CN102123898A - 混合驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合驱动系统。用于交通工具(1，18)的混合驱动系统(2，19)具有一个电机(3)和内燃发动机(6)。该电机(3)与内燃发动机(6)至少有时以固定的转速比相互耦联(7，10，11)。通过转速检测装置(12)检测混合驱动系统(12)的转速。所获得的数据用于至少有时控制电机(3)以及内燃发动机(6)。

Description

混合驱动系统
技术领域
本发明涉及一个用于交通工具的混合驱动系统，它具有至少一个控制系统、至少一个转速检测装置、至少一个电机和至少一个内燃发动机，并且其中至少一个电机与至少一个内燃发动机至少有时以固定的转速比相互耦联。本发明还涉及一种用于使至少一个电机和至少一个内燃发动机运行的方法，其中使至少一个电机和至少一个内燃发动机这样构成和设置，使它们至少有时以固定的转速比相互运行。
由于原油价格提高以及突出的地球气候变化对尽可能低耗和高效的交通工具提出越来越多的要求。
对于这种低耗和高效的交通工具的很有希望的评价在于使用混合驱动系统。在混合驱动系统中附加地对于内燃发动机使用另一马达，它利用不同的能量形式，用于驱动交通工具。在实践中对此已经使用电动机。
通过使用附加马达一方面能够使内燃发动机尽可能持久地以特别高效的运行模式运行。由内燃发动机提供的驱动能量(它在确定的时刻不用于驱动交通工具)可以中间储存在蓄能器、如蓄电池里面。对于以后的时刻这样储存的能量可以用于驱动交通工具。此外也能够在交通工具减速时使交通工具的动能转换成电能并且中间储存在蓄电池里面。由此不失去制动能。
由于这个(或其它)效应使混合驱动系统交通工具是特别高效的，尤其当交通工具以停止-行驶交通或城市交通运行的时候。
由于相对不成熟的技术仍然存在大量目前未解决的分部问题，它们目前阻碍快速发展混合驱动系统。
一个主要问题还是混合驱动系统的成本问题。因为附加地对于内燃发动机必需设有电动机，相应地增加成本。由此产生附加成本，不仅内燃发动机而且电动机必需配有附加的传感器和附加的控制装置，它们还必需具有足够的精度。
在现有技术中已知的混合驱动系统具有相应的缺陷。
发明内容
发明的优点
因此建议一个用于交通工具的混合驱动系统，它具有至少一个控制系统、至少一个转速检测装置、至少一个电机和至少一个内燃发动机，其中至少一个电机和至少一个内燃发动机至少有时以固定的转速比相互耦联，这样构成该混合驱动系统，使控制系统至少有时考虑第一转速检测装置的数据，用于至少有时控制至少一个电机和至少一个内燃发动机。通过第一转速检测装置和使用它来至少部分控制不仅至少一个电机而且至少一个内燃发动机至少有时同时实现检测所述至少一个电机的转速和所述至少一个内燃发动机的转速尤其对于这些时刻(或时间段)实现，在其中所述至少一个电机与所述至少一个内燃发动机以固定转速比相互耦联。对于电机和内燃发动机相互耦联的时刻使用并且必要时也设有第一(公共的)转速检测装置经常是完全足够的，并且必要时可以完全省去附加的转速检测装置或放弃使用由这个检测装置获得的数据。在此要指出，如果交通工具位于有效的行驶运行、如加速过程、行驶过程或再生运行时，一般尤其需要关于电机和/或内燃发动机转速的(更准确的)信息。但是在交通工具的这种运行状态经常本来就存在电机和内燃发动机的耦联。在其它运行状态，在其中可能不存在电机与内燃发动机之间以固定转速比的相互耦联，尽管由单个(公共的)转速检测装置不能检测两个设备(即电机和内燃发动机)的(各自的)转速，但是如果需要，例如通过其它参数可以粗略地推测转速(例如通过电机的电功率或内燃发动机喷射泵的电功率)，或者可以在混合驱动系统的其它部位设有附加的、独立的转速检测装置。在此附加的、独立的转速检测装置通常可以比公共的转速检测装置更简单地构成，由此可以使整个装置更经济。由其获得的数据必要时只能用于控制混合驱动系统(或者说其部分，尤其用于控制内燃发动机)，如果内燃发动机和电机“相互独立”(即，相互间不以固定的转速比)运行的时候。但是也能够，使由附加的转速检测装置获得的数据原则上用于满足确定的控制信息。