混合动力推进车辆的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种混合动力推进车辆，包括：第一可逆电动机器（2），该第一可逆电动机器（2）通过第一动力转换器（20）控制并且通过变速器装置（5）连接至驱动轮（4）；用于储存电能的电池组（19）；第二可逆电动机器（6），该第二可逆电动机器（6）通过第二动力转换器（21）被控制为发电机并且通过第一接合装置（7）联接至第一电动机器（2）；内燃发动机（12），该内燃发动机（12）能够通过第二接合装置（13）联接至第二可逆电动机器（6）。在标称牵引条件下，第一转换器将电池组的第一直流电流转换成使第一电动马达旋转的第一受控电流；在高电力牵引条件下，第二转换器将电池组的第二直流电流转换成使作为第二马达的可逆机器旋转的第二受控电流，该第二马达机械地联接至第一电动马达并且与内燃发动机分离以便增大车辆的牵引转矩；在车载再充电的条件下，第二转换器将操作为发电机的可逆机器的第一可变电流转换成第一整流直流电流以便给储存组充电，该发电机机械地联接至燃烧发动机并且与第一电动马达分离。
【专利说明】混合动力推进车辆
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据独立权利要求的前序部分所述的设置有电动马达和燃烧发动机的类型的混合动力推进车辆。
[0002]本发明的车辆意在有利地用于为在市区和市区外的环境中行驶而设计的车辆。
[0003]因此，本发明适于汽车工业领域，并且特别适于具有混合型电气和燃烧推进的车辆领域。
技术背景
[0004]众所周知，在过去的几年中，为了限制由市区中的交通工具所产生的污染和为了优化能量消耗，汽车生产企业已经在市场上推出了所谓的混合动力推进车辆。这种车辆装有适于产生动力的至少两种不同类型的推进器，每种类型的推进器由不同的能源牵引，通常，一个推进器具有电动马达而另一个推进器具有热力马达(燃烧型)。
[0005]在减速时，每个混合动力车辆通常还能够利用电动马达可逆地运行的能力，即，制动车辆，从而广生如往储存组的、原本会在制动器中浪费掉的能量。
[0006]作为非限制性示例，所产生的电能可以被储存在基于锂化学(锂离子、锂聚合物)的储存组中或超级电容器中。
[0007]在该领域中，研究主要致力于限定一种旨在以可能的最好模式利用这两种推进系统的互补特性的机械和控制构型；这是为了限制(例如)市区的污染、为了减少总能耗等等。
[0008]内燃发动机具有即使在限定的马达运行速度范围内也以相当高的效率转换燃料的化学能的优点，该燃料可以由现有的普遍的燃料供给网轻松供给。
[0009]电动马达具有以比燃烧发动机更高的效率和通用性转化电能的优点，但它具有下述缺点:电动马达仅可以在车辆上储备少量能量，并目前这种能量不像化石燃料(汽油、柴油、液化石油气(LPG)、甲烷等)那样能够容易地且快捷地供给。
[0010]目前市场上可获得的混合动力推进车辆主要采用用两种不同的混合动力推进构型，它们被称为串联式混合动力和并联式混合动力。
[0011]在(扩展范围的)串联式混合动力构型中，为了产生牵引转矩，至少一个电动机器机械地连接至驱动轮，而为了给电动牵引马达供给电力，燃烧发动机与牵引系统分离并具有通过第二电动机器产生电力的任务。由连接至燃烧发动机的第二机器产生的电流传递至电动牵引马达和/或所设置的能量储存装置。
[0012]在转矩需求的情况下，电动牵引马达既可以通过由热力马达通过发电机所产生的能量供给动力，又可以通过储存在电池中的能量供给动力。
[0013]内燃发动机设置成以旨在使其效率优化的特定速度和负载间隔下运行。
[0014]采用串联式混合动力的车辆提供了由于可获得在车载电流发电机的协助下实现的在纯电动状态下的行驶而带来的优势一吸热发动机产生电能的车载电流发电机用于市区和郊区用途并可扩展至市区外的。多个电动机器的存在还允许使在制动步骤期间回收的能量的量最大化，而在传统的液压机械制动系统中，这种能量被浪费掉。[0015]在并联式混合动力构型中，除吸热发动机和变速器系统之外，马达推进系统还包括单个可逆电动机器，该可逆电动机器交替地执行马达和发电机的功能。牵引转矩主要由吸热发动机在被控制为马达时的电动机器的协助下产生。如果在马达和变速器装置之间装上合适的连接装置和分离装置，那么系统允许以低速度且限于储存组、起动机组、加速组、转矩增压器组和发电机组可获得的能量的情况下实现电动机器用于电动牵引功能的用途。由于牵引主要由吸热发动机确保，因此相对于串联式混合动力构型而言，并联式混合动力构型允许实现更大的郊区的自主性。由于电动马达在加速和低速行进中代替或协助吸热发动机，因此电动马达有助于减少二氧化碳(CO2)的排放量并且因此减少能耗。混合型混合动力构型也是已知的，在混合型混合动力构型中，如在并联式混合动力构型中那样，电动马达和热力马达两者都联接至用于牵引转矩的分配轴，并且，如在串联式混合动力构型中那样，吸热发动机连接至发电机，以便将电流供给至电动马达。
[0016]迄今，市场上存在的混合动力构型在车载马达和电动机器的利用方面不是特别有效，因此，即使它们以低效率的方式被采用也超负荷；例如，电动机器有时仅用于短时期中或用于有限的情况中。
[0017]这种不利情况给车辆的总效率或其生产成本带来负面影响。
【发明内容】
[0018]因此，在这种情况下，本发明涉及的问题在于通过提供一种混合动力推进车辆来克服在已知类型(串联式混合动力型、并联式混合动力型以及混联式(串并联式)混合动力型)的解决方案中所见的缺点，这种混合动力推进车辆允许通过合适的控制系统以有效的方式将车载吸热发动机和电动机器的运行进行组合。
