CN102498007B - 动力辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及模块化的动力辅助系统。具体地，本发明适合于车辆/引擎驱动系统的模块化的电力辅助系统以便通过电力系统及它原始的动力系统运转/供能。马达系统、马达控制系统和与本发明的再生制动系统配合的能量存储设备的协同结合使本发明的动力辅助设备适合于车辆/引擎，而不涉及引擎、传动机构、驱动机构和车辆的实质性整改。引擎和电动马达提供了基于车辆/引擎驱动系统运行条件的基础上每一个动力源的优点，通过选择性地响应引擎的功率需求以提高燃料效率，降低不良排放及提供更好的驾驶性能。

Description

动力辅助系统
发明领域
本发明涉及模块化的动力辅助系统。具体地，本发明涉及与车辆/引擎驱动系统结合的适应性强的模块化的动力辅助系统以便同样地在电的和原始的车辆动力源模式上运行。
发明背景
大多数汽车要求相对大的引擎产生足够的动力以快速地给汽车加速。传统汽车上的燃气引擎是根据峰值功率的要求分类。实际上，大多数司机使用他们的引擎的峰值功率的时间不到百分之一。设计利用电能和引擎动力源的混合动力汽车以克服引擎尺寸的问题及提高引擎性能。这些汽车使用更小的引擎，与峰值功率比较而言更接近于平均功率需求。然而，通过使用更小的、更轻的部件，通过减少气缸数及通过运转引擎更接近于它的最大负载，在小的引擎中提高效率。
然而，这使与电动马达和驱动、传动系统结合的专用引擎的发展成为必需。需要进一步的定制的传动系统以运行这些车辆。这会导致阻碍混合动力技术应用于现存或新发展的车辆/引擎驱动系统。进一步的，大小和在平均功率需求的范围内运行任何引擎驱动系统的引擎以提高燃料效率都是有利的。因此，需要为引擎驱动系统/车辆提供动力辅助系统以便提供将引擎/车辆与这样的辅助系统整合的灵活性从而提高引擎/车辆性能而不需要使用专用的驱动系统、引擎等。
在一百多年以前，混合动力汽车被概念化。混合动力汽车的第一个讨论可追溯到1902年。来自于比利时的派培是第一个在美国涉及混合动力提交专利的人。他的专利在100年前被授权。虽然在过去有一些尝试，但没有发现关于高效的、容易改装的、及性能价格比高的混合动力设计的文献的引用。随着目前原油价格的大幅波动，设计和建造混合动力汽车的利益出现高潮。然而，由于与它相关的高成本，它们的需求仍然保持低水平。开发混合动力车辆系统已经有尝试。现有技术在下面提到。
美国专利6367570公开了带提供战略动力辅助以负担内燃引擎平衡的电动马达的混合动力电动车辆。它由配合于马达的内燃引擎和控制系统组成。
美国专利5678646公开了包含电动马达、开关电动马达的励磁绕组的断路器、及通过冷却剂回路冷却励磁绕组和断路器的冷却设备的车辆推进系统。电动马达以自身机械功能的第一模块化单元的形式实现。断路器装配在至少一个第二模块化单元中，与第一模块化单元稳固地连接以形成推进单元。独立的模块化的单元能够彼此分开及通过可拆开的电接口连接，也可通过可拆开的冷却剂接口连接而两者彼此连接。这种结构使得它可通过加入额外的模块化单元选择性地扩大推进单元，如果发生故障或如果独立的模块化的单元故障时，替换模块化单元而不必替换整个的推进单元。
PCT公开号WO/1992/018346公开了具有外燃自由活塞引擎的混合动力电动车辆推进系统，该外然自由活塞引擎拥有整体线性的电流发电机和脉冲频率控制器。该系统包括动力集成处理器、频率调制器电路和脉冲宽度调制器电路、动力集成处理器控制频率调制器电路及脉冲宽度调制器电路，以产生频率调制脉冲电流和脉冲宽度变化的辅助电源电流两种电流。频率调制脉冲电流和脉冲宽度调制的辅助电流两种结合以向具有整体电子差的电驱动马达供能。小的辅助动力源，例如可充电电池组，提供用以加速的辅助电流和爬坡动力。外燃引擎可燃烧无任何污染的燃料（例如天然气、酒精、丙烷等）及在恒定的峰值功率速度运行以产生来自于集成于引擎的线圈的恒定频率的电流。该发电机电流足够推动在普通的驾驶状况下以驱动马达的平滑的速度控制的车辆。该推进马达结合一固定的定子，及两个相反的轴向的永久磁铁或感应式转子、对应每个输出的一个推进轴。
美国专利5172784公开了具有外燃自由活塞引擎的混合动力电动车辆推进系统，该外然自由活塞引擎拥有整体线性的电流发电机和脉冲频率控制器。该系统包括动力集成处理器、频率调制器电路和脉冲宽度调制器电路、动力集成处理器控制频率调制器电路及脉冲宽度调制器电路，以产生频率调制脉冲电流和脉冲宽度变化的辅助电源电流两种电流。频率调制脉冲电流和脉冲宽度调制的辅助电流两种结合以向具有整体电子差的电驱动马达供能。
美国专利申请20060000651公开了用于所公开的混合动力电动车辆的热电增强的混合动力电动推进系统。该系统包括用于旋转车辆轮子的燃烧引擎和电动马达。热电设备电气连接于电动马达，该热电设备具有燃烧引擎的热触点提供的热端。在实施中，热电设备接收了来自于内燃引擎的余热并产生用于电动马达的增强车辆推进的电能。
美国专利6823840公开了歧管绝对压力控制系统和用于混合动力电动车辆的方法。它公开了控制混合动力电动车辆的歧管绝对压力的方法和装置，该混合动力电动车辆包括内燃引擎并联电动马达/发电机。该方法包括步骤为监视混合动力电动车辆上的转矩需求，监视歧管绝对压力大小和内燃引擎的变化率，补给来自于内燃引擎的转矩以符合转矩需求；并且补给来自于马达/发电机的转矩至内燃引擎供应的可负载级别转矩及保持内燃机的歧管绝对压力在可接受的范围和比例内。
