CN204506885U - 用于hev/phev车辆的动力系统 - Google Patents

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安德鲁·弗兰克
林湛桥
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高效动力传动系统公司
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Abstract

本申请公开了用于单电机双离合混合动力车的动力系统结构。一种动力系统,包括:原动机;电机-发电机,所述电机-发电机通过第一离合器机械耦合至所述原动机;变速箱,所述变速箱通过第二离合器机械耦合至所述电机-发电机;电池,所述电池电耦合至所述电机-发电机,所述电池能够为所述电机-发电机提供电能;以及控制器,所述控制器能够为所述原动机、所述第一离合器、所述电机-发电机、所述第二离合器和所述变速箱提供控制信号以使所述控制器能够动态地实现多种工作模式。HEV或PHEV的变速箱以及车辆所用的手动控制模式被用于优化取自车外来源的任何一种能量源的动力、效率和使用情况。在PHEV的情况下,这些能源可以是存储在高压电池中的电能或存储在燃料箱中的含碳燃料。

Description

用于HEV/PHEV车辆的动力系统
[0001] 本申请是申请日为2014年2月7日、申请号为201420058967.0、实用新型名称为“用于单电机双离合混合动力车的动力系统结构”的实用新型申请的分案申请。
[0002] 相关申请的交叉引用
[0003] 本申请是以下美国专利申请的部分继续(CIP)申请并要求以下申请的优先权益:(1)2013年6月10日提交的申请号为13/914,295且发明名称为“FOUR WHEEL POWERTRAINCONFIGURAT1NS FOR TWO-MOTOR, TWO-CLUTCH HYBRID ELECTRIC VEHICLES” 的美国专利申请;(2)2013年2月8日提交的申请号为13/762,731且发明名称为“SYSTEMS AND METHODSFOR IMPLEMENTING DYNAMIC OPERATING MODES AND ⑶NTROL POLICIES FOR HYBRIDELECTRIC VEHICLES”的美国专利申请;(3)2013年2月8日提交的申请号为13/762,860且发明名称为 “POWERTRAIN CONFI⑶RAT1NS FOR TWO-MOTOR, TWO-CLUTCH HYBRID ELECTRICVEHICLES”的美国专利申请,因此通过引用将上述所有的专利申请并入本申请。
技术领域
[0004] 本申请涉及混合动力车,尤其涉及用于单电机双离合混合动力车的动力系统结构(或配置)。
背景技术
[0005] 在电动车(EV)、混合动力车(HEV)和插电式混合动力车(PHEV)领域内,已有很多可行的能够实现多种工作模式的动力系统(powertrains)。例如,仅在HEV领域内,HEV动力系统可以被构造用于实现串联、并联、串并联的工作模式。另外,这些模式中有一些可以被构造为根据不同的策略例如电量保持、电量消耗等来工作。
[0006] 这些不同的模式和策略提供了一些优点,例如电动行驶里程扩展、车辆对驾驶员输入的响应性、燃料效率、内燃机(ICE)在其理想工作曲线(1L)上运行。希望拥有一种在可能有的不同行驶状态期间以及在可能采用的不同策略下能够根据期望的行驶或驱动特性量度譬如燃料效率、行驶里程扩展、高效的电池使用等实现上述多种模式的单一动力系统。
[0007]另外,还希望拥有一种混合动力的动力系统结构,其具有跟常规载客车和轻型到重型载重卡车结构所用的基本相同的形状因子(form factor)。在此情况下,可以通过替换而无需代价高昂地改造生产线来降低生产高级混合动力车的成本。
实用新型内容
[0008] 以下给出本实用新型的简要概述,目的是为了提供对本文所述某些应用的基本理解。本概述并非是对要求保护的主题内容的详尽综述。本概述既不是意在明确要求保护的主题内容的关键或决定性要素,也不是意在限定本主题实用新型的保护范围。本概述的唯一目的是以简化的形式给出要求保护的主题内容中的一些概念以作为随后给出的更详细说明的序g。
[0009] 本申请的一些实施例提供了用于混合动力车(HEV)和插电式混合动力车(PHEV)的动力系统(powertra in)结构。在一个实施例中,一种动力系统包括:原动机(primemover);电机-发电机(electric motor-generator),所述电机-发电机通过第一离合器机械耦合(或连接)至所述原动机;变速箱,所述变速箱通过第二离合器机械耦合至所述电机-发电机和/或原动机;电池,所述电池电耦合至所述电机-发电机,所述电池能够为所述电机-发电机提供电能;以及控制器,所述控制器能够为所述原动机、所述第一离合器、所述电机-发电机、所述第二离合器和所述变速箱提供控制信号以使所述控制器能够动态地实现多种工作模式;其中进一步地所述多种工作模式包括一种分组,所述分组包括:自动模式、EV模式、并联混合动力模式、待机再充电模式和ICE模式。在某些实施例中,车辆以及HEV或PHEV的变速箱所用的手动控制模式可以被用于优化取自车外来源(off-boardsources)的任何一种能量源的动力、效率和使用情况。在PHEV的情况下,这些能量可以是存储在高压电池内的电能或存储在燃料箱内的含碳燃料。
[0010] 在另一些实施例中,动力系统进一步包括壳体,其中包含有动力系统的至少两个或多个部件。一个这样的壳体被机械装配至车辆并且为动力系统的至少一个或多个部件提供壳体。这样的壳体可以为这些动力系统的部件提供环境保护、震动保护、电磁干扰保护。
[0011] 在结合本申请内提供的附图阅读时在以下的具体实施方式中给出本系统的其他特征和应用。
[0012] 附图简要说明
[0013] 参照附图示出了示范性的实施例。应该理解本文公开的实施例和附图应被视为说明性而非限制性的。
[0014] 图1A至ID示出了根据本申请的原理实现的用于混合动力车(HEV)和插电式混合动力车(PHEV)的单电机(single motor)动力系统的各种可行实施例。
[0015] 图2示出了根据本申请的原理实现的用于控制HEV和PHEV所用动力系统各种实施例的控制算法的一个可行实施例。
[0016] 图3是用于在驱动模式之间转换的控制方法的一个实施例。
[0017]图4示出了用于模式转换的可行动态特性的一种示范性曲线图。
[0018] 图5是根据本申请的原理实现的用于针对HEV和/或PHEV内的变速箱推荐换档的方法的一个可行实施例。
[0019] 图6示出了包括简化离合器的动力系统架构的一个可行实施例。
具体实施方式
