本發(fā)明涉及動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)中的功率流的控制和管理以及能量存儲(chǔ)，尤其是包括高速飛輪的動(dòng)能回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)在減少機(jī)動(dòng)車燃料消耗方面扮演重要角色，其通過在機(jī)動(dòng)車減速時(shí)機(jī)動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)(即動(dòng)能)來捕獲能量并將該能量在機(jī)動(dòng)車加速時(shí)重新使用。這使得引擎的使用頻率減少和/或較低的平均功率輸出，從而減少了總體燃料消耗和二氧化碳排放。KERS典型地具有幾種形式，每種都有各自的特點(diǎn)：其可為電的、液壓的或機(jī)械的。在特定系統(tǒng)中，功率和能量性能都取決于存儲(chǔ)介質(zhì)特性(例如在電池系統(tǒng)中)，并且在其他系統(tǒng)(例如機(jī)械飛輪系統(tǒng))中功率性能與能量存儲(chǔ)性能是分開的。進(jìn)一步地，取決于不同的系統(tǒng)類型，能量存儲(chǔ)介質(zhì)的容量和功率容量會(huì)有明顯變化。

而化學(xué)電池的特定能量存儲(chǔ)性能相對(duì)較高(典型為機(jī)械飛輪的四倍，在500kJ/Kg左右)，到達(dá)或來自電池的能量的傳輸速率由于化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電能時(shí)產(chǎn)生的過量熱量而受到限制。因此，為了傳輸120kW的功率(例如小型兩座運(yùn)動(dòng)轎車的功率)，則需要幾百千克重的化學(xué)電池。在該實(shí)例中，電池可具有理論能量容量高達(dá)200MJ，盡管容許放電深度的限制可能意味著在實(shí)際應(yīng)用中可用的能量存儲(chǔ)會(huì)遠(yuǎn)低于此。

相反地，在機(jī)械飛輪系統(tǒng)中，功率容量大部分取決于機(jī)動(dòng)車和飛輪之間的傳動(dòng)裝置，并且上述實(shí)例中的要求(120kW)可通過大約40-80Kg重的機(jī)械傳動(dòng)裝置即可滿足。因此，可以看出在給定功率傳輸要求下，機(jī)械飛輪能量回收系統(tǒng)可輕于電池存儲(chǔ)系統(tǒng)。在機(jī)械飛輪系統(tǒng)中，功率容量完全地脫離于飛輪能量存儲(chǔ)容量，其由自身速度和慣性決定，因此能量容量可根據(jù)系統(tǒng)需求合適的進(jìn)行設(shè)定，也可對(duì)功率傳輸裝置的功率容量進(jìn)行設(shè)定。分析顯示，用來為典型的小型兩座運(yùn)動(dòng)轎車供給足夠的動(dòng)能以使其達(dá)到最大運(yùn)行速度所需的能量較低(明顯低于為該功率容量量身定做的電池系統(tǒng)所含的能量)；這樣一種飛輪轉(zhuǎn)子可具有在5-10Kg之間的質(zhì)量，并且非常適用于汽車配件，甚至是用于輕量運(yùn)動(dòng)轎車。類似地，可在其他應(yīng)用中，例如城市公交車，其循環(huán)工況的停停走走的性質(zhì)使得飛輪能量存儲(chǔ)系統(tǒng)非常合適，質(zhì)量在10-15Kg的飛輪足夠存儲(chǔ)用于城市速度的機(jī)動(dòng)車能量。

相比于其他更重、更大以及更高花銷的系統(tǒng)，例如化學(xué)電池系統(tǒng)，機(jī)械飛輪因而具有質(zhì)量小的優(yōu)勢(shì)。

應(yīng)注意的是，本申請(qǐng)中飛輪系統(tǒng)以實(shí)例的方式使用，所提出的問題和解決方案可適用于大范圍內(nèi)的KERS，包括其他電氣系統(tǒng)，例如超級(jí)電容系統(tǒng)，以及液壓KERS，例如泵-電機(jī)/儲(chǔ)能系統(tǒng)。

存在的挑戰(zhàn)是，例如飛輪的相對(duì)較低的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)容量可變得飽和(即，充滿)或在駕駛者需要補(bǔ)充引擎制動(dòng)(可能需要能量存儲(chǔ)介質(zhì)充能)或驅(qū)動(dòng)功率(可能需要能量存儲(chǔ)介質(zhì)放能)時(shí)耗盡。駕駛者進(jìn)行的制動(dòng)或加速作用的能力可稱為“駕駛性能”。

一個(gè)目的是管理在KERS中的能量存儲(chǔ)和功率流，從而可以實(shí)現(xiàn)燃油效率的益處，而不犧牲KERS的其他益處，例如駕駛性能。

進(jìn)一步的挑戰(zhàn)在于，例如飛輪的相對(duì)較低的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)容量在長距離，例如長距離的爬坡，地對(duì)機(jī)動(dòng)車能量的強(qiáng)力需求后用盡。進(jìn)一步地，在滿充能狀態(tài)下一直運(yùn)行存儲(chǔ)系統(tǒng)也并不總是想要的。例如，裝配于機(jī)動(dòng)車的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的飛輪可用于在低機(jī)動(dòng)車速度時(shí)最大速度(即，最大儲(chǔ)能狀態(tài))運(yùn)轉(zhuǎn)，使得飛輪中有足夠的可用能量來推進(jìn)機(jī)動(dòng)車達(dá)到更高的目標(biāo)速度。盡管這對(duì)機(jī)動(dòng)車性能有利，與如此高速飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)的較高的寄生損失會(huì)使KERS節(jié)省燃油和減少排放的益處(這源于收獲并重新使用機(jī)動(dòng)車動(dòng)能)受到影響。進(jìn)一步的總體目的是管理KERS的充能狀態(tài)，使得在不顯著影響燃油效率提升的情況下達(dá)到性能提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明第一方面提供一種控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)的方法，該KERS其具有能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，該方法包括提供第一機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式(VOM1)，其中所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)具有第一目標(biāo)充能狀態(tài)(TSOC1)，以及第二機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式(VOM2)，其中所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)具有第二目標(biāo)充能狀態(tài)(TSOC2)；選擇所述機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式以將能量傳輸至或傳輸出所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)與所述選擇的機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式相關(guān)的所述選擇的目標(biāo)充能狀態(tài)，其中所述第二目標(biāo)充能狀態(tài)高于所述第一目標(biāo)充能狀態(tài)。

