本公開總體上涉及一種車輛動力系，以及一種包括所述車輛動力系的車輛。本公開總體上還涉及一種用于控制車輛動力系的方法。而且，本公開總體上涉及一種計算機(jī)程序和一種計算機(jī)可讀介質(zhì)。本公開總體上還涉及一種被配置成控制車輛動力系的控制布置。

背景技術(shù)：

1、對減少重型車輛(例如卡車和公共汽車)的排放并提高其燃料經(jīng)濟(jì)性的努力已引起包括車輛動力系的車輛的發(fā)展，所述車輛動力系包含充當(dāng)推進(jìn)單元且被配置成由儲能裝置供電的一個或多個電機(jī)。此類車輛的實(shí)例包含電池電動車輛(bev)以及混合動力電動車輛(hev)，例如插電式混合動力電動車輛(phev)。

2、尋求對重型車輛進(jìn)行電氣化時的主要障礙之一是推進(jìn)重型車輛直到其可停止運(yùn)行以對儲能裝置(即電池)再充電所需的儲能裝置的重量和成本相當(dāng)大?，F(xiàn)今，適于在非常瞬態(tài)周期中運(yùn)行的車輛，例如適于城市交通或區(qū)域分布的車輛，通?？赊D(zhuǎn)換成具有可接受的增加重量和成本的bev，這是由車輛的預(yù)期運(yùn)行所需的儲能裝置的大小造成的。這主要是由于在到達(dá)下一個充電站之前經(jīng)常能夠通過再生制動進(jìn)行充電。

3、然而，對于例如長途運(yùn)輸卡車，僅依靠所存儲的電能運(yùn)行既不具有成本效益也不具有能量效率。重型車輛在高速且穩(wěn)定的速度下消耗其可用能量的大部分，這是長途運(yùn)輸卡車在駕駛周期的相當(dāng)大的部分中可能經(jīng)常經(jīng)歷的情況。以現(xiàn)今的電池的能量密度且假設(shè)每天的長途運(yùn)輸運(yùn)行為約500km，具有足夠容量以確保一天運(yùn)行的儲能裝置所增加的重量將為約3500kg至4000kg。這不僅會犧牲可能的貨物重量，且還會由于此類儲能裝置的大小而在空間和車輛規(guī)格方面產(chǎn)生限制。這也將顯著增加儲能裝置的成本，其不能通過取消燃料成本所引起的成本降低來補(bǔ)償。此外，較大大小的儲能裝置將產(chǎn)生有問題的可持續(xù)性影響。使用容量不足以運(yùn)行一天的較小儲能裝置將導(dǎo)致當(dāng)天期間需要在充電站處進(jìn)行充電。由于車輛在充電時停止運(yùn)行，這又會增加車輛的總運(yùn)行成本，且因此不適合所有類型的重型車輛。

4、使更大范圍的類型的重型車輛實(shí)現(xiàn)電氣化的一個選項(xiàng)將包含增程器。增程器通常包括僅用于驅(qū)動對車輛的儲能裝置進(jìn)行充電的發(fā)電機(jī)的輔助燃燒發(fā)動機(jī)。這有時也稱為串聯(lián)混合動力系。然而，這可能導(dǎo)致過高的排放，并且此類動力系在將來自輔助燃燒發(fā)動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成要存儲的電能時也經(jīng)常遭受不期望的效率損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的目標(biāo)是提供一種可擴(kuò)展可電力驅(qū)動的車輛類型的具有成本效益和能量效率的(井到輪)解決方案。

2、所述目標(biāo)通過所附獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)。

3、根據(jù)本公開，提供了一種車輛動力系。車輛動力系包括被配置成選擇性地作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)。車輛動力系還包括燃燒發(fā)動機(jī)、行星齒輪組、第一軸和第二軸。此外，車輛動力系包括被布置在第一軸的第一端處的聯(lián)接布置。車輛動力系還包括連接到至少一個驅(qū)動輪的驅(qū)動軸。上述第一軸在其第二端處連接到行星齒輪組的太陽齒輪，并且行星齒輪組的輸出軸連接到行星齒輪組的行星齒輪架。電機(jī)連接到第二軸。第二軸可經(jīng)由聯(lián)接布置連接到第一軸。此外，燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸可經(jīng)由聯(lián)接布置連接到第一軸。第二軸還可經(jīng)由環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置連接到行星齒輪組的環(huán)形齒輪。此外，行星齒輪組的環(huán)形齒輪和太陽齒輪均被配置成選擇性地在可旋轉(zhuǎn)或不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行。