[0020] 如本文中所用的术语“控制器”、“系统”、“接口”等意在表示跟计算机相关的实体,例如硬件、(譬如运行中的)软件和/或固件(firmware)。例如,控制器可以是处理器上运行的进程、处理器、对象(objects)、可执行文件或客体,程序和/或计算机。举例来说,服务器上运行的应用程序和服务器都可以成为控制器。一个或多个控制器可以驻留在一个进程内并且一个控制器可以集中于一台计算机上和/或分布在两台或多台计算机之间。
[0021] 参照附图介绍要求保护的主题内容,其中相同的参考数字始终被用于表示相同的构件或元素。在以下的说明内容中,为了便于解释,阐述了很多具体的细节以提供对本主题实用新型的全面理解。然而应该显而易见的是要求保护的主题内容无需这些具体细节也能实现。在其他的情况下,为了便于介绍本主题实用新型而以框图的形式示出了公知的结构和装置。
[0022] 前言
[0023] 在以下共同拥有的专利申请中介绍的动力系统(powertrain)结构包括内燃机(ICE)或某种其他合适的原动机(例如燃料电池、氢发动机或任意其他已知的发动机和用于驱动它的可使用燃料)以及两台电机和双离合器来实现多种工作模式:
[0024] (1)2013年2月8日提交(代理人案号ED1-1201,申请号13/762,731)的公开号为2014XXXXXXX且发明名称为“SYSTEMS AND METHODS FOR IMPLEMENTING DYNAMIC OPERATINGMODES AND CONTROL POLICIES FOR HYBRID ELECTRIC VEHICLES” 的美国专利申请;
[0025] (2) 2013年2月8日提交(代理人案号ED1-1202,申请号13/762,860)的公开号为 2014XXXXXXX 且发明名称为 “POWERTRAIN CONFI⑶RAT1NS FOR TWO-MOTOR, TWO-CLUTCHHYBRID ELECTRIC VEHICLES”的美国专利申请;以及
[0026] (3) 2013年6月10日提交(代理人案号ED1-1202CIP,申请号13/914,295)的公开号为 2014XXXXXXX 且发明名称为 “FOUR WHEEL DRIVE POWERTRAIN CONFIGURAT1NS FORTWO-MOTOR, TWO-CLUTCH HYBRID ELECTRIC VEHICLES” 的美国专利申请;
[0027] 在此通过全文弓I用将上述所有专利文献的内容并入本申请。
[0028] 尽管这些动力系统(powertrain)设计可以包括一台ICE和两台电机,但是可能需要使用更加简单(并且也许是更加便宜)的动力系统结构,其可以包括单台ICE、可通过双离合器致动以跟变速箱一起工作的单台电机(electric motor)。
[0029] 对于本文中的若干可选实施例,本文提供的动力系统结构包括多个部件,其可以进一步包括混合动力车(HEV)和类似的插电式混合动力车(PHEV)的物理动力系统。例如,在很多实施例中可以包括汽油发动机或者可选地包括燃料电池或用某种形式的燃料(例如气体或液体等)运行的某种其他的原动机(Primer Motor-PM)。另外还可以有一台或多台电机(Electric Motor-EM或Μ)以通过存储在电池、电容、超级电容等内的电能提供原动力。
[0030] 通过这种更加简单的动力系统设计,仍然需要实现尽可能多的混合动力驱动模式,由此实现车辆驾驶员可能需要的宽范围的燃料经济性和性能特征。
[0031] 物理布局:
[0032] 图1A是可以适用于本申请用途的动力系统架构的一个可行实施例。正如在图1A的实施例中可以看到的那样,动力系统10a的部件可以彼此机械地串联连接。扭矩可以通过轴(例如108)来传输,轴将一个部件和下一个部件耦合或连接。部件连接链可以如下所示:内燃机(ICE) 102、离合器(Cl) 103、电机(EM) 104、离合器(C2) 105并且最后还有变速箱106。
[0033] 变速箱输出可以是轴108,其输出以一最终传动比连接至驱动轴/差速器110,由此最终将牵引设备连接至车辆车轮(114a和114b)。两个离合器可以都是干式离合器、湿式离合器或本领域已知的任何其他的离合器。离合器Cl由控制器/动力系统控制单元(PCUU16控制。离合致动器可以用多种方式提供动力包括:电动液压、气动伺服、电磁等。
[0034] 控制器/P⑶116可以包括一个或多个处理器以及其中能存储计算机可读取指令的计算机可读取存储器。控制器在读取这些计算机可读取指令的同时可以(如图1A所示)向动力系统的各种部件发送控制信号。另外,控制器可以从接收输入信号(例如从可驻留在全部或若干动力系统部件内的传感器接收输入信号)。这样的信号可以包括但不限于:车速、充电状态(SOC)、电池健康状态、轴转速、扭矩、温度(例如各种部件的外部温度和工作温度)。另外,控制器116可以接收驾驶员输入信号107a(制动踏板)、107b (加速踏板)和107c(离合器踏板)。控制器116还可以从其他来源,车辆外部或内部接收另外的信号101。
[0035] 驾驶员接口 117可以通过多种显示屏、计量仪表和传感器向驾驶员提供车辆状态。例如,可以通过任何已知的装置向驾驶员提供车速、扭矩、S0C、可用的燃料水平、驾驶时间效率指示、变速箱档位和很多其他的状态信息。
[0036] 除了向驾驶员提供状态和信息以外,驾驶员接口 117可以可选地为驾驶员提供输入期望驾驶特性和/或模式的方式。例如,驾驶员接口 117可以是允许驾驶员强制让传动系统进入某些模式例如EV模式的模块。这可能是垃圾车、多用途车、运货车以及可能需要体现驾驶风格(例如在居民区,一种模式可以比另一种模式更加安静并且排放的污染物更少)的任何其他车辆的驾驶员所需要的。在另一个实施例中,在一些情况下,应该可行的是用改变或自动改变循环来实现禁用强制模式,例如在SOC为临界低值或者有特定故障指示的情况下。还可能也需要在行驶周期内的某些时间点禁用待机再充电。除了接收驾驶员输入以外,驾驶员接口可以可选地根据算法(例如根据某些驾驶/车辆特性、车速、扭矩、SOC等,和/或可能的故障状态)确定的驾驶车辆的潜在优化方式向驾驶员提供驾驶、模式和/或换档推荐。
[0037] 动力系统10a还可以包括(例如任何类型和已知或未知的技术的)电池118、壁式充电器120(结合插头以从未示出的外部来源充电)、(本领域已知的)电池管理系统122。ICE和EM都可以分别拥有独立的控制器126和124,这些控制器也可以跟控制器116通信。
[0038] 在几个实施例中,变速箱106可以包括用于从ICE和/或EM向差速器110输送动力,沿轴杆112传送动力,以驱动车轮114a和114b的驱动轴108。应该意识到动力系统可以根据需要被设置用于后轮驱动、前轮驱动和/或全轮驱动。
