CN101376335B - 混合动力车 - Google Patents
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Abstract
一种混合动力车，包括：一个发动机(1)；至少一个电动机/发电机(2)；一个存储电能的储能装置(3)；所述电动机/发电机(2)和/或所述发动机(1)可用于驱动至少一个驱动轮(4)；至少一个轮毂电动机/发电机(6)，所述轮毂电动机/发电机(6)安装在至少一个车轮(4，4’)的轮毂上，用于驱动所述车轮(4，4’)，并在制动时作为发电机回收所述车轮(4，4’)的制动能量，所述电动机/发电机(2)和所述轮毂电动机/发电机(6)采用同样的结构。本发明设置了至少一个轮毂电动机/发电机，不需要在发动机舱配置大型的电动机/发电机，不但可以汲取四个车轮的制动能量，而且可以采取四轮同时驱动。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力车(HEV)，尤其是一种可以回收制动能量的混合动力车。这种混合动力车可以是一种油电混合动力车，也可以是其他类型的混合动力车。
背景技术
混合动力车通常包括一个以常规汽油或柴油为动力的发动机和一个作为辅助动力的电动机/发电机以及一个蓄电池。这种混合动力车在启动、怠速或城区低速行驶的时候，采用蓄电池为电动机/发电机供电的方式驱动汽车，以达到减少发动机废气排放的效果。在巡航状态下，车辆通过发动机进行驱动，同时通过相应的传动机构带动电动机/发电机发电，对蓄电池进行充电。在加速行驶或爬坡的时候，通过发动机和电动机/发电机同时开启的方式驱动汽车，以提高牵引力。
这种混合动力车可以通过电动机/发电机将动能转化成电能，存储到蓄电池等储能装置里；在车辆启动、加速、爬坡等状态下，电动机/发电机可以利用这些电能来为车辆提供驱动力，从而提高车辆的性能，降低油耗，减少排放。另外，为了充分发挥混合动力车的优点，人们还利用汽车制动减速时车辆的动能带动电动机/发电机发电，以将制动减速时的动能装换成电能存储在蓄电池里，同时通过电动机/发电机发电时对车轮的作用力使车轮减速，以形成对车轮的制动效果，这个过程通常称为制动能量的回收，或者称作再生制动。
图1是一种可以回收制动能量的后轮驱动的混合动力车的结构示意图。其中，附图标记1表示发动机，附图标记2表示电动机/发电机，附图标记31表示蓄电池，附图标记4表示驱动轮。这种混合动力车的能量回收模式为：当汽车制动减速时，利用驱动轮4所具有的动能带动电动机/发电机2发电，并将产生的电能存储在蓄电池31中。
然而，这种混合动力车实际回收的制动能量十分有限，制动能量的回收仅靠驱动轮4来获得，为了回收更我多的制动能量，需要将电动机/发电机2做得很大，但是，由于车辆底盘空间上的限制，又难以将电动机/发电机2做得很大，并且，即便将电动机/发电机2做得很大，发电时的电阻转矩也会随之变大，使得用于将驱动轮4的动能传递给电动机/发电机2的皮带轮的皮带难以承受如此大的转矩。
CN 1552591A中公开了一种混合动力汽车驱动系统，其在发动机上串联了一个发电机，用于回收制动能，而且在两个后轮的轮毂中加入了轮毂电动机。这种混合动力汽车可以通过发动机和轮毂电动机来实现四轮驱动，但是回收制动能仍然是通过与发动机串联的发电机来完成，同样存在上述的缺陷。
CN 1958329A中公开了一种混合动力电动汽车轮毂驱动装置，该装置中，发动机和一个电动/发电机同轴组装，该电动/发电机既可以用于驱动车轮前进，又可以由发动机带动充电，还可以在制动的时候回收车轮的制动能用于发电。该装置还具有设置在车轮轮毂中的轮毂电动机/发电机，其同样可以驱动车轮，还可以在制动的时候回收车轮的制动能用于发电。该现有技术虽然通过增加轮毂电动机/发电机增加了回收的制动能量，但是，由于没有采用机械齿轮减速机构，因此导致其所采用的电动/发电机和轮毂电动机/发电机结构不相同，增加了制造成本。同时，由于轮毂电动机/发电机是整体安装在车轮轮毂中的，导致其需要针对不同轮毂设计不同的轮毂电动机/发电机，通用性差，无法针对不同的轮毂，提供规格统一的轮毂电动机/发电机，同样增加了制造成本。