[0019]本发明的第二个目的是获得一种车辆，该车辆的用途能够以通用的方式改变，以便优化与电池的使用、电能的消耗、燃料的消耗和产生的污染相关的特定的运行需要。
[0020]本发明的第三个目的是获得一种车辆，即使为了主要用于市区运行而被优化，该车辆也能够有利地被使用来甚至是完成远距离行驶。
[0021]本发明的另一目的是获得一种结构简单、生产成本低廉且在操作上完全可靠的混合动力推进车辆。
[0022]这些目的和其他目的都由根据所附的权利要求所述的、作为本发明的对象的混合动力推进车辆来实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]根据上述目的，可以从所附的权利要求的内容中清楚地看出本发明的技术特征，并且，通过参照示出了本发明的仅为示例性且非限制性的实施方式的附图而做出的下面的详细描述，本发明的技术特征的优点将变得更加明显，在附图中:
[0024]图1示出了作为本发明的对象的混合动力推进车辆的整体示意图，其中，在用于车辆的牵引的组之间示出了主要的电力连接；还示出了连接至车辆的运行控制单元的主要的信号连接；
[0025]图2示出了根据本发明的用于车辆的牵引的组的功能逻辑方案，该组以具有标称电气牵引的第一操作构型示出；[0026]图3示出了图2的功能逻辑方案，其中，用于车辆的牵引的组以具有电气牵引和大功率的第二操作构型示出；
[0027]图4示出了图2的功能逻辑方案，其中，用于车辆的牵引的组以用于给储存装置再充电的第三车载操作构型示出；
[0028]图5示出了图4的功能逻辑方案的变型实施方式，其中，用于车辆牵引的组以第四构型示出，该第四构型允许在被控制为发电机的第一电动机器与被控制为电动牵引马达的第二电动机器之间实现动力的直接的再循环；
[0029]图6示出了图2的功能逻辑方案，其中，用于车辆的牵引的组以用于通过燃烧发动机进行的牵引的直接机械辅助的第五操作构型示出；
[0030]图7示出了图2的功能逻辑方案，其中，用于车辆的牵引的组以特点为通过燃烧发动机进行完全牵引的第六操作构型示出；
[0031]图8示出了图2的功能逻辑方案，其中，用于车辆的牵引的组以用于制动能量的回收的第七操作构型示出；
[0032]图9示出了图2的功能逻辑方案，其中，电能储存装置被再充电。
【具体实施方式】
[0033]参照这套附图，作为本发明的对象的混合动力推进车辆整体用I表示。
[0034]术语“车辆”在下文中意在表示装有车轮且容许在道路上前进以便运输人或物的任一种装置，比如，轿车、厢式汽车、卡车或类似车辆。
[0035]下面将特别参照与汽车有关的本发明的优选实施方式，该汽车以完全传统的方式包括通过驱动轮并且也可能仅通过被驱动轮位于地面上的支撑框架。
[0036]与车辆推进系统相关联地在下文进行描述的是控制系统，该控制系统从头到尾由CS表示。在图1的方案中以简化的方式示出的实施方式中，控制系统CS包括三个电子控制单元E⑶1、E⑶2、E⑶3，这三个电子控制单元E⑶1、E⑶2、E⑶3例如通过基于CAN (控制局域网)协议的通信系统与第四控制单元UCU4相互连接，牵引系统调节器和车辆监控的功能归功于该第四控制单元UCU4。
[0037]下面将通过车辆I的推进系统的不同的组的介绍对上述单元进行详细描述。
[0038]车辆框架优选地在发动机舱100内支撑第一电动马达2,该第一电动马达2有利地由例如具有大约15kW标称功率的用于推进小型城市汽车的交流无刷马达构成；即便如此，在不背离本发明的保护范围的情况下，这种马达根据具体应用当然可以具有不同的功率，并且可以存在不同的马达类型，比如异步马达。
[0039]前述第一电动马达2的轴3通过变速器装置5机械地连接至车辆I的驱动轮4，变速器装置5将由第一马达2产生的驱动转矩传递至驱动轮4。
[0040]前述变速器装置5为本身传统的类型并且包括例如减速器5’，该减速器5’机械地连接至差速器构件5”，该差速器构件5”将第一马达2的轴3的扭矩分配至两个驱动轮4。[0041 ] 根据本发明的车辆I设置有可逆电动机器6，该可逆电动机器6特别有利地插入发动机舱100内，并且适于选择性地操作为发电机或操作为第二电动马达。
[0042]在两种不同的模式下，可逆电动机器6的运行由受到主控制单元E⑶I (主E⑶)控制的电力控制单元ECU2 (ECU E-传动)控制，如下面更好地描述的。[0043]上述可逆电动机器6也可有利地由具有比第一马达2低的标称功率的交流无刷马达构成。
[0044]这种可逆机器6通过第一接合装置7选择性地能够机械地联接至第一电动马达2，并且因此该可逆机器6并不直接机械地连接至车辆I的驱动轮4。第一接合装置7可以通过控制系统CS在第一联接位置与第一分离位置之间被致动，在第一联接位置中第一接合装置7将可逆电动机器6机械地连接至第一电动马达2，在第一分离位置中第一接合装置7将可逆电动机器6与第一电动马达2分离。
[0045]如下面将更好地描述的，第一接合装置7通过电力控制单元E⑶2在上述两个位置之间被致动，而电力控制单元ECU2又由主控制单元ECUl控制。
[0046]第一接合装置7例如由分别连接至第一马达2的轴40的齿轮和连接至可逆机器6的轴10的齿轮之间的轴向联接组而获得，即，由齿轮变速组或离合器组获得。