美国专利申请20040174124公开了用于平行混合动力电动车辆的马达控制方法和系统。马达控制系统利用加速指令和预估的马达的惯性力矩控制马达。马达控制方法包括计算预估的马达的惯性力矩，计算基于预估的惯性力矩和加速指令的前期的补偿电流，计算基于速度控制器输出电流和前期补偿电流的最终的电流指令，基于加速指令计算出的速度控制器输出电流，及利用最终的电流指令控制马达。
美国专利申请20030098187公开了用于平行混合动力电动车辆的控制系统和方法。它提供了用于平行混合动力电动车辆（HEV）配置的控制策略，来自于引擎和马达的动力能各自独立地向车辆传动机构提供转矩。
美国专利6321143公开了用于平行混合动力电力车辆的控制系统和方法。该车辆系统控制器具有含代表车辆操作模式的多个预定义状态的状态机器。定义规则组用于控制状态机器中的任意两个状态的转换。状态根据驾驶员需求、能量管理问题和系统故障的发生排列优先级。车辆系统控制器在规则组的基础上控制从较低的优先级状态到更高的优先级状态的转换。
日本专利JP3580257公开了混合动力汽车，其中常见的是多个驱动动力源用于传送动力至车轮的传送线的至少一部分，并且提供用于改变动力传送状态的动力传送状态控制设备在线的两个转动构件之间，从多个驱动动力源中指定的驱动动力源输出的动力传送至车轮。
日本专利JP2002135910公开了用于同样地控制混合动力车辆和方法。动力输出单元拥有具有输出轴的原动机、主动轴输出动力、与输出轴和主动轴配合的动力调节单元及能够传送至主动轴从原动机输出的动力、及增加的或减少的、具有转动轴的马达、切换转动轴的连接状态的切换结构、输出轴和主动轴、及控制控制单元切换的切换机构。
日本专利JP3817982公开了混合动力汽车以提高在混合动力汽车中连续可变传送的动力传送效率。
引擎的转矩通过连续可变的传动而传送至车轮，马达发电机的转矩输入引擎和车轮之间的转矩传送路径，通过行星齿轮机构增加马达发电机的转矩的齿轮。
美国专利6155364公开了混合动力驱动系统，其中行星齿轮机构向内发射状地配置马达/发电机的定子线圈。它包括通过燃料燃烧运转的（a）引擎、具有中心齿轮和其中一个连接于引擎的载体的（b）行星齿轮机构、连接于输出构件的环形齿轮、连接于输出构件的（c）马达/发电机、及包括输出轴及由来自于输出构件的驱动力旋转的输入构件的（d）差速齿轮设备、及其中的马达/发电机、行星齿轮机构和输出构件沿第一轴线互相同轴排列，而差速齿轮设备的输出轴沿着与第一轴线平行的第二轴线配置。
以上提到的专利的评论揭露了以下的技术空白：
适合于车辆的电力传动系统的非实用性而没有遵从引擎/车辆/它们的生产线的大的改变；
已有引擎的不适应的马达，在特殊情况下相同框架尺寸的马达用于一定范围的引擎容量，因此强迫性厂商开发与特定的马达和动力传动系统结合的专用引擎；
与引擎/车辆传感器和其他控制单元无缝接口连接的不适应的控制系统；
快速电池充电构件的不实用性；
用于电池、马达等的冷却系统的需求。
提供模块化的动力辅助系统是长期的需求，尤其是适合于车辆/引擎驱动系统的电力辅助系统以便车辆/引擎驱动系统通过电力系统及它原始的动力系统运转/供能。
发明目的
本发明的主要目的是提供模块化的动力辅助系统。本发明的进一步的目的是提供适合于车辆/引擎驱动系统的适应性强的模块化的电力系统以便该车辆/引擎驱动系统能通过电力系统和/或它的原始的动力系统运转/供能。
本发明的另一个目的是提供用于车辆的电动的模块化的动力辅助系统以使该车辆利用内燃引擎和/或电动马达运转。
本发明还有另一个目的是提供带马达兼发电机的解决方案，该马达兼发电机相对于它的功能和显著降低的重量来说是紧凑的。
本发明的另一个目的是通过合适的模块化的动力辅助系统使车辆/引擎驱动系统以比现有容量减少的容量和动力运转。
本发明还有另一个目的是通过合适的模块化的动力辅助系统产生车辆/发动机驱动系统之一的额定动力之外的动力。
本发明的另一个目的是提供带明显更高的电流密度的马达。
本发明还有另一个目的是将马达作为发电机使用。
本发明还有另一个目的是提供马达控制构件以控制与运行情况相关的马达速度。
本发明还有另一个目的是提供构件给MAP（歧管绝对压力）传感器接口、TPS（节流阀位置传感器）和带马达控制系统而不影响适合动力辅助系统的车辆的引擎管理系统的车速传感器（VSS）。
本发明的另一个目的是提供构件以连接来自于引擎/车辆的数字信号至马达控制系统。
本发明的另一个目的是提供构件用于连接来自于车速传感器至的脉冲信号至马达控制系统。
本发明还有另一个目的是提供构件以控制动力辅助系统的马达兼发电机的绕组温度。
本发明还有另一个目的是在MAP、TPS和选择性VSS传感器输入的基础上控制马达的电流。
本发明的另一个目的是消除与用于提供控制输入至马达的燃料消耗量测量相关的问题。
本发明的另一个目的是提供仅仅启动马达而非引擎以便将车辆从静止状态启动的方法。
本发明还有另一个目的是提供启动车辆达到要求的车速的方法。
