CN1073516C - 复合动力系的车辆及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

通过调节一连续可变的传动装置(CVT)(3)的输入速度，可以控制发动机(1)的输出速度达到最佳效率。当功率需求大于发动机(1)所能提供的功率时，从一个由储存在蓄能器(6)中的流体压力来驱动的流体马达(7)向传动系输入附加的能量。当在行驶条件下，处于最佳工作效率下的发动机(1)产生了大于车辆所需的功率时，流体马达(7)反过来作为一个泵来工作，多余的发动机动力被用来驱动泵(7)，并且将能量以流体压力的形式储存在蓄能器(6)中。一CPU(18)将所需的发动机输出功率确定为由一传感器(14)传感的驾驶员对车辆功率的需求与将蓄能器(6)中的压力保持在一个阈值之上而所需的功率增量之和。

Description

复合动力系的车辆及其控制方法
1．发明领域
本发明涉及的是一种独特的汽车复合动力系及其控制方法，该动力系能高效地利用由组装在一起的内燃或外燃发动机所产生的能量。本申请涉及的是用于机动车辆的推进系统。
2．已有技术
汽车使用量的日益增长使得大气中的各种污染物质大大地增加，包括会导致温室效应的二氧化碳。因此，就需要提高汽车动力系的燃油利用效率。现有动力系的平均热效率一般只有10％到15％。
传统的汽车动力系会导致很大的能量损失，在有效地控制排放物方面也存在着困难，而且对提高汽车燃油经济性的潜力方面也有着一定的限制。传统的动力系由一内燃机和一具有多个独立传动比的简单的机械传动装置所组成。由于如下文所述的低效成因，这样一种系统中燃油能量的大约85％到90％都变成热能浪费了。只有10％到15％的能量可以用来驱动车辆，而且这些能量中的很大一部分在制动过程中作为热量散失。
很大一部分能量散失是因为发动机额定功率和平均功率需求之间的匹配关系较差。在某一给定的瞬间加之于发动机的载荷直接取决于在那个瞬间的总的道路阻力，而这个行驶阻力可以在最大和最小值之间变化。为了满足加速需要，发动机必须有比推动车辆所需的平均功率大出好多倍的功率。内燃发动机的效率可随着载荷的变化而变化，当载荷到达峰值附近的较高值时效率较佳，而载荷较低时效率较差。由于在通常驾驶时，发动机的工作基本上在频谱的低端进行，所以在很多时候发动机都必须在很低的效率下工作，尽管有些传统的发动机的效率峰值可以达到35％到40％。
另一个主要的能量损失源是刹车制动。与需要将能量传送到车轮的加速情况相反，制动时需要从车轮上除掉能量。由于一内燃发动机只能产生能量，但并不能将能量加以回收，所以一个传统动力系只是一个单程的能量路径。制动是通过一个摩擦制动系统来完成的，该制动系统会将那些暂时不需要的车辆动能转化成热能。
在一传统的动力系中，由于需要发动机在多种不同的燃烧条件下工作，所以发动机所承受的速度和载荷的大幅度变化还给有效地控制排放带来困难。发动机在较恒定的速度和载荷下工作会使任一排放控制装置变得更为优化，而且发动机的总效率越高，每英里的燃油消耗越少。
传统的动力系对提高汽车燃油经济性的潜力有限，但这不包括可在空气阻力、重量以及滚动摩擦上作出联合改进。这样一些改进只能提高效率，并且同样地适用于改进的动力系。
为了减轻上述的种种低效成因，现已研制出几种复合式的车辆系统。一种复合车辆系统在驱动车辆所需的动力和内燃机产生的动力之间提供了一个“缓冲器”，以缓和发动机经受的能量需求的变化。因为这种缓冲器可以接收和储存从除发动机外的其他能量源来的能量，所以这种缓冲器还可以进行再生制动。一种复合车辆系统的效率取决于它在峰值效率处运行发动机的能力以及缓冲器的容量和效率。典型的缓冲器包括电池、机械飞轮和液压蓄能器。
为了用液压蓄能器来作为缓冲器，要在该系统中结合一个液压泵/马达。该液压泵/马达可以互换地充当泵或马达。作为一个泵，该液压泵/马达采用发动机或“制动”的动力将液压流体泵送到一蓄能器，流体在该蓄能器中相对于一定体积的气体(例如氮气)而被加压。作为一个马达，加压流体经过该泵/马达后得以释放，并产生动力。
有两大类液压复合车辆系统。一类是“串联”系统，它通过一流体能量路径来引导发动机产生的所有能量，因此是流体能量侧经受了变化的道路阻力。因为流体能量路径的效率不敏感于能量需求的变化，并且因为发动机与道路行驶阻力没有联系，从而可以在效率峰值处进行工作或关闭，所以就提高了效率。串联的系统在原理和控制上都比较简单，但是与其它的系统相比，它的效率潜力较小，这是因为必须要将所有的能量都转换成流体能量并且再转成机械动力来推动车辆。它们要达到最佳效率还需要对发动机进行频繁的开/关。另一类是“并联”系统，它是在一个直接的、几乎是传统的机械传动线和一个流体能量路径之间来分隔能量流。因此，便可节省一些在转换成流体能量并且重新返回时所需的能量。这种系统中最通常采用的是一种“帮助驱动”的方式，这里的液压系统主要是用于储存制动的能量并且重新提供它们来帮助车辆进行下一次加速。由于并联系统既需要有一传统的，也需要有一液压的能量路径通向车轮，所以该系统比串联系统复杂并且难以进行平滑地控制。根据特定的设计，串联的和并联的系统都能使发动机的尺寸有所减小，但是该两系统还是倾向于要有一个比较大的发动机。
