CN102975610A - 动能混合动力车的动力总成及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一系列动能混合动力汽车的系统和方法，动能混合动力系统主要由动能储存与动能动力装置与电动动力或燃油动力相结合组成，构成动能-电动混合动力车或动能-燃油混合动力车。动能储存与动能动力装置是由飞轮和控制飞轮的电控动力分配型无级变速器组成。而动力分配装置由三端口的行星齿轮系或四端口的复合行星齿轮系组成，其中飞轮接第一个端口，驱动车轮的传动系接第二个端口，调速电机接第三个端口，动力电机和/或内燃机接第四个端口，或与飞轮共接第一个端口(只有三个端口的情况下)。动能动力混合动力系统所储存的动能与汽车使用的都是动能，能量的储存和取出都无需经过能量转换，它比要经过四次能量转换的油电混合动力系统的节能效率有明显提高。

Description

动能混合动力车的动力总成及方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车和电动汽车的动力总成和传动系统，运用飞轮装置作为动能储存和动力来驱动内燃机汽车和电动汽车，以及对飞轮装置和传动系统的能量优化控制方法。 

背景技术

节能技术在汽车工业领域是重要的课题，特别是面临石化能源枯竭，环境恶化，气候异常压力的今天，节约能源和减少排放尤为重要。内燃机汽车的节油技术一直在不断发展，但始终不能解决好燃油效率和加速性能之间的矛盾。汽车的加速性能与燃油经济性成反比关系：追求好的加速性能会牺牲掉燃油经济性，而讲究节能的车加速性能又差。这种现象在电动车就不明显，例如大功率的电动车在相同的行驶条件下不见得比小功率的更费电。内燃汽车的燃油经济性与加速性能不能两全的根本原因是由内燃机的特性决定的。内燃机的最高效率区的分布是集中在一个特定转速和较高载荷(或功率)所对应的较小范围内，不管是汽油机、柴油机或用天然气的内燃机都是这个规律。例如某发动机在2000转/分和75％的最大载荷时的效率最高。这意味着发动机要在它较大的相对功率下运行，效率才高。而汽车在绝大部分情况下所需功率较小，大的功率储备只是为了满足佷短时间的加速性能而已，而大部分时间都处于低功率的低效率状态。如果用很小功率的发动机来工作在它的高功率状态来提高其效率，平时可节油，但又没有足够的功率储备，加速性能差。另一方面，传统的内燃机汽车在减速过程中将汽车的动能经刹车变成热能浪费掉。 

油电混合动力技术在解决性能与效率这对矛盾方面进了一大步。由于具有另一套电动动力和能量储存，可以用一个小功率发动机来运行在较高的相对功率状态，这时每做一定量的 功所耗的油最少，既效率更高。再用电动机来作为储备功率，补充发动机的功率不足来提高加速性能。此外当汽车减速时电机还可发电收回部分能量。这样油电混合动力车就能在不牺牲性能的同时提高节能效率。然而，不足的是，油电混合动力车的电能是以化学能的形式储存在电池中的，与汽车最终使用的动能不是同一种能量形式，能量的存入和取出都要经过几次能量转换，有相当的能量损失。因此，效率有待进一步提高。另外，大功率的电机、控制器和电池组也增加了不少成本。用省下的油费还抵不过增加的成本，在根本上限制了市场的占有率。 

为避免能量转换损失和提高燃油经济性，另一种动力和能量储存装置可供使用：飞轮装置。飞轮既可储存能量，相当于油电混合动力车的电池组的作用，又可输出能量提供动力，相当于油电混合动力车的电机的作用，而且储存的是动能，与汽车用的能量一致，能量的进出不需经过能量转换而比电动动力和储存系统的效率更高，它还有功率密度大的优点。难点在于怎样控制动能的传递。过去和现在都有用机械无级变速器来控制飞轮能量的储存与释放，不过机械无级变速器在大传动比时效率较低，而且传动比最大只能达到6∶1，另外还有成本的考虑。还有通过一对电动机-发电机的组合来控制飞轮能量的进出的，这样的方法将飞轮沦为一个能量储存装置，而且每一次能量的储存与释放，百分之百的能量都要经过四次的机械能与电能之间的转换，效率受限。最近有用电控动力分配型的无级变速器来控制飞轮能量的传递的专利和专利申请案：飞轮传递的能量中的一部分经直接的机械连接而获接近百分之百的高效率，只有另一部分经机械能和电能的转换，因而整体效率大增。 

美国7,341,534号专利(Schmidt)公布了一个结合飞轮储存能量的电控变速箱。它的构成是在传统汽车传动链的自动变速箱的输出端与一个行星齿轮系的一个端口相连，行星齿轮系的另一个端口接飞轮，还有一个端口接控制电机(或调速电机)。这个行星齿轮系起着控制飞轮能量传递的动力分配型无级变速器(或变速箱)的作用，并由调速电机控制的端口去改变另外两个端口的传动比来控制飞轮和汽车之间的能量传递，这部分的能量传递是经由直接的机械连接，所以效率很高，使整体效率得以提高。不过这个飞轮的系统是接在传动链的末端，受车速变化影响较大。 

美国专利申请案US2010/0184549(Sartre等)公布了一个类似的结构，不同的是飞轮系统是接在发动机和发动机的变速箱之间，不太受车速的影响。 

在以上的两个结构里，由三端口的行星齿轮系构成的动力分配型无级变速箱只是为了控制飞轮的，它两个端口分别接了飞轮和控制电机，发动机和车轮驱动轴只好共享其剩下的最后一个端口。所以，发动机和车轮驱动系之间还需要另一个变速箱，要么是发动机通过另一个变速箱与车轮驱动轴一起接到同一端口(in the case of Schmidt)，要么是车轮驱动轴通过另一个变速箱与发动机一起接到同一端口(in the case of Sartre)。这就需要一定的成本。而且这种三端口的变速箱的控制电机在控制过程中会经过低效率的零速点。传统上，用来控制飞轮的动力分配型的无级变速箱都是用单个行星齿轮系，只有三个输入输出端口，有些有另外的行星齿轮系，它的一个端口被固定，也只是用来做固定传动比的齿轮，而不是用来变速的。 

发明内容

与以往的系统不同，本发明展示了好几个整车型的动能混合动力系统和方法，其中有三端口动力分配型和四端口复合动力分配型的无级变速箱所构成的不同的系统结构和方法，都不需要另一个变速箱。只有用于改装现有汽车，使其升级到动能混合动力车的几个系统例外，可以保留原有发动机的变速箱。 

所有本发明中的系统结构中的共同之处在于，车轮驱动轴是连接在一个独立的输入输出端口上，不与其它任何动力源共享同一端口。各种动力源(飞轮，动力电机，和/或发动机)可用不同的方式共享剩下的端口。 

在本发明的技术方案中，调节一个端口的速度，可以改变其它端口之间的传动比。这可以让飞轮和汽车之间交换能量，也可以改变发动机与车轮驱动轴之间的传动比，使发动机能在整个车速范围内有效地传递能量，也就是说飞轮和发动机可共享同一个无级变速箱。 

一个方案，飞轮可与一个单电机的电动车结合为动能电动混合动力车。飞轮(动能动力和动能储存)，电机(调节电机兼动力电机)，和车轮驱动轴各自占有独立的输入输出端口。 

另一个方案，飞轮可与一个双电机的电动车结合成动能电动混合动力车。飞轮(动能动力和动能储存)和动力电机共享第一个端口，车轮驱动轴独占第二个端口，调速电机接第三个端口。 

进一步的方案中，飞轮系统可与内燃机结合成动能燃油混合动力车。还是飞轮，发动机和动力电机共享第一个端口，车轮驱动轴独占第二个端口，调速电机接第三个端口。还可以通过离合器让飞轮和发动机轮流使用无级变速箱。这些方案都不需要使用另一个变速箱而降低成本。 

本发明还提供了一个无电机的飞轮控制方案。利用刹车所产生的转矩来控制飞轮储存动能和释放动能帮助汽车加速，对提高汽车的加速性能和燃油效率大有益处。还免去了的电机，逆变/控制器和电池等所增加的成本，重量和复杂结构。 

在本发明中较好的一个技术方案中，采用了四个输入输出端口的复合动力分配型无级变速箱，还包括一个飞轮，一个燃油发动机，一个调速电机，一个动力电机和车轮驱动轴。这个四端口的变速箱保障有足够的独立端口可供飞轮，车轮驱动轴和调速电机分别独自使用，但发动机与动力电机可以共享同一个端口。不需要另外的变速箱。其中燃油发动机为第一动力，飞轮为第二动力和动能储存组成动能燃油混合动力系统。不用发动机时，动力电机成为第一动力，则为动能电动混合动力系统。在四个输入输出端口中，任何端口的速度变化，都会改变其它端口的变化。因此以适当的方法来控制调速电机，动力电机和/或发动机就可操作能量在飞轮与车轮之间双向传递，能量从发动机和动力电机向车轮传递，以及能量从发动机向飞轮传递，甚至能量从飞轮经电机向电池组传递。从而达到节能目的。 

有了系统结构，还需要好的控制方法来发挥节能的作用。通常，汽车的运行状态基本上可分两种：一种状态是车速需要明显变化时，如加速和减速时，有惯性的影响和动能的变 化，既要提高效率又要提高性能；另一种状态是车速不需无明显变化时，如匀速巡航时，只需要提高效率。因此控制方法分两个方面： 

一方面，本发明提供了一种“去惯性控制”方法，对系统进行控制，使汽车的惯性效应大大降低。首先在汽车还是静止时，可预先对飞轮加注动能，达到所需的最大程度。这个动能用来提供加速汽车的大部分功率，帮助汽车克服惯性加速。在一定的车速范围内，汽车和飞轮的动能成反比关系。汽车的车速越高其动能就越高，飞轮的动能就越抵。减速时，用汽车的动能来提高飞轮转速，收回汽车的动能，而汽车被减速。汽车的速度越低，飞轮的能量就越高。收回的动能又可用来下次加速汽车。这样收到两个效果：一是帮助了汽车加速和减速，减低了惯影响，提高了性能。二是收回了能量，提高了效率。 

