ES2294422T3 - Metodo de funcionamiento de un sistema de traccion para vehiculo hibrido. - Google Patents

Metodo de funcionamiento de un sistema de traccion para vehiculo hibrido. Download PDF

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Abstract

Un método de funcionamiento de un sistema de tracción de vehículo híbrido, en el que un motor de combustión interna (1), un primer generador/motor eléctrico (8) y un segundo generador/motor eléctrico (12) se combinan para proporcionar una fuente motriz para un vehículo híbrido, donde un eje de salida (2) del motor de combustión interna (1) y el primer motor/generador eléctrico (8) están conectados a través de un mecanismo de distribución de potencia (3) a un palier (11), el palier (11) está conectado mediante una parte de conexión (16) al segundo motor eléctrico (12), y hay una transmisión (100; 101; 102) provista en, al menos, uno entre el palier (11) y la parte de conexión (16) del segundo motor eléctrico (12) con el palier (11), el método comprendiendo las etapas de: cambiar la relación entre un primer par motor producido en los ejes del vehículo mediante el motor de combustión interna (1), y un segundo par motor producido en los ejes del vehículo mediante el segundo motor eléctrico (12), en cada posición de engranaje de la transmisión (100; 101; 102), desde una primera relación en la que tanto el motor de combustión interna como el segundo motor eléctrico funcionan normalmente, a una segunda relación en la que uno entre el motor de combustión interna y el segundo motor eléctrico, está averiado.

Description

Método de funcionamiento de un sistema de tracción para vehículo híbrido.
Antecedentes de la invención 1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de tracción para vehículos híbridos, que impulsa las ruedas mediante el uso de una combinación de un motor de combustión interna y motores eléctricos. El documento DE - A - 100 43 724 revela uno de tales sistemas.
2. Descripción del arte relacionado
Puesto que la conservación del aire medioambiental y el ahorro de fuentes de combustible son cada vez más importantes, los vehículos híbridos, cuyas ruedas están impulsadas por una combinación de un motor de combustión interna y un motor eléctrico (o varios) han acaparado mucha atención en el campo de la automoción. En los vehículos híbridos, las ruedas son impulsadas de diversas formas por medio de un motor de combustión interna y uno o varios motores eléctricos dispuestos de diversas formas, con el propósito de conseguir una amplia variedad de combinaciones de velocidad de rotación y de par motor. Usualmente, los vehículos de motor han sido impulsados utilizando solo motores de combustión interna. Sin embargo, el desarrollo de vehículos híbridos en el campo de la automoción dio comienzo reemplazando una parte de un sistema de tracción que convencionalmente utiliza solo un motor de combustión interna, con un sistema de tracción eléctrico que incluye, por ejemplo, uno o varios motores eléctricos.
Con estos antecedentes, actualmente se asume que los vehículos híbridos son capaces de funcionar solo con el uso de un motor de combustión interna. La Publicación de Patente Japonesa Pendiente para Examen Número 11 - 198 669, revela un ejemplo de sistema de tracción para vehículo híbrido. En este sistema de tracción para vehículo híbrido, hay un primer generador/motor eléctrico conectado en serie con un cigüeñal de un motor de combustión interna, y hay un eje de potencia dispuesto para ser impulsado por uno, o ambos, de entre el motor de combustión interna y primer generador/motor eléctrico que sirve como motor. El eje de potencia y el eje de salida de un segundo generador/motor eléctrico están conectados respectivamente a una corona de entrada y a un engranaje central de un mecanismo de engranaje planetario, conectando de ese modo ambos ejes entre sí. Un portador del mecanismo de engranaje planetario, que sirve como eje de salida, está conectado a una transmisión que, a su vez, está conectada a las ruedas de tracción. En un sistema de tracción de vehículo híbrido construido así, incluso cuando funciona solo el motor de combustión interna como motor impulsor, el sistema de tracción es capaz de proporcionar una amplia variedad de modos de funcionamiento o de marcha, requeridos por el vehículo para utilizar la función del cambio de la relación de velocidad de la transmisión, como es el caso con los vehículos convencionales que utilizan solo un motor de combustión interna. Esto puede considerarse como un típico ejemplo que refleja el origen de los vehículos híbridos que se ha descrito arriba.
Por otra parte, se ha propuesto otro sistema de tracción de vehículo híbrido que elimina la necesidad de proporcionar una transmisión, que convencionalmente estaba dispuesta entre un eje de salida de un motor de combustión interna y una transmisión. En este sistema de tracción de vehículo híbrido, se combina un motor de combustión interna y uno o varios motores eléctricos, para proporcionar una fuente motriz de un vehículo de motor, de tal forma que el motor sirve para absorber una diferencia entre la velocidad de rotación de un eje de salida de un motor de combustión interna, y los ejes del vehículo. La diferencia está provocada por la desviación de la relación entre la velocidad de rotación y el par motor obtenido realmente por el motor de combustión interna, a partir de la relación requerida para los ejes del vehículo. La figura 1 es una vista que muestra esquemáticamente una construcción de tal sistema de tracción de vehículo híbrido.