所述第一機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式(VOM1)典型地為經(jīng)濟(jì)模式，其中所述充能狀態(tài)用于最優(yōu)化燃油經(jīng)濟(jì)性和/或加速和/或制動(dòng)的一致性。所述第一目標(biāo)充能狀態(tài)(TSOC1)可為充能狀態(tài)范圍(例如，飛輪速度范圍)。所述第一目標(biāo)充能狀態(tài)(TSOC1)(例如，飛輪速度)可根據(jù)所述如本發(fā)明第四、第五、第六、第七和第八方面描述的經(jīng)濟(jì)模式進(jìn)行設(shè)定。

目標(biāo)充能狀態(tài)的選擇可由機(jī)動(dòng)車駕駛員實(shí)現(xiàn)，或基于控制系統(tǒng)選擇機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式或通過“不選擇”另一機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式而實(shí)現(xiàn)。例如，VOM1可為機(jī)動(dòng)車的正常運(yùn)行模式，并且由于是駕駛員主動(dòng)選擇，駕駛員可根據(jù)其決定來選擇VOM2并隨后回到VOM1。可替代地，回到VOM1可通過控制系統(tǒng)的操作而發(fā)生，其根據(jù)預(yù)定控制策略將機(jī)動(dòng)車返回至其正常運(yùn)行模式，例如在預(yù)定時(shí)間段后通過從VOM2中的性能模式回到VOM1中的經(jīng)濟(jì)模式。

在第二方面中，本發(fā)明提供了機(jī)動(dòng)車中的動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)和用于KERS的控制系統(tǒng)，其可操作以提供與第一機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式(VOM1)相關(guān)聯(lián)的能量回收系統(tǒng)的第一目標(biāo)充能狀態(tài)(TOSC1)，和與第二機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式(VOM2)相關(guān)聯(lián)的能量回收系統(tǒng)的第二目標(biāo)充能狀態(tài)(TOSC2)，用于選擇機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式駕駛員操作工具，其中控制系統(tǒng)致使能量傳輸至或傳輸出所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)與駕駛員所選擇的機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式相關(guān)聯(lián)的目標(biāo)充能狀態(tài)，其中所述第二目標(biāo)充能狀態(tài)高于所述第一目標(biāo)充能狀態(tài)。

優(yōu)選地，KERS可通過可變功率傳輸裝置耦接至機(jī)動(dòng)車傳動(dòng)系統(tǒng)。

所述目標(biāo)充能狀態(tài)可根據(jù)需要使用的機(jī)動(dòng)車模式進(jìn)行設(shè)定。例如，可將模式設(shè)置為用于強(qiáng)調(diào)燃油經(jīng)濟(jì)性，機(jī)動(dòng)車性能或燃油經(jīng)濟(jì)性和性能的平衡。適當(dāng)?shù)氖?，TSOC1可為“經(jīng)濟(jì)”充能狀態(tài)，其中機(jī)動(dòng)車的運(yùn)行設(shè)置為用于最大化燃油經(jīng)濟(jì)性，并且TSOC2可為“性能加強(qiáng)”充能狀態(tài)，其中機(jī)動(dòng)車的運(yùn)行設(shè)置為將性能最大化。

駕駛者可在性能加強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)的機(jī)動(dòng)車運(yùn)行狀態(tài)之間做出選擇。優(yōu)選地，駕駛員可選擇性能加強(qiáng)模式(例如在超車操作之前)。當(dāng)充能狀態(tài)高于目標(biāo)，能量可由存儲(chǔ)系統(tǒng)消耗，使得充能狀態(tài)趨向于其目標(biāo)充能狀態(tài)(例如，飛輪可由于其自身寄生損失而滑行)。優(yōu)選地，所述功率傳動(dòng)裝置可將能量傳輸至或傳輸出機(jī)動(dòng)車(和/或動(dòng)力系統(tǒng))和所述存儲(chǔ)系統(tǒng)，從而接近目標(biāo)充能狀態(tài)。

在第三方面中，本發(fā)明提供了一種控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)的方法，所述KERS包括能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，至少兩種機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式：“經(jīng)濟(jì)”和“性能加強(qiáng)”模式，當(dāng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式被設(shè)定為經(jīng)濟(jì)模式時(shí)能夠使駕駛員選擇所述性能加強(qiáng)模式并且將能量傳輸至或傳輸出所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的第一目標(biāo)充能狀態(tài)以及當(dāng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式被設(shè)定為性能加強(qiáng)模式時(shí)能夠使駕駛員選擇所述經(jīng)濟(jì)模式并且將能量傳輸至或傳輸出所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的第二目標(biāo)充能狀態(tài)的工具，其中所述第二目標(biāo)充能狀態(tài)高于所述第一目標(biāo)充能狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述駕駛者可選擇性能加強(qiáng)狀態(tài)(例如在超車操作之前)，這會(huì)在控制系統(tǒng)中產(chǎn)生信號(hào)，控制系統(tǒng)為存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)定修正(提升)的目標(biāo)充能狀態(tài)，并且功率傳輸裝置將能量(典型地來自于引擎)傳輸至存儲(chǔ)系統(tǒng)，從而使其充能狀態(tài)在預(yù)期的性能加強(qiáng)事件中得到提升。

優(yōu)選地，這種達(dá)到目標(biāo)(提升的)充能狀態(tài)的嘗試通過信號(hào)告知駕駛者，例如通過聲音或視覺信號(hào)，優(yōu)選地，通過顏色、亮度或駕駛員界面的圖形(例如發(fā)光的“推進(jìn)”按鍵隨著達(dá)到目標(biāo)充能狀態(tài)而變亮，或數(shù)字或模擬儀表盤指示KERS能量可用)的變化實(shí)現(xiàn)。

駕駛員可主動(dòng)取消選擇性能加強(qiáng)模式，從而選擇回到經(jīng)濟(jì)模式?？商娲兀刂葡到y(tǒng)可在預(yù)定時(shí)間段后退出性能加強(qiáng)模式并回到經(jīng)濟(jì)模式，使得存儲(chǔ)系統(tǒng)不會(huì)長時(shí)間持續(xù)保持較高，因而限制存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量損失(例如，高飛輪轉(zhuǎn)速)，并因此最大化從KERS提供的燃油經(jīng)濟(jì)性的益處。優(yōu)選地，切換至經(jīng)濟(jì)模式是由控制系統(tǒng)在一段預(yù)定的時(shí)間后做出的，并且改變回經(jīng)濟(jì)模式通過信號(hào)通知駕駛員，例如聲音或視覺信號(hào)，優(yōu)選地通過顏色、亮度或駕駛員界面的圖形(例如點(diǎn)亮的“推進(jìn)”光變?nèi)鯐r(shí)或數(shù)字或模擬儀表盤指示隨著自動(dòng)退出性能加強(qiáng)模式使得KERS存儲(chǔ)能量減少并且恢復(fù)至經(jīng)濟(jì)模式)而實(shí)現(xiàn)。