CN 101081593A中公开了一种并联型气电混合动力车动力系统，其采用气动发动机以及轮毂电动机/发电机来回收制动能，其轮毂电动机/发电机采用的是现有的产品，但是该现有技术的气动发动机应用范围有限，难以在现有车辆的技术上改装成混合动力车，并且该现有技术也没有公开轮毂电动机/发电机与车轮的具体连接关系。
因此，本发明需要提供一种混合动力车，用以对制动能量进行回收，以克服上述技术中所描述的缺陷。
上述背景技术中所描述的系统或原理乃是本发明改进的基础，并不能将其视为现有技术的一部分，或将其视为业已公开的内容。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合动力车，以减少或避免前面所提到的问题。
因此，本发明要解决的一个主要技术问题是提供一种混合动力车，其可以在普通汽车的基础上低成本地改造而成。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种混合动力车，其可以在车辆轮毂上提供一种轮毂电动机/发电机的安装结构，并且无需提供特别设计的车辆轮毂或轮毂电动机/发电机。
本发明要解决的又一个技术问题是提供一种混合动力车，其提供了一种用于轮毂电动机/发电机的变速机构。
本发明要解决的又一个技术问题是提供一种混合动力车，其提供了一种手动控制电动机/发电机和/或轮毂电动机/发电机的转换开关，用于手动控制上述电动机/发电机从电动机状态切换到发电机状态，以实现对制动能量的回收。
本发明可通过下述技术方案解决上述技术问题，一种混合动力车，该混合动力车包括：一个发动机；至少一个电动机/发电机；一个存储电能的储能装置；所述电动机/发电机和/或所述发动机可用于驱动至少一个驱动轮；至少一个轮毂电动机/发电机，所述轮毂电动机/发电机安装在至少一个车轮的轮毂上，用于驱动所述车轮，并在制动时作为发电机回收所述车轮的制动能量；其中，所述电动机/发电机和所述轮毂电动机/发电机采用同样的结构。
优选地，所述轮毂电动机/发电机通过一个连接装置安装在所述车轮的轮毂上，所述连接装置包括一个与所述轮毂固定连接的法兰盘，以及一个可相对所述法兰盘自由转动的轮毂支架，所述轮毂电动机/发电机的外壳固定支撑在所述轮毂支架上。
所述轮毂电动机/发电机通过一个减速装置驱动所述法兰盘转动，其中，所述减速装置包括一个行星齿轮减速机构。
所述减速装置包括至少一组圆柱齿轮减速机构，所述轮毂电动机/发电机通过所述至少一组圆柱齿轮减速机构减速之后将动力传递给所述行星齿轮减速机构，进而驱动所述法兰盘转动。
优选地，所述圆柱齿轮减速机构的设置使得所述轮毂电动机/发电机偏置于靠近所述轮毂的一侧。
优选地，所述轮毂电动机/发电机通过一个电磁离合器将动力传递给所述法兰盘。
优选地，所述电动机/发电机和/或所述轮毂电动机/发电机通过至少一个手动开关控制其由电动机状态切换为发电机状态，其中，所述手动开关设置在档杆上。
优选地，所述储能装置包括一个电容器和/或一个蓄电池。
本发明设置了至少一个轮毂电动机/发电机，不需要在发动机舱配置大型的电动机/发电机，因此，在考虑安全碰撞等问题时布置上较为容易。并且由于增设了两个轮毂电动机/发电机(电动机/发电机)，因此，不但可以汲取四个车轮的制动能量，而且可以在启动的时候采取四轮同时驱动，在打滑的路面也可以轻松起步。并且，由于可以使轮毂电动机/发电机采用与设置于驱动轮一侧的电动机/发电机相同的产品，由于这三个电动机/发电机基本上是相同的部件，所以，控制上较为容易。另外，它还具有部件种类少的优点。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1是作为背景技术所述的一种可以回收制动能量的后轮驱动的混合动力车的结构示意图；
图2显示的是根据本发明的一个优选实施例的混合动力车的结构示意图；