例如，授予Shiber的美国专利4,223,532(1980年9月23日)中揭示了一种液压的复合传动系统，该系统中采用了两个泵/马达，并且基于一种支持发动机间歇地进行工作的原理。
发明概要
因而，本发明的一个目的在于，提供一种能大大减小车辆的内燃发动机尺寸的复合动力系统。
本发明的又一个目的在于，提供一种能使车辆的内燃发动机在接近效率峰值的情况下稳定工作的动力系统。
本发明还有一个目的在于提供一种复合的推进系统，在该系统中可以将由内燃机产生的不需要的能量储存在一个“缓冲器”中，以用来在(1)当内燃机不能单独地充分提供车辆所需的输出力矩时，以及(2)只需要很低的功率输出而内燃机不能有效工作(例如在交通堵塞时)时，产生驱动力。
本发明的另一个目的在于，提供一种能比以往更为有效地利用内燃机所产生能量的动力系。
本发明还有另一个目的在于，提供一种复合动力系的推进系统，该系统可在保持高效率的情况下，适应道路阻力的极端变化。
本发明提供了一种能满足上述各个目的的独特的“并联”复合推进系统及其工作方法。特别是，本发明的复合动力系车辆包括一个通过可转动地安装于其上的驱动轮而支承在一道路表面上的车辆框架。在该车辆框架上安装着一个主发动机，例如内燃或外燃发动机。该发动机以传统的方式提供输出能量和输出轴。在车辆框架上还安装了一个作为“缓冲器”的能量储存装置，它用来储存和释放制动能量和“过剩”的发动机能量。有一个第一传动系，用来将发动机的能量传递给各驱动轮，该传动系包括一个可连续变化的传动装置(CVT)，该传动装置具有有效直径可变的移动式皮带轮(或者是其它多级变速比的传动装置)。
在较佳实施例中，在流体压力蓄能器和第一传动系之间插入了一个可逆的流体转移装置或“可逆式泵/马达”，以在一第一方式下通过蓄能器的流体压力驱动来将马达的动力输出给第一传动系，并且在一第二方式下作为一泵来工作，由第一传动系驱动并将流体压力储存在蓄能器中。在其它的实施例中，可逆装置可以是例如一蓄电池、发电机/交流发电机、以及一电动机的组合。
一第二传动系用来将能量储存装置连接于第一传动系，从而形成一个“并联”的推进系统。
对该推进系统的控制部分地是由三个传感器来提供的，即一车速传感器、一能量储存传感器(例如一用来传感蓄能器中流体压力的压力传感器)、以及一用来探测驾驶员对车辆的力矩(或动力)需求的力矩(或动力)需求传感器(例如一用来传感“风门”踏板位置或“加速器”踏板下沉度的传感器)。一微处理器包括比较装置，该装置用来将所传感到的储存能量的大小与一个预定的储存能量的最小值作比较，并且在确定所述传感到的值处于或低于所述预定的最小值时产生一个需求信号。该微处理器还包括一力矩输出确定装置，该装置根据需求信号确定一个附加扭矩，并且把传感到的扭矩需求和该附加扭矩之和确定为发动机输出扭矩。微处理器还包括一确定发动机速度的处理器，该处理器根据所确定的发动机输出扭矩和传感到的车速来确定一个最佳效率的发动机速度，并且用来输出指示了所确定的发动机速度的传动信号。一发动机速度控制装置通过改变传动装置的变速比来控制发动机输出轴的转速。在较佳实施例中，这涉及到响应于由确定发动机速度的处理器所输出的传动信号来改变CVT的移动式皮带轮的有效直径。还有一发动机载荷控制装置，它响应所述传动信号，通过控制对所述主发动机的燃油供给而控制发动机的功率。还有一方式控制器使能量储存装置在能量储存和能量释放的方式之间转换。在较佳实施例中，该方式控制器既可响应需求信号而使流体转移装置在第一和第二工作方式之间切换，亦可响应传感到的流体压力来改变流体转移装置的排量。
可选择的是，可在车辆框架上安装一例如是内燃机的副发动机，以在例如需要爬一个特别陡的坡度时提供附加的发动机动力。当在车辆框架上安装了副发动机时，需要在副发动机的输出轴和第一传动系之间插入一个副发动机离合器，以使副发动机的速度能和主发动机的速度相匹配。
本发明的推进系统还可以有选择地包括一插入在传动装置(CVT)和各驱动轮之间的自由轮离合器，以响应一个零能量需求而使各驱动轮和第一传动系脱开连接。
在本发明中，通过传感车速、传感一流体压力蓄能器内的流体压力、以及传感驾驶员对车辆动力的需求来控制推进系统。一可逆的流体排量装置(泵/马达)响应于扭矩需求和在蓄能器中可获得的流体压力而在一泵的方式和一马达的方式之间切换。将传感到的流体压力与一个预定的最小值作比较，在确定了所述传感到的流体压力低于预定的流体压力时产生一个需求信号。根据需求信号来确定一个增加流体压力所需要的附加扭矩，并且将发动机的输出扭矩确定为传感到的扭矩需求和附加扭矩的和。一发动机速度控制器响应一个传动信号，通过改变CVT的一移动式皮带轮的有效直径来控制主发动机的转速。接着，一发动机速度处理器根据所确定的发动机输出扭矩和传感到的车速来确定一个最佳效率的发动机速度，并且输出一个指示所确定的发动机速度的传动信号。响应传动信号，通过控制燃油的供给来控制内燃发动机的输出功率。
