CN104590013A - 动力系统、其控制方法及动力汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力系统，该动力系统用于驱动动力汽车的行驶，包括发动机、变速器、差速器、连接所述发动机与所述变速器的离合器、将动力由所述变速器的输出端传递至所述差速器的输入端的传动轴；还包括无级变速器和飞轮装置，所述无级变速器的输入端连接所述飞轮装置的输出端、所述无级变速器的输出端连接所述差速器的输入端。通过上述设置，该动力系统结构简单、紧凑，并且能够高效回收、利用系统的能量，增大能量利用率，提升整车经济性、动力性。在此基础上，本发明还公开了该动力系统的控制方法、具有该动力系统的动力汽车。

Description

动力系统、其控制方法及动力汽车

技术领域

本发明涉及动力能源技术领域，特别涉及一种动力系统及其控制方法，此外，还涉及一种具有该动力系统的动力汽车。

背景技术

当今，汽车行业不断发展，对于车辆经济性、动力性的开发日益成为技术人员研究的热点之一。

现行的动力汽车仅通过发动机10′提供驱动力，如图1所示，该图示出现行的动力汽车的结构示意图。具体地，在驱动时，通过发动机10′提供动力经过离合器20′传递至变速器30′，再通过连接变速器30′输出端的传动轴40′至差速器50′相啮合的主动锥齿轮51′和从动锥齿轮52′，以将动力传递至差速器50′，最后传递至半轴60′并将驱动力分配传递至车轮70′，从而驱动汽车行驶。当汽车进行制动时，动能转换为刹车片的摩擦热量并浪费掉，而造成大量的能量消耗；同时，当汽车在带档或空挡下进行滑行时，仍存在动能的浪费。因此，对此部分能量的充分回收并合理利用可以大大提升车辆的经济性、动力性能，符合节能环保的发展趋势。

现有技术中，如图2所示，在行星齿轮系100′作为变速器的动力汽车上配有飞轮80′作为储能装置，将制动和滑行时的能量进行回收。具体地，飞轮80′通过电磁离合器、单级齿轮90′与行星齿轮系100′的外齿圈连接、其发动机10′通过机械离合器与行星齿轮系100′的外齿圈刚性连接，调速电机110′的转子与行星齿轮系100′的太阳轮刚性连接，行星架与车辆的驱动轴刚性连接。

对于上述采用行星齿轮系100′作为变速器、配合调速电机110′进行能量回收的飞轮80′储能装置，存在以下缺陷：

第一、采用行星齿轮系100′作为变速器时，发动机10′与车辆驱动轴需采用横置，无法适用于纵置的车辆上；行星齿轮系100′不仅结构复杂、加工制造工艺要求较高，成本较高，且对飞轮80′进行能量回收和释放的过程调节稳定性、平顺性较差。

第二、在进行能量回收利用的过程中，通过电机控制太阳轮转速，以使行星齿轮变速器实现车速、发动机10′的转速、和飞轮80′的转速间的协调。如此电机在飞轮80′进行能量回收和能量释放利用的过程中消耗电池提供的额外电能，电机消耗的部分能量与回收的能量相抵消，导致整个动力系统的能量利用率降低。

第三、采用此结构的储能装置导致整个系统的重量偏重、体积较大，且较多的零件导致匹配安装复杂。

有鉴于此，亟待对车辆的动力系统进行优化设计，以使其能够高效回收利用该系统能量，提高整车的经济性、动力性。

发明内容

针对上述存在的缺陷，本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、紧凑的动力系统，使其能够高效回收利用系统的能量，降低整车能量消耗，提升其经济性、动力性，在此基础上，本发明还提供一种该动力系统的控制方法及应用该动力系统的动力汽车。

本发明提供的一种动力系统，用于驱动动力汽车的行驶，包括发动机、变速器、差速器、连接所述发动机与所述变速器的离合器、将动力由所述变速器的输出端传递至所述差速器的输入端的传动轴；还包括无级变速器和飞轮装置，所述无级变速器的输入端连接所述飞轮装置的输出端、所述无级变速器的输出端连接所述差速器的输入端。