另一方面，本发明还提供了一种控制方法让汽车在一般行驶(非操控者有意的加速或减速)时的燃油经济达到最佳，既(巡航)效率优化控制。对于普通汽车，当车速度无明显变化时，也就是无明显动能改变时，发动机的输出功率明显减小，只是用来克服气动阻力和滚动摩擦。发动机的载荷就变得很低，其效率也低。为了提高发动机的工作效率，本发明的效率优化控制方法可控制发动机增加输出功率，使发动机工作在最高效率状态，用一部分功率维持原车速，另一部分功率，也就是增加的这部分功率给飞轮加速，既增加动能，将能量存入飞轮中。当飞轮的转速达到某一设定上限时，发动机关闭，系统控制飞轮释放动能继续推动汽车按所需速度前进。这样一来，发动机和飞轮轮流工作驱动汽车。只要发动机工作，就工作在最佳效率状态达到节能的最优化。效率优化控制应用的典型情况是巡航时，同时还包括非操控者有意的加速或减速的情况，例如在驾驶员允许的范围内，汽车速度的变化(如轻微的坡度变化所至车速的改变)还不足以让驾驶员主动明显增加或减低油门，或踩刹车等主动改变车速的动作。 

附图说明

图1分析了影响现有电动车效率的因素和技术限制； 

图2显示了本发明的一种单电机动机能电动混合动力车的技术方案； 

图3a-3m显示了通过一个典型的汽车行程来展示图2中的技术方案从起步、加速，巡航、减速再到停车的各种运行状态； 

图4(a)显示了图2中的技术方案对改进现有汽车的一个实现方法； 

图4(b)显示了图2中的技术方案中的飞轮系统装进轮毂内的一个实现方法； 

图5显示了本发明的一种双电机动能电动混合动力车的技术方案； 

图6a-6k、6l显示了通过一个典型的汽车行程来展示图5中的技术方案从起步、加速，巡航、减速再到停车的各种运行状态； 

图7(a)显示了图5中的技术方案对改进现有汽车的一个实现方法； 

图7(b)显示了图5中的技术方案中的飞轮系统装进轮毂内的一个实现方法； 

图8显示了本发明一种动能燃油混合动力车的技术方案，其中飞轮和发动机轮流使用同一个三端口的无级变速箱； 

图9a-9k、9l显示了图8中的技术方案更详细的控制方法； 

图10(a)显示了本发明另一种动能燃油混合动力车的技术方案，其中发动机通过一个离合器与飞轮使用同一个三端口的无级变速箱； 

图10(b)显示了基于图10(a)中的一个等效技术方案，其中发动机通过一个刹车和一个行星齿轮系所构成的离合器与飞轮使用同一个三端口的无级变速箱； 

图11a-11k、11l显示了通过一个典型的汽车行程来展示图10(a)和图10(b)中的技术方案从起步、加速，巡航、减速再到停车的各种运行状态； 

图12(a)显示了本发明的一种独特的用车闸控制飞轮储存和释放动能的装置； 

图12(b)显示了一种与图12(a)功能类似的用一个滑动离合器和一个车闸控制飞轮储存和释放动能的装置； 

图12(c)显示了用图12(a)中显示的装置，来改进现有的内燃机汽车升，并级为动能燃油混合动力车的方案； 

图12(d)是图12(a)中显示的装置的设计线路图； 

图13显示了本发明一种较好的用四端口复合动力分配型无级变速箱的动能混合动力车的技术方案； 

图14是图13中显示的技术方案的设计连接图； 

图15显示的是在去惯性控制过程中，汽车和飞轮的动能变化关系； 

图16显示的是在去惯性控制过程中，无级变速箱的四个端口的转速变化图； 

图17是效率优化控制方法的原理图； 

图18a-18k、18l显示了通过一个典型的汽车行程来展示图13中的技术方案从起步、加速，巡航、减速再到停车的各种运行状态； 

图19到图21显示的是本发明较好的技术方案的控制流程图； 

图22显示的是第二种四端口复合动力分配型无级变速箱的动能混合动力车的技术方案； 

图23显示的是第三种四端口复合动力分配型无级变速箱的动能混合动力车的技术方案； 

图24显示的是第四种四端口复合动力分配型无级变速箱的动能混合动力车的技术方案； 

具体实施方式

根据本发明的权利要求和说明书所公开的内容，本发明的技术方案具体如下文所述。 

现有技术存在的问题 

传统内燃发动机汽车的问题在于加速性能与燃油经济性之间的矛盾。节能的车往往加速性能差，而加速性能好的车又费油。油电混合动力车的技术在解决加速性能与节能效率之间的矛盾方面进了一大步。主要是使用较小功率的发动机，可以让其相对稳定地工作在较高效率区，而用电动机来补充动力来获得较好的加速性能，同时还能在减速时电机还可发电收回部分能量。然而电能在储存与使用上还存在难以克服的能量转换问题，即储存的能量与使用的能量是不同的能量形式。在不同能量的多次转换中有较大的损失，这是属于油电混合动力车中电动系统这一部分存在的问题，所以也是纯电动车存在的共同问题。 

我们通过图1来表述电动车在不同的工况下的能量转换效率。07为电池充放电效率曲线。充电时，电能转换为化学能在电池中储存；放电时化学能转换为电能给电动机用，图中显示充放电的效率随着充放电速度的增加而减小。08和09分别是电动机和发电机的效率分布图，两者分布相似，是由于电动机和发电机是同一电机，当转矩方向与转动方向一致时是电动机，电能转换为机械能驱动汽车，当转矩方向与转动方向相反时则为发电机，机械能转换为电能对电池充电。分以下几种工况分析能量转换效率： 

1)加速：加速时要克服惯性和各种阻力，需大功率，电池05放电电流较大电池工作在a点，化学能转换为电能的效率为77％，直流电经逆变器供给电动机；电动机工作在大转矩低转速区的d点，电能转换为机械能，驱动汽车加速；逆变器03和电动机01的效率为80％，总效率为：0.77X0.80＝62％ 

2)匀速巡航：匀速巡航时只要克服气动阻力和滚动摩擦，此时电池05放电电流小，工作在b点附近，效率为96％；电动机01的转矩和转速都适中，工作在f点附近；电动机01和逆变器03的效率为84％；总效率为：0.96X0.84＝81％ 

3)制动减速与能量再生：制动减速时的功率往往比加速时要大，为简便起见，假定与加速时一样，则电池05工作在a点，发电机01工作在h点。这个过程是汽车的动能通过车轮34，轮轴36，差速器32，和变速箱11等传递到发电机01转换成电能，再经逆变器03对电池05充电变成化学能储存，然后下次加速时化学能要经相反的过程转换为电能，再经电动机01(工作在d点)转换到机械能给车轮加速。所以从车轮到车轮的来回四次能量转换的总效率是：0.80X0.77X0.77X0.80＝38％，如果考虑其它机械传动效率和机械刹车的参与，实际效率还要低。 

4)系统的最高效率点不一定是电机和电池的效率都是最大时，而是两者的乘积最大时。实际上两者的效率不会同时最大，例如电机工作在e点或g点，而电池工作在c点附近时系统效率最大(86％)。 

可见电动系统的能量转换损失不可小视，不同的工况效率有很大的不同，加速和减速时的效率较低。特别是大电流运行时的效率较低。另外电池的寿命与充放电的次数和深度成反比，减小充电量还可延长电池寿命。要提高电动汽车的效率就要尽量减少能量转换和电池充放电的次数和幅度。 

超级电容可直接储存电能，比电池进了一步，完成一次能量储存和释放只需要两次能量转换(电池需要四次)，而且功率密度比电池大。超级电容的缺点是能量密度小。超级电容与电池配合使用在一定程度上可提高效率和延长电池寿命。 

如果能直接储存动能和使用动能的话，就不需要进行能量转换，将进一步提高效率。 

飞轮及特点 

一个基本事实是：任何汽车最终使用和获得的是机械动能。如果将动能动力装置和动能储存装置取代油电混合动力车中功能相同的电机和电池，就构成了动能燃油混合动力车。如果再将第一动力用电动系统替换燃油动力系统，则构成了动能电动混合动力车。这样汽车就可直接使用储存的动能，可能不是全部，至少是一部分，或一大部分无须经任何形式的能量转换而直接驱动汽车，进一步提高汽车的节能效率。 

飞轮是一个很好的动能的能量储存装置(对应于电池和超级电容)和动能的动力装置(对应于电机)。它具备以下特点： 

·储存的是动能。与汽车最终使用的动能一致，没有能量转换，只有能量传递。这是提高汽车节能效率的基础。 

·功率密度极高。是电机的10倍以上，功率大且重量轻，这是汽车动力性能的基础。 

·有可观的能量密度。某种情况下，单位重量容纳的能量可以超过现有任何电池。这一点易被忽视。 

·使用寿命长。飞轮本身无消耗，无污染，寿命几乎无限长。 

·结构简单，成本低。飞轮本身只是一块固体材料而已。 

基于以上事实，用好飞轮可以提高汽车的节能效率，减少污染和温室气体排放，提高汽车的动力性能和降低成本。恰当使用飞轮的策略和控制方法是成功的关键。 

基本型动能电动混合动力系统及方法 

图2显示的是一个三端口动力分配型的动能电动混合动力车的结构。是在电动车的基础上增加了飞轮作为动能辅助动力和储存装置而形成的混合动力系统。又因其简单的结构，故称基本型动能电动混合动力车。与图1中的电动车结构相比，基本上只是增加了一个飞轮，以及用行星齿轮系12取代电动车的变速箱。行星齿轮系是一个动力分配装置，是系统中的核心结构。它的三个输入输出端口的任何一个的转速和转矩的改变都会影响其它两的转速和转矩。第一动力源为电力，由电机01经齿圈来提供；第二动力源为动能动力，由飞轮10经太阳轮S提供；单向锁轴装置24用来防止飞轮10反转；行星齿轮架C与传动轴33相连并最终经差速器32和轮轴36与车轮34相连。为方便叙述，定义由传动轴33、经差速器32和轮轴36及最终驱动车轮34的传动链为车轮转动系。行星齿轮系12是电机01的变速器，这两者又构成飞轮的无级变速器；通过电机01对齿圈R的转速和转矩的调节，来控制行星齿轮架C和太阳轮S的转速和转矩的变化，进而控制飞轮和汽车之间的动能交换。控制信号由电 控单元60产生，经系统接口62对逆变器03进行控制，使这两套动力和汽车的动能之间产生互动，实现汽车的高效运行。 