本发明还有另一个目的是提供在信号或类似的操作条件下使引擎停止工作的方法。
本发明的另一个目的是提供根据适合控制系统的车辆/引擎自身的引擎转矩特性而配置和适应马达转矩特性的方法。
本发明的另一个目的是，如果需要马达控制器，与引擎传感器和附加的传感器连接。
本发明还有另一个目的是隔离ECUs及避免改装现有的车辆和马达控制系统。
本发明还有另一个目的是为马达控制系统的运行而直接从传感器分流信号。本发明进一步的目的是从现有的传感器直接分流信号而非越过CAN分流信号。
本发明的另一个目的是提供系统去测量歧管绝对压力、节流阀位置及连同其他参数以估算马达的动力/转矩需求。
本发明的另一个目的是提供将马达与引擎相结合的马达驱动系统。
本发明的另一个目的是安装和结合电动马达在车辆的引擎上以避免与在发动机曲轴和结合构件之间的运转、振动等相关的问题。
本发明还有另一个目的是提供在动力辅助构件的马达轴和引擎的曲轴之间的中心距离调制构件。
本发明还有另一个目的是提供用于马达的高度调整构件。
本发明还有另一个目的是利用车辆/引擎的动能的减少而通过动能的转换给能量存储设备充电。
本发明的另一个目的是提供以再生和再生制动系统为基础给动力辅助系统的电池充电的机会。
本发明还有另一个目的是利用脉冲电流给动力辅助系统的电池充电。
本发明还有另一个目的是避免车辆的变速箱的变化和改装而能与动力辅助系统结合。
本发明还有另一个目的是避免引擎启动器和车辆/引擎的加速器的使用。
本发明还有另一个目的是提供在电动马达和车辆引擎之间无缝分担负载的设备以便司机/操作者不需要具体操作任何控制杆/换挡或经验的大的变化。
本发明的另一个目的是在交通状态中最少化换挡并提高驾驶性能。
本发明还有另一个目的是在降低车辆引擎/引擎驱动系统的排放水平。
本发明的另一个目的是避免用于能量存储构件如电池、马达和马达控制系统的冷却系统的使用。
本发明的另一个目的是通过引擎和马达的额定转速使马达兼发电机适应现有的引擎以便确定引擎和马达兼发电机的转矩参数。
因此，按照本发明，该系统包括：
马达系统；
与所述马达和传感器配置以提供速度/转矩控制的马达控制系统；
能量存储系统包括与再生系统配合的能量存储设备，利用车辆和/或引擎驱动系统的引擎动能的减少以给所述能量存储设备充电
其中
马达系统包括
一个或多个马达，
马达安装构件包括安装构件，其中防振座适合固定在所述马达安装构件上
其中马达传动构件包括带安装在所述马达的轴上的型槽的第一滑轮，安装在所述引擎的曲轴上的第二滑轮，其中所述滑轮可用地与皮带、链或之类的东西结合以使马达辅助分担引擎的负荷并产生用于给一个或多个能量储存设备充电的动力；可替换地，传动构件是适合在所述曲轴和马达轴之间的万向轴节或爪形联轴节
其中
能量存储系统包括一个或多个电池、与所述马达控制系统和马达配置的电池充电系统、包含固态电力设备的再生制动系统、内含电池控制程序逻辑回路的专用电池控制系统、外置的充电构件、和双电层电容器
其中
马达控制系统包括PID控制器、电源设备、存储电容器、内含专用定制的逻辑回路的微控制器/数据处理构件、数据存储构件、RAM、动力源、输入和输出构件；
传感器系统包括将引擎/车辆传感器与所述马达控制系统配置的接口构件，其中引擎/车辆传感器通过隔离器与所述控制系统连接
其中所述马达控制系统按以下步骤运转：
与（车辆/引擎）的现存的传感器连接以从传感器取得信号；
测量周围环境和歧管压力的差异并传递相同的给数据处理构件；
测量节流阀位置并传递给数据处理构件；
可选地测量引擎的气流并传递给数据处理构件；
在所述测量值的基础上估计引擎需求；
估计必需的马达功率以辅助引擎；
传递信号给所述马达以响应引擎需求。
在本发明的另一方面，所述系统适合于使用在飞机推进系统中。在本发明的另一方面，本发明的所述系统适合于使用在船舶推进系统中。在本发明的另一方面，本发明的该系统适合于任何固定的引擎。在本发明还有另一方面，所述系统还适合于两个、三个、四个及诸如此类的多轮车辆。
发明内容
本发明的特征和优点在下面的详细描述和关于附图的优选实施例中变得明显。
图1本系统说明示意图（图纸1）
图2马达控制系统的原理图（图纸2）
图3马达控制系统操作步骤（图纸3）
图4马达控制系统操作步骤（图纸4）
图5马达控制系统操作步骤（图纸5）
图6再生过程操作步骤（图纸6）
图7电池充电系统示意图（图纸7）
图8故障检测过程（图纸8）
图9马达安装构件图示（图纸9）
图10发射状图表（图纸10）
图11发射状图表（图纸11）
系统的示意图在图1中描述。该系统包括马达系统1、马达控制系统2和能量存储能量存储设备3。虽然引擎和车辆（本发明的系统适合的）不是现有发明的部分，为更好理解本发明而描述了与车辆整合的系统的底视图。
所述马达系统1包括在马达安装构件的帮助下适合安装于引擎（该系统适合安装车辆的引擎）上的定制的马达兼发电机4。安装构件的其中一个实施例在图9中描述。该安装构件是以支架的形式。它包括带用于安装马达兼发电机的一个或多个缺口502的基本平的第一支持表面500。基本平的第二支持表面501以完全垂直的方式固定/连接/结合于第一表面。所述第二表面带可延伸的缺口503。所述第二表面501以肋条506连接于所述第一表面500。抗振安装构件安装在两个表面的其中一个上或者两个表面上以避免第一和/或第二表面与引擎/底盘/车辆的安装设备接触。
