CN106394225A - 一种油电混合动力车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有作业设备的油电混合动力工程车辆。所述车辆包括储能单元、动力控制及逆变单元、驱动电机/发电机、发动机、车辆驱动轴、驱动轮、齿轮箱、附件等。本发明满足了某些工程车辆的两个基本需求：第一，车辆可以高速行驶实现快速转场；第二，车辆可以一边低速行驶，一边驱动作业设备进行作业；此外，与原有技术方案相比，本发明方案还具有两个显著优点：第一，能够将原有技术方案中作业发动机和附属装置占用的空间转化为车辆作业所需空间，显著提高车辆作业续航里程；第二，能将底盘发动机的动力高效率的传递给作业设备，从而实现车辆工作效率的显著提升和节能、减排、降噪。
Description
技术领域
本发明涉及一种油电混合动力车辆，特别涉及一种带有作业设备的油电混合动力工程车辆。
背景技术
当前，很多工程车辆需要至少两种工作模式：第一，车辆可以高速行驶实现快速转场；第二，车辆可以一边低速行驶，一边驱动作业设备进行作业。为满足该目的，这些工程车辆通常采用两个发动机来实现该需求。即，在一个常规的卡车底盘上，安装有第一个发动机，这里称之为行驶发动机，底盘还有变速箱、驱动桥、车架、轮胎等零部件，司机可以和开普通卡车一样的方式驾驶该车辆高速行驶或者低速行驶；另外，在底盘上还安装有第二个发动机，这里称之为作业发动机，由第二个发动机带动作业设备进行作业，通常作业设备功率都比较大。也就是说这种工程车辆是将两套完全独立的动力系统进行简单的叠加集成，一套动力系统负责车辆行驶，另一套动力系统负责作业。
现有技术方案存在如下缺点：
1. 发动机油耗大、排放大、噪音大、损耗大：
有些车辆的作业行驶速度很低，比如时速为5至8km/h ；要实现该作业速度，必须将底盘行驶发动机置于怠速转速上(800-1000rpm)，并且车辆的变速箱还要置于低速档位上(通常为大速比的起步档)，才能实现该低速作业速度。然而，底盘发动机长期工作在怠速800-1000rpm 的非经济转速上( 经济转速通常为1500-2400rpm，取决于具体车型)，不仅油耗大，排放差，发动机本身的损耗也大；另外，为了驱动大功率的作业设备工作，作业发动机通常需要设置在大功率高转速状态（通常为2000-3000rpm，取决于具体机型），两台发动机同时工作，不仅油耗高、噪音大、废气排放也大，完全不符合环保节能的理念。
2. 车辆作业效率严重降低，能耗浪费严重：
对于工程车辆，理想情况是，车辆底盘上部的空间都应该留给作业设备使用。但是，由于作业发动机需要安装在卡车底盘上方，作业发动机本身占据了很大的体积和重量，还需要为之配套安装相关的油箱、进气、排气、尾气处理、散热、降噪等附属设备，这些设备的存在严重压缩了本该留给作业设备的空间，直接导致车辆的单程作业时间大大缩短，车辆持续工作时间不长，能耗浪费严重。
3. 车辆维护保养费用高：
一台这种工程车辆有两台发动机，相关的机油、机滤、空气滤、燃油滤、防冻液、排放添加剂等耗材都需要定期更换或添加，维护费用比一台发动机成倍增加。
因此，如何提供一种传动系统，用于显著提高这些工程车辆发动机和整车的工作效率，这是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种油电混合动力车辆，特别适用于带有作业设备的工程车辆，能够将原有技术方案中作业发动机和附属装置占用的空间转化为作业设备所需空间，并将底盘发动机的动力高效传递给作业设备，从而实现车辆工作效率的显著提升和节能、减排、降噪。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种油电混合动力车辆，包括储能单元（1）、动力控制及逆变单元（2）、驱动电机/发电机（16）、发动机（19）、车辆驱动轴（34）、驱动轮（39）、齿轮箱、作业设备、附件等；所述齿轮箱包括第一轴（12）、第二轴（31）、第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）、箱体组件（25）、附件等。
所述发动机（19）为内燃机，第一轴（12）、第二轴（31）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）同轴线，第三轴（4）、第三齿轮（5）同轴线，第四齿轮（26）、第四轴（23）同轴线；第一轴（12）和第三轴（4）不同轴线，第二轴（31）和第四轴（23）不同轴线；第一轴（12）的一端为动力输入口（13），和发动机（19）连接；第二轴（31）的一端为行驶动力输出口（32），经车辆驱动轴（34）和驱动轮（39）连接；第三轴（4）接作业设备驱动输出口（11），第四轴（23）接驱动电机/发电机（16）；动力控制及逆变单元（2）与驱动电机/发电机（16）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）与储能单元（1）通过电路连接。
所述车辆有一种工作模式被称之为作业模式，在所述作业模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；第三轴（4）和第三齿轮（5）连接，第四轴（23）和第四齿轮（26）连接；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）啮合，第一轴（12）和第二轴（31）脱开。
