專利名稱：采用動(dòng)力輸出連接作為次級(jí)能源轉(zhuǎn)換的并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及當(dāng)該系統(tǒng)的內(nèi)燃引擎正在驅(qū)動(dòng)車輛的車輪時(shí)
控制該系統(tǒng)使用電動(dòng)機(jī)來為車輪補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，并且當(dāng)所述引擎不傳遞動(dòng)力到車輪時(shí)提供 再生制動(dòng)，由此對(duì)該并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電池進(jìn)行再次充電。
背景技術(shù)：
混合電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由多個(gè)電源構(gòu)成，這些電源結(jié)合在一起以為車輛的車輪提供牽引 動(dòng)力?；旌想婒?qū)動(dòng)系統(tǒng)有串聯(lián)和并聯(lián)這兩種主要類型。
串聯(lián)混合技術(shù)以全部電牽引為基礎(chǔ)，其中從諸如電池和/或電容這樣的能量存儲(chǔ) 源獲取電功率，能量存儲(chǔ)設(shè)備通過AC干線、再生制動(dòng)和/或車載發(fā)電裝置進(jìn)行充電。
并聯(lián)混合技術(shù)以多個(gè)電源的機(jī)械結(jié)合為基礎(chǔ)，來為車輛的車輪提供動(dòng)力。在并聯(lián) 混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，通常由內(nèi)燃引擎(ICE)用經(jīng)由電動(dòng)機(jī)和/或其他諸如氣動(dòng)機(jī)這樣的電源 引入到該動(dòng)力系統(tǒng)中的額外機(jī)械動(dòng)力來產(chǎn)生動(dòng)力。 本文所述的特有技術(shù)基于自動(dòng)變速器的應(yīng)用，該自動(dòng)變速器利用受壓液體和離心 力來改變齒輪從而增加車輛的速度。大多數(shù)中型及重型級(jí)車輛(USD0T 6、7、8級(jí))的自動(dòng) 變速器具有動(dòng)力輸出(Power Take Off) (PTO)齒輪選擇。 PTO齒輪直接連接至變速器的動(dòng)力輸出端，并且通常連接至變速器的扭矩變換器 部分，該P(yáng)T0齒輪以1 : 1的比例連接至ICE的曲軸(一旦所述扭矩變換器被鎖定)。PTO 齒輪通過變速器外殼上的蓋板進(jìn)行裝卸。移除PTO蓋，并且將PTO元件連接至變速器的PTO 齒輪。 所述PTO元件是一種具有與變速器的PTO齒輪相嚙合的輸入齒輪的裝置，所述PTO 元件還具有可連接至U型接頭驅(qū)動(dòng)軸(driveshaft)的輸出軸。所述PTO輸出通常用于驅(qū) 動(dòng)諸如空氣壓縮機(jī)、水泵和/或液壓泵這樣的輔助設(shè)備。可以通過靜止模式和/或在驅(qū)動(dòng) 的同時(shí)實(shí)現(xiàn)PTO操作。 在G潔nwald等人的現(xiàn)有技術(shù)專利(美國專利6， 484， 830、6， 651， 759、7， 004， 273 和7，252， 165)中描述了一種使用超級(jí)電容的混合系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過PTO軸連接了一個(gè)AC 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，由此使用再生制動(dòng)能來協(xié)助車輛推進(jìn)。 本發(fā)明的目的是部署一種采用了 6、7或8級(jí)卡車或客車上已有部件的并聯(lián)混合電 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 本發(fā)明的另一 目的是提供雙向PTO操作。 本發(fā)明的另一目的是并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的適當(dāng)功能必須包括電源之間的同步轉(zhuǎn) 動(dòng)(rotation)。 本發(fā)明的另一目的是在上述改變期間對(duì)在所述系統(tǒng)的內(nèi)部部件上施加的力進(jìn)行 緩釋(mitigation)。本發(fā)明的另一 目的是監(jiān)督到所述混合系統(tǒng)的各種輸入的車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS)。
本發(fā)明的另一目的是在驅(qū)動(dòng)條件和靜止操作下使用由諸如電池系統(tǒng)這樣的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)供電的電動(dòng)機(jī)來為通常安裝于常規(guī)PTO的附屬系統(tǒng)提供動(dòng)力。

發(fā)明內(nèi)容
