CN102483021B - 降低交通工具动力需求的混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力交通工具。该混合动力交通工具包含具有额定峰值功率及电动马达的内燃引擎，该电动马达配合于内燃引擎以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎。该电动马达具有约不足内燃引擎的峰值额定功率的1/10的连续额定功率。

Description

降低交通工具动力需求的混合动力驱动系统
相关申请的交叉引用
本申请要求以下专利申请的优先权，并将其公开的内容作为一个整体进行参考：印度专利申请，申请号：2108/MUM/2009，申请日：2009年9月15日；印度专利申请，申请号：2109/MUM/2009，申请日：2009年9月15日；国际申请，申请号：PCT/IN2009/000655，申请日：2009年11月15日；国际申请，申请号：PCT/IN2009/000656，申请日：2009年11月15日；及印度专利申请，申请号：1387/MUM/2010，申请日：2010年4月30日。
发明背景
本公开内容通常涉及混合动力交通工具领域。更具体地，本发明涉及一种可以添加到新的或现有的交通工具中转变成混合动力交通工具的驱动系统。本公开内容也涉及通过电动马达策略的使用降低系统动力需求的方法。
混合动力交通工具提供给消费者取代常常表现相对低的燃料效率和/或产生在运行期间释放的不良的排放物以及应用传统内燃引擎、传动装置及驱动机构的交通工具的替代性选择。消费者对混合动力交通工具的可接受性至少部分依赖于解决方案的成本及解决方案带来的燃料效率及排放的减少的好处。混合动力交通工具的燃料效率及排放能力至少部分依赖于混合动力驱动系统的主要组件(例如，电动马达、电池、控制器、相关的软件等)的设计及使用。这就需要提供具有在燃料效率及降低排放方面有效率的解决方案的，又能能平衡混合动力交通工具的主要组件的独立性的混合动力交通工具和/或交通工具的混合动力驱动系统。同样也需要提供能方便地作为重装应用安装于现有的交通工具和/或通过原始的设备商整合入新交通工具的平台的交通工具的混合动力驱动系统。
发明概要
本公开内容的一个示例性实施例涉及混合动力交通工具。该混合动力交通工具包含具有额定峰值功率及电动马达的内燃引擎，该电动马达配合于内燃引擎以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎。该电动马达具有约不足内燃引擎的峰值额定功率的1/10的连续额定功率。
本公开内容的另一个示例性实施例涉及具有内燃引擎及传动装置的用于交通工具的混合动力驱动系统。该混合动力驱动系统包括配置的配合于相对传动装置的引擎面的内燃引擎曲轴的电动马达。配置电动马达以旋转曲轴的方式向内燃引擎提供辅助。该电动马达具有约不足内燃引擎的峰值额定功率的1/10的连续额定功率。该混合动力驱动系统还包括至少一个配置的给电动马达及马达控制单元提供动力的能量存储部件，配置的马达控制单元用于控制从至少一个能量存储部件向电动马达传递能量。
本公开内容的示范性实施例涉及降低混合动力交通工具的排放物的方法。该方法包括利用内燃引擎作为交通工具的原动力发挥功能及利用电动马达以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎。电动马达具有约低于内燃引擎的峰值功率输出的40％的额定峰值。该方法也包括至少有时在它的峰值额定功率运转电动马达以旋转曲轴的方式辅助内燃引擎，以及当在它的峰值额定功率运行时短暂脉冲地运转电动马达。
本公开内容的另一个示范性实施例涉及混合动力交通工具降低排放物的方法。该方法包括利用内燃引擎作为交通工具的原动力及利用一个或多个电动马达以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎。一个或多个电动马达具有结合的保持在内燃引擎的峰值额定功率的约1/10及1/40之间的连续额定功率，及当以旋转的方式辅助内燃引擎时，至少有时在连续额定功率以上运转一个或多个电动马达。
附图简述
图1A是根据示范性实施例的交通工具和混合动力驱动系统的原理图。
图1B是根据另一个示范性实施例的交通工具和混合动力驱动系统的原理图。
图2是根据示范性实施例的如图1的具有混合动力驱动系统的交通工具的侧视图。
图3是图2的交通工具的顶视图。
图4A是图2的交通工具的底视图。
图4B是根据示范性实施例的图2的交通工具的引擎外壳。
图5A是图2的交通工具的曲轴上提供的现有滑轮的透视图。
图5B是仅有图5A的滑轮的透视图。
图6A是替换曲轴上提供的现有滑轮的混合动力驱动系统的滑轮的透视图。
图6B是图6A的合适的滑轮的透视图。
图7是图2的交通工具的歧管的透视图。
图8是图2的交通工具的歧管的另一透视图，移除了排气隔热罩。
图9A是加至交通工具中以支撑混合动力驱动系统的组件的第一安装设备的透视图。
图9B是仅有第一安装设备的透视图。
图10A是加至交通工具中以支撑混合动力驱动系统的组件的第二安装设备的透视图。
图10B是仅有第二安装设备的透视图。
图11A是加至交通工具中以支撑混合动力驱动系统的组件的第三安装设备的透视图。
图11B是仅有第三安装设备的透视图。
图12是根据所示的带隔热罩的示范性实施例的电动马达的安装设备的透视图。
