TW201927606A

TW201927606A - 混合動力車輛

Info

Publication number: TW201927606A
Application number: TW106143530A
Authority: TW
Inventors: 迪潘傑馬蘇達; 迪內希庫馬爾西瓦古魯納坦; 拉姆拉傑加貝茲迪那加爾
Original assignee: 印度商Ｔｖｓ電機股份有限公司
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2019-07-16
Also published as: TWI763753B

Abstract

本發明係關於一種用於一混合動力車輛之控制系統及其方法。用於一混合動力車輛（100）之該控制系統（200）包括一混合動力控制單元（204）、一一體式起動發電機單元（203）、一牽引馬達（202），及一電源（201）。該控制系統能夠經由單一電源（201）向該混合動力控制單元（204）及該一體式起動發電機（203）提供電源。此外，該控制系統（200）包括一牽引馬達（202），且該一體式起動發電機單元（203）受該混合動力控制單元（204）控制。該單一電源（201）節約資源且產生較易於容納在該車輛中之較簡單電路。

Description

混合動力車輛

本發明標的大體上係關於混合動力車輛，且更特定而言但非排他地，係關於一種用以控制該混合動力車輛之控制系統及其方法。

通常，混合動力車輛包含內燃（IC）機及用於向車輛提供動力之牽引馬達。裝設於此混合動力車輛上之IC機使用汽油/燃料作為任何其他習知的IC機。牽引馬達係由機載輔助電源供電。使用IC機或牽引馬達，或共同使用IC機及牽引馬達來操作混合動力車輛。使用者可視需要以三種模式中之任一者操作混合動力車輛，即引擎模式、電動模式及混合模式。混合模式進一步包含混合動力模式及混合經濟模式。在混合動力模式中，IC機及牽引馬達設備兩者共同操作。在混合經濟模式中，IC機及牽引馬達交替地操作。若使用者想要更多動力，則車輛可以混合動力模式操作。

眾所周知，不可再生能源資源之不足已提出減少來自由內燃機提供動力之車輛之化石燃料消耗及排放的需求。實現上述目標之一種方式為經由電驅動車輛。然而，與習知車輛相比較，此車輛之體重較大且每次充電的行車距離較短。此等缺陷藉由混合動力車輛解決，該等混合動力車輛將內燃機及牽引馬達之優勢用於一個車輛中。混合動力車輛極有可能在車輛效能或駕駛性能無嚴重損失的情況下減少車輛燃料消耗及排放。

通常，輔助電源及內燃（IC）機向混合動力車輛提供動力。由電池供電之起動馬達運行磁電機來起動IC機。另一電池向負責後輪之旋轉的牽引馬達供電，亦即，提供電力。混合動力控制單元控制IC機及牽引馬達兩者。牽引馬達亦在電池起動該牽引馬達之後產生一些電力。此外，由磁電機及牽引馬達產生之電力可用於向電池供電以直接運行負載。磁電機及牽引馬達兩者以較高電壓（以約48 V至60 V）發電。

因此，混合動力車輛之操作顯然需要兩個不同馬達，包括牽引馬達及起動馬達。

運行磁電機所需之起動馬達可被替換為使得能夠平穩起動IC機之一體式起動發電機（integrated starter generator；ISG）。ISG直接使曲柄軸旋轉，引起平穩起動IC機。因此，混合動力車輛中之ISG更合乎需要。

ISG及牽引馬達以兩個不同電壓位準操作。因此，藉由以兩個不同電壓位準使用兩個不同電源來實現混合動力車輛中之ISG及牽引馬達之較容易操作。

但是，兩個不同電源所涉及之困難係使用兩個不同電源來滿足兩個不同電壓位準的要求，以及使用兩個不同馬達需要複雜電路。將複雜電路容納在車輛佈局中之空間中成為繁重的工作。

根據所提議的本發明，解決在混合動力車輛中使用以不同電壓操作之兩個不同電源中所涉及的上述困難。

根據本發明之實施例，使用包括輔助電源之單一電源來運行牽引馬達及ISG兩者。在本實施例中，輔助電源產生48 V輸出，該輸出適合於運行牽引馬達及以12 V操作之ISG。根據本發明之實施例，混合動力車輛中所使用之ISG包括內置式第二控制器。在本實施例中，第二控制器係例如ISG控制器及內置式DC至DC轉換器。第二控制器經組態以轉換由ISG產生之輸出。ISG之輸出經轉換成所要電壓以啟用一或多個車輛負載。因此，將包括輔助電源之單一電源容納在混合動力車輛變得較為容易。複雜電路被防止，從而產生較簡單電路。