[0047]更详细地，第一马达2的轴40具有通过第一接合装置7机械地连接至可逆机器6的轴10的第一端部40’ ；轴40还具有机械地连接至变速器装置5的相反的第二端部40”，而变速器装置5又机械地连接至车辆的车轮4以使车辆移动。从而，有利地，变速器装置5不位于两个电动马达6与2之间，而是设置在第一马达2的与可逆机器6的位置相反的那侧。
[0048]在示例性且非限制性的实施方式中，可逆机器6设置为:第一马达2的轴3具有与具有带槽的形式且接合在第一可动离合器盘8的反向成形的座中的转矩传递装置的轴相对的端部。第一可动离合器盘8面对第一固定离合器盘9，而第一固定离合器盘9又配合在可逆机器6的轴10上。
[0049]第一接合装置7还包括电动机械的或电动液压的第一致动器11，例如具有螺线管的感应式致动器，该感应式致动器致动操作杆以便使第一可动离合器盘8靠着第一固定离合器盘9沿第一马达2的轴3移动以到达联接位置；或者，该感应式致动器致动操作杆以便使第一可动离合器盘8沿第一马达2的轴40移动离开第一固定离合器盘9以到达分离位置。
[0050]当然，离合器组可以以本领域普通技术人员已知的许多其他构型获得，并且特别是可以由磁性离合器获得。
[0051]车辆I还设置有内燃发动机12，该内燃发动机12非常优选地插入发动机舱100内，并且该发动机12选择性地通过第二接合装置13机械地联接至可逆电动机器6。
[0052]设置了监控内燃发动机12的操纵的燃烧发动机控制单元E⑶3。指示马达运行的传感器与该控制单元连接，传感器例如为用于马达12的轴14的旋转速度的传感器、用于获悉汽缸在膨胀位置中处于上止点的时刻的相位传感器、爆震传感器、水温传感器、用于将燃料或燃料混合物馈送马达12的控制致动器(例如，由燃烧马达的节气门体中的传统的阀构成)、λ探头等等。
[0053]第二接合装置13又能够通过控制系统CS在第二接合装置13将可逆电动机器6机械地连接至燃烧发动机13的第二联接位置与第二接合装置13使可逆电动机器6与燃烧发动机13分离的第二联接位置之间被致动。
[0054]如下面将更好地描述的，第二接合装置13通过电动控制单元E⑶2在两个位置之间被致动，而电动控制单元ECU2又由主控制单元ECUl控制。[0055]如作适当变动，第二接合装置13等同于上述的位于第一马达2与可逆电动机器6之间的那些装置。
[0056]更详细地，这些第二接合装置13也可以由分别连接至燃烧发动机12的轴14和连接至可逆机器6的轴10的齿轮之间的轴向联接组获得，即，由离合器组或齿轮变速组获得。
[0057]在示例性且非限制性的实施方式中，可逆机器6在该情况下设置为:燃烧发动机12的轴14具有带槽的形式并且接合在第二可动离合器盘15的反向成形的座中。第二可动离合器盘15面对第二离合器盘16，第二离合器盘16通过轴承空转地安装在燃烧发动机12的同一个轴14上并且与第一皮带轮60结合。运动传动带17在配合在可逆机器6的轴10上的第一皮带轮和第二皮带轮61上卷绕为环形物。
[0058]第二接合装置13还包括第二致动器18，第二致动器18优选地为具有螺线管的感应式致动器，该感应式致动器致动操作杆以便使第二可动离合器盘15靠着第二离合器盘16沿燃烧发动机12的轴14移动以到达第二联接位置；或者，该感应式致动器致动操作杆以便使第二可动离合器盘15沿燃烧发动机12的轴14移动离开第二离合器盘16以到达分离位置。
[0059]有利地，在上述两个电动马达2和6之间设置下述装置:第一接合装置7以及部分地位于两个电动马达2和6之间的至少第二接合装置13，或安装在可逆机器6的轴上的至少一个旋转构件。
[0060]更清楚地，优选地实现第二接合装置13的轴向联接组的齿轮的至少一部分实质上侧向地在第一接合装置7的旁边定位在第一电动马达2与可逆电动机器6之间，以便减小车辆机构的总体积。
[0061]在关于第二接合装置的一个实施方式的以上考虑的示例的情形中，第二皮带轮61配合在可逆机器6的轴10上并且设置在可逆电动机器6与第一接合装置7之间，该第二皮带轮61支承卷绕在皮带轮61上的运动传动带17。
[0062]有利地，根据本发明的优选实施方式，内燃发动12为具有比常规类型的V形发动机更为紧凑的尺寸的箱型发动机，确保了能够将第一电动马达2、可逆电动机器6和内燃发动机12以及下面描述的电池组全部一起容置在同一发动机舱100内。
[0063]此外，车辆I设置了用于储存电能的装置19，该用于储存电能的装置19由超级电容器构成并且优选地由电池组构成。储存组优选地由用来构成电能储备的基于锂化学(锂离子、锂聚合物等)的例如大约12kWh的电池单元获得。电池组19以将多个电池单元彼此串联地放置的本身传统的方式获得。每个电池单元为温度受控且电压受控的，并且彼此串联连接以形成电池单元串。每个电池单元串优选地具有电流电压传感器。如果一个或多个电池单元被短路，则可以隔离和绕开该电池单元串，这是因为要不然整个电池单元串的所有电池单元将会全部过载。
[0064]根据要产生的电压(例如80伏至100伏)，多个电池单元串又彼此串联地和并联地连接在一起，以便形成电池组。每个组有利地设置有断路开关以便在电池组中的一个电池单元失效的情况下进行电绝缘。每个电池组设置有电子控制单元，该电子控制单元适于测量运行参数例如每个单个的电池单元的电压和特定区域的温度，并且该电子控制单元适于启动每个单个的电池单元的控制和能量平衡和/或电容平衡，并且该电子控制单元装有通信系统——作为非限制性示例，该通信系统基于CAN协议，该通信系统适于向包含在电力控制单元ECU2 (电力电子设备)中的集中电子单元传递信息，以及接收来自该集中电子单元的信息。