图13A是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的新的空转轮的透视图。
图13B是图13A的仅有空转轮透视图。
图14是根据示范性实施例的安装在交通工具的混合动力驱动系统的燃料开关的透视图。
图15是根据示范性实施例的交通工具的踏板设计的透视图。
图16是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的接线盒和隔离器的透视图。
图17是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的马达控制单元的透视图。
图18是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的能量存储设备的透视图。
图19是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的充电器的透视图。
图20是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的可选的用户接口和显示的透视图。
图21是根据示范性实施例的混合动力驱动系统的电路原理图。
发明内容
通常地参照图示，混合动力驱动系统100及其中的组件根据示例性实施例所示。通过原始设备制造商和/或作为改装应用，配置混合动力驱动系统100以安装在交通工具内(例如，汽车如轿车、卡车、运动型多用途车、小型货车、公共汽车及类似物；三轮车、小摩托车、飞机、船艇等)，及提供能选择性地通过辅助引擎的曲轴的旋转降低引擎的驱动负载的和/或增加引擎的最大转矩的系统。与不带混合动力驱动系统100的相同的交通工具运转相比，混合动力驱动系统100加入交通工具是为了改进燃料经济性(例如功耗等)、排放率和/或的交通工具动力。混合动力驱动系统100可安装在交通工具内任何适当的位置及与任何其他的交通工具组件相整合，并且可以是各种各样的大小、形状、及配置，且根据各种示范性实施例，可利用各种各样的制造及装配过程来安装。所有类似的变化均包括在本公开内容的范围内。
图1A是根据示范性实施例的交通工具和混合动力驱动系统100的示意图。混合动力驱动系统100通常包括引擎(例如，柴油引擎、涡轮引擎等)，如燃气式内燃引擎102所示、电动马达104、马达控制单元106及电能资源、如电池108所示。电池108是包括以电化电池或电池形式的许多能量存储设备的电池组。(根据其他的示范性实施例，电容性的设备例如超级电容器和/或双电层电容器可用于替换或加入电池中)。
内燃引擎102通过产生足以驱动一个或多个交通工具的车轮110的转矩输出作为原动力发挥功能。提供电动马达104以通过降低内燃引擎102的驱动负载(例如，至少部分分担负载等)和/或调整内燃引擎102的动力而辅助内燃引擎102。电动马达104通过电池108供能且通过马达控制单元106被控制。马达控制单元106在从如下所述的引擎传感器112、马达传感器114和/或电池传感器收到的输出信号的基础上控制电动马达106。
首先应该注意本公开内容的目的，术语混合动力，单独使用或与术语如交通工具和/或驱动系统结合使用，通常是用于关于具有包括多于一个的动力源的驱动系统的交通工具。依据示例性实施例，混合动力驱动系统100利用内燃引擎和电动马达。依据其他的实施例，内燃引擎和/或电驱动马达及其中的控制系统可被各种已知的或其他适合的动力源代替。
通过电动马达104提供给内燃引擎102的辅助的量及提供辅助的持续时间，至少部分地由马达控制单元106所控制。马达控制单元106包括配置的产生和/或收到一个或多个用于操作电动马达104的控制信号马达控制器。马达控制单元106可包括一个或多个处理器(例如，微控制器)和配置的一个或多个计算机可读的媒质(例如，存储器)以存储马达控制单元106使用的各种数据和/或通过处理器执行的指令以完成各种功能。马达控制单元106的存储器可包括包含在内的一个或多个模块(例如，软件模块)，但不限于马达控制模块及能量管理模块。
配置马达控制模块以产生一个或多个控制信号以控制电动马达104的运转。依据示例性实施例，马达控制模块基于一个或更多的基于实验的和/或制造模型的结果的马达辅助配置可产生控制信号。配置能量管理模块以管理电池108提供的能量。依据示例性实施例，可配置能量管理模块以确定电池108中剩余的可用的电荷的数量及作为再生制动的结果变为的可用的电荷，可配置以基于在电池108中和/或其他的交通工具运行条件的可用电荷而改变用于电动马达104的控制信号。
马达控制单元106接收来自于各种传感器、电路和/或交通工具的其他组件例如内燃引擎102、电动马达104、电池108的一个或多个输入。输入可包括数字输入(例如，刹车、手刹、离合器、倒退、空调、点火装置、模式选择，例如经济或动力等)、调制的和/或编码的输入(例如，车速传感器、引擎速度传感器、编码器等)、模拟输入(例如，马达温度、引擎温度、电池108的温度、节流阀位置、进气管压力、刹车位置等)、和/或其他类型的输入。依据示例性实施例，一个或多个输入可通过隔离器电路系统(例如，电隔离器)隔离。在输入中收到的信息可从各种交通工具传感器(例如，现有的交通工具传感器、引擎歧管理系统、加入到交通工具的供混合动力驱动系统100使用的传感器等)接收。
