專利名稱：車輛的混合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在車輛的動力源具有發(fā)動機和旋轉(zhuǎn)電機(電動發(fā)電機)的所謂平行方式的混合系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為平行方式的混合系統(tǒng)，在日本專利申請的特愿平11-160759號中提出了這樣的混合系統(tǒng)，該混合系統(tǒng)具有發(fā)動機、將輸入軸的回轉(zhuǎn)變速后從輸出軸傳遞到車輪的變速器、使發(fā)動機的輸出軸和變速器的輸入軸接合和脫離的離合器、兼作電動機和發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)電機、連接旋轉(zhuǎn)電機的輸入輸出軸和變速器的輸入軸的動力傳遞機構(gòu)、存儲從旋轉(zhuǎn)電機供給的電力的蓄電元件。
在這樣的先有申請例中，在蓄電元件的蓄電量足夠的場合，切斷離合器，由旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動力進行起步和行走。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動運行消耗電力而使蓄電元件的蓄電量下降時，不能從旋轉(zhuǎn)電機獲得與車輛的要求驅(qū)動力(加速操作量)相當(dāng)?shù)妮敵觥?br> 為此，當(dāng)蓄電元件的蓄電量下降到規(guī)定值以下時，連接離合器，由發(fā)動機的驅(qū)動力繼續(xù)行走狀態(tài)。這樣，旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動運行限制為起步時到低速行走時，發(fā)動機的運行區(qū)域增大，不能充分改善燃料利用效率和減少排出氣體。
發(fā)明的公開本發(fā)明的目的在于擴大旋轉(zhuǎn)電機的運行區(qū)域，改善燃料利用效率和排氣特性。
本發(fā)明的車輛的混合系統(tǒng)具有發(fā)動機、將輸入軸的回轉(zhuǎn)變速后從輸出軸傳遞到車輪的變速器、接合和脫離發(fā)動機的輸出軸與變速器的輸入軸的離合器、兼作電動機和發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)電機、連接旋轉(zhuǎn)電機的輸入輸出軸與變速器的輸入軸的動力傳遞機構(gòu)、存儲從旋轉(zhuǎn)電機供給的電力的蓄電元件。另外，還具有計算出車輛要求驅(qū)動力的裝置、滿足該要求驅(qū)動力地設(shè)定與蓄電元件的蓄電量相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機的分配輸出和發(fā)動機的分配輸出的裝置、可獲得各分配輸出地控制旋轉(zhuǎn)電機和發(fā)動機的輸出并接合上述離合器的控制裝置。
因此，在本發(fā)明，即使在蓄電元件的蓄電量下降那樣的場合，當(dāng)車輛行走時，可設(shè)定并用旋轉(zhuǎn)電機的分配輸出和發(fā)動機的分配輸出的運行區(qū)域。為此，可在確保車輛的要求驅(qū)動力的同時，將蓄電元件的蓄電量最大限度地用于車輛的驅(qū)動力。即，可縮小僅由發(fā)動機驅(qū)動車輛行走的運行區(qū)域，大幅度提高燃料利用效率，減少排出廢氣。另外，離合器的連接在變速器的輸入回轉(zhuǎn)與發(fā)動機回轉(zhuǎn)大體一致時進行，可減小接合時的沖擊。
附圖的簡單說明

圖1為示出本發(fā)明的實施形式的系統(tǒng)的示意科。