[0065]因此，设置了温度传感器、电压传感器和电流传感器，这些传感器与电池单元、电池单元组以及整个电池组相关联并且连接至相应的局部控制电子设备或连接至总电力控制单元E⑶2。
[0066]通过这些传感器，电力控制单元E⑶2判定电池组储存装置19的运行状态，以便根据主控制单元E⑶I中编程的操作逻辑控制如下详述的推进组的运行。
[0067]上述两个电动机器一即第一电动马达2和可逆电动机器6—分别连接至第一电力转换器20和第二电力转换器21。
[0068]这两个转换器可以通过能够管控两个单独的电力电子设备的同一壳体结合成单个的电子转换器。
[0069]每个电力转换器20、21定尺寸为供给至少等于由马达能够供给的峰值功率(例如，20Kw)的净功率的净功率，并且电力转换器20、21结合具有12伏受控输出的DC/DC转换器(例如600w降压型)，该DC/DC转换器适于向辅助电池供给用于车辆I消耗的低电压。
[0070]电力控制单元E⑶2管控第一电动马达2、可逆电动机器6和两个电力转换器7和13。
[0071 ] 更详细地，第一电力转换器20通过第一电力连接22电连接至储存装置19，并且通过第二电力连接23电连接至第一电动马达2。
[0072]反过来，第二电力转换器21通过第三电力连接24电连接至储存装置19，并且通过第四电力连接25电连接至可逆机器6。
[0073]上述电子控制系统CS有利地通过电能控制单元E⑶2连接至第一电动马达2、可逆电动机器6和两个电力控转换器20、21，通过燃烧发动机控制单元E⑶3连接至内燃发动机12，并且通过另一车辆控制单元E⑶4连接至车辆控制单元，以便根据可编程的操作模式控制车辆的推进。
[0074]根据本发明隐含的构思，第一转换器20能够由控制系统CS致动以通过第一电连接22接收来自储存装置19的第一直流电流，并且通过第二电连接23产生使第一电动马达2旋转的第一受控电流。这种运行模式已在下述所有情况下被验证:根据由电力控制单元ECU2所接收的信号(特别参照储存装置19的传感器的信号)和根据由旨在控制机动车辆的一般功能的另一控制单元ECU4所接收的信号以及特别参照由手动控制设备发出的驱动动力需要——例如依据加速器踏板(或另一控制装置例如操纵杆)所采取的位置，依照由主控制单元ECUl预先设定的功能条件而设置至少部分电气牵引条件。这种车辆控制单元ECU4(除了与别的装置连接以外)与车辆的仪表盘、车辆致动器、仪表板、ABS等连接。
[0075]第二转换器21能够由控制系统CS致动以通过第三电连接24接收来自储存装置19的第二直流电流，并且通过第四电连接25产生第二受控电流以使其作为第二马达运行的可逆机器6旋转。
[0076]第二转换器21也可以由控制系统CS以别的方式致动以将由可逆机器6在其运行为发电机时所产生的第一可变电流转换成第一整流直流电流，以便通过第三电连接24给储存装置19充电。
[0077]控制系统CS特别地是其主控制单元E⑶I还连接至第一接合装置7和第二接合装置13以便使它们在上述两个联接位置与分离位置之间移动。特别地，控制系统CS和主控制单元E⑶I控制第一致动器11和第二致动器18，以便使两个离合器组的可动盘8和15移动。
[0078]根据本发明隐蕴含的构思，因此设置了两个电动机器，这两个电动机器优选地沿同一轴线成一直线地安装。一个这种机器用2表示，并且操作为第一电动马达；用6表示的另一电动机器操作为第二马达，第二马达与第一马达串联以便贡献使车辆前进所需的动力，第一接合装置处于第一联接位置，或者，作为替代方案，第一接合装置处于第一分离位置并且第二接合装置处于第二联接位置，以便产生向储存装置19或直接向第一马达2供给的供电电流。
[0079]燃烧发动机12根据由控制系统CS控制的条件(如下面将更好地看到的)，可以通过运行为交流发电机的可逆电动机器6供给电能(如在串联式混合动力构型中)；这种电能被供给至车辆I以便给储存装置19充电或用于直接馈送第一马达2的第一电子转换器20。燃烧发动机12的这种运行与车辆I的至少部分的电气条件相对应，并且第二接合装置13通过控制系统CS相应地被控制成设置在第二联接位置，而第一接合装置7被控制成设置在第一分离位置。另外，燃烧发动机12可以向第一电动马达2的轴3供给机械能，并且在该情况下，接合装置7、13两者都通过控制系统CS相应地被控制成设置在相关的联接位置。
[0080]两个电动机器2和6可以成一直线地组装或级联地组装成使得第一接合装置设置在两个电动机器2和6之间，从而形成具有容易适用于任何发动机舱的非常紧凑的尺寸的电气组件30。
[0081]因此，根据本发明，车辆I包括两个能够机械地联接的电动机器2、6，这两个电动机器2和6可以运行为仅其中一个电动机器作为马达(仅第一马达2)或者两者都作为马达——两个马达彼此串联(第一马达2和作为第二马达的可逆机器6);或者，运作为一个电动机器作为马达(第一马达2)而另一个电动机器作为交流发电机(可逆机器6)。
[0082]参照作为本发明的对象且在附图2至图9中说明的车辆I所允许的不同的可能的推进操作构型，强调如下内容。
[0083]图2表示车辆I的标称牵引条件，其中第一转换器20通过第一电连接22接收来自储存装置19的第一电流，并且通过第二电连接23产生使第一电动马达2旋转的第一受控电流以便产生用于使车辆前进的驱动转矩。
[0084]在该标称牵引条件下(图2)，电动机器6和燃烧发动机12被停用并且第一接合装置7和第二接合装置13处于分离位置。