與上述的這些目的和其他顯而易見的目的一致，本發(fā)明提供了一種在自動(dòng)變速器 上使用動(dòng)力輸出(PT0)連接的并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為針對(duì)動(dòng)力和再生制動(dòng) 的次級(jí)能源的傳輸端口。 大多數(shù)的指定6、7和8級(jí)USDOT的卡車和客車采用具有PTO齒輪選擇的變速器。 本發(fā)明的目的是提供一種能夠輕易與某些具有PTO的車輛連接以降低燃油消耗的并聯(lián)混 合系統(tǒng)。 本發(fā)明的一個(gè)目的是部署一種利用了6、7或8級(jí)卡車或客車上已有部件的并聯(lián)混 合電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。當(dāng)前由他人部署的并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要使用特定變速器或重新改造現(xiàn)有 的傳動(dòng)系統(tǒng)(driveline)，由此使得用戶支付較大費(fèi)用。本文討論的發(fā)明是一種"附加的" 并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以在車輛使用期限內(nèi)的任何時(shí)間由工廠或車輛裝配工進(jìn) 行安裝。本發(fā)明另外的好處在于，由于使用了最標(biāo)準(zhǔn)的部件，維護(hù)費(fèi)用、時(shí)間和協(xié)議都不會(huì) 發(fā)生顯著改變。 本發(fā)明的另一目的是提供雙向PTO操作。如前所述，PTO輸出齒輪連接至引擎曲軸 且直接與引擎RPM相關(guān)。通過將動(dòng)力經(jīng)由由電池供電的電動(dòng)機(jī)施加到PTO輸入齒輪，輸出 到車輪的動(dòng)力由電池組進(jìn)行補(bǔ)充，由此降低由內(nèi)燃引擎提供的動(dòng)力，從而降低燃油消耗。電 動(dòng)機(jī)還可以通過PTO元件提供阻力或負(fù)力(negative force)，從而產(chǎn)生停止車輛的方法。 電動(dòng)機(jī)的負(fù)力用于為電池充電；在該階段期間，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)使用。本領(lǐng)域技術(shù)人員將 其稱為再生制動(dòng)。 本發(fā)明的另一目的是并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的適當(dāng)功能必須包括電源之間的同步轉(zhuǎn) 動(dòng)。在這種情況下，電源可被定義為柴油機(jī)內(nèi)燃引擎和電動(dòng)機(jī)。所述引擎的唯一任務(wù)是傳 遞動(dòng)力到變速器，而電動(dòng)機(jī)將兼負(fù)為變速器提供動(dòng)力和接受用于充電的動(dòng)力(power for charging)(即再生制動(dòng))的雙重任務(wù)。這兩種不同的任務(wù)促使電動(dòng)機(jī)在作為驅(qū)動(dòng)器工作或 被驅(qū)動(dòng)之間來回變換。 本發(fā)明的另一目的是在上述變換期間對(duì)在所述系統(tǒng)內(nèi)部部件上施加的力進(jìn)行緩
釋。變化的力將促使部件中的空轉(zhuǎn)(backlash)產(chǎn)生反轉(zhuǎn)。例如，PTO的內(nèi)部齒輪鏈指定了
允許發(fā)生空轉(zhuǎn)的容限值。在操作期間，任何齒輪僅在每個(gè)齒的一側(cè)接收來自另一齒輪的接
觸。接觸所在的那側(cè)由力施加在何處來確定。如上所述，該系統(tǒng)中力的反轉(zhuǎn)還促使接觸點(diǎn)
的反轉(zhuǎn)。為了使得該系統(tǒng)適當(dāng)操作(有效操作而不降低期望的壽命)，所有內(nèi)部部件必須
能夠接受空轉(zhuǎn)的反轉(zhuǎn)。通過使用反饋控制，潛在的破壞性雙向力得到緩釋，所述反饋控制使
用了集成在電動(dòng)機(jī)組件中的標(biāo)定(indexing)功能。通過在軟件控制算法中使用"阻尼"功
能，電動(dòng)機(jī)能夠減輕由齒輪空轉(zhuǎn)和傳輸?shù)杰囕喌膭?dòng)力而引起的潛在有害振動(dòng)。 本發(fā)明的另一目的是監(jiān)督到所述牽引系統(tǒng)的各種輸入的車輛監(jiān)控系統(tǒng)。該VMCS
對(duì)下列輸入/輸出進(jìn)行管理，以確定施加到PTO的動(dòng)力的量和頻率，由此保持車輛的操控性
能并優(yōu)化整體效率-加速器踏板位置-引擎節(jié)氣門位置
5
-電池電壓
_車輛速度
-扭矩需求 在驅(qū)動(dòng)期間進(jìn)入了兩個(gè)特定模式1)加速模式以及2)停止模式。在加速模式期 間，所述系統(tǒng)通過變速器將來自電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到車輪。在停止模式期間，電動(dòng)機(jī)通過變 速器將阻力(resistance)提供到車輪以在車輛停止時(shí)產(chǎn)生電能(也稱作再生能量)。
他人(例如Gruenwald和Palumbo' 165)使用了 AC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，該AC感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 產(chǎn)生的扭矩比所述電動(dòng)機(jī)少(針對(duì)給定重量和大小)。 本發(fā)明選擇了永磁電動(dòng)機(jī)，該永磁電動(dòng)機(jī)為啟動(dòng)助推(launch assist)和再生制 動(dòng)提供了額外的扭矩，由此使得所述系統(tǒng)更加有效。Palumbo注明了框(frame) 215是合適 的最大感應(yīng)型電動(dòng)機(jī)，其能夠限制所用機(jī)器的動(dòng)力。 本發(fā)明還通過改變CAN(車輛網(wǎng)絡(luò))的下/上變換指令來變更變速器變速的途徑，
由此通過變速器為車輪提供來自電動(dòng)機(jī)和引擎的不可測(cè)動(dòng)力混合(blending)。 此外，對(duì)變速器的扭矩變換器進(jìn)行鎖定和解鎖。與PTO混合技術(shù)一起使用的變速
