專利名稱：用于混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制的設(shè)備及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例主要涉及包括混合和電動(dòng)車輛的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及經(jīng)受瞬變負(fù)載或脈動(dòng)負(fù)載的固定式驅(qū)動(dòng)設(shè)備，且更具體地涉及在車輛或驅(qū)動(dòng)設(shè)備的蓄電裝置與車輛或驅(qū)動(dòng)設(shè)備外的動(dòng)力源(或電源)之間傳遞能量。
背景技術(shù)：
混合電動(dòng)車輛可將內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)和由諸如牽引用蓄電池(battery)的儲(chǔ)能裝置提供動(dòng)力的電動(dòng)馬達(dá)相結(jié)合用以推進(jìn)車輛。通常，電動(dòng)馬達(dá)聯(lián)接在內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)裝置之間，以便通過(guò)傳動(dòng)裝置獲得轉(zhuǎn)矩提升的優(yōu)點(diǎn)。這樣的組合可通過(guò)使燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)馬達(dá)能夠分別在相應(yīng)的效率提升范圍內(nèi)操作來(lái)提高總體燃料效率。例如，電動(dòng)馬達(dá)在從起步加速時(shí)可為高效的，而燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)恒定操作的持續(xù)周期期間例如在高速行駛中可為高效的。采用電動(dòng)馬達(dá)來(lái)升高初始加速度容許混合車輛中的燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)較小且燃料效率更尚ο插入式混合車輛構(gòu)造成使用來(lái)自于外部源的電能來(lái)對(duì)牽引用蓄電池再充電。舉例來(lái)說(shuō)，這些車輛可包括道路車輛和越野車輛、高爾夫球車、社區(qū)電動(dòng)車輛、鏟車以及公用卡車。這些車輛可使用非車載固定式蓄電池充電器或車載蓄電池充電器來(lái)將電能從公用電網(wǎng)或可再生能量源傳遞至車輛的車載牽引用蓄電池中。盡管混合車輛提供了許多優(yōu)點(diǎn)，但混合車輛還包括常規(guī)內(nèi)燃車輛中所沒(méi)有的附加構(gòu)件。為了將常規(guī)車輛轉(zhuǎn)換成混合車輛，必須對(duì)車輛底盤和車輛控制系統(tǒng)進(jìn)行顯著的改變。 例如，混合車輛包括能夠驅(qū)動(dòng)車輪且在由車輪驅(qū)動(dòng)時(shí)還用作發(fā)電機(jī)的馬達(dá)?；旌宪囕v還包括用以控制馬達(dá)與儲(chǔ)能裝置之間的功率流動(dòng)的控制器?；旌宪囕v控制器還可接收駕駛員命令，其用于控制常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)車輛和/或控制與混合操作模式相關(guān)的附加輸入。將常規(guī)車輛轉(zhuǎn)換成混合車輛的一種方法包括將用于控制混合構(gòu)件的控制器結(jié)合到發(fā)動(dòng)機(jī)控制器中。盡管該方法容許改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件和馬達(dá)構(gòu)件兩者，但改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)控制器較為困難和昂貴，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)控制器通常包括用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛功能的微處理器。為了改進(jìn)微處理器，需要通常專屬于車輛制造商的專用工具和知識(shí)。此外，空間約束也會(huì)制約將電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)接在發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)裝置之間的能力。 結(jié)果，將常規(guī)車輛改進(jìn)為混合車輛以充分利用混合車輛系統(tǒng)提升的燃料效率可能較為困難且成本上也很昂貴。因此，期望的是提供一種克服上述不足的將常規(guī)車輛轉(zhuǎn)換成混合車輛的設(shè)備及方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制的設(shè)備及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種設(shè)備包括傳動(dòng)裝置、聯(lián)接到傳動(dòng)裝置的輸入側(cè)上的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及聯(lián)接到傳動(dòng)裝置的輸出側(cè)上的機(jī)電裝置。該設(shè)備還包括聯(lián)接到機(jī)電裝置輸出側(cè)上的差速器(differential)和聯(lián)接到機(jī)電裝置上的控制器?？刂破鹘?jīng)編程為用以接收行程范圍估量(或估計(jì)值，estimate)、監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作特性，以及監(jiān)測(cè)傳動(dòng)裝置的操作特性。控制器還經(jīng)編程為用以監(jiān)測(cè)機(jī)電裝置的操作特性，且基于行程范圍估量、發(fā)動(dòng)機(jī)操作特性、傳動(dòng)裝置操作特性和機(jī)電裝置操作特性來(lái)控制機(jī)電裝置的操作。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造混合車輛的方法包括提供內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括ICE、傳動(dòng)裝置以及聯(lián)接到傳動(dòng)裝置輸出上的至少一個(gè)傳動(dòng)軸。