图3显示的是本发明的轮毂电动机/发电机的减速装置的一个具体实施例；
图4显示的是本发明的轮毂电动机/发电机的减速装置的另一个具体实施例；
图5显示的是本发明的轮毂电动机/发电机的减速装置的又一个具体实施例。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
图2显示的是根据本发明的一个优选实施例的混合动力车的结构示意图。如图2所示，箭头F所指示的方向为本实施例的混合动力车的前进方向，亦即车头方向。该混合动力车的驱动轮4为前轮，发动机1设置于驱动轮4一侧，其可以为通常的汽油发动机或柴油发动机，也可以为其他任何类型的发动机。
在驱动轮4一侧还设置有一个电动机/发电机2，该电动机/发电机2和发动机1通过一个变速箱5带动驱动轮4转动。当车辆在启动、加速、爬坡等状态下的时候，该电动/发电机2可以通过变速箱5驱动驱动轮4转动，即作为电动机使用。当车辆正常行驶的时候，该电动/发电机2可以由发动机1带动发电，从而对储能装置3充电，即作为发电机使用。当车辆制动减速的时候，该电动/发电机2同样可以作为发电机使用。也就是说，一方面，制动减速的时候，驱动轮4的动能会通过变速箱5中的传动机构带动电动/发电机2发电，另一方面，在电动/发电机2发电的时候，也会对其转子形成巨大的反向阻尼，从而可以通过变速箱5中的传动机构对驱动轮4形成制动效果。
仍然参见图2，在两个后轮4’的轮毂上分别装有一个小型的轮毂电动机/发电机6。本发明中的轮毂电动机/发电机6与前述电动/发电机2是结构完全相同的产品，也是一种能够实现再生制动的电机，当车辆在电动驱动时，其可以通过储能装置3提供的电能驱动后轮4’转动，在车辆制动的时候，其可以回收后轮4’的制动能量，即，利用后轮4’的动能进行发电，用于给储能装置3充电。
应当强调的是，轮毂电动机/发电机6与设置于驱动轮4一侧的电动机/发电机2为结构相同的产品，其通过一个连接装置安装在后轮4’的轮毂上，并通过相应的传动机构(例如行星齿轮传动机构等)驱动后轮4’。采用相同结构的电动机/发电机6与电动机/发电机2的优点是十分显著的，其可以大大减少设计和制造成本。当然，本领域技术人员应当理解，本发明所谓的“电动机/发电机6与电动机/发电机2结构相同”或“电动机/发电机6与电动机/发电机2采用同样的结构”是指二者的内部结构以及作为一个单独的部件其内部结构是相同的，至于其安装在发动机1一侧或轮毂上时，其相应的外部装配结构可以是不完全相同的。
本发明的储能装置3是一个电容器32和/或一个设置于车辆的后轮4’一侧的蓄电池31，也就是说，储能装置3既可以只是一个蓄电池31，也可以只是一个电容器32，还可以同时包括蓄电池31和电容器32。由于本发明采用了三个具有发电功能的电机，当它们制动发电时，其瞬间产生的充电电能可能非常大，通常的蓄电池，例如铅酸蓄电池、镍氢电池或锂电池等，有时难以完全将这些电能瞬间存储起来，由于电容器具有瞬间存储巨大能量的特性，因此在本实施例中用电容器32来储存制动时瞬间产生的巨大能量，在图2所示的实施例中，储能装置3即同时包括一个电容器31和一个蓄电池32，电容器31可以是一种市场上可以获得的产品。
如图2所示，本发明所提出的混合动力车进一步包括一个整流器7，电动机/发电机2和轮毂电动机/发电机6所产生的电能通过整流器7整流之后存储于储能装置3中。
下面参照附图3对轮毂电动机/发电机6安装于车轮轮毂41上的结构进行详细说明。参见图3，轮毂电动机/发电机6通过一个连接装置42安装在车轮4’的轮毂41上。该连接装置42包括一个与轮毂41固定连接的法兰盘43，以及一个可相对所述法兰盘43自由转动的轮毂支架44，所述轮毂电动机/发电机6的外壳固定支撑在所述轮毂支架44上。
从上述结构可以看出，通过法兰盘43的设置，可以将轮毂电动机/发电机6安装在任何一种车轮的轮毂41上，也就是说无需针对不同轮毂41设计不同的轮毂电动机/发电机6，也无需专门设计针对不同轮毂41的法兰盘43以及轮毂支架44。
