CN103978885B - 负载车辆及其混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及负载车辆及其混合动力系统，负载车辆包括车架，车架上设置有混合动力系统，混合动力系统包括具有发动机、电动机的混合动力机构，混合动力机构的动力输出端通过第一离合器传动连接有驱动桥传动轴，所述混合动力机构的动力输出端还通过第二离合器传动连接有负载传动轴。本发明提供了一种能够对负载进行单独电动驱动的负载车辆用混合动力系统及使用该混合动力系统的负载车辆。

Description

负载车辆及其混合动力系统

技术领域

本发明涉及负载车辆及其混合动力系统。

背景技术

近些年国内拖拉机、挖土机、钻机等负载车辆的保有量逐年递增，使得负载车辆成为目前环境污染和能源消耗问题中不可无视的因素之一，随着混合动力技术的逐步成熟，混合动力负载车辆即将成为负载车辆发展的必然趋势，传统的混合动力机构包括串联、并联和混联三种，串联、并联和混联三种混合动力机构均具有发动机和电动机，它们三者的不同之处在于发动机与电动机的传动连接关系不同，串联、并联和混联三种混合动力机构均具有电动机单独输出动力的工作模式。负载车辆有其较为特殊的工作环境，比如针对拖拉机而言，传统拖拉机的动力主要由发动机提供，发动机的动力被分流至行走机构和农机具负载，在传统作业模式中，无论是行走机构工作还是农机具负载工作，都需要发动机提供动力，而由于农机具负载的一般需求功率较小，在农机具负载单独工作时，造成发动机大量功率的浪费，燃油利用率低，不仅增高了生产成本也造成了环境污染，同时发动机工作也产生较大的噪音；另外，行走机构和农机具负载的变速箱必须具有较多的档位才能满足需求，这不仅增加了变速箱的成本，也会使得驾驶员操控频繁，加重了驾驶员的疲劳强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对负载进行单独电动驱动的负载车辆用混合动力系统；本发明的目的还在于提供一种使用该混合动力系统的负载车辆。

为了解决上述问题，本发明中混合动力系统的技术方案为：

负载车辆的混合动力系统，包括具有发动机、电动机的混合动力机构，混合动力机构的动力输出端通过第一离合器传动连接有驱动桥传动轴，所述混合动力机构的动力输出端还通过第二离合器传动连接有负载传动轴。

所述混合动力机构还包括启动电机和行星齿轮机构，所述发动机的曲轴通过第三离合器与行星齿轮机构的太阳轮传动连接，启动电机的电机轴与行星齿轮机构的齿圈传动连接，电动机的电机轴的一端与行星齿轮机构的行星架传动连接，电动机的电机轴的另一端构成所述混合动力机构的动力输出端。

所述驱动桥传动轴上串设有第一无级变速器。

所述负载传动轴上串设有第二无级变速器。

驱动桥传动轴的轴线沿前后方向延伸设置，所述负载传动轴与驱动桥传动轴平行设置，第一、第二离合器沿前后方向并列设置，负载传动轴通过转动套设于驱动桥传动轴上的传动套与第二离合器连接，负载传动轴与传动套通过齿轮传动机构传动连接。

本发明中负载车辆的技术方案为：

负载车辆，包括车架，车架上设置有混合动力系统，混合动力系统包括具有发动机、电动机的混合动力机构，混合动力机构的动力输出端通过第一离合器传动连接有驱动桥传动轴，所述混合动力机构的动力输出端还通过第二离合器传动连接有负载传动轴。

所述混合动力机构还包括启动电机和行星齿轮机构，所述发动机的曲轴通过第三离合器与行星齿轮机构的太阳轮传动连接，启动电机的电机轴与行星齿轮机构的齿圈传动连接，电动机的电机轴的一端与行星齿轮机构的行星架传动连接，电动机的电机轴的另一端构成所述混合动力机构的动力输出端。

所述驱动桥传动轴上串设有第一无级变速器。

所述负载传动轴上串设有第二无级变速器。

驱动桥传动轴的轴线沿前后方向延伸设置，所述负载传动轴与驱动桥传动轴平行设置，第一、第二离合器沿前后方向并列设置，负载传动轴通过转动套设于驱动桥传动轴上的传动套与第二离合器连接，负载传动轴与传动套通过齿轮传动机构传动连接。

本发明的有益效果为：混合动力机构具有电动机单独输出动力的工作模式，在需要负载进行单独工作时，混合动力机构的动力输出端通过第二离合器与负载传动轴传动连接进而将动力传递给相应负载，这样就实现对负载的单独电动驱动，不需发动机工作，不仅不会产生较大的噪音，也降低了生产成本和环境污染。

