混合动力车辆驱动系统及方法以及空闲抑制系统及方法
【专利说明】混合动力车辆驱动系统及方法以及空闲抑制系统及方法
[0001]本申请是申请日为2008年10月09日、申请号为200880117094.3、名称为“混合动力车辆驱动系统及方法以及空闲抑制系统及方法”的中国发明专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2008年5月30日提交的美国申请N0.12/130888、于2007年10月12日提交的美国临时申请N0.60/979755以及于2007年12月17日提交的美国临时申请N0.61/014406的权益和优先权，这些申请的全部内容作为引用而被结合于此。
【背景技术】
[0004]本公开涉及车辆驱动系统。更具体而言，本公开涉及采用电动液压组件的混合动力车辆驱动系统。
[0005]混合动力车辆驱动系统通常采用相对于传动装置以不同的配置布置的至少两个原动机。一种公知配置称为“串并联”混合动力。“串并联”混合动力被布置为使得多个原动机可单独为驱动轴提供动力、或可与另一个原动机联合起来给驱动轴提供动力。
[0006]在一种公知的混合动力车辆驱动系统中，第一和第二原动机(例如，内部内燃机和电动马达/发电机)以并联配置的方式被布置并被用于通过传动装置给驱动轴和动力输出(PTO)轴提供动力。所述PTO轴通常被用于驱动辅助系统、配件或其他机械设备(例如，泵、混合器、滚筒、吊杆、送风机等)。该系统的限制之一在于，所述第二原动机通常位于第一原动机与传动装置之间，从而需要重新安排现有的传动组件。
[0007]在另一种公知的混合动力车辆驱动系统中，第一原动机(例如，内部的内燃机)通过传动装置驱动PTO。第二原动机(例如，电动马达/发动机)直接耦合至PTO。该系统的限制之一在于，虽然其允许电动马达通过PTO给驱动轴提供动力，但其无法给液压泵提供动力以用于操作车载液压组件和设备。该系统还未使用液压马达/泵作为第二原动机。该系统还未允许液压马达/泵由内部的内燃机或电动马达/发电机来驱动，也未允许液压马达/泵以及电动马达/发电机同时由发动机来驱动。该系统还未使用液压马达/泵以及电动马达/发动机同时给驱动轴提供动力。
[0008]大型卡车(大于4类)中所使用的混合动力系统通常利用两个基本设计配置一一串联设计或并联设计。串联设计配置通常使用内部的内燃机(热力发动机)或燃料电池以及发电机，从而为电池组和电动马达产生电力。在电串联设计中，内部的内燃机或燃料电池(混合动力单元)与车轮之间通常并不存在直接的机械动力连接。串联设计混合动力一般具有以下优点:具有非空闲(no-1dle)系统；包括发动机驱动的发电机，这可产生最优性能；缺少传动装置(某些机型上)；以及拥有多种安装发动机和其他组件的选择。然而，串联设计混合动力通常还包括较大较重的电池；在维持电池电荷方面对发动机存在较大的要求；而且存在因多能量转换而导致的低效。除了电动或液压马达之外，并联设计配置在内部的内燃机或燃料电池(混合动力单元)与车轮之间具有直接机械连接，以驱动车轮。并联设计具有以下优点:因同时使用了发动机和电动马达，从而能够增大动力；在避免有损加速动力的同时，拥有具有改良染料经济性的较小发动机；以及在内部的内燃机直接耦合至驱动轴时具有最小的损耗或动力转换，从而提高了效率。然而，并联设计混合动力通常缺少非空闲系统，且在某些环境下，可能具有非理想的发动机操作(例如，低rpm或高瞬时负荷)。4类或更高类卡车上的已有系统传统上并不具有结合了串联系统和并联系统的优点的系统。
[0009]因此，需要一种混合动力车辆驱动系统以及操作混合动力车辆驱动系统的方法，其允许驱动轴接收来自至少三个组件的动力。还需要一种通过分离未使用组件以防止摩擦和磨损的混合动力车辆驱动系统。还进一步需要一种使用再生自动以将能量存储在至少两个可再充电能源中的混合动力车辆驱动系统。更进一步的，需要一种基于PTO的混合动力系统。更进一步的，需要一种用于车辆液压系统的改良混合动力系统。
[0010]还需要一种发动机空闲抑制系统和方法。混合动力车辆驱动系统的操作所需的混杂传动控制系统以及动力管理系统可能会增加成本和复杂度。因此，需要一种允许设备由一个泵来提供动力的空闲抑制系统。还需要一种允许从三个源(车辆发动机、外部电力网、APU)快速再充电的系统。还需要一种系统，该系统可在设备动力需求超出了只是电动马达驱动的泵的输出时的时间周期期间，从两个源(车辆发动机和电动马达)同时给设备供电。
[0011]还需要一种串联/并联设计，其中系统可根据哪一者在给定操作需求下最为有利来使用串联配置或并联配置来进行操作。
【发明内容】
[0012]一种实施方式涉及一种用于车辆的混合动力车辆驱动系统，该系统包括第一原动机、第一原动机驱动的传动装置、可再充电电源以及PTO。所述混合动力车辆驱动系统还包括与所述PTO直接或间接机械连接的液压马达以及与该液压马达直接或间接机械连接的电动马达。该电动马达可给所述原动机驱动的传动装置提供动力，并通过PTO从所述原动机驱动的传动装置接收动力。所述液压马达可从由可再充电电源供电的电动马达接收动力。