圖2為該系統(tǒng)的動作說明圖。
圖3為該系統(tǒng)的動作說明圖。
圖4為該系統(tǒng)的動作說明圖。
圖5為該系統(tǒng)的動作說明圖。
圖6為該系統(tǒng)的動作說明圖。
圖7為該系統(tǒng)的動作說明圖。
圖8為用于說明該系統(tǒng)的控制內(nèi)容的流程圖。
圖9為示出該系統(tǒng)的控制內(nèi)容的說明圖。
圖10為示出該系統(tǒng)的發(fā)動機與電動機的輸出分配的圖。
實施發(fā)明的最佳形式如圖1所示，車輛的動力傳動系具有發(fā)動機1、變速箱4(變速器)、設(shè)置于發(fā)動機1的輸出軸12(曲軸)與變速箱4的輸入軸41之間的離合器3。
發(fā)動機1的輸出通過離合器3傳遞到變速箱4的輸入軸41，在車輛行走時，從變速箱4的輸出軸42通過圖中未示出的傳動軸、差動軸、及驅(qū)動軸朝左右車輪傳遞。
發(fā)動機1由柴油機或CNG發(fā)動機(將壓縮天然氣體作為燃料)構(gòu)成。發(fā)動機1的輸出由發(fā)動機電子控制裝置(ECU)10如后述那樣控制。
離合器3由離合器促動器31進行接合和脫離控制，另外，變速箱4由齒輪軸促動器43進行齒輪的切換。
在車輛的動力傳動系還具有電動發(fā)電機2和連接電動發(fā)電機2的輸入輸出軸21與變速箱4的輸入軸41的傳動機構(gòu)5。
電動發(fā)電機2從高效率和小型輕量化的面考慮，使用永久磁鐵型同步電動機(IPM同步電動機)。電動發(fā)電機2通過逆變器6連接到蓄電元件7。
逆變器6將蓄電元件7的充電電力(直流電力)變換成交流電力供給到電動發(fā)電機2，作為電動機驅(qū)動。另外，逆變器6將電動發(fā)電機2的發(fā)電電力(交流電力)變換成直流電力，對蓄電元件7進行充電。
在蓄電元件7，為了在短時間內(nèi)無浪費、高效率地再生制動能量，使用易于相對車輛的電池容許質(zhì)量確保必要的輸出密度的雙電荷電容器。
傳動機構(gòu)5由連接到電動發(fā)電機2的輸入輸出軸21的驅(qū)動齒輪51、連接到變速箱4的輸入軸41的從動齒輪53、與其嚙合的空轉(zhuǎn)齒輪52構(gòu)成。
電動發(fā)電機2的輸出回轉(zhuǎn)通過傳動機構(gòu)5減速后，傳遞到變速箱4的輸入軸41。另外，車輛的能量再生時，變速箱4的輸入軸41的回轉(zhuǎn)通過傳動機構(gòu)5增速，傳遞到電動發(fā)電機2的輸入輸出軸21，進行發(fā)電作用。
為了控制上述離合器3、變速箱4、逆變器6、發(fā)動機ECU10等，具有混合ECU20。
在混合ECU20，輸入來自發(fā)生與變速用的變速桿的位置對應(yīng)的齒輪位置指令的變速桿裝置23、檢測加速踏板的踏下量(加速要求量)的油門開度22、檢測制動操作量(制動要求量)的制動傳感器26、檢測變速箱4的輸出轉(zhuǎn)速的傳感器44、檢測傳動機構(gòu)5的齒輪回轉(zhuǎn)速度的傳感器54(變速箱4的輸入回轉(zhuǎn)速度傳感器)、檢測離合器3的接合和脫離的離合器位置傳感器29、及圖中未示出的檢測變速箱4的變速位置的齒輪位置傳感器、及檢測蓄電元件7的蓄電量(SOC)的殘余量等的各信號。另外，還供給輸入到發(fā)動機ECU10I的發(fā)動機回轉(zhuǎn)傳感器13的檢測信號。
混合ECU20根據(jù)這些各種信號和來自發(fā)動機ECU10的信息信號控制離合器促動器31、齒輪軸促動器43、逆變器6，同時，向發(fā)動機ECU10發(fā)送發(fā)動機輸出要求信號。
混合ECU20與發(fā)動機ECU10之間通過通信控制裝置進行雙向連接，如后述那樣進行各種協(xié)調(diào)控制。
