用於運行混合動力車輛的方法及混合動力車輛的製作方法

2023-06-03 03:11:21

專利名稱：用於運行混合動力車輛的方法及混合動力車輛的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據獨立權利要求所述的用於運行混合動力車輛的方法及混合 動力車輛。
背景技術：
現有技術中已知具有多個驅動單元的混合動力車輛，所述驅動單元例如是內燃機 和聯接到內燃機的電機。當混合動力車輛減速時，可通過將電機作為發電機運行來回收動 能，且將回收的動能儲存在儲存裝置內，所述儲存裝置例如是電池、超級電容等。電機可用 於車輛的停止一啟動運行模式。US7，131，510B2公開了一種混合動力車輛的停止一啟動運 行模式。在停止階段期間，內燃機從電機且從驅動系統分離且停機。在隨後的啟動階段中， 發動機通過現在作為馬達運行的電機自動地再次啟動，且再連接到驅動系統。驅動系統在 啟動階段期間切換到預定的檔位。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於運行混合動力車輛的方法，該方法允許提高動能的 回收。另一個目的是提供一種混合動力車輛，該混合動力車輛提供了有效的能量回收。該任務通過獨立權利要求的特徵實現。其他權利要求和說明書公開了本發明的有 利實施例。提出了一種混合動力車輛的運行方法，所述車輛至少包括第一驅動單元和聯接 到所述第一驅動單元的第二驅動單元，其中第二驅動單元可回收混合動力車輛的動能；傳 動單元，該傳動單元能夠聯接到第一驅動單元和/或第二驅動單元，用於驅動驅動軸。提出根據由第二驅動單元在再生制動期間回收的期望能量或者在再生制動預期 開始前的預定的時間段來改變傳動單元的傳動比。在制動期間，第二驅動單元在再生制動 模式中被驅動，且將車輛的動能轉換為可儲存能量形式，所述可儲存能量可用於啟動或推 進內燃機，例如轉換為儲存在電池或超級電容器內的電能，或轉換為飛輪的動能。具體地，第一驅動單元能夠是內燃機且第二驅動單元能夠是電機，所述電機能夠 以馬達模式運行，以驅動驅動軸和/或發動機，且能夠以發電機模式運行，其中當驅動軸驅 動電機時動能可作為電能儲存。優選地，傳動單元能夠是手自一體變速器或自動變速器。電機在發電機模式中轉速越高，則由電機回收的能量的量越高。通過將電機在盡 可能高的轉速下運行，可最大化能量回收。這可通過在制動期間使用傳動單元的低檔位即 高傳動比實現。然而，對於聯接到傳動單元的內燃機情況相反。在驅動中高檔位導致發動機 的較低的損失，而低檔位導致較高的損失。有利地，通過在制動期間使用低檔位，電機能夠 以如同驅動期間當檔位選擇為優化發動機的運行時的較高的轉速運行。通過增大傳動比， 即切換到較低的檔位，在再生制動期間所回收的能量的量可增加。通過檢查傳動單元的檔 位是否可降低以有利於電機的轉速，可避免從高檔位開始制動，所述高檔位對於降低發動 機損失有利，但當電機作為發電機運行時也降低了再生制動期間的能量回收。
優選地，可檢查由第二驅動單元回收的能量能否與傳動單元的實際設定相比在制 動期間通過改變傳動單元的傳動比而增加，且如果由第二驅動單元回收的能量可增加則改 變傳動比。如果傳動比已處於其最大值，則傳動比不能進一步增加。然而，如果認識到增大傳動比對於第二驅動單元的能量回收不利，則省略換檔。例 如，如果已設置為最低檔位，不能執行向更低檔位的換檔，或如果能量儲存器存滿或幾乎存 滿而可能不期望回收能量。在此情況中，可能甚至期望通過減小傳動比和切換到較高的檔 位來降低由第二驅動單元回收的能量的量。在優選的替代中，甚至對於已滿的能量儲存器， 切換到較低的檔位可能是有利的，因為用作第二驅動單元的電機的較高轉速可改進將一個 或兩個驅動單元用於制動的可能性，且因此降低制動盤上、車輪上的磨損。有利的是，能夠在制動車輛前開始改變傳動比和/或使第一驅動單元停機。