該方法還包括將馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元聯(lián)接到傳動(dòng)裝置上、經(jīng)由第一傳動(dòng)軸將馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元聯(lián)接到差速器上，使得大致所有ICE轉(zhuǎn)矩輸出都經(jīng)由馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元引導(dǎo)至差速器，以及提供第一傳感器系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)ICE的操作狀態(tài)。該方法還包括提供第二傳感器系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)馬達(dá)/ 發(fā)電機(jī)單元的操作狀態(tài)，以及將控制器聯(lián)接到馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元上?？刂破鹘?jīng)編程為用以接收來(lái)自于操作人員的行駛范圍估量，接收第一傳感器系統(tǒng)的輸出和第二傳感器系統(tǒng)的輸出，以及基于行駛范圍估量和第一及第二傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)操作馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種改裝套件包括可機(jī)械地聯(lián)接在傳動(dòng)裝置與內(nèi)燃車輛差速器之間的電動(dòng)馬達(dá)、可電性地聯(lián)接到電動(dòng)馬達(dá)上的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以及可電性地聯(lián)接到電動(dòng)馬達(dá)上的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)構(gòu)造成用以接收對(duì)應(yīng)于預(yù)計(jì)駕駛范圍的行駛估量、監(jiān)測(cè)電動(dòng)馬達(dá)和內(nèi)燃車輛的操作狀態(tài)，以及基于行駛估量和監(jiān)測(cè)到的操作狀態(tài)來(lái)操作電動(dòng)馬達(dá)。各種其它特征和優(yōu)點(diǎn)將根據(jù)以下詳細(xì)描述和附圖而變得清楚。


附圖示出了當(dāng)前構(gòu)思出用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括混合控制系統(tǒng)的混合車輛的簡(jiǎn)圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的包括混合控制系統(tǒng)的混合車輛的簡(jiǎn)圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的混合控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于混合車輛的控制策略的簡(jiǎn)化操作圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的包括自動(dòng)傳動(dòng)裝置的混合車輛的簡(jiǎn)圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于混合車輛的控制策略的簡(jiǎn)化操作圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了混合車輛10，舉例來(lái)說(shuō)，例如為汽車、卡車、公共汽車或越野車輛。車輛 10包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)12、聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)12上的傳動(dòng)裝置14、差速器16，以及聯(lián)接在傳動(dòng)裝置 14與差速器16之間的傳動(dòng)軸組件18。根據(jù)各種實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)12例如可為內(nèi)燃汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、外燃發(fā)動(dòng)機(jī)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20提供成用以控制發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20包括構(gòu)造成用以感測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)12的操作狀態(tài)的一個(gè)或多個(gè)傳感器22。傳感器22例如可包括rpm傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、氧傳感器以及溫度傳感器。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20構(gòu)造成用以發(fā)送數(shù)據(jù)或從發(fā)動(dòng)機(jī)12接收數(shù)據(jù)。車輛10還包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器M，該速度傳感器M測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)12的曲軸速度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，速度傳感器對(duì)可由單位為每秒脈沖數(shù)的轉(zhuǎn)速計(jì)(未示出)來(lái)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸速度，其中，每秒脈沖數(shù)可轉(zhuǎn)換成每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)信號(hào)。