可配置马达控制控制单元106为产生一个或多个系统输出，如马达控制器动力输出，以切换动力至马达控制器，故障灯输出以指示故障，显示器输出以显示各种关于马达控制单元106的信息(例如，至交通工具的驾驶员的、修理工等)，和/或其他类型的输出。可配置马达控制单元106以产生一个或多个输出(例如，数字输出、模拟输出等)如喷射器输出和/或系统输出。可配置喷射器输出以控制燃料喷射器(例如，通过一个或多个控制器)，以延迟和/或限制引擎的燃料的流量。系统输出可包括动力供应控制输出、马达控制器冷却风扇输出、故障灯输出、泵输出、和/或其他类型的用于提供信息至和/或控制交通工具的各种组件的输出(例如，包括引擎等)。配置马达控制单元106以产生用以显示的显示盘信息至交通工具的驾驶员(例如，在显示盘上或在交通工具的仪表板上或附近)。
除了通过减少内燃引擎102的负载和/或增加内燃引擎的动力辅助内燃引擎102外，也可配置电动马达104成作为给电池108充电和/或供应电能给交通工具内的各种电力组件的发电机发挥功能。例如，可进一步配置电动马达104以供应用于运转交通工具中的一个或多个系统的机械能(例如，旋转机械能等)。例如，如下面详述，电动马达104可用于给交通工具的空调系统的部分的压缩机功能。
根据示例性实施例，电池108是串联在一起的一组铅酸电池。根据其他实施例，电池108可选自许多合适的电池包括，但不限于，锂离子电池、镍氢(NiMH)电池等。根据更加进一步可替换的实施例，电池108可被替换或用于与其他类型的能量存储部件结合(例如，一个或多个电容器、超级电容器等)。
当电动马达104作为发电机发挥功能时，配置电池108以接收来自于电动马达104的电荷。在交通工具运行期间，如果电池108的电荷不充足，交通工具将作为仅仅以燃料为动力的交通工具运转直到电池108被重新充电。根据示例性实施例，提供独立的充电器以给电池108充电。这样的充电器包括连接头，如显示的插头134，允许使用者插入混合动力驱动系统100，当交通工具没有使用时。根据阐述的实施例，显示了电池108和独立的充电器两者都存储在交通工具的行李箱中。根据其他的实施例，电池108和/或独立的充电器可定位于交通工具的任何可用空间中。
参照图1A，内燃引擎102包括输出轴，如展示的具有第一输出118和第二输出120的曲轴116。配置第一输出118与交通工具的驱动机构配合用于传递动力给一个或多个车轮110。根据阐述的实施例，交通工具是前轮驱动的交通工具，并且驱动机构包括通过一个或多个轴、差速器、联动装置等与前轮110配合的传动装置122(自动传动装置或手动传动装置)。根据其他的实施例，混合动力驱动100可用于后轮驱动交通工具和/或所有轮驱动交通工具。内燃引擎102利用旋转曲轴116通过传动装置122传递旋转机械能给驱动车轮。
电动马达104并联地与内燃引擎102配合以辅助内燃引擎102提供旋转机械能给传动装置122。根据阐述的实施例，电动马达104与曲轴116的第二输出120配合；第二输出120在曲轴116的末端，与第一输出118相对以便使电动马达104与曲轴116的末端配合，相对的是配合传动装置122的末端(例如，在内燃引擎102的相对面等)。在关于内燃引擎102的这样的位置配合的电动马达104，而不是在传动装置122的相同面，可简化混合动力驱动系统100的加入，特别在应用改装中。进一步的，定位电动马达104于传动装置122之前(例如，前面的等)允许电动马达104得到传动装置122的齿轮传动的优点以减少电动马达104的负载。例如，对于具有的5档手动传动装置的交通工具的一个示范性实施例，齿轮比随着齿轮位置从第一齿轮到第五齿轮之间的变换可在大约3.45至大约0.8之间变化。因此，对于给定的实施例，在传动装置122之前的与曲轴116配合的电动马达104可方便地允许电动马达104提供第一齿轮的输出转矩，比如果相同的电动马达104与传动机构122之后的曲轴116配合的转矩高3.45倍。同样地，系统允许更小的电动马达104用于符合特殊应用的转矩需求。
电动马达104通过辅助曲轴116的旋转而辅助内燃引擎102以减少内燃引擎102的驱动负载(例如，通过至少部分分担负载等)和/或增加内燃引擎102的动力。因为内燃引擎102的驱动负载能减少燃料的经济性(例如，功耗等)和/或能提高排放率。在混合动力驱动系统100的使用中，电动马达104提供的辅助量，和/或通过电动马达104提供的辅助的时间段，可根据特殊需求和/或应用的参数而变化。根据示例性实施例，电动马达104提供辅助的目的是移动内燃引擎102至高效的运转地带从而减少排放。
电动马达104通常包括马达外壳124和输出轴126。根据示例性实施例，电动马达是三相交流电感应马达。根据其他的实施例，电动马达104可以是任何若干的马达，包括但不限于，直流电马达，具有可编程逻辑控制器的直流电马达等。
根据示例性实施例，电动马达104的定位与内燃引擎相关，外壳124邻近内燃引擎102的一边(例如，前面等)，带基本上平行的及偏移曲轴116的输出轴126。根据显示的实施例，电动马达104定位于内燃引擎102的前面(相对于交通工具的行驶方向)并且通过滑轮系统与内燃引擎102配合。滑轮系统通常包括第一滑轮128及第二滑轮130.第一滑轮128可旋转地与曲轴116的第二输出120配合，同时第二滑轮130可旋转地与电动马达104的输出轴124配合。配合设备(例如，链、带等)，如所示的皮带132，位于第一滑轮128及第二滑轮130之间。根据其他的实施例，电动马达104可定位在任意的若干与内燃引擎相关的位置中(例如，上面、下面、在一个或多个侧面、后面等)。
