā)送信號42，從而控制該離合器的閉合。 實(shí)際上，在熱機(jī)2的轉(zhuǎn)速WMTH和電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL之間的絕 對值差小于電機(jī)4的轉(zhuǎn)速WMEL的0—15%的數(shù)值時就發(fā)送信號 42。因而熱機(jī)的轉(zhuǎn)速WMTH和電機(jī)的轉(zhuǎn)速WMEL變?yōu)橄嗟鹊乃俣取?br> 在時刻t4'和t5，之間，傳輸裝置1.1進(jìn)入第五加速狀態(tài)。在該第 五狀態(tài)下，指令力矩CCONS經(jīng)調(diào)整后增加。在所示的例子中，力 矩CCONS按指定口徑增加。如上所述，在該第五狀態(tài)下，如果裝 置1.1的電動機(jī)機(jī)構(gòu)2和4尚沒有達(dá)到最佳力矩，則這兩個機(jī)構(gòu)向 它們的最佳力矩指令收斂。確切地說，熱機(jī)2的力矩CMTH改變， 從而該力矩的測量值達(dá)到力矩的第一指令信號。電機(jī)4的力矩 CMEL改變，從而該力矩的測量值達(dá)到力矩的第二指令信號。從熱 機(jī)2的消耗來講，力矩的這兩個指令信號是最佳的。
此外，離合器的力矩信號CEMB增加，從而超過熱機(jī)2的力矩 信號CMTH。因此，力矩信號CSEEL跟隨指令力矩CCONS的變化。
這樣，當(dāng)熱機(jī)2啟動時，離合器3斷開，并在預(yù)定的時間內(nèi)保 持?jǐn)嚅_，該時間為t0'-t3'經(jīng)過的時間。該時間可以是駕駛員請求的 指令力矩CCONS和/或熱機(jī)2獨(dú)立而花的時間的函數(shù)。因此，在 一種變型中，當(dāng)熱機(jī)2啟動時，該離合器3已經(jīng)閉合。在該變型中， 啟動系統(tǒng)7和電機(jī)4 一起參與將分離力矩CRAA傳輸?shù)綗釞C(jī)2的工 作。在一個例子中，啟動系統(tǒng)7通過第一減速器組件與熱機(jī)2聯(lián)結(jié)， 所述第一減速器組件的減速比要比第二減速器組件的減速比小，通 過第二減速器組件將電機(jī)4與熱機(jī)2聯(lián)結(jié)，從而通過啟動系統(tǒng)7施 加到熱機(jī)2的軸IO上的力矩大于通過電機(jī)施加到該軸IO上的力矩。在一個變型中，只要在時刻t0就控制熱機(jī)2的啟動。因此，在 該變型中，在時刻t0'發(fā)送信號40。就象圖2 —樣，在力矩信號CREEL的計(jì)時圖上也示出了指令力 矩信號CCONS。剖面線43表示的是施加在本發(fā)明裝置1.1的輪子 6的軸12上的力矩的非定量區(qū)域。該區(qū)域43的面積遠(yuǎn)小于區(qū)域35 的面積。事實(shí)上，區(qū)域43在縱坐標(biāo)方向上遠(yuǎn)比區(qū)域35的窄，因?yàn)樵诒?發(fā)明中，允許電機(jī)4按照其峰值力矩CMELMAX運(yùn)行，而熱機(jī)2 不能自由支配。事實(shí)上，即使獨(dú)立于電機(jī)4的啟動系統(tǒng)7施加熱機(jī) 的分離力矩，此處的電機(jī)4也不補(bǔ)償熱機(jī)2的分離力矩。因此，在 車輛在上坡路上起步的所有時間內(nèi)，力矩信號CREEL非常接近駕 駛員請求的指令力矩CCONS。此外，區(qū)域45在橫坐標(biāo)方向上遠(yuǎn)比區(qū)域35的短，因?yàn)樵诒景l(fā) 明中，根據(jù)設(shè)置可以很快地傳輸熱機(jī)2的力矩。這樣，用裝置1.1 設(shè)置熱機(jī)2所花的時間T2要比用裝置1設(shè)置熱機(jī)2所花的時間Tl 短很多。因?yàn)橛昧吮景l(fā)明，所以在使熱機(jī)2啟動以前，不再需要等 待電機(jī)4達(dá)到特定的轉(zhuǎn)速。此外，在本發(fā)明中，當(dāng)啟動系統(tǒng)7傳輸分離力矩時，通過熱機(jī) 2和電機(jī)4施加在離合器3上的作用力彼此間相互獨(dú)立無關(guān)。電機(jī) 4的作用力是使車輛起步的作用力。熱機(jī)2的作用力是啟動系統(tǒng)7 的作用力，該作用力是啟動熱機(jī)2的作用力。為此，本發(fā)明也可以 用包括非機(jī)械式離合器3的傳輸裝置1.1實(shí)施。利用本發(fā)明的方法，起步要比現(xiàn)有技術(shù)的方法更有力。事實(shí)上， 不論車輛的行駛條件如何，啟動系統(tǒng)7都可以用恒定的力矩啟動熱 機(jī)2。因此，利用本發(fā)明，在坡道上的或負(fù)有重載的車輛可以響應(yīng)危 急的加速請求，同時保證駕駛員的安全。
權(quán)利要求
