CN102616126A

CN102616126A - 一种车辆势能回收系统

Info

Publication number: CN102616126A
Application number: CN2012100743965A
Authority: CN
Inventors: 田丽欣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-21
Filing date: 2012-03-21
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明涉及一种汽车装置，具体涉及一种用于车辆的势能回收系统，包括发动机通过耦合器与电机和变速器相连接，耦合器两侧的发动机轴输出轴和电机输出轴各安装有电磁制动器，微电脑控制系统通过信号线控制电磁制动器，电机分别与功率变换器和电机控制单元相连接，且功率变换器与电机控制单元相连接，蓄电池与功率变换器连接，能量管理系统与蓄电池连接，电磁制动器、电机控制单元、能量管理系统与微电脑控制系统连接，油门踏板和制动踏板分别通过传感器与微电脑控制系统连接。本发明的车辆势能回收系统可以实现发动机怠速时将发动机动能转变为电能以及将汽车制动能量回收转变为电能储存到蓄电池中，电机和发动机通过耦合器并联，可以实现双驱动。

Description

一种车辆势能回收系统

技术领域

本发明涉及一种汽车装置，具体涉及一种用于车辆的势能回收系统。

背景技术

众所周知车辆的制动需要克服的能量主要来自两方面：车辆的动力势能和重力势能，电动汽车为了节能，利用电机的可逆原理可以回收制动能量，达到节能的的目的。然而目前交通行业中势能可回收性最大的重型汽车如载重卡车以及公共汽车的势能没能进行回收，大量的能源不能重复利用。且现有大型车辆都只由燃油或燃气的内燃机驱动，在车辆低速行驶或者发动机怠速时由于此时内燃机的燃烧效率低造成燃油或燃气的无谓消耗。

发明内容

为弥补现有技术的不足，本发明提供一种车辆势能的回收系统。该系统可以回收车辆的重力势能和动力势能将其转化为电能，发动机怠速时也可将发动机带动电机发电，回收的能量储存在蓄电池中。同时汽车上坡需要足够大动力的时候可以采用电动机加发动机双驱动模式提高驱动力。对于重型汽车在载重下坡路况，回收的能量可通过输电线，传送到电动汽车充电站。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的车辆势能回收系统包括有发动机、变速器、油门踏板、制动踏板，变速器通过差速器与驱动轮连接，发动机通过耦合器与电机和变速器相连接，耦合器两侧的发动机轴输出轴和电机输出轴各安装有电磁制动器，微电脑控制系统通过信号线控制电磁制动器，电机分别与功率变换器和电机控制单元相连接，且功率变换器与电机控制单元相连接，蓄电池与功率变换器连接，能量管理系统与蓄电池连接，电磁制动器、电机控制单元、能量管理系统与微电脑控制系统连接，油门踏板和制动踏板分别通过传感器经信号连接线与微电脑控制系统连接。

上述本发明的车辆势能回收系统，所述耦合器包括通过螺栓、弹簧垫圈和螺母相连接的两个箱体，两个轴承分别安装在合并后的箱体左右两侧轴承孔内，并由两个透盖将轴承固定，透盖中的凹槽安装有毡圈，两个半轴齿轮分别通过普通平键安装在发动机输出轴和电机轴出轴轴端上，行星齿轮轴安装在箱体相应的内孔中，行星齿轮通过两个轴承安装在行星齿轮轴上，垫圈安装于齿轮轴上且位于轴承与箱体之间，大齿轮通过螺栓，弹簧垫圈和螺母安装在合并后的两箱体上，轴承安装在合并后的两箱体的两侧凸缘上。

上述本发明的车辆势能回收系统，所述的电机为他励直流电机。

上述本发明的车辆势能回收系统，其车辆势能回收系统还包括有一与微电脑控制系统相连接的车速感应系统。

上述本发明的车辆势能回收系统，其车辆势能回收系统还包括有与功率变换器相连接的受电弓。

本发明的有益效果：本发明的车辆势能回收系统可以实现发动机怠速时将发动机动能转变为电能以及将制动能量回收转变为电能储存到蓄电池中，电机和发动机通过耦合器并联，可以实现双驱动，当在电力条件允许的时候，通过电机驱动车辆行驶，利用电机的无极变速，可以实现车辆的无极变速。在汽车上坡急加速需要强大动力的时候发动机和电机可以同时提供驱动力，因此常规汽车可以在保证汽车动力的同时减小发动机的排量，降低油耗，减少废气污染。由于可以通过发电机的发作用力矩降低车速，使得在制动过程中产生类似ABS防抱死的效果，可以进一步提高车辆的安全性。