采用上述结构，通过无级变速器将飞轮装置连接于差速器的输入端，如此设置，利用无级变速器有效的将飞轮装置作为储能装置安装于汽车的动力系统中，可靠稳定的解决了飞轮与差速器的输入端之间的转速差的问题。也就是说，无级变速器的输入端连接飞轮装置、输出端连接差速器的输入端，一方面起到动力传递的作用，另一方面起到调节飞轮转速的作用，实现储能和释放过程中对速度的无级调节，改善飞轮装置工作过程中汽车行驶的平顺性。同时，与现有技术相比，不仅能够提升空间布置的紧凑性，还能够避免存储能量、释放能量过程中电机的电能消耗，故，采用上述结构大大提升了动力系统的能量利用率。

可选地，所述飞轮装置包括飞轮、飞轮离合器和制动所述飞轮的飞轮制动器，所述飞轮离合器连接或断开所述飞轮的输出端与所述无级变速器的输入端。

可选地，所述动力系统还包括第一齿轮组，所述第一齿轮组包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述第一齿轮组的大齿轮刚性连接所述无级变速器的输入端，所述第一齿轮组的小齿轮刚性连接所述飞轮装置的输出端。

可选地，所述动力系统还包括第二齿轮组，所述第二齿轮组包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述第二齿轮组的大齿轮刚性连接所述差速器的输入端，所述第二齿轮组的小齿轮刚性连接所述无级变速器的输出端。

可选地，所述差速器包括相互啮合的主动锥齿轮和从动锥齿轮，所述差速器的输入端为所述主动锥齿轮的齿轮轴或所述从动锥齿轮的齿轮轴。

可选地，所述动力系统还包括信号获取单元和控制器；所述信号获取单元将所述动力汽车的加速踏板工位、制动踏板工位的实时信号传递至所述控制器，所述控制器控制所述飞轮离合器、所述飞轮制动器的接合或断开；所述信号获取单元将所述动力汽车的行驶车速、所述飞轮的转速传递至所述控制器，所述控制器控制所述无级变速器的传动比。

可选地，所述信号获取单元包括加速踏板传感器、制动踏板传感器、车速传感器和飞轮转速传感器，分别获取所述加速踏板工位、所述制动踏板工位、所述动力汽车的行驶车速、所述飞轮的转速信号并传递至所述控制器。

本发明还提供一种动力汽车，包括驱动所述动力汽车的动力系统，所述动力系统为以上所述的动力系统。

由于上述动力系统具有如上技术效果，因此，具有该动力系统的动力汽车也应当具有相同的技术效果，在此不再赘述。

本发明还提供一种动力系统的控制方法，所述动力系统为以上所述的动力系统，该动力系统的控制方法包括下述步骤：

91)获取所述动力汽车的行驶状态信号；

92)接收所述行驶状态信号，根据所述行驶状态信号判断所述动力汽车的行驶状态，并发出相应控制指令，以控制所述无级变速器的传动比和所述飞轮装置的工作状态。

可选地，所述步骤92)具体为：

当判断所述行驶状态为制动状态或滑行状态时，执行步骤921)；

当判断所述行驶状态信号为驱动行驶状态信号时，执行步骤922)；

当判断所述行驶状态信号为停车状态信号时，执行步骤923)；

921)发送控制指令，控制所述飞轮装置的输出端与所述差速器的输入端连接，所述无级变速器的传动比增大，以使所述飞轮装置回收能量；

922)发送控制指令，控制所述飞轮装置的输出端与所述差速器的输入端连接，所述无级变速器的传动比减小，以使所述飞轮装置释放能量驱动所述动力汽车；

923)发送控制指令，控制所述飞轮装置的输出端与所述差速器的输入端断开，制动所述飞轮装置。

该动力系统的控制方法与动力系统的发明构思相同，通过采用上述控制方法充分发挥动力系统中的飞轮装置对整个动力系统的能量回收存储、并对该存储能量的合理释放利用，起到节能环保的作用，与动力系统的技术效果相同。除此之外，采用该控制方法，能够有效准确的控制飞轮装置针对各个行驶状态进行储能和释放能量，提高操作的便捷性、行驶反应的灵敏性。