与已有技术相反，本发明的系统在主传动系中只需要一个泵/马达，并且可以以这样的一种方式来利用该液压子系统，即，可以采用一个非常小的主发动机并且使该发动机尽可能地保持为开动的状态。
本发明是一个独特的“并联”式系统，但同样也可以以串联的方式来工作。本发明的系统包括一个接近平均功率需求，而不是峰值功率需求的非常小的发动机。液压子系统充当了一个功率调节装置，以“调节”发动机所承受的功率需求。也就是说，该液压子系统的主要目的是，通过在驱动功率的需求较低时对发动机加附加载荷，在驱动功率需求较高或是峰值时提供附加的功率，从而使发动机工作时尽可能接近其峰值效率。在本发明中，一单个的液压泵/马达和一蓄能器可以实现两种功能。为了对发动机施加附加的载荷，使发动机在一个相应于峰值效率的功率水平上运行，而多余的能量通过液压泵/马达(作为一泵来工作)被引入蓄能器，并以非常小的损失储存在蓄能器内。为了输送附加的功率，储存的能量通过液压泵/马达(作为一马达来工作)而被排入到动力系中。
在最简单的构造下，于传动装置和各车轮之间的离合器装置可在不需要从动力系获取动力时，允许进行空转。然而，为了简单起见，在发动机、液压泵/马达以及传动装置之间没有设置离合器。因此，当泵/马达在再生制动过程中为蓄能器充填能量时或者是当通过蓄能器本身来传输很少量的能量时，发动机偶尔也会被带动起来。这样便在动力系上产生了一个会一定程度减低效率的阻力。由于内燃发动机的排量较小而且在该工作方式下的时间量也较小，故与此相关的摩擦损失是比较小的。
本发明包括了至少两种用于液压再生制动的构造。在第一实施例中，首先驱动摩擦制动器，之后再采用液压制动。这种方法减少了控制装置的复杂程度，(这种复杂性原先是为将各车轮的能量平滑地传输出去所需的)，并且在液压系统失效的情况下确保安全。在第二实施例中，首先发生液压制动，而添加摩擦制动来作为后备系统。第二实施例显得更为复杂一些，但是它是较佳的实施例，因为它使得制动的能量得到最大限度的回收。
当从停止状态开始加速时，发动机通过传动系中的非液压部分向各车轮提供动力。如果所需的动力大于发动机所能提供的动力，那么就可以通过充当一马达的泵/马达来提供附加的能量。蓄能器具有足够的尺寸，以将这些附加的能量连续地供给两次或更多次。对再生制动而言，需要有至少能进行一次加速的蓄能器容量。在停止而不能进行再生制动的情况下，则需要有供另一次加速所需的容量作为后备。
当达到惯性滑行速度时，能量需求落到一个较低的水平，因为发动机足够小，能达到相应于平均道路阻力之载荷特性的峰值效率，所以发动机的输出和道路阻力是匹配的。如果为了保持峰值的工作效率而需要更多的能量时，通过充当一泵的泵/马达来充填蓄能器，借以提供附加的载荷。如果蓄能器不能再接受更多的充填，将泵/马达设定为零排量，并且使发动机只在一个降低输出的情况下运行。由于发动机的大小接近于平均动力载荷，所以在惯性滑行的过程中，这种设定下的效率损失非常小甚至于没有。如果载荷非常小，例如在低速、停车和堵车等情况下发生的那样，还可以将发动机关闭，用充当一马达的泵/马达来进行驱动。
当进行制动时，如果在蓄能器中储存着足够的未加使用的容量，那么便可发生再生制动，这时的泵/马达充当一个泵来充填蓄能器。如果在蓄能器中没有留下容量，那么就用摩擦制动。该系统受到控制，因而通常可以获得足够的用于再生制动的容量。
如果在惯性滑行期间需要有一个突然的加速，这可以通过使发动机的输出沿着最佳效率线放提升获得。在到达最大效率的发动机功率输出点时，液压系统被驱动，它通过泵/马达而从蓄能器获取附加的能量。
当汽车在交通堵塞时以一个很低的速度蠕动时，发动机被关闭，用泵/马达和蓄能器来驱动汽车。在这样一种方式下，这要优于单独使用发动机，这是因为一泵/马达甚至可以在很低的速度和很低的能量需求下以一个较佳的效率来工作。
通过正确地选择构件的尺寸并且使控制系统最优化，可以将系统设计成能使各种目标都达到最优。例如，可以减少碰到a)当可以获得再生制动的能量时，遇到完全充满的蓄能器；或b)在没有机会为蓄能器充能时，通过几次快速地加速耗尽蓄能器的能量；这两种情况的机会。
使用一个配有可储存有限能量的蓄能器的小型发动机，在沿着一个坡度上升时会遇到困难。和加速一样，爬一个坡度通常需要有较大的功率输出，但是和加速不同的是，爬一个较长的坡度需要这一功率输出持续较长时间。由于本发明的工作原理是通过一个液压蓄能器来提供加速所需能量中的大部分，因而一个长的坡会在短时间内耗尽蓄能器，而车辆将被留下并不充分的能量。
作为一个需要很大蓄能器容量的变化形式，可以再接入一个第二发动机来补充主发动机和蓄能器输出的能量，并且可持续工作不受时间限制，由于它只被偶尔使用，所以其花费不大而且只要有中等的耐用性即可。
附图的简要说明
图1是一装备了根据本发明第一实施例的复合动力系推进系统之车辆的示意框图；
图2a,2b,2c和2d是图1中所示系统在各种不同的工作方式下，发动机载荷相对于发动机速度的曲线图；
图3是一装备了根据本发明第二实施例的复合动力系推进系统之车辆的示意框图；