本發明提議一種用於混合動力車輛之控制系統。根據本發明之實施例，該控制系統包括能夠驅動牽引馬達及ISG兩者之輔助電源。經由單一控制器即混合動力控制單元（HCU）控制牽引馬達及ISG。包括發信裝置及其他相似裝置之各種車輛負載係藉助由ISG產生之輸出驅動，且受HCU控制。車輛負載經提供有由ISG產生之經轉換輸出電壓。因此，根據所提議之本發明，實現控制系統之較為簡單的工作以及較簡單電路。

根據本發明之實施例，以48 V操作之輔助電源能夠將輸入電力提供至以12 V操作之ISG及以48 V操作之牽引馬達。高電壓在饋送至ISG之前由電路進行轉換。該電路包括兩個電力模組，包含用於驅動牽引馬達之一個六角橋接器組態及用以驅動ISG之第二六角橋接器。該等電力模組將來自輔助電源之DC輸入電力轉換成用於驅動牽引馬達（其在本狀況下為BLDC馬達）之可控制DC輸出電力。第一電力模組及第二電力模組之DC輸入側包括用於濾波之個別DC鏈路電容器，及用於提供關於至牽引馬達及ISG之輸入電力的資訊之電流感測電阻器。此外，電力電子開關包括一或多個體內二極體，該一或多個體內二極體用於當開關被停用時在電流循環期間提供電流路徑。特定而言，經由特定閘極驅動器積體電路來驅動電力電子開關。閘極驅動器積體電路進一步受由控制模組供應之輸入控制。

此外，控制模組包含微控制器及對應電源供應模組。另外，來自諸如油門、車速、引擎轉速、點火、制動器之車輛操作條件之輸入作為類比及數位輸入饋送至微控制器埠。

此外，取決於車輛操作條件，牽引馬達及ISG之操作受封閉迴路參數控制。至牽引馬達及ISG之輸入為自單一輔助電池經由控制器饋送之電力。牽引馬達及ISG之輸出為機械動力，其係分別根據車速、車輪力及引擎轉速以及曲柄軸轉矩而量測。

此外，為了控制ISG機器以實現所要電流，饋送至ISG之輸入電壓係經由脈寬調變切換技術控制。

此外，電力電子開關之操作之工作循環係藉由監測ISG之輸出速度而控制。

在以下描述中結合諸圖詳細地描述本發明標的之先前所提及的優勢及其他優勢。

圖1說明根據本發明標的之實施例的例示性車輛100之左側視圖。所說明之車輛100具有跨步型車架總成105。跨步型車架總成105包括頭部管105A、主車架105B。一或多個後管105C自主管105B向後傾斜延伸。此外，一或多個前懸架110A連接前輪110B，及形成操控總成110之把手總成110C。操控總成110經由頭部管105A以可旋轉方式連接。引擎115充當用於驅動後輪120之主要驅動部件。此外，牽引馬達120充當用於驅動後輪120之次要驅動部件。在較佳實施例中，牽引馬達120係安裝在後輪125上之輪轂。機載電池驅動牽引馬達120。引擎115安裝至擺臂130，該擺臂使用曲柄連桿以可擺動方式連接至主車架105B。車輛100具備安裝至車架總成105之複數個車身板，且複數個車身板包括前板135A、護腿板135B、座下蓋板135C及一對側板135C。

前擋泥板140覆蓋前輪110A之至少一部分。底板145設置在自把手總成110C向後提供之跨步空間處。座位總成150安裝至主車架105B。多用途箱（圖中未示）安置在座位總成150下方。燃料箱（圖中未示）定位於多用途箱下方。後擋泥板155覆蓋後輪125之至少一部分，且安置在燃料箱下方。一或多個後懸架160設置在車輛100之後部分中以實現舒適騎乘。車輛100包含一或多個電動/電子負載165（下文稱作「負載」），包括諸如前燈165A、尾燈165B、電晶體控制點火（TCI）單元（圖中未示）、交流發電機（圖中未示）及起動馬達（圖中未示）之組件。

圖2說明描繪混合動力控制單元之工作的方塊圖。根據本發明之實施例，充當電源之電池201向兩個3相機器供電，該等機器包括牽引馬達202及一體式起動發電機（ISG）203。混合動力控制單元（HCU）204控制牽引馬達202及ISG 203之工作。HCU 204經由HCU 204所接收之各種輸入205控制牽引馬達202及ISG 203。各種輸入包括油門位置感測器、點火電門鎖（ignition lock）、每分鐘轉數輸入、模式切換及制動器。

根據本發明之實施例，較佳以48 V操作之電池201能夠操作以48 V操作之牽引馬達202及以12 V操作之ISG 203。ISG 203產生12 V之輸出電壓。由ISG 203產生之輸出電壓12 V足以操作以12 V操作之負載206。