下面，說明該混合ECU20的控制內(nèi)容。
當(dāng)僅由電動發(fā)電機2的輸出進行車輛的起步和行走時，在切斷離合器3的狀態(tài)下，可從電動發(fā)電機2獲得與加速操作量對應(yīng)的輸出地控制逆變器6。電動發(fā)電機2的輸出如圖2所示那樣通過傳動機構(gòu)5傳遞到變速箱4的輸入軸41，從變速箱4的輸出軸42將回轉(zhuǎn)傳遞到傳動軸。
當(dāng)僅由發(fā)動機1的輸出進行行走時，向發(fā)動機ECU10發(fā)送輸出要求信號，同時，在連接離合器3的狀態(tài)下，停止電動發(fā)電機2的運行。發(fā)動機ECU10可獲得與加速操作量相應(yīng)的輸出地控制發(fā)動機1的燃料供給量，該發(fā)動機1的輸出如圖3所示那樣通過離合器3傳遞到變速箱4的輸入軸41，從變速箱4的輸出軸42傳遞到傳動軸49。
當(dāng)在車輛的行走過程中并用電動發(fā)電機2的輸出和發(fā)動機1的輸出時，在連接離合器3的狀態(tài)下，將輸出要求信號發(fā)送到發(fā)動機ECU10，同時，可從電動發(fā)電機2獲得輸出地控制逆變器6。電動發(fā)電機2的輸出如圖4所示那樣通過傳動機構(gòu)5傳遞到輸入軸41，與從發(fā)動機1通過離合器3傳遞的輸出一起，通過此時的變速齒輪從變速箱4的輸出軸42傳遞到傳動軸49。
車輛制動時，只要向蓄電元件7的充電可能，由伴隨著制動操作的再生制動力使電動發(fā)電機2發(fā)電地控制逆變器6。車輪的回轉(zhuǎn)如圖5所示那樣從傳動軸、從變速箱4的輸出軸42、并通過傳動機構(gòu)5傳遞到電動發(fā)電機2的輸入輸出軸21。這樣，進行電動發(fā)電機2的再生發(fā)電，其電力通過逆變器6向蓄電元件7充電。即，減速時車輛能量由電動發(fā)電機2的發(fā)電變換為電能，回收到蓄電元件7。制動要求量不足量也可由電子控制制動器(圖中未示出)的制動力等補充。
車輛停止時向蓄電元件7充電的場合，變速箱4在中立時連接離合器3。發(fā)動機1的回轉(zhuǎn)如圖6所示那樣從離合器3傳遞到變速箱4的輸入軸41和傳動機構(gòu)5和電動發(fā)電機2的輸入輸出軸21。因此，由發(fā)動機1的輸出進行電動發(fā)電機2的發(fā)電，其電力用于蓄電元件7的充電。
在僅由發(fā)動機1的輸出進行行走的狀態(tài)(參照圖3)下，當(dāng)向蓄電元件7進行充電時，將電動發(fā)電機2作為發(fā)電機作動。發(fā)動機1的輸出如圖7所示那樣經(jīng)由離合器3傳遞到變速箱4的輸入軸41，通過變速箱4的輸出軸42傳遞到傳動軸49，此外，通過傳動機構(gòu)5傳遞到電動發(fā)電機2的輸入輸出軸21。
可是，混合ECU20如上述那樣在車輛起步時或行走時等切斷離合器3，僅由電動發(fā)電機2產(chǎn)生必要的驅(qū)動力，但通過相應(yīng)于蓄電元件7的蓄電量將來自發(fā)動機1的輸出加到驅(qū)動力，可進行效率良好的運行。
即，即使蓄電元件7的蓄電量下降時，通過不中止電動發(fā)電機2的運行地相應(yīng)于蓄電量決定電動發(fā)電機2的輸出分配，與發(fā)動機1并用，可在滿足要求驅(qū)動力的同時擴大電動發(fā)電機2的運行區(qū)域。
圖8為用于該控制的流程圖，在混合ECU20按規(guī)定的控制周期實施。
在步驟1，判斷蓄電元件7的蓄電量是否在規(guī)定值以下。當(dāng)該判定為否時，即蓄電量足夠時，前進到步驟2，在切斷離合器3的狀態(tài)下，僅由電動發(fā)電機2的輸出進行行走。此時，與加速操作量相當(dāng)?shù)妮敵隹蓮碾妱影l(fā)電機2獲得地控制逆變器6。