图4是一装备了根据本发明第三实施例的复合动力系推进系统之车辆的示意框图；
图5是一装备了根据本发明第四实施例的复合动力系推进系统之车辆的示意框图；
图6是通过一微机来控制根据本发明的一车辆的工作情况的逻辑流程框图。
对各较佳实施例的描述
图1示出了本发明的一个实施例，它适于驱动三到四千磅的车辆。用一个非常小的内燃机1(例如20马力)来为该系统提供能量。能量是沿着构成了一个第一传动系的传动轴2来传递的，并且可以将能量按线路引入到传动装置3，在该实施例中它是一个可连续变化的传动装置(cvt)，或者是被引入泵/马达7(在第二种方式下充当一泵)，或者是引入两者中。泵/马达7是一个可逆的液压转移装置，例如，具有可逆向流动特性的斜盘式液压泵，或者是通过泵体外的阀门来控制反向流动的曲轴液压泵，这样便可在第一方式下充当马达，而在第二方式下充当泵。该泵/马达7具有可变的排量。用引入泵/马达7(充当一泵)的能量来将流体泵送到蓄能器6，使流体B相对于一定体积的气体A加压。被引入传动装置的能量沿着下传动轴9，通过飞轮离合器4后传送到车轮5。泵/马达7是在其第一和第二方式之间切换的，而且它可以响应一个信号FPs而通过一泵/马达控制器20来改变排量。
当车轮5处需要的动力大于由发动机1单独传送的动力时，可以通过泵/马达7(在第一方式下充当马达)来提供额外的能量。在这种方式中，蓄能器6中的加压流体流入泵/马达7(充当一马达)后，产生了沿着传动轴30传递到传动轴2，进而是传动装置3，再是各车轮5的能量。液压蓄能器6、泵/马达7以及轴30构成了一个“并联”于第一传动系的第二传动系。
标号26表示的是一个发动机控制装置，例如一个响应信号Es(它是发动机速度的函数)来控制发动机1的燃油供应的燃油注入泵。信号Es可以由处理器18计算出来，或者可以是直接从一转速传感器40接收到的信号。
用于车辆操纵的控制硬件包括：一车速传感器，例如能探测飞轮离合器4下游的传动轴之转速的转速传感器12；一压力传感器16，它用来探测流体压力蓄能器6中的压力并且相应于探测到的压力而产生一个信号Ps；以及一个功率需求传感器14，例如用来探测“加速踏板”位置的传感器。一第一处理器42接收到由传感器16探测到的相应于流体压力的信号Ps，并且拿探测到流体压力与一个预定的最小流体压力作比较，并在传感压力探测值低于预定之最小流体压力时产生一个需求信号FPs。该需求信号FPs被传送到泵控制器20，使泵/马达7转换成作为泵来进行工作的第二方式，从而使能量在蓄能器6中以流体压力的形式储存起来。
一第二处理器44根据需求信号FPs以及由传感器14探测到的能量需求量和所确定的附加能量之和所确定的发动机输出能量，来确定一个附加的能量。一第三处理器46根据所确定的发动机的总输出功率确定效率最佳的发动机速度，并按传感到的车速来给发动机速度控制器24输出一个指示了所确定的最佳发动机速度的传动信号Ts。控制器24响应信号Ts，通过改变CVT3的皮带轮22的有效直径来调节发动机的速度。处理器42,44和46可以供择地结合成一包括存储器48的单个微处理器18。信号Ts是参考一储存在存储器48内的两维映射来确定的，该两维映射中最佳效率的功率和发动机速度是相并联的。知道了所需的发动机速度和由传感器12传感的车速，就可以计算出信号Ts。该控制系统对下面将要描述的其它实施例也是适用的。
用一个可选择的副发动机10还可以提供另外的储存动力。在这种情况下，可以通过一电控的离合器11来接合，从发动机10来的动力可以通过该离合器送入该系统。副发动机10可以为加速困难和重复的情况，以及为需要连续工作以保持长时间高速和/或坡度较陡的情况提供后备动力。副发动机10和离合器11可以如图所示的那样安装(为传动轴2提供动力)或者是直接向传动轴9提供动力。发动机10可以是电控地启动，而离合器11则响应一信号SEs1而接合，该信号是作为例如探测到的“加速踏板”的位置和探测到的蓄能器流体压力的函数来产生的。离合器11在主发动机的输出速度下接合副发动机。将主发动机1和副发动机10结合起来时，可以把它们看作是一个可排量发动机的功能等效体。
当车轮需要零动力时，车辆便响应从微处理器18来的信号Cs通过脱开自由轮离合器4而成为惯性滑行的方式。在这种方式下，车辆与传动系中的转动摩擦损失便没有关系了，因而车辆的所有动能都可以用来克服滚动阻力和空气阻力。离合器4通常是接合的，只有当传感器14探测到需要有零功率输出时才会脱开。
当驾驶员刹车时，会发生再生制动。动能从车轮5开始，经过离合器4、传动装置3，沿着传动轴2而进入到泵/马达7(充当-泵)。泵/马达7对流体加压，从而将能量以与上述相同的方式储存在蓄能器6中。
通过蓄能器6中的流体压力，可以用以第一方式即以马达方式进行工作的泵/马达7来启动发动机1，因而就不再需要传统的启动马达。
结合图2A-2D可以更清楚地理解本发明的工作情况。在下面的讨论中，术语“最佳效率”指的是速度和负载(即功率)在点A和点B之间的一个范围，在该范围内，发动机1的效率被视作合理地接近其最佳效率。
