混合動力車輛及混合動力系統的製作方法

2023-05-21 17:57:51 3

專利名稱：混合動力車輛及混合動力系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種混合動力車輛及混合動力系統。
技術背景隨著全球的原油蘊藏量減少，油價節節高升，各國莫不積極尋找其它 替代能源、及節能方法，以降低石油危機的衝擊。目前已知的汽車能夠使用的動力源，有燃油引擎(柴油、石油)、太陽 能動力系統、電力驅動系統等。上述這些動力源中，有些動力效果佳、耐久性優，但卻不符合環保需求；有些則是符合環保需求，但卻無法達到該有 的動力效杲。以電動汽車與太陽能汽車為例，雖然想將傳統的燃油引擎摒除在外， 但實際上這些新式動力源的動能效率有限，故想要完全利用單一的動力源 是不可行的。於是，在經過努力的研發後，使用兩種動力源互相配合的所謂的混合 動力的新觀念與技術於焉成形。採用混合動力不但動力效果佳、耐久性優， 也符合環保需求。在混合動力系統中，由於各種動力之間的聯結是關鍵技術之一，並非 所有的聯結器都可以用來結合不同的動力。目前已知的混合動力系統，其 動力連接大多是利用扭力轉換器或行星齒輪系，少數是使用盤式離合器。 目前只有動力輔助式的混合動力系統使用盤式離合器，它是使用單一馬達 直接聯結至引擎的曲軸，為同軸同步旋轉的形態；或者是使用單 一 馬達並透 過齒輪串聯聯結於傳動主軸，再利用盤式離合器與引擎聯結。然而，其存 在著下述缺點1. 利用控制單一馬達的轉速來換檔，換檔速度不夠快，換檔不順暢， 造成傳動系統的效率難以提升。2. 在現有技術中的盤式離合器，依其操控制方式大致可區分為機械式 及油壓式，前者是利用作動槓桿，機械式地操縱盤式離合器的分合，其機
構相當複雜，零件成本也比較高；後者不使用槓桿來作動離合器片，而是以油壓泵驅動油壓缸來直接作動離合器片，其油壓系統成本較高又容易漏 油，裝配及維護作業皆比較困難。此外，兩者作動的速度都比較慢，使得 離合器的搭接或脫開動作不夠順暢，連帶造成傳動效率的降低。發明內容為了解決上述已知技術的問題點，本發明的目的之一在於提供一種混 合動力系統及車輛，通過控制雙馬達的轉速，來使換檔順暢。藉此能夠在 離合器不脫開的情形下進行換檔(當然，如果在離合器脫開的情形下，也可 以換檔)，使傳動系統的變速更順暢，減少齒輪變速裝置的磨損，以提高自 動手排檔傳動系統的動力傳動效率。且，本發明的目的之一在於提供一種混合動力系統及車輛，其離合器 機構簡單、零件成本較已知技術低、裝配及維護作業容易、離合器的搭接 或脫開動作順暢，可減少換檔時因齒輪咬合不順造成的破壞。另外，本發明的目的之一在於提供一種混合動力系統及車輛，利用自 動切換離合器來搭接或脫開不同的動力源，以切換至不同的混合動力形態。依照本發明上述目的，本發明提供一種混合動力系統，使用至少兩種動力，包括作為第一動力的引擎、啟動發電馬達、作為第二動力的動力 馬達、自動手排檔傳動系統、電瓶、自動切換離合器、動力形態控制單元(當 應用於混合動力車輛時，稱之為控制單元組合)。啟動發電馬達，與引擎耦 接，並與引擎同步運轉，用於啟動引擎併兼作為一輔助動力。自動手排檔 傳動系統，與動力馬達耦接，通過控制啟動發電馬達與動力馬達的轉速來 進行變速。電瓶，與啟動發電馬達及動力馬達耦接。自動切換離合器，耦 接於啟動發電馬達與自動手排檔傳動系統之間，用以使啟動發電馬達與自 動手排檔傳動系統搭接或脫開，以改變使用的動力形態。動力形態控制單 元，根據混合動力系統的運轉狀態，控制自動切換離合器使引擎與動力馬 達搭接或脫開。上述混合動力系統的動力形態控制單元包括主控制裝置(當應用於混 合動車輛時，稱之為行車形態控制裝置)、扭力轉速控制裝置。主控制裝置 根據混合動力系統的運轉狀態，發出一控制信號。扭力轉速控制裝置，與 自動手排檔傳動系統、自動切換離合器、及主控制裝置耦接，接收並判讀
主控制裝置的控制信號。當判讀控制信號指示要切換動力形態時，扭力轉 速控制裝置控制自動切換離合器使啟動發電馬達與自動手排檔傳動系統搭 接或脫開，藉此使動力馬達經由自動手排檔傳動系統、自動切換離合器、 啟動發電馬達與引擎搭接。當判讀控制信號指示要換檔時，扭力轉速控制 裝置控制啟動發電馬達與動力馬達到達一預定的轉速，並連帶使引擎到達 預定的轉速，以進行換檔。本發明還提供一種混合動力車輛，使用至少兩種動力，包括作為第 一動力的引擎、啟動發電馬達、作為第二動力的動力馬達、啟動發電馬達、 自動手排檔傳動系統、電瓶、自動切換離合器、輪胎組及傳動軸、控制單 元組合。啟動發電馬達與引擎耦接，並與引擎同步運轉，用於啟動引擎並 兼作為一輔助動力。自動手排檔傳動系統與動力馬達耦接，通過控制啟動 發電馬達該動力馬達的轉速來進行變速。電瓶，與啟動發電馬達及動力馬 達耦接。