[0085]在由电力控制单元ECU2所检测的电池组19的充电量大于最小充电阈值，以及由车辆控制单元ECU4所检测的驱动器的功率需求低于最大转矩阈值的情况下，这种标称牵引运行条件是可能的。
[0086]例如，主控制单元E⑶I检测到通过电力控制单元EUC2所检测的电池组19的充电量超过最小充电阈值，例如超过20%，以及主控制单元E⑶I检测到由车辆控制单元E⑶4所检测的加速器踏板的需用的转矩需求低于最大转矩阈值。此时，主控制单元ECUl判定由电池组19馈送第一马达2的电力是充足的，并且主控制单元E⑶I判定运行处于用于纯电动车辆的标称牵引条件(nominal traction condition)。
[0087]如果所需的转矩大于最大转矩阈值(由车辆控制单元E⑶4通过加速器位置而检测所得，并且车辆控制单元E⑶4与主控制单元E⑶I通信)，并且电池组19的充电量大于最小充电阈值，那么控制系统CS控制获得高电力牵引条件(图3)。
[0088]为了达到该条件，控制系统CS控制第一接合装置7使得第一接合装置7移动至第一连接位置，从而将可逆机器6机械地连接至第一马达2。控制系统CS还控制第二电子转换器21以将第一受控电流馈送可逆电动机器6，从而将可逆电动机器6控制成操作为与第一电动马达2串联的第二马达以便增大车辆I的牵引转矩。
[0089]有利地，如果主控制单元E⑶I处理为:主控制单元E⑶I不能仅通过第一电动马达2获得转矩需求——该转矩需求大于最大转矩阈值，那么主控制单元ECUl使可逆电动机器6的第二马达以空转的方式旋转，并且在控制第一接合装置7通行至第一联接位置之前将可逆电动机器6的第二马达的速度达到第一马达2的速度(例如在上述无刷马达的情况下具有小于lOrev/min的最大误差)，然后主控制单元ECUl控制第二电子转换器21以将电流发送至与第一马达2串联的第二马达6以便在机械地联接至驱动轮4的第一马达2的轴3处供给较大的输出转矩。
[0090]即使在这种具有高电力的条件下，车辆I推进的功能也完全是电的。这种条件通常在爬坡的情况下或在高驱动转矩需求例如飞越的情况下达到。
[0091]上述的具有高电力的牵引功能条件允许利用第二马达6以在不使第一马达2承受过载电流的情况下获得所需功率(仅仅用电获得)，而使第一马达2承受过载电流会降低效率并带来发动机过热的风险。换句话说，由于车辆I在任何情况下都必须具有为给电池组19充电而安装的电动机器6，根据本发明隐含的构思，该电动机器6还有利地被采用来以充分利用该电动机器6的方式与第一马达2 (主马达)串联地提供牵引力。否则，如果电动机器仅被用作交流发电机，对于在等同存在的任何情形中重量、体积和生产成本有所增加而言，该电动机器将具有有限的用途。此外，假定可以在不使第一马达2过载的情况下充分利用电池组19的电能，则通过将第一马达2与由可逆机器6所代表的第二马达串联放置，这种将可逆电动机器6也设置为与第一马达2串联的马达的布置允许将第一马达2定尺寸为用于更小的功率。因此，通过考虑在第二马达模式中与第一马达2串联的可逆电动机器6的辅助，来执行对第一电动马达2定尺寸。
[0092]当(由电力控制单元E⑶2通过由与电池组19相关联的电压电流传感器所产生的信号所检测所得的)电池组19的充电量低于最小充电阈值时，控制系统CS通过运作为交流发电机的可逆电动机器6控制用于电池组19的车载再充电运行条件的启动(图4)。
[0093]出于这个目的，为了达到该再充电条件，通过将燃烧发动机12机械地连接至可逆机器6，控制系统CS将第二接合装置13控制为使得第二接合装置13移动至第二联接位置，而第一电动马达2继续通过第一电子转换器20馈送电力，以便产生用于使车辆I移动的驱动转矩。可逆电动机器6操作为可变电流发电机，该电流通过第二电子转换器21整流转换为第二直流电流以便给电池组19充电。
[0094]在该再充电条件下，由于燃烧发动机12以适于优化其效率的恒定转速运行，而第一电动马达2被控制成根据所需转矩旋转，因此第一接合装置7有利地处于第二分离位置。
[0095]如果电池组的充电量小于最小充电阈值，例如，小于20%，则电动推进设定在缩减条件下，即，设定为具有对吸收的电能的性能的限制的条件，并且在任何情况下都设定上述再充电条件。在主控制单元E⑶I中变编程的降低定额条件避免了由第一马达2从电池组19吸收的电力大于由交流发电机6供给的电力，以便防止电池组19频繁地放电。该缩减条件被维持到例如直至电池组19的充电量超过另一阈值，例如总充电量的40%。由于在过载状态下同时使用马达2，因此该运行模式不会导致传递给车轮的转矩和电力受到限制，从而确保了可以获得所需值。
[0096]为了通过第一马达2从电池组19满足高电力需求，或出于获得电池组19本身的逐渐的再充电的目的，为来自第二电子转换器21的第二整流直流电流设置分割装置26。设置该分割装置以便通过第五电连接27 (图1中以虚线表示)将由第二电子转换器21本身所产生的整流直流电流的至少一小部分馈送第一电动马达2 (图5)。
[0097]因此，通过第二电子转换器21，能够将由交流发电机6所产生的电流的一部分转移至第一电子转换器21。特别地，如果由燃烧发动机12通过交流发电机6所产生的电流大于第一电动马达2所使用的电流，则产生的该电流不被迫经过电池组19，从而防止使电池组19疲劳和发热(从而延长了电池组19的寿命)；电池组19仅仅接收过剩的电流，而用于使第一马达2运行所需须的电流被直接地传送至第一电子转换器20。
