專利名稱：混合動力車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝備有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的一種混合動力車。本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)混合動力車的技術(shù)，在具有包括轉(zhuǎn)矩變換器和多級變速器的一個動力變速器系統(tǒng)的車上安裝作為動力源的一個內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和一個電動機(jī)-發(fā)電機(jī)。本發(fā)明涉及改善混合動力車的驅(qū)動性能，并且降低因車輛的轉(zhuǎn)矩變換器造成的能量損失。
背景技術(shù)：
為了在廣闊速度范圍內(nèi)有效利用車輛內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩作為其動力源，在動力源和車軸之間設(shè)有變速器。此外，具有自動變速器、在駕駛中不需要用離合器踏板換檔的車也在日益普及，當(dāng)今幾乎所有的駕駛員都熟悉這樣的自動變速器。
盡管行星齒輪式變速器或無級變速式變速器都屬于自動變速器，還有一種廣泛使用的具有液壓轉(zhuǎn)矩變換器和與液壓轉(zhuǎn)矩變換器串聯(lián)組合的多級變速器的自動變速器系統(tǒng)。多級變速器具有這樣的結(jié)構(gòu)，按照來自程序控制電路的控制信號，自動控制機(jī)械變速操作。此類變速器對設(shè)計(jì)和制造以及駕駛員座位處的變換桿結(jié)構(gòu)等有所改進(jìn)，其設(shè)計(jì)對提高操作性能非常合理。在這種環(huán)境中，有可能按合理的價格提供極為可靠的變速器，這明顯改善了車的駕駛性能。
日本專利JP2000-203287A(Toyota)公開了一種混合動力車，所采用的變速器包括液壓轉(zhuǎn)矩變換器和與液壓轉(zhuǎn)矩變換器組合的機(jī)械多級變速器。JP2000-203287A中所公開的變速器的主要目的是在再生發(fā)電制動中防止電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸超速。迄今為止，安裝有包括和機(jī)械多級變速器組合的液壓轉(zhuǎn)矩變換器的變速器的混合動力車還沒有作為實(shí)用的車輛出售。
在車輛加速或減速或是在執(zhí)行變速操作時，在液壓轉(zhuǎn)矩變換器中，轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸之間存在滑差。在轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸之間傳送動力時也會產(chǎn)生這種滑差。借助于滑差，就能隨著速度變化平滑地執(zhí)行轉(zhuǎn)矩變換。然而，轉(zhuǎn)矩變換器會因滑差而發(fā)熱，因而有能量損失。為了減少與機(jī)械多級變速器和動力變速器系統(tǒng)串聯(lián)連接的液壓轉(zhuǎn)矩變換器的滑差，考慮到在其輸入軸與輸出軸之間的轉(zhuǎn)速差小于預(yù)定值時，用一個機(jī)構(gòu)機(jī)械鎖定轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸。利用這種機(jī)構(gòu)，就能防止轉(zhuǎn)矩變換器持續(xù)發(fā)熱。這種機(jī)構(gòu)因而得到了廣泛的應(yīng)用。
上述的液壓轉(zhuǎn)矩變換器是一種利用二者之間的滑差來控制輸入軸和輸出軸的裝置，使得輸入軸和輸出軸之間的轉(zhuǎn)速差變小。因此，只要車輛采用這種轉(zhuǎn)矩變換器，理論上就必然會增加車輛特定燃料的消耗。也就是說，采用液壓轉(zhuǎn)矩變換器與通過采用內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的混合動力來明顯改善燃料經(jīng)濟(jì)性彼此是有矛盾的。因而，可以說在混合動力車中尚未使用包括液壓轉(zhuǎn)矩變換器的變速器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人注意到這樣的事實(shí)，即使在轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸之間存在滑差，也能制造出能量損失隨滑差減少的混合動力車。
本發(fā)明的目的是提供一種混合動力車，即使在變速器中使用轉(zhuǎn)矩變換器，也能夠減少轉(zhuǎn)矩變換器特別是液壓轉(zhuǎn)矩變換器的能量損失。本發(fā)明的另一目的是提供一種具有優(yōu)異駕駛性能的混合動力車。本發(fā)明的再一目的是提供一種裝備有帶跟蹤記錄的變速器的混合動力車。本發(fā)明的又一目的是提供一種裝備有多數(shù)駕駛員能熟練操作的變速器的混合動力車。