[0013]另一实施方式涉及一种用于车辆的混合动力车辆驱动系统，该系统包括第一原动机、第一原动机驱动的传动装置、可再充电电源以及ΡΤ0。所述混合动力车辆驱动系统还包括与所述PTO直接或间接机械连接的液压马达以及与该液压马达直接或间接机械连接的电动马达。该电动马达可给所述原动机驱动的传动装置供电，并通过PTO从所述原动机驱动的传动装置接收动力。所述液压马达可为所述原动机驱动的传动装置提供动力，并通过PTO从所述原动机驱动的传动装置接收动力。
[0014]另一种实施方式涉及一种用于第一原动机以及由该第一原动机驱动的第一传动装置的混合动力车辆驱动系统。该系统包括耦合至可再充电能源的第二原动机、组件以及被配置为耦合至所述第二原动机的配件。所述第一原动机被配置为通过所述传动装置和组件提供动力，以操作所述第二原动机，且该第二原动机被配置为通过所述组件给驱动轴提供动力。所述配件被配置为通过所述第二原动机的操作进行工作。
[0015]再一实施方式涉及一种用于任意类型的混合动力车辆的液压系统。所述车辆包括第一原动机、第一原动机驱动的传动装置、第二原动机、组件以及第一可再充电能源。所述第一原动机可通过所述传动装置和组件给所述第二原动机提供动力。所述第二原动机可通过所述组件给车辆的驱动轴提供动力。所述第一可再充电能源可给所述第二原动机供电、或可由所述第二原动机对其进行再充电。所述液压系统包括配件。该配件能够以下述方式耦合至所述第二原动机，即，配件通过所述第二原动机的操作进行工作。所述配件还可以操作所述第二原动机。
[0016]再一实施方式涉及一种操作混合动力车辆驱动系统的方法。所述驱动系统包括第一原动机、第一原动机驱动的传动装置、第二原动机、第一可再充电能源、组件以及配件。所述第二原动机可单独影响驱动轴的动作、或可与所述第一原动机联合起来影响驱动轴的动作。所述第一可再充电能源可给第二原动机供电、或由该第二原动机对其进行再充电。所述组件在所述传动装置与第二原动机之间双向传递能量。所述第二原动机的操作可给配件提供动力，且该配件还可用于给所述第二原动机提供动力。
[0017]再一实施方式涉及一种用于车辆的混合动力车辆驱动系统，该系统包括第一原动机、第一原动机驱动的传动装置、可再充电电源以及PTO。所述混合动力车辆驱动系统还包括耦合至所述电源的第一电动马达、与所述第一电动马达直接或间接机械连接的液压马达、以及与所述PTO直接或间接机械连接的第二电动马达。该第二电动马达可通过PTO从所述原动机驱动的传动装置接收动力，并对所述电源进行充电。所述液压马达可接收来自所述第一电动马达的动力。所述第二电动马达具有比所述第一电动马达高的额定功率。
[0018]另一示例性实施方式涉及一种用于车辆的混合动力车辆驱动系统，该系统包括第一原动机、第一原动机驱动的传动装置、可再充电电源以及ΡΤ0。所述混合动力车辆驱动系统还包括耦合至所述电源的第一电动马达和第二电动马达。该第二电动马达与所述PTO直接或间接机械连接。所述第一电动马达与所述第一原动机直接或间接连接。所述第一电动马达可提供推动力或生成电能，所述第二电动马达可给PTO提供动力以用于传动装置，或可经由再生制动接收动力。可选的液压马达可耦合至所述第二电动马达。根据一可选实施方式，所述第一和第二电动马达中的一者可用作发电机，而该第一和第二电动马达中的另一者可用作马达。
【附图说明】
[0019]下面参考附图对实施方式进行描述，其中:
[0020]图1为示出了根据示例性实施方式的用于驱动轴的可能电力源的路径的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0021]图2为示出了根据示例性实施方式的使用辅助电力单元、第二原动机以及配件组件的混合动力车辆驱动系统的操作的整体框图；
[0022]图3为示出了根据示例性实施方式的附加有第二可再充电能源的混合动力车辆驱动系统的操作的整体框图；
[0023]图4为示出了根据示例性实施方式的使用第一原动机的混合动力车辆驱动系统的操作的整体框图，所述第一原动机供电以同时给第一可再充电能源进行充电和对设备进行操作；
[0024]图5为示出了根据示例性实施方式的使用第一原动机的混合动力车辆驱动系统的操作的整体框图，所述第一原动机供电以同时给第一和第二可再充电能源进行充电；
[0025]图6为示出了根据示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统在再生制动期间的操作的整体框图；
[0026]图7是示出了根据示例性实施方式的在再生制动期间同时对第一和第二可再充电能源进行充电的混合动力车辆驱动系统的操作的整体框图；