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車輛10還包括聯(lián)接到差速器16的相應(yīng)端部上的至少兩個(gè)車輪26。在一個(gè)實(shí)施例中，車輛10構(gòu)造為后輪驅(qū)動(dòng)車輛，使得差速器16定位在車輛10的后端附近且構(gòu)造成用以驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)車輪26?？蛇x的是，車輛10可構(gòu)造為前輪驅(qū)動(dòng)車輛。在一個(gè)實(shí)施例中，傳動(dòng)裝置14為手動(dòng)操作的傳動(dòng)裝置，其包括多個(gè)齒輪，使得從發(fā)動(dòng)機(jī)12接收的輸入轉(zhuǎn)矩通過(guò)多個(gè)齒輪比而倍增，且經(jīng)由傳動(dòng)軸組件18傳輸至差速器16。 根據(jù)該實(shí)施例，車輛10包括構(gòu)造成用以有選擇地連接和斷開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)12和傳動(dòng)裝置14的離合器28 ο車輛10還包括機(jī)電裝置，如電動(dòng)馬達(dá)或電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元30，其沿著傳動(dòng)軸組件18聯(lián)接在傳動(dòng)裝置14與差速器16之間，使得由發(fā)動(dòng)機(jī)12產(chǎn)生的大致所有轉(zhuǎn)矩都經(jīng)由傳動(dòng)裝置14并經(jīng)由電動(dòng)馬達(dá)或電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元30傳遞至差速器16。速度傳感器 32包含為用以監(jiān)測(cè)電動(dòng)馬達(dá)30的操作速度。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電動(dòng)馬達(dá)30直接地聯(lián)接到傳動(dòng)裝置14上，且傳動(dòng)軸組件18包括通過(guò)單一傳動(dòng)軸各端處的配對(duì)的萬(wàn)向接頭34，36聯(lián)接到差速器16上的一個(gè)車軸(axle) 或傳動(dòng)軸，使得熱力發(fā)動(dòng)機(jī)12的大致所有轉(zhuǎn)矩輸出都經(jīng)由電動(dòng)馬達(dá)30傳遞至差速器16。 花鍵接口或聯(lián)接器38提供為用以耦合電動(dòng)馬達(dá)30與萬(wàn)向接頭34之間的轉(zhuǎn)矩。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，花鍵接口 38可剛性地附接到電動(dòng)馬達(dá)30上，或可以是活動(dòng)的， 以便當(dāng)車輛10的懸掛系統(tǒng)在其整個(gè)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)容許車軸構(gòu)件運(yùn)動(dòng)。作為備選，如圖2中所示，電動(dòng)馬達(dá)30可聯(lián)接在傳動(dòng)軸組件18的多個(gè)傳動(dòng)軸40， 42之間，其中，各傳動(dòng)軸40，42均包括在各端處的配對(duì)的萬(wàn)向接頭34，36。即是說(shuō)，傳動(dòng)軸 40聯(lián)接在傳動(dòng)裝置14與電動(dòng)馬達(dá)30之間，而傳動(dòng)軸42聯(lián)接在電動(dòng)馬達(dá)30與差速器16之間。如圖所示，電動(dòng)馬達(dá)30經(jīng)由花鍵接口 38聯(lián)接到萬(wàn)向接頭34上。作為備選，電動(dòng)馬達(dá) 30可在電動(dòng)馬達(dá)30的一側(cè)或兩側(cè)處沒(méi)有花鍵接口的情況下聯(lián)接到萬(wàn)向接頭34上。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，取決于車輛類型，三個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)軸組件區(qū)段可用于最大限度地增大離地間隙，或最大限度地減小當(dāng)懸掛系統(tǒng)行進(jìn)經(jīng)過(guò)極限運(yùn)動(dòng)時(shí)萬(wàn)向接頭必須操作的最大角度。例如，具有三個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)軸組件或區(qū)段的此種實(shí)施例可用于卡車。再參看圖1，混合驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)44提供成用以控制電動(dòng)馬達(dá)30的操作，且包括驅(qū)動(dòng)控制裝置46、儲(chǔ)能系統(tǒng)48以及用戶界面50。驅(qū)動(dòng)控制裝置46聯(lián)接到馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元 30上，且包括轉(zhuǎn)矩控制裝置52和有效齒輪比計(jì)算算法M。儲(chǔ)能系統(tǒng)48聯(lián)接到驅(qū)動(dòng)控制裝置46上，且包括多個(gè)儲(chǔ)能單元，舉例來(lái)說(shuō)，例如金屬鈉鹵化物蓄電池、鈉氯化鎳蓄電池、硫化鈉蓄電池、鎳金屬氫化物蓄電池、鋰離子蓄電池、鋰聚合物蓄電池、鉻鎳蓄電池、多個(gè)超級(jí)電容器電池、超級(jí)電容器和蓄電池的組合，或燃料電池。用戶界面50還經(jīng)由轉(zhuǎn)矩控制裝置 52聯(lián)接到馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元30上。用戶界面50包括用戶輸入裝置56和用戶顯示器58， 其實(shí)施例將參照?qǐng)D3進(jìn)行更為詳細(xì)的描述。加速踏板60和制動(dòng)踏板62也包括在車輛10中。加速踏板60構(gòu)造成用以將節(jié)流 (throttle)命令信號(hào)或加速踏板信號(hào)64發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控制器20和驅(qū)動(dòng)控制裝置46。