[0098]有利地，由交流发电机6所产生的电力大致恒定以便优化燃烧发动机12的效率，因此燃烧发动机12相应地能够围绕固定点旋转或以包含于具有在50%至100%之间变动的载荷(节气门开度)的例如2600转至3000转的速度旋转。在由车辆控制单元ECU4所检测的恒定高转速条件下，控制单元CS控制通过燃烧发动机12实现的牵引的机械辅助的运行条件的启动。有利地在主控制单元E⑶I中，该条件例如对应于大于最大的可设置值的巡航速率，并且可能对应于大于最大的可设置时间间隔的持续时间。
[0099]优选地，该条件与具有大于70Km/h速率(例如)的郊区行驶相对应，在该条件下，尽可能地减小电池组19的消耗是有利的。
[0100]为了达到该条件，控制系统CS通过将可逆机器6机械地连接至第一马达2而将第一接合装置7控制成使得第一接合装置7移动至第一联接位置，并且控制系统CS通过将燃烧发动机12机械地连接至可逆机器6并通过可逆机器6将燃烧发动机12机械地连接至第一马达2而将第二接合装置13控制成移动至第二联接位置。然而，在该情况下可逆电动机器6被停用(不向无刷马达的定子供给电力)或与电池组19断开连接并且仅用作燃烧发动机12与第一电动马达2之间的机械连接元件。
[0101]因此，内燃发动机12通过可逆机器6以及通过第一接合装置7和第二接合装置13与第一电动马达2机械地串联联接。
[0102]在该条件下，控制系统CS控制向第一电动马达2的轴3提供转矩的燃烧发动机12的启动，以便减少车辆I的电消耗。根据由车辆控制单元ECU4所检测的转矩需求而对轴3的转数进行的控制优选地通过控制第一电动马达2而起动，从而维持燃烧发动机12的转矩恒定，该转矩与能够进行供给以便防止电池组19的消耗时转矩的值相等。
[0103]关于图2、图3、图4和图5的电气功能条件，在该情况下，控制系统CS继续将第一电子转换器20馈送第一电动马达2以便产生用于车辆I的运动的可控驱动转矩。
[0104]在该情况下，转矩的控制还通过主控制单元E⑶I实现，优选地由主控制单元E⑶I通过调节第一电动马达2的速度而实现，而燃烧发动机12优选地被控制成以大致恒定的速度运行，即，在有限的速度间隔中运行，以便优化其效率(图6)。
[0105]在第一电动马达2的运转中断的情况下，根据本发明的车辆I允许通过使用被控制为牵引马达的发电机6而实现牵引功能；并且在发电机6失效的情况下，车辆I允许设置完全由燃烧发动机12实现的牵引行驶条件(全机械驱动)。
[0106]如图7中所示，在该条件下，通过将燃烧发动机12机械地连接至第一马达2并且因此通过机械地设置可逆机器6而将燃烧发动机12机械地连接至用于驱动轮4的牵引轴3，控制系统CS将第一接合装置7和第二接合装置13控制成使得它们分别定位在第一联接位置和第二联接位置。同样在该条件下，如在上述的由燃烧发动机12的辅助而实现的条件下，可逆机器6被停用或与电池组19断开连接，并且仅用作燃烧发动机12与第一电动马达2之间的机械连接元件。
[0107]该条件可以设置为第一电动马达2失效的情况下的破例条件，并且仅能够在第一电动马达2失效的情况下被激活，以便在不需要遗弃车辆I的情况下能够返回家中。在该情况下，主控制系统E⑶I——此时电力控制单元E⑶2已经接收了关于第一马达2失效的信号一控制完全由燃烧发动机12辅助实现的上述运行条件的启动。然而，只要第一接合装置7 (例如，具有倾斜的齿部)与行星齿轮——例如自动式行星齿轮——相关联，或与离心式离合器变速器相关联，则也可以在第一马达2没有失效的情况下设置该条件。
[0108]在上述所有的具有完全的或部分的电气运行的条件下，车辆I的转矩和速度的调节在任何情况下都由主控制单元ECUl控制特别是通过调节第一电动马达2的运行的调节来控制的，而不直接地根据加速器的位置控制来控制。同样在驱动转矩部分地或完全地源自燃烧发动机的情况下，如图6和图7中所示的运行条件的情况下，转矩的控制总是有利地通过主控制单元ECUl启动，而不是通过直接地操作用于馈送燃烧发动机12的打开阀上的加速器来控制。
[0109]因此，同样在纯吸热牵引条件的情况下，燃烧发动机12的控制不直接由加速器上的踏板位置所确定的信号进行致动，而是总是由主控制单元ECUl处理该信号并且确定燃烧发动机12的电动阀的运行(用于节气门的致动器)，这是由于牵引总是从第一马达2的轴传送并且主控制单元E⑶I通过电力控制单元E⑶2主控电动机器2、6的条件。
[0110]在图9中，设置了使得电池组19处于再充电条件的车辆停止条件，再充电条件将通过固定电能的配电网而执行，并且例如以220伏特交流电执行。
[0111]在该条件下，电池充电器28将交流电网电流变换成用于电池组19的充电电流。
[0112]根据本发明优选的实施方式，第一电动马达2由第二可逆电动机器获得，该第二可逆电动机器由控制系统CS致动以选择性地根据图2、图3、图4和图5中描述和示出的上述构型中的任一构型操作为第一电动马达，或根据在图8中示出的能量回收条件操作为第二交流发电机而使得第一电动马达的轴3由驱动轮4控制成沿与牵弓I的方向相反的方向加速。在运行为第二交流发电机的情况下，控制系统CS控制第二转换器21以将由第二交流发电机所产生的第二可变电流转换成第二整流直流电流以便通过第一电连接22给储存装置19充电。
[0113]通过第二交流发电机将制动的机械能转化为电能允许用原本会损失的能量为电池组19充电，并且允许不使用燃烧发动机19的燃料或电网的电能。