根据其他实施例，滑轮系统可用任意其他合适的配合系统替代，包括但不限于，齿轮系统。参考图1B，如其他的示例性实施例所示的混合动力驱动系统100。通过阐述的实施例，电动马达104定位与内燃引擎102相关，外壳124的末端面向内燃引擎102的末端并且输出轴126至少部分地与曲轴116的第二输出120对准(例如，同轴、共中心的等)。轴配合(例如，万向接头、套管等)，如万向轴节136所示，位于输出轴126及第二输出120之间以直接地与使电动马达104与内燃引擎102配合。配置万向轴节136以补偿在输出轴126与第二输出120之间的任何少许的未对准。根据阐述的实施例，万向轴节136安装于第一滑轮128，可旋转地由内燃引擎102支撑。与上述详细描述的关于图1A的实施例相似，第一滑轮128可支持配合至少一个交流发电机的和空调系统压缩机的皮带。
与具有并联地与内燃引擎配合的电动马达的典型的混合动力交通工具相比，电动马达104的大小(即动力需求)是相对小的。小的马达比大的马达便宜而且允许在在更低的成本下实现混合动力系统。小的马达也可占用更小的空间。由于交通工具内的空间是受限的，更小的马达的使用可允许混合动力驱动系统100更容易地整合到交通工具中。更小的马达也比更大的马达轻，但是可适合提供短时间的需要的转矩(例如，当引擎排放物高时等)。与利用更大的马达的系统相比，更小的马达的使用可提供更高的燃料经济性及更低的排放。小的马达也可允许在更低的电压和/或电流下提供电力，可允许使用更小的导体提供混合动力系统组件之间的动力和/或可提高系统安全性。
在混合动力驱动系统100中能减小电动马达104的大小至少有两个原因。第一，混合动力驱动系统100从未使交通工具作为纯粹的动力交通工具运转。换句话说，电动马达104从未自己驱动交通工具，而是仅仅作为内燃引擎102的动力辅助的功能，除了可能作为发电机和/或作为用于一个或多个交通工具组件的驱动设备运转。通过向内燃引擎102提供辅助，电动马达104允许内燃引擎102在更高效的区域中运转，同时也提供交通工具需要的驱动转矩。同样地，电动马达104并不是必须要能够符合同样的内燃引擎的转矩和/或速度需求。第二，仅仅在选择性时间段及在选择的量提供辅助。同样地，电动马达104不是必须在连续的基础上运转，至少不是在运转的转矩控制模式中。
例如，在运转情况下，在辅助的好处(例如，减少了排放、增加了燃料经济性、提供了功率)更多时提供更多的辅助，而在在运转情况下，辅助的好处较少时提供更少的辅助。根据示范性实施例，当内燃引擎102的速度相对低(例如，小于2000转/分)时，混合动力驱动系统100提供更多的辅助，而当内燃引擎102的速度相对高(例如，大于4500转/分)时，提供更少的辅助。换句话说，当交通工具以相对高的速度运行时，混合动力驱动系统100允许内燃引擎102提供更高的转矩需求并且电动马达104不提供任何的辅助给内燃引擎102。当在更低的速度有对更高的转矩的突然的需求时，电动马达104给予内燃引擎102最大的辅助。已经意识到，当内燃引擎102在更低的速度时，内燃引擎102由于惯性和系统延迟满足更高的转矩水平需要一段时间。在这期间，电动马达104能在它的峰值容量运行从而快速地满足交通工具的转矩需求。然而，峰值需求这样的实例通常是遥远和少的。随着这种策略，内燃引擎102被推入预期的区域运转。
当内燃引擎102的速度相对高的这种情况的例子是在加速期间。同样地，配置混合动力驱动系统100以在交通工具加速期间提供辅助。混合动力驱动系统100可确定(例如，通过接收来自于一个或多于传感器的信号)存在交通工具加速的需求(例如，当压下加速器或汽车加速踏板)。作为响应，控制电动马达104以在这期间提供辅助给内燃引擎102。根据示范性实施例，仅仅短暂地或短的脉冲地提供辅助。然而，在这短暂脉冲期间提供的辅助也许大于电动马达104的固定负载状态的辅助。例如，电动马达104可在这期间在它的额定峰值运转。通过在它的固定负载状态的电流之上短暂的运转马达，交通工具的动力需求也许可以被满足并且当使用更小的电动马达时，效率(例如，排放、燃料经济性等)可得到提高。
确定电动马达104向内燃引擎102提供的辅助的量是许多因素的平衡。选择电动马达104的一个策略是选择能提供需要的最小动力(例如，转矩)需求以辅助内燃引擎102所需要的数量和持续时间的电动马达。这样的策略允许电动马达104的大小、电池108的大小及混合动力系统100的总重减少。根据示范性实施例，该策略包括选择具有额定峰值在内燃引擎102的动力输出(例如，马力)大约40％和50％之间的电动马达104。
以下是这样的马达选择策略的实施例。在这样的实施例中，交通工具具有额定为约47马力的内燃引擎102。根据在前面提出的策略，电动马达104的大小应该是提供大约内燃引擎102的40％马力。为设计用作最大负载的情况，假定当交通工具是在更高的档位时，齿轮比是大约1:1。因此，电动马达104需要的最大动力是大约18.8马力(即0.4*47)或大约14千瓦。而不是选择接近于该固定负载状态值的电动马达104，混合动力驱动系统100的策略是选择带接近于该额定峰值的值电动马达104。通常地，马达的额定峰值大约为4至5倍固定负载状态。已经发现对于短暂期间，电动马达104能在比它的固定负载状态高4至5倍情况下运转而不过热和/或损坏电动马达104。因此，在这样的策略下，电动马达104应该具有大约3.5千瓦的固定负载状态。