根據本發明之另一實施例，混合動力控制單元204經組態以直接操作以12 V操作之負載206。

由於包括電池201之單一電源經組態以向混合動力車輛中之牽引馬達202及ISG 203供電，因此獲得簡單且節約成本的系統。

圖3說明用以按不同工作模式控制混合動力車輛之控制系統的電路圖。控制系統200包括48 V輔助單一電源201，例如電池、可再充電能量儲存系統。此外，控制系統200包括混合動力控制單元204，其包含一體式起動發電機控制模組204b、牽引馬達控制模組204a及DC至DC轉換器204c。一體式起動發電機控制模組204b經組態以控制一體式起動發電機203，該一體式起動發電機可以48 V操作且能夠產生12 V輸出。由一體式起動發電機203如此產生之12 V輸出用於向可以12 V操作之一或多個DC負載供電。每當模式切換取決於由使用者選擇之條件而選擇為包括混合經濟模式及混合動力模式之混合模式時，一體式起動發電機203便由一體式起動發電機控制器204b接通。此外，控制系統200包括由牽引馬達控制器204a控制之牽引馬達202。特定而言，在混合動力車輛之電動模式期間以及在混合動力模式期間，在使用者經由模式切換選擇所要模式時，可以48 V操作之牽引馬達202由48 V之單一電源供電。此外，每當牽引馬達202在混合經濟模式期間經停用時，其便能夠產生能夠反過來向48 V電源供電之電力。此外，DC至DC轉換器204c亦有助於將由牽引馬達202產生之極高輸出逐步降低成可向一或多個DC車輛負載206供電之12 V DC輸出。

根據本發明之實施例，48 V之單一電源201能夠向一或多個12 V DC車輛負載206供電。

根據本發明之另一實施例，DC至DC控制器204c並非混合動力控制單元200之一部分。

根據本發明之實施例，DC至DC控制器204c係混合動力控制單元200之內置部分。

圖4說明由單一電源供電之HCU之操作方法。根據本發明之實施例，包括電池之單一電源向牽引馬達及一體式起動發電機供電。首先，在步驟301處，混合動力控制單元開始運作，在步驟302處檢查點火電門鎖之接通/關斷。若點火開關接通，則HCU在模式切換303處切換成混合動力車輛之三個模式中之任一者，混合動力車輛之三個模式包括EV模式（電動車輛模式）、混合模式及引擎模式。混合模式進一步包括混合經濟模式及混合動力模式，此可由使用者取決於所提供之條件而選擇。每當車輛如步驟304中所指示以電動模式工作時，HCU檢查油門位置感測器（TPS）是否大於預定數值，如步驟305中所指示。若TPS讀數大於5%，則藉由HCU接通牽引馬達，牽引馬達由單一電源供電，如步驟307中所指示。使用牽引馬達之輸出來運行以12伏特操作之負載，如步驟308中所指示。此外，若在步驟304中所偵測模式切換並非電動模式，則車輛以混合模式或引擎模式操作。若如步驟306中所指示，所選擇模式切換為混合模式，則車輛在混合經濟模式下操作，如步驟306a中所指示，接著藉由HCU檢查TPS。若如步驟309中所指示，TPS之讀數大於5%，則藉由單一電源經由HCU向牽引馬達供電，如步驟310中所指示。此外，若如在步驟311中指示，車輛之速度超過例如25 kmph之預定值，則經由單一電源起動引擎且使運行的牽引馬達停止，如步驟312中所指示。一旦引擎開始運行，便使用由引擎操作產生之電力來向12 V負載供電，如步驟313中所指示。

此外，在模式切換如步驟306中所展示經選擇為混合模式但非混合經濟模式之後，接著選擇混合動力模式，如步驟314中所指示。在混合動力模式下，檢查TPS，若TPS大於5%，則HCU經由單一電源同時啟動對ISG以及牽引馬達之供電，如步驟315中所指示。此外，在經由ISG及牽引馬達開始發電之後，使用如此產生之電力來向12 V負載供電，如步驟316中所指示。

若所選擇模式切換並非混合模式，則選擇引擎模式。此外，持續地監測TPS。若如步驟317中所指示，TPS大於5%，則藉由自單一電源經由HCU向ISG供電來起動車輛之引擎，如步驟318中所指示。此外，由ISG產生之電力能夠運行車輛中之12 V負載。在此步驟中，使用單一電源起動引擎及牽引馬達兩者。使用所產生之電力來操作12 V負載，如步驟315中所指示。