有了适当的结构并不会自动起作用，还需要控制和使用它的方法，其具体过程分为不同的状态经图3介绍如下： 

图中G表示发电机；M为电动机；F为飞轮；W为车轮；C为行星齿轮架；为简便，差速器等被忽略，车轮的转速就是行星齿轮架的转速；细箭头为能量传递方向；虚为断开状态；粗实心箭头指示运动方向；粗空心箭头指示受力方向。 

图3a显示给飞轮预充动能状态：汽车在出发前或等红灯的时间里可以对飞轮储存动能。行星齿轮系的运动学关系如下： 

(k+1)ω_c＝kω_r+ω_s    (1) 

式中，ω_c为行星齿轮架转速；ω_r齿圈转速；ω_s为太阳轮转速；k为齿圈和太阳轮的齿数比。 

汽车停车时车轮W被刹住，ω_c＝0；由式(1)可知ω_s＝-k ω_r；即电动机M推动齿圈以-ω_r反转，这样飞轮就会以ω_s＝-kω_r正转。例如在k＝4的情况下，电动机M转速达到-2500转/分，飞轮则达到10000转/分。 

这样电动机可以受控用一个适当小的电流用电来做功，使电池B和电机M能量转换的系统效率最高。 

图3b显示加速状态1：汽车加速时，刹车松开，电机受控改变用力方向，齿圈R受到制动转矩而降速，电机由电动机M变为发电机G；太阳轮S从齿圈R得到反应转矩，飞轮F的动能一分为二：一大部分被直接传递到行星齿轮架C去加速车轮W；另一小部分被用来推动发电机G发电并对电池B充电和产生反应转矩。飞轮F及太阳轮S的转速和齿圈R及发电机G的转速在下降；行星齿轮架C及车轮W的转速在上升。飞轮F的大部分动能以极高的效率传递给汽车加速，只有一小部分要进行能量的转换(对电池充电)。 

图3c显示加速状态2：当齿圈的转速降到零时，加速状态1就结束了。此时行星齿轮架C及车轮W的转速从零升高到了飞轮F转速的K+1分之一，或者说飞轮F的转速还有车轮 转速的K+1倍。电机M继续保持原来的用力方向，齿圈R越过零速点后其转动方向与电机M的方向一致，电机由发电机又转为电动机。这时车轮得到的总功率是电动机M和飞轮F输出功率的叠加，大于电机M的功率。一般可以做到电机只用不到三分之一的功率，去控制飞轮释放另外大于三分之二的功率。 

从状态1)到3)的过程看，飞轮的动能是电机用较高效率存入的，又是高效率和高功率释放的，这说明了效率与性能的提高。 

汽车的第一次加速也可以不经过预充动能状态。如果飞轮F的转速为零，电动机的转矩作用于太阳轮的效果是使其反转。但由于防反转装置自动将太阳轮S锁死，行星齿轮系为一个固定传动比的变速器，传动比是(K+1)/K。电动机M要象普通电动车一样，用大电流单独驱动汽车加速。不仅效率低且加速性能差。要等到下次减速时飞轮才有机会得到能量。 

图3d显示匀速巡行状态：在加速后期或者到匀速期，飞轮F的能量会释放完毕后，由于单向琐轴装置的作用，太阳轮被锁死不能反转使其转速保持为零。电动机M单独输出功率给车轮。进入匀速状态的汽车只需克服气动阻力和滚动摩擦，所需功率不大，电动机可单独以固定传动比(K+1)/K维持高效运行。 

图3e显示空挡/滑行状态：只要断开电机M的电源，电机的转子和齿圈R进入随动状态。不管车轮W和飞轮F原来的状态如何都不会互相影响，相当于空挡。汽车原来在滑行就继续滑行，原来是停止就还保持停止。 

图3f显示减速及动能回收1：减速时，如果飞轮F的转速小于K+1倍的车轮转速，则电机G为发电机，用力方向与运动方向相反，使齿圈R减速。电机产生的转矩作用于行星齿轮架C及车轮W使其减速，太阳轮S及飞轮F正转加速。汽车的动能直接高效率地传递到飞轮同时发电机发电给电池充电。 

图3g显示减速及动能回收2：当飞轮的转速增加到大于等于K+1倍的车轮W的转速，电机为电动机M推动齿圈R开始反转，其转矩继续使车速下降而飞轮转速升高直到车速为零。飞轮获得的动能一部分从汽车动能高效地传递而来，一部分由电动机转换而来。 

图3h显示倒车状态：电动机反转，使车轮也反转，顺便还给飞轮增加动能。 

图3i显示飞轮动能的回收：结束行驶，停车后，行星齿轮架C被锁死步能动。飞轮驱动发电机G发电用小电流较高效方式将能量存入电池。 

有了飞轮作为第二动力，电机可以较稳定地工作在高效率状态。特别在加速和减速这两个环节，电机不需象在普通电动车中那样承担汽车的全部功率，而是一小部分功率，大部分的功率由飞轮承担，可以降低对电机的功率要求。而且飞轮承担了相当一部分的大能量的储存和释放工作，大大减轻了电池的压力，不仅提高了电池的效率而且也提高了电池的寿命。所带来的效益有如下几点： 

·提高了燃油效率(电机和电池更稳定地工作在高效率状态，电池充放电减少)。 

·提高了加速性能(飞轮提供了大部分功率，再加上电机原有功率)。 

·降低了成本(降低了对电机的功率要求，延长了电池的寿命)。 

图4a显示了一种实施方案。将前轮驱动的汽车加以改进，就构成了动能油电混合动力车。 

图4b显示了另一种实施方案。将电机、飞轮和行星齿轮系装入轮毂。对于改进和升级现有车型更为方便、成本更低。也可作电动车的驱动轮，而省出大量空间放电池。甚至可以做电动摩托车和油电混合摩托车的驱动轮之一。 

双电机型动能电动混合动力系统及方法 

基本型的动能混合动力车的效率和性能有进一步提高的空间。图5显示了一种双电机型动能混合动力系统的结构。在基本型的基础上在太阳轮S上再加一电机02和相应的逆变器04，直流电线路06将电池05与逆变器03和逆变器04连在一起。行星齿轮系的齿圈与太阳轮的齿数比K比基本型大为减小，目的是让两个电机的转速不至于相差太大而影响系统效率。太阳轮S和飞论之间加一个增速齿轮组17，使K值的减小不影响飞轮10的转速。这样可能会增加一点成本，但可增加系统效率和控制灵活性，详细控制方法见图6a中的描述。 

图6a显示给飞轮预充动能状态：这点与基本型无本质区别，只是可用两个电动机同时给飞轮F加注动能，也可只用一个电机，可根据系统效率的具体情况定，以提高效率为准。 

图6b显示加速状态1：发电机G1的转矩与齿圈的转动方向相反，产生的反应转矩将动能从飞轮传递给车轮。这点跟基本型一样。不同的是发电机发的电不是给电池充电，而是送给电动机M2产生与飞轮F一致的叠加转矩共同驱动太阳轮S，然后再传递给车轮增加动力加速汽车。这样一来，第一减少了对电池的充电和放电这两次能量转换，提高了效率；第二延长了电池寿命；第三提高了加速性能。 

图6c显示加速状态2：当齿圈的转动方向与转矩方向相同时，电机M1转为电动机。电动机M1、M2和飞轮F的三个转矩叠加在一起共同以更大的动力加速汽车。 

图6d显示空挡/滑行状态：电机断电时，齿圈随动，汽车进入空挡或滑行状态。 

图6e显示巡航状态1：双电机型动能混合系统比基本型有更灵活的控制手段。尤其是在行进中可根据需要随意调节飞轮F的能量水平，既可保持一定的功率储备来应付突然的加速需要，又可并利用飞轮来达到较高的系统效率。匀速巡航所需功率极少，特别是低速时。电机在极低的阻力下或低功率下的效率也不很高，需要适当增加一些额外载荷来增加电机的效率。电动机M2以较高效率提供动力驱车，发电机G1也用较高效率控制车速，使系统效率最高(相当于图1中c，e，g各点附近)。除保持车速外的额外动力存入飞轮F。 

图6f显示巡航状态2：等飞轮的动能达到一定程度后，就进入巡航状态2。发电机G1继续控制车速，电动机M2降低功率，只吸收发电机G1的电力而分担小部分动力驱车，大部分的驱车动力由飞轮释放提供。在车速很低时，巡航状态1和巡航状态2可交替使用，以提高系统效率。 

图6g显示巡航状态3：当车速和系统效率不太低时，电动机M2输出的动力刚好能维持车速，飞轮F自然地达到动态平衡后就不再交换能量，而且能起到稳定车速的作用。 

图6h显示巡航状态4：还可以象基本型那样只用单电动机M1工作。电机M2关闭，电动机M1驱动齿圈正转，将飞轮F的动能释放完后，由于防反转装置的作用，太阳轮S被锁住。电动机M1以固定传动比(K+1)/K来驱动汽车前进。飞轮F的动能储备不复存在，一定程度上影响了汽车进一步加速的性能，但还有电动机M2作为储备，可随时加入动力。 

图6i显示减速及动能回收1：与基本型的过程相同，当齿圈R的转动方向与行星轮架系C一致时，发电机G1产生反向转矩使齿圈R降速；导致行星齿轮架C及车轮降速和飞轮加速。汽车的动能被传递到飞轮里储存；同时发电机G1给电池B充电。 