使第 一驅動單元停機意味著切斷向第一驅動單元的燃料供給，且將第一驅動單元從驅動軸斷 開，即從傳動單元且從第二驅動單元斷開，優選通過打開離合器實現。在一個優選的實施例 中，第二驅動單元和驅動軸之間的傳動單元的傳動比可切換到對於最大化由第二驅動單元 回收的能量有利的值，例如通過執行向較低檔位的換檔且因此增加用作第二驅動單元的電 機的轉速來實現。因此，車輛的制動實際上以有利的傳動比開始，即向期望的低檔位的換 檔已完成或至少大部分已完成，且將能量回收的時間損失最小化。例如，如果電機用作第二 驅動單元，則在換檔所需的時間期間，根本不能通過電機回收能量。通過將第一驅動單元分 離，可在給定的速度下使用較高的傳動比，因為第二驅動單元在作為電機的情況中可在第 一驅動單元是內燃機的情況中以高於第一驅動單元的轉速運行。當不需要將第一驅動單元 和第二驅動單元的速度同步時，換檔可更簡單且更快速地完成。因此，通過早期使第一驅動 單元停機，可避免再生制動期間的不利的換檔。根據有利的方法步驟，第一驅動單元的停機可主動地通過駕駛員抑制。有經驗的 駕駛員通常足夠早地知道何時車輛必須減速或停止。在此情況中，駕駛員能夠通過在預期 的制動前激活致動器來開始停機。例如，可通過由制動踏板激活的信號開始停機，具體地在 將制動踏板連續地壓下，以用於將車輛實際制動前通過輕壓制動踏板而開始停機。在車輛 的合適的驅動模式中，制動踏板的輕壓可識別為開始停機的要求。有經驗的駕駛員可在實 際制動過程開始前立即進行此工作，即第一驅動單元的停機可例如至少在制動前500ms開 始，優選地至少在制動前一秒開始。這導致不僅通過因第二驅動單元而改進的能量回收，而 且通過因切斷燃料供給而使第一驅動單元早期停止來節約能量。補充地或替代地，第一驅動單元的停機可通過由駕駛員操作的開關激活的信號而 開始。開關能夠是電子開關或機械開關，且能夠具有任何形式，例如按鍵開關、滑動單元、杆 等。開關可有利地布置在轉向單元處，例如方向盤或操縱杆等處，且可優選地通過駕駛員的 手激活。傳動單元的檔位可選擇為用於制動。優選地，當第一驅動單元的停機開始時，傳動 單元能夠切換到較低的檔位，因此增加其間可回收能量同時制動車輛的時間。優選地，第一驅動單元的停機可在預期的制動前至少500ms開始。根據本發明的另一優選實施例，補充地或另外地，可提供預測值用於混合動力車 輛的估計的決定參數，例如與速度相關的參數等。決定參數也可以是由數學函數列出的變 量，例如質量乘以速度。優選地，如果預測值產生超過預定極限的決定參數，則傳動單元可切換到較低的檔位。這樣的估計的決定參數例如可以是制動持續時間、車輛在制動前後的 速度、車輛質量、道路坡度等。如果例如估計的持續時間長或速度改變大，或例如道路坡度 長，則可早期開始使第一驅動單元停機以及換檔。也可以將用於確定是否期望換檔的這樣 的參數組合。這能夠自動地完成，而無駕駛員的介入或與由駕駛員在制動車輛前發出的用 於停機的要求組合，如上所述。優選地，如果預測值產生超過預定極限的參數，則傳動單元可切換到較高的傳動 比，例如較低的檔位。例如，預定極限可以是最小時間跨度。如果制動被估計為長於此時間 跨度，則可決定期望進行換檔。在此情況中，車輛將減速到比其先前的行駛速度和/或正在 下坡的移動速度更低的速度，因此對於相當長的時間提供可被回收和儲存的大量的動能。 如果可預測車輛將長時間制動或速度將大改變，則換檔可通過最優方式完成，優選地儘早 完成。當車輛實際制動時，第二驅動單元可利用制動階段且回收能量。如果考慮速度改變， 則預定的時間跨度可以是最小的速度改變。如果速度改變預計為較大，則換檔可假定是期 望的。如果道路傾斜或車輛的質量大，則速度改變以及制動持續時間可受到這些參數的影 響。特別地，預測值可基於混合動力車輛的實際位置數據，例如GPS系統。