仅仅例如对于更详细的数据必需的其它形式的控制信息在使用由第一转速检测装置获得的数据的条件下实现(只要内燃发动机与电机相互间以固定的转速比运行)。此外非常足够的是，内燃发动机与电机以固定的、公知的转速比相互耦联(例如通过行星齿轮传动装置)。由例如电机的转速通过简单的与相应的系数相乘可以推断内燃发动机的转速。当然也能够使固定的转速比区分成混合驱动系统的不同运行状态，但是在实际的运行状态期间是恒定的。换言之，也能够“控制”电机与内燃发动机的转速比。关于“电机”尤其指的是电机、发电机以及电机，它们有时作为电机有时作为发电机运行。作为转速检测装置原则上可以使用各种在现有技术中公知的转速检测装置，它们借助于发送轮以电的、电磁的、磁的或光学的途径实现关于相应的装置的转速的预言。在此对于相应构成的转速检测装置也能够实现基本上持续地测量转速(例如以及在以几度或者说其部分旋转以后)。在使用适合的转速检测装置时通常也能够毫无问题地确定相关部件的角位。
可以证实尤其有意义的是，其中至少一个电机与其中至少一个内燃发动机至少基本持久地相互间以固定的转速比耦联。在这种情况下能够在需要时完全放弃附加的、独立的转速检测装置，或者说必要时能够更加简单地构成所需的、附加的、独立的转速检测装置。由此可以促使特别简单且成本有利的混合驱动系统结构。尤其当时间间隔(其中可能不出现内燃发动机与电机以固定转速比的耦联)非常短的时候，通常可以完全放弃设有附加的、独立的转速检测装置，因为在这个短的时间间隔中内燃发动机和/或电机例如本来就由于“质量惯性”随动。
此外能够使至少一个第一转速检测装置与至少一个电机相结合、最好与至少一个电机集成地构成。因为对于电机的运行经常需要关于转速的详细信息，因此在常见的电机中经常本来就存在相应的转速检测装置，并且这些转速检测装置通常已经提供相对准确的测量值。也部分地能够以电机的电输入信号或输出信号为基础经常可以非常准确地预言其转速，这大多也能够无需附加的转速检测传感器地实现。由此大多能够进一步较低混合驱动系统的成本。
此外可以证实有意义的是，所述混合驱动系统的控制系统的至少部分与至少一个电机相连、尤其与至少一个电机的控制器共同地构成。对于电机的控制通常本来就需要设有电的或电子的控制器(例如单板机)。电机的这种电的或电子的控制器在常见的电机中通常也具有系统和/或算法，它们一起考虑用于触发电机的电机转速。这个系统和/或算法通常可以容易地匹配：它们至少有时和/或至少部分地(一起)承担至少一个内燃发动机的触发。因此混合驱动系统的控制系统在这种情况下可以追溯到本来就存在的系统，由此以特别完好的方式节省附加的成本。尤其大多可以省去相应系统的“双重设计”。
可以证实特别有利的是，至少一个第一转速检测装置和/或混合驱动系统的控制装置的至少部分由高频数据检测装置构成。通过这种快速且频繁的数据检测可以明显提高转速信号的质量。高频数据检测装置特指一个数据检测装置，它具有特别高的数据扫描率。由此尤其能够考虑所测得的转速信号用于计算附加的参数。通过所建议的高数据率或数据精度能够求得具有特别有利的信号-噪声比的相应参数。在此例如以100μs时间光栅实现扫描。因此测得的转速测量信号有利地不只有在相应的装置完全运转后才跟踪，而是最好更频繁地，例如在相应的装置已经部分运转以后。如上所述，电机的转速检测装置和/或控制装置的分辨率经常本来就位于这个范围，或者至少位于一个范围，它例如接近上述的范围。
例如能够使控制系统的至少部分由转速不平稳检测装置和/或由尤其用于至少一个内燃发动机的燃烧故障检测装置构成。通过转速信号(它们由第一(公共的)转速检测装置通常以高品质出现)能够特别有利地确定宽范围的参数，它们以测得的转速为基础求得。由此求得的宽范围的参数、例如关于内燃发动机转速不平稳的预言或者关于内燃发动机燃烧故障的预言可以接着输送到相应的控制系统，用于再调节内燃发动机和/或电机。尤其对于准确和经常更新的转速测量值通常可以以高质量和非常好的信号-噪声比求得相应的参数。在此内燃发动机故障测量值尤其指的是一个信号，它能够实现关于点火中断的存在性、质量(特性)或频率的预言和/或实现关于内燃发动机燃烧完善性的预言。由此特别简单地识别混合动力车中的点火中断。尤其可以以由于没有转矩贡献引起检测到转速不平稳为基础识别点火中断。