图6j显示减速及动能回收2：当齿圈R的转动方向与行星齿轮架C相反时，电机M1是电动机，进一步推动齿圈R反转，促使汽车的动能继续传递给飞轮。 

图6k显示倒车：倒车时，电动机M1驱动齿圈反转，发电机G2的转矩阻止太阳轮S正转，行星齿轮架C则反转而倒车。 

图6m显示飞轮的动能回收：任何时候只要电机G1断电，齿圈R就处于随动状态，汽车就相当于在空挡状态，无论汽车处于停止或滑行状态，发电机G2都可将飞轮F的动能转换成电能给电池充电。 

可见双电机型动能电动混合动力系统较基本型在节能效率和加速性能方面有进一步的提高，还增加了控制的灵活性。 

图7a显示了一种实施方案。与图4a显示的类似，将前轮驱动的汽车加以改进，就构成了动能油电混合动力车。 

图7b显示了另一种实施方案。将电机、飞轮和行星齿轮系装入轮毂。对于改进和升级现有车型更为方便、成本更低。也可作电动车的驱动轮，而省出大量空间放电池。甚至可以做电动摩托车和油电混合摩托车的驱动轮之一。 

轮换型无级变速动能燃油混合动力系统及方法 

在图4a和图7a中展示的方案，是由两套独立的动力系统结合成的四轮驱动结构。有各自独立的动力和变速器，可分别独自驱动也可共同并行驱动，但还是略显复杂。图8展示了一个更为优化的结构。是在双电机型动能电动混合动力系统的基础上只简单地增加了一个燃油发动机20，而省去了一个很昂贵的部件，这就是发动机的变速箱(器)。该结构以行星齿轮系12为核心，较工整对称地连结了三种动力：燃油发动机20为第一动力，经电控离合器22连结齿圈R；飞轮10为第二动力，经电控离合器16连结太阳轮S；两个电机为第三动 力，分为两半，分别在齿圈R和太阳轮S上各连一个；唯有传动轴33独占行星齿轮架C，将动力经车轮驱动系传递给车轮34。电控单元60经接口系统62控制逆变器03和04去分别驱动电机01和02，进而完成对整个动力系统的操作。 

由电机01和02控制的行星齿轮系12作为无级变速器分别由第一动力的发动机和第二动力的飞轮所轮换使用，也可被第三动力电机所自用，共享性极强： 

·当离合器22松开，离合器16结合时，系统为图5中显示的动能电动混合动力模式。行星齿轮系12和电机01组成飞轮10的无级变速器(CVT)。电机01作为CVT的调速电机控制S与C之间的传动比，最终控制汽车与飞轮间的动能交换，用来驱动汽车和减速时回收动能。电机02为动力电机，可直接将调速电机01产生的电能转换为转矩与飞轮转矩叠加，以增强输出动力。 

·当离合器16松开，离合器22结合时，系统为燃油电动混合动力模式。行星齿轮系12和电机02组成发动机20的无级变速器。这次电机02为调速电机控制R和C之间的传动比，使发动机能高效工作，而电机01成为动力电机，吸收调速电机02产生的电能来加强发动机20的动力。 

·当两个离合器16和22都松开的时候，系统则为纯电动模式。两个电机借助行星齿轮系12互为对方的调速和动力电机来获得无级变速。例如慢速时02为动力电动机，01为调速发电机，可在S和C之间获得大于K+1的无级传动比；中速时01为动力电动机，02为调速发电机，可在R和C之间获得大于(K+1)/K的无级传动比；高速时两个机都是动力电动机可获得小于(K+1)/K的无级传动比。另外还有单电机模式，低速时，离合器22结合，离合器16松开且电机01和发动机20不工作，电动机02单独驱动汽车，由于防反转装置24锁住齿圈R不能反转，S与C之间的传动比固定为K+1，适合较低车速。中等车速时，离合器16结合，离合器22松开且电机02不工作，电动机01单独驱动汽车，飞轮10的能量会被释放完，然后防反转装置18锁住太阳轮S不能反转，R与C之间的传动比固定为(K+1)/K，适合中等车速。双电动机可同时工作时可应付更高车速。 

系统的整体控制方法由图8显示说明： 

图9a到图9c显示的过程与图6a到图6c显示的完全一样，飞轮F占用CVT，略。 

图9d显示汽车在加速中启动发动机E。在加速状态2时，当齿圈R已经正转到一定程度时，可以启动发动机E，于是离合器22结合，发动机被启动。这时两个电动机M1、M2、飞轮F和发动机E全部都在提供动力给汽车加速。等飞轮F的动能释放完，离合器16松开，飞轮F脱离。 

图9e显示匀速巡航状态1。飞轮F脱离，发动机E占用CVT提供动力，调速发电机G2控制车速。动力电动机M1直接吸收G2的电能来产生动力并减轻发动机E的负担，另外可减少电池的充电次数延其寿命。 

图9f显示匀速巡航状态2。巡航时如电池需要充电，电机G1为发电机，与调速发电机G2一起对电池B充电，还可增加发动机的载荷提高其效率。 

图9g显示匀速巡航状态3。在电池很满的情况下，发动机关闭，可由单个电动机驱动汽车，也可用双电机驱动维持巡航。 

图9h到图9i显示的过程与图6i到图6j显示的完全一样，飞轮F占用CVT，略。 

图9j显示空挡充电状态。电机G2不工作，飞轮F脱离，太阳轮S处于随动状态，汽车就相当于在空挡状态。无论汽车是处于停止还是滑行状态，发动机E都可驱动发电机G1对电池B充电。 

图9k到图9m显示的过程与图6k到图6m显示的完全一样，飞轮F占用CVT，略。 

油电混合动力车的节能原理主要是使用较小功率的发动机，并且让其相对稳定地工作在较高效率区来省油，动态方面由电动系统来补充动力以获得较好的加速性能，同时还能在减速时电机还可发电收回部分能量。就如介绍图1分析的那样，纯电动车存在的问题也是油电混合动力车中的电动系统存在的问题。普通油电混合动力车中的电力系统在应付速度变化时要承受很大功率，在最关键的效率、性能和成本三方面出了问题。 

·效率：是指燃油效率。普通油电混合动力车中的电能都是从燃油来。大量的能量损失在由机械能到电能，再从电能到化学能储存，然后由化学能到电能，最后从电能回到机械能的四次能量转换中。 

·性能：是指加速性能。高性能意味着大功率，电池、逆变器和电机的功率都要大。 

·成本：大功率的电动系统意味着高成本 

如图8中显示的那样，只要简单地在普通油电混合动力车上加一个飞轮，就成了动能混合动力车。飞轮的动能动力替代了电动系统的作用，在应对汽车动态变化时承担了绝大部分功率。在上述三方面有很大改进。 

·效率：飞轮储存和释放的是机械动能，和汽车最终使用的能量一致，大部分动能不经转换可直接传递给车轮。只一小部分(约30％)功率分配给调速电机发电，再经动力电机转回到动能。效率大为提高。 

·性能：飞轮的功率密度很大。调速电机只占总功率的30％左右，总功率成倍增加，因此加速性能也大为提高。 

·成本：成本的降低在于电动系统的功率可成倍的减少，电池寿命的延长。 

共享无级变速型动能燃油混合动力系统及方法 

图8中所描述的系统结构有一个不足，就是发动机和飞轮不能同时使用变速器。巡航期发动机占用变速器后，飞轮不得不退出，使飞轮在整个巡航期无所作为。 

图10a显示的结构是将发动机20经离合器22接到太阳轮S上。这个看似简单的改变不仅省掉了一个离合器和一个防反转装置，而且配合好的控制方法能明显提高巡航阶段的节能效率。01为调速电机，控制S和C之间的传动比，可控制车速；02为动力电机，可直接吸收调速电机产生的电能转换为转矩与飞轮和发动机的转矩叠加，与飞轮一道分担和调节动力，帮助发动机稳定地工作在最高效率状态。提速齿轮组17既确保发动机20和动力电机02工作在高效转速范围，又使飞轮10在较高转速范围维持一定的能量水平。发动机20的任务除了驱车外，就是对飞轮10补充动能，使其维持在一定的范围内。这个范围可以与车速成反 比的函数关系，既车速越低这个能量范围的水平就越高，车速越高这个能量范围的水平就越低。这样做是让汽车的动能与飞轮的动能总和大致等于一个常数，这个常数等于飞轮的容量，以变动能可在汽车和飞轮之间正常的交换。当飞轮10的动能低于能量下限(某车速下的下限)，离合器22结合，发动机20就启动补充能量；能量达到该车速下的上限后，离合器22松开，发动机关闭或怠速。 

图10b是与图10a等效，只是离合器22用行星齿轮系14及车闸50来具体实现。车闸50松开时，R2随动，发动机20与系统分离；车闸结合时，发动机与系统连接。 

具体方法借图11描述如下： 

图11a显示给飞轮预充动能，与前面图6a和图9a中描述一样，略。 

图11b显示启动发动机：当飞轮达F到一定的转速时，离合器22结合，发动机E起动。 

图11c显示加速状态1：调速电机G1调节变速器的传动比，使飞轮F释放动能的同时发动机和电动机M2都提供动力加速汽车。 

图11c显示加速状态2：当齿圈的转速方向与转矩方向一致时，调速电机由发电机变为电动机M1，并与其它动力一起驱车加速。 

图11e显示空挡/滑行状态：电机G1、M2和发动机E都关闭，汽车处于空挡或滑行状态。 

图11f显示巡航状态1：飞轮F的转速低于当前车速下的飞轮能量或转速下限，发动机E被连通并启动；电机G1调节变速器的传动比控制车速；电动机M2将发电机G1发的电转换为动力；发动机E工作在最高效率区，与电动机M2一道除提供一定动力维持车速外，剩余动力对飞轮F加速补充能量，直到飞轮增加到在当前车速下的飞轮能量的上限。发动机E被断开并关闭或处在怠速状态进入巡航状态2。 