制動(dòng)踏板62將制動(dòng)壓力或制動(dòng)踏板位置信號(hào)66發(fā)送給轉(zhuǎn)矩控制裝置52。圖3示出了混合驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)68 (例如，圖1中的混合驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)44)的一個(gè)實(shí)施例。如圖3中所示，控制系統(tǒng)68包括用戶界面70和驅(qū)動(dòng)控制裝置72。驅(qū)動(dòng)控制裝置 72接收對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)操作特性的信號(hào)74，如車輛速度、發(fā)動(dòng)機(jī)速度和發(fā)動(dòng)機(jī)燃料噴射器工作循環(huán)(duty cycle)、傳動(dòng)軸速度、馬達(dá)速度以及馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)控制裝置72參照對(duì)應(yīng)于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)操作和效率的所儲(chǔ)存的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)76，如發(fā)動(dòng)機(jī)映射圖和用于制動(dòng)-比燃料消耗的查找表、發(fā)動(dòng)機(jī)速度，以及燃料噴射器工作循環(huán)。同樣，驅(qū)動(dòng)控制裝置72接收對(duì)應(yīng)于電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元的操作特性的馬達(dá)信號(hào)78，例如包括馬達(dá)速度和馬達(dá)轉(zhuǎn)矩。驅(qū)動(dòng)控制裝置72還參照對(duì)應(yīng)于電動(dòng)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元的操作的所儲(chǔ)存的馬達(dá)數(shù)據(jù)80，如電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率映射圖和驅(qū)動(dòng)效率查找表、馬達(dá)速度、轉(zhuǎn)矩以及DC鏈路電壓。參照自馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)的映射圖和查找表的數(shù)據(jù)與車輛速度數(shù)據(jù)84 —起輸入混合控制器82?；旌峡刂破?2還與用戶界面70對(duì)接，該用戶界面70包括具有一個(gè)或多個(gè)用戶可選設(shè)置的用戶輸入裝置86。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，用戶輸入裝置86接收對(duì)應(yīng)于行駛估量或估算行程范圍的輸入，如在每天上下班開(kāi)始時(shí)用戶估算的駕駛距離。例如，用戶可在具有對(duì)應(yīng)于該天的估算駕駛距離的設(shè)置的多位置開(kāi)關(guān)或撥盤上的眾多范圍設(shè)置之間選擇，如對(duì)于城市駕駛的短范圍設(shè)置、對(duì)于中等距離行駛的中范圍設(shè)置，以及對(duì)于較長(zhǎng)行駛的長(zhǎng)范圍設(shè)置。作為備選，用戶可基于下一蓄電池充電事件(即，下次將插入儲(chǔ)能系統(tǒng))之前的估算駕駛距離來(lái)選擇距離設(shè)置。構(gòu)想到的是，范圍或距離設(shè)置的數(shù)目可不同于本文所述的數(shù)目，且例如可取決于所期望的精確度水平。用戶輸入裝置86還可包括容許用戶手動(dòng)地停用混合驅(qū)動(dòng)設(shè)備的設(shè)置，使得車輛作為常規(guī)燃燒式車輛進(jìn)行操作。此外，用戶輸入裝置86可包括驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置，其容許用戶在眾多驅(qū)動(dòng)模式設(shè)置之間進(jìn)行選擇，舉例來(lái)說(shuō)，例如最大限度地增大加速性能的"運(yùn)動(dòng)模式"，以及最大限度地減小峰值功率消耗以延長(zhǎng)蓄電池壽命和/或最大限度地減小燃料消耗的"經(jīng)濟(jì)模式"。用戶選擇的設(shè)置從用戶輸入裝置86傳輸至混合控制器82?；旌峡刂破?2使用關(guān)于用戶所選設(shè)置的接收信息、車輛速度信息以及參照自馬達(dá)和發(fā)動(dòng)機(jī)映射圖和查找表的數(shù)據(jù)來(lái)確定切換命令。切換命令傳輸至顯示器88，且使視覺(jué)指示器90變亮以提醒用戶對(duì)車輛傳動(dòng)裝置進(jìn)行"升檔"還是"降檔"。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，顯示器88還可包括故障指示器92和視覺(jué)指示器94，它們可對(duì)應(yīng)于混合驅(qū)動(dòng)設(shè)備的開(kāi)啟/關(guān)閉狀態(tài)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到，顯示器88可包括對(duì)應(yīng)于車輛操作狀態(tài)或車輛設(shè)置的任意數(shù)目的附加或備選的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)指示器。圖4為用于混合車輛控制系統(tǒng)(例如，圖1中的混合車輛10的混合驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) 44)的控制策略96的簡(jiǎn)化操作圖。如圖4中所示，控制策略96接收關(guān)于車輛操作狀態(tài)的多個(gè)輸入，包括發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)98、電動(dòng)馬達(dá)信號(hào)100、加速踏板信號(hào)102以及制動(dòng)踏板信號(hào)104。如果車輛為插入式混合車輛(PHEV)，則控制策略96還接收操作人員輸入信號(hào)106， 舉例而言，例如來(lái)自于圖3的用戶輸入裝置86，其可對(duì)應(yīng)于操作人員預(yù)計(jì)的日常行駛范圍估量或到下一預(yù)計(jì)的對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)再充電之前的估算駕駛范圍。