[0039] 图1B至ID示出了根据本申请的原理实现的HEV和PHEV动力系统(100b,10c和10d)的不同实施例。图1B示出了装有手动变速箱106的一个实施例,手动变速箱106可以由驾驶员用手动换档器140控制。控制线路(或连接)可以根据需要在换档器140、控制器116和手动变速箱106旁边或之间延伸(或布置),以实现所需的车辆控制。
[0040] 图1C示出了装有自动变速箱106的一个实施例,自动变速箱106可以通过PRNDL换挡杆150来控制。控制线路(或连接)可以根据需要在换挡杆150、控制器116和自动变速箱106旁边或之间延伸(或布置),以实现所需的车辆控制。
[0041 ] 图1D示出了装有无级变速箱106的一个实施例,无级变速箱106可以通过PRNDL换挡杆160控制。控制线路(或连接)可以根据需要穿过并且延伸在换挡杆160、控制器116和无级变速箱106旁边或之间延伸(或布置),以实现所需的车辆控制。
[0042] 其他的动力系统实施例
[0043] 在几个可选实施例中,第二离合器C2可以通过P⑶116控制或者(例如像在手动变速箱中那样)通过由驾驶员操作用于离合器踏板的机械联动装置控制。如果C2由PCU控制,那么可以安装配备有位置传感器的电子踏板来代替传统的离合器踏板。这种实施方式被称作“线控离合器”并且跟C2的传统机械联动装置相比可以提供用于驾驶员操作离合器踏板的若干优点。在某些实施例中,系统可以避免驾驶员犯下可能会损坏车辆或其中的至少部分驱动部件或者危及车辆动态特性的错误。
[0044] 在一个实施例中,EM尺寸可以被设计为满足车辆期望的EV驱动性能要求。这可以意味着EM扭矩大于或等于在车辆的应用中使用的常规ICE扭矩。ICE尺寸可以被设计为满足要保持用于预期的车辆应用的最大平均车速所需的平均动力。仅针对一个示例,“高速公路上的”客车需要有足够的动力以在沿相当长的,适当倾斜的道路(坡度在3%到6%之间)向上行驶时保持最高限速。在本实施例中,这就意味着ICE可以比常规车辆内所需的尺寸更小并且因此可以在本文所述的管理方法下更加高效。在另一些实施例中,还可以设计车辆以满足用于某些操作的峰值功率需求。这样的车辆跟刚刚介绍过的车辆相比可以具有不同的能效特征曲线。
[0045] 在几个可选实施例中,变速箱可以是允许更改变速比的任意变形:离散手动式、双离合自动式、行星自动式、带式CVT、链式CVT或其他类型的机械CVT、电子变速箱等。如果变速箱是跟扭矩转换器设备传统地相耦合的自动型,那么所述设备可以被取消和/或可选地在C2的位置替换为干式离合器。而且,如果变速箱是自动型,那么车辆的离合器踏板可以被省略。如果变速箱是CVT,那么C2可以一并省略或者重新定位在CVT和驱动轴之间。变速箱的尺寸和变速比可以选择为跟(例如车轴内的)最终传动比相一致以在机动车最高速运行期间优化EM和ICE的转速。在此情况下的优化可以意味着实现可能的最低转速RPM同时仍然满足用于该车速的动力需求并且仍然保持ICE的最低怠速。可以获得并且引用EM和ICE所用的扭矩和转速的性能数据以用于这种优化。
[0046] 通过这些尺寸/选择规则就能以最佳性能实现用于很多应用和GVWR的多种变形。为了支持某些非限制性的示例和实施例,可能要考虑以下的几项关键原则:
[0047] (I) ICE应该与应用允许的同样小。这可以建立在车辆工作周期的平均动力需求的基础之上。
[0048] (2)EM的动力可以大于或等于ICE的动力以允许纯电动驱动模式。可能需要车辆的性能在EV驱动模式和混合动力模式下几乎相同,由此就可以不需要过大的EM动力。
[0049] (3)EM的扭矩在任意指定转速下都可以大于ICE的扭矩,原因是该扭矩在并联模式和EV模式中均可用于提高车辆的性能。
[0050] 在一个实施例中,EM可以是贯通轴式(through shaft))设计,能够传输来自ICE或EM的最大扭矩中的较大者,但是最大只能传输来自ICE和EM的在任何指定转速点的最大组合扭矩。EM贯通轴的扭矩容量实现了在混合动力模式而不是EV模式中可以获得的车辆性能。在另一个实施例中,贯通轴可以在EM的一侧机械耦合(或连接)至离合器片并且在另一侧机械耦合(或连接)至飞轮。这样的飞轮可以具有最小质量并且可以提供用于第二离合器的摩擦表面。这种设计可能需要在解耦(或断开连接)状态期间用EM的轴和轴承支承由离合器之一施加的轴向负荷。
[0051] 在一个实施例中,EM的轴、ICE的曲轴和变速箱的输入轴可以具有类似的峰值转速能力。这样有助于确保EV和HEV模式下的性能类似。变速箱输入轴应该能够处理EM和ICE的峰值转速;另外,EM或ICE的全动力例如可能由于其他的车辆部件(譬如变速箱、车轴齿轮、车轴或轮胎)的限制而可用或不可用。部件链条内任何一个部件的最低峰值转速能力都限制了链条内所有其他部件的操作。在另一个实施例中,Cl尺寸可以被设计用于处理ICE的最大扭矩和转速。C2尺寸可以被设计用于处理跟EM的贯通轴设计所用相同的扭矩和转速。
[0052] 控制算法实施例:
[0053] 在一个实施例中,动力系统的控制算法可以包括多种工作模式。例如,动力系统可以包括以下模式:(I)EV驱动模式;(2)并联混合动力模式;以及(3)常规的燃烧(ICE)模式(仅用于跋行回家操作limp home operat1n only)。另外,可以实施的第四模式被称为“待机再充电”。在该模式中,ICE作为发电机被用于给EM供电。“再充电”意味着由ICE的动力生成电能。待机再充电可以跟这种动力系统架构一起使用以例如在停车时给电池再充电或者提供输出功率。
[0054] 在一个实施例中,通过包括C2或在变速箱内的其他的解耦(或断开连接)设备即可实现这样的“待机再充电”模式。在该模式中,可以允许有“输出功率”的特性。因此,在“待机再充电”模式中,可以在车辆处于零车速且EM跟车轮分离时让ICE运行以生成EM所用的电力。输出功率逆变器是现有的可用产品并且可以加入车辆中。
[0055] 以下,介绍本实用新型的几个驱动模式实施例。
[0056] EV驱动模式:在一个实施例中,EM扭矩可以关联至(或响应与)通过加速踏板(APP)请求的驾驶员需求。在该模式期间,Cl 一直打开并且ICE—直关闭。C2的打开可以由驾驶员致动的离合踏板直接控制。如果使用了“线控离合器”(clutch by wire)设置(setup),那么P⑶可以打开C2或控制EM扭矩以在保持C2闭合时模拟离合器滑移的感觉。这种线控离合器设置(setup)能够例如因为可以减少滑移离合器所消耗的时间而有助于减少离合器上的磨损。通过按需控制EM扭矩实现的效果可以在使用离合器踏板的(无论C2实际上是否为打开的)所有模式中都赋予驾驶员一致的体验,并且复制(duplicate)在常规的ICE提供动力的手动变速箱(MT)型车辆中通过离合器操作所获得的体验。C2仍然可以偶尔打开(例如在并联模式或常规模式运行期间的特定情况下)以避免ICE出现失速或其他状况例如不合需要的振动等。