在按照本發(fā)明的混合動力車中，轉(zhuǎn)矩變換器和多級變速器與動力變速器系統(tǒng)串聯(lián)連接在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的輸出軸和用來驅(qū)動車軸的一個推進(jìn)軸之間。也就是說，轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸被直接連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的輸出軸，而多級變速器的輸入軸被連接到轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸。推進(jìn)軸被連接到多級變速器的輸出軸。
另外，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸被耦合到轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸一側(cè)。提供給電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的勵磁電流受程序控制電路的控制，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)根據(jù)這一控制作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)工作。在電動機(jī)-發(fā)電機(jī)按電動機(jī)工作的電動機(jī)模式下，安裝在車上的蓄電池向電動機(jī)-發(fā)電機(jī)供應(yīng)電能，并且向轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸一側(cè)提供旋轉(zhuǎn)動力。在電動機(jī)-發(fā)電機(jī)按發(fā)電機(jī)工作的發(fā)電機(jī)模式下，從轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸或是通過多級變速器從推進(jìn)軸向電動機(jī)-發(fā)電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動力。動能被變換成電能對安裝在車上的蓄電池充電。
若是在轉(zhuǎn)矩變換器中產(chǎn)生滑差，連接到轉(zhuǎn)矩變換器輸出軸一側(cè)的電動機(jī)-發(fā)電機(jī)就工作以減少滑差。也就是說，車的運(yùn)行負(fù)荷被施加在轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸一側(cè)。若是在連接到轉(zhuǎn)矩變換器輸入軸一側(cè)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速反抗運(yùn)行負(fù)荷而上升的模式下產(chǎn)生滑差，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)就在程序控制電路的控制下切換到電動機(jī)模式。由電動機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)動力變成轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸也就是推進(jìn)軸加速旋轉(zhuǎn)的輔助動力。在這種情況下，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)所需的電能是由車輛的蓄電池提供的。
另一方面，在轉(zhuǎn)矩變換器輸出軸的轉(zhuǎn)速超過其連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)輸出軸的輸入軸轉(zhuǎn)速并且車輛進(jìn)入發(fā)動機(jī)制動模式時，若是在轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸與輸入軸之間產(chǎn)生滑差，程序控制電路就控制電動機(jī)-發(fā)電機(jī)按發(fā)電機(jī)方式工作。發(fā)電機(jī)對車輛形成電氣制動狀態(tài)，并且將旋轉(zhuǎn)能量變換成電能。由電動機(jī)-發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能重新對車輛的蓄電池充電。
按照這種控制方式，即使在轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸之間存在轉(zhuǎn)速差，仍有可能這樣來控制車輛，使得大部分這種轉(zhuǎn)速差轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)矩變換器內(nèi)部的機(jī)械阻力而不會影響到變換器電路。也就是說，即使在轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸之間存在轉(zhuǎn)速差，在轉(zhuǎn)矩變換器內(nèi)部傳送的動力也很小，從而有可能控制變換器電路，使得在轉(zhuǎn)矩變換器內(nèi)部基本上沒有機(jī)械阻力。這樣，轉(zhuǎn)矩變換器內(nèi)部的發(fā)熱就很少，而轉(zhuǎn)矩變換器的動能損失就很小。
即使在轉(zhuǎn)矩變換器中存在滑差，執(zhí)行這樣的控制也能用電動力使車輛加速，或是在滑差變小的方向上，通過用電氣制動使車輛減速。對變換器電路的這種控制一直持續(xù)到轉(zhuǎn)矩變換器的滑差變小并且轉(zhuǎn)矩變換器被鎖定。