隨著回到經(jīng)濟(jì)模式的信號(hào)，控制系統(tǒng)可為存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)定修正(降低)的目標(biāo)充能狀態(tài)，并且功率傳輸裝置可將能量(包括傳輸至引擎或傳輸至車輪，但典型地是降低來自引擎的功率傳輸使得到達(dá)車輪的總功率傳輸不受影響)傳輸出所述存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得其充能狀態(tài)隨著切換至經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式而降低。因此，存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如飛輪)中的功率損失隨著充能狀態(tài)(本實(shí)例中這與飛輪速度相關(guān)聯(lián))的降低而降低。

有利的是，駕駛員可能不會(huì)忘記機(jī)動(dòng)車處于性能加強(qiáng)模式，因此燃油不會(huì)無謂浪費(fèi)，由于存儲(chǔ)系統(tǒng)充能狀態(tài)被人為地保持在高點(diǎn)。進(jìn)一步地，駕駛員可被警示告知切換回經(jīng)濟(jì)模式，使得駕駛員意識(shí)到機(jī)動(dòng)車功率會(huì)下降或者在下降期間KERS推進(jìn)功率可用，并可采用合適的駕駛風(fēng)格。

有利的是，駕駛員的樂趣可通過隨自身意愿的、用于推進(jìn)性能的設(shè)備而得到加強(qiáng)，總體滿意度通過長時(shí)間內(nèi)提升的燃油經(jīng)濟(jì)性而得到進(jìn)一步加強(qiáng)。這使得KERS被用于性能機(jī)動(dòng)車(例如運(yùn)動(dòng)轎車)的加強(qiáng)的推進(jìn)或性能，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)更廣范圍的機(jī)動(dòng)車(例如乘坐通勤上下班)的性能加強(qiáng)效果，而燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)于這些機(jī)動(dòng)車也很重要。

優(yōu)選地，在性能加強(qiáng)模式中，存儲(chǔ)系統(tǒng)趨近于其最大運(yùn)行充能狀態(tài)。優(yōu)選地，在經(jīng)濟(jì)模式下存儲(chǔ)系統(tǒng)何時(shí)接近其目標(biāo)充能狀態(tài)取決于機(jī)動(dòng)車的當(dāng)前速度和/慣性和/可用慣性能量。這樣的機(jī)動(dòng)車最大運(yùn)行充能狀態(tài)可為恒定的，或?yàn)榭勺兓?，或取決于一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。

一致的KERS制動(dòng)容量可在所有正常制動(dòng)情況下通過維持能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充能狀態(tài)在目標(biāo)水平或其附近而得到保證。

相應(yīng)地，在第四方面，本發(fā)明提供了控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)的方法，其包括具有預(yù)定最大運(yùn)行能量存儲(chǔ)容量的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，適用于將能量傳輸至并傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車的可變功率傳輸裝置，方法包括如下步驟：(i)確定機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)可用慣性能量；(ii)確定最大能量存儲(chǔ)容量和瞬時(shí)充能狀態(tài)之差，從而給出瞬時(shí)充能狀態(tài)凈空；以及(iii)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得瞬時(shí)充能狀態(tài)凈空大于或基本等于機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)可用慣性能量。

所述最大運(yùn)行能量存儲(chǔ)容量可為所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的固定限制，或可為基于持久性或能量損失要求的固定或可變限制。

可用機(jī)動(dòng)車慣性能量可由當(dāng)前機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能進(jìn)行定義。空氣動(dòng)力阻力和/或基礎(chǔ)制動(dòng)的分量可選地被忽略。這種情況下，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的目標(biāo)充能狀態(tài)可保持在接近或達(dá)到所述凈空：

SOC_max-SOC_target＝Energy_{kinetic_vehicle_available}

SOC_target＝SOC_max-Energy_{kinetic_vehicle_available}

其中：“m”為機(jī)動(dòng)車質(zhì)量，“v”為當(dāng)前機(jī)動(dòng)車速度，Energy_{kinetic_vehicle_available}為機(jī)動(dòng)車動(dòng)能，SOC為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充能狀態(tài)并且下標(biāo)“max”和“target”分別指代最大和目標(biāo)水平量。

可用動(dòng)能或慣性能量的計(jì)算可考慮功率傳輸裝置的功率損失和/或效率(η)效應(yīng)。所述機(jī)動(dòng)車的可用動(dòng)能或慣性能量可考慮包括功率傳輸裝置中的效率(η)效應(yīng)，在該情況下，機(jī)動(dòng)車的可用動(dòng)能可由瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車動(dòng)能或慣性能量以及功率傳輸裝置的效率的乘積進(jìn)行定義，使得：

SOC_max-SOC_target＝η.Energy_{kinetic_vehicle_available}

SOC_target＝SOC_max-η.Energy_{kinetic_vehicle_available}

也可考慮到其他載荷，包括但不限于摩擦載荷，例如滾動(dòng)阻力和空氣動(dòng)力阻力，以及較小的其他能阱，例如由于應(yīng)用基礎(chǔ)制動(dòng)(由于KERS可能需要基礎(chǔ)制動(dòng)進(jìn)行輔助)帶來的能量耗散。在該情況下，目標(biāo)充能狀態(tài)SOC_target可預(yù)估如下(如果忽略功率傳輸裝置的單向效率η)：

SOC_max-SOC_target＝Energy_{kinetic_vehicle_available}

SOC_target＝SOC_max-Energy_{kinetic_vehicle_available}

可用動(dòng)能或慣性能量的計(jì)算可考慮到功率傳輸裝置的功率損失和/或效率(η)效應(yīng)，如之前所述：

SOC_max-SOC_target＝η.Energy_{kinetic_vehicle_available}

SOC_target＝SOC_max-η.Energy_{kinetic_vehicle_available}

其中：“m”為機(jī)動(dòng)車質(zhì)量，“v”為當(dāng)前機(jī)動(dòng)車速度，Energy_{foundation_braking}為由于基礎(chǔ)制動(dòng)而帶來的預(yù)估能量耗散，Energy_{aero_drag}為由于空氣動(dòng)力阻力和滾動(dòng)阻力帶來的預(yù)估能量耗散，Energy_{kinetic_vehicle_available}為機(jī)動(dòng)車可用(也即，可回收)動(dòng)能，并且Energy_{engine_braking}為可被引擎制動(dòng)吸收的預(yù)估能量，SOC為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充能狀態(tài)，其中下標(biāo)“max”和“target”分別指代最大和目標(biāo)水平量。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知這些阻力的計(jì)算(空氣動(dòng)力阻力典型地為機(jī)動(dòng)車正面面積的函數(shù)并且與機(jī)動(dòng)車速度的平方成比例)以及滾動(dòng)阻力(其典型地為機(jī)動(dòng)車重量的較小比例)。對(duì)由于無KERS軸的制動(dòng)的預(yù)估可通過例如制動(dòng)壓力的預(yù)估來進(jìn)行，并且這些可替代地通過KERS控制系統(tǒng)使用機(jī)動(dòng)車控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)來進(jìn)行?；诘湫偷刂苿?dòng)事件，可以方便地使用預(yù)估值用于Energy_drag，Energy_{foundation_braking}或者Energy_{engine_braking}，例如那些一般的城市循環(huán)工況中。