4、本文所描述的車輛動力系是基于補(bǔ)充有燃燒發(fā)動機(jī)的電動車輛動力系，所述燃燒發(fā)動機(jī)可在包括車輛動力系的車輛需要更長的行程時直接連接到驅(qū)動軸。車輛動力系允許在大多數(shù)可能的駕駛情況下進(jìn)行純電力驅(qū)動，同時使得能夠使用與具有相同行駛里程的電池電動車輛(bev)相比具有顯著更低容量的儲能裝置。與bev相比，這又尤其使得減少儲能裝置的增加重量且降低成本。這也改善了可持續(xù)性影響。

5、燃燒發(fā)動機(jī)可直接連接到驅(qū)動軸的事實(shí)使得能夠在基本上恒定的負(fù)載下且在有限的速度范圍內(nèi)(例如約80km/h到90km/h)使燃燒發(fā)動機(jī)運(yùn)行，并且使用電機(jī)來循環(huán)所有瞬態(tài)功率需求。因此，可以避免可能難以以其它方式加以限制的瞬態(tài)排放，并且同時對燃燒發(fā)動機(jī)進(jìn)行次優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)高能量效率。

6、因此，車輛動力系的配置允許控制，使得：(i)在較高行駛速度下的較高功率需求下，燃燒發(fā)動機(jī)連續(xù)工作且電機(jī)根據(jù)需要提供額外的功率；(ii)在較高行駛速度下的較低功率需求下，燃燒發(fā)動機(jī)連續(xù)工作且電機(jī)再生過量的功率；以及(iii)在較低或中等行駛速度下，電機(jī)用作唯一的推進(jìn)源。

7、此外，車輛動力系使得車輛的運(yùn)行對充電基礎(chǔ)設(shè)施的依賴性降低，因?yàn)樗鲕囕v動力系允許在車輛行駛和靜止時為車輛的儲能裝置充電，車輛靜止時不需要車輛存在于充電站。更具體地，當(dāng)車輛靜止時，所述車輛動力系允許使用燃燒發(fā)動機(jī)對儲能裝置進(jìn)行充電，所述燃燒發(fā)動機(jī)可以以與快速充電器類似的功率執(zhí)行。此外，車輛行駛時的充電可以通過再生制動來執(zhí)行，但也可以通過將推進(jìn)扭矩傳遞到驅(qū)動輪來執(zhí)行，且因此也可以在車輛加速期間執(zhí)行。

8、第二軸可為中空軸，并且第一軸可被布置成延伸穿過中空第二軸。因此，考慮到需要更少的齒輪和軸，使得車輛動力系的配置更加緊湊。

9、車輛動力系還可包括第一鎖定裝置，其被配置成選擇性地將行星齒輪組的環(huán)形齒輪鎖定在不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下。這使得環(huán)形齒輪能夠在不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下可靠地運(yùn)行，并且使得環(huán)形齒輪能夠在可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行，這取決于車輛動力系的所要運(yùn)行狀態(tài)。

10、車輛動力系還可包括第二鎖定裝置，其被配置成選擇性地將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸鎖定在不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下。在此類情況下，行星齒輪組的太陽齒輪可被配置成當(dāng)燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸被鎖定在不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下時，通過燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸經(jīng)由聯(lián)接布置連接到第一軸而被鎖定在不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下。因此，不需要布置任何被配置成在行星齒輪組處或附近將太陽齒輪鎖定在不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的鎖定裝置，所述行星齒輪組通常難以容納此類裝置。

11、行星齒輪組的輸出軸可經(jīng)由差速器連接到車輛動力系的驅(qū)動軸。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是使得車輛動力系的配置更加緊湊。

12、替代地，行星齒輪組的輸出軸可連接到多齒輪傳動單元，所述多齒輪傳動裝置經(jīng)由差速器連接到車輛動力系的驅(qū)動軸。由此，啟用另外的齒輪比。

13、本公開還提供一種由控制布置執(zhí)行的用于控制上文所描述的車輛動力系的方法。所述方法包括，響應(yīng)于在需要以第三齒輪比將推進(jìn)扭矩傳遞到驅(qū)動軸時對儲能裝置(其被配置成為電機(jī)供電)進(jìn)行充電的命令，以下步驟：