也就是說，在具有內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，其輸入軸連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)矩變換器，連接到轉(zhuǎn)矩變換器輸出軸的多級變速器，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)，蓄電池，用來在蓄電池和電動機(jī)-發(fā)電機(jī)之間雙向傳輸電能的變換器電路，以及用來控制變換器電路的程序控制電路的這種混合動力車中，本發(fā)明的特征在于電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸被連接到轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸一側(cè)，而程序控制電路包括一個控制裝置，用來在車輛行駛中改變多級變速器的過程中在轉(zhuǎn)矩變換器內(nèi)產(chǎn)生滑差的時間周期階段，使電動機(jī)-發(fā)電機(jī)相對于車軸共享正、負(fù)轉(zhuǎn)矩。
控制裝置中包括一個裝置，從檢測到轉(zhuǎn)矩變換器輸出軸的轉(zhuǎn)速小于其輸入軸轉(zhuǎn)速并且產(chǎn)生滑差的時刻到對其執(zhí)行鎖定的時刻的一個時間周期中，按電動機(jī)操作電動機(jī)-發(fā)電機(jī)。這種模式是混合動力車的輔助加速模式?？刂蒲b置還包括一個裝置，用于在從檢測到轉(zhuǎn)矩變換器輸出軸的轉(zhuǎn)速大于其輸入軸轉(zhuǎn)速并且產(chǎn)生滑差的時刻到對其執(zhí)行鎖定的時刻的一個時間周期中，按發(fā)電機(jī)操作電動機(jī)-發(fā)電機(jī)。這種模式是混合動力車的再生發(fā)電制動模式。


以下要參照附圖舉例說明本發(fā)明的具體實(shí)施例，在附圖中圖1的方框圖表示按照本發(fā)明一個實(shí)施例的混合動力車的結(jié)構(gòu)；并且圖2是圖1所示實(shí)施例的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1的方框圖表示按照本發(fā)明一個實(shí)施例的混合動力車的結(jié)構(gòu)。內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1的輸出軸被直接連接到液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的輸入軸。液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的輸出軸通過一個耦合單元9被固定連接到多級變速器3的輸入軸。多級變速器3包括用來機(jī)械控制多級變速器3的換檔-組合的一個致動器31，以及用于電氣控制致動器的變速器控制電路32。變速器控制電路32包括一個程序控制電路(ECU)。
變速器控制電路32按照包括車速、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、加速踏板的操作信息等輸入信息確定多級變速器的最佳齒輪比。致動器31按照變速器控制電路32的控制輸出機(jī)械控制多級變速器3的變速器操作。致動器是公知的類型。本實(shí)施例中的多級變速器3是具有4個正向驅(qū)動檔和1個反向驅(qū)動檔的公知的標(biāo)準(zhǔn)變速器。
液壓轉(zhuǎn)矩變換器2通過流體在其輸入軸(在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)一側(cè))和輸出軸(在變速器一側(cè))之間雙向傳送旋轉(zhuǎn)動力。若是在液壓轉(zhuǎn)矩變換器的輸入軸和輸出軸之間存在轉(zhuǎn)速差，液壓轉(zhuǎn)矩變換器就在傳送轉(zhuǎn)矩的同時減少這一轉(zhuǎn)速差，若是轉(zhuǎn)速差下降到一個預(yù)定值(預(yù)定比例)，就按照變速器控制電路32的控制機(jī)械鎖定輸入軸和輸出軸。由于工作方式如上所述的這種液壓轉(zhuǎn)矩變換器的結(jié)構(gòu)是公知的，在此省略對其細(xì)節(jié)的描述。在傳動軸4上設(shè)有一個速度傳感器，并在這一機(jī)構(gòu)中的各個旋轉(zhuǎn)部位設(shè)有旋轉(zhuǎn)傳感器。由這些旋轉(zhuǎn)傳感器產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)信息被提供給變速器控制電路32。由于這些旋轉(zhuǎn)傳感器及其線路會造成附圖復(fù)雜化，在圖1中沒有表示。
圖1中的電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5是一個三相AC旋轉(zhuǎn)機(jī)器。電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5在提供給電動機(jī)-發(fā)電機(jī)勵磁繞組的三相AC電流的旋轉(zhuǎn)相位速度大于機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度時，按照電動機(jī)工作，而在提供給電動機(jī)-發(fā)電機(jī)勵磁繞組的三相AC電流的旋轉(zhuǎn)相位速度小于機(jī)械旋轉(zhuǎn)速度時，按照發(fā)電機(jī)工作。變換器電路8在從各種旋轉(zhuǎn)傳感器獲得旋轉(zhuǎn)信息的程序控制電路6的控制下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)相位。變換器電路8的DC端子被連接到蓄電池7。本實(shí)施例中的蓄電池7是一個鎳氫電池。由于變換器電路8的結(jié)構(gòu)及其在混合動力車中的相位控制是公知的，在此省略對其細(xì)節(jié)的描述。
