专利名称：使用电动机的四轮驱动装置及其方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种四轮驱动装置和方法。更具体地说，本发明涉及一种四轮驱动装置和四轮驱动方法，在前轮轴被发动机驱动时，确保后轮轴被电动机驱动。
背景技术：
四轮驱动是一种类型的驱动系统，其中两个前轮与它们自己的差速器和轴相连，两个后轮与它们自己的差速器和轴相连。在这两个差速器之间，设置分动器，从而传送驱动力。
四轮驱动确保车辆在越野道路或倾斜道路上行驶，使其容易在雪中行走，从而改善车辆的安全性。
然而，由于普通四轮驱动系统配备有分动器，因此，使传送驱动力的效率比两轮驱动低，车辆的整体重量增加。
发明内容
在一种前轮被发动机驱动的车辆的示范性四轮驱动装置中，发电机与发动机相连用于发电；电动机被发电机提供的电流驱动并提供动力驱动后轮轴；电池被所述发电机的电流充电；第一继电器开关，用于转换发电机和电动机之间的电接触；第二继电器开关，用于转换发电机和电池之间的电接触，其中，发电机所产生的电流被提供给电动机或电池。
较佳地，前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置控制器，其中，还包括当电动机被驱动时，控制器控制第一继电器开关打开且第二继电器开关关闭，并且，当电池被充电时，控制器控制第一继电器开关关闭且第二继电器开关打开。
较佳地，前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置还包括用于检测电池输出电压的第一电压检测器以及用于检测发电机输出电压的第二电压检测器，其中基于电池电压和发电机电压之间的差值，控制器控制发电机的转子电流。
较佳地，采用PWM方式控制发电机，且转子电流的负载比从被设定为0的初始值逐步增加负载比。
较佳地，前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置还包括用于检测前轮轴RPM的第一速度传感器；用于检测后轮轴RPM的第二速度传感器，其中，基于前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值，控制器控制转子电流。
较佳地，采用PWM方式控制发电机。
一种前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置的控制方法，其中，该装置包括与发动机相连用于发电的发电机、被该发电机提供的电流驱动并提供动力驱动后轮轴的电动机、被所述发电机提供的电流充电的电池、用于转换发电机和电动机之间电接触的第一继电器开关、用于转换发电机和电池之间电接触的第二继电器开关，该方法包括确定电池的输出电压是否高于预定电压；确定是否需要四轮驱动；当检测到的发电机的输出电压不低于预定检测到的电池输出电压时，控制第一继电器开关打开且第二继电器开关关闭；利用发电机通过施加基于前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值所计算出的转子电流产生电流；将被发电机所提供电流所驱动的电动机的驱动力传送到后轮轴。较佳地，确定是否需要四轮驱动的步骤包括检测前轮轴RPM和后轮轴RPM；计算前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值；确定所计算的前轮轴RPM和后轮轴RPM之间差值是否比预定值高，其中，如果前轮轴RPM和后轮轴RPM之间差值比预定值高，就确定需要四轮驱动。
较佳地，如果所检测的电池输出电压小于预定值，该控制方法还包括对发电机施加从0开始逐步增加负载比的转子电流；确定检测到的发电机输出电压是否小于检测到的电池输出电压；当检测到的发电机输出电压不小于检测到的电池输出电压时，控制第一继电器开关关闭且第二继电器开关打开，以反馈控制的方式，将电池的电压维持在第二预定电压上。
图1示出了根据本发明实施例的四轮驱动装置的结构；图2是根据本发明实施例的四轮驱动装置的方框图；图3是根据本发明实施例的四轮驱动方法的流程图。
具体实施例方式
下文结合附图介绍本发明优选实施例。