图11g显示巡航状态2：飞轮F的能量充足时，发动机断开不工作。调速电机G1调节变速器的传动比，使飞轮F释放的动能与电动机M2提供动力正好维持汽车匀速巡航。一直到飞轮的能量降到其下限为止，又再进入巡航状态1。 

以上过程在巡航期间交替进行，保证发动机E在工作时都是以最高效率运行，飞轮起到了关键性的调节作用。飞轮一直在忙碌，不停地交换能量：车速变化时(加速和减速时)与汽车交换能量，匀速时(巡航)又为发动机和汽车之间传递能量。只有一小部分能量经发电机G1和电动机M2回到动能，基本不经电池B，既减少了能量转换的次数提高了效率，又延长了电池的寿命。这种能量的进进出出，对于普通油电混合动力车来说，都发生在电池里。不同的是，飞轮与汽车和发动机之间是同种能量的传递，高效。而在油电混合动力车里却是三种不同能量间的转换效率较低。 

图11h和图11i显示减速状态1和减速状态2，与图6i和图6j中一样，略。 

图11j显示空挡充电状态：调速电机不工作，齿圈R随动，汽车处于空挡或滑行状态，无论汽车是停止还是滑行状态，发动机E和飞轮F都可驱动发电机G2对电池B充电。 

图11k和图11m显示倒车和飞轮能量回收状态，与图6k和图6m中一样，略。 

刹车型动能收复系统及方法 

普通汽车的刹车会把汽车的全部动能变成热浪费掉。图12a所显示的结构可以用刹车的方法收回并再利用部分动能： 

两个行星齿轮系12和14的行星齿轮架C1和C2与传动轴33相连，并通过差速器32和轮轴36与车轮34相连。行星齿轮系14是飞轮10的无级变速器，其太阳轮S2接飞轮10；它的齿圈R2是控制端；R2一方面通过行星齿轮系12的太阳轮S1和齿圈R1与车闸50相连，另一方面直接与车闸52相连。行星齿轮系12的平时两个车闸都在松开的位置。 

汽车减速时，车闸50闭合，R1的转矩与C1转矩相互作用的结果是在S1上得到与C1反方向的转矩，并带动R2反转，最终在S2端驱动飞轮加速，而汽车会减速。当车闸50刹 住R1时，飞轮的转速最大可达C1或车速(忽略差速器32)的-(k1k2-1)倍。这时飞轮10的动能达到最大，且车闸50应立即松开(否则飞轮又会释放能量阻止汽车减速)。于是汽车的这部分动能就被传递到飞轮储存。剩下的车速要靠普通车闸刹停。 

汽车加速时，车闸52闭合，飞轮会被减速，一直到零，动能释放完毕，而汽车则得到加速。当飞轮转速降到零时应立即松开车闸52(否则飞轮作不利的反转)。 

图12b所示是另一个等效方案。增速齿轮组13替代了行星齿轮系12，滑动型离合器51替代了车闸50。增速齿轮组13有一个固定的传动比。汽车要减速时，离合器51闭合，对飞轮充动能，如果行星齿轮系14的齿圈与太阳轮的齿数比为k3，增速齿轮组13的传动比为k4，那么ω_r＝-k₄ω_c；用-k₄ω_c代入式(1)并将k换成k3就得到当滑动型离合器51完全闭合时飞轮的转速是 

ω_s＝(k₃k₄+k₃+1)ω_c    (2) 

然后离合器51就应分离。汽车需要加速时，车闸52闭合，飞轮会被减速，一直到零，动能释放完毕，而汽车则得到加速。同样当飞轮转速降到零时应立即松开车闸52。 

图12c显示的是该系统的一个实现方案。汽车原有动力驱动一组车轮35。而本系统则与另一组车轮34相连发挥功能。 

图12d显示了该系统更具体的设计线路图。 

较优的四端口型系统的技术方案 

图13显示的是本发明较优的技术方案。它由四个独立的输入输出端口的复合型动力分配无级变速装置为核心，连接了三个动力和一个车轮驱动轴。三个动力是：内燃发动机20为第一动力；飞轮10为动能动力，是主要的第二动力和动能储存装置；电机01和02为电动动力，其功能以控制变速器的传动比为主，在不用内燃发动机20时，电机02可成为第一动力，有时可为第二动力(飞轮不用时)。电机01和02分别由控制/逆变器03和04控制，并由电池组05提供能量。四端口复合动力分配型无级变速器简称复合型CVT(continuously  variable transmission)40是由两个行星齿轮系12和14组成，其中12的行星齿轮架C1与14的齿圈R2相连，14的行星齿轮架C2与12的齿圈R1相连。 

这样的结构产生了四个输入输出端口的动力分配系统，其中12的太阳轮S1作为调速口接调速电机01；14的太阳轮S1作为飞轮口通过离合器16接飞轮10；C1与R2的连接口作为驱动口接车轮驱动轴33及车轮驱动系；R1与C2的连接口作为主动力口连接动力电机02，并且经离合器22连接发动机20。单向离合器24防止发动机20反转。电控单元60通过接口62的一系列的传感器与系统相连通，获取各电机、飞轮和发动机的转速、车速、发动机的载荷等信息，经处理后再经接口62对系统的各电机、发动机和离合器等进行控制。 

复合型CVT是控制三种动力的关键。复合型CVT的各旋转部件的运动是由下列行星齿轮系方程决定的： 

(k₁+1)ω_c1＝k₁ω_r1+ω_s1    (3) 

(k₂+1)ω_c2＝k₂ω_r2+ω_s2    (4) 

ω_c1和ω_r2是驱动口的转速，直接与车速相关；ω_r1和ω_c2是主动力口的转速，也就是电机02和发动机20的转速；ω_s1是调速口的转速，由调速电机01控制；ω_s2是飞轮口即飞轮的转速。 

设ω_w为车轮34(忽略差速器32)的转速或车速；ω_em是发动机20和电机02的转速；ω_g是调速电机01的转速；及ω_f是飞轮10的转速。可将方程(3)和(4)写成如下形式： 

(k₁+1)ω_w＝k₁ω_em+ω_g    (5) 

(k₂+1)ω_em＝k₂ω_w+ω_f    (6) 

任何端口的速度变化都会影响其它端口的速度变化。行星齿轮系12的三个端口的转速由式(5)决定，让发动机20和电机02驱动车轮34，而调速电机01作为第一个行星齿轮系(或CVT)12的控制电机，则可控制车速。行星齿轮系14的三个端口的转速由式(6)决定，主要是为了控制飞轮10来储存和释放动能(当离合器16结合的时候)。汽车的速度ω_w，可以用来控制飞轮与汽车交换动能。 

图14是图13中显示的技术方案的设计连接图。行星齿轮系12和14组成了一个四端口的复合型的动力分配装置或复合型CVT 40，起着动力分配和无级变速的功能。飞轮10通 过离合器16与40的第一输入输出口连接；40的第二个端口连驱动轴33，和车轮驱动系与车轮34相连；调速电机01连接40的第三输入输出口.；发动机20和电机02连接40的第四端口。离合器22连通或断开发动机20单向离合器24则防止发动机20反转。 

好的结构需要合适的控制方法来实现其功能。对于控制策略，要考虑两个关键的因素是汽车的效率和性能。本发明提供了两个控制方法对汽车的燃油效率和机动性能进行优化。一个方法针对汽车有机动要求时(变速)；另一个为车速无变化要求时(巡航)。 

惯性对汽车动力的影响

汽车驱动所用的能量可分为两部分：一部分是用来克服各种摩擦阻力，例如气动阻力，滚动摩擦等，这部分能量消耗是不可恢复的；另一部分用来克服惯性和爬坡的能量转化成汽车的动能和势能，暂时还没被消耗掉，是可恢复的，直到刹车时才被会消耗掉。每当汽车加速或减速时，汽车的动能就会增加或减少。惯性总是起着阻碍车速的变化的作用。传统汽车要用能量克服惯性加速，又要用刹车消耗能量减速，发动机的大部分的储备功率用于克服惯性来缩短加速时间提高加速性能，意味着对其余的行驶发动机都工作在低功率或低效率状态，意味着惯性导致了要牺牲效率来换取性能的提高。如果没有惯性的存在，汽车用的油或电就只需用来克服气动阻力、滚动摩擦等，汽车想快就快想慢就慢，可在效率和性能上都达到极大化。将惯性从汽车上去掉所获的效益是非常诱人的。这就是本发明的“去惯性控制”方法的动机，在明显消除了惯性效应的同时提高了加速性能和节能效率。 

去惯性控制方法

去惯性控制过程开始于它的初始状态：其车速ω_w为零，飞轮10的转速ω_f为最高转速(可预先用电机02将飞轮10加速到最高转速，或在上一次汽车的减速过程中飞轮10被加速到高转速)。根据方程(6)可知主动力口的转速ω_em为ω_f/(k₂+1)，且根据方程(5)可知调速口的转速ω_g等于-k₁ω_em或-ω_fk₁/(k₂+1)，为一负值(与发动机或飞轮的转动方向相反)。如果将主动力口的转速ω_em控制在一个相对稳定的转速，而且这个转速设计为发动机20最高效率区所对应的转速。这样方程(5)和方程(6)就都有一个近似的常数项k₁ω_em和(k₂+1)ω_em(因为k1，k2是常数，ω_em近似为常数)。 