[0027]图8是示出了根据示例性实施方式的使用变速箱来替代传动装置的动力输出装置的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0028]图9是示出了使用第二动力输出装置、第三原动机以及第二配件组件的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0029]图10是示出了根据示例性实施方式的使用第二动力输出装置以及马达的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0030]图11是示出了根据示例性实施方式的使用第二动力输出装置、高马力马达以及电容器的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0031]图12是示出了根据示例性实施方式的使用耦合至第一原动机的第二配件组件、高马力马达以及电容器的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0032]图13是根据示例性实施方式的包括耦合至动力输出装置的配件以及耦合至该配件的第二原动机的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0033]图14是根据示例性实施方式的类似于图13的系统的混合动力车辆驱动系统的整体框图，所述混合动力车辆驱动系统包括位于配件与动力输出装置之间的离合器；
[0034]图15是根据示例性实施方式的类似于图13的系统的混合动力车辆驱动系统的整体框图，所述混合动力车辆驱动系统包括位于第一原动机与传动装置之间的离合器；
[0035]图16是根据示例性实施方式的包括耦合至PTO的第二原动机以及耦合至变速箱的配件的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0036]图17是根据示例性实施方式的对混合动力车辆驱动系统的两个示例性元件进行连接的液力联轴节的整体框图；
[0037]图18是根据示例性实施方式的包括耦合至第一和第二 PTO的多输入/输出驱动的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0038]图19是根据示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统的整体框图，所述混合动力车辆驱动系统不包括液压驱动组件，但包括耦合至两个PTO中每一 PTO的电动马达，该两个PTO耦合至第一原动机；
[0039]图20是根据示例性实施方式的包括作为第三原动机以给液压泵供电的较小电动马达的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0040]图21是根据示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统的整体框图，所述混合动力车辆驱动系统不包括液压驱动组件，但包括一起给板上配件提供动力的耦合至两个PTO (该两个PTO耦合至第一原动机)中的每一 PTO的电动马达以及耦合至内部的内燃机的电动马达；
[0041]图22是根据示例性实施方式的处于串联操作模式的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0042]图23是根据示例性实施方式的处于串联操作模式的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0043]图24是根据示例性实施方式的处于并联操作模式的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0044]图25是根据示例性实施方式的处于巡航模式的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0045]图26是根据示例性实施方式的处于巡航模式的混合动力车辆驱动系统的整体框图；
[0046]图27是据示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统在车辆静止时的整体框图；
[0047]图28是根据示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统在使用第一原动机对能源进行再充电时的整体框图；
[0048]图29是根据示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统在使用第一原动机对能源进行再充电时的整体框图。
【具体实施方式】
[0049]以下给出了根据多种可行实施方式的混合动力车辆驱动系统。混合动力车辆驱动系统的一个示例性实施方式的一个特征在于，可由第一原动机、第二原动机以及配件单独或以任何组合形式给驱动轴提供动力。优选实施方式将液压系统整合入混合动力车辆驱动系统中，以得到最优的能量存储和利用。注意，在此使用的术语马达指马达/发电机或马达/泵，但并不限于仅执行电动马达操作的装置。
[0050]所述系统的一个示例性实施方式的另一特征在于，当使用被配置为在传动装置活动时接入或分离的动力输出装置(PTO)时，除第一原动机之外的任何不需要的驱动系统组件可从传动系统完全断开，以在系统不同部