专利名称：一种复合式动力驱动装置与控制方法
技术领域：
本发明涉及一种复合式动力驱动装置与控制方法，尤指一种利用不同性质的动力源以复合的方式相互配合，进行驱动；且因着利用复合的方式结合动力源，故在不需要共同配合驱动时，可单独使用复数种动力源的其中一种，以免浪费能源。
根据调查，目前地球上的环境污染，主要是源于人类在交通上所利用的燃料，因着交通器的移动而走到哪里，便污染到哪里，故其污染直接且分布的范围广达地球各个角落。以航空器而言，在飞航的空中喷洒燃废料并进而进入陆地与海上，这种立体式的污染急速地使大自然环境的恶化。以海上航行的船只而言，其燃废料直接排入水中，大量影响了海洋中的生物。所以，因着以上所述的这些因素，一种替代能源或如何将目前所使用的燃料以最少的使用量而仍能达到现今既有的效率与目的，将是值得我们加以探讨的。于是，环保意识在近二十年来逐渐建立，科学家、生物学家等不断地研究如何在不改变人类进步的速度而且也兼顾到环保的范围下，可以继续使人类的文明推向更高峰。因此，以工业技术而论，有电动汽车的研发、太阳能的利用、无烟煤的研制等，皆证明了人类实际上早已致力于整个环保与进化包融兼并的实质工作。
在现有技术中，显而易见的是尽皆使用单一的动力源，如柴油引擎、汽油引擎、太阳能动力系统、电力驱动系统等，上述这些动力源中，有些动力效果佳、耐久性优，但却有环保问题；有些具备环保观念，却无法达到该有的动力效果。另一方面，以电动汽车与太阳能汽车为例，虽然想将传统的燃油引擎的燃料屏除在外，但实际上这些新式动力源在动能的效率上发挥有限，故想要完全利用单一的动力源是不可行的。于是，在经过努力的研发后，一种新的动力源互相配合的观念与技术于焉成形，不但可达到该有的动力效果佳、耐久性优，也具备环保观念。这种全新的观念与作法是本发明在此探讨的一大重点。
本发明的第二目的是达到环保的目的。承接上述的例子，若是仅使用电力驱动，或燃油引擎仅在低污染状态作动时，则不会有大量的废气排入大气中，污染到我们的环境。因此，若大部分的交通工具皆可采用本发明，其减少损害环境的程度以一年计算，环境保护的功能将会发生许多作用。
详述的，本复合式引擎及电力动力的系统主要藉由引擎动力及电动马达动力的动力耦合控制达到节省能源与环保的目的，其主要的内容有引擎停止无惰速运转、车辆煞车减速的动能回收、减少引擎瞬时及低转速低负荷区运转、结合纯电动驱动行驶与最大加速及动力辅助功能。因此，本发明为着结合电力与燃料两种动能来源，实在地达到了节省能源与环保的目的。
根据本发明的一个方面，一种复合式动力驱动装置，利用复数种动力源，以复合的结合方式呈现各动力源相互合作进行驱动的动作，该复合式动力驱动装置包括至少一系统控制装置，用于控制该复合式动力驱动装置的各组件相互协调的动作；至少一电力驱动装置，是复合式动力驱动装置的第一种驱动源，以电子方式驱动；至少一燃油驱动装置，是复合式动力驱动装置的第二种驱动源，以一般燃油为燃料的方式进行驱动；至少一自动控制离合装置，是控制着该燃油驱动装置与该电力驱动装置进行离合的动作，居于燃油驱动装置与电力驱动装置之间，以将二装置进行分离与结合。
根据本发明的另一个方面，一种复合式动力驱动控制方法，是利用复数种动力源，以复合的结合方式呈现各动力源相互合作进行驱动的动作，包括以下步骤(1)复数个讯息接收发射装置接收与该复数个讯息接收发射装置有关的复数个讯息；(2)该复数个讯息被传递与记录至与复数个讯息相关的复数个控制装置；(3)复数个控制装置将各讯息传递至一系统控制装置；(4)该系统控制装置读取并控制各讯息；(5)系统控制装置将各读取并控制后的讯息产生为指令，并传递至各相关的控制装置；(6)各控制装置将传递而至的指令与步骤(2)中的讯息进行比对，若二者比对后不同，则并前往步骤(7)，若二者比对后相同，则并前往步骤(8)；(7)调整该指令，令指令与讯息相同，并前往步骤(1)；(8)各指令会被传递至各讯息接收发射装置；(9)各指令会被各讯息接收发射装置送出，并由各相关装置执行。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图2是本发明的方法流程图。
图3是本发明的方法以相关硬件架构示意图。
图4是本发明的系统控制装置内部控制功能示意图。
图5至
图19是本发明的复数个实施例。