電動(dòng)馬達(dá)信號(hào)100例如可包括關(guān)于馬達(dá)速度和方向的信息。電動(dòng)馬達(dá)信號(hào)100經(jīng)過(guò)馬達(dá)計(jì)算區(qū)塊108，在其中，馬達(dá)信號(hào)108進(jìn)行調(diào)整(或換算)和/或具有加于其上的常數(shù)值。在計(jì)算區(qū)塊110處，發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)98和來(lái)自于馬達(dá)計(jì)算區(qū)塊108的輸出112用于計(jì)算對(duì)于車輛的有效齒輪比114。計(jì)算的有效齒輪比114經(jīng)過(guò)低通濾波器116，且然后輸入到轉(zhuǎn)矩限制器118中，該轉(zhuǎn)矩限制器 118基于車輛運(yùn)動(dòng)方向和計(jì)算的有效齒輪比114來(lái)確定轉(zhuǎn)矩輸出120，以便應(yīng)用于混合驅(qū)動(dòng)設(shè)備。加速踏板信號(hào)102經(jīng)過(guò)斜坡函數(shù)(ramp function) 122，其調(diào)整或限制加速踏板輸入。來(lái)自于函數(shù)122的輸出輸入到增益濾波器124中，該增益濾波器IM基于操作人員輸入信號(hào)106確定最終加速器輸入126。例如，增益濾波器IM可構(gòu)造成用以基于由操作人員輸入的日常范圍或里程估量來(lái)確定用于混合驅(qū)動(dòng)控制裝置的最終加速器輸入126。使用轉(zhuǎn)矩輸出120和最終加速器輸入126，控制策略96確定混合驅(qū)動(dòng)設(shè)備的加速轉(zhuǎn)矩128，其輸入到電動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩限制器130。在操作中，當(dāng)操作人員指示下一預(yù)計(jì)再充電事件之前的預(yù)計(jì)日常范圍相對(duì)較短或里程較低時(shí)，混合驅(qū)動(dòng)控制裝置容許增大電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)矩水平，且因此， 相比于由操作人員輸入較長(zhǎng)預(yù)計(jì)日常范圍或較高里程的情況，更快耗盡車載儲(chǔ)存能量?？刂撇呗?6調(diào)整制動(dòng)踏板信號(hào)104，且將調(diào)整的制動(dòng)信號(hào)104傳遞至制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制裝置132。經(jīng)限制的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩信號(hào)134和經(jīng)限制的加速轉(zhuǎn)矩信號(hào)136用于計(jì)算混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩命令138。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的混合車輛140，該混合車輛140具有經(jīng)由轉(zhuǎn)矩變換器146聯(lián)接到熱力發(fā)動(dòng)機(jī)144上的自動(dòng)傳動(dòng)裝置142。發(fā)動(dòng)機(jī)控制器148控制熱力發(fā)動(dòng)機(jī)144的操作。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，加速踏板150和制動(dòng)踏板152電聯(lián)接到車輛系統(tǒng)控制裝置巧4上，該車輛系統(tǒng)控制裝置巧4傳輸信號(hào)往返于發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置148，且可配備有計(jì)算機(jī)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN或CAN總線)。混合車輛140還包括聯(lián)接到差速器158上的至少兩個(gè)車輪 156。電動(dòng)馬達(dá)160沿至少一個(gè)傳動(dòng)軸組件162聯(lián)接在自動(dòng)傳動(dòng)裝置142與差速器158之間。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，傳動(dòng)軸組件包括在傳動(dòng)軸組件各端處的配對(duì)的萬(wàn)向接頭(未示出)。 一個(gè)或多個(gè)傳動(dòng)軸組件可用于聯(lián)接自動(dòng)傳動(dòng)裝置142和差速器158?；旌宪囕v140還包括熱力發(fā)動(dòng)機(jī)速度傳感器164和電動(dòng)馬達(dá)速度傳感器166，它們可如圖1中的傳感器24，32那樣采用相似的方式構(gòu)造?；旌向?qū)動(dòng)系統(tǒng)168提供為用以控制電動(dòng)馬達(dá)160的操作。操作人員界面170 聯(lián)接到混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)168上，且如圖1中的用戶界面50和圖3中的用戶界面70那樣采用相似的方式構(gòu)造?；旌向?qū)動(dòng)系統(tǒng)168包括混合轉(zhuǎn)矩控制裝置172、有效齒輪比計(jì)算法 (calculation) 174，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)176?；旌宪囕v140還包括傳動(dòng)裝置控制單元178，其接收來(lái)自于混合轉(zhuǎn)矩控制裝置172的信號(hào)180，且通過(guò)相應(yīng)的雙向信號(hào)182，184和186與自動(dòng)傳動(dòng)裝置142、轉(zhuǎn)矩變換器146和車輛系統(tǒng)控制裝置IM通信。在操作中，混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)168接收用于計(jì)算有效齒輪比174的發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)188 和傳動(dòng)裝置輸出速度信號(hào)190。