TWM530278U - 混合式車輛 - Google Patents

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TWM530278U
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internal combustion
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battery
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迪潘傑 馬蘇達
拉姆拉傑 加貝茲 迪那加爾
拉姆多斯 薩巴斯庫馬
瑟拉伯 庫馬
奇達巴拉 塞巴蒙尼亞
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Ｔｖｓ電機股份有限公司
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Description

混合式車輛
本創作概略地關於混合式車輛，並且尤其是有關一種用以在緊急情況下啟動混合式車輛的機制，然不具排斥性。
隨著非可再生能量來源日漸減少，降低石化燃料消耗量以及車輛內燃引擎廢氣排放的要求現為眾知。達到前述目標的其一方式是藉由電力驅動車輛。不過，相較於傳統車輛，這種車輛的車體重量較重，並且每次充電的行旅距離較短。這些缺點可藉由混合式車輛克服，這種車輛是運用將內燃引擎和牽引馬達併入在單一車輛內的優點。這種車輛對於減少車輛燃料消耗及廢氣排放具有高度潛力，而又不致嚴重地影響到車輛效能或駕駛操控性。
這種混合式車輛可透過依照內燃引擎、牽引馬達和電池規格所組態設定的控制設備來運作。混合式車輛內的控制設備具有一控制器，此者可根據所能獲用的輸入與內建邏輯來控制車輛操作及車輛內的電力流。該控制器取用來自電池的電力，這在混合式車輛的情況下通常是高電壓。在混合式車輛中，該控制器可大致掌控車輛的操作而無須任何人工輸入，這包含經由啟動器馬達以曲柄轉動該內燃引擎。電池電力則可提供至 該啟動器馬達。不過，可能會由於電性錯誤或機械性失誤而發生一些非所樂見的事件，這些會導致控制器故障，故而影響到車輛操作並對車輛使用者造成困擾。
例如，高電壓電池可能發生電性故障，或是將高電流自電池載送至車輛組件的接線可能出現短路，從而無法將電力供應至該控制器。在這些情況下，該控制器即無法如所欲地執行車輛操作。倘若該控制器從其取用電力的電池為完全地或部份地放電，則也有可能會發生這個問題。此外，假使該控制器本身故障，則會停止該內燃引擎的自我曲柄轉動，因而車輛會變成無法運作。又在另一情況下，如果牽引馬達出現短路，則甚至會難以推動車輛，原因是牽引馬達是連接至後輪。因此，在控制器或電池或馬達因任何電性或機械性故障事件而發生任何錯誤的情況下，會對車輛的操作造成影響並導致使用者被困在路途中。
本案主題項目是針對克服如前文所述的所有或任何問題，並藉此解緩先前技藝缺陷。因此，本案主題項目之一目的為在混合式車輛上依跛行模式(limp home)機制的形式提供一種緊急模式，所以在任何緊急或非所欲情況的過程中可藉由人工方式操作車輛而無須仰賴電池及控制器。本創作之另一目的為確保該跛行模式機制在正常情況下不會干擾到控制器的運作。