相應(yīng)地，在第五方面，本發(fā)明提供了控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)的方法，其包括具有預(yù)定最大能量存儲(chǔ)容量的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，適用于將能量傳輸至并傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的可變功率傳輸裝置，方法包括如下步驟：(i)確定機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)動(dòng)能；(ii)從機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)動(dòng)能預(yù)估典型制動(dòng)事件中由于基礎(chǔ)制動(dòng)、引擎制動(dòng)和阻力帶來的損失的總和；(iii)通過將機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)(或可用)動(dòng)能或慣性能量減去典型制動(dòng)事件中的損失的總和來確定在機(jī)動(dòng)車瞬時(shí)可用慣性能量，(iv)確定最大能量存儲(chǔ)容量和瞬時(shí)充能狀態(tài)之差，從而給出瞬時(shí)充能狀態(tài)凈空，(v)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得瞬時(shí)充能狀態(tài)凈空大于或基本等于機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)可用慣性能量。

可用動(dòng)能或慣性能量的計(jì)算可考慮到功率傳輸裝置的功率損失和/或效率(η)效應(yīng)。在第四和第五方面之一或二者中，機(jī)動(dòng)車的可用動(dòng)能或慣性能量可由瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車動(dòng)能或慣性能量與所述功率傳輸裝置的效率的乘積來定義。所述功率傳輸裝置的效率可為其單向效率。

這可保證KERS永遠(yuǎn)不會(huì)在制動(dòng)時(shí)間期間充滿(或飽和)，因此保證制動(dòng)作用的一致性，而在制動(dòng)事件發(fā)生之前不考慮機(jī)動(dòng)車速度。

優(yōu)選地，KERS可連接至一個(gè)軸，例如，后軸，而基礎(chǔ)制動(dòng)可作用于剩下的軸(在本實(shí)例中為前軸)?？刂撇呗詫?shí)現(xiàn)一致的KERS制動(dòng)，其可有利地實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)制動(dòng)僅安裝在一個(gè)軸上因而減少機(jī)動(dòng)車的成本和復(fù)雜度。其中KERS安裝在主傳動(dòng)裝置中，KERS會(huì)將扭矩施加至一個(gè)驅(qū)動(dòng)軸或多個(gè)驅(qū)動(dòng)軸。這樣的驅(qū)動(dòng)軸可為前軸或后軸或二者均為驅(qū)動(dòng)軸。

可觀察到本發(fā)明的實(shí)施例可保證在存儲(chǔ)系統(tǒng)中有足夠凈空來維持任意機(jī)動(dòng)車速度下的全KERS制動(dòng)，以及任意制動(dòng)速率。這點(diǎn)很重要，由于能夠在機(jī)動(dòng)車和存儲(chǔ)系統(tǒng)之間被交換的可用能量不是制動(dòng)速率的函數(shù)，而只是機(jī)動(dòng)車速度的函數(shù)；同樣，存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量只是最大充能狀態(tài)和其當(dāng)前充能狀態(tài)之間的差，而不取決于任何其他參數(shù)。

因此，通過保證當(dāng)機(jī)動(dòng)車有大量動(dòng)能(因此具有將該能量傳輸至存儲(chǔ)系統(tǒng)的能力)時(shí)則存儲(chǔ)系統(tǒng)可優(yōu)選地維持在低充能狀態(tài)，在任意機(jī)動(dòng)車速度(因而在任意機(jī)動(dòng)車最大運(yùn)行慣性能量下)下將能量交換至或交換出機(jī)動(dòng)車的設(shè)備是可行的。

該機(jī)動(dòng)車最大運(yùn)行慣性能量可為恒定的或?yàn)榭勺兊暮?或取決于一系列參數(shù)，包括一下一種或幾種：機(jī)動(dòng)車中的一般固有速度限制，或機(jī)動(dòng)車的外在速度限制(例如本地限速--根據(jù)城市區(qū)域或快速路/高速公路，或?qū)W校附近或工地附近的本地限速)，或僅僅是駕駛員和/或機(jī)動(dòng)車的控制系統(tǒng)設(shè)定的速度限制。

還需要注意的是，如本申請(qǐng)所描述的，設(shè)定存儲(chǔ)系統(tǒng)的目標(biāo)充能狀態(tài)對(duì)于加速和制動(dòng)操作均可適用。而一方面，制動(dòng)操作被限制為機(jī)動(dòng)車最低速度為零，另一方面，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)為最大充能狀態(tài)，反之必須考慮的是當(dāng)通過KERS推進(jìn)時(shí)的加速。換言之，KERS可考慮存儲(chǔ)系統(tǒng)的最小充能狀態(tài)并且機(jī)動(dòng)車必須考慮最大慣性能量(即，機(jī)動(dòng)車速度)。這種最小充能狀態(tài)可為恒定的，或?yàn)榭勺兊暮?或取決于一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。本發(fā)明的實(shí)施例可因此提供保證：無論何時(shí)有需求，KERS能量可在加速至預(yù)定機(jī)動(dòng)車速度時(shí)可用。

相應(yīng)地，在第六方面中，本發(fā)明提供了一種控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)KERS的方法，其具有預(yù)定最大運(yùn)行慣性能量(或速度)，并包括具有預(yù)定最小充能狀態(tài)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及適用于向所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車傳入和傳出能量的可變功率傳輸裝置，所述方法包括：(i)確定機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)慣性能量；(ii)確定最大運(yùn)行機(jī)動(dòng)車慣性能量；(iii)確定最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量，作為所述最大運(yùn)行機(jī)動(dòng)車慣性能量和所述瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車慣性能量之差；(iv)確定所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)；(v)確定可用存儲(chǔ)能量，作為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)減去能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的最小充能狀態(tài)；(vi)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的可用存儲(chǔ)能量基本等于或大于最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量。