附图标号说明30校对工具；31至33诊断工具；34至37串行通讯接口；50控制局域网络总线；80讯息资料的攫取；81讯息资料的通讯；82系统控制的演绎；821复数种动力源结合模式的选择；822复数种动力源操作状况的判断；83复数个仪表讯息的记录；84讯息资料的判断；100系统控制装置；200电力驱动装置；210马达控制单元；300自动控制离合装置；310自动控制离合器；320连续式变速装置；400燃油驱动装置；410引擎控制单元；500整合式动力辅助装置；510激活发电机；520多阶段电源转换单元；530电池控制单元；540皮带；600差速器；700轮子。
参见图1，是本发明的系统架构示意图。在图中，复数个轮子700、差速器600是示意一汽车与本发明的相对位置，且该轮子700可以是前轮或后轮，因为本发明适用于前轮驱动或后轮驱动。本发明的复合式动力驱动装置，是利用复数种动力源，以复合的结合方式呈现各动力源相互合作进行驱动的动作，该复数种动力源可以是下列复数种动力组合而成电力、燃油、太阳能等；然本发明是结合电力与燃油动力，以达成复合式的动力，且该二动力源是以复合的方式结合，因此在其中的一动力源不需作动时，可仅使用单一的动力源。本发明包括至少一系统控制装置100，以控制本发明的各组件相互协调的动作；至少一电力驱动装置200，是本发明的第一种驱动源，以电力方式驱动，该电力驱动装置200一般是动力马达，且包括一马达控制单元210，以充当一中间部件令该系统控制装置100可以控制电力驱动装置200；至少一燃油驱动装置400，是本发明的第二种驱动源，以一般燃油为燃料的方式进行驱动，该一般燃油可以是下列任一种汽油、柴油等，且该燃油驱动装置400可以是引擎，而燃油驱动装置400包括一引擎控制单元410，以利系统控制装置100可以控制燃油驱动装置400；至少一自动控制离合装置300，控制该燃油驱动装置400与该电力驱动装置200进行离合的动作，即居于燃油驱动装置400与电力驱动装置200之间，以将二装置进行分离与结合，该自动控制离合装置300包括一自动控制离合器310(Auto-control Clutch)与一连续式变速装置320(ContinuouslyVariable Transmission)，该自动控制离合器310将该燃油驱动装置400与该电力驱动装置200的动力进行结构上的离合，以达成并联驱动，该连续式变速装置320与电力驱动装置200为一常动结合机构，该燃油驱动装置400与该自动控制离合装置300的自动控制离合器310为常离机构，需由自动控制离合装置300作动结合，即当车子动力需要加强时，随即可与燃油驱动装置400并联，以加强动力，反之亦然，且具有快速激活的特色；至少一整合式动力辅助装置500，连接于燃油驱动装置400，与该自动控制离合装置300隔着燃油驱动装置400成一串接状态，该整合式动力辅助装置500还包括一激活发电机510、一多阶段电源转换单元520与一电池控制单元530，如前所述，当动力不足而需要燃油驱动装置400加入提供动力时，该整合式动力辅助装置500可经由激活发电机510快速激活燃油驱动装置400，待燃油驱动装置400运转后，整合式动力辅助装置500即经由多阶段电源转换单元520转换为一发电机的功能，以调节燃油驱动装置400的运转负荷，且当动力驱动装置需要有较大动力输出时，整合式动力辅助装置500又立即经由多阶段电源转换单元520转换为一动力辅助的角色，另一方面，整合式动力辅助装置500是通过该电池控制单元530在激活燃油驱动装置400时，提供电源，又在燃油驱动装置400运转正常时，与多阶段电源转换单元520合作，将多余的电力回充至电池中(图中未示)。
参见图2所示，其是本发明的方法流程图。本发明的一种复合式动力驱动控制方法，是利用复数种动力源，以复合的结合方式呈现各动力源相互合作进行驱动一汽车的动作，其中，该复数种动力源如上所述可以是电力、燃油、太阳能等复数种动力组合而成，其方法步骤包括(1)、复数个讯息接收发射装置20、21、22、23(请参考图3)接收与该复数个讯息接收发射装置20、21、22、23有关的复数个讯息，这些讯息是包括该汽车所身处的外在条件，如路面的平整度、倾斜度、载重量等；(2)、该复数个讯息被传递并记录至与复数个讯息相关的复数个控制装置，且该复数个控制装置并记录与其各相关的讯息，其中，复数个控制装置是指一引擎控制单元410(Engine Control Unit)控制一燃油驱动装置400、一多阶段电源转换单元520(Multi-stage Power Unit)控制一整合式动力辅助装置500、一马达控制单元210(Motor