另一有意义的实施例是，在混合驱动系统中设有至少一个附加的转速检测装置，它最好与至少一个内燃发动机相连地构成。这个附加的转速检测装置尤其可以用于，获得(尤其内燃发动机的)关于部分混合驱动系统运行状态的数据，如果电机与内燃发动机不以固定的转速比相互运行的时候。用于这种附加的转速检测装置的另一可能性在于，该装置可以提供数据，它们不能由第一(公共的)转速检测装置或只能以较大的误差测量。为此能够使至少一个附加的转速检测装置以检测确定的数据有针对性地优化。
此外建议一种用于使至少一个电机和至少一个内燃发动机运行的方法，在此其中至少一个电机和其中至少一个内燃发动机这样构成和设置，使它们至少有时以固定的转速比相互运行，这样实现，至少在相互间以固定的转速比运行期间利用至少一个第一转速检测装置检测数据，它至少有时用于至少部分地控制其中至少一个内燃发动机以及其中至少一个电机。这种方法具有已经结合所建议的混合驱动系统描述的类似的特性和优点。尤其能够使本方法在结合所建议的混合驱动系统实现的进步的意义上以类似的方式改进。这种改进的方法同样具有上述的特性和优点。
尤其能够，使其中至少一个电机和其中至少一个内燃发动机这样构成和设置，使它们至少部分地作为混合驱动系统的部分、尤其作为交通工具的混合驱动系统的部分设置。所述交通工具可以以任意的方式是飞机、轮船和陆地汽车(有轨的/无轨的)。前面建议的方法以特殊的程度适用于在这里建议的目的。
此外能够这样执行本方法，使至少一个电机和至少一个内燃发动机这样构成和设置，使它们至少基本持久地相互间以固定的转速比运行。对于这种使用情况所建议的方法也是特别有利的。
特别有利的是，以高的扫描率实现转速检测。尤其比相应装置每转只一次更频繁地进行转速检测。而有意义的是，分别在超过相对较小的旋转角以后如1度、2度、3度、4度或5度(或者也可以是不足1度)实现转速检测。备选或附加地能够以时间率例如300μs、250μs、200μs、150μs、100μs、75μs、50μs或25μs实现转速检测。由此可以得到关于装置转速的准确预言。尤其能够使由此获得的转速信息用于更广泛的目的，例如计算其它参数。
能够利用转速检测识别转速不平稳和/或识别有故障的点火过程，尤其是内燃发动机。
也可以证实有利的是，为了控制至少一个电机和/或至少一个内燃发动机利用至少一个附加的转速检测装置的数据。
附图说明
下面利用实施例和附图详细描述本发明。附图中：
图1简示出混合动力交通工具的第一实施例，
图2简示出混合动力交通工具的第二实施例，
图3简示出混合动力交通工具的第三实施例，
图3简示出混合动力交通工具的第四实施例。
具体实施方式
在图1中示出交通工具1，它作为驱动装置具有混合动力2。交通工具1和混合动力2为了表明原理只示意地示出。
该混合动力2包括具有第一驱动轴4的电机3和具有第二驱动轴5的内燃发动机6。第一驱动轴4直接与电机3耦联，而第二驱动轴5直接与内燃发动机6耦联。两个驱动轴4，5通过行星齿轮传动装置7相互耦联。内燃发动机6和电机3的公共驱动功率(当然也可以是负的，例如当交通工具位于再生运行的时候)通过行星齿轮传动装置7输送到驱动轴8，在其上固定车轮9。混合动力2的这种结构也以所谓的转矩耦联器所公知。通过行星齿轮传动装置7也使第一驱动轴4与第二驱动轴5通过第一转速比相互耦联，该转速比由行星齿轮传动装置7的结构给定。
附加地在所示的混合动力2实施例中对于第二驱动轴5在内燃发动机6与行星齿轮传动装置7之间设有换向传动10和离合器11。由此能够使内燃发动机6对于交通工具1的不同行驶速度总是以尽可能燃料高效的转速或转矩范围运行。通过离合器11可以使内燃发动机6附加地断耦联，例如为了接通换向传动10，或者为了使交通工具1在一个运行状态运行，在该运行状态交通工具1仅仅借助于电机3运动或减速。在减速情况下可以节省能量，它是为了克服内燃发动机6的机械阻力必需施加的。
在图1中示出的混合动力2的实施例能够使用唯一的速度测量装置12，不仅用于内燃发动机6而且用于电机3。如果离合器11闭合，则可以通过实际的换向传动10的速比信息以及行星齿轮传动装置7速比的信息在了解电机3的转速时直接且明确地推断内燃发动机6的转速。在此只需内燃发动机6在运行状态中的准确转速信息，在运行状态内燃发动机6至少部分地用于驱动交通工具1。但是在这种情况下离合器11本来就闭合。