可用動(dòng)能或慣性能量的計(jì)算考慮到功率傳輸裝置的功率損失和/或效率(η)效應(yīng)。在該情況下，能量可通過可變功率傳輸裝置傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的可用存儲(chǔ)能量大于或基本等于最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量除以功率傳輸裝置效率。功率傳輸裝置效率可為其單向效率。

預(yù)定最大機(jī)動(dòng)車速度可為固定的，或取決于機(jī)動(dòng)車運(yùn)行模式為可變的，例如速度限制模式，安全模式或燃油節(jié)省經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。

KERS可提供性能加強(qiáng)，其中來自存儲(chǔ)系統(tǒng)的能量用于補(bǔ)充可用引擎功率。在該情況下，可以預(yù)估來自引擎的機(jī)動(dòng)車加速到達(dá)預(yù)定最大機(jī)動(dòng)車運(yùn)行速度的可用總能量，例如通過將最大平均引擎功率與預(yù)估的達(dá)到最大機(jī)動(dòng)車運(yùn)行速度的時(shí)間相乘。

相應(yīng)地，在第七方面中，本發(fā)明提供了一種控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)KERS的方法，其具有預(yù)定最大運(yùn)行速度(以及對(duì)應(yīng)的最大運(yùn)行慣性能量)并包括具有具有預(yù)定最小充能狀態(tài)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，以及適用于向所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車傳入和傳出能量的可變功率傳輸裝置，所述方法包括：(i)確定機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)慣性能量；(ii)確定最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量，作為最大運(yùn)行機(jī)動(dòng)車慣性能量和瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車慣性能量之差；(iii)確定用于加速至最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量的可用引擎能量；(iv)確定所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)；(v)確定可用存儲(chǔ)能量，作為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)減去最小充能狀態(tài)；(vi)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得可用存儲(chǔ)能量基本等于或大于機(jī)動(dòng)車最大需求慣性能量減去可用引擎能量。

功率傳輸裝置中的效率(η)效應(yīng)可納入考慮。在該情況下，能量可用可變功率傳輸裝置被傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的可用存儲(chǔ)能量大于或基本等于最大需求機(jī)動(dòng)車能量減去可用引擎能量，除以功率傳輸裝置效率。功率傳輸裝置效率可為其單向效率。

進(jìn)一步地，當(dāng)運(yùn)行在機(jī)動(dòng)車的性能加強(qiáng)模式中且當(dāng)提供KERS用于加速時(shí)，預(yù)估或預(yù)期空氣動(dòng)力阻力效應(yīng)，滾動(dòng)阻力和其他阻力效應(yīng)(包括滾動(dòng)阻力和空氣動(dòng)力阻力)可包含在該方法中。

相應(yīng)地，在第八方面中，本發(fā)明提供了一種控制機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能回收系統(tǒng)KERS的方法，其具有預(yù)定最大運(yùn)行速度(以及對(duì)應(yīng)的最大運(yùn)行慣性能量)并包括具有預(yù)定最小充能狀態(tài)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，以及適用于向所述能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車傳入和傳出能量的可變功率傳輸裝置，所述方法包括：(i)確定機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)慣性能量；(ii)確定最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量，作為最大運(yùn)行機(jī)動(dòng)車慣性能量和瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車慣性能量之差；(iii)在典型的加速事件中從瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車速度到最大機(jī)動(dòng)車運(yùn)行速度期間預(yù)估由于阻力效應(yīng)帶來的最大需求損失能量，(iv)確定用于將機(jī)動(dòng)車加速至最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量的可用引擎能量，(v)確定瞬時(shí)充能狀態(tài)，(vi)確定可用存儲(chǔ)能量，其為瞬時(shí)充能狀態(tài)減去最小充能狀態(tài)；(vii)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的新的充能狀態(tài)基本等于或大于最大需求機(jī)動(dòng)車慣性能量加上最大需求損失能量減去可用引擎能量。

功率傳輸裝置中的效率(η)效應(yīng)可納入考慮。在該情況下，能量可用可變功率傳輸裝置被傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的可用存儲(chǔ)能量大于或基本等于最大需求機(jī)動(dòng)車能量加上最大需求損失能量減去可用引擎能量，除以功率傳輸裝置效率。功率傳輸裝置效率可為其單向效率。

需要注意的是，如果沒有運(yùn)行在性能加強(qiáng)模式中，則可用引擎能量可為較低值，使得其可被忽略或?yàn)榱?，在該情況下，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可補(bǔ)充需求機(jī)動(dòng)車慣性能量的大部分或全部，從而達(dá)到預(yù)定最大機(jī)動(dòng)車運(yùn)行速度。

無論預(yù)期在制動(dòng)或加速事件中，在將能量傳輸至后傳輸出存儲(chǔ)系統(tǒng)從而使其保持在或接近于其目標(biāo)充能狀態(tài)期間，能量可成功的被利用而不是浪費(fèi)或耗散。例如，如果充能狀態(tài)過高，能量可通過功率傳輸裝置而被傳輸至車輪，同時(shí)從引擎?zhèn)鬟f的功率可在該時(shí)刻減小，因此保持到達(dá)車輪的總體功率傳遞。因此，存儲(chǔ)系統(tǒng)趨近于其目標(biāo)充能狀態(tài)，而不會(huì)影響當(dāng)駕駛員對(duì)車輪動(dòng)力的要求。相反地，如果充能狀態(tài)過低，則從引擎的功率傳遞在該時(shí)刻增加，使得功率傳輸裝置傳輸能量至存儲(chǔ)系統(tǒng)因而致使其趨近于目標(biāo)充能狀態(tài)。同樣，駕駛員對(duì)于車輪動(dòng)力的要求不會(huì)受到影響。

如果外部事件發(fā)生使得存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車速度(慣性能量)之間的平衡被打破(例如，如果KERS被用于在下坡中減速或維持速度)，則需要采用進(jìn)一步的如下策略：當(dāng)KERS趨近于用于瞬時(shí)機(jī)動(dòng)車速度的目標(biāo)充能狀態(tài)時(shí)，KERS制動(dòng)可以逐漸斜滑(ramped off)以使駕駛員不會(huì)感受到突然的干擾。然而，駕駛員的本能反應(yīng)會(huì)在踏板上逐漸增加制動(dòng)作用從而調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)車速度。由于駕駛員一直持續(xù)調(diào)整例如對(duì)駕駛員踏板(油門踏板以及制動(dòng)踏板)的控制，從而在一般路況中適應(yīng)輕微改變，則這些細(xì)微的運(yùn)行模式的改變很難被駕駛員察覺。