图2A表示的是图1所示实例中当能量需求大于的发动机1在最佳效率处(点B)之输出能量的那种情况(方式1)下的曲线图。在这种情况下，超过B点的那部分载荷是由泵/马达7(充当一马达)提供的，而发动机1则提供了其余部分。在发动机和泵/马达的轴没有连接的各实施例中，发动机1、泵/马达7和传动装置3的输入轴将以相同的速度工作。可以在不改变这种方式之基本功能的情况下，装入一个离合器装置或一个齿轮减速装置。
图2B示出了图1中系统在方式2下的工作情况，即当发动机1的能量需求处于最佳效率范围内(在功率水平线A和B之间)时的情况。发动机1的能量需求取决于微处理器18，该微处理器考虑了驾驶员14的能量需求以及是否需要对蓄能器6提供能量或者是从中抽取能量。如果不需要再补充蓄能器6，那么所有的动力都由发动机1来提供，而泵/马达7则通过控制器20而处于零排量位置(即，空档位置)，在这个位置上，它既不向蓄能器6泵送流体，也不为系统提供能量。
图2C示出了发动机1可以满足驾驶员之能量需求的情况，并具有需要(蓄能器的能量已经到达一个预定的最小水平，但是发动机1可以在最佳的功率水平点(b)上进行工作)，或要求(即，需要发动机在所示的驾驶员能量需求点(a)上以最佳效率进行工作)补充蓄能器(方式3)。当用图2C中的点(a)或(b)来表示克服道路行驶阻力的需求时，发动机的功率输出是沿着最佳效率线增加的，一直到可产生足够剩余功率的那一点，这里由点(c)来表示。剩余功率不是用来克服道路行驶阻力的，它被供给到泵/马达7(充当-泵)，该泵/马达将这些剩余功率储存在蓄能器6中以用于将来的方式1或方式4的情况。
图2D示出了方式4，其中经受的是一个通常较小的道路行驶阻力。在这种情况下，发动机不能以可接收的效率来提供这样小的一个功率，而且在蓄能器6中存在相当大的压力。流向发动机的燃油流体被关掉，而由泵/马达7(充当-马达)来提供动力。
可以把再生制动看作是方式4(图2D)的一个延伸，方式4中的能量需求量为零，而车辆必须以一个大于滚动阻力和空气阻力的速度来减速。驾驶员驱动制动装置，该制动装置再驱动泵/马达7(充当-泵)，该泵/马达如前所述的那样利用从传动轴2、传动装置3和下传动轴9传递而来的车轮动能来对流体进行加压。这将会导致一个类似于摩擦制动而引起的减速现象，但是能量被储存起来而不是被抛弃。
图3中示出了一个变化型的实施例，它适用于希望进行更大范围停车和行驶的情况。在连续的停车和行驶的情况中，执行了这样一种方式，即，泵/马达在没有发动机帮助的情况下直接驱动车辆。在这种情况下，于发动机1和泵/马达7之间设置了一个离合器8，用以在这种方式下使发动机1脱开连接，并且防止与发动机1运转有关的摩擦。
图4中还示出另一个实施例，其中在传动装置和各车轮之间设置了一第二泵/马达13。这样的构造可以使再生的制动能量通过第二泵/马达13直接传递到蓄能器6，从而避了在通过传动装置3的过程中发生的摩擦损失。如果当第二泵/马达13处于空档位置时其阻力十分小的话，该第二泵/马达13可以在所有的驱动方式下都处在直接连接于车轮传动轴9的线路上。为了消除这种“空档”阻力，可以在第二液压泵/马达13和车轮驱动轴9之间加上一个离合器。因为该第二泵/马达13还可以在加速和惯性滑行的情况下为车轮提供动力，因此它可让第一泵/马达7的尺寸减小。小尺寸的泵/马达7可使这两套泵/马达可选择地运行，因而可以使所选定的马达与车轮所需的功率更好的匹配，从而提高平均效率。这对于在市区内的驾驶尤为重要，因为在市区内，较低而且是平缓的加速是经常的驾驶方式，与一个大型的泵/马达相比，一个小型泵/马达7可以为主发动机1更有效地补充小的功率增量。添加第二泵/马达13可以应付加速率很高和很急剧的情况，扩大了的等级还可以使传动装置大大减小，而这对于CVTs是特别重要的。在爬陡坡时，可以驱动发动机10，并将泵/马达7当作一个泵来驱动被当作一马达的泵/马达13。或者，可以将一泵连接于发动机10，除去离合器11，通过作为一马达的泵/马达13来提供维持动力。
图5中示出了另一个实施例，它包括直接接合于驱动轴9的第二发动机10，它处在自由轮离合器4的上游或下游，而不是如图1,3和4中各实施例那样处在主发动机1的后面。这种配置可使第二发动机10所产生的能量直接传递到车轮5，从而避免了在该传动线的上游构件中所引起的能量损失，并且可以用一个比较小的传动装置3，而且如果连接在下游的话，还可以用一个比较小的自由轮离合器4。在这两个位置上，第二发动机10均可为不同的目的来提供动力，这些目的包括但是不限于：为持续的爬坡提供附加的功率，在加速特别困难的时候提供附加的加速功率，在蓄能器耗尽的情况下提供紧急的能量，为使蓄能器或泵/马达的尺寸减小而对正常加速提供后备动力，为了使选定发动机的尺寸和克服道路行驶阻力的需求匹配得更好而提供可选择的运行。
图3所示的实施例有这样一种改进的可能，即，去掉传动装置3，并且通过适当地使用自由轮离合器4而藉泵/马达7来启动车辆。
