用于车辆的驱动系统的制作方法
【专利摘要】一种用于车辆的驱动系统包括传动带、发动机、电机、和用于向发动机的进气装置传送压缩空气的增压器，以及用于设定驱动系统的操作模式的控制器。发动机和电机可与传动带选择性地接合，且增压器可与电机选择性地接合。
【专利说明】用于车辆的驱动系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012 年 9 月 14 日提交的、题为“Control System for Vehicle DriveSystem Having Supercharger and Accessories”的美国临时专利申请系列号 61/701，071的优先权和权益，该申请的公开内容以其整体引用于此作为参考。
【背景技术】
[0003]增压器用于对向内燃发动机的进气装置传送的空气加压以增大发动机的功率输出。通常，增压器由发动机曲轴通过带或链条传动装置机械地提供动力。因此，增压器的性能取决于发动机RPM。例如，如果发动机在低负荷下以高RPM运转或者在高负荷下以低RPM运转，则可能不太希望使增压器运转。在这类情形中，增压器的使用可能是对发动机效率的消耗。对发动机效率的其它消耗可能由为混合动力发动机系统的电动/发电机提供动力以及为其它车辆附件提供动力而引起。
实用新型内容
[0004]在一个方面，本技术涉及一种用于车辆的驱动系统，该驱动系统包括:传动带；可选择性地与传动带接合的发动机；可选择性地与传动带接合的电机(马达)；用于向发动机的进气装置传送压缩空气的增压器，其中增压器可选择性地与电机接合；和用于设定驱动系统的操作模式的控制器，其中，当处于动力模式时，控制器使发动机与传动带接合，控制器使增压器与电机接合以便将压缩空气从增压器传送到发动机的进气装置，并且控制器使电机与传动带分离；并且其中，当处于巡航模式时，控制器使发动机与传动带分离，控制器使增压器与电机接合以便将压缩空气从增压器传送到发动机的进气装置，并且控制器使电机与传动带接合。
[0005]在另一个方面，本技术涉及一种设定驱动系统的操作模式的方法，驱动系统包括传动带、发动机、电机、和用于向发动机的进气装置传送压缩空气的增压器，以及用于设定驱动系统的操作模式的控制器，所述方法包括:其中，当处于动力模式时，控制器使发动机与传动带接合，控制器使增压器与电机接合以便将压缩空气从增压器传送到发动机的进气装置，并且控制器使电机与传动带分离；其中，当处于巡航模式时，控制器使发动机与传动带分离，控制器使增压器与电机接合以便将压缩空气从增压器传送到发动机的进气装置，并且控制器使电机与传动带接合；其中，当处于再生模式时，控制器使发动机与传动带接合，控制器使增压器与电机分离，并且控制器使电机与传动带接合；并且其中，当处于发动机关闭模式时，控制器使电机与传动带分离，控制器使增压器与电机分离，并且控制器使增压器与电机分尚。
[0006]在上述方法中，控制器可至少部分地基于节气门位置信号将驱动系统设定为动力模式；控制器可至少部分地基于发动机RPM信号和负荷信号将驱动系统设定为巡航模式；控制器可至少部分地基于电池的充电状态将驱动系统设定为再生模式；控制器可至少部分地基于电池的充电状态和需求状态将驱动系统设定为发动机关闭模式；控制器可基于所设定的操作模式向用于使发动机与传动带接合的发动机离合器、用于使电机与传动带接合的电机离合器、和用于使增压器与电机接合的增压器离合器中的至少一者发送信号。
[0007]—种设定驱动系统的操作模式的方法，驱动系统包括传动带、发动机、电机、和用于向发动机的进气装置传送压缩空气的增压器，以及用于设定驱动系统的操作模式的控制器，所述方法包括:检测节气门位置；以及至少部分地基于节气门位置而选择性地实现使发动机与传动带接合、使传动带与电机接合和使电机与增压器接合中的至少一者。
[0008]在上述方法中，选择性地接合可包括使离合器与传动装置接合；传动装置可包括带传动装置和直接传动装置中的至少一者。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]在附图中示出了目前优选的实施例，然而应当理解，本技术不限于所示的精确布置结构和手段。
[0010]图1示出车辆驱动系统。
[0011]图2A示出处于默认(缺省)模式的车辆驱动系统。
[0012]图2B示出处于动力模式的车辆驱动系统。
[0013]图2C示出处于巡航模式的车辆驱动系统。
[0014]图2D示出处于再生模式的车辆驱动系统。
[0015]图2E示出处于发动机关闭模式的车辆驱动系统。