例如，如果 識別到道路交叉口或停車區或其速度降低的區域，或其處行駛中的車輛下降的實際道路， 則制動過程將主要可能保持較長的時間。傳動單元的傳動比可通過第二驅動單元設定為對 於能量回收有利的狀態。預測值可替代地或補充地從混合動力車輛的行駛統計數據中獲取。如果車輛頻繁 地行駛在相同的路段和/或車輛頻繁地由具有特定的駕駛風格的相同的駕駛員駕駛，例如 運動型駕駛員或舒適型駕駛員，或早制動或晚制動的駕駛員，則預測值可調整到特定的單 獨類型。根據本發明的另一個方面，提出了一種混合動力車輛，所述混合動力車輛至少包 括第一驅動單元和聯接到所述第一驅動單元的第二驅動單元，其中第二驅動單元在混合 動力車輛制動期間回收動能；傳動單元，該傳動單元能夠聯接到第一驅動單元和/或第二 驅動單元；和驅動軸。提出了設置用於在再生制動期間根據由第二驅動單元回收的期望能 量來改變傳動單元的傳動比的單元。優選地，第一驅動單元能夠是內燃機，且第二驅動單元 能夠是電機。如果期望將電機的能量回收最大化，則可增大傳動比。如果期望降低回收的 能量的量，則可將傳動比降低或維持在實際值。優選地，設置有致動器，該致動器用於在車輛制動前開始改變傳動比和/或使第 一驅動單元停機。如果在再生制動期間回收的能量的量應增加，則有利的是儘可能早地執 行換檔，以最大化其間能夠回收能量的時間跨度。優選地，致動器可聯接到制動踏板。在行駛模式中，在駕駛員壓下制動踏板用於制 動前，輕壓制動踏板可解釋為要求使第一驅動單元停機。替代地或補充地，致動器聯接到駕 駛員可接近的按鍵。傳動單元可有利地布置在第二驅動單元和第一驅動單元之間的驅動系內。傳動單 元可有利地是手自一體變速器或自動變速器。傳動單元的控制算法影響由第二驅動單元回 收的能量的量，例如通過由提供選擇的檔位來影響第二驅動單元的轉速而進行。優選地，離合器可設置在第一驅動單元和驅動系之間。當發出停機要求時，第一驅動單元可停機且及早從驅動系分離，因此通過節約燃料而節約能量。有利地，可設置預測單元，該預測單元用於提供估計的決定參數的預測值，例如在 制動期間的速度改變等。預測單元能夠聯接到位置檢測系統，該位置檢測系統允許估計車輛的決定參數的 位置，例如車輛制動階段的持續時間。有利地，預測單元能夠聯接到提供駕駛統計數據的數 據源。因此，決定參數的估計可適於單獨的駕駛員和/或車輛的特定的位置。


本發明與以上所述的任務和其他任務以及優點可從如下的實施例詳細描述中最 好地理解，但不限於這些實施例，其中附圖為圖1示意性地示出了根據本發明的優選的混合動力車輛；圖2示意性地示出了根據本發明的用作要求使第一驅動單元停機的優選的致動 器的制動踏板；圖3示意性地示出了根據本發明的第一優選運行方法的流程圖；並且圖4示意性地示出了根據本發明的第二優選運行方法的流程圖。
具體實施例方式在附圖中，相同的或類似的元件以相同的附圖標記表示。附圖僅是示意性的表示， 而不意於給出本發明的具體參數。此外，附圖意圖僅典型地描繪本發明的實施例，因此不應 考慮為限制本發明的範圍。圖1圖示了根據本發明的優選的混合動力車輛50的示意性草圖。混合動力車輛 50包括驅動系10，所述驅動系10帶有優選為內燃機的第一驅動單元12，和優選為電機的第 二驅動單元16，所述第二驅動單元16布置在第一驅動單元12的輸出軸14上。傳動單元 18可聯接到第一驅動單元12和/或第二驅動單元16。可被驅動的車輪30連接到驅動軸 24。混合動力車輛50的另外的車輪32可以是不可被驅動的車輪或可被驅動的車輪(四輪 驅動)。第一離合器20布置在第一驅動單元12和第二驅動單元16之間，且選擇性的，第 二離合器22布置在第二驅動單元16和傳動單元18之間。傳動單元18能夠是由傳動控制 單元(未示出)控制的手自一體變速器或自動變速器。如果第一離合器20斷開且第二離 合器22閉合，則第二驅動單元16可由從動車輪30通過驅動軸24驅動。