En la figura 1 hay un motor de combustión interna 1 montado en la carrocería de un vehículo (no mostrada), y que tiene un eje de salida (o un cigüeñal) 2. Un mecanismo de engranaje planetario 3 incluye un engranaje central 4, un engranaje anular 5, piñones planetarios 6 y un portador 7. El cigüeñal 2 está acoplado al portador 7. Un primer generador/motor eléctrico (MG1) 8 incluye una bobina 9 y un rotor 10. El rotor 10 está conectado al engranaje central 4 mientras que la bobina 9 está soportada sobre la carrocería del vehículo. Un extremo de un eje de transmisión 11 está conectado al engranaje anular 5. En el sistema de tracción así construido, el mecanismo de engranaje planetario 3 es operativo para distribuir la potencia recibida procedente del motor de combustión interna, al primer motor/generador 8 y al eje de de transmisión 11 como palier. Así, el mecanismo de engranaje planetario 3 sirve como mecanismo de distribución de potencia. Un segundo generador/motor eléctrico (MG2) 12 está conectado a una parte intermedia del eje de transmisión. El segundo motor/generador 12 incluye una bobina 13 y un rotor 14. La bobina 13 está soportada sobre el cuerpo del vehículo. El rotor 14 puede estar conectado al eje de transmisión 11 de cualquier modo. En el sistema de tracción que se muestra en la figura 1, por ejemplo, el rotor 14 está conectado al eje de transmisión 11 de tal forma que el engranaje 16 soportado por el rotor 14, y al que este hacer rotar, acopla con un engranaje 15 provisto en el eje de transmisión 11. El otro extremo del eje de transmisión 11 está conectado a un par de ejes del vehículo 18, a través de una unidad de engranaje diferencial 17. Las ruedas 19 están unidas a los respectivos ejes del vehículo 18.
En el sistema de tracción mostrado en la figura 1, el cigüeñal 2 rota como una unidad con el portador 7, y la velocidad de rotación de estos componentes 2, 7 se denota mediante "Nc". Análogamente, el motor/generador 8 rota como una unidad con el engranaje central 4, y la velocidad de rotación de estos componentes 8, 4 se denota mediante "Ns". El engranaje anular 5, el segundo generador/motor eléctrico 12 y las ruedas 19 rotan proporcionalmente entre sí, para eventualmente proporcionar la velocidad del vehículo. Las velocidades de rotación de estos componentes 5, 12, 19 difieren en función de la relación entre el número de dentados del engranaje 15 y el del engranaje 16, de la relación de reducción de velocidad de la unidad de engranaje diferencial 17 y del radio de los neumáticos. Sin embargo en la siguiente descripción, por conveniencia y simplicidad se adoptará la velocidad de rotación de engranaje anular 5, como una velocidad típica que representa las de los componentes 5, 12, 19, y se denotará como "Nr".
La figura 2 es un gráfico que muestra una relación entre la velocidad de rotación Nc del motor de combustión interna y las velocidades de rotación Ns, Nr de los dos motores eléctricos MG1, MG2, relación que se establece sobre la base del principio del mecanismo de engranaje planetario. En este gráfico, \rho representa la relación del número de dentados del engranaje central frente al del engranaje anular (\rho > 1). Puesto que Nc se determina mediante la velocidad de rotación del motor de combustión interna, y Nr se determina mediante la velocidad del vehículo, Ns se determina de acuerdo con la siguiente expresión (1) basada en la velocidad del motor y la velocidad del vehículo:
1
Junto a esto, el par motor en el portador, el engranaje central y el engranaje anular, se denotarán respectivamente como Tc, Ts y Tr. Estos valores de par motor están en equilibrio mutuo, mediante la siguiente relación:
2
Cuando cualquiera de estos tres elementos, a saber el portador, el engranaje central y el engranaje anular, generan o absorben par motor, se transfiere par motor entre los elementos hasta que se alcanza el equilibrio anterior.
En un vehículo híbrido que incluye el sistema de tracción construido como se describe arriba, las operaciones del motor de combustión interna, de MG1 y de MG2 están controladas por un sistema de control del funcionamiento del vehículo (no mostrado), basado en comandos operativos procedentes del operador del vehículo, y en el estado operativo o de marcha del vehículo. Más en concreto, el sistema de control del funcionamiento del vehículo incluye un microordenador, y está dispuesto para llevar a cabo el siguiente control. En primer lugar se calcula una velocidad objetivo del vehículo, y un par motor objetivo de tracción de las ruedas, en función de comandos operativos procedentes del operador del vehículo, y del estado operativo del vehículo detectado por diversos sensores. Al mismo tiempo se calcula la corriente de salida disponible en un sistema de almacenamiento de energía, o la cantidad de energía eléctrica necesaria para cargar el sistema de almacenamiento de energía, en función del estado de carga (SOC, state of charge) del sistema de almacenamiento de energía. Utilizando los resultados de estos cálculos, el sistema de control del funcionamiento del vehículo lleva a cabo otros cálculos para determinar un modo de funcionamiento apropiado para el motor de combustión interna, incluyendo la suspensión o detención de su funcionamiento, y un modo apropiado de funcionamiento-del-motor/generación-de-energía, de cada uno de los MG1 y MG2. Utilizando los resultados de estos cálculos, el sistema de control del funcionamiento del vehículo controla las operaciones del motor de combustión interna, del MG1 y del MG2.
En el sistema de tracción de vehículo híbrido, el eje de salida del motor de combustión interna está conectado al primer generador/motor eléctrico y al palier, a través del mecanismo de distribución de potencia, y el segundo generador/motor eléctrico está conectado al palier como se ha descrito arriba. Con esta disposición, tal como es evidente a partir de la figura 2, los cambios en la velocidad de rotación Nc del eje de salida del motor de combustión interna, en la velocidad de rotación Nr correspondiente la velocidad del vehículo, y en la relación entre las velocidades de rotación Nc, Nr, pueden ser absorbidos por la velocidad de rotación Ns del primer generador/motor eléctrico, y por lo tanto estos valores Nc, Nr pueden ser sensiblemente modificados. Así, el sistema de tracción de vehículo híbrido no necesita una transmisión. Más en concreto, la relación entre Nc y Nr puede modificarse de forma flexible, mediante ajustar o controlar el sistema de distribución de energía, y por lo tanto es posible, por ejemplo, hacer funcionar el motor (Nc > 0) incluso cuando el vehículo está parado (Nr = 0), detener el funcionamiento del motor (Nc = 0) mientras que el vehículo está en marcha hacia adelante (Nr >0), o conducir el vehículo (Nr <0) hacia atrás independientemente de si el motor está funcionando o está detenido (Nc \geq 0).