諸如汽油或柴油等液體燃料通過燃料泵11供應(yīng)給內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1。燃料泵11受一個發(fā)動機(jī)控制電路12的控制。來自混合動力車的加速踏板的踏板操作狀態(tài)信息被提供給發(fā)動機(jī)控制電路12。發(fā)動機(jī)控制電路12，用來執(zhí)行混合動力車能量控制的程序控制電路6，以及用來控制變速器的變速器控制電路32都被連接到一條單獨(dú)的連接總線14，以便它們可以共用各自的信息。由于這些結(jié)構(gòu)也是公知的，在此省略了具體的說明。
本發(fā)明特有的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)軸被連接到液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的輸出軸一側(cè)。在此實(shí)施例中，在液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的輸出軸上設(shè)有耦合單元9，并且電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)軸通過耦合單元9固定連接到液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的輸出軸上。在這一耦合齒輪中設(shè)定對應(yīng)著內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1特性和電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5特性的適當(dāng)齒輪比。此外，在這一耦合單元9中，液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的輸出軸還直接連接到多級變速器3的輸入軸。
本發(fā)明的特征還在于程序控制電路6的控制操作是控制混合動力。也就是說，在車輛行駛過程中，在變速器控制電路32的控制下，用多級變速器3的一個軸執(zhí)行操作的定時抵消液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的鎖定。并且在變速器控制電路32和致動器31的控制下，在多級變速器3中設(shè)定一個新的齒輪比。在混合動力車按照多級變速器3新設(shè)定的齒輪比加速或減速時，就會形成可能在液壓轉(zhuǎn)矩變換器2中產(chǎn)生滑差的狀態(tài)。當(dāng)程序控制電路6從旋轉(zhuǎn)傳感器(因上述理由沒有表示)的輸出檢測到這一滑差時，程序控制電路就將電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5設(shè)定在輔助加速模式或再生發(fā)電制動模式。
也就是說，在程序控制電路檢測到因轉(zhuǎn)矩變換器2輸出軸的轉(zhuǎn)速小于其輸入軸(內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1的輸出軸)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)而產(chǎn)生滑差時，程序控制電路按電動機(jī)控制電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5，將車輛置于輔助加速模式。在多級變速器3加檔而車輛被內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1加速時往往會產(chǎn)生這一方向的滑差。在此情況下，按照本發(fā)明的混合動力車仍然靠電力加速，因此，車輛的操作被控制在減少液壓轉(zhuǎn)矩變換器2內(nèi)產(chǎn)生的滑差的方向上。當(dāng)液壓轉(zhuǎn)矩變換器2的滑差變小到一個預(yù)定值時，在變速器控制電路32的控制下鎖定液壓轉(zhuǎn)矩變換器2，并且轉(zhuǎn)矩變換器2的輸入和輸出軸彼此間機(jī)械連接。在此時間點(diǎn)暫停輔助加速模式。
若是在多級變速器3的換檔過程中因轉(zhuǎn)矩變換器2輸出軸的轉(zhuǎn)速大于其輸入軸(內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1的輸出軸)轉(zhuǎn)速的狀態(tài)而產(chǎn)生滑差，就控制電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5按照發(fā)電機(jī)來操作。因此，車輛就進(jìn)入再生發(fā)電制動模式，在此模式中，執(zhí)行電氣制動也就是發(fā)電，由此產(chǎn)生的電能用來對蓄電池7重新充電。這樣車輛就會減速，使得轉(zhuǎn)矩變換器2中的滑差變小。當(dāng)滑差變小到一個預(yù)定值時，在變速器控制電路32的控制下執(zhí)行鎖定，使轉(zhuǎn)矩變換器2的輸入和輸出軸彼此間機(jī)械連接。在執(zhí)行鎖定之后由變速器控制電路執(zhí)行的控制類似于混合動力車的普通控制。
