CN1360545A - 混合车辆 - Google Patents

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Abstract

一种作为动力源备有发动机和电动发电机的混合车辆,包括:用来在发动机的输出轴与变速器的输入轴之间自动建立和切断旋转传递的离合器,用来在电动发电机的输入/输出轴与变速器的输入轴之间传递动力的传动机构,以及根据运行条件来使离合器分离并驱动电动发电机的混合控制单元。根据运行条件,可使离合器分离,靠变速器使电动发电机的旋转变速以便驱动车辆,借此扩大电动发电机高效工作区,改善混合车辆降低燃料消耗的效果。

Description

混合车辆
技术领域
本发明涉及作为动力源备有内燃发动机和电动机的混合车辆。
背景技术
在发动机的输出轴与电动发电机连接的并联方式的混合车辆中，有加速时根据需要向电动发电机供给电力而辅助发动机的输出功率，另一方面减速时或制动时停止向发动机的燃油供给，并且使电动发电机作为发电机来工作，把其发生电力用于蓄电池充电者(参照特开平10-295002号公报、特开平10-252517号公报、特开平8-275305号公报)。此外，在串联方式的混合车辆中，仅电动发电机驱动车轮，发动机仅驱动发电机(参照特开平10-313505号公报)。
在前述现有技术的并联式混合车辆中，电动发电机始终与发动机一起运行，也就是说不能停止发动机而仅靠电动发电机的驱动力来行驶。这一点限定能够高效地利用电动发电机的工作区。在把电动发电机与发动机的输出轴或车轮的驱动轴直接连接的结构的混合车辆中，由于电动发电机与发动机或驱动轴之间的转速比是恒定的，所以能够运用的电动发电机受到限定。进而，在前述混合车辆中，由于为了设置电动发电机不得不把飞轮或车轮等制成特别的结构所以成本提高。
发明内容
本发明是一种混合车辆，备有：使输入轴与输出轴的转速比变化，输出轴的旋转传递到车轮的变速器，进行发动机的输出轴与变速器的输入轴的接合/分离的离合器，兼作电动机和发电机的电动发电机，在电动发电机的输入输出轴与变速器的输入轴之间传递旋转的动力传动机构，蓄积供给到电动发电机的电力的蓄电要素，以及根据运行条件使离合器分离而驱动电动发电机的电动机行驶控制机构。
在本发明中，发动机输出轴与电动发电机的输入输出轴经由离合器和变速器连接着。因而，通过使离合器分离，在例如低速低负载的工作区中停止发电机的运行而仅靠电动发电机的动力来进行车辆行驶是可能的，这一点可扩大电动发电机的工作区，实现燃油消耗的降低、动力性能的提高、废气的减少。此外，在本发明中由于可以以任意的速比把电动发电机的旋转传递到车轮的驱动轴，所以可以运用广泛规格的电动发电机。进而，由于没有必要为了设置电动发电机在发动机的飞轮或车轮的驱动系中运用特别的结构所以成本降低。
前述传动机构可以取为使电动发电机的输入输出轴的旋转减速而传递到变速器的输入轴的构成。借此，除了可以减少对能够运用的电动发电机的规格的限制外，更小的电动发电机的运用成为可能。
在本发明的混合车辆中，可以备有在蓄电量处于规定值以上的车辆起步时使离合器分离而驱动电动发电机的电动机起步控制机构，和在蓄电量低于规定值的车辆起步时使离合器接合而驱动发动机的发动机起步控制机构。通过在蓄电量足够的车辆起步时在使离合器分离的状态下驱动电动发电机，从而在起步时停止发动机成为可能，借此可以更加降低噪声和燃油消耗。
在本发明的混合车辆中，可以备有随着车速的上升从使离合器分离而驱动电动发电机的行驶状态切换成使离合器接合而驱动发动机的行驶状态的动力源切换机构。通过随着车速的上升从使离合器分离而驱动电动发电机的行驶状态切换成使离合器接合而驱动发动机的行驶状态，从而足够的输出功率得到确保。
