專利名稱：測(cè)量混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量飛輪混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的裝置和方法。
背景技術(shù)：
典型的飛輪混合動(dòng)力車輛裝有作為原動(dòng)機(jī)(primary mover)的內(nèi)燃機(jī)和裝有作為 儲(chǔ)能和回收裝置的飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)(secondary movers) 02008年4月14-17日出版的(美國(guó))汽車工程師協(xié)會(huì)技術(shù)論文(SAEtechnical paper) 2008-01-0083描述了一種由連接在車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間并且用于通過(guò)齒輪 組(gearset)驅(qū)動(dòng)飛輪的無(wú)級(jí)變速器(CVT)組成的裝置。該裝置可以增加或減小由發(fā)動(dòng)機(jī) 提供的動(dòng)力(power)。US 2008/0105475號(hào)專利文件公開了一種具有用于車輛的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng) (powertrain)、飛輪以及互連動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及飛輪的無(wú)級(jí)變速器的機(jī)動(dòng)車輛(automotive vehicle)。當(dāng)車輛減速時(shí)，來(lái)自動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)及其相關(guān)傳動(dòng)裝置的能量轉(zhuǎn)移到飛輪。相反 地，為了加速車輛，存儲(chǔ)在飛輪中的能量可以轉(zhuǎn)移到動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)。適用于飛輪混合動(dòng)力車輛的典型的CVT裝有鋼帶變換器并且具有大約6的傳動(dòng)比 范圍。為了調(diào)整加壓油到變換器的流量，CVT的操作通常受控于打開和關(guān)閉電磁閥的電子 單元。典型的飛輪混合動(dòng)力車輛中，飛輪可以通過(guò)離合器連接到無(wú)級(jí)變速器并且通過(guò)離 合器與無(wú)級(jí)變速器分離。例如，當(dāng)車輛正以恒定的速度行駛時(shí)離合器可以打開，然后當(dāng)車輛 減速時(shí)離合器可以閉合，允許飛輪旋轉(zhuǎn)加速。另一種操作模式中，一俟用轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能對(duì)飛輪預(yù) 蓄能，就可以閉合離合器以便車輪由飛輪通過(guò)CVT驅(qū)動(dòng)，藉此補(bǔ)充發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力。對(duì)于飛輪混合動(dòng)力車輛的平穩(wěn)操作，尤其是當(dāng)在飛輪驅(qū)動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)之間切換 時(shí)，知曉車輛的質(zhì)量是有好處的。此外，為了讓任何車輛控制系統(tǒng)能夠計(jì)算將車輛加速到所 需速度所必需的加速飛輪旋轉(zhuǎn)所需的附加動(dòng)力(motive power)量，必須知曉車輛的質(zhì)量。 如果車輛控制系統(tǒng)知道了車輛的質(zhì)量，就知道了可以從車輛中回收并且存儲(chǔ)在飛輪中用于 稍后使用的能量總量。因此，這允許車輛動(dòng)力的有效管理并且因此可以實(shí)現(xiàn)燃料經(jīng)濟(jì)節(jié)約。 此外，一俟知曉車輛的質(zhì)量，控制系統(tǒng)就可以提高車輛在回收能量(在飛輪中)時(shí)減速的平 穩(wěn)程度，同樣地，提高車輛在從飛輪釋放能量時(shí)加速的平穩(wěn)程度。這些可能性顯著地減小了 CVT的變換器的機(jī)械磨損并且節(jié)約了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)可以知曉無(wú)負(fù)載的車輛質(zhì)量。然而車輛的質(zhì)量將根據(jù)任何特定 時(shí)間所運(yùn)載的負(fù)載而波動(dòng)。這樣的波動(dòng)在貨車/商用車的情況下較為明顯。商用車的總質(zhì) 量在無(wú)負(fù)載和滿載之間變化并且有時(shí)甚至是超載。這意味著某一特定路面速度的車輛的總 動(dòng)能與存儲(chǔ)在飛輪中的最大動(dòng)能之間的比率還可以略微變化。不測(cè)量并且其操作適于該變 化的系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)低于最佳燃料節(jié)約的潛能。此外，加速和減速(改進(jìn)(refinement))過(guò)程 中的驅(qū)動(dòng)平穩(wěn)程度將達(dá)不到最佳。缺少驅(qū)動(dòng)改進(jìn)增加了機(jī)械應(yīng)變和磨損，對(duì)操作者來(lái)說(shuō)最 終導(dǎo)致較高的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，提供一種測(cè)量車輛質(zhì)量超過(guò)無(wú)負(fù)載質(zhì)量的任何增長(zhǎng)的裝置。