在其中一个实施例中，多个马达与所述引擎连接。定制的紧凑型马达也具有发电机的功能。马达安装构件具有减振设备及根据引擎附近的可用空间定制。所述马达系统进一步包括引擎连接和传动构件，其中所述传动构件的第一滑轮5安装在所述马达4的轴上并且第二滑轮6安装在所述引擎的曲轴上，其中所述滑轮与皮带7可运转地连接以致于马达4辅助分担引擎的负担及产生用于给一个或多个能量存储设备充电的动力。在其中一个实施例中，紧带滑轮用于保持皮带的张力。所述紧带滑轮置于所述第一和第二滑轮之间以致于它在垂直方向上可向所述皮带的线性移动方向移动。所述紧带滑轮适合于固定以改变螺纹排列形式的垂直距离调整构件，同样地旋转及调整所述紧带滑轮的传输以调整所述第一和第二滑轮之间的皮带张力。在另一个实施例中，万向轴节用于连接所述马达兼发电机及引擎的曲轴。在另一个实施例中，所述滑轮是肋带式滑轮及相应的皮带是肋式皮带。在另一个实施例中，所述第一滑轮和第二滑轮直径的比例范围是1:1至1:2以便确定引擎和马达兼发电机的转矩参数。
图2描述了控制系统的框图。所述控制系统包括PID控制器、动力设备、存储电容器、内含专用定制的逻辑回路的数据处理构件、数据存储构件、RAM、动力源、可扩展的模拟输入连接的传感器例如温度、节流阀、刹车等；可扩展的PWM输入连接传感器例如用于感应引擎/车辆速度的磁性拾音器。该控制系统进一步包括包含数字输出以操作继电器控制燃料供应的输出构件、冷却风扇、泵等；可扩展的模拟输出驱动仪表盘显示及制动器；用于比例驱动器的可扩展的PWM输出；用于马达-发电机的位置和方向反馈的编码器/转速表输入；与ECUs通信的CAN通信端口、安全设备、显示器等。
传感器通过隔离器电路200、201及202与控制系统配置,。来自于刹车、手刹、离合器、空调、点火装置和选择模式的传感器与电隔离的数字电路200连接。脉冲信号例如VSS、ESS和来自于编码器的脉冲信号利用电隔离的PWM和编码器电路201连接。与马达温度、引擎温度、电池温度、节流阀位置、歧管压力和制动器位置相关的信号利用电隔离模拟电路202与控制系统连接。
所述马达控制系统通过能量管理系统模块204及双电层电容器205进一步与相配置的能量储存构件203配置。通过自由电位非接触型继电器数字输出206提供所述马达控制系统的输出至一个或多个燃料喷射器切断。自由继电器数字输出207与主接触器（直流电源）、控制器冷却风扇、故障灯、泵及备用的配置。输出进一步与传动信息系统208配置。控制系统的马达动力PWM控制模块209与利用万向轴向211或皮带传动212或爪形联轴节与引擎配合的多相马达210配置。
安全设备215与所述马达控制系统配置。该设备与所述控制系统可通信地连接，其中逻辑和支持指令/软件的适当方面存在于所述安全设备中，其中软件的部分在车辆/引擎驱动系统操作模式的基础上送至所述马达控制系统。在车辆的各种运行条件下，所述安全设备以以下步骤运转，其中
在启动车辆的过程中，当钥匙置于点火装置中，必须的逻辑及指令/软件在车辆启动的过程中通信并传送至来自于所述安全设备的所述控制系统；
在车辆运行期间，在高速公路行驶期间马达控制系统所需要的逻辑和指令/软件通信和传送，其中在启动期间必需的逻辑和指令/软件将从所述控制系统抹去；
在车辆停止运行期间，当车辆关闭，在所述控制系统中的逻辑和指令/软件将是非关键属性的或它将没有任何可运行的逻辑和指令/软件。
所述传感器系统包括配置的电子接口设备/调谐引擎/带所述马达控制系统的车辆传感器。所述传感器包括节流阀位置传感器、平均绝对压力传感器、空气流量计、空气流量传感器、制动器、HVAC、O2、车速传感器、引擎速度传感器、离合器、齿轮位置传感器、刹车传感器，但并不限于此。感应的信号包括TPS、MAP、VSS、刹车、手刹、离合器、换向开关、引擎RPM、冷却剂温度、MAF、电池温度、能量存储系统和与车辆引擎的点火开关联锁的油门踏板位置传感器。
所述马达控制系统2以以下步骤运转：
与（车辆/引擎）的现存的传感器连接以从传感器取得信号；
测量周围环境和歧管压力的不同并传递相同的给数据处理构件；
测量节流阀位置并传递给数据处理构件；
可选地测量引擎的气流并传递给数据处理构件；
在所述测量值的基础上估计引擎需求；
估计必需的马达功率以辅助引擎；
传递信号给所述马达以响应引擎需求。
图3a阐述了在车辆启动期间马达控制系统的运转，其中控制系统以以下步骤运转：
感应点火和故障检测构件；
利用VSS传感器感应车速；
如果车辆是停止的，也就是VSS指示速度零，利用TPS传感器及离合器状态感应节流阀位置；
如果TPS传感器指示比预设的油门踏板位置更高，离合传感器指示按下的条件；
通过应用100%转矩设定点于马达兼发电机启动引擎；
启动动力辅助过程，其中马达兼发电机向引擎提供动力辅助；
可替换地，如果车辆在运行条件下，也就是VSS没有指示速度零，感应是否节流阀位置大于0%；如果启动动力辅助过程，其中马达兼发电机向引擎提供动力辅助。
在另一个实施例中，所述马达控制系统运转以启动车辆，步骤为：
感应加速位置，其中所述油门踏板与引擎的点火开关是联锁的；
发送相同的信号给所述控制系统；
启发激励电流给所述马达以同样地启动；
