帶排氣驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和a/c壓縮機(jī)的混合動(dòng)力車輛分流排氣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開(kāi)了一種帶排氣驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和A/C壓縮機(jī)的混合動(dòng)力車輛分流排氣系統(tǒng)?；旌蟿?dòng)力車輛包括設(shè)置在排氣路徑中的排氣渦輪，所述排氣渦輪連接到電機(jī)和用于空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)。所述車輛包括控制器，所述控制器基于壓縮機(jī)的功率需求與由排氣渦輪產(chǎn)生的功率之差控制電機(jī)?；谒霾睿鲭姍C(jī)可作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。所述車輛可包括連接到電機(jī)和壓縮機(jī)的第一離合器。所述車輛可包括連接在排氣渦輪與電機(jī)之間的第二離合器。所述控制器可基于功率需求和產(chǎn)生的功率來(lái)控制所述離合器。
【專利說(shuō)明】帶排氣驅(qū)動(dòng)的電機(jī)和A/C壓縮機(jī)的混合動(dòng)力車輛分流排氣系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及驅(qū)動(dòng)用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的空調(diào)系統(tǒng)的壓縮機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)包括用于為推進(jìn)裝置和附件提供動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。HEV可包括由牽引電池驅(qū)動(dòng)的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)，以為推進(jìn)裝置和附件提供動(dòng)力。在運(yùn)轉(zhuǎn)期間，發(fā)動(dòng)機(jī)可驅(qū)動(dòng)電機(jī)以對(duì)牽引電池充電。牽引電池隨后可放電以驅(qū)動(dòng)電機(jī)或其它附件。一種附件是用于提供車廂冷卻的空調(diào)(A/C)壓縮機(jī)。A/C壓縮機(jī)可由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)從牽引電池汲取電力。用于A/C壓縮機(jī)的電功率由牽引電池或由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)來(lái)供應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)與牽引電池之間的功率流存在出現(xiàn)損耗的機(jī)會(huì)。電力電子器件、電機(jī)的效率以及牽引電池內(nèi)的損耗影響儲(chǔ)存的能量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種車輛，所述車輛包括至少一個(gè)控制器，所述控制器被配置為:根據(jù)壓縮機(jī)的功率需求和由渦輪產(chǎn)生的功率之間的差運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，其中，所述電機(jī)機(jī)械地連接到壓縮機(jī)并機(jī)械地連接到渦輪，所述渦輪被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的分流式排氣系統(tǒng)的路徑內(nèi)。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于所述差為正的，使所述電機(jī)作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于所述差為負(fù)的，使所述電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以從渦輪吸收功率，從而產(chǎn)生電力。
[0004]所述控制器還可被配置為:基于請(qǐng)求的壓縮機(jī)的功率需求來(lái)操作將電機(jī)連接到壓縮機(jī)的離合器。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于請(qǐng)求的功率需求為零，使所述離合器分離。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于在發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉的狀態(tài)時(shí)功率需求大于零，使渦輪與電機(jī)之間的離合器分離。所述功率需求可以是基于空調(diào)系統(tǒng)的壓力的。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種車輛，所述車輛包括:電機(jī)，連接到壓縮機(jī)和排氣渦輪，所述排氣渦輪由發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣驅(qū)動(dòng)。所述車輛還包括控制器，所述控制器被配置為:響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)處于自動(dòng)停止?fàn)顩r，運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，并響應(yīng)于在發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)壓縮機(jī)的功率需求為零，運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)以產(chǎn)生電力。
[0006]所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于壓縮機(jī)的功率需求大于由排氣渦輪輸出的功率，基于壓縮機(jī)的功率需求與排氣渦輪的功率輸出之差運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于壓縮機(jī)的功率需求小于由排氣渦輪輸出的功率，基于排氣渦輪的功率輸出與壓縮機(jī)的功率需求之差運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)以產(chǎn)生電力。