混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)168還接收來(lái)自于車輛系統(tǒng)控制裝置154的加速踏板信號(hào)192和制動(dòng)信號(hào)194，其中，制動(dòng)信號(hào)194可包括關(guān)于制動(dòng)壓力和/或制動(dòng)踏板位置的信息?；旌限D(zhuǎn)矩控制裝置172基于接收到的加速信號(hào)192和制動(dòng)信號(hào)194、有效齒輪比計(jì)算法174、從操作人員界面170接收到的輸入以及儲(chǔ)能系統(tǒng)176的充電狀態(tài)來(lái)操作電動(dòng)馬達(dá)160。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，混合驅(qū)動(dòng)控制裝置168可改變轉(zhuǎn)矩變換器146的操作， 以便容許在再生制動(dòng)事件期間增大水平的能量捕獲在電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。例如，在再生制動(dòng)期間，當(dāng)可用的電動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)矩和相關(guān)儲(chǔ)能充電狀態(tài)(SOC)在適合的水平內(nèi)時(shí)，從混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制裝置172到傳動(dòng)裝置控制單元178的信號(hào)180可命令轉(zhuǎn)矩變換器146"解鎖"。 對(duì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換器146解鎖降低了來(lái)自于熱力發(fā)動(dòng)機(jī)144的壓縮制動(dòng)效果，且容許電力再生轉(zhuǎn)矩增大，這增加了能量捕獲且降低了石油燃料消耗。在另一個(gè)實(shí)施例中，相比于由電動(dòng)馬達(dá)160和相關(guān)聯(lián)的混合驅(qū)動(dòng)控制裝置168所提供的轉(zhuǎn)矩，由熱力發(fā)動(dòng)機(jī)144提供的相關(guān)轉(zhuǎn)矩基于對(duì)于車輛140的日常范圍估量來(lái)分配， 且將影響自動(dòng)傳動(dòng)裝置142的操作齒輪比。在此種實(shí)施例中，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器148構(gòu)造成用以通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)控制裝置148與傳動(dòng)裝置控制單元178之間的可選的傳動(dòng)裝置控制信號(hào) 196(虛線所示)來(lái)提供自動(dòng)傳動(dòng)裝置142的控制水平。傳動(dòng)裝置控制信號(hào)196導(dǎo)致傳動(dòng)裝置控制單元178運(yùn)行轉(zhuǎn)矩變換器鎖定功能和/或?qū)X輪切換(或換檔)命令傳輸至自動(dòng)傳動(dòng)裝置142。例如，當(dāng)操作人員界面170指示短行程且選擇了"經(jīng)濟(jì)"模式，則混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制裝置172可傳輸傳動(dòng)裝置切換命令，以促使自動(dòng)傳動(dòng)裝置142切換至"空擋"位置，且命令轉(zhuǎn)矩變換器146"解鎖"，從而容許在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的速度和轉(zhuǎn)矩極限內(nèi)以全電動(dòng)模式執(zhí)行混合車輛140的操作。在操作期間，如果操作人員需要將速度或加速轉(zhuǎn)矩升高到預(yù)定極限以上，則傳動(dòng)裝置控制單元178可命令自動(dòng)傳動(dòng)裝置142和/或轉(zhuǎn)矩變換器146 恢復(fù)回其原始構(gòu)造，使得熱力發(fā)動(dòng)機(jī)144能夠通過(guò)加速器輸入150和制動(dòng)器輸入152來(lái)提供滿足操作人員需要的車輛性能?，F(xiàn)在參看圖6，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，闡述了具有車輛系統(tǒng)控制器(例如，圖5 的車輛系統(tǒng)控制裝置154)的用于混合車輛控制系統(tǒng)的控制策略198的簡(jiǎn)化操作圖。如圖 6中所示，除加速踏板信號(hào)204(如來(lái)自于圖5中的加速器150)之外，控制策略198接收發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)200和傳動(dòng)裝置輸出軸或馬達(dá)速度信號(hào)202(如來(lái)自于圖5中的傳感器164， 166)。使用發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)200和馬達(dá)速度信號(hào)202，控制策略198如參照?qǐng)D4的有效齒輪比114所述那樣以類似的方式確定有效齒輪比206。有效齒輪比206經(jīng)過(guò)低通濾波器 208，且輸入到轉(zhuǎn)矩限制函數(shù)210中?？刂撇呗?98基于來(lái)自于轉(zhuǎn)矩限制函數(shù)210的輸出 212來(lái)確定施加到電力驅(qū)動(dòng)設(shè)備上的轉(zhuǎn)矩。控制策略198使用斜坡函數(shù)214和變量常數(shù)216來(lái)修正加速踏板信號(hào)204?；谒玫降男拚募铀傩盘?hào)218和來(lái)自于轉(zhuǎn)矩限制函數(shù)210的輸出212，控制策略198計(jì)算加速踏板轉(zhuǎn)矩220，該加速踏板轉(zhuǎn)矩220傳輸至車輛系統(tǒng)控制器以替換原始加速踏板信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種用于改裝發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)式車輛的套件，舉例來(lái)說(shuō)，該車輛例如為具有常規(guī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)(ICE)推進(jìn)系統(tǒng)的車輛，其包括ICE和傳動(dòng)裝置，以及聯(lián)接到 ICE上的至少一個(gè)推進(jìn)式車軸和未聯(lián)接到ICE上的至少一個(gè)非推進(jìn)式車軸。