进一步的，行星齿轮机构本身具有调速作用，这样就减少了第一、第二无级变速器的所需档位，无级变速器还能变速器档位之间的平滑过渡，实现档位于档位之间的无级变速，使得驾驶员的操控变的简单，减轻了驾驶员的疲劳强度。

第二无级变速器可以调整负载传动轴的输出转速，使其满足国际要求，与负载车辆的行驶速度无关。

附图说明

图1是本发明中负载车辆的一个实施例的结构示意图，同时也是本发明中混合动力系统的一个实施例的使用状态图；

图2是图1中启动电机、电动机与行星齿轮机构的配合示意图。

具体实施方式

负载车辆的实施例如图1~2所示：本实施例中负载车辆为可以装载农机具的拖拉机，包括车架，车架上设置有装有前行走轮25的前车桥24和装有后行走轮16的后车桥19，车架上还设置有混合动力机构，混合动力机构为一个混联式混合动力机构，混合动力机构包括发动机2、启动电机4、电动机9和一个行星齿轮机构，发动机2的曲轴通过第三离合器3与行星齿轮机构的太阳轮7传动连接，启动电机4的电机轴通过一级齿轮传动副与行星齿轮机构的齿圈传动连接，一级齿轮传动副包括固设于齿圈上的大齿轮5和固设于启动电机的电机轴上的小齿轮6，大、小齿轮啮合传动，电动机9的电机轴的前端与行星架8固定连接，电动机的电机轴的后端构成整个混合动力机构的动力输出端。混合动力机构的动力输出端通过第一离合器10传动连接有轴线沿前后方向延伸的驱动桥传动轴15，混合动力机构的动力输出端还通过第二离合器26传动连接有与驱动桥传动轴15平行设置的负载传动轴13，第一、第二离合器沿前后方向并列设置，负载传动轴13通过转动套设于驱动桥传动轴15上的传动套12与第二离合器26连接，负载传动轴13与传动套12通过齿轮传动机构传动连接，齿轮传动机构包括固设于传动套上的主动齿轮和固设于负载传动轴13上的与主动齿轮啮合传动的从动齿轮11，负载传动轴上串设有第二无级变速器17，第二无级变速器为液压无级变速器。驱动桥传动轴15上串设有第一无级变速器14，驱动桥传动轴上于第一无级变速器的后侧设置有分动箱27，分动箱的两个动力输出端分别与前车桥、后车桥传动连接。图中项1表示与启动电机、电动机连接的蓄电池；项23表示前桥减速-差速器；项18表示后桥减速-差速器；项20表示连接于分动箱与前车桥之间的前桥传动轴；项21表示串设于前桥传动轴上的万向节；项22表示控制器。

本负载车辆的负载传动轴的输出转速只取决于行星齿轮机构与第二无级变速器，与负载车辆的行驶速度无关。当发动机单独工作、电动机单独工作或者发动机与电动机同时工作时，动力经第二离合器传递到传动套，然后经主、从动齿轮传递给负载传动轴，负载传动轴经第二无级变速器与农机具连接，带动农机具工作，进行播种、施肥、收割等。此外本发明采用混联式单行星齿轮机构耦合行驶，将发动机、启动电机和电动机的动力耦合后输出。发动机功率分为机械驱动和电力驱动两条路线传递，从机械传递的线路看，发动机的输出功率通过行星齿轮机构流向驱动桥传动轴和负载传动轴，不存在能力的转换；从电力传递的路线来看，发动机的部分功率经与齿圈传动的启动电机转换为电能储存在蓄电池中，然后输送给电动机，由电动机将所传递的电能转换为机械能，传递到驱动桥传动轴和负载传动轴。

本混合动力系统具有以下工作模式：

（a）发动机启动模式：当驾驶员发出启动的指令后，由启动电机通过行星齿轮机构带动发动机2转动，使之启动。此种模式下，电动机不工作，即行星齿轮机构的行星架8固定不动，混合动力系统不输出转矩。

（b）蓄电池充电模式：发动机2通过行星齿轮机构的太阳轮7、齿圈5带动启动电机工作，向蓄电池充电，电动机仍然不工作，行星架固定不动。此种模式和（a）模式的功率流相反。

（c）发动机做动力源的模式：在混合动力拖拉机起步后，发动机2的转速迅速达到设定转速并保持不变，启动电机向蓄电池提供电能。

（d）发动机+蓄电池动力模式：当本发明需要大转矩时，由发动机2和蓄电池1共同提供动力，启动电机和电动机同时输出动力，它们提供的驱动力矩与发动机的转矩通过行星齿轮机构汇合后，传递给第一、第二变速器。