[0007]所述車輛還可包括離合器，所述離合器被構(gòu)造為將電機(jī)連接到壓縮機(jī)。所述控制器還可被配置為:基于壓縮機(jī)的功率需求來(lái)操作所述離合器。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于功率需求大于零，接合離合器。
[0008]所述車輛還可包括離合器，所述離合器被構(gòu)造為將排氣渦輪連接到電機(jī)，其中，所述控制器還被配置為:響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行而接合離合器。所述控制器還可被配置為:響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)停止而使離合器分離。所述控制器還被配置為:響應(yīng)于連接到電機(jī)的牽引電池的荷電狀態(tài)大于預(yù)定閾值而使離合器分離。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種方法，所述方法包括:基于壓縮機(jī)的功率需求和由排氣渦輪產(chǎn)生的功率之差，通過(guò)控制器命令電機(jī)的扭矩，所述電機(jī)連接在排氣渦輪與壓縮機(jī)之間。所述方法還包括:根據(jù)命令的扭矩運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)。
[0010]響應(yīng)于功率需求大于產(chǎn)生的功率，所述命令的扭矩可使電機(jī)作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。響應(yīng)于功率需求小于產(chǎn)生的功率，所述命令的扭矩可使電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以將所述差轉(zhuǎn)換成電能。
[0011]所述方法還可包括:通過(guò)控制器，基于所述差值來(lái)操作電機(jī)與壓縮機(jī)之間的離合器。所述方法還包括:通過(guò)控制器，基于由排氣渦輪產(chǎn)生的功率來(lái)操作排氣渦輪與壓縮機(jī)之間的離合器。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是混合動(dòng)力車輛的示意圖，示出了典型的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和能量?jī)?chǔ)存組件。
[0013]圖2是包括被配置為驅(qū)動(dòng)電機(jī)和壓縮機(jī)的排氣渦輪的車輛的示意圖。
[0014]圖3是表示用于控制電機(jī)的控制系統(tǒng)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在此描述了本公開(kāi)的多個(gè)實(shí)施例。然而，應(yīng)理解的是，公開(kāi)的實(shí)施例僅為示例，并且其它實(shí)施例可采用多種和可替代的形式。附圖不一定按比例繪制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此所公開(kāi)的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為限制，而僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以多種形式使用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，參照任一附圖示出和描述的各種特征可與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖中示出的特征組合以產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，與本公開(kāi)的教導(dǎo)一致的特征的多種組合和修改可被期望用于特定應(yīng)用或?qū)嵤┓绞健?br>[0016]圖1描繪了典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)，但是傳統(tǒng)的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)同樣適用于在此公開(kāi)的理念。典型的插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛12可以包括機(jī)械地連接到混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16的一個(gè)或更多個(gè)電機(jī)14。電機(jī)14能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16機(jī)械地連接到發(fā)動(dòng)機(jī)18?；旌蟿?dòng)力傳動(dòng)裝置16還機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)軸20，驅(qū)動(dòng)軸20機(jī)械地連接到車輪22。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)18開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，電機(jī)14可以提供推進(jìn)和減速的能力。電機(jī)14還用作發(fā)電機(jī)，并且能夠通過(guò)回收在摩擦制動(dòng)系統(tǒng)中通常將作為熱損失掉的能量來(lái)提供燃料經(jīng)濟(jì)性效益。電機(jī)14還可通過(guò)允許發(fā)動(dòng)機(jī)18在更有效的轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)并允許混合動(dòng)力電動(dòng)車輛12在特定狀況下以電動(dòng)模式運(yùn)轉(zhuǎn)(關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)18)而降低車輛排放。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)可包括產(chǎn)生扭矩并將所述扭矩傳輸至道路表面以推進(jìn)車輛的那些組件。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)可包括發(fā)動(dòng)機(jī)18、混合動(dòng)力傳動(dòng)裝置16、驅(qū)動(dòng)軸20和電機(jī)14。