為此，本創作揭示一種具有跛行模式機制的混合式車輛，此機制包含一以人工操作的足踏啟動接桿，此者係經連接於內燃引擎；一交流產生器，此者機械性地連接至該足踏啟動接桿，該交流產生器具有一定 子和一轉子；以及一RR單元，此者取用來自該交流產生器的輸入；其中該足踏啟動接桿的操作可令該交流產生器將所需電壓提供至一點火(TCI)單元，該內燃引擎為曲柄轉動而無須藉助於電池和控制器，並且其中進一步該RR單元可調節對於該點火單元的所需電壓。
前揭目的與概要說明係經提供以按簡化形式說明多項選擇概念，然不具限制性質。為完整地瞭解本案主題項目之該等和其他目的以及該主題項目本身，經併同隨附圖式以閱讀後載之本案主題項目與申請專利範圍的詳細說明，熟諳本項技藝之人士將即能知曉所有這些項目。
9‧‧‧RR單元
10‧‧‧點火開關
11‧‧‧DC/DC轉換器
12‧‧‧點火單元
14‧‧‧點火線圈
17‧‧‧TCI切斷繼電器
22‧‧‧柄軸
23‧‧‧鏈條
24‧‧‧中介軸
26‧‧‧鏈輪
27‧‧‧輪軸
31‧‧‧足踏啟動接桿
32‧‧‧離心離合器
33‧‧‧交流產生器
34‧‧‧空轉齒輪
35‧‧‧足踏啟動驅動齒輪
36‧‧‧足踏啟動驅動齒輪
101‧‧‧前輪
102‧‧‧後輪
103‧‧‧前擋泥板
104‧‧‧後擋泥板
105‧‧‧前板
106‧‧‧側板
107‧‧‧前叉架
108‧‧‧主框架
120‧‧‧內燃引擎
122‧‧‧牽引馬達
125‧‧‧控制器
126‧‧‧電池
127‧‧‧輪轂
131‧‧‧後懸吊
136‧‧‧頭燈
137‧‧‧尾燈
140‧‧‧底踏板
141‧‧‧腳遮
142‧‧‧座位組裝
143‧‧‧底座蓋
150‧‧‧握把棒組裝
A‧‧‧能量流
B‧‧‧信號流
參照於後文詳述說明、申請專利範圍和隨附圖式將能更佳地瞭解本案主題項目的前述與其他特性、特點及優點，其中：圖1顯示一根據本創作的混合式車輛；圖2顯示該混合式車輛的後方局部而無側蓋；圖3顯示內燃引擎的截面上視圖；圖4顯示引擎箱內之足踏啟動接桿的側視圖；圖5顯示用於混合式車輛之跛行模式機制的運作佈置圖。
本創作是關於一種具有按跛行模式機制形式之緊急模式的混合式車輛。該跛行模式機制包含一以人工操作的足踏啟動接桿，此者係經連接於內燃引擎；一交流產生器，此者機械性地連接至該足踏啟動接桿，該交流產生器具有一定子和一轉子；一RR單元，此者取用來自該交流產生器的輸入。該跛行模式機制係經組態設定以直接地在引擎模式下啟動該車 輛，而無須仰賴於電池及控制器。如此可供在緊急、非預期或非所欲情況的過程中將混合式車輛轉換成一般的足踏啟動車輛。
此外，該控制器係經組態設定以在正常情況過程下當車輛良好操作時可運作於該跛行模式機制。不過，在部份或完全停機的情況下，該控制器可讓車輛進入人工模式，故而車輛使用者可藉人工方式曲柄轉動內燃引擎並且將該車輛帶至最接近的服務中心。現將透過具體實施例以解釋這種具備跛行模式機制的混合式車輛。
圖1顯示所論述之混合式車輛的側視圖。該車輛具有由多個經焊接連合之架管所組成的車體框架組裝，這通常是用以支撐該車輛的車體。該車輛具有一可導向前輪101及一所驅動後輪102。該車輛的車體框架組裝為一長型結構，此結構通常是自該車輛的前方末端延伸至後方末端。其形狀自升高側視來觀察通常為凸出形。該所述框架組裝含有一頭管(未予圖示)、一主框架108，並且亦可具有一子框架。該子框架係可利用適當的接合機制接附於該主框架。該框架組裝是由複數個車體蓋，包含前板105、腳遮141、底座蓋143及側板106，所覆蓋。
握把棒組裝150及座位組裝142是支撐在該框架組裝的相對末端處，並且其等之間定義一概為開放的區域，稱為底踏板140，此者可運作如足踩踏行的空間。駕駛者的座位及後座是設置在燃料油箱之前並在該底踏板140後方。前擋泥板103是設置在該前輪101的上方，藉以避免車輛及其乘坐者被泥垢所噴濺。同樣地，一後擋泥板104是設置在該燃料油箱及後輪102之間，並且在該後輪102之輻射方向的外部。後擋泥板104可防止該後輪102帶濺雨水等等。