不启动引擎燃料供应以便车辆运行仅仅以马达作为动力源；
利用VSS传感器感应车速；
根据超过预设的速度，向给引擎供应燃料的电磁阀发送信号。
还有在另一个实施例中，马达控制系统运转以启动车辆，步骤为：
在按下油门踏板基础上，发送信号至所述控制系统；
启发激励电流给所述马达以同样地启动；
启动燃料供应给引擎；
同时运行马达和引擎以向车辆供能。
如图3b中所阐述，马达控制系统运转以切断引擎的燃料供应以便停止引擎点火，步骤为：
感应点火状态及感应故障；
利用VSS传感器感应车速是否为零；
感应是否电池荷电状态（SOC）和引擎温度在预设水平；
开始延迟；
感应车速；
设置喷油器继电器以切断给引擎的燃料供应；
可替换地，如果车速是零，通过TPS传感器感应节流阀位置，如果它大于零，启动动力辅助过程；否则启动再生过程。
如图4中所阐述，所述控制系统运转以向引擎启动动力辅助模式，步骤为：
感应电池荷电状态（SOC）位置，是否大于零或小于零；
在SOC位置的基础上，从城市运行条件或并联混合动力模式中选择模式；
如果是城市运行条件模式，如果最小车速低于车辆在纯粹电动模式下运行的车速，利用VSS传感器感应车速；
标记车速与预设车速；
如果车速大于预设车速，那么重设燃料喷射器继电器以使引擎启动并且在平行混合动力条件下运行车辆，其中利用引擎动力及马达动力辅助；
如果车速低于预设速度，那么设置燃料喷射器继电器以切断引擎燃料供应；
运行马达兼发电机以通过加入偏移控制系统设定点驱使引擎在空转转速；
再次检查车速；
如果选择并联混合动力模式那么重新设定燃料喷射器继电器以使引擎启动以便在并联模式下运行车辆。
图5阐述了运转控制系统以使车辆在并联混合动力条件下运转，其中车辆通过引擎和马达兼发电机供能。控制系统运转步骤为：
在引擎系统齿轮速比的基础上识别档位；
在档位、车速和引擎速度的基础上选择适当的转矩需求；
利用TPS传感器和转矩需求感应节流阀位置；
如果大于空载/空闲状态，那么确定转矩设定点与节流阀百分比开口的比例，否则在再生模式中运行；
监测马达兼发电机绕组温度；
如果绕组温度比额定的温度高，例如120℃，通过相对于马达兼发电机绕组温度每一度上升的明显下降，降低马达兼发电机电流限制。
能量存储系统3包括一个或多个能量存储设备10，在能量存储设备安装构件（未显示）的帮助下安装在车辆中。可能需要注意的是，图1中的能量存储设备的设置仅仅是一个用于阐明的代表。在其中的一个实施例中，能量存储设备是电池。然而，电池能安装在本发明的系统适合的车辆的适当位置。所述电池与电池充电构件（未显示）配置，进一步与马达控制系统和马达配置。在其中的一个实施例中，电池选自铅酸、锂、镍氢、燃料电池、基于能量存储设备的氢及类似物。
所述电池充电系统进一步与再生制动系统配置，再生制动系统包括固态动力设备、嵌入能量存储设备控制程序逻辑回路的专用的能量存储设备控制系统。
在再生制动期间，电量根据制动前和制动后动能的不同而变化。能量的不同驱动发电机。发电机产生电荷。常常没有捕捉到从最低的制动流出的电荷。这些电荷可利用超级电容器捕获。一旦这些超级电容器是带电荷的，它们转用于给电池充电。图6描述了给能量存储系统3的电池充电的再生过程。完成过程的步骤为：
感应是否使用制动器；
如果使用制动器，那么设定更高的再生电流以应用电动制动器；
如果没有使用制动器，那么设定更低的再生电流限制以便当车辆下斜坡时感觉不到制动效果；
测量马达电池温度；
如果电池温度高于预设运行温度，降低再生制动电流限制至名义上的电池的额定充电电流；在回路中检查是否使用制动器。
图7阐述了电池充电系统示意图。所述能量存储系统的电池利用在短时间中断和电压骤降期间提供动力的超级电容器充电。超级电容器与电池基础上的动力供应系统的结合导致电池寿命的提高。电池仅仅在更长的中断期间提供动力，降低了电池的循环周期。图8描述了用于控制系统的故障发现过程。
所述动力辅助系统在与原车辆整合的基础上在高速公路状况下运转，其中
车速更高并且不需要明显的动力辅助；
马达在它的峰值功率时不运转；
马达给引擎提供有限的辅助；
所述马达控制系统监视引擎的负担/需求并且响应任何突然的加速需求，避免在道路上超车时频繁的换档的问题。
所述动力辅助系统在与原车辆整合的基础上在高速公路状况下运转，其中
车辆在更低的速度下运行，伴随着频繁的停步和起步；
所述马达控制系统监视关于车辆动态速度变化的引擎的负担/需求并且响应以便马达引导/辅助引擎；
马达在它的峰值功率运行以响应车辆的动态速度变化，比引擎保持引擎的低负载快。
引擎/车辆启动的过程，其中来自于所述节流阀位置的信号用于发起启动，其中所述马达为引擎提供启动转矩以启动引擎/车辆。
车辆仅仅在电力/电动马达上以低速运转，其中在车辆预设速度之上引擎通过启动燃料供应而启动，如果车辆不在预设的时间内移动，那么引擎停止，引擎关闭并且随后马达停止，其中随着按下加速器，马达启动驱动引擎及在车辆到达预设速度后，进一步的启动引擎的燃料供应。
在发明的其中一个实施例中，所述系统适合于用在飞机推进系统。在发明的另一方面，本发明所述系统适合用于船舶推进系统。在另一个实施例中，本发明的系统适合于任何固定的引擎。
在还有另一个实施例中，所述的马达传动构件是齿轮系统。在该实施例的另一个变型中，所述传动构件是链传动装置。