附图说明

图1为本发明的结构方框示意图；

图2为本发明的耦合器主视图；

图3为本发明的耦合器的A-A剖面图；

图4为本发明的制动踏板三位置示意图；

图5为本发明的势能回收方法示意图；

图中，1.差速器 2.发动机 3.电机 4.耦合器 5.变速器 6.电磁制动器 7.电机控制单元 8.功率变换器 9.微电脑控制器 10.蓄电池 11.受电弓 12.能量管理系统 13.车速感应系统 14.传感器 15.制动踏板 16.加速踏板 17.山区大坡公路 18.输电线 19.自动汽车充电站 20. 重型汽车 21.驱动轮 4.1发动机输出轴 4.2箱体 4.3透盖 4.4螺栓 4.5弹簧垫圈 4.6螺母 4.7大齿轮 4.8行星齿轮轴 4.9轴承 4.10电机输出轴 4.11毡圈 4.12轴承 4.13行星齿轮 4.14轴承 4.15垫圈 4.16半轴齿轮 4.17普通平键 4.18螺母 4.19螺栓 4.20弹簧垫圈。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2、附图3、附图4、附图5对本发明做进一步说明。

本发明提供了一种车辆势能回收系统，其包括有发动机2、变速器5、油门踏板16、制动踏板15，变速器5通过差速器1与驱动轮21连接，发动机2通过耦合器4与电机3和变速器5相连接。耦合器4两侧的发动机轴输出轴4.1和电机输出轴4.10各安装有电磁制动器6，微电脑控制系统9通过信号线控制电磁制动器6，电机3分别与功率变换器8和电机控制单元 7相连接，且功率变换器8与电机控制单元 7相连接，蓄电池10与功率变换器8连接，能量管理系统12与蓄电池10连接，电磁制动器6、电机控制单元 7、能量管理系统12与微电脑控制系统9连接，油门踏板16和制动踏板15分别通过传感器14经信号连接线与微电脑控制系统9连接。

耦合器4两侧的发动机轴输出轴4.1和电机输出轴4.10各安装有电磁制动器6，汽车在下山区大坡公路17况行驶时，电磁制动器通过微电脑控制器9发出的信号控制电磁制动器6锁死发动机输入轴4.10，车轮驱动直流电机转动发电进行势能回收。当在怠速时，发动机2通过耦合器4驱动电机逆向旋转，实现发电过程。

上述耦合器4包括两个箱体4.2，两个箱体4.2通过螺栓4.19，弹簧垫圈4.20和螺母4.18相连接，两个轴承4.9分别安装在合并后的箱体左右两侧孔内，并由两个透盖4.3将轴承4.9固定，透盖4.3中的凹槽安装有毡圈4.11，两个半轴齿轮4.16分别通过普通平键4.17安装在发动机输出轴4.1和电机轴出轴4.10上，行星齿轮轴4.8安装在箱体内槽中，行星齿轮4.13通过两个轴承4.14安装在行星齿轮轴4.8上，垫圈4.15安装于齿轮轴4.8且位于轴承4.14与箱体4.2之间，大齿轮4.7通过螺栓4.4，弹簧垫圈4.5和螺母4.6安装在箱体4.2上，轴承4.9安装在合并后的两箱体4.2的两侧凸缘上。采用该耦合器，可以实现双驱动模式，发动机怠速发电模式，制动能量回收模式。该耦合器结构简单，可靠性高，可以实现转速和转矩同时耦合。

发电机的发电原理就是电枢导体切割气隙磁场，电枢绕组中就会产生感应电动势，即发电过程。电机3正负电刷间的电动势就是其支路电动势，其值等于支路中各串联导体电动势代数和。每根导体电动势为：e=

Figure 2012100743965100002DEST_PATH_IMAGE001

lv。

则电机3正负电刷间的电动势为：

B_δ 为导体所在处的气隙磁通密度。Za为电枢绕组的总导体数，2a=为支路数，在进行势能回收时，电机控制单元 7控制功率转换器8功率导通时间，从而控制制动力矩和回馈电流的大小，从而实现在达到安全制动的前提下回收的最大势能。

当车辆在上坡时，可以采用发动机2和电机3双驱动，这时电机3处于电动机状态，电机3和发动机2通过耦合器的耦合作用实现并联双驱动输出。这时油门可以通过传感器14，发出电信号给微电脑控制系统9，微电脑控制系统9通过电机控制单元 7控制电机3转动。同时从电机3反馈的信息传给微电脑控制系统9从而更好的调节电机3的转速及电磁力矩。

上述本发明车辆势能回收系统的电机3优选为他励直流电机，因为通过控制励磁电流的大小，可以控制电机磁场的大小。通过改变电机转速和磁场大小的双重模式控制，可以在更好提供制动力的同时实现高效电能回收。