第一方面，本發(fā)明由測(cè)量具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及可與車輛的傳動(dòng) 系和飛輪連接的無(wú)級(jí)變速器(CVT)的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的裝置組成，其中，所述裝置包 括在能量在混合動(dòng)力車輛和飛輪之間轉(zhuǎn)移的過(guò)程中測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率的裝置。第二方面，本發(fā)明由測(cè)量具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及在車輛的傳動(dòng)系 和飛輪之間連接的無(wú)級(jí)變速器(CVT)的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的方法組成，其中所述方法 包括以下步驟加速飛輪旋轉(zhuǎn)；檢測(cè)駕駛員加速要求，以及；能量從飛輪轉(zhuǎn)移到車輛的過(guò)程 中，測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率。第三方面，本發(fā)明由測(cè)量具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及在車輛的傳動(dòng)系 和飛輪之間連接的無(wú)級(jí)變速器(CVT)的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的方法組成，其中所述方法包 括以下步驟檢測(cè)駕駛員減速要求，以及；能量從車輛轉(zhuǎn)移到飛輪的過(guò)程中，測(cè)量CVT傳動(dòng) 比變化率。第四方面，本發(fā)明包含具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及可與車輛的傳動(dòng)系 和飛輪連接的無(wú)級(jí)變速器的混合動(dòng)力車輛，并且裝有根據(jù)本發(fā)明所述第一方面的裝置。可以提供設(shè)置在無(wú)級(jí)變速器(CVT)和飛輪之間的離合器，以便飛輪可以聯(lián)接到車 輛的傳動(dòng)系以及從車輛的傳動(dòng)系分離。方便地，轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器可以設(shè)置在CVT的任意一側(cè)(例如，在其輸入和輸出軸 上)并且用于測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因此能夠測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率?？蛇x擇地，傳動(dòng)比變化率可以由從設(shè)置在飛輪上以及設(shè)置在車輛傳動(dòng)系或車輪上 的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器收到的測(cè)量結(jié)果中推導(dǎo)出。如果以特定速度驅(qū)動(dòng)飛輪混合動(dòng)力車輛并且用特定能量對(duì)飛輪蓄能，對(duì)于每個(gè)特 定車輛速度，都可以找到與飛輪速度匹配以使得飛輪既不存儲(chǔ)也不對(duì)車輛釋放能量的CVT 變換器傳動(dòng)比。這可以定義為“中立”速度。如果能量回收發(fā)生在駕駛員釋放油門踏板(沒(méi) 有操作制動(dòng))時(shí)，典型的車輛控制系統(tǒng)將為減速推出一預(yù)先確定的目標(biāo)值，該值需要由車 輛通過(guò)提取能量并且將其存儲(chǔ)在飛輪中實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)該固定的減速所需要提取的能量依 賴于車輛的質(zhì)量。因此，需要轉(zhuǎn)移到飛輪從而實(shí)現(xiàn)該設(shè)定的減速目標(biāo)的能量與車輛的質(zhì)量 直接成比例。同樣地，如果當(dāng)駕駛員踩下油門踏板時(shí)，能量釋放(即，從飛輪轉(zhuǎn)移到車輛)，典型 的車輛控制系統(tǒng)將為加速推出一預(yù)先確定的目標(biāo)值，該值需要通過(guò)從飛輪中提取能量并將 其轉(zhuǎn)移到車輛。此外，為了實(shí)現(xiàn)該固定加速所需要提取的能量依賴于車輛的質(zhì)量。存儲(chǔ)在飛輪中的能量的總量可以通過(guò)飛輪加速的總量測(cè)量，例如需要超過(guò)并且高 于飛輪中立速度。飛輪加速通過(guò)正確選擇變換器傳動(dòng)比實(shí)現(xiàn)。因此在駕駛員釋放油門踏板 (沒(méi)有操作制動(dòng))或者踩下油門踏板的周期中，車輛質(zhì)量可以通過(guò)監(jiān)測(cè)變換器傳動(dòng)比脫離 中立傳動(dòng)比的變化率來(lái)確定。比方說(shuō)，例如，車輛以恒定速度在平路上行駛，并且飛輪已經(jīng)預(yù)蓄能且加速旋轉(zhuǎn)到 特定角速度。飛輪具有已知的慣性并且可以通過(guò)了解其慣性和轉(zhuǎn)動(dòng)速度計(jì)算存儲(chǔ)在其中的 能量總量。當(dāng)飛輪聯(lián)接到CVT時(shí)，可以將該能量(減去一些小的空氣動(dòng)力學(xué)和摩擦損耗)