在電機作為第二 驅動單元16的情況中，電機處於發電機模式且將動能轉換為電能，所述電能儲存在例如電 池的儲存單元26內。如果第一離合器20閉合且選擇的第二離合器斷開，則第二驅動單元 16可作為啟動馬達工作，且通過轉動輸出軸14來啟動第一驅動單元12。替代地，如果不存 在第二離合器22，則傳動單元18可處於其空檔，用於使用第二驅動單元16來啟動第一驅動 單元12。在此情況中，如果第一離合器20閉合且傳動單元18處於其空檔狀態，則第一驅動 單元12和第二驅動單元16從驅動系10的剩餘部分分離。因此，第二驅動單元16可例如 通過轉動第一驅動單元12的輸出軸14來啟動第一驅動單元12。控制單元28a設置為檢查在制動期間傳動單元18的傳動比是否應增加或降低。這 樣的控制單元28a可例如是微處理器。如果傳動比應增加以增加第二驅動單元16的轉速，則傳動比通過選擇合適的檔位改變，特別是通過選擇比第一驅動單元12的實際行駛模式 更低的檔位。預測單元28b設置為估計決定參數，例如混合動力車輛50的制動持續時間。 單元28a、28b可集成為傳動單元控制器，該控制器控制傳動單元18的實際功能。設置致動器40用於在制動車輛50前開始使第一驅動單元12停機。致動器40可 替代地或補充地聯接到駕駛員(未示出)可接近的按鍵，所述按鍵通過手來激活。如通過 圖2中的示例表示，致動器40可聯接到制動踏板。駕駛員可在有效制動過程開始前通過輕 壓制動踏板發出使第一驅動單元12停機的要求。第一驅動單元12例如通過切斷燃料供給 而停機，且通過斷開第一離合器20從驅動系10分離。傳動單元18和第二驅動單元16之 間的第二離合器22閉合，使得驅動軸24驅動第二驅動單元16，所述第二驅動單元16回收 減速中車輛50的動能。如果不存在第二離合器22，則第一驅動單元12停機，例如通過切斷燃料供給而停 機，且通過斷開第一離合器20從驅動系10分離。第二驅動單元16現在固定地聯接到傳動 單元18，因為不存在第二離合器22且驅動軸24驅動第二驅動單元16，所述第二驅動單元 16回收車輛50的動能。現在參考圖3，在圖1和圖2的視圖中，流程圖100描繪了根據本發明的當再生制 動期間回收的能量應增加時的車輛50的第一優選運行方法。根據此實施例，如果在步驟 102中預期在實際制動前進行短時間的制動，則可在步驟104中當駕駛員變得意識到需要 制動車輛50時由駕駛員開始使第一驅動單元12停機。駕駛員例如通過輕壓實施為制動踏 板的致動器40 (圖2)來使第一驅動單元12停機。在發出此第一驅動單元12的停機要求 時，在步驟106中例如通過控制單元28a檢查是否可進行換檔，例如是否可在傳動單元18 中選擇較低的檔位。如果不可以換到更低的檔位，則駕駛員在步驟110中準備好而不進行 換檔，且可以制動或巡航。如果可換檔到較低的檔位，則在步驟108中選擇且施加較低的檔 位。通過執行向較低檔位的換檔，第二驅動單元16的轉速由於較低檔位的增加的傳動比而 增加。優選地，較低的檔位選擇為允許第二驅動單元16以高於第一驅動單元12的正常驅 動模式的速度旋轉，且因此允許更有效地回收動能。當駕駛員要求使第一驅動單元12停機後，有利地儘可能快速開始換檔。因此，在 步驟110中已準備好後，當駕駛員開始壓下制動踏板以用於制動車輛時，換檔已完成或至 少已幾乎完成。有經驗的駕駛員通常要求在實際制動開始前至少500ms進行第一驅動單元 12的此停機。例如，駕駛員可大約在制動前一秒或數秒時開始使第一驅動單元12停機。如 果要求換檔或至少幾乎在大約500ms後完成換檔，則在制動開始前將存在至少500ms的減 速。換檔的實際時間可取決於變速箱的類型、被切換的特定檔位和制動前後施加的轉矩而 變化。在最壞的情況中，制動時間可能持續兩秒。如果不要求換到更低的檔位、而是要求換到更高的檔位以降低再生制動期間的能 量，則可在步驟108中進行向更高檔位的換檔。