該套件包括電動(dòng)馬達(dá)，該電動(dòng)馬達(dá)可聯(lián)接到車輛的推進(jìn)式車軸上，或取代車輛的推進(jìn)式車軸。該套件還包括儲(chǔ)能裝置，該儲(chǔ)能裝置聯(lián)接到電動(dòng)馬達(dá)上，以便將能量供送給馬達(dá)以及從ICE和外部電網(wǎng)中的至少一個(gè)中接收能量?；旌峡刂葡到y(tǒng)也包括在套件中?；旌峡刂葡到y(tǒng)包括用以監(jiān)測(cè)電動(dòng)馬達(dá)操作的第一傳感器系統(tǒng)，以及用以監(jiān)測(cè)ICE操作的第二傳感器系統(tǒng)。作為備選，混合控制系統(tǒng)可構(gòu)造成用以接收來(lái)自于ICE推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)的傳感器的信息。改裝套件包括用戶界面，操作人員可將儲(chǔ)能單元再充電之前的估算日常行程范圍或估算行程范圍輸入到用戶界面中?；诜秶懒?，混合控制系統(tǒng)將轉(zhuǎn)矩命令傳輸至電動(dòng)馬達(dá)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，混合控制系統(tǒng)確定傳動(dòng)裝置切換命令，且將切換命令顯示在用戶界面上。可選的是，用戶界面可包括用戶可選的開(kāi)關(guān)來(lái)控制眾多不同操作模式之間的混合控制系統(tǒng)的操作，舉例來(lái)說(shuō)，這些操作模式例如有經(jīng)濟(jì)模式和運(yùn)動(dòng)模式。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，一種設(shè)備包括傳動(dòng)裝置、聯(lián)接到傳動(dòng)裝置輸入側(cè)上的發(fā)動(dòng)機(jī)，以及聯(lián)接到傳動(dòng)裝置輸出側(cè)上的機(jī)電裝置。該設(shè)備還包括聯(lián)接到機(jī)電裝置輸出側(cè)上的差速器和聯(lián)接到機(jī)電裝置上的控制器?？刂破鹘?jīng)編程為用以接收行程范圍估量、 監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的操作特性，以及監(jiān)測(cè)傳動(dòng)裝置的操作特性?？刂破鬟€經(jīng)編程為用以監(jiān)測(cè)機(jī)電裝置的操作特性，且基于行程范圍估量、發(fā)動(dòng)機(jī)操作特性、傳動(dòng)裝置操作特性以及機(jī)電裝置操作特性來(lái)控制機(jī)電裝置的操作。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種制造混合車輛的方法包括提供內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) (ICE)推進(jìn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括ICE和傳動(dòng)裝置。該方法還包括將馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元聯(lián)接到傳動(dòng)裝置上、經(jīng)由第一傳動(dòng)軸將馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元聯(lián)接到差速器上使得大致所有ICE轉(zhuǎn)矩輸出都經(jīng)由馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元引導(dǎo)至差速器，以及提供第一傳感器系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)ICE的操作狀態(tài)。該方法還包括提供第二傳感器系統(tǒng)來(lái)監(jiān)測(cè)馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元的操作狀態(tài)，以及將控制器聯(lián)接到馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元上。控制器經(jīng)編程為用以接收來(lái)自于操作人員的行駛范圍估量，接收第一傳感器系統(tǒng)的輸出和第二傳感器系統(tǒng)的輸出，以及基于行駛范圍估量和第一及第二傳感器系統(tǒng)的輸出來(lái)操作馬達(dá)/發(fā)電機(jī)單元。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，一種改裝套件包括可機(jī)械地聯(lián)接在傳動(dòng)裝置與內(nèi)燃車輛差速器之間的電動(dòng)馬達(dá)、可電性地聯(lián)接到電動(dòng)馬達(dá)上的儲(chǔ)能系統(tǒng)，以及可電性地聯(lián)接到電動(dòng)馬達(dá)上的控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)構(gòu)造成用以接收對(duì)應(yīng)于預(yù)計(jì)駕駛范圍的行駛估量、監(jiān)測(cè)電動(dòng)馬達(dá)和內(nèi)燃車輛的操作狀態(tài)，以及基于行駛估量和監(jiān)測(cè)到的操作狀態(tài)來(lái)操作電動(dòng)馬達(dá)。本書(shū)面說(shuō)明使用了包括最佳模式的實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本發(fā)明可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員所構(gòu)思出的其它實(shí)例。