4轉(zhuǎn)移到車輛傳動(dòng)系。對(duì)于無(wú)負(fù)載車輛，CVT傳動(dòng)比變化率將具有特定值。當(dāng)車輛滿載時(shí)，其 較大的質(zhì)量意味著，為了使能量在飛輪和車輛的傳動(dòng)系之間轉(zhuǎn)移，CVT的變換器將不得不更 艱難地工作。因此，傳動(dòng)比變化率將與質(zhì)量的增加成比例變化?？諝鈩?dòng)力學(xué)和摩擦損耗將具有某一效應(yīng)并且還可以根據(jù)車輛速度而變化。這樣的 損耗可以根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)或者可選擇地通過(guò)駕駛車輛時(shí)的“滑行測(cè)試(coast down)”參 數(shù)來(lái)確定。然后可以相應(yīng)地修正質(zhì)量測(cè)量?？梢詾榇四康闹朴啿檎冶?。測(cè)量最好在平路上完成。如果車輛正在上坡或者正在下坡，由于坡度效應(yīng)，質(zhì)量測(cè) 量將是錯(cuò)誤的。如果車輛裝配有測(cè)量坡度的儀器，例如車載測(cè)斜儀(inclinometer)或者全 球定位/導(dǎo)航儀(global positioning/navigationequipment),可以計(jì)算并補(bǔ)償該坡度效 應(yīng)。對(duì)車輛質(zhì)量的認(rèn)識(shí)能夠使控制原動(dòng)機(jī)和次級(jí)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用時(shí)的前饋策略得以使用。 如果車輛質(zhì)量已知，控制系統(tǒng)可以預(yù)測(cè)特定飛輪存儲(chǔ)的能量將使車輛加速多少。其還可以 預(yù)測(cè)當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)有多少能量可以存儲(chǔ)在飛輪中。這提供了燃料節(jié)約的好處。


現(xiàn)在參照附圖，僅通過(guò)舉例的方式說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖(圖1)表示裝有根 據(jù)本發(fā)明的質(zhì)量測(cè)量裝置的飛輪混合動(dòng)力車輛的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1中，車輛1包括通過(guò)變速箱4和前軸5驅(qū)動(dòng)一對(duì)前輪3的內(nèi)燃機(jī)2。一對(duì)后輪 6通過(guò)后軸7、差動(dòng)單元8和傳動(dòng)軸9連接到無(wú)級(jí)變速器(CVT) 10。CVT 10是鋼帶變換器類 型并且其操作受控于電子控制模塊(ECU) 11。為了控制加壓油到變換器的流量，ECE 11打 開和關(guān)閉電磁閥(圖中未示出)。CVT 10連接到飛輪12。包含存儲(chǔ)單元14的電子測(cè)量模塊(EMM) 13，與E⑶11相通并且可以接收來(lái)自油門 踏板位置傳感器15的輸入。兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器16、17位于CVT 10的任意一側(cè)。轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器中的一個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器16位于CVT 10的傳動(dòng)軸的一側(cè)(在本例子中表示為CVT 10的輸出軸)， 并且另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器17位于飛輪側(cè)(在本例子中表示為CVT 10的輸入軸)。EMM 13接收來(lái)自轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器16、17的測(cè)量結(jié)果以及來(lái)自車輪速度傳感器19 的測(cè)量結(jié)果。存儲(chǔ)單元14包含飛輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的值以及車輛校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。具體地，其包含當(dāng) 車輛1處在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下，在特定的能量總量在飛輪12和車輛1之間轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，測(cè)量 所得的涉及所期望的變換器傳動(dòng)比的變化率的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)單元14還包含車輛速度范 圍內(nèi)的空氣動(dòng)力學(xué)和摩擦損耗的查找表。該查找表可以由原始的校準(zhǔn)和測(cè)試數(shù)據(jù)編制。本例子中，車輛質(zhì)量測(cè)量在能量從飛輪12到車輛1的轉(zhuǎn)移過(guò)程中實(shí)施。測(cè)量過(guò)程 開始之前，飛輪加速旋轉(zhuǎn)到某一速度，比如說(shuō)60，OOOrpm0這由速度傳感器17測(cè)量并由EMM 13記錄。EMM 13根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元14中的數(shù)據(jù)知曉飛輪12的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其可以計(jì)算可 用于釋放到車輛從而滿足加速要求的能量總量。測(cè)量過(guò)程由EMM 13檢測(cè)車輛加速要求開始。想讓車輛加速的駕駛員，通過(guò)踩下油門踏板一定量來(lái)要求增加扭矩(該情況下從次級(jí)動(dòng)機(jī)中要求扭矩增加)。比方說(shuō)，例如，駕 駛員希望從30mph加速到40mph。他將保持踩下踏板直到車輛達(dá)到所需要的目標(biāo)速度。滿 載車輛到達(dá)目標(biāo)速度將比無(wú)負(fù)載車輛到達(dá)目標(biāo)速度慢。油門踏板位置傳感器15檢測(cè)移動(dòng) 及其量值并將其傳達(dá)到EMM 13。EMM 13利用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元14中的車輛校準(zhǔn)數(shù)據(jù)計(jì)算駕 駛員所要求的等同于油門踏板位置的附加扭矩的值。假定為了達(dá)到額外的扭矩要求，在飛 輪中已經(jīng)存在足夠的能量，為了讓CVT開始將存儲(chǔ)在飛輪12中的能量轉(zhuǎn)移到車輛1，EMM 13 將信號(hào)發(fā)送到E⑶11指示其對(duì)CVT變速器增加液壓。