Puesto que la velocidad de rotación de MG2 depende de la velocidad del vehículo, y el estado de carga del sistema de almacenamiento de energía básicamente no tiene relación con la velocidad del vehículo, hay una gran limitación para manejar el MG2 como un generador de energía con el propósito de cargar el sistema de almacenamiento de energía. Por lo tanto, la carga del sistema de almacenamiento de energía se lleva a cabo solo mediante el MG1, mientras que la conducción eléctrica de las ruedas se lleva a cabo solo mediante el MG2. Por lo tanto, en el sistema de tracción de vehículo híbrido descrito arriba, que no incluye transmisión, el MG2 que sirve como un solo motor para impulsar las ruedas necesita ser de gran tamaño para asegurar un rendimiento satisfactorio de la tracción del vehículo, al objeto de generar un par motor grande para la tracción de las ruedas, como se requiere incluso en una región de baja velocidad del vehículo.
\newpage
La anterior descripción será más evidente a partir de la figura 3, que muestra un sistema de coordenadas que indica una relación entre un valor requerido de par motor, a ser producido en los ejes del vehículo (que será aludido como "par motor del eje del vehículo") y la velocidad del vehículo. La relación de la figura 3 se obtiene cuando se hace funcionar el motor de combustión interna del vehículo a alto rendimiento de combustible, sobre un amplio rango de velocidades del vehículo. En la figura 3, la línea A representa el rendimiento límite del vehículo, que representa una relación deseada entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, y la región plana denotada mediante B representa la característica de velocidad del vehículo frente al par motor del eje del vehículo, del motor de combustión interna funcionando a alto rendimiento de combustible. La región restante denotada mediante C, representa la característica de la velocidad del vehículo frente al par motor del eje del vehículo, a ser proporcionada solo mediante el MG2. Para conseguir esta característica de la figura 3, de velocidad del vehículo frente al par motor del eje del vehículo, se necesita que el MG2 tenga un tamaño lo suficientemente grande como para producir un gran par motor a baja velocidad de rotación.
A partir de la figura 3 se ve que la profundidad de la región C es considerablemente mayor que la de la región B. El desequilibrio entre la región C y la región B puede conducir a un desequilibrio en el tamaño entre las tres fuentes motrices, es decir el motor de combustión interna y los motores/generadores primero y segundo, en concreto a un desequilibrio de tamaño entre el motor y el segundo motor/generador. A la vista de este punto, puede desearse una mejora suplementaria sobre el sistema de tracción de vehículo híbrido sin transmisión, como el descrito arriba.
Resumen de la invención
La invención proporciona un sistema de tracción de vehículo híbrido, que incluye (a) un motor de combustión interna que tiene un eje de salida, (b) un primer generador/motor eléctrico conectado al eje de salida del motor de combustión interna, a través de un mecanismo de distribución, (c) un palier conectado al eje de salida del motor de combustión interna, a través del mecanismo de distribución de potencia, (d) un segundo generador/motor eléctrico conectado al palier, y (e) una transmisión localizada en al menos uno, entre el palier y una parte de conexión del segundo generador/motor eléctrico con el palier.
El motor/generador utilizado aquí funciona tanto de motor eléctrico como de generador. La presente invención se refiere a una característica motriz del vehículo, de corta duración, del sistema de tracción de vehículo híbrido, en la que el eje de salida del motor de combustión interna está conectado con el primer motor/generador y el palier, mediante el mecanismo de distribución de potencia, y el segundo motor/generador está conectado al palier. En otras palabras, la invención no se refiere a la característica motriz del vehículo de larga duración, en conexión con la relación entre el accionamiento del vehículo híbrido mediante el uso del motor, el accionamiento mediante el motor y la función de auto-carga del generador. Por lo tanto, los motores/generadores tanto primero como segundo pueden consistir simplemente en motores que proporcionen los efectos previstos de la invención. Sin embargo, en los sistemas motores de vehículo reales el segundo motor/generador tiene que funcionar como un motor eléctrico (si bien puede también funcionar como generador), y por lo tanto el primer motor/generador necesita tener una función de generación de potencia, para proporcionar un sistema de tracción del vehículo capaz de funcionar durante un largo período de tiempo. Sin embargo este requisito no tiene relación con el concepto técnico de la invención. Así, los motores/generadores primero y segundo indicados arriba, pueden ser motores eléctricos que no tengan la función de generación de potencia.