自動切換離合器，耦接於啟動發電馬達與自動手排檔傳動系統之 間，用以使啟動發電馬達與自動手排檔傳動系統搭接或脫開，以改變使用 的動力形態。輪胎組及傳動軸，輪胎組通過傳動軸與自手排檔傳動系統耦 接。控制單元組合，根據車輛的行駛狀態，控制自動切換離合器，使引擎 與動力馬達搭接或脫開。上述混合動力車輛的控制單元組合包括行車形態控制裝置、啟動發 電馬達控制裝置、動力馬達控制裝置、扭力轉速控制裝置、電瓶控制裝置。 行車形態控制裝置根據車輛的行駛狀態，發出控制信號。引擎控制裝置與 引擎、行車形態控制裝置耦接，控制引擎的運轉。啟動發電馬達控制裝置， 與啟動發電馬達、行車形態控制裝置耦接，控制啟動發電馬達的運轉。動 力馬達控制裝置，與動力馬達、行車形態控制裝置耦接，控制動力馬達的 運轉。扭力轉速控制裝置，與自動手排檔傳動系統、自動切換離合器、啟 動發電馬達控制裝置、動力馬達控制裝置、及行車形態控制裝置以一控制 電路連接。扭力轉速控制裝置接收並判讀行車形態控制裝置的控制信號， 控制自動切換離合器的搭接或脫開，並透過啟動發電馬達控制裝置和動力 馬達控制裝置，控制啟動發電達與動力馬達的轉速。電瓶控制裝置與電瓶、 行車形態控裝置耦接，接收並判讀控制信號，並根據控制信號來控制電瓶並調節從啟動發電馬達和動力馬達蓄電的電力。
上述混合動力車輛的行車形態控制裝置根據引擎的轉速和扭力來判斷最佳化的動力形態模式，並輸出控制信號，以從下述模式中選擇一種模式純電力模式、純引擎動力模式、串聯式混合動力模式、輔助式混合動力模 式、並聯式混合動力模式。當選擇純電力模式時，控制信號系傳送到扭力 轉速控制裝置，使自動切換離合器脫開，並使引擎停止運轉，而只使用動力馬達來驅動該車輛；當選擇串聯式混合動力模式時，控制信號系傳送到扭 力轉速控制裝置，使自動切換離合器脫開，並使引擎驅動啟動發電機發電， 並供電給電瓶，電瓶供電給動力馬達，使用動力馬達來驅動該車輛；當選擇 純引擎動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置，使自動切換離 合器搭接，並使動力馬達停止運轉，而只使用引擎來驅動該車輛；當選擇輔 助式混合動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置，使自動切換 離合器搭接，並使用引擎、啟動發電馬達、及動力馬達同時驅動該車輛；當 選擇並聯式混合動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置，使自 動切換離合器搭接，並使啟動發電馬達供電給電瓶，使用引擎及動力馬達 來驅動車輛。上述混合動力系統和混合動力車輛的自動手排檔傳動系統還包括換檔 用組合機構，並搭配自動切換離合器。上述混合動力系統和混合動力車輛的自動切換離合器為利用電磁控制 的盤式離合器或離心式離合器。依照本發明特徵，通過控制啟動發電馬達及動力馬達的轉速，來符合 自動手排檔傳動系統的變速需求，可使傳動系統的變速更順暢，依照本發明特徵，通過自動變換離合器之使用，在混合動力系統/混合 動力車輛中，切換至不同的動力能源流(Energy Flow)。動力形態控制單元 (控制單元組合)再根據混合動系統的運轉狀態/車輛的行車形態，選擇最佳 化的動力形態來搭配，以達到省能源、低汙染及出力增強之功效。依照本發明特徵，當採用電磁碟式離合器或離心式離合器作為自動變 換離合器時，因其體積小，使得混合動力系統很容易安排布置各組件的相 對位置，因此能夠以模塊化的方式組合成不同形式之混合動力系統，並配 合車輛應用上之需求與成本而產生不同之混合動力車輛。其中，優選的是， 當採用電磁碟式離合器作為動力模式變換用離合器時，能於任何轉速範圍 脫開或搭接，且能精確的控制其分離或結合的速率，避免扭力衝擊的發生。
依照本發明的精神可知，上述的混合動力系統可應用的範圍相當廣， 並不只限於車輛，其它的運輸工具、甚至是不一定是運輸工具皆可。其它 的設備、機構等，只要是需要動力的對象，都可以套用本發明的混合動力系統。為讓本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明如下。


圖1繪示依照本發明第1實施例的混合動力車輛的方塊圖。圖2繪示依照本發明第1實施例的機構配置第1例。 圖3繪示圖2的局部放大圖。圖4繪示依照本發明第1實施例的機構配置第2例。 圖5繪示圖4的局部放大圖。圖6繪示依照本發明第1實施例的機構配置第3例。 圖7繪示圖6的局部放大圖。圖8繪示依照本發明第1實施例的換檔用組合機構的示意圖。圖9繪示依照本發明第1實施例的控制單元組合的方塊圖。圖IO繪示依照本發明第1實施例的控制單元組合的控制流程圖。圖ll繪示在第1實施例中，以電磁碟式離合器作為引擎與動力馬達結合及脫開以及換檔之換檔控制流程圖。圖12繪示在第1實施例中，以離心式離合器作為引擎與動力馬達結合及脫開以及換檔之換檔控制流程圖。圖13繪示依照本發明第2實施例的混合動力系統和需要動力的對象的方塊圖。