图4所示实施例有这样一种改进的可能，即，去掉传动装置3(和可选择的离合器12)，并且在泵/马达13和车轮驱动轴9之间添加一个离合器。该车辆可以由泵/马达7(保留离合器8)或者是泵13来驱动。当速度在一特定的最小值(例如每小时20英里)之上时，发动机1被接合，并且直接为轴输出能量，其运行如前所述。这种构造可以消除由于蓄能器的压力耗尽而造成的危险。
下面将结合附图中的图6来描述通过微处理器18来控制逻辑流程的情况。图6示出了一个通过微处理器或计算机单元18来控制流程的流程图。在步骤S1处，根据从制动传感器50来的关于制动器是否被接合的信号来作出决定。如果制动器已被接合(Y)，那么发动机1便被关停或者是脱开连接，以使充当泵的泵/马达7运行而进行再生制动，将制动的能量转化成储存在蓄能器6中的压力能。在步骤S2处确定除了再生制动之外是否还需要其它制动。如果需要，可以结合使用摩擦制动。在步骤S3处，根据从传感器14来的信号确定驾驶员是否需要动力。如果不需要动力，程序继续进行到步骤S4，在这里，拿蓄能器压力(它作为从传感器16传过来的信号的函数)与一个预定的最小值作比较，如果蓄能器的压力在该最小值之下，那么发动机就保持运行，而泵/马达7作为一个泵来工作，将发动机的能量转化成流体压力形式的能量储存起来。如果步骤S4处的压力比较的结果是传感到的流体压力在预定的最小值之上，那么就关停或者是脱开发动机，并且使该控制流程重新开始。如果在步骤S3处驾驶员确定需要动力，那么该控制流程就继续进行到步骤S5，在那里确定对于所需的功率输出和车速发动机是否在最佳效率下进行工作。这个确定是参考储存在存储器48中的一个发动机输出扭矩(即载荷)相对车速的曲线图上的一用于最佳效率的映射或曲线(该曲线上的每一个点都代表一个特定的能量水平)而作出的。如果在步骤S5处确定了发动机1是在一个最佳效率的范围内工作，那么控制流程就继续进行到步骤S6，在那里确定传感到的流体压力是否处于或者是高于一个预定的非常高的流体压力值。如果在步骤S6中发现流体压力高于一个预定的非常大的值，驾驶员所要求的动力便由作为一马达的泵/马达7来供给，这时的泵/马达是依靠蓄能器6释放出来的流体压力能还工作的。如果蓄能器或流体的压力并未达到预定的很高的值，那么该控制流程便会进行到步骤S7，在那里拿传感到的流体压力与预定的非常低的值作比较，如果它低于这个预定的较低值，流程就进行到步骤S8，在那里确定是否可以获得附加的发动机动力，如果可以获得附加的发动机动力，那么这种附加的发动机动力便通过作为一泵的泵/马达7的工作而成为附加的流体压力能储存在蓄能器中。如果在步骤S7中传感到的流体压力不在预定的很小的值之下，或者是在步骤S8中确不能提供发动机动力，那么该控制流程便会返回到起点。如果在步骤S5处确定了发动机1不在一最佳的效率范围内工作，那么控制流程便会进行到步骤S9，在那里确定发动机是否在低于最佳效率的范围内工作。如果在步骤S9处作出的确定是正的，那么流程便会进行到步骤S10，在那里拿传感到的流体压力与一个预定的低流体压力值作比较，如果它低于这个预定的低的流体压力值，那么发动机的功率便增加，而且泵/马达7作为一个泵来工作以增加蓄能器6之中的压力。如果在步骤S10处确定了蓄能器的压力不“低”的话，便可通过驱动动力系来满足能量需求，这时的泵/马达7是作为一马达来工作，它是由蓄能器6所释放的流体压力来驱动的。
如果在步骤S9处确定了发动机不是在最佳效率范围之下工作，也就是说在最佳效率范围之上工作，那么程序便会进行到步骤S11，在那里拿传感到的流体压力与一个预定的“非常低”的流体压力值作比较。如果在步骤S11中发现流体压力值低于预定的“非常低”的流体压力值，那么副发动机10便开始启动，离合器11(在图1的实施例中)被接合，因而两个发动机便串联起来工作以驱动车辆。如果在步骤S11处的确定是正的，那么程序便会进行到步骤S12，在那里确定是否需要更多的能量。如果确定需要附加的能量，那么泵/马达7便作为一马达来工作以提供附加的能量。如果在步骤S11处确定传感到的流体压力高于预定的“非常低”的流体压力值，那么副发动机便不会启动，车辆由主发动机1和作为一马达进行工作的泵/马达7驱动。
图6中的注释如下：
(1)设定可连续变化的传动(CVT)比率和液压泵的排量，以达到所需的制动程度，直到车轮打滑为止。
(2)设定CVT比率以达到最佳的发动机速度/功率。
(3)设定CVT比率和液压马达排量，以达到最佳效率的功率。
(4)设定CVT比率以达到最大功率的发动机速度。
在不偏离本发明的精神和重要特征的情况下，还可以对本发明作出各种特别形式的实施例。因此，应该将现在的各实施例看成是描述性质的，而不是想有所限制，本发明的保护范围应由所附权利要求来限定而不是由前述的说明书来限定，在权利要求的含义和等价变换的范围内作出的所有变化都应落入本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1．一种复合动力系的车辆，包括：
一车辆框架；
可转动地安装在所述车辆框架上的诸驱动轮；
一主发动机，它被安装在所述车辆框架上，用于在一输出轴上提供发动机动力；
能量储存装置，它被安装在所述车辆框架上，用于储存和释放由所述主发动机产生的能量；