[0016]图3示出用于车辆驱动系统的逻辑控制程序。
[0017]图3A示出图3的逻辑控制图的发动机关闭子程序。
[0018]图3B示出图3的逻辑控制图的再生子程序。
[0019]图3C示出图3的逻辑控制图的巡航子程序。
[0020]图3D示出图3的逻辑控制图的动力子程序。
【具体实施方式】
[0021]现在将对在附图中示出的本实用新型的示例性方面进行详细说明。在所有可能的情况下，在各图中将使用相同的附图标记来表示相同或相似的结构。
[0022]本技术在车辆的各种部件处设置了一定数量的受控制的离合器或联接装置。通过在各种操作状态期间使所选定的部件彼此联接和分离，所述部件可独立于发动机rpm操作，从而按照需要实现发动机的更有效的运转、提高的性能和特定附件在车辆关停之后的持续操作。
[0023]图1示出了包括发动机102和一定数量的相关部件的车辆驱动系统100。发动机102连接到使驱动轴或传动轴104旋转的变速器102a，驱动轴或传动轴104进而驱动变速驱动桥106和一定数量的驱动轮108。发动机102通过包括进气部112和排气部114的增压器110向发动机102内吸气。各种类型的增压器是已知的且其运转和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。在本文中描述的系统和车辆中，实质上可利用任何类型的增压器，包括罗茨式、双螺杆式、滑动叶片式和涡旋式。增压器110由混合动力电动/发电机116提供动力。从电动/发电机116到增压器110的运转动力被示出为通过增压器带118传递，增压器带118可利用增压器离合器120与电动/发电机116选择性地接合。增压器带118只是可用于本文所示的系统中的一种类型的动力传递元件。在其它实施例中，可使用利用可选择性地接合的离合器的直接传动连接装置。
[0024]电动/发电机116也可经由电机离合器124与传动带122选择性地接合。传动带122还为一个或多个车辆附件126提供动力，所述车辆附件可包括空调压缩机、发动机冷却剂泵、交流发电机、动力转向泵和制动器空气压缩器中的一者或多者。传动带122的转动由发动机102以特定操作模式提供。发动机102可经由发动机离合器128与传动带122选择性地接合。回到电动/发电机116，DC-AC逆变器130将该元件连接到诸如电池132的高压电力供给/储存元件或诸如超级电容器的其它蓄能装置。
[0025]一定数量的上述元件经由各种传感器连接到车辆CPU134。例如，传感器可与发动机102、变速器102a、轴104、附件124、电机116、增压器110、逆变器130和电池132相关联。所示的系统100可利用通常用于向车辆CPU传送信号的任何类型的传感器。可利用检测诸如要求转矩、节气门位置、电池充电状态、车速、附件需求状态、空气流量、温度、轴转速、可用发动机转矩、催化剂状态、坡度(即，上坡或下坡)等条件的传感器。实际上，可结合车辆的包括但不限于发动机传动装置、防抱死制动系统控制装置、功率电子设备等的任何给定部件使用任何传感器。本文中描述的驱动系统100的至少一个优点在于诸如增压器、附件、电池等的已有部件可与其联用而不需要重新设计这些部件。这使得系统100加入新的车辆设计或改进已有的车辆极为简单。CPU134接收来自各种传感器的信号，确定车辆的操作状态和任何部件的需求，并针对特定应用按照需要或期望致动离合器120、124、128。CPU134可执行任何数量的计算，或处理任何数量的信号，以做出其模式选择。当然，控制信号可从CPU134发送到相关联的离合器致动器(未示出)。下文描述由CPU134用来控制驱动系统100的处理。
[0026]图2A-2E示出了处于各种操作模式的车辆驱动系统200。示出了前文在图1中介绍的选定部件。系统200中存在其它部件(例如，CPU、传感器等)对于本领域技术人员而言将是显而易见的。所示的部件包括发动机202、驱动轴或传动轴204、传动带222、电气附件226、电动/发电机216、以及具有进气部212和排气部214的增压器210。另外，还示出了发动机离合器228、电机离合器224和增压器离合器220。别的元件包括发动机带轮250、附件带轮252、电机带轮254和增压器传动装置256。如前文所述，可使用带系统来驱动增压器210。系统200的操作模式由CPU (未示出)决定，CPU按照需要或期望使各种离合器220、224、228接合和/或分离。