[0057] 并联混合动力(HEV)模式:在一个实施例中,提供给车轮的动力可以是来自EM和ICE的混合动力。在该模式中,一条规则可以是ICE提供仅足以满足平均动力需求的扭矩。在一个实施例中,ICE扭矩可以从不超越用于该特定ICE的理想工作曲线(1L)。该1L指定了用于指定转速的最有效扭矩。在任意指定的时刻,不由ICE提供但是由驾驶员通过APP要求的部分扭矩可以由EM提供。这样有助于减少ICE上的瞬时负荷。这就意味着EM可以在任意时刻提供负扭矩或正扭矩。在EM提供负扭矩时就给高压(HV)电池再充电。在EM提供正扭矩时就给HV电池放电。通过这两种动作的任何一种都能影响HV电池的S0C(state of charge) ο “平均需求动力”的估算要经常进行并且仅对几秒钟的时间段取平均值。这种可以针对其取动力平均值的时间段能够根据加速踏板在该时间段的变化和峰值来进行调节。
[0058] 常规的燃烧(CC或ICE)模式:CC模式可以实现“备用运行”(”fall back”)或“跛行”(”1加?”)模式,在该模式中,Cl闭合并且由ICE提供全部扭矩需求。在一个实施例中,ICE在该模式中可以从不停止转动。该模式可以模拟常规的车辆,例如就像EM并不存在一样。该模式跟常规的燃烧式车辆相比(例如若在电池的电力可用时为了更好的燃料经济性而将ICE小型化)可能会出现运行性能的下降。在另一个实施例中,该车辆可以在CC模式期间按常规车辆来操作和运行。在某些实施例中,可以在HV电池的SOC过低以致于给电池任意时长的放电都可能产生不利时或者如果HV系统自身出现HV系统的故障而要求关闭时进入该模式。在车辆停止期间,ICE可以保持怠速并且驾驶员可以命令C2打开。如果C2未打开,那么PCU可以自动打开Cl以避免ICE在极低的车速下失速(stall)。车辆在该模式下启动可以影响(或形成)C2滑移,就像常规ICE提供动力的MT车辆那样能由驾驶员离合器踏板来控制。
[0059] 动力混合的实施例
[0060] 在很多实施例中,动力混合可以随着SOC的变化而动态地改变。为了保持最小SOC同时满足驾驶员的性能要求,可以选择(例如由控制器自动选择并通过接口告知驾驶员)SOC的目标“操作”最小值和最大值,HEV行驶期间SOC可以在最小值和最大值之间振荡(或变换)。在SOC接近最小操作值时,再充电功率可以较大。在SOC接近最大操作值时,再充电功率可以较小。通过(可以取决于车辆特性和驾驶员输入的)校准参数,动力混合算法可以随着SOC的变化改变其来自EM和ICE的动力需求。这些参数还可以考虑到环境因素例如环境温度、大气压力、海拔、道路坡度等。作为一个示例,系统可以在SOC最大操作值附近使用更大的EM正扭矩并且在SOC最小操作值附近使用更大的EM负扭矩。该动力混合算法的目标是限制再充电而且还限制对ICE的瞬时需求。已知在考虑全部(或彻底)的再充电和放电循环时使用ICE动力给HV电池再充电可能不够高效。但是这种影响可以跟ICE远离其1L运行的影响进行平衡。算法可以被设计用于在ICE油门操作(throttled ICEoperat1n)或者用过量(excess)的ICE动力给电池再充电之间选择最高效的操作方式。可以获得并且参考EM和ICE所用的扭矩和转速的效率曲线图以优化该算法。
[0061] 在另一些实施例中,可能需要在动力混合算法中考虑其他的因素。例如,可以限制峰值再充电功率以避免HV电池的加速损耗和退化。这样的限制可以因为化学性质而在不同的电池之间有所变化,但是可以跟电池容量成正比。
[0062] 在另一个实施例中,推荐的模式改变和换档策略可以被设计用于最大化车外(offboard)电能的使用或最小化车外(off board)含碳燃料的使用。这样的算法可以包括来自驾驶员的关于车辆目的地和可用电动车充电站的信息以及允许收集电能的其他方式信息。由驾驶员输入的各种燃料源或其他来源的信息可以是控制器决策中的一项因素。
[0063] 离合器致动的实施例
[0064] 在很多实施例中,离合器Cl和C2可以打开和/或闭合以实现HEV和/或PHEV多种不同的工作模式。例如,Cl可以在需要时(譬如在可以通过车速和/或选定的传动比确定的变速箱输入速度降至ICE的怠速以下时)打开。这样可以避免ICE失速。另外,Cl还可以在车辆减速期间打开以允许有更多的再生(或充入)的制动动力。Cl还可以在车辆减速到某一车速以下时(例如预计要停车时)打开。根据S0C,ICE可以在停车时关闭或保持运行一定量的时间。控制器可以根据最近的过去行车条件做决定,并且基于最近的过去行车条件做决定可能最有利于近期未来的能效。
[0065] 车辆在HEV模式下从停车开始启动可以用若干种方式完成。例如,EV的启动可以通过伴随加速踏板的EM扭矩以及伴随离合器踏板的C2位置来实现。C2在该事件期间根据驾驶员的输入可以滑移(slipped)或者也可以不滑移。这种方法可以复制常规ICE提供动力的MT车辆中通过离合器操作所获得的启动体验。Cl可以在该事件期间打开。
[0066] 在另一个示例中,EV的启动可以通过加速踏板计算结果的EM扭矩以及将C2闭合时的离合踏板作为输入来实现。在这样的情况下,C2可以不滑移(noslipping)。Cl可以在该事件期间打开。这之所以可行是因为EM可以有助于获得高失速(stal I)扭矩并且不需要怠速,因此可以保持零转速(zero RPM)直到要求即时扭矩为止。
[0067] 在又一个示例中,混合动力的启动可以通过让ICE以怠速或高于怠速转动来实现。Cl可以在该事件期间闭合。该模式可以在低SOC状态下使用以节约HV电池的能量。EM在该事件期间可以(但不是必需)提供补充扭矩(supplemental torque)。ICE可以遵循(或跟踪)通过计算机控制或单独的怠速调节器操作的APP扭矩需求,以避免ICE失速。如果在停车时ICE被保持怠速,那么这种启动就是可行的。Cl,C2之一或两者可以打开以实现这一点。在一个实施例中,所有三种上述方式可以根据当前车辆状态和/或行车条件来实施和动态选择。
[0068] 在EV和HEV模式期间,再生扭矩(Regen)可以由EM提供。这不同于HEV模式中通过动力混合算法实现的再充电功率。在再生扭矩(Regen)期间,ICE扭矩输出为零并且车辆由于再生扭矩而减速。因此再生扭矩实际上是将车辆的动能转化为电能的动作(或过程)。再生扭矩并不是新理念但实施方式和幅值控制却是新的。这种算法可以考虑离散(或分离)的手动变速箱与摩擦制动器的覆盖(overlay)之间的相互作用。