汽车要加速时，调速电机01(发电状态)控制调速口在反方向降速，而动力电机02(电动状态)将主动力口的转速ω_em控制在一个较稳定转速值，根据方程(5)可知车速ω_w就会加速。又根据方程(6)可知飞轮10会减速。在电机的调节下，汽车加速，动能增加，而飞轮的转速下降，动能减少；飞轮的动能的大部分经直接的机械连接从飞轮口以近百分之百的高效率传递到驱动口给汽车加速，另一小部分动能分配到调速口经电机01发电直接给电机02产生动力到主动力口，再传递到驱动口给汽车加速。这个调节过程是根据方程式(5)和(6)自动进行的，只要调速电机01降速，飞轮10的动能就传递给车轮34给汽车加速变成汽车的动能；相反只要调速电机01在反方向增速，汽车的动能就传递给飞轮10，汽车减速而飞轮10被加速储存动能。汽车速度越慢飞轮转速就越快，汽车速度越快飞轮转速就越慢，这样汽车的加速和减速成为动能在飞轮和汽车之间交换，基本上不需额外的能量。在飞轮的容量所涵盖的范围内，汽车的惯性似乎消失了，发动机启动后可以不用太多功率用在克服惯性来给汽车加速上，而主要用在克服各种其它阻力上。这就是为什么叫这种控制方法为“去惯性控制”的理由。而且动能在车速变化时可以收回和再用，损失很少。去惯性控制方法使汽车的效率和性能两方面都得到了提高。 

通过图15来描述去惯性控制的一个实例。一个钢材料飞轮，重20千克，直径18厘米，厚5厘米，质量主要集中在外周。车速为零时，飞轮被加速到10,000转/分。飞轮的能量约为100wh(相当于一辆1600千克的汽车在75千米/小时时所具有的动能)，并作为最大值。汽车加速时随着飞论轮10的转速和动能持续下降，汽车的速度和动能持续上升。从图中可看出，在低速范围，仅靠飞轮10本身的能量汽车就可加速到30千米/小时以上。所以离合器22可分离，发动机20可以不工作，靠动力电机02克服其它阻力驱动汽车。此时汽车很容易加速，效果上汽车好象没有惯性，或只有很小的惯性。随着车速的进一步提高，可启动发动机20，继续加速汽车。飞轮10的能量虽然可以完全释放完直到转速为零，但维持一定的能量在飞轮中作为储备动力对保持汽车的进一步加速性能有好处。在应急和需要极度加速的情况下，发动机20，电机02，电机01和飞轮10所有的动力都可贡献动力加速汽车。 

图16显示的是在汽车加速或减速时，复合型CVT四个输入输出端口的转速变化情况。驱动口的转速从负值到正值涵盖了汽车从倒车到前进车速120千米/小时的范围。飞轮口的转速在零车速时处于最高状态，并且随着车速的上升而下降，体现了去惯性的功能。主动力口的转速基本控制在2000转/分左右，使动力电机02，和发动机20都处在最高效率的转速。低 车速区和倒车区的虚线部分表示发动机未启动。调速口的转速是在负值范围，调速电机01一般处于发电状态，基本上也处于高效率转速范围(-3000到-400转/分)。可见该系统的结构合理而高效。 

电机的转速等于零或很接近零的时候效率才很低。只有在需要极度加速的情况下，调速电机01的转速可能由反转经过零点进入正转范围，由发电状态变成电动状态。 

效率优化控制方法

在汽车没有明显的加速或减速的需要时，即便是有缓慢的加减速或车速轻度的变化，汽车的动能改变不大，惯性的影响就基本上没有，最典型的状况是匀速巡航状态。对汽车驱动的动力就只用来克服空气动力阻力，滚动摩擦和其它机械摩擦。发动机此时处于低载荷或低功率状态，发动机也就处于低效率状态，车速低时更为明显，这是由内燃机的特性决定的。在匀速巡航状态，不希望飞轮因没有惯性的影响而失去作用，成为一个多余的重量。在本发明中，飞轮还是可以用来提高发动机的效率。 

发动机的效率取决于两个因素：一是发动机的转速；二是发动机承受的载荷(转矩)，或输出功率(转矩X转速＝功率)。发动机的最高效率区分布在对应于一个特定转速区间和一个特定的转矩区间或输出功率区间。例如某一发动机的转速在1500-2500转/分，并且转矩约为3/4的最大转矩时的效率最高。 

在图13的系统结构中，主动力口的转速基本控制在对应发动机最高效率的特定转速范围，例如2000转/分左右。发动机效率的一个因素已经解决，剩下就是让发动机满足载荷的要求，这个载荷一般很高，在接近最大载荷附近。一般巡航时发动机的载荷偏低，但爬坡和顶强风时也可能载荷正好或偏高。效率优化控制方法如下： 

如果发动机20载荷太高，动力电机02可增加功率来分担发动机20的载荷，让发动机20效率最高；如果发动机20载荷正好合适，动力电机02只吸收调速电机01发的电，并转化为动力，发动机20保持高效率工作。 

绝大部分的情况下，维持巡航所需功率甚少，发动机20载荷都太低，效率也低，而且巡航时的车速越慢效率越低。传统内燃机汽车的困境是如果让发动机高效工作，功率会太高，不能维持巡航速度，无奈只得用低功率和低效率工作。 

本发明用的方法是让发动机20工作在最高效率状态，虽然输出功率太高，但是将发动机20的功率分成两部分，只用其中一部分或一小部分功率维来持汽车巡航车速，同时用多出的这部分功率来加速飞轮10给飞轮10充动能。具体过程是： 

根据方程(5)，离合器22结合，发动机20的转速ω_em增加一个增量，调速电机01的转速ω_g在反方向增加k1倍的增量，车速ω_w就会不变。根据方程(6)，发动机20的转速ω_em增加了一个增量的转速，而车速ω_w不变，飞轮10的转速ω_f必然会增加k2+1倍的增量。这样既可以维持巡航车速稳定，发动机20又可高效率工作。 

等到飞轮10动能充到某一上限时，发动机20关闭，离合器22分离，根据方程(5)，调速电机01的转速ω_g在反方向减少k1倍的增量，动力电机02的转速ω_em也减少一个增量，车速ω_w就会不变。根据方程(6)，车速ω_w不变，而动力电机02的转速ω_em减少了一个增量，飞轮10的转速ω_f必然会减少k2+1倍的增量。也就是说，飞轮10在系统的控制下释放动能来维持巡航车速。当飞轮10动能降到某一下限时，离合器22结合，发动机20又启动，开始下一个周期的工作。发动机20和飞轮10轮流驱动汽车，每当发动机20工作时都在高效率，飞轮10是动能动力也有高效率。汽车在巡航期的效率得到了优化。 

油电混合动力车似乎也可进行类似的操作，特别是电池需要充电时也是这样做的。发动机用一部分功率驱车，另一部分功率带动电机发电给电池充电，一方面可维持车速，另一方面发动机的效率得到提高。但在很多情况下这样做并不合算，除非电池需要充电。因为储存在电池中的能量是化学能，且都是从发动机来的。所以100％的存进去的时候要经过从机械能到电能，再从电能到化学能的不同能量形式之间的转换；电池中的能量要拿出来用的时候，又要经过从化学能到电能，再从电能到机械能的转换，总共要进行四次不同能量形式间的转换。假设每次的能量转换都很高，为90％，忽略其它机械齿轮间的传递效率(接近100％)，四次转换后的效率为：0.9×0.9×0.9×0.9＝0.656，约66％(实际比这更低)。34％的能量浪费了，是进行这种操作要付出的代价。如果定义发动机的相对效率为发动机当时效率与发动机最高效率的比值，那么对油电混合动力车来说，只有发动机的相对效率低于66％时，才值得做如上的操作。 

本发明的动能混合动力车的情况大不一样。利用飞轮10来优化发动机20的效率所付出的代价要小很多，因为发动机20、飞轮10和车轮34(或汽车)三者都使用同一种能量，即机械动能，而且是通过复合型CVT的直接机械连接，大部分的能量传递是直接的动能。仅一 小部分动力经调速电机01和动力电机02的电力回路再回到动能。据测算对于这种复合型CVT，约75％的动力是直接机械传递，只有不到25％的动力要经动能到电能再回到动能的转换。每存入和释放一次动能，这25％的能量来回也要经四次机械能和电能之间的转换。同样假设每次的能量转换是90％，忽略其它机械齿轮间的传递效率。 

发动机20将动能存入飞轮10的损失是0.25×(1-0.9×0.9)＝0.0475，或4.75％，还剩下25％-4.75％＝20.25％；存入飞轮10的动能是75％+20.25％＝95.25％；当能量从飞轮10释放出来驱动汽车时，又要损失：95.25％×4.75％＝4.524％；总损失为4.75％+4.524％＝9.274％，约9％；总的效率则约91％。相对应这个总效率的发动机载荷就作为是否需要进行效率优化控制的阈值。也就是说，动能混合动力车的发动机20的载荷低于这个阈值，在这个例子里就是相对效率低于91％时，就值得做效率优化控制，保证发动机20的效率在91％或更高。相对油电混合动力车的66％是很大的提高。 

通过图17举例本发明较优技术方案的动能混合动力车与普通油电混合动力车在使用类似的效率优化控制时的差别。图17的左边是内燃发动机的油耗率分布图。发动机的转速在2000转/分左右对应发动机最高效率范围。动能混合动力车发动机的载荷阈值约为130牛顿米，对应于91％的相对效率。在阈值下方A+B的区域都是值得做效率优化控制的范围来提高发动机的效率。而普通的油电混合动力车的载荷阈值约为67牛顿米，只有在B区范围才值得做类似的操作。假如在发动机相对效率80％时及载荷约为95牛顿米时，本发明较优技术方案的动能混合动力车进行效率优化控制的操作会提高11％的效率；而普通油电混合动力车在使用类似的操作就会损失14％的效率。本发明较优技术方案的动能混合动力车能在更广的范围进行效率优化控制的操作而节省能源，比普通油电混合动力车有明显的优势。 

图17的右边展示的是(巡航)效率优化控制过程中的能量变化。从t1到t2及从t3到t4的时间发动机工作，从t2到t3及从t4到t5的时间发动机关闭。每当发动机工作时，发动机的功率分为两部分，由C区和D区表示。C区是维持车速的功率。D区是为了提高发动机到最佳效率区而增加的额外功率，被用来给飞轮增加动能。当飞轮的动能增加到一设定值后，发动机关闭，由飞轮将能量释放驱动汽车，由E区表示。也就是说把D区的能量放到E区来用。对发动机来说是断续地工作，而汽车获得了持续的动力。 