在第二个实施例中，交通工具是具有额定在大约75至85马力之间的内燃引擎102的中型车。使用上述相同的策略，具有大约6千瓦的固定负载状态的电动马达104可选作混合动力驱动系统100。
可用于选择电动马达104的另一个策略是选择在固定负载状态下不超过内燃引擎102的最大马力的1/10(1/10)的电动马达104。根据示范性实施例，策略为选择在固定负载状态下内燃引擎102的最大马力在大约1/10至大约1/40之间的电动马达104。根据另一个示范性实施例，策略为选择在固定负载状态下内燃引擎102的最大马力在大约1/15至大约1/40之间的电动马达104。根据另一个示范性实施例，策略为选择在固定负载状态下内燃引擎102的最大马力在大约1/20的电动马达104。根据其他的实施例，在选择电动马达104中可使用不同的策略(例如，要求直到100％的空载转矩作为最大转矩的百分比的策略-即80％等)。
一旦电动马达104安装在混合动力驱动系统100中，电动马达100的温度将通过马达控制单元监控以确保电动马达104不会过热。因为马达控制单元106程序化的以仅仅可能低于大约4秒的脉冲期间的形式在额定峰值运转电动马达104，所以过热的可能性是降低的。可提供一个或多个传感器以检测是否电动马达104是过热的和/或即将过热，如果是这样，可配置以切断电动马达104的动力。
在这样的策略下选择电动马达104导致相对低的电动马达104的动力需求。因为电动马达104具有相对低的动力需求，电池108的大小可能减小。进一步地，更低的动力需求也可允许使用更划算的电池如铅酸电池。例如，对于3.5千瓦持续功率电动马达选为混合动力驱动系统100案例，48伏的铅酸型电池108可用于给电动马达104和马达控制单元106供能。根据示范性实施例，混合动力驱动系统100可使用12伏100安培的串联连接的铅酸型电池以提供48伏的电池108。
随着电动马达104和电池108的选择的完成，混合动力驱动系统100准备好加入交通工具中。如上面所提到，混合动力驱动系统100可以通过原始的设备生产商或作为改装应用加入交通工具中以提供给消费者将现有的燃气式交通工具转变为混合动力交通工具的能力。作为改装应用，因为现有的内燃引擎102及传动装置104不需要改装以接受混合动力驱动系统100，混合动力驱动交通工具100可作为相对无缝的转变装置提供。然而需要将混合动力驱动系统100加入交通工具中的特殊步骤将依赖于混合动力系统100待加入的交通工具的品牌和型号而变化，不考虑交通工具，需要的步骤包括：i)在交通工具中找出空间以接受电动马达104；ii)重新定位、重新配置和/或重新移动一定的交通工具组件来为电动马达104提供足够的间隙；iii)安装电动马达在交通工具中；iv)使电动马达104与内燃引擎102的曲轴配合；v)安装马达控制单元106；vi)为给电动马达104及马达控制单元106供能而安装一个或多个能量存储部件(例如，电池108等)。
参照图2A至21，通过示范性实施例展示了特定的改装应用。根据阐述的实施例，被转换为混合动力交通工具的交通工具是中型、四门的具有1.4公升的引擎和手动变速箱的客运交通工具。利用前面所提出的策略，选择了具有大约7.5马力或5.5千瓦的连续额定功率的电动马达104以辅助内燃引擎102。在转变过程开始之前，交通工具包括电池、用于启动内燃引擎102的启动马达、用于给电池充电和给交通工具的电力系统供能的交流发电机、具有压缩机的空调系统、以及其他的组件。传动装置122与内燃引擎102的曲轴的侧面配合，而滑轮200(如图5A和5B所示)与曲轴的第二侧面配合，在传动装置122的相反面。配置滑轮200以接收配合于交流发电机上的相应滑轮的第一皮带及接收配合于空调压缩机上的相应滑轮的第二皮带。
参照图4A和4B，改装过程的预备步骤是至少部分地拆开交通工具的一定组件。这一步骤可包括移除交通工具的一个或多个前轮、交通工具的前保险杠及也许会限制进入内燃引擎102的附近领域的任何防护物，如引擎外壳202所示。改装交通工具的方法也包括移除曲轴的滑轮200(如图5A和5B所示)及用混合动力驱动系统滑轮204(如图6A和6B所示)代替它。这一步骤包含锁定内燃引擎102的飞轮以避免曲轴如被移除的滑轮200般旋转并且以混合动力驱动系统滑轮204代替。
根据示范性实施例，混合动力驱动系统滑轮204是一体式整体，包括第一滑轮部分206及第二滑轮部分208。第一滑轮部分206基本上与滑轮200的部分是相似的，配置的以接收配合交流发电机的皮带。配置第二滑轮部分208以接收配合电动马达104而非空调压缩机的皮带。为驱动空调压缩机，将在电动马达104及空调压缩机之间提供新的皮带。同样地，将使用电动马达104以驱动空调压缩机而非内燃引擎102。假设在电动马达104和内燃引擎102之间提供适当的离合器用于选择性地使电动马达104与曲轴分离，这样的安排可方便地允许空调运行，即使内燃引擎102关闭。
根据示范性实施例，配置电动马达104以安装在内燃引擎102的前面，紧临内燃引擎102的排气管的区域内。参照图7和图8，排气管隔热罩210被移除以在这区域内为电动马达104提供额外的间隙。随着排气管隔热罩210的移除，可增加一个或多个安装支架以支持混合动力驱动系统100的组件。参照图9A至11B，改装的方法包括步骤：i)安装空转轮支架212于引擎主体上(如图9A和9B所示)；ii)安装完全垂直的支架214于引擎歧管附近(如图10A和10B所示)；iii)安装马达安装支架216于引擎歧管上并且将它固定于垂直支架214(如图11A和11B所示)；及iv)安装空调压缩机支架218于引擎主体上(如图9A和9B所示)。