Control Unit)控制一电力驱动装置200、与一电池控制单元530(Battery Control Unit)控制一整合式动力辅助装置500；(3)、复数个控制装置将各讯息传递至一系统控制装置100，是由其内部控制软件进行下列复数种功能(请参考图4)，即讯息资料的攫取80、讯息资料的通讯81、系统控制的演绎82、复数个仪表讯息的纪录83、讯息资料的判断84，其中，系统控制的演绎82是依据车子外在条件的所需，进行复数种动力源结合模式的选择821与复数种动力源操作状况的判断822；(4)、该系统控制装置100读取并控制各讯息；(5)、系统控制装置100将各读取并控制后的讯息产生为指令，并传递至各相关的控制装置；(6)、各控制装置将传递而至的指令与步骤(2)中的讯息进行比对，若二者比对后不同，则并前往步骤(7)，若二者比对后相同，则并前往步骤(8)；(7)、调整该指令，令指令与讯息相同，并前往步骤(1)；(8)、各指令会被传递至各讯息接收发射装置20、21、22、23；(9)、各指令会被各讯息接收发射装置20、21、22、23送出，并由各相关装置执行，其中该各相关装置是指一电力驱动装置200、一燃油驱动装置400与一整合式动力辅助装置500，而该电力驱动装置200是一动力马达、该燃油驱动装置400是一引擎、该整合式动力辅助装置500更包括激活发电机510、多阶段电源转换单元520与电池控制单元530，该电力驱动装置200与该燃油驱动装置400是经由一自动控制离合器310将二者的动力进行结构上的离合，以达成并联驱动，因此，经由各相关装置的作动，即可达到本发明的复合式动力驱动装置的目的。
请参阅图3所示，其是本发明的方法以相关硬件架构示意图。自该图式的底部开始说明，即每一个讯息会由相关的讯息接收发送装置先行接收，如复数个讯息接收发送装置20至23。接收后的讯息会经由一控制局域网络总线50传递至相关的控制装置，如引擎控制单元410、多阶段电源转换单元520、马达控制单元210与电池控制单元530，上述的控制单元同时将传递而来的讯息记录下来。然后，各讯息再经由该控制局域网络总线50分别传递至系统控制装置100。系统控制装置100会读取并控制这些讯息，最后转化为指令。这些指令再经由控制局域网络总线50回传递至引擎控制单元410、多阶段电源转换单元520、马达控制单元210与电池控制单元530，这些控制单元会将指令分别经由串行通讯接口34至37与校对工具30、诊断工具31至33中的早先所记录的讯息作一比对。若比对相同，则各指令会再传递至各讯息接收发送装置20至23，最后这些指令由此被送出，以执行经过系统控制装置100会诊后的协调动作。若比对不同，则必须调整该指令，令指令与讯息相同，并重新回到相关的讯息接收发送装置，以发送出该指令进行动作。
请参阅图4所示，其是本发明的系统控制装置内部控制功能示意图。该图中的复数个功能方块80至84分别显示不同的功能。功能方块80是系统控制装置100可进行经由控制局域网络总线50传递而来的讯息资料的攫取。功能方块81是系统控制装置100可进行讯息资料的通讯。功能方块82是系统控制装置100可进行系统控制的演绎，而该演绎的动作包括功能方块821中的复数种动力源结合模式的选择与功能方块822中的复数种动力源操作状况的判断。功能方块83是系统控制装置100可进行的复数个仪表讯息的记录。功能方块84是系统控制装置100可进行的讯息资料的判断。经由上述各功能的执行，再经过图3中所示的各控制单元与相关的硬件配合，即可达成一完整的软硬件相互配合的作动。
图5至图16是本发明的复数个实施例。图5是纯为电力驱动装置200进行驱动，此时燃油驱动装置400并未与自动控制离合装置300连接，且电力驱动装置200的转速范围为0至6000rpm，图中箭头所示是由电力驱动装置200进行驱动的意。图6是在起步与低速加速的状况下，由电力驱动装置200驱动，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是由电力驱动装置200进行驱动的意。图7是在中低速、一般负荷的情况下，由电力驱动装置200与燃油驱动装置400透过自动控制离合装置300并联驱动，同时藉由整合式动力辅助装置500的发电，进而调节燃油驱动装400在高效率区的运转负荷，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是由电力驱动装置200与燃油驱动装置400进行驱动的意。