可設置有懸吊系統以利在行車過程中舒適地駕駛車輛。前懸吊組裝(未予圖示)係連接至前叉架107，而後懸吊組裝則為液壓排置並且連接至該車體框架。後懸吊組裝含有至少一後懸吊131，且最好是位於車輛的左側處。然亦可為一具有兩個懸吊，即在左側及右側上，的車輛。為使用者安全並遵照交通法規，亦可設置有位在車輛前方局部處的頭燈136以及位在車輛後方局部處的尾燈137。
該車輛具有一電機電力串鏈，這包含一內燃引擎120以及一牽引馬達122以作為驅動來源。該內燃引擎120是設置在該後輪102的前方並且支撐在該車輛框架上。即如圖2所示，該牽引馬達122是由一電池126所供電，而該內燃引擎則是由藉該電池供電之啟動器馬達(未予圖示)所曲柄轉動。一控制器125控制該車輛內的電力流。在一具體實施例中，該內燃引擎為四衝程單汽缸引擎。該後輪102是藉由該內燃引擎120或該牽引馬達122或是兩者的驅動力所驅動。來自該內燃引擎的動力可經由傳動系統傳送至該後輪102。該內燃引擎120係經水平排置，亦即其柄軸是設置為與該車體的縱行方向呈直角。該牽引馬達122可自該電池126傳送動力。在如圖3所示的較佳具體實施例裡，該牽引馬達122是位於後輪102的輪轂127內。該輪轂127繞行於一軸向穿過該輪轂的輪軸27。該牽引馬達122在引擎曲柄箱外部直接地耦接於該後輪輪轂127可節省空間，並可防止因齒輪降減所造成的傳動損失。
即如圖3所示，該內燃引擎120具有一活塞運作的柄軸22，此者可旋轉以經由傳動系統將動力傳送至該後輪102。該柄軸22可運作交接於並驅動一中介軸24。根據本創作之一具體實施例，自該柄軸22至該中 介軸24的動力傳送是透過濕性類型的鏈條傳動。此鏈條可如參考編號23所示。經設置在該柄軸22之一末端處的離心離合器32可協助該柄軸22交接及分離於該中介軸24。經設置在該中介軸24之一末端局部處的鏈輪26可透過乾性類型的鏈條/條帶傳動將自該柄軸所收到的動力傳送至一輪軸27。該鏈輪及鏈條機制會降低中介軸的旋轉力度，並且將降減的旋轉力度傳送至後輪102。
該混合式車輛進一步含有複數個使用者可選擇的操作模式。使用者可透過一為此目的所提供的模式選擇切換器(未予圖示)選擇該等操作模式的任一者以操作該車輛及/或在該等操作模式之間進行切換。所選定的模式會顯示在該混合式車輛的顯示器面板上。該控制器125可根據使用者所選定的模式來啟動馬達或內燃引擎或兩者。若並未選定模式，則該控制器會按內定模式來啟動車輛。在一較佳具體實施例裡，該混合式車輛設有至少四種操作模式以利燃料效率、行車範圍的最佳化，並且可在車輛操作方面對車輛使用者提供更多的控制度及考量。
這四種操作模式稱為混合式節省模式、混合式動力模式、引擎模式及電性模式。混合式節省模式為該車輛的內定模式，亦即除任何使用者選擇的情況外，否則該控制器就會在混合式節省模式下啟動且運行該車輛。在此模式下，該控制器操作該車輛的方式是藉由首先供電該牽引馬達122，然後一旦該車輛觸抵一預定操作點，該控制器125即曲柄轉動該內燃引擎120並且停止該牽引馬達122。在混合式動力模式下，該控制器操作該車輛的方式是該車輛可同時地自該內燃引擎120和該牽引馬達122獲得動力。在引擎模式下，該控制器曲柄轉動該內燃引擎120而且該車輛僅在該 內燃引擎上運行；然在電性模式下，該車輛則是僅藉該牽引馬達122提供動力。