[0069] 再生扭矩(Regen)算法可以试图平衡完整行驶周期内的驾驶员感受和最大能量回收。除FMVSS认证的液压致动的摩擦致动器之外可能还需要实施该算法。在一个实施例中,当未踩下踏板时,编程施加一定量的再生扭矩应该是可行的。这被称作“空档再生扭矩”(neutral Regen)。在另一个实施例中,将APP上的第一少量(10-20% )行程用于控制施加的再生扭矩量应该是可行的。这可以导致实践中的“单脚”或“单踏板”驾驶。还是在另一个实施例中,具有零空档再生扭矩是可行的,但是要在致动液压制动器之前要设计用于要求再生扭矩的制动踏板。这样做应该合乎需要,原因是这可以允许安全地要求更大数量的再生扭矩。这可以有助于在由驾驶员明确(或直接)要求时减速车辆,并且因此不需要培训驾驶员进行最优化操作。
[0070] 在应用再生扭矩的某个时间点,关闭ICE以节约燃料的做法可能更加高效。在高S0C,这就意味着立刻打开Cl并且随后关闭ICE。在低S0C,C1可以快速打开但是ICE可以仍保持运行一小段时间以防需要其立刻贡献正扭矩。保持ICE运行的时间段可以根据S0C、车速和最近的行车条件而改变。这种减速期间的ICE关闭算法可以在车辆测试时微调。应该注意的是并非每一种车辆减速的情况都能受益于Cl的打开。在SOC非常低时,可能有利的是要求来自EM的大负扭矩同时要求来自ICE的一些正扭矩。这就是一个同时的再充电和再生扭矩事件。
[0071] 可能需要施加再生扭矩以改善驾驶性能。可能需要不考虑当前传动比而在特定车速下施加再生扭矩时保持一致的制动感觉。关于通过多级变速箱传输再生扭矩以实现这种稳定性的具体考量因素可以是车轮处得到的合力。为了补偿这一点,要求的再生扭矩可以具有根据变速箱的当前传动比是多少而应用的系数。这就可以在换档前后针对指定的速度在车轮处得到类似的制动力。车轮处的再生扭矩也可以由控制器根据车速加以限制。这可以是在低车速下为了更好的驾驶性能而人工限制车轮处的总体再生扭矩。
[0072] 实现再生扭矩限制(或极限)的另一种方法可以针对每一种传动比使用单独的EM再生扭矩限制表。EM转速可以是每一张表中的输入,并且最大可允许再生扭矩可以是输出。当然,控制器可以考虑用于限制再生扭矩动力以保护驱动组件的另外因素,包括但不限于:最大允许再充电电流(例如由BMS确定)或者由EM控制器确定的可用扭矩。
[0073] 一个控制算法的实施例
[0074] 现在将注意力转向图2。如图所示,图2仅仅是一种可以实现HEV和/或PHEV根据需要期望控制的控制算法200。在本实施例中,车辆可以在202处启动。可选的驾驶员选择228可以是输入量,例如驾驶员可以从多种可能的驾驶模式(例如自动模式、EV模式、混合动力模式和ICE模式)中选择一种。如果驾驶员选择ICE模式,那么算法可以转入仅用发动机的工作模式230。如果驾驶员选择自动模式或EV模式,那么算法转至步骤204并且控制器可以确定204处的电池的充电状态(SOC)。如果在206处SOC大于某一期望阈值,那么车辆就可以在208处以仅用电机的模式运行。如果SOC在206处(或者在随后的时间处于仅用电机的模式时)降至期望阈值以下,那么车辆可以在210处实现HEV模式。
[0075] 在处于HEV模式(该模式可以自动进入或者通过在228处的驾驶员选择进入)时,控制器可以评估车速。如果车速小于期望阈值,那么车辆可以在214处转为电机工作。模式208和214之间的一种可能的区别(或差值)可以是退出的条件。两种模式均可要求电机提供移动车辆的所有牵引动力。对于208处的仅用电机模式,控制器可以转回206并且在SOC降至阈值以下时转入HEV模式。对于214处的电机工作(或操作)模式,控制器可以转回212并且随后在车速超过阈值时启动ICE。用这种方式,208处的仅用电机工作(或操作)模式可以用于一定范围的车速和S0C。相比之下,214处的电机工作(或操作)模式可以是更加简短的状态,直至车辆达到要启动ICE并且能够进行动力混合的某一速度阈值为止。
[0076] 在212处,如果车速大于期望阈值,那么控制器可以在216处启动ICE。在运行期间,如果SOC降至期望目标值以下,那么控制器可以在220处实现“电池再充电”算法(例如其中EM扭矩通常可为负值)。ICE的动力可以在222处根据HV电池的SOC及其低于期望目标值的距离(或程度)而被设置为大于APP。
[0077] 但是,如果SOC不小于期望目标值,那么控制器就可以在224处实现“电池放电”算法(例如在该算法中EM扭矩通常可为正值)。226处要求的ICE扭矩可以基于车轮处的平均动力、可用的EM扭矩和当前的APP。其他因素也可以影响到要求的ICE扭矩,例如环境条件(譬如环境温度、大气压力)、车辆状态(譬如发动机温度)和最近的行车条件(譬如APP历史记录的变化、估算的道路坡度)。
[0078] 在某些实施例中,目标SOC可以是一个特定阈值,其不仅确定了控制器是采用电池再充电还是电池放电算法,而且还确定了这些算法实现其用途(或目的)的程度。在SOC进一步移动远离目标值时,适当的算法可以要求更大的再充电功率或放电功率以将SOC向目标值带回。用这种方式,SOC可以在处于HEV模式时围绕目标值振荡(或变化)。
[0079] 在某些实施例中,目标值可以不是严格静态的。目标值可以具有用于正常的车辆运行的默认值,但是可以通过控制器自身改变以对行车条件做出反应或者通过驾驶员输入改变。用这种方式,目标值可以适应驾驶员的要求同时优化HEV模式的效率。控制器可以确定用于较高目标SOC的理想值以允许SOC围绕该目标值更大范围的振荡(或变化)。
[0080] 确定该理想值的一种方法可以是比较动力系统负载的历史记录与车速的历史记录。当车辆重载和/或在丘陵地带行驶时,动力系统负载可以高于针对每一种速度预先计算的平均值。这样就可以指示用于较大SOC振荡的理想值以适应EM工作中的瞬时负荷。
[0081] 确定是否以及何时应该提高SOC目标值的另一种方法可以是建立地图坐标跟对应目标SOC的数据库。车辆可以装备GPS设备并将当前位置馈送至控制器。控制器可以随后将该位置关联至可受益于较高SOC波动并且因此具有较高SOC目标值的已知地形区域。
[0082] 另一种提高或确定SOC目标值的方法可以是驾驶员输入。这可以用多种方式实现:驾驶员可以直接输入目标百分比或者驾驶员可以指示要保留的SOC备用量。这种驾驶员确定的SOC目标值可以是合乎需要的,原因在于驾驶员可以“保留”电力以备将来使用。例如,如果驾驶员想要以HEV模式在高速公路上行驶以使得在到达住所附近时车辆能够以仅用EV的模式行驶。或者在到达目的地时,驾驶员可能想要使用HV电池内储存的电能作为用于车外用途的“输出电源”。这些驾驶员选择可以通过适当的接口实现,例如使用LCD显示屏上的物理切换设置或软件切换设置或者通过任何其他已知的用户接口。
[0083] 尽管存在多种用于实现如本文所述的期望阈值的不同实施例,图3仅示出了一个这样的实施例。曲线图300将ICE开机/关机区域表示为可以在相对于SOC空间(或坐标)的车速中示出的关系。例如,直线302可以划分SOC的工作点,在此处(或以上)动力系统可以在仅用EM模式下工作(也就是在整个行驶时间内EM打开/ICE关闭)。