1.一種使車輛在上坡路上和/或重負(fù)荷下起步的方法，在起步開始時，車輛處于停車或低速狀態(tài)，熱機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，其中-利用一個功率傳輸裝置(1.1)，該傳輸裝置包括一個電機(jī)(4)，該電機(jī)一方面通過離合器(3)與一個熱機(jī)(2)聯(lián)結(jié)，另一方面與輪子(6)的軸(12)聯(lián)結(jié)，-在駕駛員請求加速時，開始增加電機(jī)(4)的力矩，和-利用一個與該熱機(jī)(2)聯(lián)結(jié)并與電機(jī)(4)在力學(xué)上無關(guān)的啟動系統(tǒng)(7)向熱機(jī)傳輸分離力矩(CARR)而使該熱機(jī)(2)啟動，和-一旦熱機(jī)(2)啟動；-就等候該熱機(jī)通過其初步壓縮，以便獨(dú)立運(yùn)行，然后切斷啟動系統(tǒng)(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在啟動熱機(jī)(2)時，離合器(3)斷開，并且在預(yù)定的吋間內(nèi) 該離合器保持?jǐn)嚅_。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于只要離合器(3)保持?jǐn)嚅_，就使電機(jī)(4)按照其峰值力矩 (CMELMAX)運(yùn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于 在開動了電機(jī)(4)以后，以及在啟動了熱機(jī)(2)以后， 就提高熱機(jī)(2)的軸的轉(zhuǎn)速(WMTH)，直至該轉(zhuǎn)速高于電機(jī)(4)的軸的轉(zhuǎn)速(WMEL)，電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速對應(yīng)于輪軸的轉(zhuǎn)速。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2 — 4之一的方法，其特征在于 在開動了電機(jī)(4)以后，以及在啟動了熱機(jī)(2)以后， 就使離合器的盤(8， 9)彼此間相互滑動，該離合器(3)的其中一個盤(8)與熱機(jī)(2)的軸(10)聯(lián)結(jié)，該離合器(3)的另一個盤(9)與電機(jī)(4)的軸(11)聯(lián)結(jié)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于使熱機(jī)(2)的軸的轉(zhuǎn)速(WMTH)向電機(jī)(4)的軸的轉(zhuǎn)速 (WMEL)收斂，和當(dāng)熱機(jī)(2)的軸的轉(zhuǎn)速(WMTH)基本等于電機(jī)(4)的軸的 轉(zhuǎn)速(WMEL)時，就閉合離合器(3)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l一6之一的方法，其特征在于 在該起步以后的車輛加速期間，當(dāng)離合器(3)閉合時，剛剛能夠遵從指令力矩(CCONS)時 就使電機(jī)(4)按照比其峰值力矩(CMELMAX)小的力矩運(yùn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l一7之一的方法，其特征在于 閉合離合器(3)，和改變熱機(jī)(2)的力矩，以便使測量的該力矩達(dá)到第一力矩指令 信號，改變電機(jī)(4)的力矩，以便使測量的該力矩達(dá)到第二力矩指令 信號，從熱機(jī)的消耗來看，這些力矩指令信號是最佳的。
9. 適合于使用權(quán)利要求l一8之一方法的裝置。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及一種使車輛在上坡路上或重負(fù)荷下起步的方法。該方法利用一個包括一個牽引鏈的功率傳輸裝置(1.1)。該牽引鏈主要由一個熱機(jī)(2)，一個離合器(3)，一個電機(jī)(4)和輪子(6)構(gòu)成。因此根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)車輛在坡上處于停車狀態(tài)或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，熱機(jī)(2)停止運(yùn)行，在使該車輛加速時，利用在機(jī)械上獨(dú)立于電機(jī)(4)的啟動系統(tǒng)(7)啟動熱機(jī)(2)。
文檔編號B60W20/00GK101132941SQ200680006586
公開日2008年2月27日 申請日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月1日
發(fā)明者P·米蘭達(dá), S·里莫 申請人:標(biāo)致·雪鐵龍汽車公司