[0017]牽引電池或電池組24存儲(chǔ)可被電機(jī)14所使用的能量。車輛電池組24通常提供高電壓DC輸出。牽引電池24電連接到一個(gè)或更多個(gè)電力電子模塊。一個(gè)或更多個(gè)接觸器42在打開(kāi)時(shí)可使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在關(guān)閉時(shí)可使?fàn)恳姵?4連接到其它組件。電力電子模塊(PEM) 26還電連接到電機(jī)14，并且提供在牽引電池24和電機(jī)14之間雙向傳輸能量的能力。例如，典型的牽引電池24可以提供DC電壓，而電機(jī)14可能利用三相AC電流來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)以起作用。電力電子模塊26可以將DC電壓轉(zhuǎn)換為運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)14的三相AC電流。在再生模式下，電力電子模塊26可以將來(lái)自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的三相AC電流轉(zhuǎn)換為牽引電池24需要的DC電壓。
[0018]牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可以提供用于其它車輛電氣系統(tǒng)的能量。車輛12可以包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28，DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與低電壓車輛負(fù)載兼容的低電壓DC供應(yīng)。DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28的輸出可電連接到輔助電池30(例如，12V電池)。低電壓系統(tǒng)可電連接到輔助電池。其它高電壓負(fù)載(諸如壓縮機(jī)和電加熱器)46可以連接到牽引電池24的高電壓輸出。
[0019]車輛12可以是插電式混合動(dòng)力車輛，其中，牽引電池24可以通過(guò)外部電源36再充電。外部電源36可以連接到電插座。外部電源36可以是如由電力公司提供的配電網(wǎng)絡(luò)或配電網(wǎng)。外部電源36可以電連接到充電器或電動(dòng)車輛供電設(shè)備(EVSE) 38。EVSE 38可以提供電路和控制，以調(diào)節(jié)并管理在電源36和車輛12之間的能量的傳輸。外部電源36可以向EVSE 38提供DC電力或AC電力。EVSE 38可以具有用于插入到車輛12的充電端口34中的充電連接器40。充電端口34可以是被配置為將電力從EVSE 38傳輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口34可以電連接到充電器或車載電力轉(zhuǎn)換模塊32。電力轉(zhuǎn)換模塊32可以調(diào)節(jié)從EVSE 38供應(yīng)的電力，以向牽引電池24提供合適的電壓水平和電流水平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與EVSE 38進(jìn)行接口連接，以協(xié)調(diào)向車輛12的電力傳輸。EVSE連接器40可具有與充電端口 34的相應(yīng)凹槽匹配的插腳?？蛇x地，描述為電連接的各個(gè)組件可使用無(wú)線電感耦合傳輸電力。
[0020]可以提供一個(gè)或更多個(gè)車輪制動(dòng)器44，用于使車輛12減速并阻止車輛12運(yùn)動(dòng)。車輪制動(dòng)器44可以被液壓地致動(dòng)、電氣地致動(dòng)或者它們的某些組合。車輪制動(dòng)器44可以是制動(dòng)系統(tǒng)50的一部分。制動(dòng)系統(tǒng)50可以包括操作車輪制動(dòng)器44的其它組件。為簡(jiǎn)要起見(jiàn)，附圖描繪了制動(dòng)系統(tǒng)50和車輪制動(dòng)器44之一之間的單個(gè)連接。暗指制動(dòng)系統(tǒng)50和其它車輪制動(dòng)器44之間的連接。制動(dòng)系統(tǒng)50可以包括控制器來(lái)監(jiān)控并調(diào)整制動(dòng)系統(tǒng)50。制動(dòng)系統(tǒng)50可以監(jiān)控制動(dòng)組件并控制車輪制動(dòng)器44使車輛減速。制動(dòng)系統(tǒng)50可以響應(yīng)駕駛員命令，也可以自動(dòng)地運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)諸如穩(wěn)定控制的特性。制動(dòng)系統(tǒng)50的控制器可以在由其它控制器或子功能被請(qǐng)求時(shí)實(shí)施施加請(qǐng)求的制動(dòng)力的方法。
[0021]一個(gè)或更多個(gè)電負(fù)載46可連接到高壓總線。電負(fù)載46可具有關(guān)聯(lián)的控制器，該控制器在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候運(yùn)行并控制電負(fù)載46 ο電負(fù)載46的示例可以是加熱模塊或空調(diào)模塊。
[0022]車輛12中的電子模塊可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)車輛網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。車輛網(wǎng)絡(luò)可包括用于通信的多個(gè)信道。車輛網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)信道可以是串行總線(諸如，控制器局域網(wǎng)(CAN))。車輛網(wǎng)絡(luò)的信道中的一個(gè)可包括由電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)802系列標(biāo)準(zhǔn)定義的以太網(wǎng)絡(luò)。車輛網(wǎng)絡(luò)的另外的信道可包括模塊之間的離散連接并可包括來(lái)自輔助電池30的電力信號(hào)。不同的信號(hào)可經(jīng)過(guò)車輛網(wǎng)絡(luò)的不同信道傳輸。例如，視頻信號(hào)可經(jīng)過(guò)高速信道(例如，以太網(wǎng))傳輸，而控制信號(hào)可經(jīng)過(guò)CAN或以離散信號(hào)形式傳輸。車輛網(wǎng)絡(luò)可包括在模塊之間輔助傳輸信號(hào)和數(shù)據(jù)的任何的硬件組件和軟件組件。雖然在圖1中未示出車輛網(wǎng)絡(luò)，但可能隱含的是，車輛網(wǎng)絡(luò)可連接到存在于車輛12中的任何的電子模塊?？纱嬖谲囕v系統(tǒng)控制器(VSC)48以協(xié)調(diào)各個(gè)組件的操作。