所要求的額外扭矩等于從飛輪12到車輛1的能量流動(dòng)。這樣的能量流動(dòng)的最終 結(jié)果是飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度(即CVT輸入軸)的降低以及對(duì)應(yīng)的CVT輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增加。 此外，給定了飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，EMM 13就知曉在需要的能量總量已經(jīng)釋放之前飛輪必須降 低到的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。因此，當(dāng)該能量正在轉(zhuǎn)移時(shí)，CVT變換器傳動(dòng)比的改變率的值從由傳感器 16、17提供的CVT輸出和輸入軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的測(cè)量結(jié)果中計(jì)算。該計(jì)算值與無(wú)負(fù)載車輛的 期望值相比。計(jì)算值偏離期望值的量與車輛的質(zhì)量增加成比例。為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確度，可以通過(guò)利用存儲(chǔ)單元14中的查找表補(bǔ)償空氣動(dòng)力學(xué) 和摩擦效應(yīng)(對(duì)特定車輛速度)?？蛇x的方法中，在能量從車輛轉(zhuǎn)移到飛輪的過(guò)程中，可以做出相似的質(zhì)量測(cè)量。該 過(guò)程遵照駕駛員的加速要求。這樣的要求通過(guò)駕駛員僅將他的腳抬離油門踏板或者(還) 踩下制動(dòng)踏板來(lái)做出。在踩下制動(dòng)踏板的情況下，液壓制動(dòng)沒(méi)有激活，所需要的延遲僅由飛 輪加速旋轉(zhuǎn)(即，存儲(chǔ)能量)的動(dòng)作來(lái)提供。
權(quán)利要求
一種測(cè)量混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的裝置，所述混合動(dòng)力車輛具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及可與車輛的傳動(dòng)系和飛輪連接的無(wú)級(jí)變速器(CVT)，其特征在于，所述裝置包括在能量在混合動(dòng)力車輛和飛輪之間轉(zhuǎn)移的過(guò)程中測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率的裝置包括設(shè)置在 CVT任意一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度傳感器。
3.一種具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及可與車輛的傳動(dòng)系和飛輪連接的無(wú)級(jí)變 速器的混合動(dòng)力車輛，所述混合動(dòng)力車輛裝有前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的裝置。
4.一種測(cè)量具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及在車輛的傳動(dòng)系和飛輪之間連接的 無(wú)級(jí)變速器的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟加速飛輪 旋轉(zhuǎn)；檢測(cè)駕駛員加速要求，以及；能量從飛輪轉(zhuǎn)移到車輛的過(guò)程中，測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化 率。
5.一種測(cè)量具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及在車輛的傳動(dòng)系和飛輪之間連接的 無(wú)級(jí)變速器的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟檢測(cè)駕駛 員減速要求，以及；能量從車輛轉(zhuǎn)移到飛輪的過(guò)程中，測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率的步驟包括監(jiān) 測(cè)CVT輸入和輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
7.一種測(cè)量實(shí)質(zhì)上如上的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的裝置。
8.一種實(shí)質(zhì)上如上的混合動(dòng)力車輛。
9.一種測(cè)量實(shí)質(zhì)上如上的混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量混合動(dòng)力車輛的質(zhì)量的裝置和方法，所述混合動(dòng)力車輛具有原動(dòng)機(jī)、裝有飛輪的次級(jí)動(dòng)機(jī)以及可與車輛的傳動(dòng)系和飛輪連接的無(wú)級(jí)變速器(CVT)，所述裝置包括在能量在混合動(dòng)力車輛和飛輪之間轉(zhuǎn)移的過(guò)程中測(cè)量CVT傳動(dòng)比變化率的裝置。
文檔編號(hào)B60W40/10GK101890956SQ20101011270
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者多納圖斯·安德里亞斯·約瑟芬·吉斯, 羅伯特·科林·海勒-洛倫岑, 蒂莫西·詹姆斯·鮑曼 申請(qǐng)人:福特全球技術(shù)公司