附图说明

图1为现有技术中动力系统的动力的结构示意图；

图2为现有技术中基于行星齿轮系的飞轮储能的动力汽车结构示意图；

图3为具体实施方式中动力系统的动力传递的结构示意图。

图1和图2中：

发动机10′、离合器20′、变速器30′、传动轴40′、差速器50′、半轴60′、车轮70′、飞轮80′、单级齿轮90′、行星齿轮系100′、调速电机110′、主动锥齿轮51′、从动锥齿轮52′。

图3中：

发动机10、离合器20、变速器30、传动轴40、差速器50、半轴60、车轮70、飞轮装置80、无级变速器90、第一齿轮组100、第二齿轮组110；

主动锥齿轮51、从动锥齿轮52、飞轮81、飞轮离合器82、飞轮制动器83。

具体实施方式

基于现有技术存在的缺陷，本发明的核心在于提供一种结构简单紧凑的动力系统，使其能够高效回收利用系统的能量，降低整车能量消耗，提升其经济性、动力性。本发明的另一核心在于提供一种该动力系统的控制方法及具有该动力系统的动力汽车。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

需要说明的是，本文中采用发动机纵置的结构为例进行说明，当然，本发明对该动力系统中的结构优化改进同样适用于发动机横置的结构。本文仅以发动机纵置的结构进行详细阐述技术方案，其发动机的布置形式对本申请请求保护的技术方案并不构成限制。

请参见图3，该图为具体实施方式中动力系统的动力传递的结构示意图。

如图所示，本发明提供的一种用于驱动动力汽车行驶的动力系统，该动力系统包括发动机10、变速器30、差速器50、连接发动机10和变速器30的离合器20、将动力由变速器30的输出端传递至差速器50的输入端的传动轴40。

与现有技术不同的是，该动力系统包括无级变速器90和飞轮装置80，其中，无级变速器90的输入端连接飞轮装置80的输出端、输出端连接差速器50的输入端。也就是说，通过无级变速器90将飞轮装置80作为该动力系统的储能装置连接于差速器50的输入端。如此，在回收能量的时候，将车轮70的动能经半轴60至差速器50，再通过无级变速器90可靠稳定地传递给飞轮81，有效解决转速差的问题。

需要说明的是，本文中关于飞轮装置80的输出端、无级变速器90的输入端、输出端是在飞轮装置80释放能量工作状态下定义的。可以理解的是，在飞轮装置80回收能量时，飞轮装置80与无级变速器90连接的转动轴端为输入端，其无级变速器90与飞轮装置80连接的一端即为无级变速器90的输出端，另一端即为输入端。因此，上述表述仅以飞轮装置80释放能量工作状态下为例，对本申请请求保护的技术方案并不构成限制。

与采用行星齿轮系的动力系统储能装置相比，本方案中的动力系统不仅空间紧凑、结构简单、布置灵活，且能够改善飞轮81存储能量、释放能量的平顺性；同时，采用本方案中的结构设计，能够避免利用电机进行调速消耗的额外电能，故，本方案进一步提升了动力系统的能量利用率。

对于差速器50的输入端，指的是动力由变速器30传递至传动轴40后，传动轴40向差速器50传递动力时，两者动力传递衔接的位置。具体可参见图3所示，该差速器50包括相互啮合的主动锥齿轮51和从动锥齿轮52，如此，该差速器50的输入端可为该主动锥齿轮51的齿轮轴，还可为从动锥齿轮52齿轮轴。

在具体实施例中，差速器50的输入端为差速器50中的从动锥齿轮52的齿轮轴，以便于安装、合理布置动力系统的空间位置，同时利于飞轮81与汽车之间的动力传递。可以理解的是，将主动锥齿轮51作为上述差速器50的输入端也可实现飞轮81对能量的回收、释放，此时，仅需要该动力系统的空间结构布置进行设置，对本申请请求保护的技术方案并不构成限制。