较优的四端口型系统的运行状态

图18显示的是本发明较优四端口技术方案的动能混合动力车的各种运行状态。从图18(a)到图18(m)的序列是按一个典型行程次序安排的。飞轮由F表示；M1表示电机01的电动状态，G1表示电机01的发电状态；M2表示电机02的电动状态，G2表示电机02的发电状态；发动机20由E表示；车轮由W表示；电池组由B表示；行星齿轮系12的太阳轮由S1表示，行星齿轮架由C1表示，齿圈由R1表示；行星齿轮系14的太阳轮由S2表示，行星齿轮架由C2表示，齿圈由R2表示；粗实心箭头表示运动方向；粗空心箭头表示转矩方向；细箭头表示能量传递方向；虚线表示电路断开或离合器分离状态；实线表示连接。 

图18(a)显示预充飞轮状态。汽车在停止状态，可以是开车前，飞轮尚未补充能量；或汽车在等交通信号时，飞轮能量未充满。发动机E和电机G1不工作，处于断开状态，且车轮W被刹住。电动机M2从电池B获取电能，以M2和B的最高综合效率(用合适的电流)给飞轮加速补充动能。飞轮F的转速是电机M2的k2+1倍。 

飞轮F充满后汽车进入起步阶段，如图18(b)所示，车轮W的刹车放开，发电机G1工作在反转方向减速产生反应转矩将动力从M2和F传递到W，汽车开始起步加速。发动机E的离合器结合，启动发动机E。图18(c)所示的是图18(b)所示状态的继续。汽车的动力在初期主要由飞轮F提供，后期主要由发动机E提供，电机M2也提供动力，主要是将调速电机G1产生的电能转换回机械能，避免G1对电池B的充电，减少能量转换的环节，提高效率和延长电池B寿命。这个过程是加速期的去惯性控制，飞轮的动能转换为汽车的动能，加速性能和燃油效率都得到提高。去惯性控制的更详细的过程前面已作了足够的介绍。图18(d)所示的又是图18(c)所示状态的继续。在有进一步加速的要求时，发电机G1可越过零速点成为电动机M1，这时候两个电动机M1、M2、飞轮F和发动机E所有四个动力源全都提供动力给汽车加速，这是输出功率最大的时候。等到飞轮F的能量用完，剩下的三个动力源两个电动机M1、M2和发动机E还可驱动汽车。 

在加速结束后，便是滑行和巡航，如图18(e)中所示，所有的动力都处于关闭或断开状态，汽车进入滑行或空挡状态。接下来的巡航期，由于基本没有速度变化和惯性的影响，对于传统汽车，发动机E只需维持车速的功率和载荷很小，效率也降低。提高发动机的效率是巡航期的主要目的。图18(f)和图18(g)所展示的是本发明的效率优化控制方法。在图18(f) 中，用提高发动机E的功率或载荷的方法来提高其效率，发动机E一方面驱动汽车前进，另一方面将增加的功率对飞轮F加速增加其动能。在图18(g)中，飞轮F的动能达到一定值后，发动机E关闭并分离，飞轮F在系统的控制下释放动能维持车速。图18(f)和图18(g)中的过程在巡航期反复进行，发动机E的效率得到了提高。效率优化控制方法更详细的过程前面已作了足够的介绍，不再重复。 

图18(h)显示的是减速期的去惯性控制方法，是图18(c)中加速期的去惯性控制方法的逆过程。发动机E关闭并分离。根据方程式(5)电动机M1在反转方向加速，发电机G2稳住转速，并发电供给电动机M1，车速就会下降。根据方程式(6)，车速的下降会导致飞轮F的转速上升。汽车的动能就被回收并储存到飞轮F中。即帮助了刹车又节约了能量。图18(i)显示的是，当飞轮F充满时或电池B需要充电时，飞轮F的离合器16分离，车轮W驱动两个发电机G1和G2发电并对电池B充电。汽车得到减速，其动能经电能转换成化学能存入电池B。 

图18(j)显示的是当汽车停止或滑行的时候，电池B又需要充电时，只要电机G1/M1断开，飞轮F分离，S1和S2都处于随动状态，相当于汽车在空挡状态，发动机E和电机G2的运转与否都不影响车轮。于是发动机E驱动发电机G2对电池B充电。 

图18(k)显示的是汽车倒退时情况，是在电动模式下进行，因此发动机E和飞轮F不参加工作并分离。电机M2反转，电机G1稳住转速，电机M2的动力传递给车轮W倒转，汽车倒车。 

图18(m)显示的是行程结束后，电机M1断开，发动机E关闭和分离。飞轮F中的剩余动能就可经发电机G2发电存入电池B。 

控制方法的逻辑流程

图19，图20(a)，图20(b)，图20(c)和图21组成了描述本发明的较优技术方案控制方法的逻辑流程图。 

起步及停车状态

汽车开始于步骤1002。当汽车要开始起步时要经过的是第一个停车状态即步骤1004，此外停车状态还包括汽车停在叉路口等交通信号等情况。图19中步骤1004中的过程由图 20a中的步骤1110到1132组成。主要是利用停车的时间检查飞轮10的动能水平，确保此时飞轮10的动能最高，以利加速时发挥作用，必要时也对电池05充电。步骤1110进入停车状态程序。步骤1112为初始化状态：离合器16和22处于分离状态，发动机20和电机01，02尚处于关闭状态。然后进入步骤1114，系统不停地从接口62读取信息，检查驾驶员是否想维持停车状态，如果不是，则执行步骤1120退出停车程序。如果维持停车则进入步骤1116先确定电池05是否需要充电，因为足够的电量是对飞轮10补充动能的前提。如果需要充电，则步骤1118启动发动机20驱动发电机02对电池05充电。步骤1126检查电量是否充够。如果是则步骤1128关发动机20和电机02，离合器22分离。无论电池05是否充够都要返回步骤1114确定是否维持停车状态。如电池05仍需充电则重复上诉充电步骤。如果电池05的电量足够则执行步骤1122看飞轮10是否需要补充动能。如果是，则进入步骤1124，离合器16结合，电机02以合适的电流(使电机和电池的系统效率最高)驱动飞轮10加速补充动能。步骤1130检查动能是否充够(最大值)。如果是，则步骤1132关闭电机02，离合器16分离，并返回步骤1114检查是否维持停车状态。在步骤1122和步骤1130的否定判断中都要返回步骤1114，目的是时刻检查是否继续维持停车状态，如果结束停车状态则经步骤1120退出停车状态程序回到图19中的步骤1106。 

倒车状态

在步骤1106，判断是否驾驶员要结束行程。如不是，则步骤1010检查驾驶员是否要倒车，如果是，则步骤1008进入到车程序。步骤1008中的过程由图20b中的步骤1133到1138组成。由步骤1133进入倒车程序后，倒车在电动模式下进行。步骤1134中，离合器22和16都分离，发动机关闭，20由两个电机01和02进行工作。步骤1135，由电机01控制车速，电机02反转驱动汽车进行倒车。同时步骤1136判断倒车是否停车，如果不是则回到步骤1135继续倒车，直到步骤1136需要停车为止，则由步骤1138退出倒车程序回到图19中的步骤1004。然后在步骤1006如果判断驾驶员要结束行程，则在结束前执行步骤1014，回收飞轮的动能。 

飞轮的动能回收

步骤1014中的过程由图20c中步骤1140到步骤1148组成。由步骤1140进入动能回收程序后，在步骤1142，离合器22分离，离合器16结合，发动机20和电机01关闭，电机02工作。步骤1144，飞轮带动发电机02发电对电池05充电。飞轮降速。步骤1146判断飞轮 是否停止，如果不是则回到步骤1144继续进行飞轮的动能回收，直到步骤1146飞轮停止，则由步骤1148退出倒车程序回到图19中的步骤1016结束整个行程。 

加速期去惯性控制

在结束图19中的步骤1004后，在步骤1006既不要结束行程，在步骤1010又不要倒车，那就是要加速了，否则回到步骤1004等待。驾驶员要加速时进入步骤1020。调速电机01在反转方向对调速口进行减速控制，动力电机02维持一个稳定转速，这个转速定为发动机20的最高效率转速。根据方程式(5)和(6)的法则，上述控制会使飞轮10的转速下降而车轮34的转速会上升。飞轮的动能下降而汽车的动能上升。飞轮的动能传递给了汽车，帮助汽车加速，克服或消除了汽车的(至少部分)惯性效应。发动机20可启动或已启动并提供动力可更好地加速和克服其它阻力。汽车的效率和加速性能都得以提高。 

步骤1022判断是否维持加速，如果是便返回步骤1020，并循环。直到没有加速需要时进到步骤1026，检查是否有减速要求。如果有则进入步骤1028进行减速期的操作。如果也没有减速要求则汽车进入巡航状态的控制步骤1024。 

减速期去惯性控制

有减速要求时执行步骤1028，它基本上是步骤1020的逆操作过程。只是在减速的过程中不再需要动力，离合器22分离，发动机可关闭。调速电机01在反转方向增加转速，而动力电机02在正转的方向上维持一个稳定的转速。通过这个控制会使车轮34的转速下降，或车速下降，而二飞轮10的转速会上升。也就是汽车的动能传递到飞轮10储存，这不仅帮助了汽车减速(可使车速一直降到零，甚至倒车)而且还回收了动能。回收的动能可用来再加速汽车，同样起到了消除惯性的效果，提高了燃油效率。 