由於包括電池201之單一電源經組態以向混合動力車輛中之牽引馬達202及ISG 203供電，且單一混合動力控制單元經組態以控制牽引馬達202及ISG 203，因此獲得簡單且節約成本的系統。

儘管已參考本發明之特定實施例相當詳細地描述本發明標的，但其他實施例係可能的。應理解，實施例之態樣未必限於本文中所描述之特徵。

無

參看附圖描述用以控制本發明標的之混合動力車輛的混合動力控制單元之詳細描述。貫穿圖式使用相同編號來指相同特徵及組件。圖1說明根據本發明標的之實施例的跨步（step-through）型車輛之左側立體圖。圖2說明描繪混合動力控制單元之工作的方塊圖。圖3說明用以按不同工作模式控制混合動力車輛之控制系統的電路圖。圖4說明由單一電源供電之HCU之操作的方法。

Claims

一種混合動力車輛（100），其包含：一控制系統（200），其用於控制該混合動力車輛，該控制系統包括：一混合動力控制單元（HCU）（204），其用以使得能夠在該混合動力車輛（100）之不同工作模式之間切換；一一體式起動發電機（ISG）（203），其耦接至該混合動力車輛（203）之一內燃機（115）；一牽引馬達（202），其能夠獨立地且結合該內燃機（115）驅動該混合動力車輛（100）；及一電源（201），其中，該牽引馬達（202）及該一體式起動發電機單元（203）皆接收來自該電源（201）之供應電力，且該牽引馬達（202）及該一體式起動發電機（203）受該混合動力控制單元（204）控制。
如申請專利範圍第1項之混合動力車輛（100），其中該一體式起動發電機（203）建構成獨立地向一或多個車輛負載（206）供電，該牽引馬達（202）能夠經由該混合動力控制單元（204）向該一或多個車輛負載（206）供電，且該牽引馬達（202）能夠在該牽引馬達（202）之發電期間向該電源（201）供電。
如申請專利範圍第1項之混合動力車輛（100），其中該電源（201）能夠向該一或多個車輛負載（206）供電。
如申請專利範圍第1項之混合動力車輛（100），其中該混合動力控制單元（204）包括一內置式DC至DC轉換器（204c）。
如申請專利範圍第1項之混合動力車輛（100），其中該電源（201）產生一48 V輸出，該48 V輸出經由一電路饋送至以12 V操作之該ISG（203），該電路包括能夠驅動該牽引馬達（202）之至少一個六角橋接器及建構成驅動該ISG（203）之一第二六角橋接器。
一種用以控制一混合動力車輛（100）之方法，該方法包含以下步驟：藉由一混合動力控制單元（204）監測（302）一點火開關狀態及一油門位置感測器狀態；若經由一模式切換（303），點火電門鎖之狀態為接通，則經由該HCU（204）切換（303）至該混合動力車輛（100）之三個模式中之任一者；若經由該HCU（204）選擇EV模式且若TPS大於一預定值，則將一牽引馬達接通（308）；若TPS大於一預定值且若速度大於一預定值，則經由該HCU（204）切換至混合模式（306）；及若未偵測到該EV模式（304）及該混合模式（306），則經由該HCU（204）切換至引擎模式（320）；及若經由該HCU（204）選擇該三個模式中之任一者，則經由該電源（201）啟用一或多個車輛負載。
如申請專利範圍第6項之用以控制一混合動力車輛（100）之方法，其中每當該車輛如步驟（304）中所指示以一電動模式工作時，該混合動力控制單元（204）檢查油門位置感測器是否大於一預定數值，如步驟（305）中所指示。
如申請專利範圍第6項之用以控制一混合動力車輛（100）之方法，其中若如步驟（306a）中所指示，所選擇之該模式切換為混合經濟模式，則如步驟（309）中所指示，該混合動力控制單元（204）檢查TPS是否大於5%以藉由一單一電源（201）向該牽引馬達（202）供電。
如申請專利範圍第6項之用以控制一混合動力車輛（100）之方法，其中若如步驟（314）中所指示，該車輛之速度在混合動力模式下超過25 Kmph之一預定值，則該電源（201）建構成藉由向該一體式起動發電機（203）供電來向一引擎（115）供電，且亦經由該混合動力控制單元（204）啟用該牽引馬達（202）。
如申請專利範圍第6項之用以控制一混合動力車輛（100）之方法，其中若所選擇之該等模式並非電動模式（304）且非混合模式（306），則該模式切換（303）切換至一引擎模式（320），如步驟（317）中所指示，該混合動力控制單元（204）監測TPS且若TPS大於一預定值，則僅藉助經由該電源（201）向該一體式起動發電機（203）供電來啟動該引擎（115）。