[0023]在一些構(gòu)造中，電負(fù)載46中的一種可以是由輔助電動(dòng)馬達(dá)(accessory electricmotor)驅(qū)動(dòng)的空調(diào)(A/C)壓縮機(jī)。輔助電動(dòng)馬達(dá)可由輔助電力電子模塊來(lái)控制，輔助電力電子模塊將牽引電池電壓轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)馬達(dá)的電流波形。在車輛運(yùn)轉(zhuǎn)期間，牽引電池的主要能量源可以是發(fā)動(dòng)機(jī)18。發(fā)動(dòng)機(jī)18與牽引電池24之間的功率流路徑包括多種功率損耗源。第一損耗源可以是在推進(jìn)電機(jī)14的過(guò)程中由于將來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)18的旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的效率所導(dǎo)致的功率損耗。第二損耗源可以是由于電力電子模塊26在電機(jī)14與牽引電池24之間轉(zhuǎn)換能量時(shí)的效率所導(dǎo)致的功率損耗。第三損耗源可以發(fā)生在牽引電池24內(nèi)。在給牽引電池24充電或牽引電池24放電時(shí)牽引電池24的內(nèi)電阻會(huì)導(dǎo)致功率損耗。此外，類似的損耗將由與A/C壓縮機(jī)相關(guān)聯(lián)的輔助電力電子模塊和輔助電動(dòng)馬達(dá)引起。當(dāng)存在A/C需求時(shí)，這些損耗導(dǎo)致降低的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0024]避免這些轉(zhuǎn)換損耗的一種方式可以是將A/C壓縮機(jī)配置為直接由發(fā)動(dòng)機(jī)18驅(qū)動(dòng)，以作為傳統(tǒng)的非混合動(dòng)力車輛運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這種構(gòu)造不允許A/C壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這可能經(jīng)常出現(xiàn)在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛中。這種構(gòu)造可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在車輛停止時(shí)因車廂冷卻的需求而重新起動(dòng)，由此導(dǎo)致較低的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0025]圖2描繪了一種用于驅(qū)動(dòng)具有輔助電機(jī)122和排氣渦輪118的A/C壓縮機(jī)130的可行的改進(jìn)構(gòu)造。A/C壓縮機(jī)130可由輔助電機(jī)122驅(qū)動(dòng)，輔助電機(jī)122包括還由排氣渦輪118驅(qū)動(dòng)的通軸(pass-through shaft)。這種構(gòu)造結(jié)合了電運(yùn)轉(zhuǎn)和機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)二者的益處。這種改進(jìn)的構(gòu)造消除了由純電構(gòu)造的機(jī)械能-電能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過(guò)程引起的一些損耗。
[0026]圖2描繪了從發(fā)動(dòng)機(jī)18的排氣流中回收能量的系統(tǒng)的一種可行的構(gòu)造。發(fā)動(dòng)機(jī)18可包括空氣和燃料注入其中的多個(gè)燃燒室或氣缸104。進(jìn)氣歧管102可經(jīng)由一個(gè)或更多個(gè)進(jìn)氣口連接到氣缸104。每個(gè)進(jìn)氣口可將空氣和/或燃料從進(jìn)氣歧管102供應(yīng)至氣缸104。空氣和/或燃料的供應(yīng)可通過(guò)進(jìn)氣閥來(lái)控制，進(jìn)氣閥被配置為打開(kāi)和關(guān)閉進(jìn)氣口。注入的空氣和燃料在氣缸104中被活塞壓縮，并產(chǎn)生火花以引起燃燒并使活塞運(yùn)動(dòng)。氣缸104可具有一個(gè)或更多個(gè)排氣口以將排氣通過(guò)排氣系統(tǒng)排出。
[0027]排氣系統(tǒng)可以是分流式排氣系統(tǒng)，其中，一條以上的排氣路徑可用于將排氣從發(fā)動(dòng)機(jī)18排出。氣缸104可連接到被構(gòu)造為將燃燒氣體從氣缸104排出的一個(gè)或更多個(gè)排氣口。與排氣口關(guān)聯(lián)的排氣閥108、110可通過(guò)封住和開(kāi)啟排氣口而控制經(jīng)過(guò)排氣口的排氣流。第一排氣閥108可控制到第一排氣歧管112的排氣流。第二排氣閥110可控制到第二排氣歧管114的排氣流。在一些構(gòu)造中，經(jīng)過(guò)第一排氣閥108和第二排氣閥110的排氣流可通向相同的排氣歧管。圖2的發(fā)動(dòng)機(jī)描繪了兩個(gè)氣缸以展示一般的構(gòu)造。描繪的布置可擴(kuò)展為任意數(shù)量的氣缸。
[0028]排氣閥108、110的操作可與氣缸104的燃燒循環(huán)配合。用于打開(kāi)和關(guān)閉排氣閥108和110的正時(shí)可由凸輪軸控制?？蓤?zhí)行各種技術(shù)以結(jié)合凸輪軸來(lái)獲得可變的閥正時(shí)。公開(kāi)的理念不取決于用于獲得可變的閥正時(shí)的特定實(shí)施方式，因此，沒(méi)有意圖將該實(shí)施方式限制為特定實(shí)施方式。針對(duì)在此描述的原因，可變的閥正時(shí)的目的可能在于調(diào)節(jié)正時(shí)和經(jīng)過(guò)第一排氣歧管112的排氣流?？勺兊拈y正時(shí)可被配置為調(diào)節(jié)經(jīng)過(guò)第一排氣歧管112和第二排氣歧管114的排氣流的量和正時(shí)。