（e）制动回收能量模式：当本发明减速制动时，电动机通过单轴耦合与行走轮连接，工作在发电机的状态，将减速和制动的机械能转化为电能为蓄电池充电。

由于行星齿轮机构本身具有调速作用，因此减少了第一、第二变速器的所需档位，且能实现变速器档位之间平滑过渡，实现档位于档位之间的无级变速。本混合动力系统还包括控制装置，控制装置使发动机、启动电机和电动机协调工作，可以实现发动机单独工作、启动电机单独工作、电动机单独工作和发动机与启动电机、电动机同时工作。发动机、蓄电池、启动电机、电动机和第一、第二变速器都配套设有控制器，可实现自动控制，减轻驾驶员的疲劳强度。驱动桥传动轴和负载传动轴均被混合动力机构驱动，在轻载时采用纯电驱动，重载时发动机单独驱动或发动机、电动机、启动电机同时驱动，空载时断开第一、第二离合器。发动机、启动电机和电动机联合工作，经过行星齿轮机构耦合后与对应变速器协调调速，使发动机工作在最佳经济区域。混合动力系统的不同工作模式可以满足拖拉机工作在多种工矿下的功率需求。

在本负载车辆的其它实施例中：拖拉机还可以被挖土机、钻机等其它可带负载的负载车辆代替；大、小齿轮还可以不设，此时启动电机与发动机的曲轴同轴线设置，启动电机的电机轴直接与齿圈固定连接；主、从动齿轮也可以不设，此时负载传动轴可以转动穿设或转动套设于驱动桥传动轴上，第二离合器直接设置在负载传动轴上；在驱动桥传动轴与负载传动轴平行设置时，第一、第二离合器也可以不是在前后方向上并列设置，比如说第二离合器设置于负载传动轴上，第一离合器设置于驱动桥传动轴上，混合动力机构的动力输出端通过分动机构分别与第一、第二离合器连接；混联式混合动力机构也可以被串联或并联式混合动力机构代替，在混合动力机构为并联混合动力机构时行星齿轮机构可以不设，启动电机的电机轴与发动机的曲轴固定连接，在启动电机与电动机之间设置离合器，在混合动力机构为串联式混合动力机构时，发动机与电动机之间没有传动关系，发动机的动能经启动电机转换成电能储存于蓄电池中，混联、并联和串联混合动力机构均具有电动机单独输出动力的工作模式。

混合动力系统的实施例如图1~2所示：混合动力系统的具体结构与上述各负载车辆中所述的混合动力系统相同，在此不再详述。

Claims (8)

1.负载车辆的混合动力系统，其特征在于：包括具有发动机、电动机的混合动力机构，混合动力机构的动力输出端通过第一离合器传动连接有驱动桥传动轴，所述混合动力机构的动力输出端还通过第二离合器传动连接有负载传动轴，驱动桥传动轴的轴线沿前后方向延伸设置，所述负载传动轴与驱动桥传动轴平行设置，第一、第二离合器沿前后方向并列设置，负载传动轴通过转动套设于驱动桥传动轴上的传动套与第二离合器连接，负载传动轴与传动套通过齿轮传动机构传动连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：所述混合动力机构还包括启动电机和行星齿轮机构，所述发动机的曲轴通过第三离合器与行星齿轮机构的太阳轮传动连接，启动电机的电机轴与行星齿轮机构的齿圈传动连接，电动机的电机轴的一端与行星齿轮机构的行星架传动连接，电动机的电机轴的另一端构成所述混合动力机构的动力输出端。

3.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于：所述驱动桥传动轴上串设有第一无级变速器。

4.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于：所述负载传动轴上串设有第二无级变速器。

5.负载车辆，包括车架，其特征在于：车架上设置有混合动力系统，混合动力系统包括具有发动机、电动机的混合动力机构，混合动力机构的动力输出端通过第一离合器传动连接有驱动桥传动轴，所述混合动力机构的动力输出端还通过第二离合器传动连接有负载传动轴，驱动桥传动轴的轴线沿前后方向延伸设置，所述负载传动轴与驱动桥传动轴平行设置，第一、第二离合器沿前后方向并列设置，负载传动轴通过转动套设于驱动桥传动轴上的传动套与第二离合器连接，负载传动轴与传动套通过齿轮传动机构传动连接。

6.根据权利要求5所述的负载车辆，其特征在于：所述混合动力机构还包括启动电机和行星齿轮机构，所述发动机的曲轴通过第三离合器与行星齿轮机构的太阳轮传动连接，启动电机的电机轴与行星齿轮机构的齿圈传动连接，电动机的电机轴的一端与行星齿轮机构的行星架传动连接，电动机的电机轴的另一端构成所述混合动力机构的动力输出端。

7.根据权利要求6所述的负载车辆，其特征在于：所述驱动桥传动轴上串设有第一无级变速器。

8.根据权利要求6所述的负载车辆，其特征在于：所述负载传动轴上串设有第二无级变速器。