Como se ha descrito arriba, en el sistema de tracción de vehículo híbrido en el que el eje de salida del motor de combustión interna está conectado al primer motor/generador y al palier a través del mecanismo de distribución de potencia, la transmisión está localizada sobre el palier o en una parte de conexión del segundo generador/motor eléctrico con el palier. En una disposición en la que la transmisión está localizada sobre una parte del palier que es más próxima al motor de combustión interna, que la parte de conexión de segundo motor/generador, si se requiere que el sistema de tracción genere un par motor elevado del eje del vehículo, a una velocidad baja del vehículo, la velocidad de rotación del motor de combustión interna se incrementa en relación con la velocidad del vehículo, mediante controlar el mecanismo de distribución de potencia, y se incrementa la tasa de reducción de velocidad de la transmisión de forma que el motor proporciona una porción mayor, del elevado par motor requerido del eje del vehículo. Así, el elevado par motor requerido puede proporcionarse a baja velocidad del motor, reduciendo la magnitud del par motor que es necesario generar por parte del segundo motor/generador. En otra realización en la que la transmisión está localizada sobre una parte del palier, que es remota respecto del motor de combustión interna, con respecto a la parte de conexión del segundo motor/generador, la velocidad del motor se incrementa en relación con la velocidad del vehículo, mediante controlar el mecanismo de distribución de potencia, y la tasa de reducción de velocidad de la transmisión se incrementa de forma que el motor de combustión interna y el segundo motor/generador cooperan entre sí para impulsar las ruedas del vehículo, con la tasa incrementada de reducción de velocidad. Así, el elevado par motor requerido puede proporcionarse a una baja velocidad del vehículo, mientras que se reduce la magnitud del par motor cuya generación se requiere por parte del segundo motor/generador. Si la transmisión está localizada en una parte que conecta el segundo motor/generador con el palier, se incrementa el par motor del eje del vehículo, producido por el segundo motor/generador, mediante incrementar la tasa de reducción de velocidad independientemente del control del mecanismo de distribución de potencia. De este modo, puede satisfacerse el requisito de un par motor elevado a una velocidad del vehículo baja, incluso si el segundo motor/generador no tiene tal gran tamaño. Así, puede establecerse la relación de la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, indicada por la línea A en la figura 3, mientras se impulsa de forma constante el vehículo a alto rendimiento de combustible mientras que, al mismo tiempo, se equilibra entre sí los tamaños del motor de combustión interna y los motores/generadores primero y segundo.
Breve descripción de los dibujos
Las anteriores y/u otros objetivos, características y ventajas de la invención serán más evidentes a partir de la siguiente descripción de realizaciones preferidas, con referencia a los dibujos anexos, en los que se utiliza los mismos números para representar elementos iguales, y en los cuales:
la figura 1 es una vista esquemática a modo de ejemplo, que muestra un sistema convencional de tracción de vehículo híbrido;
la figura 2 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre las velocidades de rotación, de un motor de combustión interna y de dos generadores/motores eléctricos, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 1;
la figura 3 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, a ser producida mediante el motor de combustión interna y el generador/motor eléctrico, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 1;
la figura 4 es una vista esquemática a modo de ejemplo, que muestra un sistema de tracción de vehículo híbrido acorde con una primera realización;
la figura 5 es una vista esquemática a modo de ejemplo, que muestra un sistema de tracción de vehículo híbrido acorde con una segunda realización;
la figura 6 es una vista esquemática a modo de ejemplo, que muestra un sistema de tracción de vehículo híbrido acorde con una tercera realización;
la figura 7 es una vista esquemática a modo de ejemplo, que muestra una transmisión que tiene tres relaciones de engranajes o posiciones, y la posición de engranaje marcha atrás;
la figura 8 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, a ser producida por el motor de combustión interna y el generador/motor eléctrico, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 4;
la figura 9 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, a ser por mediante el motor de combustión interna y el generador/motor eléctrico, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 5;
la figura 10 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, a ser producida por el motor de combustión interna y el generador/motor eléctrico, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 6;
la figura 11 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, a ser producida por el motor de combustión interna y el generador/motor eléctrico, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 4;
la figura 12 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor del eje del vehículo, a ser producida por el motor de combustión interna y el generador/motor eléctrico MG2, en el sistema de tracción de vehículo híbrido mostrado en la figura 5;
la figura 13 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra la relación de la figura 10 corregida de acuerdo con otra realización;
la figura 14 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra la relación de la figura 11 corregida de acuerdo con otra realización; y
la figura 15 es un gráfico a modo de ejemplo, que muestra la figura 12 corregida de acuerdo con otra realización.
Descripción detallada de realizaciones preferidas
Las figuras 4 - 6 son vistas esquemáticas que muestran tres realizaciones a modo de ejemplo, en las que hay una transmisión incorporada en un sistema de tracción de vehículo híbrido, donde un eje de salida del motor de combustión interna está conectado a un primer generador/motor eléctrico y a un palier, a través de un mecanismo de distribución de potencia, y un segundo generador/motor eléctrico está conectado al palier. En las figuras 4 - 6, los elementos que son iguales o equivalentes a los que se muestra en la figura 1, son denotados mediante los mismos números y caracteres de referencia.
En una primera realización mostrada en la figura 4, hay una transmisión 100 dispuesta en la parte intermedia del palier, en un lado de la parte de conexión del segundo generador/motor eléctrico MG2 más próximo al motor de combustión interna. En otras palabras, la transmisión 100 está dispuesta en una parte del eje de transmisión 11 como parte del palier, de forma que la transmisión 100 está localizada en un lado del engranaje 15 que proporciona la parte de conexión del MG2, lado que es más próximo al motor de combustión interna 1. La transmisión 100 puede tener dos o tres relaciones de engranajes o posiciones de engranajes, y puede también tener una posición de engranaje de marcha atrás. Tal transmisión puede proporcionarse de varias formas, mediante el uso de técnicas conocidas. En la figura 7 se muestra esquemáticamente un ejemplo de una transmisión, que incluye tres posiciones de engranaje hacia adelante y una posición de engranaje marcha atrás.
En la figura 7 los números de referencia 20, 22, 24 y 26 denotan un engranaje central, un engranaje anular, piñones planetarios y un portador de un mecanismo de engranaje planetario, y los números de referencia 21, 23, 25 y 27 denotan un engranaje central, un engranaje anular, piñones planetarios y un portador de otro mecanismo de engranaje planetario. Adicionalmente, 28 (C1) y 29 (C2) son embragues, y 30 (C1) y 31 (C2) son frenos, mientras que 32 (F1) es un embrague unidireccional. Estos elementos giratorios están dispuestos junto con un eje de entrada 33 y un eje de salida 34, como se muestra la figura 7. En funcionamiento, la transmisión 100 así construida es situada en una primera posición de engranaje, con la máxima relación de reducción de velocidad cuando el embrague C1 está acoplado, y es situada en la segunda posición de engranaje con la relación de reducción de velocidad intermedia, cuando embrague C1 y el freno están acoplados. La transmisión 100 se coloca también en la tercera posición de engranaje, con la menor relación de reducción de velocidad (relación de reducción de la velocidad = 1) cuando los embragues C1, C2 están acoplados, y se pone en la posición de engranaje en marcha atrás cuando el embrague C2 y el freno B2 están acoplados.