如果這些其它實(shí)例具有與權(quán)利要求的書(shū)面語(yǔ)言并無(wú)不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這些其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的書(shū)面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的同等結(jié)構(gòu)元件，則認(rèn)為這些實(shí)例處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括 傳動(dòng)裝置(14)；聯(lián)接到所述傳動(dòng)裝置(14)的輸入側(cè)上的發(fā)動(dòng)機(jī)(12)；聯(lián)接到所述傳動(dòng)裝置(14)的輸出側(cè)上的機(jī)電裝置(30)；聯(lián)接到所述機(jī)電裝置(30)的輸出側(cè)上的差速器(16)；聯(lián)接到所述機(jī)電裝置(30)上的控制器(44)，所述控制器04)經(jīng)編程為用以接收行程范圍估量；監(jiān)測(cè)所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1 的操作特性；監(jiān)測(cè)所述傳動(dòng)裝置(14)的操作特性；監(jiān)測(cè)所述機(jī)電裝置(30)的操作特性；以及基于所述行程范圍估量、所述發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的操作特性、所述傳動(dòng)裝置(14)的操作特性以及所述機(jī)電裝置(30)的操作特性來(lái)控制所述機(jī)電裝置(30)的操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在編程為用以監(jiān)測(cè)所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1 的操作特性的情況下，所述控制器G4)經(jīng)編程為用以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)速度；以及其中，在編程為用以監(jiān)測(cè)所述機(jī)電裝置(30)的操作特性的情況下，所述控制器G4)經(jīng)編程為用以監(jiān)測(cè)機(jī)電裝置速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器04)經(jīng)編程為用以基于所述發(fā)動(dòng)機(jī)速度和所述機(jī)電裝置速度來(lái)確定有效齒輪比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器G4)還經(jīng)編程為用以基于所述行程范圍估量、所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1 的操作特性和所述機(jī)電裝置(30)的操作特性來(lái)產(chǎn)生齒輪切換命令。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括電性地聯(lián)接到所述控制器G4)上以將所述齒輪切換命令顯示給操作人員的顯示面板(58)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在編程為用以控制所述機(jī)電裝置(30)的操作的情況下，所述控制器G4)經(jīng)編程為用以根據(jù)能量效率映射圖來(lái)控制所述機(jī)電裝置 (30)的操作。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括聯(lián)接到所述機(jī)電裝置 (30)上的儲(chǔ)能系統(tǒng)(48) 0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置(14)包括手動(dòng)傳動(dòng)裝置 (14)，所述手動(dòng)傳動(dòng)裝置(14)包括聯(lián)接到所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1 上的離合器08)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置(14)包括自動(dòng)傳動(dòng)裝置 (142)和轉(zhuǎn)矩變換器(146)中的至少一個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括聯(lián)接在所述控制器04) 與所述發(fā)動(dòng)機(jī)(1 之間的傳動(dòng)裝置控制單元(178)，其中，所述傳動(dòng)裝置控制單元(178)構(gòu)造成用以與自動(dòng)傳動(dòng)裝置(14 和所述轉(zhuǎn)矩變換器(146)中的至少一個(gè)對(duì)接。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于混合驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩控制的設(shè)備及其制造方法。具體而言，一種設(shè)備包括傳動(dòng)裝置(14)、聯(lián)接到傳動(dòng)裝置(14)輸入側(cè)上的發(fā)動(dòng)機(jī)(12)，以及聯(lián)接到傳動(dòng)裝置(14)輸出側(cè)上的機(jī)電裝置(30)。該設(shè)備還包括聯(lián)接到機(jī)電裝置(30)輸出側(cè)上的差速器(16)和聯(lián)接到機(jī)電裝置(30)上的控制器(44)?？刂破?44)經(jīng)編程為用以接收行程范圍估量、監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)(12)的操作特性以及監(jiān)測(cè)傳動(dòng)裝置(14)的操作特性?？刂破?44)還經(jīng)編程為用以監(jiān)測(cè)機(jī)電裝置(30)的操作特性，且基于行程范圍估量、發(fā)動(dòng)機(jī)(12)操作特性、傳動(dòng)裝置(14)操作特性以及機(jī)電裝置(30)操作特性來(lái)控制機(jī)電裝置(30)的操作。
文檔編號(hào)B60W10/06GK102205844SQ201110093490
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者C·M·溫尼克, G·R·基林斯基, L·薩拉蘇, R·D·金 申請(qǐng)人:通用電氣公司