相應(yīng)地，本發(fā)明進(jìn)一步提供了根據(jù)本發(fā)明第四或第五方面的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)目標(biāo)充能狀態(tài)接近時(shí)減少到達(dá)存儲(chǔ)系統(tǒng)的功率傳輸?？蛇x地，引擎制動(dòng)水平(和/或基礎(chǔ)制動(dòng)水平)可隨著KERS功率的降低而提高，以使機(jī)動(dòng)車的當(dāng)前扭矩水平維持在恒定水平，或維持在駕駛員要求的水平。這樣，存儲(chǔ)系統(tǒng)可維持在期望的充能狀態(tài)下，并且對(duì)于隨后的制動(dòng)事件可在制動(dòng)事件完成前使用KERS而不使能量存儲(chǔ)系統(tǒng)飽和(充滿)。

KERS可包括液壓存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如流體存儲(chǔ)器，在該情況下功率傳輸裝置可包括流體泵和/或發(fā)動(dòng)機(jī)。

KERS可包括電容存儲(chǔ)系統(tǒng)，例如超級(jí)電容或超超級(jí)電容，在該情況下，功率傳輸裝置可包括電轉(zhuǎn)換裝置和電發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)。

KERS可包括化學(xué)電池系統(tǒng)，例如Ni-H或Li離子電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，在該情況下，功率傳輸裝置可包括電轉(zhuǎn)換裝置，例如逆變器，以及電發(fā)動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)。

優(yōu)選地，KERS包括高速飛輪，作為KERS能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，并且功率傳遞(或傳輸)裝置為多速離合飛輪傳動(dòng)裝置或連續(xù)變速傳動(dòng)裝置，例如環(huán)面牽引驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)裝置(例如全環(huán)面變速器)。充能狀態(tài)通過飛輪速度進(jìn)行管理，KERS功率傳輸裝置可控制飛輪速度的變化率(因此控制施加在飛輪以及最終施加在機(jī)動(dòng)車上的扭矩)，但是優(yōu)選地直接控制施加在飛輪和機(jī)動(dòng)車的扭矩，例如通過施加載荷至包含在離合飛輪傳動(dòng)裝置中的一個(gè)或多個(gè)滑動(dòng)摩擦離合器。這樣的裝置在WO-A-2011080512中描述，并且其全部內(nèi)容以引用方式結(jié)合于此。如果變速器包括在功率傳輸裝置中，則優(yōu)選地為扭矩控制的，并且扭矩通過控制施加在變速器中的扭矩傳遞元件(例如在牽引驅(qū)動(dòng)器中的滾動(dòng)元件)上的載荷而進(jìn)行控制。變速器優(yōu)選為環(huán)形牽引驅(qū)動(dòng)器，尤其優(yōu)選為全環(huán)形牽引驅(qū)動(dòng)器，帶有液壓驅(qū)動(dòng)的滾子以及液壓夾緊布置，用于施加所需的端部載荷至滾子。施加在滾子活塞的液壓壓力也可施加至軸向夾緊活塞，以使?jié)L子載荷與軸向夾緊載荷的比值基本恒定，這為變速器提供了良好的效率和持久性。這樣的布置在WO-A-2013110670中描述，其全部內(nèi)容以引用方式結(jié)合于此。可替代的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)例如超級(jí)電容，超超級(jí)電容以及多種其他，包括其組合，包括與飛輪或基于飛輪的系統(tǒng)的組合都可以使用。

控制與KERS相關(guān)聯(lián)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充能狀態(tài)的目的在于無需使用基礎(chǔ)制動(dòng)而實(shí)現(xiàn)足夠的KERS制動(dòng)作用。這可使得基礎(chǔ)制動(dòng)的尺寸減小或移除。進(jìn)一步地，能量回收和隨之而來的燃料節(jié)省可得到加強(qiáng)。控制與KERS相關(guān)聯(lián)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充能狀態(tài)的目的還在于使得機(jī)動(dòng)車的引擎尺寸減小，其典型地使得引擎更高效(但也會(huì)減小其最大功率輸出)。在實(shí)施例中，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)為飛輪形式，除了提供用于能量回收的設(shè)備，飛輪可將全部最大功率輸出性能恢復(fù)至車輪。由于引擎尺寸縮小帶來的引擎效率提升加強(qiáng)了由于能量回收的燃料節(jié)省。

附圖說明

將參照附圖，僅通過實(shí)例的形式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車的示意圖；

圖2為示意性示出機(jī)動(dòng)車的動(dòng)能隨著速度變化的曲線圖；

圖3為示意性示出KERS能量隨著機(jī)動(dòng)車速度變化的曲線圖；

圖4為示意性示出最大KERS功率的曲線圖；以及

圖5a-5c表示用于切換機(jī)動(dòng)車的運(yùn)行模式并用于為機(jī)動(dòng)車駕駛者提供與KERS相關(guān)的視覺信息的機(jī)動(dòng)車推進(jìn)按鈕。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的機(jī)動(dòng)車101。機(jī)動(dòng)車101包括傳統(tǒng)引擎105和基礎(chǔ)制動(dòng)108，用于控制機(jī)動(dòng)車的速度，更寬泛的說，控制其行為。機(jī)動(dòng)車101還包括動(dòng)能回收系統(tǒng)(KERS)100，其包括能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(ESS)102，在本實(shí)施例中為飛輪(未示出)。KERS還包括可變功率傳輸裝置(VPTD)104。引擎105和KERS100是機(jī)動(dòng)車101的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)107的一部分，如圖所示。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)部件。驅(qū)動(dòng)器或驅(qū)動(dòng)部件可為例如并未連接至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)107的軸。功率和能量可因而流入或流出KERS100，尤其是流入或流出與其相關(guān)聯(lián)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102，例如，在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102和機(jī)動(dòng)車的引擎105之間交換和/或在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102和機(jī)動(dòng)車101之間交換。這種功率和能量通過KERS100的可變功率傳輸裝置104進(jìn)行交換?？刂破?06用于管理KERS100、引擎105和基礎(chǔ)制動(dòng)108的行為，尤其是通過控制能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的能量水平。

圖2示出機(jī)動(dòng)車速度和機(jī)動(dòng)車可用動(dòng)能(或慣性能量)之間的關(guān)系曲線圖。上升梯度線反映出機(jī)動(dòng)車動(dòng)能與機(jī)動(dòng)車速度的平方相關(guān)，KE＝1/2mv²。排除損失、阻力和功率傳輸效率的影響，該線還描述了能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的優(yōu)選充能狀態(tài)凈空1。在描述的本發(fā)明的實(shí)施例中，包括了具有飛輪形式的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102的KERS100，保持該凈空1使得飛輪在所有制動(dòng)情況下吸收機(jī)動(dòng)車101的動(dòng)能，從而能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102不會(huì)再一般制動(dòng)情況中飽和(充滿)。因此，當(dāng)主要單獨(dú)地使用KERS時(shí)，制動(dòng)性能可在所有正常制動(dòng)情況下保持一致。