根据示例性实施例，配置马达安装支架216为金属材质的L形状的构件形式。马达安装支架216包括配置的一个或多个开口220以努力地推进引擎歧管和电动马达104附近的空气流通，减少电动马达104将过热的可能性。电动马达104的总重支撑在中空的完全地被内燃引擎102支撑的马达安装支架216上。根据其他的实施例，如果没有足够的空间以充分地支持电动马达104在内燃引擎102上，电动马达104可至少部分由引擎主体和/或框架支撑。
参照图12，为进一步地降低由于电动马达104邻近内燃引擎102、特别是邻近排气管而将过热的可能性，在马达安装支架216和电动马达104之间提供隔热罩222。隔热罩222可以是任意的各种各样适当的材质以减少传递到电动马达104的热量。
参照图13A和13B，改装交通工具的方法也包括加入空转轮224。配置空转轮224以可旋转地安装于已经被安装在引擎主体上的空转轮支架212。空转轮224可用作紧带滑轮，而且它的位置可以是可调节的以控制皮带的张力(例如，空转轮224在完全垂直方向可以是可调节的等)。
参照图14，改装交通工具的方法也包括安装燃料开关226在交通工具上。燃料开关226作为限制对内燃引擎102的燃料喷射器的燃料供应的切断设备。燃料开关226配合于马达控制单元106并且被它所控制，可以是程序化的以通过移动燃料开关226从开的位置到关闭位置而停止内燃引擎102。根据示范性实施例，配置马达控制单元106为在至少两种情况下移动燃料开关226至关闭位置。
使用燃料开关226的第一种情况是，如果内燃引擎102正在运行而交通工具没有在预设的时间段内移动。在这样的情况下，马达控制单元106发送信号至燃料开关226以停止燃料流向内燃引擎106从而关闭内燃引擎102。在这样的配置中，马达控制单元106和燃料开关226绕开可能提供向内燃引擎106供应燃料的信号的引擎管理系统。一旦马达控制单元106收到交通工具即将移动的信号，燃料开关将重新回到开的位置，然后至内燃引擎102的燃料供应重新开始。
使用燃料开关226的第二种情况是，如果交通工具正在移动但是没有需要来自于内燃引擎102的转矩输出。例如，当交通工具正在向坡下滑行时就不需要内燃引擎102，因为虽然交通工具正在移动，但是没有内燃引擎102上的转矩需求。在这期间，内燃引擎102很可能低于它的空载速度运转。在这样的情况下，马达控制单元106发送信号给燃料开关226以停止燃料流向内燃引擎102从而关闭内燃引擎102。当马达控制单元106收到内燃引擎102重新到达它的空转速度的信号时，燃料开关226重新回到开的位置并且至内燃引擎102的燃料供应重新开始。
参照图15，改装交通工具的方法可选择性地包括安装开关在交通工具的离合器踏板228下，将允许使用者启动交通工具而不必须插入钥匙至点火装置。不须插入钥匙，使用者简单地压下离合器踏板228以激活踏板下的开关。开关的激活启动用于转动曲柄以发动内燃引擎102的电动马达104。为了更大的交通工具的使用(例如，大于约1.4公升)和/或柴油机的使用，电动马达104不能提供足够的转矩用于转动曲柄以发动内燃引擎102，可使用相同的开关以激活交通工具上的现有的启动马达用于转动曲柄以发动内燃引擎102。
参照图16和图17，改装交通工具的方法也包括安装马达控制单元106在交通工具内。这包括安装接线盒230、隔离器232和/或控制模块234在交通工具内。根据阐述的实施例，接线盒230和隔离器232所示为定位在交通工具的驾驶员座位下，而控制模块234所示为定位在交通工具的乘客座位下。根据其他的实施例，可在交通工具内的各种位置放置接线盒230、隔离器232和控制模块234。例如，接线盒230、隔离器232和/或控制模块234全部配置安装在交通工具的仪表板下。图21是混合动力驱动系统100的电路的示意图，描述了混合动力驱动系统100的各种组件的输入和输出，包括接线盒230、隔离器232和/或控制模块234。
参照图18，改装交通工具的方法也包括安装电池108在交通工具的行李箱内。电池108加入到交通工具内的现有电池中，并且通过交通工具内的一个或多个电缆线电气连接于马达控制单元106和电动马达104。现有交通工具的电池保持向现有的交通工具组件供能。根据示范性实施例，电池108包括5个12伏、100安培的串联结合的铅酸电池。根据其他的实施例，电池108可为上面提到的任意的各种能量存储设备。根据其他的实施例，电池108可以是足够的大小以便于它能替换交通工具的现有电池。对于这样的配置，需要提供直流到直流的以降低电池108的48伏至现有交通工具组件所需要的12伏。
参照图19，改装交通工具的方法还包括安装独立的充电器236在交通工具的行李箱中，在交通工具没有使用时，使用者可选择地给电池108充电。充电器236包括配置的当交通工具没有使用时用户能选择性插入电源插座中的连接接头(例如，插头等)。而充电器236所示为定位在电池108上的行李箱中，但是可替换地，可以i整合并且固定在行李箱的边上，以便在行李箱中留有足够的空间用于存储。