[0084] 在直线306和302之间的S0C,可以有直线304,在此处对于指定的SOC当车速高于直线304时ICE打开。可选地,对于指定的S0C,在车速低于直线304时,ICE可以关闭。应该注意的是直线304可以采用非零斜率,并且ICE可以在较低的车速和较低的SOC工作点下打开。在另一些实施例中,可以有包括多于一个阈值点和/或多于一条直线的时间和空间图,目的是为了例如避免骤变模式或者在阈值线304处或其附近的工作模式之间循环。
[0085] 在某一期望的HV电池SOC水平,可能需要实现仅用ICE模式。该SOC水平可以是电池内剩余的可用电量为0%或大于0%的某一可用期望数值。
[0086] 另外,图3示出了可以有这样的SOC目标工作点,高于该工作点动力系统就主要处于“放电”模式(也就是动力系统可以试图最大化在行驶周期内(通过将EM)作为HEV/PHEV的原动机而基本使用电能的机率)。可选地,在低于目标SOC的工作点,动力系统可以主要处于“再充电”模式(也就是动力系统可以试图最大化在行驶周期内(通过ICE)将汽油能量用于给电池再充电并且将ICE作为HEV/PHEV的原动机的机率)。
[0087] 图4示出了根据本申请的原理实现的一个示范性行驶周期和一种可行的动力系统工作。曲线图400示出了在一段时间内的一个行驶周期。曲线402表示时间空间(或轴)上由车辆驾驶员要求的动力,并且曲线404表示在这一假设性的行驶周期内由ICE提供的动力。正如可以看到的那样,在曲线402和404的交点左侧的工作点,动力系统可以在放电模式下工作。在此情况下,能看到EM可以利用取自电池的电能以及来自ICE的动力来满足由驾驶员要求的动力。
[0088] 在曲线402和404的交点右侧的工作点,动力系统可以在再充电模式下工作。在此情况下,动力系统可以试图向电池内送回电能,例如甚至达到这样的程度,即在驱动车轮和向电池内送回电能之间划分(或分配)来自ICE的动力。
[0089] 例如,控制器可以使用图2中的算法来确定何时处于再充电模式。再充电模式可以像放电模式一样被要求在HEV模式中保持SOC围绕目标SOC值振荡(或变化)。HEV模式跟常规的ICE车辆相比可以在整个行驶周期内实现更高的效率,原因是在HEV运行期间有更多的ICE工作点出现在较高效率的区域。这样就有助于抵消电驱动组件在再充电和放电期间的电损失。另外,再充电模式可以如上所述通过改变SOC目标值而启动
[0090] 涉及模式间转换的实施例:
[0091] 现在介绍根据本申请原理实现的动力系统如何能在如本文所述的各种模式之间转换的几个实施例。
[0092] ICE启动:当需要从ICE获取动力但是ICE尚未运行时,动力系统可以利用EM的扭矩启动ICE,亦称为“冲击启动”。这可以在C2打开时(例如在驾驶员致动的换档事件期间或者在停车时)完成。在EM运转以启动ICE转动时,Cl离合器可以短暂滑移或者也可以不滑移。在一个实施例中,C2打开以避免车辆乘客感觉到来自ICE启动的惯性扭矩。
[0093] 在一个可选实施例中,ICE的“冲击启动”(”bump start”)可以在C2闭合时进行。在此情况下,EM扭矩可以被控制以补偿冲击启动事件期间的ICE惯性扭矩。因此,ICE可以用EM启动,例如只要总的动力系统扭矩需求在减去必要的惯性补偿扭矩之后不超过EM的容量即可。EM扭矩可以随着ICE的扭矩斜坡上升(ramps up)而快速减小,以使车辆加速度由于冲击启动事件之前、期间和之后的总动力系统扭矩而保持跟驾驶员的APP请求成比例。
[0094] ICE “停机-启动”(Stop-Start)技术的几种变形可以允许ICE启动其自身而无需来自EM或者甚至是12伏启动电机的扭矩。在一个实施例中,混合动力的动力系统可以受益于实施这样的ICE “停机-启动”技术。一种这样的系统可以让ICE在压缩冲程停机并且阀门传动机构应该能够保持压缩状态直到ICE必须重启自身为止。如果ICE要长时间关闭,那么该实施例可能不是优选方案,原因是压缩可以随着时间而损失,但是在某些情况下仍然适用用于这种动力系统架构。如果EM要被用于“冲击启动”,那么仍然要在车内安装常规的12伏启动器以用于EM无法提供“冲击启动”扭矩的少数和/或特殊的情况。
[0095] 另一种用于“冲击”启动ICE的可能情况可以是如果要在动力需求为负或者为零时启动ICE。这样的情况可以在车辆减速时或者如果变速箱在从一种传动比换档至另一种传动比期间处于空档时存在。通过在这些时候启动ICE发动机,发动机启动对于车辆乘客来说可以表现为无缝对接(seamless)并且可以仅使用少量或根本不使用来自车载存储源的能量。
[0096] 从EV模式转换到HEV模式:这种转换可以在至少两种情况下进行。在一种情况下,P⑶可以根据HEV算法的要求在HV电池的SOC降至指定阈值(例如“最大工作点”)以下时实现该转换。在另一种情况下,驾驶员可以通过在仪表盘显示屏上选择混合动力模式而预先请求混合动力模式运行(如果在当前的工作状态下软件能够允许驾驶员做这样的选择)。需要这样做可能出于多种原因,包括例如需要节约EV行程用于最后的几英里行程;或者需要在将来使用零怠速输出动力,此时可能就需要保持较高的SOC ;或者甚至是知道前方有山区的地形(或任何其他适当的行驶周期状况)。无论如何,当满足转换条件时,PCU就可以允许ICE在合适的时间开启以跟EM混合动力,由此节约能量并且不时地补充SOC水平。
[0097] 从HEV模式向EV模式转换:这种转换可以在SOC已经超越了 HEV的“最大工作点”时进行。例如,如果车辆在长下坡路段(或某种其他状态)下行驶,其中车辆已经通过再生致动回收了足够的能量以将SOC转移至最大工作点或另外的期望阈值以上,那就可以进行这种转换。
[0098] 在另一个示例中,如果驾驶员在上述预先请求的HEV模式下行驶之后通过在仪表盘显示屏上选择(如果允许的话)而请求EV模式,那么这种转换也可以进行。如果驾驶员已经接近行程终点并且想要使用他/她预先保留的EV行程,那么这种转换也可以进行。该事件可以涉及将所有的牵引扭矩切换给EM。在此情况下,Cl可以打开并且ICE可以关闭。为了平滑这种动力的折衷(tradeoff),如果驾驶员是以超过80%的APP (该值可以在车辆测试之后进行调节)在请求,那么这种转换可以被阻止。一旦APP低于80%,假设所有其他的必要条件仍然满足,那么转换也可以进行。