具體實施方式
下面首先介紹主要組件符號說明如下 100:引擎 102:引擎曲軸 102f:法蘭聯軸器 102t:錐軸
104引擎輸出軸110.引擎控制裝置200啟動發電馬達210啟動發電馬達控制裝置202轉子300動力馬達310動力馬達控制裝置400電瓶410電瓶控制裝置500自動切換離合器510扭力轉速控制裝置500a:離心塊500b:離合器轂520 電磁碟槓桿彈簧522:離合器槓桿彈簧530:#》丈^由7|義540:離合器盤組542:離合器飛輪542b:螺絲550:電》茲吸盤552:電磁線圏600:自動手排檔傳動系統610:連接裝置630:同步器631:撥叉組632:換檔電》茲盤633:換檔用組合機構640: 差速器650二傳動主軸700:輪胎組710:行車形態控制裝置(主控制裝置) 810:控制單元組合(動力形態控制單元)[第1實施例] [混合動力車輛]請參照圖1,其繪示依照本發明第1實施例的混合動力車輛(Hybrid Vechicle)的方塊圖。本發明的混合動力車輛，使用至少兩種動力，包括作為第一動力的 引擎IOO、啟動發電馬達200、作為第二動力的動力馬達300、電瓶400、 自動切換離合器500、自動手排檔傳動系統600、連接裝置610、輪胎組700 及傳動軸(未繪示)，控制單元組合(動力型態控制單元)810。啟動發電馬達200與引擎100耦接，並與引擎100同步運轉，用於啟 動引擎100併兼作為一輔助動力。自動手排檔傳動系統600通過連接裝置61Q耦接至動力馬達300。在此， 連接裝置舉例而言，包括齒輪組；鏈輪與鏈條組；皮帶與皮帶輪組等。自動 手排檔傳動系統600通過控制啟動發電馬達200與動力馬達300的轉速來 進行變速。電瓶400與啟動發電馬達200及動力馬達300耦接。自動切換離合器500耦接於啟動發電馬達200與自動手排檔傳動系統600之間，用以使啟動發電馬達200與自動手排檔傳動系統600搭接或脫開，以改變使用的動力形態。上述自動切換離合器500,可為利用電磁控制的盤式離合器或離心式離合器。自動手排檔傳動系統600通過傳動軸(未繪示)與輪胎組700耦接。 控制單元組合810,根據此車輛的行駛狀態，控制自動切換離合器500，以使引擎100與動力馬達300搭接或脫開。[自動切換離合器的機構配置例] [機構配置第1例]請再參照圖2、圖3，其中圖2繪示上述各組件的機構配置第1例的示 意圖，圖3為圖2虛線區域的局部放大圖。啟動發電馬達200及自動切換離合器500 (以電磁碟式離合器為判)配 置在引擎100之同側。啟動發電馬達200採用內轉子設計。離合器飛輪542
利用螺絲542b穿過轉子202,直接鎖付固定在引擎曲軸102的左端的法蘭 聯軸器102f上。自動手排檔傳動系統600透過其差速器640連接至傳動主軸650,再連 接至專侖胎組700 (圖1)。 [機構配置第2例]請再參照圖4、圖5，其中圖4繪示上述各組件的機構配置第2例的示 意圖，圖5為圖4虛線區域的局部放大圖。啟動發電馬達200及自動切換離合器500 (以電磁碟式離合器為例)配 置在引擎100之兩側。啟動發電馬達200採用外轉子設計。轉子202直接 鎖付固定在引擎曲軸102的右端之錐軸102t上。離合器飛輪542則鎖付固 定在引擎曲軸102的左端之法蘭聯軸器102f上。自動手排檔傳動系統600透過其差速器640連接至傳動主軸650,再連 接至輪胎組700 (圖1)。在上述兩個機構配置例中，離合器飛輪542與離合器盤組540之脫開 或搭接動作如下利用電磁線圈552對電磁吸盤550的吸引力來移動電磁吸 盤550。通過電磁吸盤550的移動來作動電磁碟槓桿彈簧520,再推壓釋放 軸承530、作動離合器槓桿彈簧522，使離合器飛輪542與離合器盤組540 脫開或搭接。當以電磁方式來作動盤式離合器時，還可再搭配微電腦(未繪示)，利 用微電腦控制驅動電磁押鈑，以精確地操縱此盤式離合器之開合。藉此， 可使此盤式離合器產生適當之聯結或分離速度，就能產生各種可以自動控 制離合的完整功能的混合動力系統。另外，由於此種全自動化電磁碟式離合器機構之空間尺寸相對很薄， 使得混合動力系統很容易安排布置各組件的相對位置，因此能夠以模塊化 之方式組合成不同形式之混合動力系統。也因此使得本發明相對已知技術 而言，其成本能更低且功能更多樣化。[機構配置第3例]在上述兩個機構配置例中，是採用電磁碟式離合器作為自動切換離合 器500,當然，依照本發明的精神，也可以採用離心式離合器。離心式離合 器可設計成於引擎的運轉效能曲線中的最省油及低汙染轉速範圍內緣行搭接。