在步驟1當(dāng)蓄電量在規(guī)定值以下時，轉(zhuǎn)移到步驟3-步驟9。
在步驟3，讀取變速箱4的輸入軸的轉(zhuǎn)速(傳感器54的檢測信號)。在步驟4，將以變速箱4的輸入軸41的轉(zhuǎn)速作為目標(biāo)轉(zhuǎn)速控制發(fā)動機1的指令(要求信號)發(fā)送到發(fā)動機ECU10。這樣，發(fā)動機1的轉(zhuǎn)速如圖9所示那樣從等候狀態(tài)的怠速回轉(zhuǎn)上升到變速箱4的輸入軸41的回轉(zhuǎn)速度。
在步驟5，讀取發(fā)動機的輸出軸12的回轉(zhuǎn)速度(回轉(zhuǎn)傳感器13的檢測信號)，判定與變速箱4的輸入軸41的回轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)速差是否在規(guī)定值以下。
當(dāng)該判定為否時，返回到步驟3，反復(fù)進行上述動作，使發(fā)動機回轉(zhuǎn)上升，而當(dāng)判定為是時，即回轉(zhuǎn)差在規(guī)定值以下時，前進到步驟6，接合離合器3。這樣，可在沖擊小的狀態(tài)下接合離合器3。
然后，在步驟7，根據(jù)蓄電元件7的蓄電量，從圖10的控制圖求出發(fā)動機1的輸出分配比和電動發(fā)電機2的輸出分配比。
該圖以蓄電元件7的蓄電量(SOC)為參數(shù)設(shè)定發(fā)動機1的輸出與電動發(fā)電機2的輸出的分配比，蓄電量越大則電動發(fā)電機2的輸出分配越大，蓄電量越小時發(fā)動機1的輸出分配比例提高。
根據(jù)在步驟8這樣求出的分配比和此時的加速操作量決定實際的發(fā)動機1的輸出和電動發(fā)電機2的輸出。
在步驟9，將與發(fā)動機1的分配輸出相當(dāng)?shù)妮敵鲆笮盘柊l(fā)送到發(fā)動機ECU10，同時，可獲得電動發(fā)電機2的分配輸出地控制逆變器6。
這樣，在蓄電元件7的蓄電量(SOC)足夠的場合，在切斷離合器3的狀態(tài)下，僅由電動發(fā)電機2的輸出進行起步和行走。
當(dāng)由電動發(fā)電機2的驅(qū)動運行消耗電力使蓄電量下降到規(guī)定值以下時，離合器3接合，從發(fā)動機1輔助輸出，從而可在滿足車輛的要求的驅(qū)動特性的同時擴大電動發(fā)電機2的運行區(qū)域。由于隨著蓄電量下降電動發(fā)電機2的輸出分配下降，所以，可防止蓄電元件7完全放電。這樣，與當(dāng)蓄電量在規(guī)定值以下時，即使蓄電量在規(guī)定值以下時將所有輸出切換到發(fā)動機1的場合相比，電動發(fā)電機2的運行區(qū)域擴大，相應(yīng)地改善燃料利用效率和排氣特性。
在附加上述發(fā)動機1的輸出的場合，當(dāng)從切斷狀態(tài)接合離合器3時，在發(fā)動機1的輸出軸12的轉(zhuǎn)速與變速箱4的輸入軸41的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差為規(guī)定值以下后進行，所以，可防止離合器接合時的沖擊。
在圖10的控制圖中，當(dāng)蓄電元件7的蓄電量足夠時(超過規(guī)定值時)，電動發(fā)電機2的輸出分配比成為1(100％)，如蓄電元件7的蓄電量在規(guī)定值以下，則隨著其下降，電動發(fā)電機2的輸出分配比從1逐漸減小到0(0％)，發(fā)動機1的輸出分配比相應(yīng)地從0增大到1，當(dāng)蓄電量在容許下限值以下時，發(fā)動機1的輸出分配比成為1。