[0099] 从EV或HEV到CC:如本文中所述,CC或ICE仅有控制(CC or ICT Control Only)模式可以是后备(fall back)运行模式,例如若EM出于任何原因可能无法提供其请求动力时则(例如通过驾驶员或控制器)启动该模式。这可以由多种原因造成,包括例如几个高压部件中某一个的故障。无论是什么原因,这种转换可能都需要让ICE启动(如果尚未运行的话)并且由ICE提供所有驾驶员要求的扭矩。一旦C2打开(例如由驾驶员),C1即可闭合。一旦闭合,Cl可以保持闭合只要车辆处于CC模式。EM可以被禁用(如果尚未这样做的话)并且动力混合算法可以从EM请求零扭矩。可以通过指示灯和仪表盘显示屏上的信息将这种模式告知驾驶员。仪表盘显示屏还可以通知驾驶员打开C2,例如以使得能够接入ICE。可以要求车辆完全停机以退出该模式。如果车辆重新开启并且故障状态依旧存在,那么驾驶员可以被告知并且可以使用钥匙以通过12伏启动器请求ICE启动。另外,在可允许ICE启动之前,可以先由驾驶员踩下刹车并且打开C2。在该模式中,车辆可以回归到常规的手动、自动或CVT型车辆。
[0100] 用于换档推荐的实施例
[0101] 现在介绍用于推荐在变速箱内换档的几个实施例。这样的推荐可以对驾驶员给出(例如若HEV/PHEV是手动变速箱或者驾驶员对命令换档有一定的自由度),或者可选地,推荐可以对控制器给出(例如通过该控制器或车上其他控制装置,这些控制器或控制装置可以控制自动离散齿轮变速箱或CVT)。
[0102] 图5仅示出了可以推荐换档(或以其他方式改变变速箱内档位)的算法500的一个实施例。在502,系统可以检测或以其他方式确定车速是否大于某一期望阈值。如果答案为否,那么系统在504可以不生成任何用于换档的推荐。
[0103] 如果车速大于某一阈值,那么系统可以在506处计算车轮处的平均动力。如果平均动力需求小于(或者可选地小于或等于)能够提供另外的某一种合适档位的ICE动力(在508),并且如果ICE最大动力在当前车速下处于所述另一种合适档位时可用(在510),那么系统就可以(在512)推荐/请求换档至所述的另一种合适档位。
[0104] 但是,如果ICE最大动力(无论由于什么原因)不可用,那么系统就要评估当前的ICE动力需求是否大于当前可用的ICE动力(在514)。如果答案为是,那么系统就可以推荐/请求换档至合适的档位(例如降档)。如果答案为否,那么系统就可以不推荐/不请求换档(在518)。
[0105] 在一个实施例中,算法可以连续运行并且循环返回至506。可以尝试确定可接受的最高传动比以满足驾驶员的要求。用这种方式,换档推荐算法尝试允许通过ICE满足平均动力需求同时最小化ICE的转速。这样可以符合HEV模式的要求。但是ICE动力在仅用电机(EM Only)模式下可能并不相关。换档推荐算法自身可以拥有多于一种的工作模式,目的是为了保持在能源被动力系统使用时的准确。对于仅用EM(EM Only)模式,换档推荐算法可以遵循图5中的流程,但是可以查询动力参数(例如最大动力、请求动力和可用动力)而不是类似的ICE动力参数。在512之前可以加入另外的考察步骤以比较当前的EM效率和下一个较高或较低档位的EM效率,原因是EM效率在其最低转速下可能尚未最大化并且因此可以在每一个工作点考虑EM的效率图。通过这一针对仅用EM(EM Only)模式增加的EM效率比较步骤,推荐升档可以在(跟HEV模式中应该出现的车速相比)稍后的车速出现以让EM在其最高效率的工作点运行。
[0106] 换档推荐可以是连续运行的计算。在体系架构中使用离散手动变速箱时,得到的传动比可以是通过各种方法传递给驾驶员的推荐值。在一个示例中,推荐值可以作为升档或降档的期望动作给出,并且可以与当前选择的档位相关。该推荐值可以通过听觉、视觉或其他可测量的传感器信号例如点亮或变色的可见光指示灯、播放的特定声音等提交给驾驶员。
[0107] 在一个示例中,常规的仪表面板集群(Instrument Panel Cluster)可以在车内实施,其中加有小的“换档请求”指示灯。该指示灯优选地是日光下可见的黄色LED,点亮以指示驾驶员应该升档到下一个档位。只要传动比推荐算法计算出应该换档,那么该指示灯即可保持点亮。如果算法计算出驾驶员应该降档,那么指示灯可以变到闪光。闪光/不闪光/编码闪光模式可以具有多种变形以向驾驶员传递正确的信息。
[0108] 在指示相对换档动作的另一个示例中,LCD显示屏被安装在车辆的仪表盘内。当换档推荐值确定需要改变传动比时,显示屏上的图像可以移动,改变颜色、形状、尺寸或者甚至可以出现新的图像。例如箭头等信号也可以在显示屏上出现或改变以指示所需的换档动作。
[0109] 在另一个示例中,推荐可以是根据选择的期望传动比的数字做出的推荐。这些推荐也可以通过听觉、视觉或其他可测量的传感器信号提交给驾驶员,但是实际上还可以是数字形式,例如在驾驶员视野范围内的某处显示所需数值、用驾驶员选择的语言向驾驶员播报精确数值的声音等。在另一个示例中,传动比推荐值可以装入(或结合)到现有的计量仪表例如围绕外周具有彩色或图案化条带(bands)的测速表内,每一块特定的颜色或条带(bands)都表示在特定速度范围内的理想档位。这些条带(bands)可以在行驶时通过软件被动或主动地调节以适应车辆条件和驾驶员行为。
[0110] 在使用自动变速箱或CVT时,得到的传动比推荐值可以送往该变速箱的控制器以自动优化传动系统的效率。这种信息显示能够可选地用于另外的驾驶员信息。
[0111] 一些车辆功能的实施例
[0112] 以下是根据本申请原理实现的用于可行动力系统的各种可选实施例列表。
[0113] 双12伏电源以DC-DC方式从高压系统给12伏系统再充电,并且机械动力的交流发电机也可以在ICE转动时给12伏系统再充电。
[0114]-斜坡的降或升的估算是以动力系统负载和车速导数为基础。该计算可以由控制器利用最近的动力系统反馈和/或GPS数据完成。车辆的加速度以及当前道路角度的取值将被送至再生扭矩算法和动力混合算法,从而不仅改善驾驶员一致性地感觉,而且还通过(例如再生扭矩制动)利用下坡回收的动能来提高效率并且在上坡时增加ICE动力以及可以提尚目标SOC。
[0115]-变速箱内的空档切换和当前传动比的感测是用于模式选择器算法和动力混合算法的重要反馈信号从而以最小的驾驶员干扰来触发事件。这样的事件例如有ICE的冲击启动,从EV到HEV模式的转换等。而且,当前的传动比有助于动力混合和再生扭矩算法更加有效地工作。当前传动比估计器的实现可以在缺少当前传动比的实际反馈时使用。这种估算在稳态工作时可以非常准确,但是滞后于实时的变化(例如小于一秒钟)。
[0116]-仪表盘显示屏提供跟混合动力车的最优操作相关的动力系统信息。显示的数据例如剩余的SOC、行程能耗、当前的混合动力模式(譬如EV、HEV、有效的再生扭矩、CC)、推荐的传动比(如果适用)、警报和故障、电池温度等均可在各种IXD屏显模式中显示。除了显示信息以外,仪表盘显示屏允许驾驶员请求基本模式例如EV、HEV或者甚至是CC。
[0117] 简化的离合器实施例
[0118] 图6示出了简化的混合动力离合器组件总成(hybrid clutch pack assembly)600的一个实施例,该实施例可以满足本文公开的多个动力系统实施例的需要。离合器总成600可以包括用于在ICE 602内向轴离合的第一离合器608。离合器606可以用于在EM 604内向轴离合。