图1示出了根据本发明实施例的四轮驱动装置的结构。
如图1所示，与变速箱13相连的发动机11也与发电机15相连，从而发电。
较佳地，发电机15是直流发电机。发电机15与电池19和电动机23相连，从而使发电机15所发出的电流交替地给电池19充电或驱动电动机23。较佳地，电动机23为直流电动机。
第一继电器开关21转换发电机15和电动机23之间的电接触，第二继电器开关17转换发电机15和电池19之间的电接触。当需要驱动电动机23时，第一继电器开关21使发电机15和电动机23相连，第二继电器开关17断开发电机15和电池19之间的连接，从而使发电机15所产生的电流被提供给电动机23。当需要对电池19进行充电时，第一继电器开关21断开发电机15和电动机23之间的连接，第二继电器开关17使发电机15和电池19相连，从而使发电机15所产生的电流用于对电池19进行充电。
用于检测电池输出电压的第一电压检测器31与电池19相连，用于检测发电机15输出电压的第二电压检测器33与发电机相连。第一速度传感器37和第二速度传感器35分别与前轮轴和后轮轴相连，用于检测其RPM。电压和RPM的代表性信号被传送到控制器29。
控制器29是被预定程序操作的微处理器，用于控制发电机15、第一继电器开关21、第二继电器开关17和离合器25。
图2是一个根据本发明实施例的四轮驱动装置的方框图。
如图2所示，当控制器29基于PWM方式产生用于转子电流的信号时，发电机15所发出的电流根据第一继电器开关21和第二继电器开关17的转换操作，交替地用于驱动电动机23或给电池19充电。
当对电池19进行充电时，基于第一电压检测器31所检测到的电池输出电压以及第二电压检测器37检测到的发电机的输出电压，控制器29产生用于转子电流的信号。当电动机23被驱动时，基于前轮轴和后轮轴的RPM，控制器29产生用于转子电流的信号。
由第一电压检测器31检测到的电池19的输出电压被传送到控制器29。在步骤S301，控制器29确定是否电池的输出电压不小于第一预定电压。
第一预定电压是驱动设置在车辆上的电子设备所需的最小电压。较佳地，当电池的电压额定值是12V时，第一预定电压被设定为11V。
当电池的输出电压小于第一预定电压时，在步骤S303，控制器29确定是否需要四轮驱动。
基于由第一速度传感器37检测到的前轮RPM和第二速度传感器35检测到的后轮RPM，控制器29确定是否需要四轮驱动。当前轮RPM和后轮RPM之间的差值大于预定值时，确定需要四轮驱动。
当需要四轮驱动时，在步骤S305，控制器29控制第一继电器开关打开以及第二继电器开关关闭。因此，电动机23与发电机15电相连，从而在步骤S305，来自发电机19的电能被提供到电动机23。
随后，在步骤S307，基于前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值计算的转子电流被提供到发电机15，通过离合器25和差速齿轮29，被发电机15电流所驱动的电动机23的驱动力被传送到并驱动后轮轴。
较佳地，产生转子电流的控制器29采用PWM方式控制发电机15。
当电池的输出电压小于第一预定电压时或不需要四轮驱动时，控制器29施加用于产生电流的转子电流以便在步骤S309对电池19进行充电。在步骤S309，控制器29采用PWM方式控制发电机15，转子电流的负载比的初始值被设定为0。
在步骤S311，控制器29确定是否第二电压检测器33所检测到的发电机的输出电压小于第一电压检测器31所检测到的电池的输出电压。如果发电机的输出电压小于电池的输出电压，在步骤S309，增加转子电流的负载比。重复执行步骤S309和S311，直到发电机的输出电压不小于电池的输出电压为止。因此，发电机转子电流的负载比被逐渐增加，从而阻止发电机15和电池19之间的电震。
当发电机的输出电压不小于电池的输出电压时，控制器29控制第一继电器开关21关闭以及第二继电器开关17打开，从而在步骤S313，用发电机15所产生的电流对电池19进行充电。随后在步骤S315，利用反馈控制，控制器29将电池的输出电压维持在第二预定电压。