為此，車輛行走時，通過并用電動發(fā)電機2的輸出和發(fā)動機1的輸出(步驟7-步驟9)，可在維持與加速操作量相應(yīng)的驅(qū)動力的同時車輛行走時最大限度地利用蓄電元件7的蓄電量。即，僅由發(fā)動機1驅(qū)動車輛行走時的運行區(qū)域縮小，可大幅度地促進燃料利用效率的提高和排出氣體的降低。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明為可作為車輛的驅(qū)動源利用的平行混合驅(qū)動系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種混合系統(tǒng)，具有發(fā)動機、將輸入軸的回轉(zhuǎn)變速后從輸出軸傳遞到車輪的變速器、接合和脫離發(fā)動機的輸出軸與變速器的輸入軸的離合器、兼作電動機和發(fā)電機的旋轉(zhuǎn)電機、連接旋轉(zhuǎn)電機的輸入輸出軸與變速器的輸入軸的動力傳遞機構(gòu)、存儲從旋轉(zhuǎn)電機供給的電力的蓄電元件；其特征在于具有計算車輛的要求驅(qū)動力的裝置、滿足該要求驅(qū)動力地設(shè)定與蓄電元件的蓄電量相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機的分配輸出和發(fā)動機的分配輸出的裝置、可獲得各分配輸出地控制旋轉(zhuǎn)電機和發(fā)動機的輸出并接合上述離合器的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合系統(tǒng)，其特征在于上述控制裝置在蓄電量超過規(guī)定值時解除上述離合器，僅由上述旋轉(zhuǎn)電機的輸出驅(qū)動車輛地控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合系統(tǒng)，其特征在于上述控制裝置在蓄電量處于規(guī)定值的場合接合上述離合器時，使上述變速器的輸入軸的回轉(zhuǎn)與發(fā)動機的回轉(zhuǎn)大體一致后接合離合器地控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合系統(tǒng)，其特征在于對于上述旋轉(zhuǎn)電機的輸出分配比與發(fā)動機的輸出分配比，在蓄電量超過規(guī)定值時，旋轉(zhuǎn)電機的輸出分配比為1，在規(guī)定值以下時，隨著蓄電量的下降，旋轉(zhuǎn)電機的輸出分配比從1逐漸減小，與其對應(yīng)，發(fā)動機的輸出分配比從0增大。
全文摘要
提供一種車輛的混合系統(tǒng)，它具有發(fā)動機(1)、變速箱(4)、連接和斷開發(fā)動機(1)與變速箱(4)之間的離合器(3)、電動發(fā)電機(2)、將電動發(fā)電機(2)的回轉(zhuǎn)輸入到變速器的傳動機構(gòu)(5)、及儲存從電動發(fā)電機(2)供給的電力的蓄電元件(7)?；旌螮CU(20)計算出車輛的要求驅(qū)動力，滿足該要求驅(qū)動力地設(shè)定與蓄電元件(7)的蓄電量相應(yīng)的電動發(fā)電機(2)的分配輸出和發(fā)動機(1)的分配輸出，并獲得各分配輸出地控制電動發(fā)電機(2)和發(fā)動機(1)的輸出，同時，接合上述離合器(3)。
文檔編號B60K6/48GK1447757SQ01814376
公開日2003年10月8日 申請日期2001年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月31日
發(fā)明者野津育朗, 岡崎昭仁, 佐佐木正和, 西川省吾, 仁科充廣, 合田英明 申請人:日產(chǎn)柴油機車工業(yè)株式會社