器類型上的可變狀態(tài)扭矩變換器用于減少再生制動(dòng)過程中引擎和扭矩變換器中的有效損
耗(effective loss)。 采用這種方法，將駕駛員界面節(jié)點(diǎn)(DIN)、輔助電源控制器(APUC)、充電端口接口 (CPI)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和主事件控制器(MEC)以及其他子系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合的車輛監(jiān)控系 統(tǒng)(VMCS)對(duì)操作模式之間的控制和轉(zhuǎn)換進(jìn)行監(jiān)控，并對(duì)動(dòng)力混合、變速控制、扭矩變換器 鎖定和解鎖、阻尼控制和防鎖死或穩(wěn)定性控制事件中再生制動(dòng)的安全方面等等細(xì)節(jié)進(jìn)行監(jiān) 控。 由此，本發(fā)明的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括通過變速器連接的內(nèi)燃引擎以驅(qū)動(dòng)車輛的 車輪。所述變速器具有動(dòng)力輸出裝置(PTO)和PT0輸出齒輪。與PT0連接的并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如電池系統(tǒng))以及車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS)。所述電動(dòng)機(jī) 通過軸連接到PT0以用于雙向動(dòng)力流。通常地，所述電動(dòng)機(jī)對(duì)諸如液壓泵、空氣壓縮機(jī)以及 所安裝的配件這樣的附屬設(shè)備進(jìn)行操控。所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)連接以用于發(fā)送和接 收電力。所述車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS)具有 a)用于將來自能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的電力傳遞到電動(dòng)機(jī)的第一加速模式，由此為變速器
提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，從而對(duì)由引擎?zhèn)鬟f到車輛的車輪的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力進(jìn)行補(bǔ)充，以及 b)第二減速模式，在該模式下，當(dāng)所述引擎不傳遞動(dòng)力到車輪時(shí)，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)
電機(jī)接收來自PT0的軸動(dòng)力以提供再生制動(dòng)以及對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行再次充電，其中所述
PT0還可以從所述變速器得到釋放(disengage)，使得電動(dòng)機(jī)自由地將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)
力提供到前述的附屬設(shè)備。 所述PT0與變速器中的PT0輸出齒輪連接。前述的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)選地包括電池 組、使用外部電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的電池充電器、以及電池管理系統(tǒng)。所述電動(dòng)機(jī)可以具 有當(dāng)VMCS處于第一模式時(shí)得到釋放的可選輔助動(dòng)力輸出裝置。所述VMCS可選地包括阻 尼功能(dampening function)，用于當(dāng)處于任一個(gè)轉(zhuǎn)換模式時(shí)減少PT0中的震動(dòng)和齒輪空 轉(zhuǎn)，其中所述阻尼功能對(duì)電動(dòng)機(jī)和PTO輸出齒輪的速率和方向進(jìn)行監(jiān)控，并調(diào)整電動(dòng)機(jī)的 速率和速度，由此形成閉環(huán)反饋回路以確保車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)和高效的操作?？蛇x地，所述電動(dòng)機(jī)可為永磁電動(dòng)機(jī)，該永磁電動(dòng)機(jī)在前述第一加速模式期間提供額外扭矩和在前 述第二減速模式期間提供更多再生動(dòng)力。 所述VMCS優(yōu)選地對(duì)加速器踏板位置、引擎節(jié)氣門位置、電池電壓、車輛速度和/或 扭矩需求進(jìn)行監(jiān)控，以確定施加到PT0的動(dòng)力的量和頻率，從而保持車輛的操控性能并優(yōu) 化整體效率。 所述混合系統(tǒng)優(yōu)選地在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)的逆變器(inverter)之間包括高 壓DC連接中心，該高壓DC連接中心用以控制諸如電池系統(tǒng)這樣的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與該電動(dòng) 機(jī)之間的電力流。 所述VMCS優(yōu)選地具有第三停放/空檔模式，在該模式下，電動(dòng)機(jī)對(duì)電池組進(jìn) 行再次充電。此外，所述VMCS優(yōu)選地具有引擎關(guān)閉的第四全電力靜止(all-electric stationary)模式，在該模式下，電動(dòng)機(jī)操作輔助動(dòng)力輸出裝置。 —般而言，本發(fā)明車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括通過變速器與車輛驅(qū)動(dòng)輪連接的內(nèi)燃引 擎，所述變速器具有動(dòng)力輸出裝置(PTO)，其中該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過下述步驟進(jìn)行改進(jìn)a)通過 雙向動(dòng)力流軸(bidirectional power flow shaft)將并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與所述PT0連接， 其中并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、以及車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS);以及b)當(dāng) 內(nèi)燃引擎正在驅(qū)動(dòng)車輪時(shí)，VMCS控制并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來使用電動(dòng)機(jī)將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力補(bǔ)充至車 輛的車輪，而當(dāng)所述引擎不向車輪傳遞動(dòng)力時(shí)，VMCS提供再生制動(dòng)，由此并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 中的電池被再次充電。 這種改進(jìn)也可包括將PT0與變速器中的扭矩變換器相連接的步驟，以及采用外部 電源為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)再次充電的步驟。這種改進(jìn)還可包括當(dāng)電動(dòng)機(jī)為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)再次充 電時(shí)，從電動(dòng)機(jī)收回(withdraw)輔助動(dòng)力的步驟，或包括當(dāng)電動(dòng)機(jī)正在將軸動(dòng)力傳遞至變 速器時(shí)，釋放輔助動(dòng)力輸出裝置的步驟。 優(yōu)選地，VMCS使用阻尼功能來降低在補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)動(dòng)力和再生制動(dòng)間進(jìn)行切換時(shí)PT0 中的震動(dòng)。VMCS也優(yōu)選地對(duì)加速器踏板位置、引擎節(jié)氣門位置、電池電壓、車輛速度和/或 扭矩需求進(jìn)行監(jiān)控，以確定施加到PT0的動(dòng)力的量和頻率，由此保持車輛的操控性能并優(yōu) 化整體效率。 該混合系統(tǒng)可使用在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)的逆變器之間的高壓DC連接中心， 該高壓DC連接中心用以控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)之間的電力流，該電力流也可在變速 器處于停放或空檔位置時(shí)對(duì)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行再次充電。 VMCS也提供了用于調(diào)整(tuning)為啟動(dòng)助推所提供的動(dòng)力的量和調(diào)整在前向和 /或反向方向上施加的再生制動(dòng)動(dòng)力的方法，其中VMCS還具有用于針對(duì)每個(gè)齒輪的設(shè)置的 調(diào)整表(tuning chart)，所述設(shè)置包括踏板位置vs.(對(duì))所施加的正或負(fù)扭矩、電池電壓 vs.所提供的扭矩、所提供的扭矩vs.充電狀態(tài)(S0C)、以及包括系統(tǒng)中止的駕駛員輸入。
所述系統(tǒng)也通過每個(gè)齒輪進(jìn)行變速，變速器通過車量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為其中的VMCS提 供信號(hào)，以便提供變速事件的預(yù)先通知，其中進(jìn)一步根據(jù)該信息以及踏板位置，從而VMCS 能夠提高或降低提供至電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使得變速更加平穩(wěn)和高效，從而提高車輛的駕駛性 能并降低油耗。 VMCS也優(yōu)選地與任意原始設(shè)備制造商(OEM)車輛數(shù)據(jù)系統(tǒng)相接，以便根據(jù)防鎖死 或牽引控制事件來消除或降低再生制動(dòng)。


結(jié)合附圖可以更加詳細(xì)地理解本發(fā)明。要注意的是，本發(fā)明不限于附圖中所示的具體實(shí)施方式
，其中 圖1為示出了本發(fā)明主要硬件元件之間的關(guān)系的高級(jí)框圖； 圖2為本發(fā)明的整個(gè)車輛系統(tǒng)的部件和子系統(tǒng)的詳細(xì)框圖； 圖3示出了僅在車輛加速過程中所用到的那些圖框，通過箭頭表示動(dòng)力流動(dòng)； 圖4示出了僅在車輛減速過程中所用到的那些圖框，通過箭頭表示動(dòng)力流動(dòng)方
向； 圖5示出了在"停放/空檔"駕駛模式中所用到的圖框，通過箭頭表示可能的動(dòng)力 流動(dòng)路徑； 圖6示出了全電力靜止模式支持所涉及到的圖框，也通過箭頭表示動(dòng)力流動(dòng)方 向； 圖7示出了支持引擎供電靜止模式所涉及的元件，并表明了動(dòng)力流動(dòng)方向；