在本发明的混合车辆中，可以备有检测车辆的制动时的制动时检测机构，和在车辆的制动时在电动发电机中进行再生发电的制动时再生控制机构。通过在车辆的制动时在电动发电机中进行再生发电，可以有效地回收车辆的动能，而且减轻制动装置的负担。
附图说明
图1是根据本发明的混合车辆的实施例的概念图。
图2是表示前述混合车辆起步时等的控制内容的程序框图。
图3是表示前述混合车辆加速·常速稳定行驶时等的控制内容的程序框图。
图4是表示前述混合车辆辅助制动时的控制内容的程序框图。
图5是根据本发明的混合车辆的另一个实施例的概念图。
具体实施方式
如图1中所示，车辆的动力传动系备有发动机1，离合器3，手动变速器4。发动机1的输出靠离合器3传递到变速器4的输入轴41，变速器4的输出轴42的旋转从未画出的传动轴经由差速器和驱动轴传递到左右车轮。
发动机1在汽缸内燃烧从燃油喷射泵11所供给的燃油，经由在汽缸中往复运动的活塞旋转驱动其输出轴12。发动机控制单元10根据发动机旋转传感器13的检测信号或来自后述的混合控制单元20的要求信息信号来控制来自燃油喷射泵11的燃油供给量，调节发动机1的发生输出功率。
离合器3靠离合器助力器31来进行发动机输出轴12与变速器输入轴41的接合和分离。离合器助力器31经由与由驾驶员操作的未画出的离合器踏板联动的阀来控制气压并使离合器3分离接合，并且经由根据来自混合控制单元20的信号而动作的未画出的电磁阀来控制气压并自动地使离合器3分离接合。
变速器4通过驾驶员操作变速杆40从而进行变速齿轮的切换。
车辆的动力传动系备有电动发电机2，和把电动发电机2的旋转以规定的转速比传递到变速器输入轴41的减速齿轮装置5。前述减速齿轮装置5相当于本发明的传动机构。
电动发电机2是三相同步电动机或三相感应电动机等交流机，靠逆变器6来驱动。逆变器6连接于蓄电要素7，把蓄电要素7的直流充电电力变换成交流电力向电动发电机2供给，并且把电动发电机2的交流发电电力变换成直流电力向蓄电要素7充电。蓄电要素7可以用根据化学反应的各种蓄电池或电气二重相电容器电池。再者，电动发电机2不限于交流机，也可以取为用直流电动机，靠DC/DC逆变器来驱动的构成。
减速齿轮装置5由连接于电动发电机2的输入输出轴21的驱动齿轮51，连接于变速器输入轴41的从动齿轮53，和啮合于两者的惰轮52来构成。减速齿轮装置5在电动发电机2驱动时把电动发电机输入输出轴21的旋转减速并传递到变速器输入轴41，在电动发电机2再生发电时把变速器输入轴41的旋转增速并传递到电动发电机输入输出轴21。
混合控制单元20具有作为本发明的电动机行驶控制机构、电动机起步控制机构、发动机起步控制机构、动力源切换机构、制动时检测机构、制动时再生控制机构的功能。辅助制动器开关26、非常开关24、油门开度传感器22、离合器3的位置传感器29、变速器4的齿轮位置传感器23、变速器输出轴42的旋转传感器44、变速器输入轴41的旋转传感器54的各检测信号，来自发动机控制单元10的信息信号输入到此一混合控制单元20。油门开度传感器22基于由驾驶员操作的油门踏板的踏下量来检测所要求的负载。离合器3的位置传感器29检测经由离合器助力器31而动作的离合器3的分离接合。若辅助制动器开关26基于由驾驶员操作的手柄位置而接通，则未画出的排气制动器等辅助制动器动作。非常开关24基于由驾驶员操作的手柄位置来切换系统的动作、停止，可以在系统中发生某种异常的场合停止由混合控制单元20对离合器助力器31、逆变器6的控制。
混合控制单元20基于这些信号根据运行条件来控制离合器助力器31、逆变器6的动作，并且向发动机控制单元10输出要求信息信号并控制发动机1的运行。发动机控制单元10和混合控制单元20经由通信线路发送接收信息，相互协调地进行控制。混合控制单元20在车辆起步时和低速行驶时停止发动机1的运行并在使离合器分离的状态下进行驱动电动发电机2的电动机行驶控制。