[0114]假设在制动的情况下转矩沿着与从驱动轮传递的牵引力的方向相反的方向，则上述能量回收条件与接合装置7、13两者布置在联接位置的条件均不兼容。有利地，在上述能量回收条件下，如果可逆电动机器6通过第一接合装置7连接至第二交流发电机2，则可逆电动机器6从第一电力转换器20上电分离，以便避免电池组19以电流强度峰值过载。然而，为了防止因惯性变化所造成的应力，有利地，在制动期间，通过控制第一接合装置7移动至第一分离位置，同一可逆电动机器6不会机械地断开。事实上，在制动期间可以不向电动机器6供给电力，从而电动机器6保持空转并且不会产生能量或制动转矩。
[0115]主控制单元ECUl的任务是，为了满足由驾驶员给定的动力需求(转矩和速率)而对组成车辆的推进系统的不同的组之间的能量流进行管控，即，对转换器20、21、燃烧发动机12 ;第一电动马达2、可逆电动机器6、电池组19之间的能量流进行管控。该主控制单元ECUl —方面大致设置在内燃发动机12的控制单元ECU2和ECU3 (在传统扭矩下)与电动机器2和6之间；另一方面大致设置在用于通过车辆控制单元E⑶4解释驾驶员的意图(根据转矩需求的加速制动踏板的位置的变换)的计算程序与用于单个部件(马达、变速器、制动器)的控制单元之间。
[0116]除了部件的物理限制和由驾驶性能需求所设定的约束之外，包含在CS控制系统中并且特别是包含在其主控制单元E⑶I中的能量管控计算程序有利地源自与电池组19的充电状态的总的持续演变相关联的总能耗(燃料能和电能)的最小化的标准。
[0117]通过权利要求1中所述的推进构型，并且特别是通过上述不同的操作条件，作为本发明的对象的车辆I的控制系统CS能够以非常通用的方式改变车辆I的推进，从而能够提高能量优化，或能够在车辆可能运转的各种情况中改善污染。上述不同的操作条件之间的路径确实大致上只受到控制系统CS中可设定的逻辑，而物理上不存在针对不同条件之间的转变的约束，从而实现车辆推进的极度的运行通用性。
[0118]因此，如此构思的发现获得了预先设定的目的。
[0119]当然，在本发明的实际实现过程中，在不背离本发明的保护范围的情况下，也可以设想不同于上述的形式和构型的形式和构型。
[0120]此外，所有的细节可以由技术上等效的元件替代，并且所用的尺寸、形状和材料可以根据需求而为任何的类型。
【权利要求】
1.一种混合动力推进车辆，包括: -第一电动马达(2)； -用于储存电能的装置(19); -变速器装置(5)，所述变速器装置(5)机械地联接至所述第一电动马达(2)以便将所述第一电动马达(2)的驱动转矩传递至所述车辆(I)的驱动轮； -可逆电动机器(6)，所述可逆电动机器(6)适于选择性地操作为用于给储存电能的所述装置(19)充电的发电机，或者操作为第二电动马达，所述第二电动马达能够通过第一接合装置(7)选择性地机械地联接至所述第一电动马达(2); -内燃发动机(12)，所述内燃发动机(12)能够通过第二接合装置(13)机械地并且选择性地联接至所述可逆电动机器(6)； -第一电力转换器(20 )，所述第一电力转换器(20 )通过第一电连接(22 )电连接至所述储存装置(19)并且通过第二电连接(23)电连接至所述第一电动马达(2)； -第二电力转换器(21)，所述第二电力转换器(21)通过第三电连接(24)电连接至所述储存装置(19)并且通过第四电连接(25)电连接至所述可逆电动机器(6)； -电子控制系统(CS)，所述电子控制系统(CS)连接至所述第一电动马达(2)、所述用于储存电能的装置(19)、所述可逆电动机器(6)、所述内燃发动机(12)、所述第一电力转换器(20)和所述第二电力转换器(21)以及所述第一接合装置和第二接合装置(13)，以便根据可编程的操作模式对所 述第一电动马达(2)、所述用于储存电能的装置(19)、所述可逆电动机器(6)、所述内燃发动机(12)、所述第一电力转换器(20)和所述第二电力转换器(21)以及所述第一接合装置和第二接合装置(13)进行控制； 所述电子控制系统(CS)包括: -至少一个标称牵引条件，在所述至少一个标称牵引条件下所述第一转换器(20)由所述电子控制系统(CS)致动以通过所述第一电连接(22)将由所述储存装置(19)接收的第一直流电流转换成第一受控电流，以用所述第一受控电流通过所述第二电连接(23)将所述第一电动马达(2)设定为旋转； -高电力牵引条件，在所述高电力牵引条件下所述第二转换器(21)由所述电子控制系统(CS)致动以通过所述第三电连接(24)将由所述储存装置(19)接收的第二直流电流转换成第二受控电流，以用所述第二受控电流通过第四电连接(25)将所述可逆电动机器(6)设定作为第二马达旋转，所述第二马达通过所述第一接合装置(7)机械地串联联接至所述第一电动马达(2)并且通过所述第二接合装置(13)与所述燃烧发动机(12)分离以便增大所述车辆(I)的牵引转矩； -车载再充电条件(I)，在所述车载再充电条件(I)下所述第二转换器(21)由所述电子控制系统(CS)致动以将操作为发电机的所述可逆电动机器(6)的第一可变电流转换成第一整流直流电流以便通过所述第三电连接(24)给所述储存装置(19 )充电，所述发电机通过所述第一接合装置(7)机械地联接至所述燃烧发动机(12)并且通过所述第二接合装置(13)与所述第一电动马达(2)分离。
2.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述控制系统包括机械辅助条件，在所述机械辅助条件下: -所述第一电动马达(2 )从所述第一电子转换器(20 )接收所述第一受控电流以产生驱动转矩； -所述内燃发动机(12)机械地联接至所述第一电动马达(2)，所述内燃发动机(12)通过所述第二接合装置(13)机械地联接至所述可逆电动机器(6)，并且所述可逆电动机器(6 )通过所述第一接合装置(7 )机械地联接至所述第一电动马达(2 )，使得所述可逆电动机器(6)电子地被停用。