即如圖5所示，為操作該車輛，使用者首先經由車輛上所提供的點火鑰匙以切換啟動該點火開關10，如此可將電壓提供至一DC/DC轉換器11。該DC/DC轉換器11的輸出是連接至包含顯示器面板在內的所有照明負載。該電池126為單一電池，可用以對包含像是用於引擎曲柄轉動的啟動器馬達、顯示器面板、所有照明負載、控制器的所有車輛元件提供電力，並且供電該牽引馬達。在該混合式車輛的一具體實施例裡，該電池126可包含鋰離子電池並且提供48V的電動力。該電池可在雙電壓系統中運作。該電池可透過該控制器125將48V的電動力供應至該電性馬達，並且又能經由該DC/DC轉換器11將12V供應給所有其他負載。該電池可透過直接充電或者利用該牽引馬達以進行充電。
一旦使用者選定一特定操作模式之後，該控制器125即依照自該模式選擇切換器所獲得的輸入切換啟用該牽引馬達122或是該內燃引擎120。為啟動該牽引馬達122，該控制器125自該電池126接收電力，並且將電力供應至該牽引馬達122。而為啟動該內燃引擎120，該控制器125可藉由將所需電壓供應至一啟動器繼電器(未予圖示)以曲柄轉動一啟動器馬達(未予圖示)。該啟動器馬達可將所需電壓供應至該啟動器馬達。在一較佳具體實施例裡，該控制器可對該啟動器繼電器供應12V，並且該啟動器繼電器可進一步將48V供應至該啟動器馬達。同時，該控制器可供電一點火(TCI)單元12以供火星塞點火作業。為自動地切換關閉該內燃引擎(當車速觸抵零時)，該控制器可利用一點火切斷繼電器(TCI切斷繼電器)17以切斷 電力供應。如此即可停止對該點火(TCI)單元12的電力供應，並因而停止該內燃引擎120。
若因任何電性或機械性故障事件而導致在控制器或電池或馬達裡出現任何錯誤的情況，則會對車輛操作造成影響並且使用者可能被困在路途中。該電池126可能產生錯誤，或者接線可能失效而無法將電流供應至該控制器。因此，可在車輛上提供一種按跛行模式機制之形式的緊急模式，藉以在緊急情況下協助車輛使用者。此機制包含一人工操作的足踏啟動接桿31，此者係經連接於該內燃引擎120；一交流產生器33，此者機械性地連接至該足踏啟動接桿31；以及一調節及整流單元(RR單元)(9)，此者取用來自該交流產生器33的輸入。該足踏啟動接桿31係經橫向地設置在該內燃引擎的外部，並且可運作連接至經進一步連接至該柄軸的傳動系統。該交流產生器可供在該車輛內進行足踏啟動。車輛使用者可人工地操作該足踏啟動接桿31，藉以在當電池遭遇到完全或部份地停機，或甚其他情況，時能夠啟動該車輛。
該跛行模式機制於任何電性或機械性故障事件的過程中可在引擎模式下直接地啟動車輛。此機制的出現可將該混合式車輛轉換成具有無電池點火系統之內燃引擎的車輛。欲在緊急模式下使用此車輛，使用者首先切換啟用點火鑰匙，亦即該點火開關10必須為「ON」。即如圖4所示，當施加人力時，該足踏啟動接桿31即操作該足踏啟動驅動齒輪36，而此者為嚙合接於一空轉齒輪34。該空轉齒輪34可將驅動力傳至該足踏啟動驅動齒輪35，而後者可將動力提供至該柄軸22。即如圖5，該柄軸的旋轉可令該交流產生器33將所需電壓經由該TCI切斷繼電器17提供至該點火 單元12。一經連接至該交流產生器的脈衝產生器線圈可產生rpm信號，此信號可藉由該點火單元所感測(信號流)。該點火單元12供電該點火線圈14，而後者又會進一步對火星塞提供電力。如此，當rpm信號為適當時，該點火單元即能提供火花並且啟動點火作業。依此方式，即可曲柄轉動該內燃引擎120而不必藉助於電池及控制器。