图2的程序框图表示车辆起步加速时所执行的程序，此一程序在混合控制单元20中每隔一定周期就被执行。首先在步骤1里判定未画出的钥匙开关成为接通的情况，在步骤2里判定蓄电要素7的蓄电量是否为规定值以上。此一规定值作为仅靠电动发电机2起步加速所需的蓄电量预先设定。
在步骤2里判定成蓄电量足够的场合，进到步骤3～8进行靠电动发电机2的起步。也就是说，在步骤3里检测变速杆40的操作，在步骤4里经由离合器3使发动机输出轴12与变速器输入轴41分离，在步骤5里把变速器4切换到起步齿轮位置，进行仅靠电动发电机2起步的准备。接着在步骤6里如果基于油门开度传感器22的检测信号判定成油门踏板已被踏下，则进到步骤7、8以与油门踏板的踏下量相对应的输出功率来驱动电动发电机2。这样一来进行仅靠电动发电机2的动力的起步。
另一方面，在步骤2里判定成在钥匙开关成为接通的阶段里蓄电量不足的场合，进到步骤9～14进行靠发动机1的起步。也就是说，在步骤9里驱动未画出的起动机而起动发动机1。接着在步骤10里检测变速杆40的操作，在步骤11里经由离合器3使发动机输出轴12与变速器输入轴41分离，在步骤12里把变速器4切换到起步齿轮位置，进行靠发动机1起步的准备。接着在步骤13里如果基于油门开度传感器22的检测信号判定成油门踏板已被踏下，则进到步骤14使离合器3接合。这样一来进行仅靠发动机1的动力的起步。
图3的程序框图表示车辆加速·常速稳定行驶时所执行的程序，在混合控制单元20中每隔一定周期就被执行。首先在步骤21里判定成正在仅靠电动发电机2加速的场合，进到步骤22。在步骤22里，基于预先设定的图来判断车速超过规定值而上升的情况，进到步骤23以后的程序从仅靠电动发电机2的行驶切换到靠发动机1的行驶。也就是说在步骤23里起动发动机1，在步骤24里停止电动发电机2的驱动，在步骤25里控制发动机1的运行，在步骤26里使离合器3接合。此一发动机1的动力被传递到车轮的行驶状态下，随着车速的上升变速齿轮位置靠驾驶员的操作来切换。
此外，即使在发动机1运行时，基于预先设定的图，根据旋转传感器54、油门开度传感器22的检测信号来驱动电动发电机2，靠电动发电机2的驱动力来辅助发动机1的驱动力。借此，提高车辆的加速性能、爬坡性能。
图4的程序框图表示车辆制动行驶时所执行的程序，在混合控制单元20中每隔一定周期就被执行。首先在步骤31里判定是否为辅助制动器开关26成为接通的辅助制动时间，进到步骤32判定是否为蓄电要素7的蓄电量小于规定值的能蓄电状态。这里，在辅助制动时且被判定成能蓄电的状态的场合，进到步骤33，进行靠电动发电机2的再生发电，使排气制动器动作。接着进到步骤35，如果判定成车速低于规定值则本程序结束。这样一来在辅助制动时通过在电动发电机2中进行再生发电，从而靠排气制动器的制动效果和电动发电机2再生发电时的制动效果等两方面充分进行减速，同时燃油消耗减少。
此外，在把发动机1的动力经由变速器4传递到车轮的车辆行驶时，如果蓄电要素7的蓄电量降低得超过规定值，则把发动机1的动力经由减速齿轮装置5传递到电动发电机2，把靠电动发电机2发电的电力经由逆变器6供给到蓄电要素7进行充电。在蓄电要素7的蓄电量足够的停车时，停止发动机1，节约燃油消耗。
另一方面，在蓄电要素7的蓄电量降低得超过规定值的停车时，在变速器4处于空挡位置的状态下使离合器3接合，并且运行发动机1，把发动机1的动力经由减速齿轮装置5传递到电动发电机2，把靠电动发电机2发电的电力经由逆变器6供给到蓄电要素7进行充电。