14、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

15、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

16、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

17、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸和第二軸連接到第一軸；

18、-將電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；以及

19、-使燃燒發(fā)動機(jī)運(yùn)行以提供推進(jìn)扭矩。

20、本文所描述的方法允許在包括車輛動力系的車輛正以提供到驅(qū)動輪的推進(jìn)扭矩行駛時對儲能裝置進(jìn)行有效充電。換句話說，可以在不需要車輛的再生制動的情況下(這將導(dǎo)致行駛速度降低)實(shí)現(xiàn)儲能裝置的充電。此外，儲能裝置的充電不依賴于單獨(dú)的發(fā)電機(jī)的存在，這與也可用作推進(jìn)單元的電機(jī)不同。

21、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于對被配置成在不需要將推進(jìn)扭矩傳遞到驅(qū)動軸時為電機(jī)供電的儲能裝置進(jìn)行充電的命令，以下步驟：

22、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

23、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

24、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未打開，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到打開狀態(tài)；

25、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸和第二軸連接到第一軸；

26、-使燃燒發(fā)動機(jī)運(yùn)行以提供正輸出扭矩，以及

27、-將電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

28、由此，儲能裝置可以在包括車輛動力系的車輛靜止時進(jìn)行充電，而不需要在充電站處充電。這還允許在車輛行駛時對儲能裝置進(jìn)行充電，而不需要例如在滑行期間將推進(jìn)扭矩傳遞到驅(qū)動軸，而不必依賴于可能導(dǎo)致行駛速度降低的再生制動。

29、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于以第一齒輪比進(jìn)行純電力驅(qū)動的命令，以下步驟：

30、-如果環(huán)形齒輪尚未處于不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

31、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

32、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未打開，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到打開狀態(tài)；

33、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將第二軸與第一軸連接；以及

34、-將電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行。

35、由此，在不必使用燃燒發(fā)動機(jī)的情況下實(shí)現(xiàn)傳遞到驅(qū)動軸(并且由此也實(shí)現(xiàn)傳遞到驅(qū)動輪)的最高可能扭矩，并且因此尤其允許在較低行駛速度下或在將包括車輛動力系的車輛從靜止設(shè)置為行駛時進(jìn)行環(huán)保且節(jié)能的駕駛。

36、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于以第二齒輪比進(jìn)行純電力驅(qū)動的命令，以下步驟：

37、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

38、-如果太陽齒輪尚未處于不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

39、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

40、-如果尚未斷開連接，則控制聯(lián)接布置，以便將第二軸與第一軸斷開連接；以及

41、-將電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行。

42、這尤其允許在相對較低的行駛速度下，例如在城市駕駛期間等，進(jìn)行環(huán)保且節(jié)能的駕駛，而不必使用將增加排放的燃燒發(fā)動機(jī)。

43、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于以第三齒輪比進(jìn)行純電力驅(qū)動的命令，以下步驟：

44、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

45、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

46、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

47、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將第二軸與第一軸連接；以及

48、-將電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行。

49、由此，當(dāng)電機(jī)可提供足夠的推進(jìn)扭矩以維持車輛的所要行駛速度時，可以在相對較高的行駛速度下實(shí)現(xiàn)包括車輛動力系的車輛的環(huán)保且節(jié)能的駕駛。

50、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于以第一齒輪比進(jìn)行混合驅(qū)動的命令，以下步驟：

51、-如果環(huán)形齒輪尚未處于不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

52、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

53、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未打開，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到打開狀態(tài)；

54、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸和第二軸連接到第一軸；

55、-將電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行；以及

56、-使燃燒發(fā)動機(jī)運(yùn)行以提供推進(jìn)扭矩。

57、這尤其允許在陡峭的上坡中和/或在重載的情況下或在此類條件下以較低行駛速度行駛時將包括車輛動力系的車輛設(shè)置為行駛。在此類情況下，使用燃燒發(fā)動機(jī)來支持電機(jī)避免了必須在車輛動力系中并入更強(qiáng)大(并且因此更昂貴)的電機(jī)的需要，這對于車輛的最常見的運(yùn)行條件來說可能過大。