該交流產生器33為一磁發電機，此者具有一轉子及一定子，並且是架置在靠近該內燃引擎之柄軸22上相反於該離心離合器32的末端局部處。如此可將電動力提供給該RR單元9，而該者則可連同該DC/DC轉換器輸出將所需調節電壓(12V)提供至該點火單元12以及所有負載。該RR單元具有一全電橋整流器及電容器排置，藉以在缺少12V電池情況下將電壓輸出調節至可接受限制內，原因是該主電池126具有非常高的電力。該DC/DC轉換器11的輸出是連接至包含顯示器面板在內的所有照明負載。因此，該跛行模式機制能夠在引擎模式下以人工方式啟動車輛，而無須電池電力且無需取用來自控制器的輸入。當人工方式操作該足踏接桿時，該機制可曲柄轉動該內燃引擎並且在緊急情況的過程中確保車輛移動。
在混合式車輛的操作過程中，電池是有可能遭遇到完全、部份或無停機的狀況。在正常情況的過程中，該車輛上的所有電池相關活動皆係路由連經該控制器，且因此該跛行模式機制係經組態設定以在由於電池放電或任何電性故障事件而造成之完全或部份停機情況的過程中運作。即如圖5所示，當電池以及其他的車載系統是在「無停機」情況下良好運作時，該控制器可依照使用者選定的模式正常操作，並且切換關閉該點火單元12以初始地停用該內燃引擎。在內定的混合式節省模式下，當該點火 單元12為關閉時該牽引馬達122首先會供電該車輛，並且當車輛觸抵一門檻值速度之後，該控制器125可經由該啟動器馬達以曲柄轉動該內燃引擎。若使用者以人工方式選擇引擎模式，則是由控制器藉助於啟動器馬達以曲柄轉動該內燃引擎。在無停機情況下，即便使用者是經由該足踏啟動接桿31以人工方式曲柄轉動該內燃引擎，該控制器125也會偵測到並且停止供電至該點火單元12，從而切換關閉對該內燃引擎的點火作業。因此，當無需要時內燃引擎就會停止。
在「完全停機」的情況下，該控制器125無法獲用電力輸人而且該電池126為完全地死機，或者是對該控制器的連接出現中斷。在此過程中，該內燃引擎120可由車輛使用者利用該跛行模式機制以曲柄轉動，即如前文所述，然只有在將該點火鑰匙切換為「ON」之後。如此即在引擎模式下啟動該車輛。在此，該交流產生器33，而非該電池126，會將電力提供給點火單元12，同時整體操作中並無任何控制器或電池。一旦內燃引擎啟動之後，電力系統可持續提供足夠電壓以操作所有的車輛負載。由於車輛中並未使用次要12V電池而且主要電池為死機，因此該RR單元9可提供輸出電壓而無任何波紋。為此，該RR單元含有一可提供完整DC電流的全電橋整流器及電容器排置。
在「部份停機」情況的過程中，車輛點火鑰匙是切換在「ON」且儀器簇集亦為「ON」，然顯示出嚴重的故障指示。此情況會出現在當控制器為「ON」，但由於在電池上有些安全關鍵參數出錯故而控制器停止高電流電池放電作業時。應注意到該電池為一具有內部BMS(電池管理系統)的鋰離子電池，此系統可將安全關鍵參數提供給該控制器。該控制器應保持該 點火單元12為切換關閉，然在部份停機情況的過程中，該控制器邏輯有所變化，並且該TCI切斷繼電器17即使是在零速度下亦為啟用，藉此以人工方式曲柄轉動該內燃引擎。而且也會停用啟動器馬達以停止自我曲柄轉動。在先前技藝中，只有在當控制器曲柄轉動該啟動器馬達時或是當使用者自己選擇引擎模式或混合式電力模式時才會啟動內燃引擎。如此，藉由跛行模式機制，該足踏啟動接桿31可曲柄轉動該內燃引擎，並且該控制器會供電該點火單元以利點火。
由於提供有該跛行模式機制，因此該控制器邏輯係經組態設定為考量到如前解釋的不同情況，同時提供更高的彈性以關閉電性自我啟動且避免電池的深度放電。這是因為可獲用另一選項以藉由利用該足踏啟動接桿來啟動車輛。此彈性可提高車輛的安全參數，因為必須持續地對鋰離子電池進行監視。