結合到圖1和圖2來參考圖4，圖中描繪了根據本發明的混合動力車輛50的第二 優選運行方法的流程圖200。根據此實施例，在制動動作過程中，如果預期到制動(步驟 202)，且制動可預測到制動將持續較長的時間期間(步驟204)，則以優選的方式且優選盡 可能快速地進行換檔。可在聯接到預測單元28b的資料庫內，例如在通過控制單元28a聯 接到傳動單元18的資料庫內為決定參數的估計提供預測值，所述決定參數例如為混合動力車輛50的制動持續時間。選擇較低的檔位且轉移到步驟206中。如果不能換檔，例如當已施加最低檔位時， 則車輛制動器在準備步驟208後不換檔。例如，駕駛員可在制動前一秒或數秒開始使第一 驅動單元12停機。如果換檔將要求例如大約500ms，則在制動開始前或使用例如電機的第 二驅動單元16存在至少另外的500ms的減速，以在制動前驅動車輛。決定參數的預測，例如制動持續時間和/或速度改變的預測可基於地圖信息和/ 或例如為GPS的定位系統或通過使用車輛50和/或駕駛員的駕駛統計數據來進行。較低 的檔位允許第二驅動單元16在較高的轉速下工作，這增加了回收的能量。在駕駛員要求使第一驅動單元12停機後，有利地儘可能快速地開始換檔。因此， 當實際制動開始時，換檔已完成或至少已幾乎完成。換檔的開始可無駕駛員的介入或與圖 3中所述的運行方法組合。然而，如果不期望向較低檔位的換檔，而是期望向較高檔位的換 檔，則此換檔可在步驟206中執行。本發明允許在再生制動期間通過設立電機，即第二驅動單元16的高轉速來有效 地回收混合動力車輛50的動能。另外，可通過在制動車輛50前甚至開始早期停機來降低 內燃機，即第一驅動單元12的燃料消耗。另一個優點是降低了在車輛的車輪的盤式制動器 上的磨損。第二驅動單元16能夠吸收投入到車輪制動中的更多的轉矩。
權利要求
一種用於運行混合動力車輛(50)的方法，所述混合動力車輛(50)至少包括第一驅動單元(12)和聯接到所述第一驅動單元(12)的第二驅動單元(16)，其中，所述第二驅動單元(16)在對所述混合動力車輛(50)進行制動的期間回收動能；傳動單元(18)，所述傳動單元(18)能夠聯接到所述第一驅動單元(12)和/或所述第二驅動單元(16)；和驅動軸(24)；其特徵在於，根據所述第二驅動單元(16)在再生制動期間所回收的期望能量、或是根據所述再生制動的預期開始前的預定時間段，來改變所述傳動單元(18)的傳動比。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在對所述車輛(50)進行制動之前開始改 變所述傳動比。
3.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，如果期望增加所述第二驅動單 元(16)所回收的能量，則增大所述傳動比。
4.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，如果期望減少所述第二驅動單 元(16)所回收的能量，則減小所述傳動比。
5.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，在對所述車輛(50)進行制動之 前開始使所述第一驅動單元(12)停機。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，由駕駛員主動開始使所述第一驅動單元 (12)停機。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，通過激活致動器(40)開始使所述第一驅 動單元(12)停機。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，通過由制動踏板和/或由所述駕駛員 操作的開關所激活的信號開始使所述第一驅動單元(12)停機。