像以上这样，在电动发电机2与变速器4的输入轴41一起一直旋转的状态下与发动机1的旋转传递可以靠离合器3来分离。因此，在低速低负载的运行区中可以停止发动机1的运行而仅靠电动发电机2的驱动力来行驶，因而电动发电机2高效工作的区域扩大。
在不使用电动发电机2的驱动力的行驶时，驾驶员调节发动机1的输出功率，并且进行变速器4的变速而调节车速。在此一场合，没有使变速器4的变速自动化的必要，可以实现产品的成本降低。在电动发电机2既不发生驱动力，也不进行发电的行驶时，电动发电机2与变速器4的输入轴41一起旋转，靠其惯性质量发挥飞轮的功能。
由于减速齿轮装置5可以以任意的减速比把电动发电机2的旋转传递到变速器4的输入轴41的驱动系，所以可以减少对电动发电机2的规格的限制。进而，没有必要在发动机的飞轮或车轮的驱动系中运用用来在动力传动系中设置电动发电机2的特别的结构，因而这些产品的成本可以降低。
图5中示出根据本发明的混合车辆的另一个实施例。对与前述图1的实施例相同的构成部分赋予同一标号来表示。
在此一混合车辆中，备有检测制动器踏板的踏下量的要求制动力检测传感器62，调节车辆的辅助制动器的制动力的制动器操纵机构61，以及根据要求制动力检测传感器62的检测信号来调节车辆的辅助制动器的制动力的制动器操纵机构61。制动器控制单元60和混合控制单元20经由通信线路发送接收信息，相互协调地进行控制。制动器控制单元60根据制动器踏板的踏下经由制动器操纵机构61使辅助制动器动作，并且向混合控制单元20送出靠电动发电机2进行再生发电的指令，根据要求制动力来控制再生发电电力。
在此一场合，可以提高车辆减速行驶时的电动发电机2的再生发电电力，有效地回收车辆的动能，可以减轻辅助制动器的负担。进而，在经由辅助制动器开关26设定成车辆减速行驶时不靠电动发电机2进行再生发电的模式的场合，也可以随着制动器踏板的踏下靠电动发电机2进行再生发电，回收车辆的动能。
混合控制单元20根据制动器控制单元60的要求信号来判定制动条件，根据制动条件来控制靠电动发电机2的再生发电电力，并且在急制动时使离合器3接合而在电动发电机2中进行再生发电，另一方面在缓制动时使离合器3分离而在电动发电机2中不进行再生发电。通过在急制动时使离合器3接合而在电动发电机2中进行再生发电，可以靠发动机1的制动效果和电动发电机2的制动效果两方面充分地进行制动。另一方面，通过使离合器3分离而在电动发电机2中不进行再生发电，可以仅靠电动发电机2的制动效果缓慢地进行制动。结果，扩大在电动发电机2中进行再生发电的区，可以节约燃油消耗。

Claims (5)

1.一种混合车辆，备有：
使输入轴与输出轴的转速比变化，输出轴的旋转传递到车轮的变速器，
进行发动机的输出轴与变速器的输入轴之间的接合/分离的离合器，
兼作电动机与发电机的电动发电机，
在电动发电机的输入输出轴与变速器的输入轴之间传递旋转的传动机构，
蓄积要供给到电动发电机的电力的蓄电要素，以及
根据运行条件使离合器分离而驱动电动发电机的电动机行驶控制机构。
2.根据权利要求1中所述的混合车辆，其中动力传动机构使电动发电机的输入输出轴的旋转减速并传递到变速器的输入轴。
3.根据权利要求1中所述的混合车辆，其中备有在蓄电量处于规定值以上的车辆起步时使离合器分离而驱动电动发电机的电动机起步控制机构，和在蓄电量低于规定值的车辆起步时使离合器接合而驱动发动机的发动机起步控制机构。
4.根据权利要求1中所述的混合车辆，其中备有随着车速的上升从使离合器分离而驱动电动发电机的行驶状态切换成使离合器接合而驱动发动机的行驶状态的动力源切换机构。
5.根据权利要求1中所述的混合车辆，其中备有检测车辆的制动时候的制动时检测机构，和在车辆的制动时在电动发电机中进行再生发电的制动时再生控制机构。
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