其機構配置如圖6、圖7所示，其中圖6繪示上述各組件的第3機構配 置例的示意圖，圖7為圖6虛線區域的局部放大圖。在不同的配置例中， 相同的符號代表相同的組件，於此不再贅述。啟動發電馬達200及自動切換離合器500 (以離心式離合器為例)配置 在引擎100之兩側。啟動發電馬達200採用外轉子設計。轉子202直接鎖 付固定在引擎曲軸102的右端之錐軸102t上。離心式離合器500則鎖付固 定在引擎輸出軸104上。當採用離心式離合器作為自動切換離合器500時，離心式離合器的離 心塊500a與離合器轂500b在靜止狀態是脫開的。當離心塊500a轉動時會 受離心力而向外擴張，且當離心塊500a達到某個轉速時即可和離合器穀 500b搭接在一起(如圖7)。自動手排檔傳動系統600透過其差速器640連接至傳動主軸650,再連 接至輪胎組700 (圖1)。同樣地，因為離心式離合器的體積小，使得混合動力系統很容易安排 布置各組件的相對位置，因此能夠以模塊化的方式組合成不同形式的混合 動力系統。也因此使得本發明相對已知技術而言，其成本能更低且功能更 多樣化。[換檔用組合機構〗上述自動手排檔傳動系統600還包括換檔用組合機構633 (圖8)、傳動 主軸650及差速器640。請先參照圖6，其繪示出已知的換檔用組合機構-換檔凸輪632'。圖2及圖4的換檔用組合機構也是使用已知的換檔凸輪， 但由視角的關係未繪示出。再請參照圖8,本發明的換檔用組合機構633則是把已知換檔用組合機 構的換檔凸輪632，替換成換檔電磁碟632。換檔用組合機構633可為利用電磁方式作動的電磁碟式作動器或為已 知之"換檔用組合機構-換檔凸輪"，附圖(圖8)是以電磁碟式離合器為例。 換檔時，換檔電磁碟6 32會作動撥叉組6 31 ，使同步器6 30進入需要的檔位。 詳細的換檔流程及其控制如後述。當然，除了採用電磁方式作動的電磁碟式換檔用組合機構(如圖8),也 可採用已知的"換檔用組合機構-換檔凸輪(如圖6)"。 [控制單元組合]參照圖9，其繪示依照本發明較佳實施例的動力混合車輛的控制單元組 合的方塊圖。控制單元組合810包括引擎控制裝置110、啟動發電馬達控制裝置 210、動力馬達控制裝置310、電瓶控制置裝置410、扭力轉速控制裝置510 及行車形態控制裝置(主控制裝置)710。行車形態控制裝置(主控制裝置)710根據混合動力系統的運轉狀態，例 如車輛的行駛狀態，引擎的轉速、扭力等，發出一控制信號。引擎控制裝置IIO，與引擎IOO、行車形態控制裝置710以控制電路連 接，控制引擎100的運轉。啟動發電馬達控制裝置210，與啟動發電馬達200、行車形態控制裝置 710以控制電路連接，控制啟動發電馬達2 0 0的運轉。動力馬達控制裝置310,與動力馬達300、行車形態控制裝置710以控 制電^各連4妄，控制動力馬達300的運轉。扭力轉速控制裝置510,與自動手排檔傳動系統600、自動切換離合器 500、啟動發電馬達控制裝置210、動力馬達控制裝置310、及行車形態控 制裝置710以控制電路連接。扭力轉速控制裝置510接收並判讀行車形態 控制裝置710所發出的控制信號，來控制自動切換離合器500的搭接或脫 開，並透過啟動發電馬達控制裝置210和動力馬達控制裝置310,控制啟動 發電達200與動力馬達300的轉速。電瓶控制裝置410,與電瓶400、行車形態控裝置71Q以控制電路連接。 電瓶控制裝置410接收並判讀行車形態控制裝置710所發出的控制信號， 並根據控制信號來控制電瓶400的供電或蓄電動作，以調節電瓶400供電 至啟動發電馬達200及動力馬達300的電力，並調節從啟動發電馬達200 和動力馬達300發電的電力。當從上述行車形態控制裝置而來的控制信號，判讀要切換動力形態模 式時，扭力轉速控制裝置510控制自動切換離合器500，使啟動發電馬達200與自動手排檔傳動系統600搭接或脫開。藉此，使動力馬達300經由自 動手排檔傳動系統600、自動切換離合器500、啟動發電馬達200與引擎100搭接。
當判讀控制信號指示要換檔時，扭力轉速控制裝置510控制啟動發電馬達200與動力馬達300到達一預定的轉速，並連帶使引擎100到達預定 的轉速，以進行換檔。[全功能式的混合動力形態]上述行車形態控制裝置710根據引擎100的轉速和扭力來判斷最佳化 的動力形態模式，並輸出控制信號。藉此，從下述模式中選擇一種模式純 電力模式、純引擎動力模式、串聯式混合動力模式、輔助式混合動力模式、 並聯式混合動力模式。舉例而言，車輛於市街低速行車時，可選擇純電力模式。當引擎100 的運轉處於其運轉效能區線的省油/低汙染區時，可選擇串聯式混合動力模 式。當電瓶400的電壓不足時，可選擇純引擎動力模式。當行車需大馬力 或大扭力驅動，可選擇輔助混合動力模式。但由於電瓶400的容量有限， 不能持續太久，因此需用啟動發電馬達200發電供給電瓶400，用動力馬達 300及引擎100來驅動車輛，即為並聯式混合動力模式。以此方式，可比傳 統引擎動力車有較長的續航力及較大的馬力與扭力。