参照图20，改装交通工具的方法可选择性包括安装第一用户接口238和/或第二用户接口240在交通工具内。根据阐述的实施例，第一用户接口238和第二用户接口240两者都安装在交通工具的仪表板上，但是可替换地，可安置在整个交通工具的许多区域(如中间副仪表板，顶棚系统，侧板等)。第一用户接口238和第二用户接口240两者都配置了开关，使用户可选择性地在开和关闭位置之间移动。第一用户接口238允许用户控制混合动力驱动系统100是打开或关闭。如果混合动力驱动系统100是关闭的，交通工具将简单地作为非混合动力交通工具运转。第二用户接口240允许用户可选择地控制电池108何时充电。如上面所指出，第一用户接口238和第二用户接口240是可选择的。同样地，当交通工具是在混合动力模式运转和/或当电池108在充电时，混合动力驱动系统100能发挥功能，而不允许用户有直接的控制。
应该理解图2A至21仅仅阐述了能够接受混合动力驱动系统100的交通工具的一个实施例及混合动力驱动系统的一个实施例。已经将混合动力驱动系统100作为一套设备提供以简化转变过程。该套设备通常包括电动马达104、马达控制单元106、电池108、混合动力驱动系统滑轮204、空转轮支架212、垂直支架214、马达安装支架216、空调压缩机支架218、空转轮224、燃料开关226、离合器踏板228下的开关、接线盒230、隔离器232、控制模块234及充电器236。根据其他的实施例，提供混合动力驱动系统作为独立的组件和/或上面所述的任何组件的一个或多个的结合。
当混合动力驱动系统100由原始设备制造商使用时，混合动力驱动系统100包括的组件与作为改装套件包括的部分有所不同。例如，原始的设备制造商很可能以电动马达104替换交通工具的现有的交流发电机并且很可能以电池108替换交通工具现有的电池。所有这样的变型都认为在本发明的范围内。
应该注意，在阐述的实施例中的混合动力驱动系统和交通工具的部件的结构和排列仅仅是用作说明。虽然在本公开内容中的实施例在本发明中有详细描述，阅览本公开内容的本领域的技术人员将很容易地理解许多修改都是可能的(例如，大小、规模、结构、形状及各种部件的比例、参数值、安装排列、材料使用、颜色、方向的变化)，而没有从本质上背离本发明所述的新颖性和优势。例如，由多种多样的部件组成形成完整的所示原理或所示的原理由多种多样的部件完整形成，接口的操作可以做相反的或其他的变换、或结构的和/或构件的或接头的或系统的其他部件的长度或宽度变化。混合动力驱动系统100也可以是程序化的依赖于特殊应用的需要以任意多的合适的方式运转。进一步地，与图1A中所阐述的混合动力驱动系统类似，在图1B中所阐述的混合动力驱动系统可用在前轮的、后轮的和/或所有轮驱动的交通工具。更进一步的，如果混合动力驱动系统作为一套设备，这样的套组可包括任何许多的附加的传感器和/或允许系统配合交通工具的硬件。应该注意的是系统的部件和/或配件都可由任何各种各样的能提供足够的强度或坚固的、任何各种各样的颜色、纹路和组合的材质构成。因此，所有这样的变型认为是包括在本发明的范围内。优选的设计，运行条件和解决办法的其他替代，变化，改变和删除以及其他实施例均不背离本发明的精神。
根据可替换的实施例，任何过程或方法步骤的次序或顺序是可变换或重新排序的。在权利要求中，任何方法-加-功能的句子认为是覆盖了其中描述的实现了所描述功能的结构，并且不仅仅是结构的对等也包括对等的结构。优选的设计，运行条件和解决办法的其他替代，变化，改变和删除以及其他实施例均不背离本发明所附权利要求的范围。

Claims (35)

1.混合动力交通工具，包括： 
具有额定峰值功率的内燃引擎；及 
配合于内燃引擎用于以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎的电动马达，该电动马达具有不超过内燃引擎的额定峰值功率的1/10的连续额定功率； 
与具有并联地与内燃引擎配合的电动马达的典型的混合动力交通工具相比，电动马达的动力需求的大小是相对小的； 
当交通工具以相对高的速度运行时，混合动力驱动系统允许内燃引擎提供更高的转矩需求并且电动马达不提供任何的辅助给内燃引擎；当在更低的速度有对更高的转矩的突然的需求时，电动马达给予内燃引擎最大的辅助。 
2.根据权利要求1所述的交通工具，其特征是当向内燃引擎提供辅助时，电动马达至少有时在高于它的连续功率运转。 
3.根据权利要求2所述的交通工具，其特征是当向内燃引擎提供辅助时，电动马达至少有时在电动马达的额定峰值功率运转。 
4.根据权利要求3所述的交通工具，其特征是电动马达的额定峰值功率大于电动马达的额定连续功率的3-5倍之间。 
5.根据权利要求3所述的交通工具，其特征是电动马达的单独的额定峰值功率不足以符合交通工具的总的转矩需求。 
6.根据权利要求3所述的交通工具，其特征是电动马达仅仅以脉冲的形式在电动马达的额定峰值功率运转。 
7.根据权利要求6所述的交通工具，其特征是脉冲持续时间不超过4秒。 
8.根据权利要求1所述的交通工具，其特征是进一步的包括配置为向电动马达提供动力的能量存储设备。 
9.根据权利要求8所述的交通工具，其特征是能量存储设备包括至少一个铅酸电池。 
10.根据权利要求8所述的交通工具，其特征是能量存储设备包括至少一个超级电容器、双电层电容器、铝离子电池及镍氢电池。 
11.根据权利要求1所述的交通工具，其特征是电动马达的额定连续功率在内燃引擎的额定峰值功率的1/10-1/40之间。 