当完成对电池的充电后，在步骤S317，控制器29再次确定是否需要四轮驱动。采用与步骤S303相同的方式执行步骤S317。
根据本发明上述四轮驱动设备和方法，发电机交替地给电池供电进行充电或给电动机供电用于驱动，从而实现一种有效的四轮驱动系统。
此外，发电机的输出电压被直接控制并被施加到电池上，从而不需要DC/DC变换器，可以简化四轮驱动系统的结构。
权利要求
1 一种前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置，包括与发动机相连且用于发电的发电机；由所述发电机提供的电流驱动并提供动力以驱动后轮轴的电动机；由所述发电机提供的电流充电的电池；第一继电器开关，用于转换发电机和电动机之间的电接触；第二继电器开关，用于转换发电机和电池之间的电接触；其中，所述发电机产生的电流被交替地提供给电动机或电池。
2 如权利要求1所述装置，其特征在于，还包括控制器；其中，当电动机被驱动时，所述控制器控制第一继电器开关打开且第二继电器开关关闭；当电池被充电时，所述控制器控制第一继电器开关关闭且第二继电器开关打开。
3 如权利要求2所述装置，其特征在于，还包括用于检测电池输出电压的第一电压检测器；以及用于检测发电机输出电压的第二电压检测器，其中，基于电池电压和发电机电压之间的差值，所述控制器控制发电机的转子电流。
4 如权利要求3所述装置，其特征在于采用PWM方式控制发电机。
5 如权利要求4所述装置，其特征在于转子电流的负载比从被设定为0的初始值逐步增加。
6 如权利要求2所述装置，其特征在于，还包括用于检测前轮轴RPM的第一速度传感器；用于检测后轮轴RPM的第二速度传感器；其中，基于前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值，所述控制器控制转子电流。
7 如权利要求6所述装置，其特征在于采用PWM方式控制发电机。
8 一种前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置的控制方法，其中，该装置包括与发动机相连且用于发电的发电机、被该发电机提供的电流驱动并提供动力以驱动后轮轴的电动机、被发电机提供的电流充电的电池、用于转换发电机和电动机之间电接触的第一继电器开关、用于转换发电机和电池之间电接触的第二继电器开关，该方法包括确定电池的输出电压是否不低于第一预定电压；确定是否需要四轮驱动；当检测到的电池输出电压不低于第一预定电压且需要四轮驱动时，控制第一继电器开关打开且第二继电器开关关闭；利用发电机通过施加基于前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值所计算的转子电流来产生电流；将被发电机所提供的电流所驱动的电动机的驱动力传送到后轮轴。
9 如权利要求8所述控制方法，其特征在于确定是否需要四轮驱动的步骤包括检测前轮轴RPM和后轮轴RPM；计算前轮轴RPM和后轮轴RPM之间的差值；以及确定所计算的前轮轴RPM和后轮轴RPM之间差值是否比预定值高；其中，如果前轮轴RPM和后轮轴RPM之间差值比预定值高，就确定需要四轮驱动。
10 如权利要求8所述控制方法，其特征在于如果所检测的电池输出电压小于预定值，该控制方法还包括对发电机施加从0开始逐步增加负载比的转子电流；确定检测到的发电机输出电压是否小于检测到的电池输出电压；当检测到的发电机输出电压不小于所检测到的电池输出电压时，控制第一继电器开关关闭且第二继电器开关打开；以反馈控制的方式，将电池的电压维持在第二预定电压上。
全文摘要
一种根据本发明的前轮被发动机驱动的车辆的四轮驱动装置，包括与发动机相连用于发电的发电机；被所述发电机的电流驱动并提供动力以驱动后轮轴的电动机；被所述发电机的电流充电的电池；第一继电器开关，用于转换发电机和电动机之间的电接触；第二继电器开关，用于转换发电机和电池之间的电接触；其中，发电机所产生的电流被交替地提供给电动机或电池。
文档编号B60K6/44GK1600598SQ200310113048
公开日2005年3月30日 申请日期2003年12月25日 优先权日2003年9月24日
发明者金钟宪 申请人:现代自动车株式会社