巡航期效率优化控制

在步骤1022和步骤1026的判断中，即不需要加速也不需要减速时，必定是保持现有车速，也就是巡航速度。这个阶段没有惯性因素的影响，不存在加速性能的问题，燃油效率是唯一考虑因素。步骤1024就是巡航期的效率优化控制程序，是由图21中的步骤1200到1224组成。由步骤1200进入效率优化控制程序。步骤1202检查发动机20的载荷，如载荷太高，如汽车爬陡坡或顶强风时，则步骤1204动力电机02增加功率分担额外的载荷，接着步骤1212要随时检查驾驶员有没有要改变车速，如没有，就回到步骤1202继续循环，如果 有需要改变车速，则经步骤1226退出效率优化控制程序。如果在步骤1202的判断为否定时，步骤1206检查发动机的载荷是否低于一设定的阈值，这个阈值决定是否值得进行步骤1214和步骤1216来提高发动机的效率。如果发动机20的载荷不低于这个阈值，则说明发动机的载荷足够高，其效率也够高，则步骤1208维持现状。同样步骤1212要随时检查驾驶员有没有要改变车速，如没有，就回到步骤1202继续循环，如果有需要改变车速，则经步骤1226退出效率优化控制程序。 

在巡航时的绝大多数情况下发动机的载荷很低，导致低效率。发动机的载荷控制就成为提高效率的关键。以下的操作是利用飞轮10来增加发动机20的载荷或功率来提高发动机20的效率。发动机20的载荷低时，会一直通过步骤1202和步骤1206到步骤1210，看飞轮10的转速是否大于设定的高值，也就是说看飞轮10的能量是否够高。如果不够高，在步骤1214中，飞轮10储存动能。其过程是：离合器22结合，发动机20启动并提高输出功率，使其效率达到最高，并增加转速，用一部分功率维持车速，另一部分的额外功率加速飞轮10。根据方程式(5)和(6)的原理，只要调速电机01在反方向增加k1倍于发动机20的增速，车轮34的转速会稳定，且飞轮10的转速会增加，所增加的转速是k2+1倍的发动机20的增加转速。步骤1218判断巡航状态是否改变。步骤1210、1214、1218会不停循环，直到步骤1218需要改变车速经步骤1226退出效率优化控制程序，或步骤1210飞轮10的转速高于设定的高值去执行步骤1216。在步骤1216中，飞轮10释放动能。其过程是：离合器22分离，发动机20关闭，动力电机02减低一定量的转速，同时调速电机01在相反方向降低k1倍的转速。根据方程式(5)和(6)的原理，车轮34的转速会稳定，且飞轮10的转速会减少，其减少的转速是k2+1倍的电机02减少的转速。步骤1216、1220、1224会不停循环，直到步骤1220需要改变车速经步骤1226退出效率优化控制程序，或步骤1224飞轮10的转速低于设定的低值去执行步骤1214。 

巡航效率优化操作主要由步骤1214的飞轮动能补充期和步骤1216的飞轮动能释放期两部分组成。这两部分轮流工作直到车速需要改变为止。在步骤1214，发动机20为了达到最高效率，除了维持车速的基础部分的功率外，还额外提高功率加速飞轮10。在步骤1216，发动机20停止工作而不耗油，由飞轮10释放储存的能量维持车速。只要发动机工作就工作在最高效率状态，因而实现巡航期效率的优化控制。 

其它四端口复合型CVT系统结构

图22展示了另一种结构。这种结构与图13中较优技术方案的不同是第一行星齿轮系12的行星齿轮架C1与第二行星齿轮系14的行星齿轮架C2相连，以及第一行星齿轮系12的齿圈R1与第二行星齿轮系14的齿圈R2相连。这种结构可由行星齿轮系方程(3)和(4)得到： 

(k₁+1)ω_w＝k₁ω_em+ω_g    (7) 

(k₂+1)ω_w＝k₂ω_em+ω_f    (8) 

图22中结构的功能几乎与图13的较优结构的功能一样好，只是k2要加1，飞轮的转速才能与同条件下的图13中的结构一样快。 

图23和图24中所展示的另外两种不同的结构中，调速电机01是接在行星齿轮系12的齿圈R1上而不是太阳轮S1上。这个变化影响了调速电机01的速度范围，以至于随着车速的增加，调速电机会被迫从反转区间经过零点进入正转区间。由此导致电机01会在零点及零点附近工作时效率降低，不然的话，这两种结构的表现也不错。 

图23中结构的方程式是： 

(k₁+1)ω_w＝k₁ω_g+ω_em    (9) 

(k₂+1)ω_em＝k₂ω_w+ω_f    (10) 

图24中结构的方程式是： 

(k₁+1)ω_w＝k₁ω_g+ω_em    (11) 

(k₂+1)ω_w＝k₂ω_em+ω_f    (12) 

图23和图24中两种结构间的关系，与图13和图22中两种结构间的关系相似。要得到相同的飞轮转速，图24中结构的k2要加1才能与图23中的结构相配。 

对于那些飞轮10不在太阳轮S2上的可能结构来说，都不实用，因为飞轮10的转速不高而储存的动能会太低。 

Claims (20)

1.一动能混合动力汽车的动能混合动力系统，其特征在于：所述动能混合动力系统包含：

一行星齿轮系，所述行星齿轮系组成了一个四端口的复合型的动力分配装置及包含有第一端口，第二端口，第三端口和第四端口；

一飞轮，所述飞轮连接于所述行星齿轮系的第一端口；

一驱动轴，所述驱动轴连接于所述行星齿轮系的所述第二端口；

第一电机，所述第一电机连接于所述行星齿轮系的所述第三端口；

第二电机，所述第二电机连接于所述行星齿轮系的所述第四端口；及

一发动机，所述发动机通过一离合器连接于所述行星齿轮系的所述第四端口。

2.如权利要求1所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述动能混合动力系统可使所述混合动力汽车在一巡航状态下工作令所述混合动力汽车保持行驶于一由控制者决定的特定的巡航车速范围，其中，所述巡航期由第一阶段和第二阶段组成，

所述第一巡航阶段包括在一定车速范围内发动机会在最高效率状态下工作，而所述发动机的功率会分成两部分，其中一部分功率用以维持所述汽车巡航车速，同时另一部份的功率用来加速所述飞轮从而给所述飞轮充动能，以及

所述第二巡航阶段包括，汽车的巡航车速由飞轮释放能量来驱动。

3.如权利要求2所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述发动机是通过一离合器连接于所述行星齿轮系的第四端口，其中当所述混合动力汽车在所述第二巡航阶段下工作时，所述发动机会通过所述离合器与所述行星齿轮系的所述第四端口脱离连接。

4.如权利要求1所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述行星齿轮系包含第一及第二齿轮组，其中所述第一齿轮组包含第一太阳轮，第一行星齿轮架和第一齿圈，其中所述第二齿轮组包含第二太阳轮，第二行星齿轮架和第二齿圈。

5.如权利要求4所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述行星齿轮系的所述第一端口是与所述第一太阳轮连接。

6.如权利要求5所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一行星齿轮架是与所述第二齿圈连接。

7.如权利要求5所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一行星齿轮架是连接于所述第二齿轮架。

8.如权利要求6所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一齿圈是与所述第二行星齿轮架连接。

9.如权利要求8所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第二端口是连接于所述第一齿轮架和所述第二齿圈，所述第四端口是连接于所述第二齿轮架和所述第一齿圈，所述第三端口是与没有被权利要求5中所述的第一端口所占用的所述第一太阳轮或所述第二太阳轮连接。

10.如权利要求6所述的动能混合动力系统，其特征在于，其中所述第一太阳轮是连接于所述第二齿轮架。

11.如权利要求7所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一齿圈与所述第二齿圈连接。

12.如权利要求12所述的动能混合动力系统，其特征在于，所述第一太阳轮与所述第二齿圈连接。

13.一混合动力汽车的动能混合动力方法，其特征在于，所述的动能混合动力方法包含：

通过巡航状态操作将所述动能混合动力车的当前速率维持在一定速度范围以维持操控者有意操控的平均速率，所述巡航状态包含第一巡航部分和第二巡航部分，其中，所述第一巡航部分包含使用运行在最高效率范围内的动力机构来驱动所述动能混合动力车上的一个驱动轴，多余的功率会储到一个所述飞轮，从而使得所述动力车保持在所述速度范围内，

所述第二巡航部分包括用所述飞轮驱动所述驱动轴。

14.如权利要求13所述的动能混合动力方法，其特征在于，在第二巡航部分操作时，所述动力机构与所述动能混合动力系统互不连接。

15.如权利要求13所述的动能混合动力方法，其特征在于，其中所述动力机构是一燃油发动机。

16.如权利要求13所述的动能混合动力方法，其特征在于，其中所述动力机构是电力驱动的。

17.如权利要求1所述的动能混合动力方法，其特征在于，所述动能混合动力车包括一个无级变速器，且所述无级变速器包含一行星齿轮系，所述行星齿轮系包含有第一端口，第二端口，第三端口，第四端口，和一飞轮，一驱动轴，所述飞轮连接于所述行星齿轮系的第一端口，所述驱动轴连接于所述行星齿轮系的所述第二端口，所述动力源连接于所述第四端口。

18.如权利要求17所述的动能混合动力方法，其特征在于，所述行星轮系进一步包括一个第三端口，所述第三端口连接于所述动能混合动力车的一个第一电机，所述方法进一步包含操作所述第一电机令其作用为一个调速电机，所述调速电机用以在所述巡航状态的所述第一和第二巡航部分中控制所述无级变速器的传动比。

19.如权利要求18所述的动能混合动力方法，其特征在于，其中所述动能混合动力车的一个第二电机连接于所述第四端口，所述第一巡航状态还包含调节所述发动机的一个发动机转矩负载和/或调节连接于所述第四端口的所述第二电机以控制所述发动机的效率。

20.一动能混合动力汽车的动能混合动力系统，其特征在于：所述动能混合动力系统包含：

一行星轮系，所述行星轮系组成一无级变速器并包含有第一端口，第二端口和第三端口；

一飞轮，所述飞轮连接于所述行星轮系的第一端口；

一驱动轴，所述驱动轴连接于所述行星轮系的所述第二端口；

第一电机，所述第一电机连接于所述行星轮系的所述第三端口；

第二电机，所述第二电机连接于所述行星轮系的所述第一端口；及

一燃油发动机，所述燃油发动机跟所述第一端口和所述第三端口其中之一连接。

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