圖8示出了本發(fā)明的PT0混合系統(tǒng)的插入式(plug-in)充電模式所涉及的圖框和 動(dòng)力流動(dòng)。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明的高級(jí)功能圖示。該圖示表明所有系統(tǒng)的相互關(guān)系，而所提出的并 聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)連至由6、7或8級(jí)客車或卡車中的內(nèi)燃引擎(1)提供動(dòng)力的自動(dòng)變速器 (2)。 元件(1)、 (2)、 (3)、 (7)和(8)為傳統(tǒng)6、7或8級(jí)卡車或客車上的典型部件。 這包括內(nèi)燃引擎(D、變速器(2)、動(dòng)力輸出(PTO)元件(3)，其中變速器(2)與差速器 (differential) (7)驅(qū)動(dòng)輪(8)進(jìn)行通信。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解這些部件的操作以及在典 型的駕駛條件下它們之間如何相互作用。 本發(fā)明的機(jī)械部分在包括PTO設(shè)備(3)、電動(dòng)機(jī)(4)、電力電子/電池(5)、車輛監(jiān) 控系統(tǒng)(VMCS) (6)以及諸如壓縮機(jī)這樣的輔助設(shè)備(10)的元件中示出。PTO元件(3)用短 驅(qū)動(dòng)軸(9)與電動(dòng)機(jī)(4)連接。軸(9)能夠?qū)?dòng)力傳輸?shù)絇TO元件(3)中或?qū)?dòng)力從PTO 元件(3)中輸出。電動(dòng)機(jī)(4)由電力電子/電池系統(tǒng)(5)供電，同時(shí)電力電子/電池系統(tǒng) (5)也是一種雙向系統(tǒng)，它能夠?yàn)殡妱?dòng)機(jī)(4)提供動(dòng)力或者從電動(dòng)機(jī)(4)接受動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)
(4) 通過PT0(3)機(jī)械性地發(fā)揮作用。 車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS) (6)通過對(duì)上述的輸入進(jìn)行監(jiān)控來對(duì)電力電子/電池系統(tǒng)
(5) 的操作進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)為駕駛員和/或其它車載系統(tǒng)提供輸出數(shù)據(jù)。 諸如壓縮機(jī)(10)的可選輔助設(shè)備(1)能夠被安裝到電動(dòng)機(jī)末端軸(endshaft) 上。這些輔助系統(tǒng)可包括各種用于通過PTO傳輸流體和/或動(dòng)力的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
操作模式 圖2-8中所示的圖表示出了 PTO混合系統(tǒng)能夠操作的每個(gè)操作模式中的動(dòng)力流 動(dòng) 圖2為整體系統(tǒng)圖表。
圖3為加速過程中的驅(qū)動(dòng)模式。 圖4為減速過程中的驅(qū)動(dòng)模式。 圖5為停放/空檔過程中的驅(qū)動(dòng)模式。 圖6為全電力操作過程中的靜止模式。 圖7為引擎操作過程中的靜止模式。 圖8為電池充電過程中的插入式(plug in)模式。 圖3-8中的圖表表明每個(gè)操作模式中的機(jī)械能、電能、控制動(dòng)力和控制邏輯的流動(dòng)。 圖2表明本發(fā)明PT0混合系統(tǒng)中所用的全部主要子系統(tǒng)和元件。所示的大部分圖 框無需加以說明，但是某些則需要進(jìn)行說明。需要注意圖中左方中部的"電池隔離器/組 合器"(15)對(duì)車輛電池(16)和本發(fā)明中的獨(dú)立12伏電池(17)之間的連接進(jìn)行控制，所述 獨(dú)立12伏電池(17)對(duì)控制系統(tǒng)以及"加熱系統(tǒng)"(18)進(jìn)行操作。中部的圖框"高壓DC連 接中心"(19)具有三個(gè)連接，分別連接于將來自電池組的DC轉(zhuǎn)換成AC以運(yùn)行PM發(fā)動(dòng)機(jī)的 逆變器(20)、和將600伏直流電降壓至12伏以用于典型車輛負(fù)載的DC-DC轉(zhuǎn)換器(21)， 連接還包括與兩個(gè)300伏電池組即SES1(25)和SES2(26)的連接，這兩個(gè)電池組都帶有各 自的本地管理系統(tǒng)和充電器。圖中右方的AC充電端口 (30)通過充電端口接口 (31)(CPI) 與兩個(gè)電池充電器連接。需要注意，通過"PTO離合器"(3)用于加速和再生制動(dòng)的"電動(dòng) 機(jī)"(4)也為"液壓泵"(35)提供動(dòng)力，以用于車用液壓(bucket hydraulics)。輔助電源 控制器(37) (APUC)和駕駛員界面節(jié)點(diǎn)(38) (DIN)分別根據(jù)加速器踏板位置和靜止模式操 作過程中所需的動(dòng)力，來向發(fā)動(dòng)機(jī)/驅(qū)動(dòng)逆變器發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力需求，所述"發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)/ 逆變器"(20)隨后向電動(dòng)機(jī)(4)提供電能。 