[0029]第一排氣歧管112可包括連接到排氣渦輪軸136的排氣渦輪118。流過(guò)排氣渦輪118的排氣可使排氣渦輪軸136旋轉(zhuǎn)。排氣渦輪軸136可以以取決于經(jīng)過(guò)排氣渦輪118的排氣的流量的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。排氣的流量可受排氣渦輪118兩側(cè)的壓力差影響。壓力差和流量可受發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和排氣閥正時(shí)影響。排氣渦輪軸136可連接到渦輪離合器120。渦輪離合器120還可連接到電機(jī)軸124。渦輪離合器120可被構(gòu)造為使排氣渦輪軸136和電機(jī)軸124連接和斷開(kāi)。當(dāng)斷開(kāi)時(shí)，可旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸124而不旋轉(zhuǎn)排氣渦輪軸136。在一些構(gòu)造中，渦輪離合器120可以是單向離合器。在一些構(gòu)造中，渦輪離合器120可以是可通過(guò)致動(dòng)器(該致動(dòng)器可由控制器致動(dòng))而連接和斷開(kāi)的可控離合器。
[0030]車輛還可包括具有關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子和定子的輔助電機(jī)122。輔助電機(jī)軸124可連接到輔助電機(jī)122的轉(zhuǎn)子。輔助電機(jī)軸124可以是穿過(guò)輔助電機(jī)122的通軸。輔助電機(jī)122可電連接到輔助電力電子模塊132。輔助電力電子模塊132提供在牽引電池24和輔助電機(jī)122之間雙向傳輸電能的能力。輔助電機(jī)122可以是永磁交流電機(jī)。當(dāng)輔助電機(jī)軸124旋轉(zhuǎn)(例如，通過(guò)排氣渦輪118)時(shí)，輔助電機(jī)122可運(yùn)轉(zhuǎn)為起發(fā)電機(jī)的作用。當(dāng)電能用于使輔助電機(jī)軸124旋轉(zhuǎn)時(shí)，輔助電機(jī)122起馬達(dá)的作用。轉(zhuǎn)速傳感器可連接到輔助電機(jī)軸124并被配置為提供指示軸轉(zhuǎn)速的信號(hào)。轉(zhuǎn)速傳感器可以是編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器(resolver)或適于測(cè)量轉(zhuǎn)速的其它傳感器。
[0031]經(jīng)過(guò)第一排氣歧管112和第二排氣歧管114的排氣流可影響發(fā)動(dòng)機(jī)18的性能。如果過(guò)于限制排氣流，則背壓可影響氣缸104中的活塞的運(yùn)行。如果沒(méi)有從氣缸104充分地清除掉排氣，則排氣流還會(huì)影響隨后的進(jìn)氣循環(huán)。第一排氣歧管112和第二排氣歧管114可被配置為調(diào)節(jié)排氣的流量以平衡這些和其它考慮因素。例如，排氣渦輪118可限制經(jīng)過(guò)第一排氣歧管112的排氣的流量?？烧{(diào)節(jié)第一排氣閥108和第二排氣閥110的打開(kāi)和關(guān)閉正時(shí)以最小化栗送損失，從而優(yōu)化燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0032]輔助電機(jī)122可連接到A/C壓縮機(jī)130。輔助電機(jī)軸124可連接到A/C壓縮機(jī)軸140。輔助電機(jī)122可經(jīng)由齒輪組126和/或離合器128連接到A/C壓縮機(jī)130。輔助電機(jī)軸124可連接到齒輪組126，齒輪組126可被配置為調(diào)節(jié)輔助電機(jī)軸124與A/C壓縮機(jī)軸140之間的轉(zhuǎn)速或扭矩比。在一些構(gòu)造中，齒輪組126可以是行星齒輪組。行星齒輪組中的一個(gè)齒輪可連接到壓縮機(jī)離合器128，在壓縮機(jī)離合器128被致動(dòng)時(shí)，壓縮機(jī)離合器128使該齒輪保持靜止。在一些構(gòu)造中，齒輪組126可具有連接到壓縮機(jī)離合器128的齒輪組輸出軸138。壓縮機(jī)離合器128可將齒輪組126的輸出連接到A/C壓縮機(jī)軸140 j/C壓縮機(jī)軸140的旋轉(zhuǎn)使A/C壓縮機(jī)130運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0033]當(dāng)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輔助電機(jī)軸124可由排氣渦輪118的旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)。在輔助電機(jī)122中感應(yīng)的電流可通過(guò)輔助電力電子模塊132轉(zhuǎn)換成與牽引電池24兼容的DC電壓水平。當(dāng)作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輔助電機(jī)軸124由來(lái)自牽引電池24的電能驅(qū)動(dòng)。輔助電力電子模塊132可將牽引電池24的DC電壓轉(zhuǎn)換成輔助電機(jī)122中的AC電流。
[0034]所公開(kāi)的系統(tǒng)允許不同的運(yùn)轉(zhuǎn)模式。第一模式可以是A/C壓縮機(jī)130直接驅(qū)動(dòng)模式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)18正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣渦輪118可隨著排氣流過(guò)第一排氣歧管112而旋轉(zhuǎn)。在這種模式下，A/C壓縮機(jī)130可由排氣渦輪118驅(qū)動(dòng)。渦輪離合器120可接合，使得排氣渦輪軸136連接到輔助電機(jī)軸124。當(dāng)離合器128接合時(shí)，輔助電機(jī)軸124連接到A/C壓縮機(jī)軸140。這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式允許A/C壓縮機(jī)130通過(guò)排氣渦輪118來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)，而不存在機(jī)械能到電能的中間轉(zhuǎn)換。