而如果离合器11打开，则借助于速度测量装置12不能(直接)实现关于内燃发动机6转速的说明。但是以内燃发动机6的控制信号(例如用于内燃发动机6的电喷射泵)为基础求得转速的大约数值，该控制信号由电子控制器13通过电导线14输送到内燃发动机6。因为内燃发动机6在打开离合器11时只需克服内燃发动机6的内部摩擦(它例如可以通过试验台测量相当准确地求得)，对于以这种方式获得的转速推测对于实际的目的通常足够准确。
此外电子控制装置13不仅与内燃发动机6处于连接，而且同样与离合器11、换向传动10、速度测量装置12、电机3和必要时其它装置连接。在此通过在图1中所示的电导线14的连接可以在任意方向上、或者也在两个方向上实现。因此电导线14可以用于，通过这种电导线14检测电信号，输出控制信号或者两者。
在图1中所示的混合动力2的实施例中速度检测装置12包括发送轮15，它抗扭转地固定在第一驱动轴14上，还包括一个测量传感器16，它与发送轮15的径向外部部位相邻地设置。在图1所示的实施例中发送轮15、测量传感器16和电机3组成一个结构单元17。可以以任意的方式以机械途径、以光学途径、以电途径、以磁途径和/或电磁途径通过速度检测装置12检测旋转速度。纯示例地可以使用分流电阻、感应-MOSFET和/或霍尔传感器。
此外也能够附加或必需地对于在图1中所示的速度测量装置12借助于电机3的内部结构实现转速检测。在此转速检测可以涉及电流，它在电机的一个或多个定子绕组中流动。转速检测同样可以涉及在电机3的调节绕组中流动的电流，用于例如求得电压组分，它通过定子绕组感应返回到调节绕组里面给出。这样获得的信号可以容易地与必要时现有的速度测量装置12(或其它形式的速度测量装置)的信号组合，用于提高旋转速度测量值的精度。这个组合例如可以在电子的控制装置13里面实现。
在图3中示出在图1中所示的混合动力1的变化。在所示的混合动力23中在内燃发动机6的驱动轴5上安置附加发送轮25。附加测量传感器24借助于附加发送轮25求得内燃发动机6的转速，与离合器11是否打开或闭合无关。
借助于附加传感器24获得的数据由电子的控制装置13用于控制内燃发动机6。例如由附加测量传感器24获得的数据用于求得换向传动10的换向策略，控制燃料到内燃发动机6的输入。附加测量传感器24和附加发送轮25要优化成，可以提供高品质的对此所需的数据供使用。以类似的方式由测量传感器16求得的数据用于控制电机3。
但是由测量传感器16获得的数据附加地由电子控制装置13用于识别点火断开或内燃发动机6的其它燃烧故障，用于必要时导入相应的修正措施。在此由测量传感器16获得的数据通常本来就必需用于发送轮15和测量传感器16，它们具有高精度以及高的测量值采样频率。不仅高精度、而且高测量值采样频率都改善识别点火中断和/或内燃发动机6的其它燃烧故障的精度。
在图2中示出用于交通工具18的第二实施例，它配备混合动力19，它与在图1中所示的混合动力2在某些部分中不同。对于相同形式的部件出于一致性使用与图1相同的附图标记。
与在图1中所示的交通工具1类似也使所示的交通工具配有内燃发动机6和电机3，它们两者输送其驱动功率到公共的驱动轴8。内燃发动机6驱动驱动轴21，它可以通过离合器11与公共的驱动轴20抗扭转地连接或者可以机械地与驱动轴分开。在公共的驱动轴20上设置电机3。公共的驱动轴20在此由通常的轴构成，它透卡电机3。公共的驱动轴20导引到换向传动10，通过它可以适合地匹配公共的驱动轴20与驱动轴8之间的转速比。由换向传动10将驱动能量通过差速器22导引到驱动轴8并由此最终导引到车轮9。
在公共的驱动轴20上附加地设置速度测量装置12，具有发送轮15和测量传感器16。在这里发送轮15、测量传感器16和电机3构成结构单元17。
所述内燃发动机6仅仅通过离合器11与公共的驱动轴20(并耦出与发送轮15)机械耦联，由此使测量传感器16可地通过内燃发动机6的转速比检测特别准确的测量数据。尤其不会由于相互啮合的齿轮的机械间隙产生干扰。这种机械间隙在换向传动10中通常不可避免。如果换向传动10是自动传动器，以常见的结构形式还导致自动传动器的输入轴与输出轴之间的滑差。但是由于在图2中所示的混合动力19的结构使这个混合动力也适用于自动的换向传动。