參照圖1，當選擇純電力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置 510，使自動切換離合器500脫開，並使引擎100停止運轉，而只使用動力 馬達300來驅動車輛。此時是一種純電力車(PEV-Pure Electric Vehicle) 當選擇串聯式混合動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置 510，使自動切換離合器500脫開，並使引擎100驅動啟動發電機200發電， 並供電給電瓶400,電瓶400再供電給動力馬達300,使用動力馬達300來 驅動車輛。當選擇純引擎動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置510, 使自動切換離合器500招、接，並使動力馬達300停止運轉，而只使用引擎 100來驅動車輛。當選擇輔助式混合動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置 5i0,使自動切換離合器500搭接，並使用引擎IOO、啟動發電馬達200、 及動力馬達300同時驅動車輛。此時為輔助式混合動力車(PAHEV-Power Assistant Hybrid Electric Vehicle)。當選擇並聯式混合動力模式時，控制信號系傳送到扭力轉速控制裝置
510,使自動切換離合器500搭接，並使啟動發電馬達200供電給電瓶400，使用引擎IOO及動力馬達300來驅動車輛。本發明可變換出上述五種不同的動力形態，因此本發明人將之稱為全 功能式混合動力車輛(Full type HEV)[動力形態模式控制單元組合的控制流程〗請參照圖10,其繪示動力形態模式控制單元組合的控制流程，包括以 下步驟。當啟動車輛時，進行步驟SllO,使行車形態控制裝置710初始化，並 設定行車形態控制裝置710與引擎控制裝置110、啟動發電馬達控制裝置 210、動力馬達控制裝置310、扭力轉速控制裝置510、電瓶控制裝置410 之間的溝通。行車形態控制裝置710為主要控制裝置又稱為主控制裝置， 以下，將引擎控制裝置IIO、啟動發電馬達控制裝置210、動力馬達控制裝 置310、扭力轉速控制裝置510、電瓶控制裝置410統一稱為子控制裝置。步驟S120,判斷行車形態控制裝置710和子控制裝置是否正常，若不 正常則中斷控制流程，若正常則繼續下一步驟S130。步驟S130，使行車形態控制裝置710執行演算並傳送控制信號至子控 制裝置。步驟S140,使行車形態控制裝置710從子控制裝置接收信息。步驟S15Q,使行車形態控制裝置710執行安全性確認。步驟S160，判斷行車形態控制裝置710和子控制裝置是否有影響行車安全的問題，若判斷為是則中斷控制流程；若判斷為否，則進行到下一步驟S170。步驟S170，判斷行車形態控制裝置和子控制裝置是否有較次要的不影 響行車安全的問題，若判斷為是則發出警告訊息；若判斷為否則進行到下一 步驟S180。步驟S180，判斷車輛是否熄火，若判斷為是則結束控制流程；若判斷為 否則跳回步驟S130，回到主控制裝置執行演算及傳送控制信號到子控制裝 置的步驟。[換檔控制流程] [電磁碟式離合器] 參照圖11,其繪示採用電磁方式作動的電磁碟式離合器作為引擎與動 力馬達結合及脫開以及換檔之控制流程圖。步驟S210,扭力轉速控制裝置510根據控制信號判斷是否要執行換檔 流程，若判斷為否則結束該換檔流程；若判斷為是則繼續下一步驟S22(L步驟S220,使車輛減速並使自動切換離合器500脫開，換檔用組合機 構633於空檔。步驟S230切換傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組至預定的排列 位置，以使傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組達到欲換檔的齒輪比。步驟S240判斷傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組是否已達該預 定的排列位置，若判斷為否則跳回前一步驟S230,切換該傳動主軸650與 同步器630的變速齒輪組至該預定的排列位置；若判斷為是則繼續下一步驟 步驟S250。步驟S250,使啟動發電馬達200調節引擎100的轉速，以達到欲換檔 的轉速。步驟S260,使自動切換離合器500搭接並恢復車輛的速度。 [離心式離合器]參照圖12,其繪示採用離心式離合器作為引擎與動力馬達結合及脫開 以及換檔之控制流程圖。步驟S310，扭力轉速控制裝置510根據控制信號判斷是否要執行換檔 流程，若判斷為否則結束該換檔流程；若判斷為是則繼續下一步驟S 32 0。步驟S320,使車輛減速，並使換檔用組合機構633切換至空檔位置。步驟S330判斷傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組是否已切換至 空檔位置，若判斷為否則跳回前一步驟S320,使車輛減速並使傳動主軸650 與同步器630的變速齒輪組切換至空檔位置；若判斷為是則繼續下一步驟 S340。步驟S340，使啟動發電馬達200調節引擎IOO的轉速，且使動力馬達 300調節轉速，以達到欲換檔的轉速。步驟S350，判斷啟動發電馬達200和動力馬達300的轉速是否達到欲 換檔的轉速，若判斷為否則跳回前一步驟S340，使啟動發電馬達200調節 引擎100的轉速，且使動力馬達300調節轉速，以達到欲換檔的轉速；若判 斷為是則繼續進行下一步驟S360。