在其中的一个实施例中，能量存储设备是电池和/或电容器。
在另一个实施例中，动力辅助设备适合于在两个、三个、四个轮子的车辆。
在还有另一个实施例中，冷却构件对于能量存储系统的电池不是必须的。
在还有另一个实施例中，冷却构件对于马达不是必须的。
马达系统、马达控制系统和与本发明的再生制动系统配合的能量存储设备的协同结合使本发明的动力辅助设备适合于车辆/引擎，而不涉及引擎、传动机构、驱动机构和车辆的实质性整改，还提供了车辆协力运转在两个动力源系统上的行驶优点。引擎和电动马达提供了基于车辆运转条件基础上每一个动力源的优点，使得车辆的引擎在平均功率需求的范围内运转，其中本发明的动力辅助系统选择性地响应引擎的峰值功率需求、空气燃料摄入情况以提高燃料效率，降低不良排放及提高更好的驾驶性能。
实施例
本发明的动力辅助设备适合于两厢城市车辆。表1提供了主要方面及描述了该车辆的相应的规格。
表1：车辆规格
因子 规格
汽车重量 740千克
容积排量 796立方厘米
汽缸数 3
引擎类型 FC引擎，每缸MPFI4个阀门
动力辅助系统的马达安装在引擎的附近，其中第一滑轮安装在马达的轴上，并且第二滑轮安装在引擎曲轴上，可用的滑轮与合适的皮带结合。所述动力辅助系统的马达控制系统与引擎现有的传感器、马达控制系统和能量存储设备连接。用于该阐述的实施例中的能量存储设备是一组设置在车辆的行李空间中的铅酸电池。
适合于本发明的动力辅助系统的两厢车辆测试：
底盘动力计和改良的印度驾驶循环
超过4000公里的道路
图10以发射状图表形式描述了测试结果，特别是CO2排放。图10a描述了没有本发明的适合的动力辅助系统的排放水平，特别是CO2（绿色标出）。图10b描述了改装了动力辅助系统之后的水平。从这两个表中明显看到，适应了动力辅助系统后的车辆中的CO2水平显著地减低，。图11a和图11b中明显指出，使用本发明的动力辅助系统的CO和氢排放水平显著降低。应该注意的是，燃料效率有显著的提高而排放降低。这些测试中主要的发现在表2中列出。
表2：测试结果
因子 临界值
燃料效率的提高 41%
排放物降低
CO2 30%降低
CO 38%降低
THC 17%降低
NOx 50%降低
从这些测试中明显得到，在车上改装本发明的新的动力辅助系统导致燃料效率在原有基础上40%的大幅度的提高及排放的降低。

Claims (34)

1.模块化的动力辅助系统，包括：
马达系统；
向马达和传感器配置的马达控制系统以提供速度/转矩控制；
能量储存系统，其包括与利用车辆动能的减少的再生系统配合的能量储存设备、给所述能量储存设备充电的引擎驱动系统的引擎；
其中
马达系统包括：
一个或多个马达，
包含安装构件的马达安装构件，其中抗振座适合于安装在所述马达安装构件上，
其中马达传动构件包括带安装在所述马达的轴上的型槽的第一滑轮，安装在所述引擎的曲轴上的第二滑轮，其中所述第一滑轮和第二滑轮可用地与皮带结合以使马达辅助分担引擎的负荷并产生用于给一个或多个能量储存设备充电的动力；其中
马达控制系统包括比例-积分-微分控制器、电源设备、存储电容器、内含专用定制的逻辑回路的微控制器、数据存储构件、存储器、动力源、数据输入和输出构件；
传感器系统包括将引擎/车辆传感器与所述马达控制系统配置的接口构件，其中引擎/车辆传感器通过隔离器与所述马达控制系统连接，
其中
马达控制系统控制所述马达的电流以操作所述马达在信号的基础上向引擎提供正或负的转矩，该信号来自于用于预测适合该系统的引擎的动力需求的传感器，
其中
能量储存系统包含一个或多个电池、与所述马达控制系统和马达配置的电池充电系统、包含固态电力设备的再生制动系统、内含电池控制程序逻辑回路的专用电池控制系统、外置的充电构件和双电层电容器。
2.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，可替换地，传动构件是适合于所述曲轴和马达轴之间的万向轴节。
3.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中，所述微控制器为数据处理构件。
4.如权利要求1-2中任一权利要求要求的模块化的动力辅助系统，其中马达控制系统包含比例-积分-微分控制器、动力设备、存储电容器、内含专用定制的逻辑回路的数据处理构件、数据存储构件、存储器、动力源、可扩展的模拟输入连接的传感器、节流阀、刹车；可扩展的脉宽调制器(PWM)输入连接传感器；包括数字输出操作继电器控制燃料供应的输出构件、冷却风扇、泵；可扩展的模拟输出以驱动仪表盘显示及制动器；用于比例驱动器的可扩展的脉宽调制器(PWM)输出；用于马达的位置和方向反馈的编码器/转速表的输入；与引擎控制单元(ECU)通信的控制器局域网(CAN)通信端口、安全设备、显示器。
5.如权利要求4要求的模块化的动力辅助系统，其中，所述输入连接为温度。
6.如权利要求4要求的模块化的动力辅助系统，其中，可扩展的脉宽调制器(PWM)输入连接传感器包括用于感应引擎/车辆速度的磁性拾音器。
7.如权利要求4要求的模块化的动力辅助系统，其中来自于刹车、手刹、离合器、空调、点火装置和选择模式的传感器利用电隔离的数字电路系统与马达控制系统连接。