Cuando se utiliza como transmisión 100 una transmisión que tiene tres posiciones de engranaje, en el sistema de tracción de la realización que se muestra la figura 4, la relación (o proporción) entre el par motor a ser producido por el motor de combustión interna 1 y el par motor a ser producido por el MG2, visto en un sistema de coordenadas de velocidad del vehículo frente a par motor del eje del vehículo, cambia desde lo mostrado en la figura 3 (donde no se proporciona transmisión) a lo mostrado en la figura 8. En la figura 8, cada una de las regiones B1, B2 y B3 representa la magnitud del par motor del eje del vehículo, que puede ser generada principalmente por el motor de combustión interna (o en algunos casos, por el motor de combustión interna y el MG1), cuando la transmisión se pone en la primera posición de engranaje, la segunda posición de engranaje y la tercera posición de engranaje. Por otra parte, la región restante C representa la magnitud del par motor del eje del vehículo, requerida para ser obtenida por el MG2. Se hace notar que la figura 8 no es un denominado diagrama de desplazamiento. Por ejemplo, cuando los valores de la velocidad del vehículo y el par motor requerido caen en la región B1 en el sistema de coordenadas, ello no significa que esté establecida la primera posición o relación de engranaje de la transmisión 100. A partir de la figura 8 se comprenderá que el máximo par motor requerido para ser generado por el MG2 está significativamente reducido, en comparación con la figura 3.
En una segunda realización que se muestra la figura 5, hay una transmisión 101 dispuesta en una parte intermedia del palier, en un lado de la parte de conexión del segundo generador/motor eléctrico MG2, remoto respecto del motor de combustión interna. En otras palabras, la transmisión 101 está dispuesta en una parte del eje de transmisión 11 como parte del palier, de forma que la transmisión 101 está localizada en un lado del engranaje 15, que proporciona la parte de conexión del MG2, lado que es remoto respecto del motor de combustión interna, con respecto a la parte de conexión. La transmisión 101 puede tener dos o tres posiciones de engranaje de marcha hacia delante, y puede también tener una posición de engranaje de marcha atrás. La transmisión 101 puede construirse como se muestra la figura 7.
Cuando se utiliza una transmisión que tiene tres posiciones de engranaje, como la transmisión 101 del sistema de tracción de la realización que se muestra en la figura 5, la relación (o proporción) entre el par motor a ser producido por el motor de combustión interna 1 y el par motor a ser producido por el MG2, cuando se ve en un sistema de coordenadas de velocidad del vehículo frente a para motor del eje del vehículo, cambia desde la que se muestra la figura 3 (donde no se proporciona transmisión) a la que se muestra en la figura 9. En la figura 9, cada una de las regiones B1, B2 y B3 representa la magnitud del par motor del eje del vehículo que puede ser generada principalmente mediante el motor de combustión interna (o en algunos casos, el motor de combustión interna y el MG1), cuando la transmisión 101 se pone en la primera posición de engranaje, en la segunda posición de engranaje y en la tercera posición de engranaje. Otra parte, cada una de las regiones C1, C2 y C3 representa la magnitud del par motor del eje del vehículo cuya obtención se requiere por parte del MG2, cuando la transmisión 101 se pone en la primera posición de engranaje, en la segunda posición de engranaje y en la tercera posición de engranaje. Se comprenderá también a partir de la figura 9, que el máximo par motor cuya obtención se requiere por parte del MG2, está reducido significativamente en comparación con la figura 3.
En una tercera realización mostrada en la figura 6, hay una transmisión 102 dispuesta en un trayecto o línea de conexión entre el palier y el segundo generador/motor eléctrico MG2. En otras palabras, la transmisión 102 está dispuesta en una parte de conexión del MG2, que conecta el MG2 con el eje de transmisión 11, como parte del palier. La transmisión 102 puede tener dos o tres posiciones o relaciones de engranaje. Con la disposición anterior, la transmisión 102 no necesita tener una posición de engranaje de marcha atrás, puesto que el MG2 puede ser conducido en sentido inverso mediante conmutar un circuito electrónico para el MG2. Sin embargo, la transmisión 102 puede tener una posición de engranaje marcha atrás, o puede construirse como se muestra en la figura 7.
Cuando se utiliza una transmisión que tiene tres posiciones de engranaje, como la transmisión 102 en la realización mostrada en la figura 6, la relación (o proporción) entre el par motor a ser producido por el motor de combustión interna 1, y el par motor a ser producido por el MG2, cuando se ve en un sistema de coordenadas de velocidad del vehículo frente a par motor del eje del vehículo, cambia desde la que se muestra en la figura 3 (donde no se proporciona transmisión) a la que se muestra en la figura 10. En la figura 10, la región B representa la magnitud del par motor del eje del vehículo, que puede ser producida principalmente por el motor de combustión interna (o por el motor de combustión interna y el MG, en algunos casos), independientemente de la actual posición del engranaje de la transmisión. Por otra parte, la región C3 representa la magnitud del par motor del eje del vehículo, a ser producida por el segundo generador/motor eléctrico MG2, cuando la transmisión 102 está en la tercera posición de engranaje. La región C2 representa la magnitud del par motor del eje del vehículo, a ser producida por el segundo generador/motor eléctrico MG2, que se añade al par motor representado por la región C3, cuando la transmisión 102 está en la segunda posición de engranaje. La región C1 representa la magnitud del par motor del eje del vehículo, a ser producida por el segundo generador/motor eléctrico MG2, que se añade al par motor representado por la región C3 y al par motor representado por la región C2, cuando la transmisión 102 está en la primera posición de engranaje. En otras palabras, la región C1 representa un incremento en la magnitud del par motor que puede conseguirse mediante poner la transmisión 102 en la primera posición de engranaje. De forma similar, las regiones C2, C3 representan incrementos en la magnitud del par motor, que pueden conseguirse mediante poner la transmisión 102 respectivamente en la segunda posición de engranaje y la tercera posición de engranaje. A partir de la figura 10 se comprenderá que el par motor máximo cuya obtención se requiere mediante el MG2, está reducido significativamente en comparación con la figura 3.