步驟S360,切換傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組至預定的排 列位置，以達到欲換檔的傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組的齒輪比。步驟S370,判斷傳動主軸650與同步器630的變速齒輪組是否已達預 定的排列位置，若判斷為否則跳回前一步驟S360，切換傳動主軸650與同 步器630的變速齒輪組至預定的排列位置，以達欲換檔的傳動主軸650與 同步器630的變速齒輪組的齒輪比；若判斷為是則恢復車輛的速度(步驟 S380)。隨著混合動力車輛的運轉狀態的不同，即行車形態的不同，自動手排 檔傳動系統600可改換至不同的檔位來運轉。當需要換檔時，行車形態控 制裝置710，會使換檔電磁碟632作動撥叉組631。接著，在換檔電磁碟632 作動撥叉組631之後，行車形態控制裝置710便使同步器630處於空檔狀 態。扭力轉速控制裝置510同時會給啟動發電馬達控制裝置210及動力馬 達控制裝置310 —個信號，以精確控制啟動發電馬達200及動力馬達300 的轉速。當使自動手排檔傳動系統600位於最適合的轉速時，扭力轉速控 制裝置510又會使換檔電磁碟632作動撥叉組631，使同步器630進入需要 的檔位。在本實施例中，行車形態控制裝置(主控制裝置)710根據引擎100的轉 速和扭力來判斷最佳化的動力形態，並輸出控制信號。依照本發明的特徵，利用精確控制啟動發電馬達200及動力馬達300 的轉速，也就是雙馬達控制，可使自動手排檔傳動系統600的變速更順暢， 可提高自動手排檔傳動系統動力傳動的效率。由於可瞬間精確控制啟動發 電馬達200及動力馬達300的轉速，可使傳動系統跟隨於最適合的轉速換 檔，減少齒輪變速裝置的磨損。依照本發明特徵，能根據行車狀況，例如根據引擎100的轉速和扭力 來判斷最佳化的動力形態，並通過自動切換離合器來搭接或脫開引擎和動 力馬達。只在引擎的運轉效能曲線中，效率最高的區域來運轉引擎，且僅在動力馬達的運轉效能曲線中，效率最高的區域來運轉動力馬達。使能源 的運用效率達到最佳。以工業界使用馬達及控制技術日漸熟練，因此使用本發明之混合動力
系統，就能夠開發省能源、低汙染及出力增強並操縱性更好的車輛。 [第2實施例]第1實施例是以混合動力車輛為例，然而，依照本發明的精神可知， 可以將上述的混合動力系統應用於不同的運輸工具，甚至只要是需要動力 的對象，都可以套用本發明的混合動力系統。參照圖13,其繪示依照本發明較佳實施例的混合動力系統和與之搭配 的需要動力的對象的示意方塊圖。混合動力系統的方塊範圍如虛線所示。視需要動力的對象的不同，只 要把圖1的輪胎組取代為需要動力的對象即可。在不同的實施例中，相同 的符號代表相同的組件，於此不再贅述。依照本發明的特徵，利用雙馬達控制，可使自動手排檔傳動系統的變 速更順暢，可提高自動手排檔傳動系統動力傳動的效率。依照本發明的特徵，由於可瞬間精確控制啟動發電馬達及動力馬達的 轉速，可使傳動系統跟隨於最適合的轉速換檔，減少齒輪變速裝置的磨損。依照本發明特徵，能根據混合動力系統的運轉狀態，如引擎的轉速和 扭力來判斷最佳化的動力形態，並通過自動切換離合器來搭接或脫開引擎 和動力馬達。只在引擎的運轉效能曲線中，效率最高的區域來運轉引擎， 且僅在動力馬達的運轉效能曲線中，效率最高的區域來運轉動力馬達。使 能源的運用效率達到最佳。依照本發明特徵，利用多檔的自動手排檔傳動系統，隨著混合動力系 統運轉狀態的改變，自動手排檔傳動系統會改換不同的檔位來運轉。雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本 領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許更動與潤飾， 因此本發明的保護範圍以所附的權利要求為準。
權利要求