[0027]图2A示出处于默认模式的系统200。关于默认模式，发动机离合器228、电机离合器224和增压器离合器220中的各者分别与发动机带轮250、电机带轮254和增压器传动装置256接合。在默认模式下，发动机202经由传动带222向附件226、电机216和增压器210全都提供动力。这里，增压器210基于发动机RPM向发动机202传送压缩空气260。在某些情况下，使车辆驱动系统300以默认模式操作可能更有效。另外，如果存在会阻碍车辆以不同模式操作的系统故障，则车辆仍将运行。这允许操作人员在可维修系统200并纠正任何问题之前控制车辆。
[0028]图2B示出处于动力模式的系统200。在动力模式下，发动机离合器228与发动机带轮250接合，电机离合器224与电机带轮254分离，并且增压器离合器228与增压器传动装置256接合。在动力模式下，增压器210可由电机216以期望速率而不是由发动机202传送的机械速率驱动，以便向发动机202传送压缩空气260。这允许由于增压器210对发动机进气进行加压而更快地产生转矩。由于增压器210由电机216提供动力，所以加压不会延迟，这与增压器由发动机提供动力的情况相同。电机216驱动增压器210所需的动力由电池(未示出)提供。给车辆附件226的动力由发动机202经由传动带222提供。
[0029]图2C示出处于巡航模式的系统200。在巡航模式下，发动机离合器228与发动机带轮250分离，电机离合器224与电机带轮254接合，并且增压器离合器220与增压器传动装置256接合。该模式通过允许发动机202以独立于增压器210和附件226的需求的速度运行而允许减小寄生损失。从电池(未示出)到电机216的电力驱动附件226 (经由传动带222)和增压器210 (以向发动机202传送压缩空气260)两者。
[0030]图2D示出处于再生模式的系统200。在再生模式下，发动机离合器228与发动机带轮250接合，电机离合器224与电机带轮254接合，并且增压器离合器220与增压器传动装置256分离。因此，增压器210不操作并且没有压缩空气传送到发动机202。然而，经由传动带222传送到电机216的发动机动力转化成电力并储存于电池(未示出)。发动机动力还驱动附件226。
[0031]图2E示出处于通常在车辆停止或怠速运转时发生的发动机关闭模式的系统200。在发动机关闭模式下，发动机离合器228与发动机带轮250分离，电机离合器224与电机带轮254接合，并且增压器离合器220与增压器传动装置256分离。该模式允许诸如车辆空调装置、交流发电机、动力转向装置等的附件226在没有来自发动机202的动力时继续运行。由于发动机202在该模式下不运转，所以不需要由增压器210传送压缩空气。因此，使增压器210分离有助于减小电机216上的电气负荷。动力由电池(未不出)提供给电机216。
[0032]在其它实施例中，为了进一步减小发动机或电机负荷，一附件离合器能选择性地可与附件带轮254接合。在这种实施例中，“需求”状态可从附件226发送给CPU，表示需要给附件226动力。在不存在需求状态时，附件带轮252可与附件离合器分离。这在其它操作模式中也将减小发动机或电机负荷。其它实施例可通过在没有需求状态时不论附件离合器是否可选择性地与附件带轮254接合都关停电机216来减小电机负荷。如果系统200处于发动机关闭模式且不存在需求状态，则电机216可停止向带222传送机械动力。
[0033]图3示出了用于车辆驱动系统的逻辑控制程序300。车辆的初始操作模式为默认模式302。如上文简要描述的，当处于默认模式302时，车辆在基本状态下操作。在默认模式下，发动机向附件、电动/发电机和增压器全都提供操作动力。一旦处于初始的默认模式302，程序300便首先进行检查以判定是否存在任何系统故障304。这种为判断故障而对系统状态进行的查验能够确保车辆驱动系统可有效地从默认模式302切换为其它操作模式之一。任何系统故障的存在将迫使程序300重回到默认模式302。事实上，可能希望在车辆操作期间连续循环地监测系统故障。因此，在车辆操作期间的任何时间确定的任何数量的系统故障可使程序300回到默认模式302。这些系统故障可包括防抱死制动系统事件(也就是说，车辆已进入滑移需求牵引控制)。在这种情况下，可能希望重回默认模式，以避免例如再生模式中的过度发动机制动状态或动力模式中的过度动力状态。别的系统故障可包括超过特定阈值的发动机温度、不足的空调压缩机压力、来自传感器的超程或故障信号等。