对于上述飞轮装置80，其包括飞轮81、飞轮离合器82和制动飞轮81转动的飞轮制动器83，该飞轮离合器82能够连接或断开飞轮81的输出端与无级变速器90的输入端，从而能够根据实际工况需求而设置飞轮81与差速器50是否进行动力传递，有效提升工作的可靠性。

针对上述实施例，还可对动力系统进一步优化设计。具体地，该动力系统还包括第一齿轮组100，该第一齿轮组100包括相互啮合的大齿轮和小齿轮。其中，该第一齿轮组100的大齿轮刚性连接于无级变速器90的输入端，而其小齿轮刚性连接于飞轮装置80的输出端。如此设置，能够进一步调节速比，提升动力系统的平顺性；另外，还可使其在各自安全转速范围内工作，保护飞轮81与无级变速器90，提高其使用寿命。

上述第一齿轮组100的传动比需根据所连接的飞轮81与无级变速器90的安全工作转速范围而确定，也就是说，该第一齿轮组100的传动比并不对本申请请求保护的技术方案构成限制，只需使其能够确保飞轮81与无级变速器90的使用安全均可。

针对以上各个实施例，该动力系统还可设置第二齿轮组110。如图所示，该第二齿轮组110包括相互啮合的大齿轮和小齿轮。其中，第二齿轮组110的大齿轮刚性连接从动锥齿轮52的齿轮轴，而第二齿轮组110的小齿轮刚性连接无级变速器90的输出端。通过如此设置，能够充分调节差速器50的输入端与无级变速器90的输出端的速比，从而避免无级变速器90受到较高转速的冲击，确保其可靠稳定的工作转速，并提升其使用寿命。

需要说明的是，本方案中第二齿轮组110的大齿轮贴合固定于从动锥齿轮52的外侧，如此，使得结构更加紧凑，同时确保第二齿轮组110随从动锥齿轮52同步转动，为有效回收、释放能量提供保障。

另外，本文中以“第一、第二”区别连接于不同位置的齿轮组，其中，第一齿轮组100连接飞轮装置80的输出端与无级变速器90的输入端，而第二齿轮组110连接无级变速器90的输出端与差速器50的输入端。故，采用“第一、第二”限定不同位置的齿轮组仅为了清楚表述，对本申请请求保护的技术方案并不构成限制。

进一步地，该动力系统包括信号获取单元和控制器，其中，信号获取单元获取加速踏板工位、制动踏板工位、汽车行驶速度、飞轮转速的实时信号，而控制器接收上述构件的实时信号，并进行分析判断传递至相应的执行构件。以有效控制该动力系统在对应的行驶状态下进行能量回收和能量释放利用工作。

为了分别有效的获取上述实时信号，该信号获取单元包括对应获取加速踏板工位的加速踏板传感器、获取制动踏板工位的制动踏板传感器、获取汽车行驶车速的车速传感器和获取飞轮转速的飞轮转速传感器。通过上述传感器准确获取实时信号，并传递至控制器。

下面结合表1示出的控制逻辑关系对上述动力系统的工作时的控制方法进行详细说明。其中，“0”指的是对应构件处于分离状态，即对于加速踏板与制动踏板为未踏下，对于飞轮离合器82和飞轮制动器83均为未接合；“1”指的是对应构件处于连接状态，加速踏板与制动踏板为踏下，对于飞轮离合器82和飞轮制动器83均为接合。

表1

该动力系统的控制方法包括下述步骤：

S11)：获取动力汽车的行驶状态信号；

在具体实施例中，信号获取单元的各个传感器分别获取对应构件的工况，从而将其实时信号传递至控制器，即加速踏板传感器将加速踏板是否踏下的实时信号传递给控制器、制动踏板传感器将制动踏板是否踏下的实时信号传递给控制器、车速传感器将动力汽车的实时行驶速度信号传递至控制器、飞轮转速传感器将飞轮转速信号传递至控制器；