如图3所示，轮毂支架44上具有与车辆悬挂装置(图中未示出)连接的支臂45，用于通过该轮毂支架44将整个车轮4’支撑在车体下方。轮毂支架44套置在法兰盘43的套筒431外侧，二者之间装有轴承46。轮毂电动机/发电机6的输出轴61可以直接插入在法兰盘43带有啮合齿的套筒431中，从而带动法兰盘43转动，也可以通过一个电磁离合器62将动力传递给所述法兰盘43。具体来说，当轮毂电动机/发电机6不工作的时候，可以通过设置电磁离合器62，使轮毂电动机/发电机6不随车轮一起转动，从而可以降低由于轮毂电动机/发电机6的转动摩擦力对车辆燃油经济型所带来的不利影响，当然，如果轮毂电动机/发电机6的转动摩擦力相对很小的情况下，也可以不设置电磁离合器62。
图3所示安装结构仅仅是示意性的，其同时还包含具体的减速结构部分。下面参照图3-5对具有减速装置8的轮毂电动机/发电机6的安装结构进行详细说明。
图3显示的是本发明的轮毂电动机/发电机6的减速装置8的一个具体实施例，其中，轮毂电动机/发电机6通过一个减速装置8驱动法兰盘43转动，该减速装置8包括一个行星齿轮减速机构81。轮毂电动机/发电机6的输出轴61带动行星齿轮减速机构81的中心轮82转动，从而通过行星轮83带动齿轮架84转动，齿轮架84的动力输出端可以直接插入在法兰盘43带有啮合齿的套筒431中，从而带动法兰盘43转动。当然，本领域技术人员应当理解，齿轮架84的动力输出端也可以通过一个电磁离合器62将动力传递给所述法兰盘43(如图所示)。这种减速机构的布置特点是轮毂电动机/发电机6的输出轴61与轮毂同轴布置。
图4显示的是本发明的轮毂电动机/发电机6的减速装置8的另一个具体实施例，其相对于图4所示实施例增加了一组圆柱齿轮减速机构85，所述轮毂电动机/发电机6通过该圆柱齿轮减速机构85减速之后将动力传递给所述行星齿轮减速机构81，进而驱动所述法兰盘43转动。这种减速机构的布置特点是轮毂电动机/发电机6的输出轴61与轮毂不同轴，当采用图3所示同轴布置的状态，因悬架的形状不同，有时会遇到没有足够的安装空间、电动机6无法安装的情况。因此，可以采用本实施例所示的结构，把发动机6偏置于不干涉其他部件的空间位置。本实施例中其他的结构与图3所示实施例完全相同，在此不一一赘述。
图5显示的是本发明的轮毂电动机/发电机6的减速装置8的又一个具体实施例，其相对于图3作了一些的改进，其中增加了两组圆柱齿轮减速机构85和86，其目的是使得所述轮毂电动机/发电机6偏置于靠近轮毂41的一侧，如果轮毂电动机/发电机6纵方向长，且直径小的话，在空间位置允许的情况下，可以通过这种布置方式将轮毂电动机/发电机6嵌入到车轮的内侧。这样能够改善轮毂电动机/发电机6偏置安装后在强度上比较勉强的悬空的位置状况。同样，这种布置方式仍然具备图4所示实施例中结构上的优点。本实施例中其他的结构与图4和图5所示实施例完全相同，在此不一一赘述。
另外，本发明还提供了一种手动控制电动机/发电机2和/或所述轮毂电动机/发电机6由电动机状态切换为发电机状态的开关(图中未示出)。当然，相对于通过车载电脑自动控制电动机/发电机2和/或所述轮毂电动机/发电机6由电动机状态切换为发电机状态的技术方案而言，这种手动开关的设置可以作为一种额外的补充，其可以在档杆的前端装上一个按钮开关，通过这个开关给三个交流发电机提供发电模式的切换电压(例如：15V)，形成减速阻力来进行充电。这种模式的按钮开关只是在手指按压时为ON，其操控近似脚踏制动的感觉。另一方面，由于这种手动开关是通过驾驶员来直接控制的，其相对车载电脑等控制机构或电路而言成本几乎可以忽略不计，因此，也可以独立作为控制电动机/发电机状态切换的技术手段。另外，本领域技术人员也应当理解，上述手动开关也可以设置在手刹或其他操纵杆上，也可以设置在其他方便操纵的位置处，例如方向盘上。