圖3中的曲線示出機(jī)動(dòng)車速度和KERS能量目標(biāo)2之間的近似關(guān)系(不包括效率和損失效應(yīng))，該能量目標(biāo)維持能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的充能狀態(tài)凈空1作為機(jī)動(dòng)車速度的函數(shù)。因此，可以看出在機(jī)動(dòng)車高速下，存儲(chǔ)充能狀態(tài)目標(biāo)2趨向于零或最小3，而在機(jī)動(dòng)車低速下存儲(chǔ)充能狀態(tài)目標(biāo)2趨向于最大水平4，在本案中，僅低于存儲(chǔ)限制5。進(jìn)一步的箭頭6示出如果KERS能量存儲(chǔ)充能狀態(tài)2在制動(dòng)下接近目標(biāo)線(例如在長下坡中一段時(shí)間的KERS制動(dòng))，則KERS制動(dòng)作用可被轉(zhuǎn)降(也就是說，逐步的、潛在的下降，從而KERS制動(dòng)接近零)。進(jìn)一步，機(jī)動(dòng)車101的制動(dòng)可通過基礎(chǔ)制動(dòng)108和KERS制動(dòng)的協(xié)調(diào)而完成，使得駕駛者輸入，例如制動(dòng)踏板位置，指示要求的總體制動(dòng)水平得以實(shí)現(xiàn)。另外或可替代地，駕駛者可對(duì)隨著KERS制動(dòng)作用轉(zhuǎn)降并通過在制動(dòng)踏板上施加額外作用而出現(xiàn)制動(dòng)情況的變化進(jìn)行監(jiān)控，這被稱為“駕駛員在回路中”反饋。如果防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)被激活，則控制系統(tǒng)可檢測(cè)ABS的激活，例如通過在機(jī)動(dòng)車的控制局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)接收信號(hào)，并可將KERS制動(dòng)去激活(deactive)，這是通過停止使用功率傳輸裝置向能量存儲(chǔ)系統(tǒng)102傳輸能量實(shí)現(xiàn)的。

在圖4中，曲線圖示出區(qū)域7，在該區(qū)域上使用KERS可滿足一致的所需性能(也就是說，駕駛而非制動(dòng))。該曲線圖描述了當(dāng)機(jī)動(dòng)車速度較低時(shí)(也即，低動(dòng)能)，KERS維持在高充能狀態(tài)8，并且當(dāng)機(jī)動(dòng)車速度較高時(shí)(也即，低動(dòng)能)，KERS維持在低充能狀態(tài)9。預(yù)定的機(jī)動(dòng)車最大運(yùn)行速度的實(shí)例可參見KERS能量接近于零能量時(shí)，并且線條切至曲線圖的y軸。

有兩個(gè)選擇：(i)為KERS100的充能狀態(tài)設(shè)定目標(biāo)值，從而保證一致的性能(例如此處描述的機(jī)動(dòng)車經(jīng)濟(jì)模式)，或者(ii)可選的“推進(jìn)按鈕”，如圖5a-5c所示，供駕駛者按壓從而選擇性能模式。也可提供引擎功率和混合功率可進(jìn)行協(xié)調(diào)的混動(dòng)模式。圖5a-5c示出推進(jìn)按鈕10，駕駛者可進(jìn)行按壓，從而選擇性能模式。作為響應(yīng)，控制系統(tǒng)致使飛輪(本實(shí)施例中的存儲(chǔ)系統(tǒng))加速至增加的充能狀態(tài)，優(yōu)選地到最大充能狀態(tài)5。推進(jìn)按鈕10包括照明環(huán)11，指示存儲(chǔ)系統(tǒng)已接近目標(biāo)充能狀態(tài)(如圖5c所示)，警示告知駕駛者KERS準(zhǔn)備就緒，可進(jìn)行高性能操控，例如超車。在預(yù)定時(shí)間段之后，控制系統(tǒng)致使飛輪減速，對(duì)應(yīng)于減小的充能狀態(tài)，與經(jīng)濟(jì)模式相當(dāng)，并且推進(jìn)按鈕10中的照明環(huán)11熄滅(如圖5b所示)，從而不再照明(如圖5a所示)，并且指示駕駛者飛輪不再充能以用于高性能水平。因此駕駛者的樂趣提升，而且燃油經(jīng)濟(jì)性在一段時(shí)間內(nèi)也可實(shí)現(xiàn)。

可提供遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)庫或識(shí)別的關(guān)于地形的道路信號(hào)信息，交通限速和其他地形信息，從這些信息確定即將發(fā)生的補(bǔ)充機(jī)動(dòng)車功率需求，在機(jī)動(dòng)車被要求達(dá)到功率水平之前確定將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)充能預(yù)定時(shí)間的需求，并且在對(duì)機(jī)動(dòng)車功率有需求時(shí)由能量存儲(chǔ)系統(tǒng)放能。

相反地，配備有KERS的機(jī)動(dòng)車可包括接收數(shù)據(jù)庫或識(shí)別的關(guān)于地形的道路信號(hào)信息，交通限速和其他地形信息的控制系統(tǒng)，從這些信息確定即將發(fā)生的機(jī)動(dòng)車功率需求減少，在機(jī)動(dòng)車被要求降低功率水平之前確定將能量存儲(chǔ)系統(tǒng)放能預(yù)定時(shí)間的需求，并且在降低機(jī)動(dòng)車功率時(shí)由能量存儲(chǔ)系統(tǒng)充能。

這樣的系統(tǒng)可為用于強(qiáng)化降低排放和燃油消耗的使能器。例如，如果有效引擎結(jié)合至機(jī)動(dòng)車中，從而引擎排量降低從而使得燃油經(jīng)濟(jì)性提高(本領(lǐng)域技術(shù)人員已熟知)，則控制系統(tǒng)可從限速或信息數(shù)據(jù)庫讀取信息，該信息數(shù)據(jù)庫傳輸關(guān)于將發(fā)生的功率需求提升的信息(例如，山路或增加的限速允許機(jī)動(dòng)車速度提升)。因此，控制系統(tǒng)可致使能量存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如飛輪)接受引擎的充能，使得在對(duì)于功率的需求到來之前提前預(yù)充能。這樣，能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可包含足夠儲(chǔ)量來補(bǔ)充可用的引擎功率，充足的能量可被傳輸至機(jī)動(dòng)車從而滿足短暫的功率提升需求(例如，爬坡)。