用来将所述发动机动力传递给所述诸驱动轮的第一传动系装置，所述第一传动系装置包括一具有可调节的速度输入和输出的传动装置；
可逆装置，它可在所述第一方式下工作，通过所述发动机的转动被驱动，并将发动机动力传递给所述能量储存装置，或者在一第二方式下充当一马达工工作，将所述储存的能量从所述能量储存装置传递给所述第一传动系；
第二传动系装置，它并联于所述第一传动系的至少一部分，并将所述可逆装置连接于所述第一传动系装置，在所述第二方式下将所述储存能量传递给所述第一传动系装置，并在所述第一方式下将所述发动机的转动传递给所述可逆装置，从而使所述发动机动力的一部分传送给所述能量储存装置，同时将所述发动机动力的剩余部分传送给所述诸车轮；
用于传感车速的车速传感装置；
用于传感储存在所述能量储存装置中的能量大小的储存能量传感装置；
用于传感车辆驾驶员对能量需求的能量需求传感装置；
比较装置，它用来将所述传感到的储存能量的大小与一个预定的储存能量的最小值作比较，并且在确定所述传感到的量低于所述预定的量时产生一个需求信号；
功率输出确定装置，它用来根据所述需求信号确定一个功率附加增量，并且把传感的功率需求和功率附加增量之和确定为发动机输出能量；
发动机速度控制装置，它响应一个传动信号来改变所述传动装置的输入速度，借以控制所述输出轴转速；
发动机速度确定装置，它根据所述确定的发动机输出能量和所述传感到的车速来确定一个最佳效率的发动机速度，并且用来将指示所确定的发动机速度的传动信号输出给所述发动机速度控制装置；
发动机载荷控制装置，它响应所述传动信号，通过控制对所述主发动机的燃油供给而控制所述发动机功率；
方式控制装置，它用来使所述可逆装置响应需求信号而在所述第一和第二方式之间转换。
2．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，它还包括：
一副发动机；
一副发动机离合器，它响应传感到的功率需求而使所述副发动机的输出轴连接于所述第一驱动装置。
3．如权利要求2所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述比较装置将传感到的功率需求与所述主发动机的一个预定的最大值作比较，并且产生一个启动所述副发动机的命令信号，而当所述传感到的功率需求超过所述预定的最大值时接合所述副发动机离合器。
4．如权利要求3所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述命令信号只是在确定了所述传感到的储存能量的量低于所述预定量时才会产生。
5．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，它还包括插入在所述传动装置和所述驱动轮之间的自由轮离合器，它响应一个指示了传感到的零功率需求的信号而使各驱动轮与所述第一传动系脱开。
6．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，它还包括一个存储器，该存储器储存了一与所述最佳发动机速度和发动机输出功率的值相关的映射；其中
所述发动机速度确定装置为所述映射施加了所述确定的发动机输出功率和所述传感到的车速，以确定最佳效率的发动机速度。
7．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述能量储存装置是一流体压力蓄能器，它被安装在所述车辆框架上，用于储存和释放流体压力。
8．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述第一传动系装置包括一具有至少一个有效直径可变的皮带轮的连续可调节传动装置。
9．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述可逆装置是可逆流体转移装置，它在所述第一方式下作为一马达工作并通过所述蓄能器释放的流体压力来流体地驱动，以将马达的能量输出到所述第一传动系，或者是在一第二方式下通过所述第一传动系，由所述发动机的转动来驱动而作为一泵工作，以储存所述流体压力能。
10．如权利要求9所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述第二传动系装置将所述流体转移装置连接于所述第一传动系装置，它用来在所述第一方式下将所述马达的能量传递给所述第一传动系装置，并在所述第二方式下将所述发动机动力传递给所述流体转移装置。
11．如权利要求7所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述储存能量传感装置是用于传感车速的车速传感装置。
12．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述发动机速度控制装置可响应一个传动信号来改变所述皮带轮的有效直径，借以控制所述输出轴转速。