图8是在高速、一般负荷的情况下，由燃油驱动装置400驱动，同时藉由整合式动力辅助装置500的发电，进而调节燃油驱动装置400在高效率区的运转负荷，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是由燃油驱动装置400进行驱动的意。图9是在高速、高负荷的情况下，由燃油驱动装置400驱动，同时藉由整合式动力辅助装置500的运转达到动力辅助的功效，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是由燃油驱动装置400进行驱动与整合式动力辅助装置500的动力辅助之意。图10是在中速、高负荷的情况下，由燃油驱动装置400加上电力驱动装置200并联驱动，同时藉由整合式动力辅助装置500的运转达到最大马力的输出，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是由燃油驱动装置400加上电力驱动装置200进行驱动与整合式动力辅助装置500的动力辅助的意。图11是在整合式动力辅助装置500的一电池(图中未示)产生相对低电量的情况下，当电力驱动装置200在煞车时，可在第一时间将动能转换为电能，回充至该电池内，图中箭头所示是指电力驱动装置200在因煞车而被迫进行反向的驱动。图12是在整合式动力辅助装置500的一电池(图中未示)产生相对低电量的情况下，当电力驱动装置200在煞车时，可将动能转换为电能，回充至该电池内，并结合燃油驱动装置400的引擎煞车，以得到最大煞车辅助，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是指电力驱动装置200与燃油驱动装置400在进行反向的驱动及能量的回充至该电池内。图13是指电池的高电量是经由燃油驱动装置400的引擎煞车回充能量所致，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是指引擎煞车的能量回充至电池内。图14是指电力驱动装置200主动进行反向驱动，并致车子倒退，其转速范围为0至4500rpm，图中箭头所示是指电力驱动装置200的反向驱动与车子的倒退。图15是指电池没电的情况下，燃油驱动装置400可接一外部电源150，以激活燃油驱动装置400，并进而进行高惰速运转发电。图16是指在起步爬坡的情况下，由电力驱动装置200结合燃油驱动装置400、整合式动力辅助装置500，转为动力并产生最大爬坡力，其转速范围为0至6000rpm，图中箭头所示是指电力驱动装置200燃油驱动装置400、整合式动力辅助装置500的动力结合。
本发明的系统机构可依不同匹配空间需求延伸为如下所述1、将电力驱动装置200及自动控制离合装置300的自动控制离合器310移至连续式变速装置320的后轴，但马达必须具有较大扭力及运转区域的设计，请参考图17所示。
2、将自动控制离合装置300的自动控制离合器310移至连续式变速装置320的后轴，电力驱动装置200移至轮子700的轮毂中，但马达必须有较大扭力及运转区域的设计，请参考图18所示。
3、若有匹配空间限制，可将整合式动力辅助装置500的激活发电机510移开，而以一皮带540传动，请参考图19所示。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能用来限制本发明范围。凡依本发明权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，故都应视为本发明的进一步实施状况。
权利要求
1.一种复合式动力驱动装置，利用复数种动力源，以复合的结合方式呈现各动力源相互合作进行驱动的动作，该复合式动力驱动装置包括至少一系统控制装置，用于控制该复合式动力驱动装置的各组件相互协调的动作；至少一电力驱动装置，是复合式动力驱动装置的第一种驱动源，以电子方式驱动；至少一燃油驱动装置，是复合式动力驱动装置的第二种驱动源，以一般燃油为燃料的方式进行驱动；至少一自动控制离合装置，是控制着该燃油驱动装置与该电力驱动装置进行离合的动作，居于燃油驱动装置与电力驱动装置之间，以将二装置进行分离与结合。