Entre tanto, las figuras 8 - 10 no son diagramas de desplazamiento del sistema de tracción de vehículo híbrido que incluye la transmisión, sino que son gráficos a modo de ejemplo, que muestran la capacidad o rendimiento del sistema de tracción. Específicamente, las figuras 8 - 10 muestran la magnitud del par motor que puede producirse principalmente mediante un motor de combustión interna (o en algunos casos, el motor de combustión interna y el MG1) y el par motor que puede ser proporcionado por el segundo generador/motor eléctrico MG2, en relación con la velocidad del vehículo, visto en un sistema de coordenadas de velocidad del vehículo frente al par motor del eje del vehículo. Por ejemplo, en las realizaciones de las figuras 4 y 5 las gráficas de las figuras 8 y 9 significan que la transmisión no está siempre desplazada desde la primera a la segunda posición de engranaje, y desde la segunda a la tercera posición de engranaje, cuando la velocidad del vehículo se incrementa desde una cierta velocidad baja a una cierta velocidad elevada, incluso si es bajo un par motor requerido del eje del vehículo. En estas realizaciones, cuando no se necesita un gran para motor del eje del vehículo, tal como cuando el vehículo empieza a marchar normalmente sobre un terreno plano, puede controlarse el mecanismo de distribución de potencia al objeto de utilizar solo la región B de la figura 3, mientras que la transmisión se mantiene en la tercera posición de engranaje. En este caso, se utiliza las posiciones de engranaje primera y segunda de la transmisión, cuando se incrementa el par motor requerido del eje del vehículo, o cuando se pone la palanca de cambios en la posición de la segunda marcha y en la posición L, respectivamente.
En las mencionadas realizaciones ilustradas el valor de Nr se hace negativo, como se indica en la figura 2, cuando el vehículo marcha en sentido inverso. Así, se ajusta la velocidad de rotación Ns del MG1 y la velocidad de rotación Nr del MG2, de acuerdo con la velocidad de rotación Nc del motor de combustión interna, de forma que la velocidad de rotación Nr se hace igual a un valor negativo deseado, independientemente de si el motor de combustión interna está funcionando (Nc >0) o parado (Nc =). Aquí, las velocidades de rotación del MG1 y el MG2 pueden ajustarse rápida y continuamente (o gradualmente). En este caso, sin embargo, se utiliza solo los generadores/motores eléctricos para generar par motor al objeto de impulsar el vehículo en sentido inverso, y el par motor disponible a partir de los motores/generadores está normalmente limitado. Por contraste, en los sistemas motores como los mostrados en las figuras 4 y 5, en los que la transmisión que tiene una posición de engranaje marcha atrás está dispuesta en la parte intermedia del palier, el motor de combustión interna funciona para impulsar el vehículo en el sentido inverso con un gran par motor, cuando la transmisión se pone en la posición de engranaje marcha atrás, aunque se necesita cierto tiempo adicional para desplazar la transmisión. Si se proporciona un medio para seleccionar un modo de conducción inversa, a partir de un primer modo que utiliza la posición de engranaje marcha atrás de la transmisión, y un segundo modo que utiliza al ajuste del mecanismo de distribución de potencia, el vehículo puede manejarse apropiadamente mediante seleccionar uno de los modos de conducción inversa primero y segundo, dependiendo de la magnitud del par motor requerido para impulsar el vehículo en sentido inverso. Mientras tanto, en los recientes sistemas informatizados de control
del funcionamiento del vehículo, el medio de selección puede proporcionarse a través de tecnología de software.
Como ejemplos modificados de las realizaciones ilustradas arriba, los sistemas motores de vehículo híbrido mostrados en las figuras 4 y 5 pueden modificarse de forma que el motor de combustión interna y el MG2 producen magnitudes de par motor B1, B2, B3, C1, C2 y C3, de acuerdo con la posición de engranaje de la transmisión, como se indica respectivamente mediante los sistemas de coordenadas de las figuras 11 y 12, de velocidad del vehículo frente a par motor del eje del vehículo, que indican cada uno el par motor requerido del eje del vehículo, en relación con la velocidad del vehículo. Más en concreto, en cualquiera de las figuras 11 o 12, la región operativa definida por la línea A en el sistema de coordenadas de velocidad de vehículo frente a par motor del eje del vehículo, está dividida por líneas (límites) paralelas al eje de velocidad del vehículo, de acuerdo con la magnitud del par motor requerido del eje del vehículo. En la figura 11, cuando la transmisión está en la tercera posición de engranaje, el par motor del eje del vehículo correspondiente a la velocidad de vehículo, está provisto con la magnitud correspondiente a la suma de las regiones B3 y C. Cuando la transmisión está en la segunda posición de engranaje, el par motor del eje del vehículo correspondiente a la velocidad del vehículo, está provisto con la magnitud correspondiente a la suma de las regiones B2, B3 y C. Cuando la transmisión está en la primera posición de engranaje, el par motor del eje del vehículo, correspondiente a la velocidad del vehículo, se proporciona con la magnitud correspondiente a la suma de las regiones B1, B2, B3 y C.