12.根据权利要求11所述的交通工具，其特征是电动马达的额定连续功率在内燃引擎的额定峰值功率的1/15-1/40之间。 
13.根据权利要求12所述的交通工具，其特征是电动马达的额定连续功率在内燃引擎的额 定峰值功率的1/20-1/40之间。 
14.根据权利要求1所述的交通工具，其特征是内燃引擎的额定峰值功率是47马力，且电动马达的额定连续功率是3.5千瓦。 
15.根据权利要求1所述的交通工具，其特征是内燃引擎的额定峰值功率是80马力，且电动马达的额定连续功率是6千瓦。 
16.具有内燃引擎及传动装置的用于交通工具的混合动力驱动系统，该混合动力驱动系统包括： 
配置为在引擎的传动装置相对面与内燃引擎的曲轴配合的电动马达，配置为以旋转曲轴的方式向内燃引擎提供辅助的电动马达，具有不超过内燃引擎的额定峰值功率1/10的额定连续功率的电动马达； 
配置为向电动马达提供动力的至少一个能量存储设备以；及 
配置为控制从至少一个能量存储部件向电动马达传递的能量的电动马达控制单元； 
与具有并联地与内燃引擎配合的电动马达的典型的混合动力交通工具相比，电动马达的动力需求的大小是相对小的； 
当交通工具以相对高的速度运行时，混合动力驱动系统允许内燃引擎提供更高的转矩需求并且电动马达不提供任何的辅助给内燃引擎；当在更低的速度有对更高的转矩的突然的需求时，电动马达给予内燃引擎最大的辅助。 
17.根据权利要求16所述的混合动力驱动系统，其特征是定位电动马达于传动装置之前允许电动马达得到传动装置的齿轮传动的优点以减少电动马达的负载。 
18.根据权利要求16所述的混合动力驱动系统，其特征是电动马达的额定连续功率在内燃引擎的额定峰值功率的1/10-1/40之间。 
19.根据权利要求16所述的混合动力驱动系统，其特征是电动马达包括至少一个三相感应的马达及无刷直流马达。 
20.根据权利要求16所述的混合动力驱动系统，其特征是当向内燃引擎提供辅助时，电动马达至少有时在高于它的连续功率运转。 
21.根据权利要求20所述的混合动力驱动系统，其特征是当向内燃引擎提供辅助时，电动马达至少有时在电动马达的额定峰值功率运转。 
22.根据权利要求21所述的混合动力驱动系统，其特征是电动马达的额定峰值功率大于电动马达的额定连续功率3-5倍之间。 
23.根据权利要求21所述的混合动力驱动系统，其特征是配置电动马达为仅仅以脉冲的形 式在电动马达的峰值功率运转。 
24.根据权利要求23所述的混合动力驱动系统，其特征是脉冲持续时间不超过4秒。 
25.减少混合动力交通工具排放物的方法，该方法包括： 
利用内燃引擎作为交通工具的原动力发挥功能； 
利用电动马达以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎，具有不超过内燃引擎的峰值功率输出1/40的额定峰值的电动马达；及 
至少有时电动马达在它的额定峰值功率运行以旋转曲轴的方式辅助内燃引擎；及 
当在它的额定峰值功率运转时，电动马达短时脉冲地运转； 
与具有并联地与内燃引擎配合的电动马达的典型的混合动力交通工具相比，电动马达的动力需求的大小是相对小的； 
当交通工具以相对高的速度运行时，混合动力驱动系统允许内燃引擎提供更高的转矩需求并且电动马达不提供任何的辅助给内燃引擎；当在更低的速度有对更高的转矩的突然的需求时，电动马达给予内燃引擎最大的辅助。 
26.根据权利要求25所述的方法，其特征是短暂的脉冲不超过4秒的持续时间。 
27.根据权利要求25所述的方法，其特征是进一步包括利用能量存储部件向电动马达供能，能量存储部件至少是超级电容器、双电层电容器、铅酸电池、铝离子电池及镍氢电池中的一个。 
28.根据权利要求27所述的方法，其特征是能量存储部件包括串联连接的许多的铅酸电池。 
29.根据权利要求28所述的方法，其特征是在电动马达作为发电机的功能向铅酸电池充电期间，配置电动马达在再生模式运转。 
30.减少混合动力交通工具排放物的方法，该方法包括： 
利用内燃引擎作为交通工具的原动力发挥功能； 
利用一个或多个电动马达以旋转内燃引擎的曲轴的方式辅助内燃引擎，具有保持在内燃引擎的峰值功率1/10-1/40之间的结合的额定连续功率的一个或多个电动马达；及 
当以旋转轴方式曲辅助内燃引擎时，至少有时一个或多个电动马达在高于它的额定连续功率运行； 
与具有并联地与内燃引擎配合的电动马达的典型的混合动力交通工具相比，电动马达的动力需求的大小是相对小的； 
当交通工具以相对高的速度运行时，混合动力驱动系统允许内燃引擎提供更高的转矩需求并 且电动马达不提供任何的辅助给内燃引擎；当在更低的速度有对更高的转矩的突然的需求时，电动马达给予内燃引擎最大的辅助。 
31.根据权利要求30所述的方法，其特征是进一步包括当在高于连续额定功率运行时，一个或多个电动马达短时的脉冲运行。 
32.根据权利要求31所述的方法，其特征是短时的脉冲不超过4秒的持续时间。 
33.根据权利要求30所述的方法，其特征是一个或多个电动马达包括交流感应马达。 
34.根据权利要求30所述的方法，其特征是在高于额定连续功率运转的一个或多个电动马达包括在额定峰值功率运转的一个或多个电动马达。 
35.根据权利要求34所述的方法，其特征是一个或多个电动马达的额定峰值功率大于一个或多个电动马达的结合额定连续功率的3-5倍之间。 
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