1. 一種混合動力系統，使用至少兩種動力，包括一引擎，作為一第一動力；一啟動發電馬達，與該引擎耦接，並與該引擎同步運轉，用於啟動該引擎併兼作為一輔助動力；一動力馬達，作為一第二動力；一自動手排檔傳動系統，與該動力馬達耦接，通過控制該啟動發電馬達與該動力馬達的轉速來進行變速；一電瓶，與該啟動發電馬達及該動力馬達耦接；一自動切換離合器，耦接於該啟動發電馬達與該自動手排檔傳動系統之間，用以使該啟動發電馬達與該自動手排檔傳動系統搭接或脫開，以改變使用的動力形態；以及一動力形態控制單元，根據該混合動力系統的運轉狀態，控制該自動切換離合器使該引擎與該動力馬達搭接或脫開。
2. 如權利要求1所述的混合動力系統，其中該自動手排檔傳動系統還 包括一換檔用組合機構，該換檔用組合機構包括利用電磁控制的換檔電磁 盤或換檔凸輪。
3. 如權利要求1所述的混合動力系統，其中該自動切換離合器為利用 電磁控制的盤式離合器或離心式離合器。
4. 如權利要求1所述的混合動力系統，其中該動力形態控制單元包括 一主控制裝置，根據該混合動力系統的運轉狀態，發出一控制信號；以及一扭力轉速控制裝置，與該自動手排檔傳動系統、該自動切換離合器、 及該主控制裝置以一控制電路連接，接收並判讀該主控制裝置的該控制信當判讀該控制信號指示要切換動力形態時，該扭力轉速控制裝置控制 該自動切換離合器使該啟動發電馬達與該自動手排檔傳動系統搭接或脫 開，從而使該動力馬達經由該自動手排檔傳動系統、該自動切換離合器、 該啟動發電馬達與該引擎搭接，當判讀該控制信號指示要換檔時，該扭力轉速控制裝置控制該啟動發 電馬達與該動力馬達到達一預定的轉速，並連帶使該引擎到達該預定的轉 速，以進行換檔。
5. 如權利要求4所述的混合動力系統，其中該動力形態控制單元還包 括一電瓶控制裝置，控制該電瓶的供電或蓄電動作，以調節該電瓶供電至 該啟動發電馬達及該動力馬達的電力，並調節從該啟動發電馬達和該動力 馬達蓄電的電力。
6. 如權利要求4所述的混合動力系統，其中該自動切換離合器為利用 電磁控制的盤式離合器或離心式離合器。
7. 如權利要求1所述的混合動力系統，其中還包括一連接裝置，其中 該自動手排檔傳動系統通過該連接裝置耦接至該動力馬達。
8. 如權利要求7所述的混合動力系統，其中該連接裝置包括齒輪組。
9. 如權利要求7所述的混合動力系統，其中該連接裝置包括鏈輪與鏈 條組。
10. 如權利要求7所述的混合動力系統，其中該連接裝置包括皮帶與皮 帶輪組。
11. 一種混合動力車輛，使用至少兩種動力，包括 一引擎，作為一第一動力；一啟動發電馬達，與該引擎耦接，並與該引擎同步運轉，用於啟動該 引擎併兼作為一輔助動力；一動力馬達，作為一第二動力；一自動手排檔傳動系統，與該動力馬達耦接，通過控制該啟動發電馬達與該動力馬達的轉速來進行變速；一電瓶，與該啟動發電馬達及該動力馬達耦接；一自動切換離合器，耦接於該啟動發電馬達與該自動手排檔傳動系統 之間，用以^^該啟動發電馬達與該自動手排檔傳動系統搭接或脫開，以改 變使用的動力形態；以及一輪胎組及一傳動軸，該輪胎組通過該傳動軸與該自動手排檔傳動系 統耦4妄；以及一控制單元組合，根據該車輛的行駛狀態，控制該自動切換離合器， 使該引擎與該動力馬達搭接或脫開。
12. 如權利要求11所述的混合動力車輛，其中該控制單元組合包括 一行車形態控制裝置，根據該車輛的行駛狀態，發出一控制信號； 一引擎控制裝置，與該引擎、該行車形態控制裝置耦接，控制該引擎的運轉；一啟動發電馬達控制裝置，與該啟動發電馬達，該行牟形態控制裝置 耦接，控制該啟動發電馬達的運轉；一動力馬達控制裝置，與該動力馬達、該行車形態控制裝置耦接，控 制該動力馬達的運轉；一扭力轉速控制裝置，與該自動手排檔傳動系統、該自動切換離合器、 該啟動發電馬達控制裝置、該動力馬達控制裝置、及該行車形態控制裝置 以一控制電路連接，接收並判讀該行車形態控制裝置的該控制信號，控制 該自動切換離合器的搭接或脫開，並透過該啟動發電馬達控制裝置和該動 力馬達控制裝置，控制該啟動發電達與該動力馬達的轉速；以及一電瓶控制裝置，與該電瓶、該行車形態控裝置耦接，接收並判讀該 控制信號，並根據該控制信號來控制該電瓶的供電或蓄電動作，以調節該 電瓶供電至該啟動發電馬達及該動力馬達的電力，並調節從該啟動發電馬 達和該動力馬達蓄電的電力。
13.如權利要求12所述的混合動力車輛，其中該行車形態控制裝置根 據該引擎的轉速和扭力來判斷最佳化的動力形態，並輸出該控制信號，以 從下述模式中選擇一種模式純電力模式、純引擎動力模式、串聯式混合動 力模式、輔助式混合動力模式、並聯式混合動力模式，當選擇該純電力模式時，該控制信號系傳送到該扭力轉速控制裝置， 使該自動切換離合器脫開，並使該引擎停止運轉，而只使用該動力馬達來 驅動該車輛；當選擇該串聯式混合動力模式時，該控制信號系傳送到該扭力轉速控 制裝置，使該自動切換離合器脫開，並使該引擎驅動該啟動發電機發電， 並供電給該電瓶，該電瓶供電給該動力馬達，使用該動力馬達來驅動該車 輛；當選擇該純引擎動力模式時，該控制信號系傳送到該扭力轉速控制裝 置，使該自動切換離合器搭接，並使該動力馬達停止運轉，而只使用該引 擎來驅動該車輛；當選擇該輔助式混合動力模式時，該控制信號系傳送到該扭力轉速控 制裝置，使該自動切換離合器搭接，並使用該引擎、該啟動發電馬達、及該動力馬達同時驅動該車輛；以及當選擇該並聯式混合動力模式時，該控制信號系傳送到該扭力轉速控 制裝置，使該自動切換離合器搭接，並使該啟動發電馬達供電給該電瓶， 使用該引擎及該動力馬達來驅動該車輛。