[0035]此外，在這種模式下，到A/C壓縮機(jī)130的功率可通過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)輔助電機(jī)122來(lái)控制。當(dāng)排氣渦輪118產(chǎn)生比驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130所需的功率多的功率時(shí)，輔助電機(jī)122可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。多余的功率可轉(zhuǎn)換成電能以給牽引電池24充電或驅(qū)動(dòng)其它高電壓負(fù)載。例如，如果排氣渦輪118產(chǎn)生的功率為5kW且A/C壓縮機(jī)130使用3kW，則2kW可轉(zhuǎn)換成電能。
[0036]這種用于驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130的直接的機(jī)械路徑是有益的，這是因?yàn)檫@種直接的機(jī)械路徑消除了轉(zhuǎn)換到電能再轉(zhuǎn)換回去的中間轉(zhuǎn)換。此外，可從發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣流(通常被浪費(fèi)掉)捕獲多余的能量。
[0037]第二運(yùn)轉(zhuǎn)模式可以是A/C壓縮機(jī)130的電驅(qū)動(dòng)模式。在發(fā)動(dòng)機(jī)18不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，輔助電機(jī)122可用于驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130。在這種運(yùn)轉(zhuǎn)模式下，因?yàn)闆](méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)排氣，所以排氣渦輪118不會(huì)旋轉(zhuǎn)。輔助電機(jī)軸124可通過(guò)使輔助電機(jī)122作為使用來(lái)自牽引電池24的電力的馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。渦輪離合器120會(huì)阻止排氣渦輪軸136的旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)將增加由輔助電機(jī)122驅(qū)動(dòng)的慣量。為了使A/C壓縮機(jī)130運(yùn)轉(zhuǎn)，壓縮機(jī)離合器128可接合以連接輔助電機(jī)軸124和A/C壓縮機(jī)軸140。在這種模式下，A/C壓縮機(jī)130可使用來(lái)自牽引電池24的電力來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種輔助電機(jī)122的運(yùn)轉(zhuǎn)模式是有益的，這是因?yàn)檩o助電機(jī)122在發(fā)動(dòng)機(jī)18停止時(shí)允許A/C壓縮機(jī)130的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0038]第三運(yùn)轉(zhuǎn)模式可以是電力產(chǎn)生模式。在發(fā)動(dòng)機(jī)18正在運(yùn)轉(zhuǎn)且不使用A/C壓縮機(jī)130的情況下，排氣渦輪118可用于提供電能。在這種模式下，壓縮機(jī)離合器128可分離，使得A/C壓縮機(jī)軸140和輔助電機(jī)軸124斷開(kāi)。在這種模式下，排氣渦輪軸136可旋轉(zhuǎn)且渦輪離合器120可接合。輔助電機(jī)軸124可與排氣渦輪軸136—起旋轉(zhuǎn)，以使輔助電機(jī)122作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。電能可被傳遞到牽引電池24或用于使高電壓負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)。電能產(chǎn)生模式是有益的，這是因?yàn)楫a(chǎn)生了額外的電能。捕獲了來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣流的能量(通常被浪費(fèi)掉)。
[0039 ]可包括一個(gè)或更多個(gè)控制器134以控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂破?34可控制輔助電力電子模塊132和壓縮機(jī)離合器128的操作。A/C壓縮機(jī)130可用于在熱系統(tǒng)的制冷劑線路中創(chuàng)建壓力。熱系統(tǒng)可包括制冷劑線路中的壓力傳感器。壓力傳感器可輸出指示A/C線路中的壓力的信號(hào)?？刂破?34可監(jiān)控壓力信號(hào)以確定A/C壓縮機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0040]控制器134可確定是否需要A/C壓縮機(jī)130的運(yùn)轉(zhuǎn)。可基于車廂加熱/冷卻系統(tǒng)的設(shè)置而請(qǐng)求A/C壓縮機(jī)130的運(yùn)轉(zhuǎn)。在一些構(gòu)造中，可請(qǐng)求A/C壓縮機(jī)130用于車輛組件(諸如牽引電池24)的主動(dòng)冷卻。
[0041]基于壓力信號(hào)，A/C壓縮機(jī)130的轉(zhuǎn)速可被控制為保持壓力處于期望的水平或處于特定范圍內(nèi)?？稍诳刂破?34中實(shí)現(xiàn)控制循環(huán)以基于壓力誤差控制A/C壓縮機(jī)130的轉(zhuǎn)速。控制循環(huán)可向輔助電機(jī)122輸出扭矩請(qǐng)求或轉(zhuǎn)速請(qǐng)求。在一些構(gòu)造中，A/C壓縮機(jī)130可以以預(yù)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。基于請(qǐng)求和壓力信號(hào)，控制器134可確定驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130所必需的功率的量。
[0042]控制器134可確定排氣渦輪118產(chǎn)生的功率的量。控制器134可基于軸轉(zhuǎn)速來(lái)確定排氣渦輪功率。例如，輔助電機(jī)軸124的轉(zhuǎn)速可被測(cè)量并被用于計(jì)算排氣渦輪轉(zhuǎn)速。可基于軸轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(基于預(yù)校準(zhǔn)的查詢表格)來(lái)計(jì)算排氣渦輪功率。預(yù)校準(zhǔn)的查詢表格可存儲(chǔ)在控制器134的非易失性存儲(chǔ)器中。