虽然本实施例中所述驱动轮4为前轮，本领域技术人员应当理解，驱动轮也可以是后轮4’，此时发动机1和电动机/发电机2以及相应的变速箱5均设置于后轮4’一侧。相应地，轮毂电动机/发电机6则可以安装在前轮4的轮毂中，其他的结构，例如储能装置3的设置等均可以作相应的调整，在此不一一赘述。
以上对根据本发明的混合动力车的结构进行了详细说明，下面参照图2说明其工作流程。
首先，在车辆启动时，车辆控制系统9控制储能装置3输出电能，输出的电能经整流器7到达电动机/发电机2以及轮毂电动机/发电机6，电动机/发电机2通过变速箱5带动驱动轮4转动，同时轮毂电动机/发电机6带动后轮4’转动，从而完成起步。
待车速到达设定的正常行驶状态时，车辆控制系统9控制发动机1启动，通过变速箱5带动驱动轮4转动，而车辆控制系统9控制蓄电池31停止电能的输出，通过设定相应的工作状态，也可以同时使发动机1带动电动机/发电机2转动发电，从而可以将产生的电能存储在储能装置3中。
在加速、爬坡等状态下，为提高牵引力，可以使发动机1、电动机/发电机2以及轮毂电动机/发电机6同时开启，共同驱动汽车前进。
当车辆需要制动减速时，车辆控制系统9控制车辆进入能量回收状态，电动机/发电机2发电，对与之连接的发动机产生反作用力，从而降低了发动机的转速，进而通过变速箱5对驱动轮4产生了制动的效果。同时轮毂电动机/发电机6通过相应的传动机构(图中未示出)利用后轮4’的动能带动其再生发电。制动时瞬间产生的巨大能量经整流之后存储在储能装置3中。
与现有的混合动力车相比，由于本发明增设了两个轮毂电动机/发电机6，因此可以使轮毂电动机/发电机6和电动机/发电机2小型化，不需要在发动机舱配置大型的电动机/发电机2，在考虑遇到碰撞等安全性因素时，结构布置上较为容易。并且由于增设了两个轮毂电动机/发电机，因此，不但可以汲取四个车轮的制动能量，而且可以在启动的时候采取四轮同时驱动，在打滑的路面也能轻松起步。
在本发明的另一个实施例中，可以在前轮驱动车的基础上，略微加改进，就可以批量生产本发明的混合动力车(HEV)。并且，由于可以使轮毂电动机/发电机6采用与设置于驱动轮4一侧的电动机/发电机2相同的产品，由于这三个电动机/发电机基本上是相同的部件，所以，控制上较为容易。另外，它还具有部件种类少的优点。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种混合动力车，该混合动力车包括：一个发动机(1)；一个电动机/发电机(2)；一个存储电能的储能装置(3)；所述电动机/发电机(2)和/或所述发动机(1)可用于驱动驱动轮(4)；两个轮毂电动机/发电机(6)，所述轮毂电动机/发电机(6)安装在从动车轮(4’)的轮毂上，用于驱动所述从动车轮(4’)，并在制动时作为发电机回收所述从动车轮(4’)的制动能量；其特征在于：
所述电动机/发电机(2)和所述轮毂电动机/发电机(6)采用同样的结构；所述轮毂电动机/发电机(6)通过一个连接装置(42)安装在所述车轮(4’)的轮毂(41)上，所述连接装置(42)包括一个与所述轮毂(41)固定连接的法兰盘(43)，以及一个可相对所述法兰盘(43)自由转动的轮毂支架(44)，所述轮毂电动机/发电机(6)的外壳固定支撑在所述轮毂支架(44)上。
2.根据权利要求1所述的混合动力车，其中，所述轮毂电动机/发电机(6)通过一个减速装置(8)驱动所述法兰盘(43)转动，所述减速装置(8)包括一个行星齿轮减速机构(81)。
3.根据权利要求2所述的混合动力车，其中，所述减速装置(8)包括至少一组圆柱齿轮减速机构(85，86)，所述轮毂电动机/发电机(6)通过所述至少一组圆柱齿轮减速机构(85，86)减速之后，将动力传递给所述行星齿轮减速机构(81)，进而驱动所述法兰盘(43)转动。
4.根据权利要求3所述的混合动力车，其中，所述至少一组圆柱齿轮减速机构(85，86)的设置使得所述轮毂电动机/发电机(6)偏置于靠近所述轮毂(41)的一侧。
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