58、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于以第三齒輪比進(jìn)行混合驅(qū)動的命令，以下步驟：

59、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

60、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

61、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

62、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸和第二軸連接到第一軸；

63、-將電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行；以及

64、-使燃燒發(fā)動機(jī)運(yùn)行以提供推進(jìn)扭矩。

65、由此，可以實(shí)現(xiàn)包括車輛動力系的車輛在最高行駛速度下或在陡峭的上坡和/或高負(fù)載中的高速下的節(jié)能駕駛，因?yàn)槿紵l(fā)動機(jī)可以在其最節(jié)能的運(yùn)行窗口內(nèi)運(yùn)行，這也產(chǎn)生低排放，同時電機(jī)用于支持燃燒發(fā)動機(jī)。這還使得能夠使用較小大小的儲能裝置，從而降低成本并減少車輛的增加重量。

66、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于以可變齒輪比進(jìn)行發(fā)動機(jī)驅(qū)動的命令，以下步驟：

67、-如果環(huán)形齒輪尚未處于不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述不可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

68、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

69、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

70、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸連接到第一軸，并且如果尚未斷開連接，則將第二軸與第一軸斷開連接；

71、-使燃燒發(fā)動機(jī)運(yùn)行以提供推進(jìn)扭矩；以及

72、-將電機(jī)可變地作為電動機(jī)或發(fā)電機(jī)且以不同速度運(yùn)行以實(shí)現(xiàn)所要齒輪比。

73、由此，可以通過控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)可變齒輪比，以便影響由行星齒輪組實(shí)現(xiàn)的齒輪比。這可例如在以極低行駛速度操縱包括車輛動力系的車輛時使用。

74、所述方法可進(jìn)一步包括，響應(yīng)于對車輛動力系進(jìn)行再生制動的命令，以下步驟：

75、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

76、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

77、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

78、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將第二軸和任選的燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸連接到第一軸；以及

79、-將電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行；

80、所述方法任選地還包括當(dāng)燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸連接到第一軸時，控制燃燒發(fā)動機(jī)以輸出制動扭矩。

81、這尤其能夠在包括車輛動力系的車輛要被制動以便降低或至少維持(在下坡行駛的情況下)其行駛速度的情況下對儲能裝置進(jìn)行有效充電。

82、本公開還涉及一種包括指令的計算機(jī)程序，所述指令在由計算機(jī)執(zhí)行時使所述計算機(jī)執(zhí)行上文所描述的方法。

83、本公開還涉及一種包括指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，所述指令在由計算機(jī)執(zhí)行時使所述計算機(jī)執(zhí)行上文所描述的方法。

84、此外，本公開提供一種控制布置，其被配置成控制上文所描述的車輛動力系。所述控制布置被配置成響應(yīng)于在需要以第三齒輪比將推進(jìn)扭矩傳遞到驅(qū)動軸時對儲能裝置進(jìn)行充電的命令，所述儲能裝置被配置成為電機(jī)供電：

85、-如果環(huán)形齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述環(huán)形齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

86、-如果太陽齒輪尚未處于可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，則將所述太陽齒輪控制到所述可旋轉(zhuǎn)狀態(tài)；

87、-如果環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置尚未閉合，則將所述環(huán)形齒輪聯(lián)接裝置控制到閉合狀態(tài)；

88、-如果尚未連接，則控制聯(lián)接布置，以便將燃燒發(fā)動機(jī)的輸出軸和第二軸連接到第一軸；以及

89、-將電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

90、控制布置提供與上文關(guān)于用于控制本文所描述的車輛動力系的對應(yīng)方法所描述的相同的優(yōu)點(diǎn)。

91、本公開還涉及一種車輛，其包括上述車輛動力系和被配置成為車輛動力系的電機(jī)供電的儲能裝置。所述車輛還可包括上文所描述的控制布置。車輛可為陸上重型車輛，例如公共汽車或卡車，但不限于此。根據(jù)一個實(shí)施例，車輛可為長途運(yùn)輸卡車。

92、此外，車輛可為被配置成由駕駛員部分地或全部地操作的車輛。此類駕駛員可以存在于車輛上或遠(yuǎn)程控制車輛。替代地，車輛可為全自主車輛。