S12)：接收分析行驶状态信号，根据行驶状态信号判断动力汽车的行驶状态，并发出相应控制指令，以控制无级变速器90的传动比和飞轮装置80的工作状态；

进一步地，步骤S12)具体为：

当判断所述行驶状态为制动状态或滑行状态时，执行步骤S121)；

当判断所述行驶状态信号为驱动行驶状态信号时，执行步骤S122)；

当判断所述行驶状态信号为停车状态信号时，执行步骤S123)；

S121)发送控制指令，控制所述飞轮装置80的输出端与所述差速器50的输入端连接，所述无级变速器90的传动比增大，以使所述飞轮装置80回收能量；

在一种具体实施例中，当控制器接收到制动状态信号或滑行状态信号时，将该信号传递至飞轮离合器82和飞轮制动器83，使飞轮离合器82接合、飞轮制动器83分离，从而使得飞轮装置80中的飞轮81处于转动工况；同时，车速传感器和飞轮转速传感器获取的实时信号传递控制器，经过对两信号的分析处理(对车速和飞轮转速的大小变化进行分析)，传递给无级变速器90调节传动比的信号，以实时准确的调节其传动比，并使其稳定平顺的增大，确保回收能量的稳定性；

S122)发送控制指令，控制所述飞轮装置80的输出端与所述差速器50的输入端连接，所述无级变速器90的传动比减小，以使所述飞轮装置80释放能量驱动所述动力汽车；

如此，使得飞轮81配合发动机10共同为汽车的驱动提供能量，以充分有效地利用其回收的能量，提升能量的利用率，改善汽车的经济性、动力性。

还可针对信号的传递进行优化控制，即，当控制器接收到驱动行驶状态信号时，该信号传递至将该信号传递至飞轮离合器82和飞轮制动器83，使飞轮离合器82接合、飞轮制动器83分离，从而使得飞轮装置80中的飞轮81处于转动工况；同时，车速传感器和飞轮转速传感器获取的实时信号也传递控制器，经过对两信号的分析处理，经过对车速和飞轮转速的大小变化进行分析后，控制器控制无级变速器90的传动比减小，进行能量的释放，以配合发动机10进行混合能量驱动；

S123)发送控制指令，控制所述飞轮装置80与的输出端与所述差速器50的输入端断开，制动所述飞轮装置80。

当控制器接收到停车状态信号时，控制器将其传递至飞轮离合器82使其分离，同时传递至飞轮制动器83以制动飞轮81。如此，可使得在长时间停车状态时制动飞轮81，避免其继续转动对飞轮轴等其他构件的磨损。

另外，还可设置飞轮81故障的信号传递，将该故障信号传递至控制器时，同样将其采用步骤S123控制飞轮装置80的方式以使飞轮81制动，确保系统的安全。

该控制方法不仅能够实现发动机10和飞轮装置80混合驱动的方式，还可实现发动机10或飞轮81各自单独提供驱动力的方式。具体地，通过控制器接收飞轮81怠速的信号(可单独设置飞轮81控制按钮)，并将该信号传递至飞轮离合器82以使其分离，同时飞轮制动器83分离，此时飞轮81与汽车之间无动力传递，保持现有转速，可使汽车通过发动机10进行驱动。当然，还可在发动机10未提供动力时，首先通过控制器控制飞轮离合器82接合，飞轮制动器83分离，从而使得飞轮81与汽车进行动力传递，如此，能够平缓启动汽车。