本案主題項目及其等同項目提供諸多優點，包含如前文中所敘述者。本創作揭示一種具有使用者可選擇模式及一跛行模式機制的混合式車輛，藉以在任何電性或機械性故障事件的過程中啟動該混合式車輛。該跛行模式機制可改善使用者的便利性，同時可將該混合式車輛轉換成一般人工曲柄轉動的車輛。
如此既已敘述本案的主題項目。然本文說明並非窮列性質，亦非欲以令本創作受限於所揭示的精確形式。熟諳本項技藝之人士將能知曉該等所揭示具體實施例確可基於前述說明加以修改。該等所揭示具體實施例係經選擇以供解釋本創作原理及其實際應用，藉此讓熟諳本項技藝的人士能夠按適於所考量之特定用途在各種具體實施例和眾多修改項目中運 用本創作。因此，前揭說明應視為示範性質而非限制性質，同時本創作的實際範疇應為如後文申請專利範圍中所描述者。
9‧‧‧RR單元
10‧‧‧點火開關
11‧‧‧DC/DC轉換器
12‧‧‧點火單元
14‧‧‧點火線圈
17‧‧‧TCI切斷繼電器
33‧‧‧交流產生器
125‧‧‧控制器
126‧‧‧電池

Claims (5)

  1. 一種具有複數個使用者可選擇操作模式的混合式車輛，並且包含：一內燃引擎(120)，此者藉一啟動器馬達而曲柄轉動，一牽引馬達(122)，一電池(126)，此者用以對該牽引馬達(122)和該車輛的所有電子負載進行供電，一控制器(125)，此者控制該車輛內的電力流，該控制器(125)根據所選定的模式來啟動該牽引馬達(122)或該內燃引擎(120)或兩者(122、120)，若並未選定模式，則該控制器(125)會按內定模式來啟動該混合式車輛，在該內定模式中，該控制器(125)操作該混合式車輛的方式是藉由首先供電該牽引馬達(122)，然後一旦該車輛觸抵一預定操作點，該控制器(125)即曲柄轉動該內燃引擎(120)並且停止該牽引馬達(122)，一跛行模式機制，此者在任何電性或機械性故障事件的過程中於引擎模式下直接地啟動該車輛，該跛行模式機制進一步包含：一以人工操作的足踏啟動接桿(31)，此者係經連接於該內燃引擎，一交流產生器(33)，此者機械性地連接至該足踏啟動接桿(31)，該交流產生器具有一定子和一轉子；一RR單元(9)，此者取用來自該交流產生器(33)的輸入；其中該足踏啟動接桿(31)的操作令該交流產生器(33)將所需電壓提供至一點火單元(12)，該內燃引擎為曲柄轉動而無須藉助於電池和控制器，以及其中該RR單元(9)調節對於該點火單元(12)的所需電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之混合式車輛，其中該跛行模式機制在 電池的完全或部份停機過程中為作用中。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之混合式車輛，其中，在該電池(126)的部份停機過程中，該控制器(125)停用啟動器馬達並且透過該足踏啟動接桿(31)以啟用引擎曲柄轉動。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之混合式車輛，其中該RR單元(9)包含一全電橋整流器及一電容器。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之混合式車輛，其中該交流產生器(33)為一磁發電機，並經架置在靠近該內燃引擎之柄軸(22)的末端局部處。
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