圖2是用來解釋這種操作的控制流程圖，能夠體現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的混合動力車的特征。這種混合動力車在車輛通過液壓轉(zhuǎn)矩變換器2加速或減速以及在轉(zhuǎn)矩變換器2中產(chǎn)生滑差的操作時間段中的操作以外的其它操作與普通的混合動力車的操作相同。
按照這種控制方式，電動機(jī)-發(fā)電機(jī)5在轉(zhuǎn)矩變換器2中產(chǎn)生滑差的時間段發(fā)出輔助動力或輔助制動力。由于車輛因輔助動力或輔助制動力而加速或減速，達(dá)到轉(zhuǎn)矩變換器2鎖定的時間周期被縮短。另外，由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1產(chǎn)生的驅(qū)動力或在轉(zhuǎn)矩變換器2中產(chǎn)生滑差的時間段內(nèi)因內(nèi)燃發(fā)動機(jī)1的發(fā)動機(jī)制動所消耗的制動力會相應(yīng)地變小。因此，通過轉(zhuǎn)矩變換器2傳送的動能就變小，從而有可能減少轉(zhuǎn)矩變換器2的發(fā)熱也就是轉(zhuǎn)矩變換器2的能耗。
按照本發(fā)明，有可能提供這樣一種混合動力車，在其動力系統(tǒng)中具有一個轉(zhuǎn)矩變換器，并且能減少轉(zhuǎn)矩變換器的能耗。按照本發(fā)明，有可能改善混合動力車的駕駛性能。按照本發(fā)明，還有可能提供一種混合動力車，它裝備有被駕駛員公認(rèn)是可靠的變速器系統(tǒng)，并具有駕駛員所熟悉的駕駛性能。
權(quán)利要求
1.一種混合動力車，包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)；轉(zhuǎn)矩變換器，其輸入軸連接到所述內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的輸出軸；連接到所述轉(zhuǎn)矩變換器輸出軸的多級變速器；電動機(jī)-發(fā)電機(jī)；蓄電池；以及在所述蓄電池和所述電動機(jī)-發(fā)電機(jī)之間雙向傳送電能的變換器電路以及用于控制所述變換器電路的程序控制電路；所述電動機(jī)-發(fā)電機(jī)具有連接到所述轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸，所述程序控制電路包括一控制裝置，用于在所述車輛的行駛過程中，在所述多級變速器的換檔過程中，在所述轉(zhuǎn)矩變換器中產(chǎn)生滑差的時間段內(nèi)，向所述電動機(jī)-發(fā)電機(jī)施加用于所述車輛的軸的轉(zhuǎn)矩。
2.按照權(quán)利要求1的混合動力車，其特征在于，所述控制裝置包括在從所述轉(zhuǎn)矩變換器的所述輸出軸的轉(zhuǎn)速小于所述轉(zhuǎn)矩變換器的所述輸入軸的轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下檢測到滑差的時刻起到所述轉(zhuǎn)矩變換器被鎖定的時刻止的一個時間周期中，用于按電動機(jī)操作所述電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的裝置。
3.按照權(quán)利要求1的混合動力車，其特征在于，所述控制裝置包括在從所述轉(zhuǎn)矩變換器的所述輸出軸的轉(zhuǎn)速大于所述轉(zhuǎn)矩變換器的所述輸入軸的轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下檢測到滑差的時刻起到所述轉(zhuǎn)矩變換器被鎖定的時刻止的一個時間周期中，用于按發(fā)電機(jī)操作所述電動機(jī)-發(fā)電機(jī)的裝置。
4.按照權(quán)利要求1的混合動力車，其特征在于，所述轉(zhuǎn)矩變換器是一種液壓轉(zhuǎn)矩變換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合動力車?；旌蟿恿嚨碾妱訖C(jī)－發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸被連接到一個轉(zhuǎn)矩變換器的輸出軸，后者連接到內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的輸出軸。在轉(zhuǎn)矩變換器隨變速控制而產(chǎn)生滑差的時間段內(nèi)，通過按電動機(jī)或發(fā)電機(jī)模式控制電動機(jī)－發(fā)電機(jī)來輔助車輛的加速或減速控制。
文檔編號B60W10/10GK1530248SQ20041000663
公開日2004年9月22日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月25日
發(fā)明者山口公一 申請人:日野自動車株式會社