9.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，在預期的制動前至少500毫秒 時開始使所述第一驅動單元(12)停機。
10.根據前述權利要求中一項所述的方法，其特徵在於，提供用於所述混合動力車輛 (50)的估計決定參數的預測值，特別是提供用於對所述混合動力車輛(50)進行制動的估 計持續時間的預測值。
11.根據權利要求10所述的方法，其特徵在於，如果所述預測值產生超過預定極限的 決定參數、特別是如果用於制動的所述持續時間的預測值高於預定的極限，則所述傳動單 元(18)切換到較低的檔位。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特徵在於，所述預測值基於所述混合動力車 輛(50)的實際位置數據和/或駕駛統計數據。
13.一種混合動力車輛(50)，所述混合動力車輛(50)至少包括第一驅動單元(12)和聯接到所述第一驅動單元(12)的第二驅動單元(16)，其中，所述 第二驅動單元(16)在對所述混合動力車輛(50)進行制動的期間回收動能；傳動單元(18)，所述傳動單元(18)能夠聯接到所述第一驅動單元(12)和/或所述第 二驅動單元(16)；和驅動軸(24)；其特徵在於，設置控制單元(28a)，所述控制單元(28a)用於根據所述第二驅動單元(16)在所述再生制動期間所回收的期望能量、或是根據所述再生制動的預期開始前的預定 時間段，來改變所述傳動單元(18)的傳動比。
14.根據權利要求13所述的車輛，其特徵在於，設置致動器(40)，所述致動器(20)用 於在對所述車輛(50)進行制動之前開始改變所述傳動比和/或使所述第一驅動單元(12)停機。
15.根據權利要求14所述的車輛，其特徵在於，所述致動器(40)聯接到制動踏板和/ 或駕駛員可用的開關。
16.根據權利要求13至15中一項所述的車輛，其特徵在於，設置控制單元(28a)，所述 控制單元(28a)用於檢查通過改變所述傳動單元(18)的傳動比，是否能夠增加所述第二 驅動單元(16)在制動期間所回收的能量；且如果所述第二驅動單元(16)回收的能量能夠 增加，則改變所述傳動比。
17.根據權利要求13至16中一項所述的車輛，其特徵在於，所述傳動單元(18)在驅動 系(10)內布置於所述第二驅動單元(16)與從動車輪(30)之間。
18.根據權利要求13至17中一項所述的車輛，其特徵在於，所述傳動單元(18)是手自 一體變速器或自動變速器。
19.根據權利要求13至18中一項所述的車輛，其特徵在於，在所述第一驅動單元(12) 與所述驅動系(10)之間設置至少一個離合器(20 ；20，22)。
20.根據權利要求13至19中一項所述的車輛，其特徵在於，設置預測單元(28b)，所述 預測單元(28b)用於提供所述車輛(50)的估計決定參數的預測值。
21.根據權利要求20所述的車輛，其特徵在於，所述預測單元(28b)聯接到位置檢測系 統和/或聯接到提供駕駛統計數據的數據源。
全文摘要
本發明涉及一種混合動力車輛和用於運行混合動力車輛(50)的方法，該混合動力車輛(50)至少包括第一驅動單元(12)和聯接到第一驅動單元(12)的第二驅動單元(16)，其中第二驅動單元(16)在制動混合動力車輛(50)期間回收動能；傳動單元(18)，該傳動單元(18)能夠聯接到第一驅動單元(12)和/或第二驅動單元(16)；和驅動軸(24)。提出根據由第二驅動單元(16)在再生制動期間回收的能量的期望的量或者在再生制動預期開始前的預定的時間段來改變傳動單元(18)的傳動比。
文檔編號B60W20/00GK101925497SQ200880125316
公開日2010年12月22日 申請日期2008年2月8日 優先權日2008年2月8日
發明者佩爾·魯特奎斯特, 利薩·埃利希 申請人:沃爾沃技術公司