2.如权利要求1所述的一种复合式动力驱动装置，其特征在于，该燃油驱动装置连接一整合式动力辅助装置，与该自动控制离合装置隔着燃油驱动装置成一串接状态，该整合式动力辅助装置快速激活燃油驱动装置，待燃油驱动装置运转后，整合式动力辅助装置即转换为一发电机的功能，以调节燃油驱动装置的运转负荷，且当复合式动力驱动装置需要有较大动力输出时，整合式动力辅助装置又立即转换为一动力辅助的角色。
3.如权利要求1或2所述的一种复合式动力驱动装置，其中，该复合式动力驱动装置是指电力驱动装置经由自动控制离合装置与燃油驱动装置、整合式动力辅助装置进行并联。
4.如权利要求1所述的一种复合式动力驱动装置，其中，该复数种动力源可以是下列复数种动力组合而成电力、燃油、太阳能等。
5.如权利要求1所述的一种复合式动力驱动装置，其中，该燃油驱动装置为一引擎，是与该自动控制离合装置常离的机构，需要由自动控制离合装置操作结合。
6.如权利要求1所述的一种复合式动力驱动装置，其中，该自动控制离合装置包括一自动控制离合器(Auto-control Clutch)与一连续式变速装置(Continuously Variable Transmission)，该自动控制离合器将该燃油驱动装置与该电力驱动装置的动力进行结构上的离合，以达成并联驱动，该连续式变速装置与电力驱动装置为一常动结合机构。
7.如权利要求2或3所述的一种复合式动力驱动装置，其中，该整合式动力辅助装置还包括一激活发电机与一多阶段电源转换单元。
8.一种复合式动力驱动控制方法，是利用复数种动力源，以复合的结合方式呈现各动力源相互合作进行驱动的动作，包括以下步骤(1)复数个讯息接收发射装置接收与该复数个讯息接收发射装置有关的复数个讯息；(2)该复数个讯息被传递与记录至与复数个讯息相关的复数个控制装置；(3)复数个控制装置将各讯息传递至一系统控制装置；(4)该系统控制装置读取并控制各讯息；(5)系统控制装置将各读取并控制后的讯息产生为指令，并传递至各相关的控制装置；(6)各控制装置将传递而至的指令与步骤(2)中的讯息进行比对，若二者比对后不同，则并前往步骤(7)，若二者比对后相同，则并前往步骤(8)；(7)调整该指令，令指令与讯息相同，并前往步骤(1)；(8)各指令会被传递至各讯息接收发射装置；(9)各指令会被各讯息接收发射装置送出，并由各相关装置执行。
9.如权利要求8所述的一种复合式动力驱动控制方法，其中，该复数种动力源可以是下列复数种动力组合而成电力、燃油、太阳能等。
10.权利要求8所述的一种复合式动力驱动控制方法，其中，该步骤(2)的复数个控制装置是指一引擎控制单元(Engine Control Unit)控制一燃油驱动装置、一多阶段电源转换单元(Multi-stage Power Unit)控制一整合式动力辅助装置、一马达控制单元(Motor Control Unit)控制一电力驱动装置、与一电池控制单元(Battery Control Unit)控制一整合式动力辅助装置。
11.如权利要求8所述的一种复合式动力驱动控制方法，其中，该步骤(3)的系统控制装置是由其内部控制软件进行下列复数种操作(1)讯息资料的攫取；(2)讯息资料的通讯；(3)系统控制的演绎；(4)复数个仪表讯息的纪录；(5)讯息资料的判断。
12.如权利要求11所述的一种复合式动力驱动控制方法，其中，第(3)项系统控制的演绎进行下列复数种操作(1)复数种动力源结合模式的选择；(2)复数种动力源操作状况的判断。
13.如权利要求8所述的一种复合式动力驱动控制方法，其中，该步骤(9)的相关装置是指一电力驱动装置、一燃油驱动装置与一整合式动力辅助装置，整合式动力辅助装置，更包含一激活发电机与一多阶段电源转换单元。
14.如权利要求13所述的一种复合式动力驱动控制方法，其中，该电力驱动装置与该燃油驱动装置是经由一自动控制离合器将二者的动力进行结构上的离合，以达成并联驱动。
全文摘要
本发明是关于一种复合式动力驱动装置与控制方法，利用不同性质的动力源以并联的方式相互配合，进行驱动；因为利用并联的方式结合动力源，故在不需要共同配合驱动时，可单独使用复数种动力源的其中一种，以免浪费能源。其装置是包括至少一系统控制装置；至少一电力驱动装置；至少一燃油驱动装置；至少一自动控制离合装置；至少一整合式动力辅助装置。
文档编号B60K6/00GK1396072SQ02122619
公开日2003年2月12日 申请日期2002年6月18日 优先权日2002年6月18日
发明者苏评挥, 吴建宗, 徐启堂, 吕俊贤, 谢凯清, 罗志忠, 魏增德, 古焕隆 申请人:财团法人工业技术研究院