[0034]如果不存在系统故障，则程序300接下来判定是否已提出发动机关闭请求306。程序300可通过考虑例如车速和节气门位置来判定是否已提出发动机关闭请求。与零MPH的车速结合的节气门关闭位置在某些实施例中可被视为发动机关闭请求。其它要考虑的因素对本领域技术人员而言是显而易见的。如果已提出这样的请求，则进入发动机关闭子程序308。如果尚未提出这样的请求，则程序300接下来确定发动机节气门位置310。如果节气门处于关闭位置，则进入再生子程序312。如果节气门处于低范围位置，则进入巡航子程序314。如果节气门位置处于高范围位置，则进入动力子程序316。低范围和高范围可针对特定应用按照需要或期望来定义。例如，在中负荷卡车类别(例如，具有约10，000至约50, OOOlbs.的车重的厢式货车)中，已确定低范围可大于约0% (B卩，关闭位置)直至约69%。高范围可包括大于约69%且直到100%打开的节气门位置。其它范围可被想到且对本领域技术人员而言是显而易见的。当然，如上所述，当车辆系统被设定在特定模式下时，控制器使各种离合器接合或分离。
[0035]图3A示出发动机关闭子程序308。在进入318发动机关闭子程序308后，进行系统故障检查320。该系统故障检查320可与上文关于图3所述的系统故障检查304相似。实际上，可持续地监测车辆系统是否存在系统故障。系统故障的存在使车辆驱动系统重回到默认模式302。如果不存在系统故障，则发动机关闭子程序308接下来判定电池充电状态是否大于最小阈值322。如果充电状态不高于最小阈值，则驱动系统回到默认模式302，以便防止电池的进一步电力消耗。如果充电状态高于最小阈值，则驱动系统进入发动机关闭模式324。该阈值可针对特定应用按照需要或期望来设定，且例如可设想始终储存最低电池电量。或者，最小阈值可以是无电量。可接受的阈值可基于与电池技术或类型、期望电池寿命、电池容量或温度阈值、电机状态、逆变器状态等有关的因素。当然，在做出是否应当将车辆系统设定为发动机关闭模式324的判定时可考虑其它因素。例如，控制器可询问与驱动轮相关的传感器以判定所述轮是否正在旋转(由此表示车辆正在移动且未停止)。其它因素可被想到且对本领域技术人员而言是显而易见的。
[0036]图3B示出再生子程序312。在进入326再生子程序312后，进行系统故障检查328。该系统故障检查328可与上述的系统故障检查相似。系统故障的存在使车辆驱动系统回到默认模式302。如果不存在系统故障，则再生子程序312接下来判定车速是否高于最低速度330。如果不是这样，则驱动系统回到默认模式302。如果是这样，则再生子程序312判定电池充电状态是否低于最大阈值322。如果不是这样，则驱动系统回到默认模式302。否则，驱动系统被设定为再生模式334。一般而言，在车辆正在移动且电池充电状态低于为电池确定的最大值的大多数情况下，驱动系统将被设定为再生模式334，从而能将车辆动能再捕集为电能并储存在电池中。
[0037]图3C示出巡航子程序314。在进入336巡航子程序312后，进行系统故障检查338。该系统故障检查338可与上述的系统故障检查相似。系统故障的存在使车辆驱动系统回到默认模式302。如果不存在系统故障，则巡航子程序314接下来判定电池充电状态是否大于最小阈值340。如果不是这样，则车辆驱动系统回到默认模式302。如果是这样，则巡航子程序314接下来判定车速是否高于最低速度342。如果不是这样，则车辆驱动系统回到默认模式302。如果是这样，则巡航子程序314接下来判定发动机RPM和负荷是否在目标阈值之内344。如果不是这样，则车辆驱动系统回到默认模式302。如果是这样，则驱动系统被设定为巡航模式346。一般而言，在车辆正在移动的任何时候但不因负荷要求或加速需要附加动力的情况下设定为巡航模式346。当然，也可在系统已判定为发动机速度比有效附件操作所需的速度高的任何其它情况下设定为巡航模式。
[0038]图3D示出动力子程序316。在进入348动力子程序316后，进行系统故障检查350。该系统故障检查350可与上述的系统故障检查相似。系统故障的存在使车辆驱动系统回到默认模式302。如果不存在系统故障，则动力子程序316接下来判定电池充电状态是否大于最小阈值352。如果不是这样，则车辆驱动系统回到默认模式302。如果是这样，则动力子程序316接下来判定车速是否低于最高速度354。如果不是这样，则车辆驱动系统回到默认模式302。如果是这样,则驱动系统被设定为动力模式356。一般而言,在车辆正在移动的任何时候但因负荷要求或加速而需要附加动力的情况下设定为动力模式356。然后该动力不论发动机RPM如何都可被传送。