8.如权利要求7要求的模块化的动力辅助系统，其中脉冲信号利用电隔离的脉宽调制器(PWM)和编码器电路系统与马达控制系统连接。
9.如权利要求8要求的模块化的动力辅助系统，其中脉冲信号包括车速传感器(VSS)的信号、引擎转速传感器(ESS)的信号和来自于编码器的信号。
10.如权利要求8所要求的模块化的动力辅助系统，其中与马达温度、引擎温度、电池温度、节流阀位置、歧管压力和制动器位置相关的信号利用电隔离模拟电路与马达控制系统连接。
11.如权利要求10要求的模块化的动力辅助系统，其中马达控制系统利用自由电位继电器数字输出与发动机的燃料喷射器配合。
12.如权利要求11要求的模块化的动力辅助系统，其中马达控制系统的自由电位继电器数字输出与主接触器、控制器冷却风扇、故障指示灯、泵和备件配合。
13.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中安全设备与所述马达控制系统配置，安全设备与所述马达控制系统可通信地连接，其中逻辑和支持指令/软件的适当方面存在于所述安全设备中，其中软件的部分在车辆/引擎驱动系统操作模式的基础上送至所述马达控制系统，在车辆的各种运行条件下，所述安全设备以以下步骤运转，其中
在启动车辆的过程中，当钥匙置于点火装置中，必须的逻辑及指令/软件在车辆启动的过程中通信并从所述安全设备传送至所述马达控制系统；
在车辆运行期间，在高速公路行驶期间马达控制系统所需要的逻辑和指令/软件通信和传送，其中在启动期间必需的逻辑和指令/软件将从所述马达控制系统抹去；
在车辆停止运行期间，当车辆关闭，在所述马达控制系统中的逻辑和指令/软件将是非关键属性的或没有任何可运行的逻辑和指令/软件。
14.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达控制系统运行以启动改装了所述动力辅助系统的车辆，步骤为：
感应加速位置，其中油门踏板与引擎的点火开关是联锁的；
发送信号给所述马达控制系统；
启发激励电流给所述马达启动；
不启动引擎燃料供应以便车辆运行仅仅以马达作为动力来源；
利用车速传感器(VSS)感应车速；
根据超过预设的速度，向引擎的燃料供应的电磁阀发送信号。
15.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达控制系统运行以启动改装了所述动力辅助系统的车辆，步骤为：
在按下油门踏板基础上，发送信号至所述马达控制系统；
启发激励电流给所述马达启动；
启动燃料供应给引擎；
同时运行马达和引擎以向车辆供能。
16.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达控制系统按步骤运行：
与车辆/引擎的现存的传感器连接以从传感器取得信号；
测量周围环境和歧管压力之间的差值并传递给数据处理构件；
测量节流阀位置并传递给数据处理构件；
测量引擎的气流并传递给数据处理构件；
在测量值的基础上估计引擎需求；
传递信号给所述马达以响应引擎需求。
17.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达控制系统按步骤运行：
与车辆/引擎的现存的传感器连接以从传感器取得信号；
测量周围环境和歧管压力之间的差值并传递给数据处理构件；
测量节流阀位置并传递给数据处理构件；
在测量值的基础上估计引擎需求；
传递信号给所述马达以响应引擎需求。
18.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达控制系统在车辆情况的基础上运转，其中车速是更快的，步骤为：
马达在峰值功率时不运转；
马达给引擎提供有限的辅助；
所述马达控制系统监视引擎的负担/需求并且响应任何突然的加速需求，避免在道路上超车时频繁的换档的问题。
19.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，在车辆情况基础上运行，其中车速是更低的，步骤为：
车辆在更低的速度下运行，伴随频繁的停步和起步；
所述马达控制系统监视关于车辆动态速度变化的引擎的负担/需求并且响应，以便马达引导/辅助引擎；
马达在峰值功率运行以响应车辆的动态速度变化，比保持引擎的低负载时更快；
其中
重新启动引擎/车辆；
来自于节流阀位置的信号用于发起启动，其中所述马达为引擎提供高的启动转矩以启动引擎/车辆。
20.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中
车辆仅仅在电力/电动马达上以低速运转，其中在车辆预设速度之上引擎通过启动燃料供应而启动，如果车辆不在预设的时间内移动，那么引擎停止，引擎关闭并且随后马达停止，其中随着按下加速器，马达启动发动机，在车辆到达预设速度后，进一步的启动引擎的燃料供应。
21.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中感应信号包括节流阀位置传感器、歧管绝对压力、车速传感器、刹车、手刹、离合器、换向开关、引擎转速、冷却剂温度、空气流量传感器、电池温度、能量存储系统和与车辆引擎的点火开关联锁的油门踏板位置传感器。