3.根据权利要求2所述的混合动力推进车辆，其特征在于，在所述机械辅助条件下，根据所需转矩，所述控制系统(CS)通过改变所述第一电动马达(2)的速度和维持所述燃烧发动机(12)的转矩大致恒定以使得所述燃烧发动机(12)的效率优化而控制所述第一电动马达(2 )的轴(40 )的转数，所述第一电动马达(2 )的所述轴(40 )通过所述变速器装置(5 )将所述驱动转矩传递至所述驱动轮(4 )。
4.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述变速器装置(5)不设置在所述第一电动马达(2)与所述可逆机器(6)之间，而是布置在所述第一电动马达(2)的与设置有所述可逆机器(6)的那侧相反的一侧。
5.根据权利要求4所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述第一电动马达(2)的所述轴(40 )具有第一端部(40 ’)和相反的第二端部(40 ’ ’)，所述第一端部(40 ’)通过所述第一接合装置(7 )机械地连接至所述可逆机器(6 )的轴(10 )，所述相反的第二端部(40 ’ ’)机械地连接至所述变速器装置(5 )。
6.根据权利要求4所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述第二接合装置(13)的至少一个旋转构件(61)和所述第一接合装置(7 )设置在所述第一电动马达(2 )与所述可逆机器(6)之间。
7.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述控制系统(CS)包括纯吸热牵引条件，在所述纯 吸热牵引条件下所述第一马达和所述可逆电动机器(6)被停用并且所述内燃发动机(12)机械地联接至所述第一电动马达(2)，所述内燃发动机(12)通过所述第二接合装置(13)机械地联接至所述可逆机器(6 )，并且所述可逆机器(6 )通过所述第一接合装置(7 )机械地联接至所述第一电动马达(2 )。
8.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，在所述控制系统处于所述再充电条件下的情况下，由所述第二电子转换器(21)所产生的整流直流电流的至少一小部分通过第五电连接馈送所述第一电动马达(2 )。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述第一电动马达(2)为可逆电动机器(6)，并且所述控制系统包括能量回收条件，在所述能量回收条件下所述第一电动马达(2)的轴被控制成由所述车辆(I)的所述驱动轮通过所述变速器装置(5)减速，并且所述第二转换器(21)由所述控制系统(CS)控制成将由操作为第二交流发电机的所述第二可逆机器(6)所产生的第二可变电流转换为第二整流直流电流以便通过所述第一电连接(22 )给所述储存装置(19 )充电。
10.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述控制系统(CS)在检测到所述储存装置(19)的充电量低于最小充电阈值时自动地采用所述再充电条件。
11.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述第一电动马达(2)和所述可逆机器(6 )能够通过设置在所述第一电动马达(2 )和所述可逆机器(6 )之间的所述第一接合装置(7 )连接在一起， 以便形成紧凑的电气组件。
12.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述燃烧发动机(12)为箱型发动机。
13.根据权利要求8所述的混合动力推进车辆，其特征在于，所述燃烧发动机(12)、所述第一电动马达(2)和所述可逆电动机器(6)容纳在所述车辆(I)的同一发动机舱中。
14.根据权利要求1所述的混合动力推进车辆，其中，所述电子控制系统(CS)包括: -主电子控制单元(主E⑶)，所述主电子控制单元(主E⑶)连接至: -车辆控制单元(E⑶4)，所述车辆控制单元(E⑶4)包括至少一个传感器，所述至少一个传感器用于检测驾驶者的手动控制设备特别是加速器的位置，以便产生动力需求信号； -用于控制所述第一接合装置(7)的至少一个第一致动器(11)； -用于控制所述第二接合装置(13)的至少一个第二致动器(18)； -用于控制内燃发动机(12)的单元(ECU3)，所述用于控制内燃发动机(12)的单元(E⑶3)能够控制由所述内燃发动机(12)所产生的转矩； -电力控制单元(E⑶2)，所述电力控制单元(E⑶2)能够控制所述第一电动马达(2)、所述可逆电动机器(6)以及所述第一电力转换器和所述第二电力转换器(21)。
【文档编号】B60W10/06GK103889754SQ201280045799
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年7月20日 优先权日:2011年7月22日
【发明者】法布里齐奥·雷日斯, 加埃塔诺·迪焦亚 申请人:意大利麦卡普荣科技有限公司, 菲亚特有限公司