Además en la figura 12, cuando la transmisión se pone en la tercera posición de engranaje, el par motor del eje del vehículo correspondiente a la velocidad del vehículo, se proporciona con la magnitud correspondiente a la suma de las regiones B3 y C3. Cuando la transmisión está en la segunda posición de engranaje, el par motor del eje del vehículo, correspondiente a la velocidad del vehículo, se proporciona con la magnitud correspondiente a la suma de las regiones B2, B3 y C2. Cuando la transmisión está en la tercera posición de engranaje, el par motor del eje del vehículo, correspondiente a la velocidad del vehículo, se proporciona con la magnitud correspondiente a la suma de las regiones B1, B2, B3 y C1. Con esta disposición, siempre que el par motor del eje del vehículo no sea demasiado elevado, la diferencia entre la velocidad de rotación del motor de combustión interna y la velocidad del vehículo, se ajusta mediante utilizar el mecanismo de distribución de potencia, en lugar de mediante desplazar la transmisión, y la transmisión se utiliza para ayudar al mecanismo de distribución de potencia a incrementar el par motor, solo cuando el par motor requerido del eje del vehículo se hace demasiado elevado.
Sin embargo, debe entenderse que los sistemas motores de vehículo híbrido como los que se muestra en las figuras 4 y 5 pueden manejarse de acuerdo con mapas de desplazamiento como los mostrados respectivamente en la figura 8 y la figura 9. Por ejemplo, si el vehículo híbrido está diseñado para ser manejado en modo de conducción normal o en modo de conducción deportiva, que se seleccionan dependiendo de las preferencias del conductor o de la aspereza de la superficie de la carretera sobre la que está marchando el vehículo. Cuando el vehículo está en el modo de conducción normal, el sistema de tracción de vehículo híbrido puede funcionar de acuerdo con el mapa desplazamiento de la figura 11, o de la figura 12. Cuando el vehículo está en el modo de conducción deportiva, el sistema de tracción de vehículo híbrido puede funcionar de acuerdo con el mapa desplazamiento de la figura 8, o de la figura 9.
Un control para el desplazamiento de la transmisión construido, como se muestra en la figura 7, entre las posiciones de engranaje primera, segunda y tercera, a través del acoplamiento y desacoplamiento de los embragues C1, C2 y los frenos B1, B2, puede llevarse a cabo mediante un sistema conocido de control del funcionamiento del vehículo (no mostrado) que incluye un microordenador, y que está configurado para controlar el funcionamiento del vehículo en función de comandos operativos procedentes del operador del vehículo, y de señales procedentes de diversos sensores, para detectar condiciones operativas del vehículo. Si se proporciona mapas de distribución del par motor del eje del vehículo, como se muestra en las figuras 8 o 9 y en las figuras 11 o 12, la transmisión puede manejarse fácilmente de acuerdo con uno de estos mapas seleccionados.
Además, cuando el sistema de tracción de vehículo híbrido como el mostrado en la figura 4 o en la figura 5, se maneja bajo el control de tal sistema de control del funcionamiento del vehículo, de acuerdo con el mapa de distribución del par motor del eje del vehículo como se muestra en la figura 11 o la figura 12, puede inhibirse el desplazamiento de la transmisión a la siguiente posición de engranaje durante un tiempo predeterminado, cuando se requiere el desplazamiento de la transmisión de acuerdo con el mapa.
Como se comprende a partir de la construcción del sistema de tracción de vehículo híbrido que incluye el motor de combustión interna, el MG1 y el MG2 que se combinan mediante el mecanismo de engranaje planetario, cuando del par motor requerido del eje del vehículo se incrementa súbitamente, mientras el motor de combustión interna está funcionando a un nivel de potencia constante, puede proporcionarse el par motor requerido del eje del vehículo, así incrementado, mediante incrementar la potencia de al menos uno del MG1 o el MG2, en lugar de incrementar el par motor de salida para impulsar los ejes, mediante desplazar la transmisión a una posición de engranaje de baja velocidad. Sin embargo en este caso, si el valor requerido del par motor del eje del vehículo se incrementa de forma que induce una transición desde la región B3 hasta la región B2, o desde la región B2 hasta la región B1, es preferible incrementar el par motor del eje del vehículo mediante desplazar la transmisión, para asegurar que el MG1 y el MG2 funcionan bajo una carga nominal. En otras palabras, si la potencia del MG1 o el MG2 son incrementadas para incrementar el par motor del eje del vehículo en el caso que se describe arriba, de forma no deseable el MG1 o el MG2 pueden funcionar a un nivel de potencia mayor que la potencia nominal. No obstante, puede permitirse al MG1 o al MG2 funcionar bajo una carga mayor que la potencia nominal durante solo un período de tiempo predeterminado.
Por consiguiente, cuando el valor requerido del par motor del eje del vehículo se incrementa, de forma que induce una transición desde la región B3 a la región B2, se maneja al menos uno entre el MG1 y el MG2 para incrementar el par motor del eje del vehículo, en lugar de desplazar la transmisión, hasta que transcurre un período de tiempo predeterminado. Con esta disposición, puede impedirse el desplazamiento frecuente de la transmisión debido a incrementos temporales o momentáneos en el valor requerido del par motor del eje del vehículo, permitiendo así un funcionamiento más suave y silencioso del sistema de tracción de vehículo híbrido. El funcionamiento de los sistemas motores de vehículo híbrido descritos arriba, puede controlarse fácilmente mediante el uso de un sistema de control del funcionamiento del vehículo, conocido en el arte. Así, no se describirá aquí ninguna secuencia ni diagrama de flujo de control concretos, para llevar a cabo el control mencionado.