对于动力系统采用上述控制方法进行工作时，能够有效提升其能量的利用率，改善汽车的动力性、经济性，符合节能环保的设计要求。

需要说明的是，本文中无级变速器90的传动比指的是无级变速器90输入端转速与无级变速器90输出端转速之比。

除了上述动力系统和该动力系统的控制方法外，本发明还提供一种具有该动力系统的动力汽车，其中，该动力汽车采用上述结构的动力系统，其他构件及连接关系请参见现有技术。由于上述动力系统、动力系统的控制方法具有以上技术效果，因此，具有该动力汽车也同样具有相应的技术效果，故在此，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的动力系统、其控制方法和动力汽车进行了详细介绍。本文中仅针对本发明的具体例子进行了阐述，以上具体实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明特点的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种动力系统，用于驱动动力汽车的行驶，包括发动机(10)、变速器(30)、差速器(50)、连接所述发动机(10)与所述变速器(30)的离合器(20)、将动力由所述变速器(30)的输出端传递至所述差速器(50)的输入端的传动轴(40)；其特征在于，还包括无级变速器(90)和飞轮装置(80)，所述无级变速器(90)的输入端连接所述飞轮装置(80)的输出端、所述无级变速器(90)的输出端连接所述差速器(50)的输入端。

2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述飞轮装置(80)包括飞轮(81)、飞轮离合器(82)和制动所述飞轮(81)的飞轮制动器(83)，所述飞轮离合器(82)连接或断开所述飞轮(81)的输出端与所述无级变速器(90)的输入端。

3.根据权利要求2所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第一齿轮组(100)，所述第一齿轮组(100)包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述第一齿轮组(100)的大齿轮刚性连接所述无级变速器(90)的输入端，所述第一齿轮组(100)的小齿轮刚性连接所述飞轮装置(80)的输出端。

4.根据权利要求3所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第二齿轮组(110)，所述第二齿轮组(110)包括相互啮合的大齿轮和小齿轮，所述第二齿轮组(110)的大齿轮刚性连接所述差速器(50)的输入端，所述第二齿轮组(110)的小齿轮刚性连接所述无级变速器(90)的输出端。

5.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述差速器(50)包括相互啮合的主动锥齿轮(51)和从动锥齿轮(52)，所述差速器(50)的输入端为所述主动锥齿轮(51)的齿轮轴或所述从动锥齿轮(52)的齿轮轴。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括信号获取单元和控制器；所述信号获取单元将所述动力汽车的加速踏板工位、制动踏板工位的实时信号传递至所述控制器，所述控制器控制所述飞轮离合器(82)、所述飞轮制动器(83)的接合或断开；所述信号获取单元将所述动力汽车的行驶车速、所述飞轮(81)的转速传递至所述控制器，所述控制器控制所述无级变速器(90)的传动比。

7.根据权利要求6所述的动力系统，其特征在于，所述信号获取单元包括加速踏板传感器、制动踏板传感器、车速传感器和飞轮转速传感器，分别获取所述加速踏板工位、所述制动踏板工位、所述动力汽车的行驶车速、所述飞轮的转速信号并传递至所述控制器。

8.一种动力汽车，包括驱动所述动力汽车的动力系统，其特征在于，所述动力系统为权利要求1-7中任一项所述的动力系统。

9.一种动力系统的控制方法，其特征在于，所述动力系统为权利要求1-7中任一项所述的动力系统，该动力系统的控制方法包括下述步骤：

91)获取所述动力汽车的行驶状态信号；

92)接收所述行驶状态信号，根据所述行驶状态信号判断所述动力汽车的行驶状态，并发出相应控制指令，以控制所述无级变速器(90)的传动比和所述飞轮装置(80)的工作状态。

10.根据权利要求9所述的动力系统的控制方法，其特征在于，所述步骤92)具体为：

当判断所述行驶状态为制动状态或滑行状态时，执行步骤921)；

当判断所述行驶状态信号为驱动行驶状态信号时，执行步骤922)；

当判断所述行驶状态信号为停车状态信号时，执行步骤923)；

921)发送控制指令，控制所述飞轮装置(80)的输出端与所述差速器(50)的输入端连接，所述无级变速器(90)的传动比增大，以使所述飞轮装置(80)回收能量；

922)发送控制指令，控制所述飞轮装置(80)的输出端与所述差速器(50)的输入端连接，所述无级变速器(90)的传动比减小，以使所述飞轮装置(80)释放能量驱动所述动力汽车；

923)发送控制指令，控制所述飞轮装置(80)的输出端与所述差速器(50)的输入端断开，制动所述飞轮装置(80)。