圖3中，在加速模式過程中，來自兩個(gè)300伏電池組的動(dòng)力通過高壓DC連接中心 (19)、和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)/逆變器(20)流向電動(dòng)機(jī)(4)，該電動(dòng)機(jī)(4)通過其將其動(dòng)力與來自 引擎(1)的動(dòng)力進(jìn)行混合的PTO進(jìn)入點(diǎn)來驅(qū)動(dòng)車輪(8)。這種啟動(dòng)助推通過指令和電池組 SES1(25)和SES2(26)的充電狀態(tài)得以控制；其將在制動(dòng)過程中聚集的能量進(jìn)行循環(huán)利用， 從而降低油耗和污染。 相反地，圖4中，在減速模式過程中，機(jī)械動(dòng)力通過PTO (3)從差速器(7)和齒輪箱 流出，旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(4)使其成為發(fā)電機(jī)，從而通過發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)/逆變器(20)和高壓連接中 心(19)來對(duì)兩個(gè)300伏電池組進(jìn)行充電。從而，本將在制動(dòng)中以熱能形式浪費(fèi)的能量被留 待后用。 圖5顯示當(dāng)車輛處于"停放/空檔"狀態(tài)而引擎(1)保持運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的一種典型操作， 從而引擎動(dòng)力能夠被用于通過PT0(3)來旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)(4)使其成為發(fā)電機(jī)來對(duì)兩個(gè)300伏 電池組充電和/或?yàn)檩o助設(shè)備提供動(dòng)力。應(yīng)注意，在該模式下，液壓泵(35)從電動(dòng)機(jī)(4) 中被釋放。 圖6顯示當(dāng)車輛處于停放狀態(tài)而引擎(1)熄滅時(shí)，可由本發(fā)明的PTO混合系統(tǒng)支 持的活動(dòng)。在該模式下，不產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)污染或排放，而引擎也不會(huì)產(chǎn)生噪音。所有的動(dòng)力都來 自這兩個(gè)300伏電池組。這種全電力模式能夠?yàn)檐囉靡簤?bucket hydraulics)、輔助設(shè)備 提供動(dòng)力，以及通過DC/DC轉(zhuǎn)換器(21)來為車載12伏電池(16)和本發(fā)明的12伏電池充 電。圖中的黑體動(dòng)力箭頭表明了流動(dòng)路徑。
圖7顯示引擎驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的靜止模式下的動(dòng)力流動(dòng)。在該模式下，所有的動(dòng)力都 來自引擎(1)，而300伏電池組能夠通過引擎的動(dòng)力得到再次充電。如果300伏電池組在全 電力模式下的工作場(chǎng)所中被耗盡，可暫時(shí)采用這一模式，直到300伏電池組被充電完畢。但 是，這一模式也能夠?yàn)檐囉靡簤汗╇?，因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)(4)在被引擎(1)帶動(dòng)而作為發(fā)電機(jī)為 300伏電池組充電時(shí)，該電動(dòng)機(jī)(4)也與液壓泵(35)軸連接。 圖8的圖表顯示在充電站進(jìn)行插入式充電情況下的連接。并非車輛系統(tǒng)的一部分 的12伏電池充電器用于為兩個(gè)12伏電池進(jìn)行充電，而被植入300伏電池組即SES1 (25)和 SES2 (26)的充電器被用于對(duì)那些高壓電池組進(jìn)行充電。 在前述的說明書中，某些術(shù)語和視覺描述被用于闡明優(yōu)選的實(shí)施方式。但是，所用 這些超出現(xiàn)有技術(shù)中所示的內(nèi)容的術(shù)語或所描述的例證不會(huì)造成不必要的限制，這是由于 這些術(shù)語和描述僅僅是示例性的，不會(huì)限制本發(fā)明的范圍。 也應(yīng)了解，在不超出所附權(quán)利要求所標(biāo)明的本發(fā)明范圍的情況下，可針對(duì)本發(fā)明 做出其他修改。
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權(quán)利要求
一種車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，組合包括內(nèi)燃引擎，該內(nèi)燃引擎通過變速器與所述車輛的驅(qū)動(dòng)輪連接；所述變速器具有動(dòng)力輸出裝置(PTO)和PTO輸出齒輪；與所述PTO連接的并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS)；所述電動(dòng)機(jī)通過軸與所述PTO連接以用于雙向動(dòng)力流；所述電動(dòng)機(jī)具有附屬設(shè)備；所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與所述電動(dòng)機(jī)連接以用于發(fā)送和接收電力；所述車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS)具有第一加速模式以及第二減速模式，所述第一加速模式用于將電力從所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)傳遞到所述電動(dòng)機(jī)以為所述變速器提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