[0043]在電力產(chǎn)生模式下，輔助電機(jī)122可以以轉(zhuǎn)速控制循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。輔助電機(jī)軸124的期望轉(zhuǎn)速可被保持。期望轉(zhuǎn)速可以基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。期望轉(zhuǎn)速可以基于排氣渦輪軸136的預(yù)定轉(zhuǎn)速?？舍槍?duì)電力產(chǎn)生而優(yōu)化期望轉(zhuǎn)速以提高整體效率。當(dāng)以轉(zhuǎn)速控制循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輔助電機(jī)122的扭矩限制可被設(shè)置為確保排氣渦輪118的轉(zhuǎn)速?zèng)]有從正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍過(guò)多地減小。此夕卜，可基于牽引電池24的荷電狀態(tài)調(diào)節(jié)扭矩限制。例如，在預(yù)定的最大荷電狀態(tài)下，牽引電池24可能不能接受進(jìn)一步充電。在最大荷電狀態(tài)附近，可減小扭矩限制以減少由輔助電機(jī)122產(chǎn)生的能量的量。
[0044]控制器134可基于在使輔助電機(jī)122作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所吸收的功率的量來(lái)確定排氣渦輪功率?？刂破?34可基于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和閥正時(shí)估計(jì)渦輪功率。然后，控制器134可調(diào)節(jié)到輔助電機(jī)122的命令扭矩以減少轉(zhuǎn)換成電力的功率并增加傳輸?shù)紸/C壓縮機(jī)130的功率的量。
[0045]在一些構(gòu)造中，輔助電機(jī)122可以轉(zhuǎn)速控制模式運(yùn)轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)速控制模式下，輔助電機(jī)122的軸轉(zhuǎn)速可被控制為預(yù)定轉(zhuǎn)速。預(yù)定轉(zhuǎn)速可基于A/C壓縮機(jī)130的期望轉(zhuǎn)速。預(yù)定轉(zhuǎn)速可基于排氣渦輪118的期望轉(zhuǎn)速。預(yù)定轉(zhuǎn)速可取決于A/C壓縮機(jī)130的功率需求或期望的制冷劑壓力。在電力產(chǎn)生模式下，可針對(duì)最佳效率來(lái)選擇輔助電機(jī)122的轉(zhuǎn)速。
[0046]可基于驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130的功率需求的量與由渦輪118產(chǎn)生的功率的量之差來(lái)確定輔助電機(jī)122的功率。正的差可指示需要更多的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130。過(guò)量的功率需求可通過(guò)將輔助電機(jī)122作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)提供。基于輔助電動(dòng)馬達(dá)軸124的轉(zhuǎn)速，可計(jì)算輔助電機(jī)122的扭矩水平以輸送功率來(lái)驅(qū)動(dòng)A/C壓縮機(jī)130。負(fù)的差可指示必須從渦輪118吸收一些功率?？赏ㄟ^(guò)將輔助電機(jī)122作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)吸收功率?；谳o助電機(jī)軸124的轉(zhuǎn)速，可計(jì)算用于輔助電機(jī)122的扭矩水平以吸收所述差值。
[0047]當(dāng)以轉(zhuǎn)速控制模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速控制循環(huán)可調(diào)節(jié)輔助電機(jī)122的扭矩。在A/C壓縮機(jī)130的功率需求大于由渦輪118產(chǎn)生的功率的情況下，輔助電機(jī)122的轉(zhuǎn)速可降低至預(yù)定轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)以下。轉(zhuǎn)速控制循環(huán)可檢測(cè)誤差并調(diào)節(jié)輔助電機(jī)122的扭矩以增大轉(zhuǎn)速(例如，作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn))。在功率需求小于產(chǎn)生的功率時(shí)，輔助電機(jī)122的轉(zhuǎn)速可上升至預(yù)定轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)以上。轉(zhuǎn)速控制循環(huán)可檢測(cè)誤差并調(diào)節(jié)輔助電機(jī)122的扭矩以減小轉(zhuǎn)速(例如，作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn))。
[0048]圖3描繪了用于系統(tǒng)的潛在控制方案的框圖。求差環(huán)節(jié)(difference element)304可輸出A/C壓縮機(jī)130的功率需求(Pst) 300與由排氣渦輪118產(chǎn)生的功率(P#)302之間的差306。差306可被輸入到控制策略308。所述控制策略可基于差306執(zhí)行控制算法?？蓪㈦姍C(jī)扭矩請(qǐng)求(T/eq)312從控制策略308輸出到電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)314。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)314可表示輔助電力電子模塊132以及連接到排氣渦輪118和A/C壓縮機(jī)130的輔助電機(jī)122的運(yùn)轉(zhuǎn)。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)314可使電機(jī)以適當(dāng)?shù)姆绞竭\(yùn)轉(zhuǎn)以產(chǎn)生請(qǐng)求的扭矩312。電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)314的輸出可以是電機(jī)轉(zhuǎn)速(ω )316。電機(jī)轉(zhuǎn)速316可以是到控制策略的輸入。控制策略308還可輸出離合器命令310以操作渦輪離合器120和壓縮機(jī)離合器128。描繪的系統(tǒng)僅表示用于控制輔助電機(jī)122的系統(tǒng)。其它表示也是可行的。如在此所討論的，功率需求300和產(chǎn)生的功率302的信號(hào)可被轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)和轉(zhuǎn)速控制循環(huán)替換或補(bǔ)充。