[0119] 该混合动力离合器组件可以集成到主PHEV动力系统内以耦合(或连接)发动机、电机和变速箱和/或第二电机。离合器组件可以作为能够用于将发动机和/或电机系统向/从变速箱/第二电机的输入轴耦合/解耦(或连接/分离)的个体单元而存在。离合器I (608)可以被用于滑移启动发动机并将发动机的扭矩传输到动力系统内。离合器2(606)可以被用于将驱动系统(发动机和电机)耦合(或连接)至变速箱/第二电机的输入轴。两个离合器在用于长时段的中到高的差速器速度下均可在打开的位置操作。离合器在打开位置操作时必然损失最小。根据用于热能管理的考量,离合器可以是湿式或干式的类型。可以针对传输的扭矩来控制两个离合器。致动单元可以跟车辆控制系统对接(interface)。在某些实施例中,致动单元可以独立且远离离合器组件自身。
[0120] 以上介绍的内容包括本主题实用新型的多个示例。为了介绍要求保护的主题内容而描述出部件或方法的每一种可能组合当然是不可能的,但是本领域技术人员应该意识到本主题实用新型有很多进一步的排列组合都是可行的。因此,应该认定要求保护的主题内容包含所有这些落入所附权利要求实质和保护范围内的可选方案、修改和变形。
[0121] 具体地并且参照通过上述部件、设备、电路、系统等实现的各种功能,除非另有说明,否则用于介绍这些部件的术语(包括其引用“手段”)应该理解为对应于执行所述部件具体功能(例如功能等价)的任何部件,即使结构上跟公开的结构并不等同,只要执行了要求保护的主题内容的示范性应用在本文中所述的功能即可。在这方面,还应该意识到本实用新型包括一种系统以及具有计算机可执行指令的计算机可读取介质,用于执行要求保护的主题内容中各种方法的动作和/或事件。
[0122] 另外,尽管可能已经参照若干种实施方式中的仅仅一种公开了本主题实用新型的一个特定特征,但是这样的特征也可以针对任何指定或特定的应用根据可能的需要并且有利地跟另一些实施方式中的一种或多种其他的特征相结合。而且,就具体实施方式或权利要求中使用的术语“包含”及其变形而言,这些术语应理解为以类似于术语“包含”的方式包括在内。
[0123] 本发明目的之一是提供一种能用于HEV(混合动力电动车)或PHEV(插入式混合电动车)上的动力总成与控制方法,尤其此动力总成由双离合器、单电机、变速箱所组成,新型的控制方法能以最简单的结构提供不同的运行模式,借以提高车辆效率与动力性。和现有技术相比,本发明的有益技术效果如下:
[0124] (I)根据图1-3以及相关描述,本发明的提供了新型的单电机双离合器动力系统和控制方法,能够有效率的根据系车辆参数来进行模式的选择和切换(包括纯电动模式、并联模式、停车充电模式、发动机模式),以达到提高燃油经济性和维持电池电量的目。由于使用双离合器结构,更能使车辆在不同模式下,保有传统带变速箱车的驾驶一致性。
[0125] 具体地说,为了达到上述第一个有益技术效果,混合动力模式之选择控制可使用图2的方式,由车辆行驶中的状态来决定车辆是否操作在纯电动模式或并联混和动力模式。如果电池电量过低,系统会进入充电模式。如图3所示,发动机是否启动的条件可使用车速和电池电量来共同判断。
[0126] (2)根据图5以及相关描述,本发明的提供了一种新型的给手动挡车辆的驾驶换挡建议的方式,使用车上的显示装置,控制系统依据车辆状态经过计算后,以满足经济性和动力性的需求,给于驾驶最佳的变速箱挡位建议。
[0127] 具体地说,为了达到上述第而个有益技术效果,如图5所示,本发明的提出了一种实现混合动力车换挡建议的控制逻辑,藉由计算车辆所需的功率要求与实际车速,来对驾驶提出变速箱升挡、降挡、或维持挡位的建议。
[0128] 本申请的每个权利要求体现了以上的一个或多个有益技术效果。
[0129] 在实现以上技术效果时,本发明使用了同轴(through-shaft)直驱的原理,使多个动力单元的动力能机械上和功能上的互相叠加、相互独立、或相互抵减运行(例如,多余的扭矩用于充电)。通过使用单个电机而非双电机,来降低成本;但使用双离合器使系统有更多功能。通过使用传统离合器并藉由控制系统控制离合器的开合,来实现平滑的运行模式转换。
[0130] 本发明提供的是一个非传统的车辆动力总成设计。

Claims (15)

1.一种用于HEV/PHEV车辆的动力系统,所述动力系统包括: 内燃机; 第一电机; 第一离合器,其连接/断开内燃机; 第二离合器,其连接/断开第一电机。
2.如权利要求1所述的动力系统,进一步包括: 第二电机;以及 第二离合器连接/断开第二电机。
3.如权利要求2所述的动力系统,其中,第一离合器和第二离合器布置在离合器组件中。
4.如权利要求2或3所述的动力系统,进一步包括:电池,所述电池电连接至所述第一电机和第二电机,所述电池能够为所述第一电机和第二电机提供电能。
5.如权利要求2或3所述的动力系统,进一步包括:控制器,所述控制器能够向所述内燃机、第一离合器、第一电机、第二离合器以及第二电机提供控制信号,以使所述控制器能够动态地实现多种动力系统工作模式。
6.如权利要求2或3所述的动力系统,进一步包括: 电池,所述电池电连接至所述第一电机和第二电机,所述电池能够为所述第一电机和第二电机提供电能; 控制器,所述控制器能够向所述内燃机、第一离合器、第一电机、第二离合器和第二电机提供控制信号,从而所述控制器能够动态地实现多种动力系统工作模式。
7.如权利要求6所述的动力系统,其中,所述动力系统工作模式包括分组中的一种,所述分组包括:自动模式、EV模式、并联混合动力模式、待机再充电模式和ICE模式。
8.如权利要求7所述的动力系统,其中,所述ICE模式仅用于跛行回家操作中。
9.如权利要求6所述的动力系统,其中,所述动力系统进一步包括驾驶员接口,所述驾驶员接口能够向驾驶员提供车辆状态并且接收驾驶员选择的动力系统工作模式。
10.如权利要求9所述的动力系统,其中,所述驾驶员接口包括显示器,所述显示器包括LCD屏蒂。
11.如权利要求6所述的动力系统,其中,所述内燃机尺寸被设计为基本满足用于所述动力系统在其中运行的车辆的平均动力需求。
12.如权利要求11所述的动力系统,其中,所述第一电机的尺寸被设计为基本等于或大于内燃机的动力。
13.如权利要求12所述的动力系统,其中,所述第一电机包括贯通轴。
14.如权利要求13所述的动力系统,其中,所述第一电机的贯通轴能够传输来自内燃机或第一电机的更大的组合扭矩。
15.一种用于HEV/PHEV车辆的动力系统,所述动力系统包括: 内燃机; 第一电机; 第二电机; 第一离合器,其将内燃机连接至第一电机或将内燃机从第一电机断开;以及第二离合器,其将第二电机连接至所述第一电机或者将第二电机从第一电机断开。
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