來補(bǔ)充由所述引擎向所述車輛的車輪傳遞的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力；在所述第二減速模式下，在所述引擎不向所述車輪傳遞動(dòng)力時(shí)，所述電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)接收來自所述PTO的軸動(dòng)力以提供再生制動(dòng)以及對(duì)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行再次充電，其中所述PTO能夠進(jìn)一步地從所述變速器得到釋放，使得所述電動(dòng)機(jī)自由地將來自所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的動(dòng)力提供到所述附屬設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛動(dòng)力系統(tǒng)，其中所述附屬設(shè)備選自由液壓泵、空氣壓縮 機(jī)和所安裝的配件組成的組。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述PTO與所述變速器中的PTO輸 出齒輪連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)包括電池組、用 于通過使用外部電源為所述電池組充電的電池充電器、以及電池管理系統(tǒng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述電動(dòng)機(jī)具有輔助動(dòng)力輸出裝置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中當(dāng)所述VMCS處于所述第一模式時(shí)， 所述輔助動(dòng)力輸出裝置被釋放。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述VMCS包括阻尼功能，該阻尼功 能用于當(dāng)處于任一個(gè)轉(zhuǎn)換模式時(shí)降低所述PTO中的震動(dòng)和齒輪空轉(zhuǎn)，所述阻尼功能對(duì)所述 電動(dòng)機(jī)和所述PTO輸出齒輪的速率和方向進(jìn)行監(jiān)控并調(diào)整所述電動(dòng)機(jī)的速率和速度，由此 形成閉環(huán)反饋回路以確保所述車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)和高效的操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述電動(dòng)機(jī)是在所述第一模式期間 提供額外扭矩和在所述第二模式期間提供更多再生動(dòng)力的永磁電動(dòng)機(jī)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述VMCS對(duì)加速器踏板位置、引擎 節(jié)氣門位置、電池電壓、車輛速度以及扭矩需求進(jìn)行監(jiān)控，以確定施加到所述PTO的動(dòng)力的 量和頻率，從而保持車輛的操控性能并優(yōu)化整體效率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述混合系統(tǒng)包括在所述能量存 儲(chǔ)系統(tǒng)與所述電動(dòng)機(jī)的逆變器之間的高壓DC連接中心，該高壓DC連接中心用以控制所述 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與所述電動(dòng)機(jī)之間的電力流。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述VMCS具有第三停放/空檔模 式，在該第三停放/空檔模式下，所述電動(dòng)機(jī)對(duì)所述電池組進(jìn)行再次充電。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中所述VMCS具有所述引擎關(guān)閉的第四全電力靜止模式，在該第四全電力靜止模式下，所述電動(dòng)機(jī)操作所述輔助動(dòng)力輸出裝置。
13. —種在包括通過變速器與車輛的驅(qū)動(dòng)輪連接的內(nèi)燃引擎的車輛動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的 用于改進(jìn)所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法，所述變速器具有動(dòng)力輸出裝置(PT0)，所述方法包括下列步驟通過雙向動(dòng)力流軸將并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與所述PTO相連接，所述并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包 括電動(dòng)機(jī)、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及車輛監(jiān)控系統(tǒng)(VMCS)以及當(dāng)所述內(nèi)燃引擎正在驅(qū)動(dòng)所述車輪時(shí)，所述VMCS控制所述并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來使用 所述電動(dòng)機(jī)將驅(qū)動(dòng)動(dòng)力補(bǔ)充至所述車輛的車輪，而當(dāng)所述引擎不向所述車輪傳遞動(dòng)力時(shí)， 所述VMCS提供再生制動(dòng)，由此對(duì)所述并聯(lián)混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電池進(jìn)行再次充電。