Como otro ejemplo modificado de la realización ilustrada arriba, la relación de las regiones de par motor establecidas para el motor de combustión interna y el segundo motor/generador, puede corregirse en el caso de una avería o una anomalía en el funcionamiento del motor de combustión interna o del segundo motor/generador. Las figuras 13 - 15, que corresponden respectivamente a las figuras 11 - 13, ilustran ejemplos de mapas de distribución de par motor, utilizados para controlar el par motor cuando el motor de combustión interna o el segundo motor/generador están averiados, y se reduce la potencia de salida de alguno de estos motores. En las figuras 13 - 15, las líneas de trazos con dos puntos representan las líneas del límite original.
La figura 13 es un gráfico que muestra un ejemplo en el que la potencia del segundo generador/motor eléctrico MG2 se reduce de por debajo del nivel normal. En este ejemplo, el sistema de tracción está construido de forma que solo la salida del segundo motor/generador está afectada directamente por un cambio en la posición de engranaje (es decir, desplazamiento) de la transmisión. Por lo tanto, en el caso de una reducción semejante en la potencia del segundo generador/motor eléctrico MG2, por un lado se corrige el control de desplazamiento de la transmisión, para desplazar hacia abajo la transmisión en un momento previo al normal con respecto a la velocidad del vehículo, al objeto de reducir una carga de par motor sobre el segundo motor/generador para cada posición de engranaje de la transmisión. Por otro lado, puede corregirse el funcionamiento del mecanismo de distribución de potencia mediante incrementar la anchura de la región B, al objeto de provocar que el motor de combustión interna genere una magnitud mayor de par motor del eje del vehículo.
La figura 14 es un gráfico que muestra un ejemplo en el que la potencia del motor de combustión interna se reduce por debajo del nivel normal. En este ejemplo, se corrige el control de desplazamiento de la transmisión, al objeto de reducir el par motor del eje del vehículo a ser producido por el motor de combustión interna, para cada posición de engranaje de la transmisión. Más en concreto, en este caso se corrige un programa de desplazamiento o un diagrama de desplazamiento (no mostrado) para su uso en el control de desplazamiento, al objeto de desplazar hacia abajo la transmisión en un momento previo, en respuesta a un incremento del valor requerido del par motor del eje del vehículo, para reducir ese modo la magnitud del par motor a ser proporcionado por el motor de combustión interna, al objeto de satisfacer el requisito de par motor en cada punto de la velocidad del vehículo.
La figura 15 es un gráfico que muestra otro ejemplo, en el que la potencia del segundo motor MG2 se reduce por debajo de un nivel normal. En este caso se incrementa el par motor del eje del vehículo, a ser producido por el motor de combustión interna para cada posición de engranaje de la transmisión, al objeto de compensar la reducción en la potencia del segundo generador/motor eléctrico MG2. Así, el programa de desplazamiento y las líneas divisorias que indican, cada una, un cambio en la relación de engranajes de la transmisión, son corregidos hacia el lado de alta velocidad del vehículo.
Al mismo tiempo, será evidente que la anterior corrección de la relación de las regiones de par motor en el mapa de distribución de par motor, en respuesta a una reducción en la potencia del motor de combustión interna o del segundo motor/generador debido a una avería de estos, puede también llevarse a cabo en un sistema de tracción dispuesto para desplazar la transmisión de acuerdo con la velocidad del vehículo, como se indica en las figuras 8 y 9. En este caso, en el supuesto de una disminución en la potencia del motor de combustión interna, las líneas límite entre las regiones B1, B2, B3 son completamente desplazadas hacia el lado de alta velocidad del vehículo, y/o se reduce las alturas de estas regiones, de forma que la disminución en la potencia del motor de combustión interna se compensa por medio del segundo generador/motor eléctrico MG2.
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Referencias citadas en la descripción
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Documentos de patente citados en la descripción
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\bullet JP 11198669 A [0003].

Claims (3)

1. Un método de funcionamiento de un sistema de tracción de vehículo híbrido, en el que un motor de combustión interna (1), un primer generador/motor eléctrico (8) y un segundo generador/motor eléctrico (12) se combinan para proporcionar una fuente motriz para un vehículo híbrido, donde un eje de salida (2) del motor de combustión interna (1) y el primer motor/generador eléctrico (8) están conectados a través de un mecanismo de distribución de potencia (3) a un palier (11), el palier (11) está conectado mediante una parte de conexión (16) al segundo motor eléctrico (12), y hay una transmisión (100; 101; 102) provista en, al menos, uno entre el palier (11) y la parte de conexión (16) del segundo motor eléctrico (12) con el palier (11), el método comprendiendo las etapas de:
cambiar la relación entre un primer par motor producido en los ejes del vehículo mediante el motor de combustión interna (1), y un segundo par motor producido en los ejes del vehículo mediante el segundo motor eléctrico (12), en cada posición de engranaje de la transmisión (100; 101; 102), desde una primera relación en la que tanto el motor de combustión interna como el segundo motor eléctrico funcionan normalmente, a una segunda relación en la que uno entre el motor de combustión interna y el segundo motor eléctrico, está averiado.
2. El método acorde con la reivindicación 1, en el que la relación del primer par motor frente al segundo par motor, vista en un sistema de coordenadas que representa una relación entre la velocidad del vehículo y el par motor, es modificada de acuerdo con regiones de la posición del engranaje, en las que una región operativa definida por la velocidad del vehículo y el par motor, está dividida por líneas divisorias que se extienden en paralelo a un eje de velocidad del vehículo, del sistema de coordenadas.
3. El método acorde con la reivindicación 2, en el que la relación del primer par motor frente al segundo par motor, vistos en el sistema de coordenadas de velocidad del vehículo frente a par motor, se modifica mediante mover las líneas divisorias en una dirección paralela al eje del par motor, del sistema de coordenadas, cuando está averiado uno entre el motor de combustión interna (1) y el segundo motor eléctrico (12).
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