14. 如權利要求12所述的混合動力車輛，其中該動力形態控制單元的 控制流程為當啟動該車輛時，使該行車形態控制裝置初始化，並設定該行車形態 控制裝置與該引擎控制裝置、該啟動發電馬達控制裝置、該動力馬達控制 裝置、該扭力轉速控制裝置、該電瓶控制裝置之間的溝通；判斷這些裝置是否正常，若不正常則中斷該控制流程，若正常則繼續 下一步驟；使該行車形態控制裝置執行演算並傳送該控制信號至這些裝置； 使該行車形態控制裝置從這些裝置接收信息；使該行車形態控制裝置執行一安全性確認，若判斷這些裝置有影響行 車安全的問題時，則中斷該控制流程，若判斷這些裝置有不影響行車安全 的問題時，則發出警告訊息；以及判斷該車輛是否熄火，若熄火則結束該控制流程，若未熄火則跳回該 行車形態控制裝置執行演算及傳送該控制信號的步驟。
15. 如權利要求11所述的混合動力車輛，其中該自動手排檔傳動系統 包括一換檔用組合機構，及一變速齒輪組。
16. 如權利要求15所述的混合動力車輛，其中該換檔用組合機構包括 利用電磁方式作動的換檔電磁碟或換檔凸輪。
17. 如權利要求12所述的混合動力車輛，其中該自動手排檔傳動系統 包括一換檔用組合機構，及一變速齒輪組。
18. 如權利要求17所述的混合動力車輛，其中該自動切換離合器為利 用電磁方式作動的電磁碟式離合器。
19.如權利要求17所述的混合動力車輛，其中該自動切換離合器為離 心式離合器。
20.如權利要求18所述的混合動力車輛，其中該扭力轉速控制裝置根 據該控制信號判斷是否要執行一換檔流程，若否則結束該換檔流程，若是則繼續下一步驟；使該車輛減速並使該自動切換離合器脫開；切換該變速齒輪組至一預定的排列位置，以使該變速齒輪組達到欲換 檔的齒輪比；判斷該變速齒輪組是否已達該預定的排列位置，若否則跳回前一步驟， 切換該變速齒輪組至該預定的排列位置，若是則繼續下一步驟；使該啟動發電馬達調節該引擎的轉速，以符合欲換檔的轉速；以及 使該自動切換離合器搭接並恢復該車輛的速度。
21. 如權利要求19所述的混合動力車輛，其中該扭力轉速控制裝置根 據該控制信號判斷是否要執行一換檔流程，若否則結束該換檔流程，若是 則繼續下一步驟；使該車輛減速，並使該換檔用組合機構切換至 一 空檔位置； 判斷該變速齒輪組是否已切換至該空檔位置，若否則跳回前一步驟，使該車輛減速並使該變速齒輪組切換至該空檔位置，若是則繼續下一步驟； 使該啟動發電馬達調節該引擎的轉速，且使該動力馬達調節轉速，以符合欲換檔的轉速；否則跳回前一步驟，使該啟動發電馬達調節該引擎的轉速，且使該動力馬 達調節轉速，以符合欲換檔的轉速，若是則繼續進行下一步驟；切換該變速齒輪組至一預定的排列位置，以達到欲換檔的該變速齒輪 組的齒輪比；以及判斷該變速齒輪組是否已達該預定的排列位置，若否則跳回前一步驟， 切換該變速齒輪組至該預定的排列位置，以達欲換檔的該變速齒輪組的齒 輪比，若是則恢復該車輛的速度。
22. 如權利要求11所述的混合動力車輛，其中，還包括一連接裝置， 其中該自動手排檔傳動系統通過該連接裝置耦接至該動力馬達。
23. 如權利要求22所述的混合動力車輛，其中該連接裝置包括齒輪組。
24. 如權利要求22所述的混合動力車輛，其中該連接裝置包括鏈輪與 鏈條組。
25. 如權利要求22所述的混合動力車輛，其中該連接裝置包括皮帶與 皮帶輪組。
全文摘要
一種混合動力車輛，使用至少兩種動力，包括引擎、啟動發電馬達、動力馬達、自動手排檔傳動系統、電瓶、自動切換離合器、控制單元組合。啟動發電馬達與引擎耦接並同步運轉，用於啟動引擎併兼作為輔助動力。自動手排檔傳動系統與動力馬達耦接，通過控制啟動發電馬達與動力馬達的轉速來進行自動手排檔傳動系統換檔變速。電瓶供應啟動發電馬達及動力馬達電源。自動切換離合器耦接於啟動發電馬達與自動手排檔傳動系統之間，使兩者搭接或脫開，以改變使用的動力形態。行車形態控制裝置根據車輛的行駛狀態，給扭力轉速控制裝置信號以控制自動切換離合器，使引擎與動力馬達搭接或脫開。
文檔編號B60K6/387GK101209665SQ20061017231
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月30日 優先權日2006年12月30日
發明者古煥隆, 吳奕瑩, 羅仕明, 鄭樹發, 陳義仁, 魏增德 申請人:財團法人工業技術研究院