有利的是，這使得內(nèi)燃機(jī)或其他原動(dòng)機(jī)的尺寸較小，最大容量較低，因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)可滿足短暫的功率提升的需求。原動(dòng)機(jī)，例如內(nèi)燃機(jī)可具有相對(duì)于其可用功率生成性能(指示功率)的降低的排量或呈現(xiàn)降低的摩擦特性，并因此傾向于呈現(xiàn)出提升的效率和降低的成本。因此，當(dāng)與從數(shù)據(jù)庫或識(shí)別的關(guān)于地形的道路信號(hào)信息，交通限速和其他地形信息從而確定即將發(fā)生的機(jī)動(dòng)車功率需求的控制系統(tǒng)相結(jié)合時(shí)，KERS變?yōu)椴粌H用于提升捕獲并重新使用機(jī)動(dòng)車動(dòng)能的使能器，正如前所述，也變?yōu)闇p少引擎尺寸并因而對(duì)減少排放和燃油消耗進(jìn)行加強(qiáng)的使能器。

在一個(gè)實(shí)施例中，存在超級(jí)經(jīng)濟(jì)模式，其中存儲(chǔ)系統(tǒng)保持在低SOC，或?yàn)榱鉙OC，使得從存儲(chǔ)系統(tǒng)推進(jìn)機(jī)動(dòng)車不可用。由于存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如飛輪)中的損耗可被最小化，燃油經(jīng)濟(jì)性可被加強(qiáng)。在這樣的實(shí)施例中，駕駛者或控制系統(tǒng)對(duì)于性能模式的選擇可致使存儲(chǔ)系統(tǒng)接近目標(biāo)充能狀態(tài)，這取決于機(jī)動(dòng)車目前速度和/或慣性和/或可用慣性能量，如前所述。因此，相比于超級(jí)經(jīng)濟(jì)模式，存儲(chǔ)系統(tǒng)(例如飛輪)的損失可稍高于平均，但是對(duì)機(jī)動(dòng)車的推進(jìn)一直可用。這可以，例如，一直使得機(jī)動(dòng)車達(dá)到目標(biāo)速度，如前所述。

這些實(shí)施例也可應(yīng)用于商用車輛(包括公路卡車)，例如非公路車輛，包括裝載機(jī)，例如鏟斗機(jī)和有輪裝載機(jī)，以及挖掘機(jī)。然而，在這些情況中，可使用改良型能量回收系統(tǒng)(ERS)，其中可用的存儲(chǔ)和重新使用的能量可為動(dòng)能或重力勢(shì)能或其他機(jī)動(dòng)車可用能量形式。

相應(yīng)地，進(jìn)一步的實(shí)施例可提供控制用于機(jī)動(dòng)車(可選地為非公路機(jī)動(dòng)車)的能量回收系統(tǒng)(ERS)的方法，ERS包括具有預(yù)定最大運(yùn)行能量存儲(chǔ)容量的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及適用于向能量存儲(chǔ)系統(tǒng)和機(jī)動(dòng)車傳輸入和傳輸出能量的可變功率傳輸裝置，該方法包括：

(i)確定機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)可用能量；

(ii)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)；

(iii)確定最大能量存儲(chǔ)容量和瞬時(shí)充能狀態(tài)之差從而給出瞬時(shí)充能狀態(tài)凈空；以及

(iv)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得瞬時(shí)充能狀態(tài)凈空基本等于或大于機(jī)動(dòng)車的瞬時(shí)可用能量。

進(jìn)一步的實(shí)施例可提供控制用于機(jī)動(dòng)車(可選地為非公路機(jī)動(dòng)車)的能量回收系統(tǒng)(ERS)的方法，ERS包括具有預(yù)定最小充能狀態(tài)的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)以及適用于向能量存儲(chǔ)系統(tǒng)傳輸入和傳輸出能量的可變功率傳輸裝置，該方法包括：

(i)確定機(jī)動(dòng)車瞬時(shí)能量；

(ii)確定車輛最大運(yùn)行能量；

(iii)確定機(jī)動(dòng)車最大需求能量，作為機(jī)動(dòng)車最大運(yùn)行能量和機(jī)動(dòng)車瞬時(shí)能量之差；

(iv)確定能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)；

(v)確定可用存儲(chǔ)能量，其為能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的瞬時(shí)充能狀態(tài)減去能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的最小充能狀態(tài)；

(vi)使用可變功率傳輸裝置將能量傳輸至或傳輸出能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，使得能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的可用存儲(chǔ)能量基本等于或大于機(jī)動(dòng)車最大需求能量。

一些機(jī)動(dòng)車可能經(jīng)常爬坡至不同高度，機(jī)動(dòng)車能量可為能夠被存儲(chǔ)和重新使用的重力勢(shì)能。在該情況中，重力勢(shì)能為機(jī)動(dòng)車高度的函數(shù)。在裝載機(jī)動(dòng)車中，機(jī)動(dòng)車能量可為載重吊桿或載重臂的重力勢(shì)能。在一些機(jī)動(dòng)車中，機(jī)動(dòng)車能量可為動(dòng)能，來自機(jī)動(dòng)車相對(duì)于底盤或地面連接機(jī)構(gòu)(例如駕駛室)移動(dòng)的一部分；這樣的機(jī)動(dòng)車包括挖掘機(jī)。在每種情況中，機(jī)動(dòng)車系統(tǒng)的可用能量的存儲(chǔ)和重新使用可減少燃油消耗。通過管理存儲(chǔ)系統(tǒng)的SOC，引擎的尺寸可被縮小，從而進(jìn)一步減少燃油消耗，如之前所述。存儲(chǔ)系統(tǒng)SOC的管理可顧及機(jī)動(dòng)車空氣功率損失，機(jī)動(dòng)車阻力，傳動(dòng)裝置的效率，引擎制動(dòng)和基礎(chǔ)制動(dòng)以及動(dòng)能或重力勢(shì)能，如之前所述，例如包括KERS(即，存儲(chǔ)并重新使用機(jī)動(dòng)車的滾動(dòng)動(dòng)能)。所有其他方面的可應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車滾動(dòng)動(dòng)能應(yīng)用(KERS)的控制可同樣用于這些卡車和非公路應(yīng)用。

本發(fā)明已參照一個(gè)或多個(gè)僅作為實(shí)例的具體實(shí)施例描述如上。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，額外和/或可替代的實(shí)施例也可涵蓋在所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。