13．如权利要求1所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述方式控制装置可响应传感到的流体压力来改变所述流体转移装置的排量。
14．如权利要求1-13中任一项所述的复合动力系车辆，其特征在于，它还包括：
一副发动机；
一副发动机离合器，它响应传感到的功率需求而使所述副发动机的输出轴连接于所述第一驱动装置。
15．如权利要求14所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述比较装置将传感到的功率需求与所述主发动机的一个预定的最大功率作比较，并且当所述传感到的功率需求超过所述预定的最大值时产生一个启动所述副发动机并连接上所述副发动机离合器的命令信号。
16．如权利要求15所述的复合动力系车辆，其特征在于，所述命令信号只是在确定了所述传感到的流体压力低于所述预定的流体压力时才会产生。
17．如权利要求7-13中任一项所述的复合动力系车辆，其特征在于，它还包括一插入在所述传动装置和所述驱动轮之间的自由轮离合器，它响应一个指示传感到零功率需求的信号而使各驱动轮与所述第一传动系脱开。
18．如权利要求7-13中任一项所述的复合动力系车辆，其特征在于，它还包括一个存储器，该存储器储存了一个与所述最佳发动机速度和发动机输出功率的值相关的储存映射；其中
所述发动机速度确定装置为所述映射施加了所述确定的发动机输出功率和所述传感到的车速，以确定最佳效率的发动机速度。
19．一种用来控制装备有复合动力系推进系统之车辆的方法，所述系统包括诸驱动轮、可逆驱动装置、一用来旋转地驱动所述各驱动轮和同时并联地驱动所述可逆驱动装置的主发动机、用于储存由所述主发动机产生之能量的能量储存装置、一具有可调节的速度输入和速度输出的传动装置、以及用来改变所述传动装置之输入速度的发动机速度控制装置，所述方法包括如下步骤：
传感所述车辆的速度；
传感所述能量储存装置内所储存能量的量；
传感驾驶员对车辆功率的需求；
通过该可逆驱动装置从能量储存装置传送能量，利用作为一马达的可逆驱动装置，响应一指示了一高于主发动机之输出功率的需求功率的信号来驱动所述诸驱动轮；
同时，(1)利用所述可逆驱动装置，响应一个传感到的低于一预定值的储存能量的数量，将主发动机输出能量的一部分传递给所述能量储存装置，以及(2)将主发动机输出能量中的剩余部分传递给各驱动轮；
将传感到的储存能量的数量与一个预定的最小值作比较，并且在确定了所述传感到的储存能量的数量低于所述预定的最小值时产生一个需求信号；
根据需求信号来确定一个附加的输出功率，并且将发动机的功率确定为传感到的功率需求与附加输出功率的和；
响应一个传动信号，通过改变传动装置的输入速度来控制主发动机的转速；以及
根据所确定的发动机输出功率和传感到的车速来确定一个最佳效率的发动机速度，并且根据所确定的发动机速度来输出传动信号。
20．如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述推进系统包括一个存储器，它储存了与所述最佳发动机速度和所确定的发动机输出功率的值相关的第一映射，以及一与车速和所述传动信号值相关的第二映射，每个所述传动速度都表示一个为达到最佳的发动机速度的传动速度(变速)比；其中
通过对所述映射施加所确定的发动机输出能量和一传感到的车速来确定最佳的发动机速度，以对所述确定的发动机输出功率和所述传感到车速选择一个最佳效率的发动机速度，并且设定所述传动信号。
21．如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述能量储存装置是用于储存流体压力的蓄能器。
22．如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述传动装置具有一有效直径可变的移动式皮带轮，以及用来机械地移动皮带轮以改变其有效直径的控制器。
23．如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述可逆装置是可逆流体转移装置，它在所述第一方式下作为一马达工作并通过所述蓄能器释放的流体压力来流体地驱动，以将马达的能量输出到所述第一传动系，或者是在一第二方式下通过所述第一传动系，由所述发动机的转动来驱动而作为一泵工作，以储存所述流体压力能。
24．如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述传感储存能量的步骤就是传感所述蓄能器内的流体压力。
25．如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括：将所述流体压力泵送到所述蓄能器，响应一个传感到的低于一预定值的流体压力，利用所述主发动机输出功率中的一部分来驱动作为一泵的可逆流体排量装置。
26．如权利要求22所述的方法，其特征在于，可通过改变移动式皮带轮的有效直径来控制主发动机的转速。
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