当车辆在制动是回收能量的情况基本可以分为两种，其控制原理如下：

1.中轻度刹车：

中轻度刹车可分为减速过程与停止过程。由势能回收系统负责减速过程，机械刹车完成停止过程。这里在发电过程中电机3的转速逐渐降低，主要通过微电脑控制系统9控制电机控制单元 7,从而使电机控制单元 7直接控制他励直流电机的励磁电流，使得产生的反向电磁力矩得到调节，这样就给了车一个阻力，使得车能够根据不同情况按照不同的减速度完成减速行为。当速度降低到很低时由机械制动完成停车过程。在进行中轻度制动过程，踏动制动踏板，如图4所示，制动踏板15在Ⅰ～Ⅱ范围内变化的同时，传感器14发出相应的电信号传送到微电脑控制系统9，经处理后传给电机控制单元 7，从而控制发电机的转速以及电磁力矩。同时电机控制单元 7通过感知电机3的机械性状，反馈给微电脑控制系统9，优化控制回馈制动的效果。当踏至位置Ⅱ时，回馈制动达到最大效果。当还是无法满足车辆制动，继续向位置Ⅲ踏制动踏板15时，机械制动力达到最大值，从而完成制动，此时电机回馈制动仍然发挥作用。

2.汽车长下坡时的刹车：

汽车长下坡时，可以完全利用势能回收系统刹车。此时电磁制动器通过微电脑控制器9发出的信号控制电磁制动器6锁死发动机输入轴4.10主要由回馈制动完成制动过程。这里不同于中轻度刹车制动，需要通过变速器5调节电机3转速。根据坡度大小调节档位，一般坡度最大的换到最低档1档，中等坡度可以换到2档，小坡可以采用3档或者2档。从而使电机3的转速较高，反电磁力矩达到最大。上述本发明车辆势能回收系统可以增加一车速感应系统13，车速感应系统13测得车速信号并将信号提供给微电脑控制系统9这样就可以根据实际车速提供适合的档位，优化控制制动力。

在自带蓄电池电能充足的情况下，可以关闭发动机，由电机3直接驱动车辆，此时，汽车就变成了电动车。

重型汽车20可回收的电能巨大，无法完全靠自身储存，根据重卡运输路线，可在相应下坡路段建设输电线18，重型汽车通过受电弓11连接接输电线18，把回收的电能直接输送到电网。如果选用直流发电机，回收的电能可以直接供应电动汽车充电站19的电力需求。

城市公交车由于经常靠站停车，具有较大的动力势能可以回收，可以建设输电网，也可以在公交车上安装适量的蓄电池，实现制动能量回收、双驱动或者电动，减小排放。

Claims

1.一种车辆势能回收系统，包括有发动机（2）、变速器（5）、油门踏板（16）、制动踏板（15），变速器（5）通过差速器（1）与驱动轮（21）连接，其特征在于：发动机（2）通过耦合器（4）与电机（3）和变速器（5）相连接，耦合器（4）两侧的发动机轴输出轴（4.1）和电机输出轴（4.10）各安装有电磁制动器（6），微电脑控制系统（9）通过信号线控制电磁制动器（6），电机（3）分别与功率变换器（8）和电机控制单元（7）相连接，且功率变换器（8）与电机控制单元（7）相连接，蓄电池（10）与功率变换器（8）连接，能量管理系统（12）与蓄电池（10）连接，电磁制动器（6）、电机控制单元（7）、能量管理系统（12）与微电脑控制系统（9）连接，油门踏板（16）和制动踏板（15）分别通过传感器（14）经信号连接线与微电脑控制系统（9）连接。

2.如权利要求1所述的车辆势能回收系统，其特征在于:所述耦合器（4）包括通过螺栓（4.19）、弹簧垫圈（4.20）和螺母（4.18）相连接的两个箱体（4.2），两个轴承（4.9）分别安装在合并后的箱体左右两侧轴承孔内，并由两个透盖（4.3）将轴承（4.9）固定，透盖（4.3）中的凹槽安装有毡圈（4.11），两个半轴齿轮（4.16）分别通过普通平键（4.17）安装在发动机输出轴（4.1）和电机轴出轴（4.10）轴端上，行星齿轮轴（4.8）安装在箱体（4.2）相应的内孔中，行星齿轮（4.13）通过两个轴承（4.14）安装在行星齿轮轴（4.8）上，垫圈（4.15）安装于齿轮轴上（4.8）且位于轴承（4.14）与箱体（4.2）之间，大齿轮（4.7）通过螺栓（4.4），弹簧垫圈（4.5）和螺母（4.6）安装在合并后的两箱体（4.2）上，轴承（4.9）安装在合并后的两箱体（4.2）的两侧凸缘上。

3.如权利要求1所述的车辆势能回收系统，其特征在于:所述的电机（3）为他励直流电机。

4.如权利要求1或2或3所述的车辆势能回收系统，其特征在于: 该车辆势能回收系统还包括有一与微电脑控制系统（9）相连接的车速感应系统（13）。

5.如权利要求4所述的车辆势能回收系统，其特征在于:该车辆势能回收系统还包括有与功率变换器（8）相连接的受电弓（11）。