22.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达安装构件包括带用于安装马达的一个或多个缺口的基本平的第一支持表面；基本平的第二支持表面固定于或连接于或结合于第一表面，其中所述第二个表面拥有可延伸的缺口。
23.如权利要求1中要求的模块化的动力辅助系统，其中皮带紧带滑轮适合于在第一和第二滑轮之间保持皮带张力。
24.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述能量存储系统利用在短时间中断和电压骤降期间提供动力的超级电容器充电，其中能量存储系统的电池在更长时间的中断期间提供动力，从而降低了电池的循环周期。
25.如权利要求1或24要求的模块化的动力辅助系统，其中电池选自铅酸、锂离子、镍氢电池类型。
26.如权利要求1所要求的模块化的动力辅助系统，其中马达控制系统运行以启动改装了该马达控制系统的车辆，步骤为：
感应点火和故障检测构件；
利用车速传感器(VSS)感应车速；
如果车辆是停止的，也就是车速传感器(VSS)指示速度零，利用节流阀位置传感器(TPS)及离合器状态感应节流阀位置；
如果节流阀位置传感器(TPS)指示比预设的油门踏板位置更高，离合传感器指示按下的条件；
通过应用100％转矩设定值于马达来启动引擎；
启动动力辅助过程，其中马达向引擎提供动力辅助。
27.如权利要求1所要求的模块化的动力辅助系统，所述马达控制系统运转以向引擎启动动力辅助模式，步骤为：
感应电池荷电状态(SOC)位置；
在电池荷电状态(SOC)位置的基础上，从城市运行条件或并联混合动力模式中选择模式；
如果是城市运行条件模式，如果最小车速低于车辆在纯粹电动模式下运行的车速，利用车速传感器(VSS)感应车速；
标记车速与预设车速；
如果车速大于预设车速，那么重设燃料喷射器继电器以使引擎启动并且在平行混合动力条件下运行车辆，其中利用引擎动力及马达动力辅助；
如果车速低于预设速度，那么设置燃料喷射器继电器以切断引擎燃料供应；
运行马达以通过加入偏移马达控制系统设定点驱使引擎在空转转速；
再次检查车速；
如果选择并联混合动力模式，那么重新设定燃料喷射器继电器以使引擎启动以便在并联模式下运行车辆。
28.如权利要求1所要求的模块化的动力辅助系统，其中所述马达控制系统运行以使车辆在并联混合动力条件下运转，步骤为：
在引擎系统齿轮速比的基础上识别档位；
在档位、车速和引擎速度的基础上选择期望的转矩需求；
利用节流阀位置传感器(TPS)和转矩需求感应节流阀位置；
如果大于空载，那么确定转矩设定点与节流阀百分比开口的比例，否则在再生模式中运行；
监测马达绕组温度；
如果绕组温度比额定的温度高，通过马达绕组温度每一度上升的明显下降来降低马达的电流限制。
29.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中实现向能量存储系统的电池/电容器充电的再生过程，步骤为：
感应是否使用制动器；
如果使用制动器，那么设定更高的再生电流以应用电动制动器；
如果没有使用制动器，那么设定更低的再生电流限制以便当车辆下斜坡时感觉不到制动效果；
测量马达电池温度；
如果电池温度高于预设运行温度，降低再生制动电流限制至名义上的电池的额定充电电流。
30.如权利要求1所要求的模块化的动力辅助系统，适用于两轮、三轮、四轮的车辆。
31.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中改装了所述动力辅助系统的车辆/引擎驱动系统在比车辆/引擎驱动系统的额定功率低的容量和功率下运转。
32.如权利要求1要求的模块化的动力辅助系统，其中所述第一个滑轮和第二个滑轮的直径比范围是1:1至1:2。
33.模块化的动力辅助系统，其中马达控制系统包括比例-积分-微分控制器、动力设备、存储电容器、内含专用定制的逻辑回路的数据处理构件、数据存储构件、随机存取存储器RAM、动力源、可扩展的模拟输入连接的传感器；可扩展的脉宽调制器(PWM)输入连接传感器；包括数字输出操作继电器控制燃料供应的输出构件、冷却风扇、泵；可扩展的模拟输出以驱动仪表盘显示及制动器；用于比例驱动器的可扩展的脉宽调制器(PWM)输出；
用于马达的位置和方向反馈的编码器/转速表的输入；与ECUs通信的控制器局域网(CAN)通信端口、安全设备、显示器；
其中
来自于刹车、手刹、离合器、空调、点火装置和选择模式的传感器与电隔离的数字电路连接，来自于传感器的脉冲信号利用电隔离的脉宽调制器(PWM)与编码器电路系统相连接，而马达温度、引擎温度、电池温度、节流阀位置、歧管压力和制动器位置相关的信号利用电隔离模拟电路与马达控制系统连接；
其中
与车辆/引擎的现存的传感器连接以从传感器取得信号；
测量周围环境和歧管压力的差值并传递给数据处理构件；
测量节流阀位置并传递给数据处理构件；
测量引擎的气流并传递给数据处理构件；
在测量值的基础上估计引擎需求。
34.如权利要求33所述的模块化的动力辅助系统，其中，所述可扩展的脉宽调制器(PWM)输入连接传感器包括用于感应引擎/车辆速度的磁性拾音器。
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