[0039]控制器或CPU可为监测和控制各种发动机部件、发出警报等的车载的车辆计算机。CPU装载有供系统使用所需的必要软件或固件。在替代构型中，软件可包括在各种类型的存储介质(⑶、DVD、USB驱动器等)上以上传至车辆计算机。此外，对于要从互联网上的网站下载的程序可包括网址和密码。
[0040]本文中所述的控制算法技术能够以硬件、软件或硬件和软件的组合实现。本文中所述的技术能够在一个计算机系统中以集中的方式实现或在不同元件遍布若干互连的计算机系统的情况下以分散的方式实现。此外，所述控制系统可结合在车辆的主计算机系统中。适于执行本文中所述的方法的任何类型的计算机系统或其它设备都是适用的。硬件和软件的典型组合是集成在发动机控制系统中的单独装置，计算机控制系统在被加载和执行时控制该装置以使得其执行本文中所述的方法。由于设想本技术用在车辆上，所以可能希望有包括任何必要的操作者界面(系统权限、超控等)的单独的硬件系统。诊断或维护功能可加载到单独的PC上，该PC是修理厂的固定PC或者是笔记本电脑或其它便携式设备。这将允许对潜在有故障的车辆驱动系统或与其联用的部件进行故障查找和修理。
[0041]本文中所述的技术还能够嵌入在计算机程序产品中，该计算机程序产品包括能够实施本文中所述的方法的所有特征，并且在被加载到计算机系统中时能够执行这些方法。本文中的计算机程序是指用来使具有信息处理能力的系统直接地或在以下中的一者或两者之后执行特定功能的一组指令的采用任何语言、代码或符号的任何表达:a)转换为另一种语言、代码或符号；b)以不同的材料形式再现。
[0042]尽管本文已描述了被视为本技术的示例性和优选实施例的内容，但根据本文中的教导，本技术的其它变型对本领域的技术人员来说将变得显而易见。本文公开的具体的制造方法和几何结构在性质上是示例性的且不应看作是限制性的。因此，希望在所附权利要求中将所有这些变型明确为落入本技术的精神和范围内。因此，希望专利证书保护的是如在所附权利要求中限定和区分的技术以及所有等同物。
【权利要求】
1.一种用于车辆的驱动系统，所述驱动系统包括: 传动带； 可选择性地与所述传动带接合的发动机； 可选择性地与所述传动带接合的电机； 用于向所述发动机的进气装置传送压缩空气的增压器，其中所述增压器可选择性地与所述电机接合；和 用于设定所述驱动系统的操作模式的控制器， 其中，当处于动力模式时，所述控制器使所述发动机与所述传动带接合，所述控制器使所述增压器与所述电机接合以便将压缩空气从所述增压器传送到所述发动机的进气装置，并且所述控制器使所述电机与所述传动带分离；并且 其中，当处于巡航模式时，所述控制器使所述发动机与所述传动带分离，所述控制器使所述增压器与所述电机接合以便将压缩空气从所述增压器传送到所述发动机的进气装置，并且所述控制器使所述电机与所述传动带接合。
2.根据权利要求1所述的驱动系统， 其中，当处于再生模式时，所述控制器使所述发动机与所述传动带接合，所述控制器使所述增压器与所述电机分离，并且所述控制器使所述电机与所述传动带接合。
3.根据权利要求2所述的驱动系统， 其中，当处于发动机关闭模式时，所述控制器使所述电机与所述传动带接合，并且所述控制器使所述增压器与所述电机分离。
4.根据权利要求1所述的驱动系统，还包括与所述发动机、所述附件、所述电机和所述增压器中的至少一者相关联的传感器，其中所述传感器向所述控制器发送信号。
5.根据权利要求3所述的驱动系统，还包括与所述电机电联接的逆变器和与所述逆变器电联接的电池。
6.根据权利要求5所述的驱动系统，其中，当处于所述动力模式和所述巡航模式中的每一者时，所述电池向所述电机传送电力。
7.根据权利要求3所述的驱动系统，其中，当处于所述发动机关闭模式时，所述电池基于所述至少一个附件的需求状态向所述电机传送电力。
8.根据权利要求1所述的驱动系统，还包括用于使所述发动机与所述传动带接合的发动机离合器、用于使所述电机与所述传动带接合的电机离合器、和用于使所述增压器与所述电机接合的增压器离合器。
9.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述控制器基于发动机负荷、要求转矩、电压状态、发动机RPM和需求状态中的至少一者设定所述操作状态。
10.根据权利要求1所述的驱动系统，还包括与所述传动带接合的至少一个附件。
【文档编号】B60W10/08GK203651749SQ201320569839
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年9月13日 优先权日:2012年9月14日
【发明者】M·R·巴立夫 申请人:伊顿公司