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，該方法包括將所述PT0連接至所述變速器中的扭矩 變換器的步驟。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，該方法包括通過采用外部電源對(duì)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng) 進(jìn)行再次充電的步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法包括當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)在對(duì)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn) 行再次充電時(shí)從所述電動(dòng)機(jī)收回輔助動(dòng)力的步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，該方法包括當(dāng)所述電動(dòng)機(jī)正在將軸動(dòng)力傳遞至所述 變速器時(shí)釋放輔助動(dòng)力輸出裝置的步驟。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中在補(bǔ)充驅(qū)動(dòng)動(dòng)力與再生制動(dòng)之間進(jìn)行切換時(shí)， 所述VMCS使用阻尼功能來降低所述PTO中的震動(dòng)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述VMCS對(duì)加速器踏板位置、引擎節(jié)氣門位置、 電池電壓、車輛速度以及扭矩需求進(jìn)行監(jiān)控，以確定施加到所述PTO的動(dòng)力的量和頻率，從 而保持車輛的操控性能并優(yōu)化整體效率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述混合系統(tǒng)在所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與所述電動(dòng) 機(jī)的逆變器之間包括高壓DC連接中心，該高壓DC連接中心用以控制所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)與 所述電動(dòng)機(jī)之間的電力流。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中在所述變速器處于停放或者空檔位置時(shí)，所述 電動(dòng)機(jī)對(duì)所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行再次充電。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述VMCS提供了用于調(diào)整為啟動(dòng)助推所提供的 動(dòng)力的量和調(diào)整在前向和/或反向方向上施加的再生制動(dòng)動(dòng)力的方法，其中所述VMCS進(jìn)一 步地具有用于針對(duì)每個(gè)齒輪所提供的設(shè)置的調(diào)整表，所述設(shè)置包括踏板位置vs.所施加的 正或負(fù)扭矩、電池電壓vs.所提供的扭矩、所提供的扭矩vs.充電狀態(tài)(SOC)、以及包括系統(tǒng) 中止的駕駛員輸入。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述系統(tǒng)通過每個(gè)齒輪進(jìn)行變速，所述變速器 通過車量數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為其中的VMCS提供信號(hào)，以便提供變速事件的預(yù)先通知，其中進(jìn)一步地 根據(jù)該信息以及所述踏板位置，所述VMCS能夠提高或降低提供至所述電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，使得 變速更加平穩(wěn)和高效，從而提高車輛的駕駛性能并降低油耗。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述VMCS還進(jìn)一步地與原始設(shè)備制造商(OEM)車輛數(shù)據(jù)系統(tǒng)相接，以便根據(jù)防鎖死或牽引控制事件來消除或降低再生制動(dòng)。
全文摘要
針對(duì)驅(qū)動(dòng)模式和靜止操作，描述了一種將在自動(dòng)變速器上的動(dòng)力輸出連接作為次級(jí)設(shè)備的轉(zhuǎn)換端口的并聯(lián)混合車輛系統(tǒng)。次級(jí)設(shè)備為由電池供電的電動(dòng)機(jī)，所述電動(dòng)機(jī)在驅(qū)動(dòng)模式下提供動(dòng)力或再生制動(dòng)，或在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)為通常安裝于常規(guī)PTO的配件提供動(dòng)力。
文檔編號(hào)B60K1/02GK101795884SQ200880105323
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月12日
發(fā)明者J·M·安布羅西奧 申請(qǐng)人:歐達(dá)系統(tǒng)公司