[0049]在此公開(kāi)的處理、方法或算法可被傳送到處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)/由處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，處理裝置、控制器或計(jì)算機(jī)可包括任何現(xiàn)有的可編程電子控制單元或?qū)Ｓ秒娮涌刂茊卧ｎ愃频?，所述處理、方法或算法可按照許多形式被存儲(chǔ)為由控制器或計(jì)算機(jī)執(zhí)行的數(shù)據(jù)和指令，所述形式包括但不限于:永久存儲(chǔ)在不可寫(xiě)存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如ROM裝置)上的信息和可變地存儲(chǔ)在可寫(xiě)存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如軟盤、磁帶、⑶、RAM裝置和其它磁介質(zhì)和光介質(zhì))上的信息。所述處理、方法或算法還可以以軟件可執(zhí)行對(duì)象的方式實(shí)現(xiàn)。可選地，所述處理、方法或算法可利用適合的硬件組件(諸如，專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、狀態(tài)機(jī)、控制器或其它硬件組件或裝置)或硬件、軟件和固件組件的組合被整體或部分地實(shí)現(xiàn)。
[0050]雖然上面描述了示例性實(shí)施例，但是并不意味著這些實(shí)施例描述了權(quán)利要求所包含的所有可能的形式。在說(shuō)明書(shū)中使用的詞語(yǔ)是描述性的詞語(yǔ)而非限制性的詞語(yǔ)，并且應(yīng)該理解的是，在不脫離本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，可以作出各種改變。如前面所描述的，可以對(duì)各個(gè)實(shí)施例的特征進(jìn)行組合以形成本發(fā)明的可能未被明確描述或說(shuō)明的進(jìn)一步實(shí)施例。雖然關(guān)于一個(gè)或更多個(gè)期望的特性，各個(gè)實(shí)施例可能已經(jīng)被描述為提供優(yōu)點(diǎn)或優(yōu)于其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員意識(shí)到，根據(jù)具體應(yīng)用和實(shí)施方式，可以折中一個(gè)或更多個(gè)特征或特性，以實(shí)現(xiàn)期望的整體系統(tǒng)屬性。這些屬性可包括但不限于成本、強(qiáng)度、耐用性、生命周期成本、可銷售性、外觀、包裝、尺寸、可維護(hù)性、重量、可制造性、易組裝性等。這樣，關(guān)于一個(gè)或更多個(gè)特性，被描述為不如其它實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式合意的實(shí)施例不在本公開(kāi)的范圍之外，并且可以期望用于特定的應(yīng)用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車輛，包括: 至少一個(gè)控制器，被配置為:根據(jù)壓縮機(jī)的功率需求和由渦輪產(chǎn)生的功率之差運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)，其中，所述電機(jī)機(jī)械地連接到壓縮機(jī)并機(jī)械地連接到渦輪，所述渦輪被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的分流式排氣系統(tǒng)的路徑內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為:響應(yīng)于所述差為正，使所述電機(jī)作為馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為:響應(yīng)于所述差為負(fù)，使所述電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)以從渦輪吸收功率，從而產(chǎn)生電力。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為:基于請(qǐng)求的壓縮機(jī)的功率需求來(lái)操作將電機(jī)連接到壓縮機(jī)的離合器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為:響應(yīng)于所述請(qǐng)求的壓縮機(jī)的功率需求為零，使所述離合器分離。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為:響應(yīng)于在發(fā)動(dòng)機(jī)處于關(guān)閉的狀態(tài)時(shí)所述壓縮機(jī)的功率需求大于零，使渦輪與電機(jī)之間的離合器分離。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛，其中，所述壓縮機(jī)的功率需求是基于空調(diào)系統(tǒng)的壓力的。
【文檔編號(hào)】B60H1/00GK106042824SQ201610232503
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日 公開(kāi)號(hào)201610232503.0, CN 106042824 A, CN 106042824A, CN 201610232503, CN-A-106042824, CN106042824 A, CN106042824A, CN201610232503, CN201610232503.0
【發(fā)明人】肯尼思·詹姆士·米勒, 托馬斯·G·里昂
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司