在图4中示出在图3中所示的混合动力19的变化。所示的混合驱动系统26与图3所示的混合驱动系统23类似地在内燃发动机6的驱动轴21上具有附加发送轮25和附加测量传感器24。
与图3所示的混合动力23类似在这里由测量传感器16获得的数据由电子控制装置13用于控制电机3以及附加地用于识别点火断开和/或内燃发动机6的其它燃烧故障。但是由电子控制装置在使用由附加测量传感器获得的数据的条件下承担内燃发动机6的其它控制任务。

Claims (13)

1.用于交通工具(1，18)的混合驱动系统(2，19)，它具有至少一个控制系统(13)、至少一个转速检测装置(12)、至少一个电机(3)和至少一个内燃发动机(6)，其中至少一个电机(3)与至少一个内燃发动机(6)至少有时以固定的转速比相互耦联(7，10，11)，其特征在于，所述控制系统至少有时考虑第一转速检测装置(12)的数据，用于至少有时控制至少一个电机(3)和至少一个内燃发动机(6)。
2.如权利要求1所述的混合驱动系统(2，19)，其特征在于，其中至少一个电机(3)与其中至少一个内燃发动机(6)至少基本持久地以固定的转速比(7，10，11)相互耦联。
3.如权利要求1或2所述的混合驱动系统(2，19)，其特征在于，至少一个第一转速检测装置(12)与至少一个电机(3)相连、最好与至少一个电机(3)集成地构成。
4.如上述权利要求中任一项所述的混合驱动系统(2，19)，其特征在于，所述混合驱动系统(2，19)的控制系统(13)的至少部分与至少一个电机(3)相连地、尤其与至少一个电机(3)的控制器共同地构成。
5.如上述权利要求中任一项所述的混合驱动系统(2，19)，其特征在于，至少一个第一转速检测装置(12)和/或控制装置(13)的至少部分由高频数据检测装置构成。
6.如上述权利要求中任一项所述的混合驱动系统(2，19)，其特征在于，控制系统(13)至少部分由转速不平稳检测装置和/或由燃烧故障检测装置构成。
7.如上述权利要求中任一项所述的混合驱动系统(2，19)，其特征在于，设有至少一个附加的转速检测装置，最好与至少一个内燃发动机(6)相连。
8.用于使至少一个电机(3)和至少一个内燃发动机(6)运行的方法，其中至少一个电机(3)和其中至少一个内燃发动机(6)被构成和设置，使它们至少有时以固定的转速比(7，10，11)相互运行，其特征在于，至少在相互间以固定的转速比(7，10，11)运行期间利用至少一个第一转速检测装置(12)检测数据，其至少有时用于至少部分地控制其中至少一个内燃发动机(6)以及其中至少一个电机(3)。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中至少一个电机(3)和其中至少一个内燃发动机(6)被构成和设置，使它们至少有时地作为混合驱动系统(2，19)的部分、尤其作为交通工具(1)的混合驱动系统(2，19)的部分设置。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，其中至少一个电机(3)和其中至少一个内燃发动机(6)被构成和设置，使它们至少基本持久地相互间以固定的转速比(7，10，11)运行。
11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，以高的扫描率检测转速检测装置(12)的数据。
12.如权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，利用转速检测装置(12)的数据识别转速不平稳和/或识别有故障的点火过程。
13.如权利要求8至12中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个附加的转速检测装置(12)的数据用于控制至少一个电机(3)和/或至少一个内燃发动机(6)。
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