在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线有以下两种的一种或全部，分别如下所述：
第一种能量传递路线，称之为纯电动行驶路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，电能从储能单元（1）输出，经动力控制及逆变单元（2），由驱动电机/发电机（16）转变成机械能，再经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下。
第二种能量传递路线，称之为能量回收A路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，所述驱动电机/发电机（16）吸收所述车辆的行驶惯性动能或下坡势能并转化为电能，使所述车辆产生减速或制动效果，这部分能量依次通过驱动轮（39）、车辆驱动轴（34）、行驶动力输出口（32）、第二轴（31）、第二齿轮（3）、第四齿轮（26）、第四轴（23）、驱动电机/发电机（16）、动力控制及逆变单元（2），以电能形式储存在储能单元（1）中；这时，驱动电机/发电机（16）工作在发电机状态下。
优选，所述车辆还有一种工作模式被称之为高速行驶模式；在所述高速行驶模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第二轴（31）直接连接；
在所述高速行驶模式下，所述车辆有第三种能量传递路线，称之为直连路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）不提供能量给车辆行驶。
优选，所述车辆在发动机（19）和动力输入口（13）之间还接有变速箱（15）；即变速箱（15）一端接发动机（19），另一端接动力输入口（13）。
优选，所述车辆还有发电机（36）；所述发电机（36）和第三轴（4），或第一轴（12），或发动机（19），或变速箱（15）连接，发电机（36）由所述发动机（19）提供能量（动力），所述发电机（36）通过电路与动力控制及逆变单元（2）连接；以所述发电机（36）和第三轴（4）连接为例来描述车辆的能量传递路线，所述发电机（36）和第一轴（12）、或发动机（19），或变速箱（15）连接时的能量传递路线与此类同；
所述发电机（36）和第三轴（4）连接时，在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第四种，称之为混合动力A路线：
机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
如果将发电机（36）换成驱动电机/发电机（36），则在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第五种，称之为能量回收B路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，所述驱动电机/发电机（16）吸收所述车辆的行驶惯性动能或下坡势能并转化为电能，使所述车辆产生减速或制动效果，这部分能量依次通过驱动轮（39）、车辆驱动轴（34）、行驶动力输出口（32）、第二轴（31）、第二齿轮（3）、第四齿轮（26）、第四轴（23）、驱动电机/发电机（16）、动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以经过驱动电机/发电机（36）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；这时，驱动电机/发电机（16）工作在发电机状态下，驱动电机/发电机（36）工作在驱动电机状态下。
优选，如果发电机（36）不是接第三轴（4），而是接发动机（19）时，则在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第六种，称之为混合动力B路线：
发动机（19）输出的机械能被分成两部分，第一部分机械能由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
优选，所述车辆还有传动轴（14）；
优选，所述传动轴（14）安装在发动机（19）和动力输入口（13）之间，即发动机（19）经所述传动轴（14）和动力输入口（13）连接；
优选，所述传动轴（14）安装在变速箱（15）和动力输入口（13）之间，即变速箱（15）经所述传动轴（14）和动力输入口（13）连接。
优选，所述车辆还有传动轴（33）；行驶动力输出口（32）经所述传动轴（33）和车辆驱动轴（34）连接。
优选，所述齿轮箱有第一同步器和第二同步器；所述第一同步器可以实现第一轴（12）和第三轴（4）在动力传递上的连接或脱开，所述第二同步器可以实现第二轴（31）和第四轴（23）在动力传递上的连接或脱开；所述第一同步器或/和第二同步器可以实现第一轴（12）和第二轴（31）在动力传递上的连接或脱开。
优选，所述第一同步器可以是啮合齿套、或滑移齿轮、或惯性式同步器、或常压式同步器，所述第二同步器可以是啮合齿套、或滑移齿轮、或惯性式同步器、或常压式同步器；所述第一同步器和第一轴（12）或第三轴（4）同轴线，所述第二同步器和第二轴（31）或第四轴（23）同轴线。
优选，所述第一轴（12）和第三轴（4）之间可以是单级齿轮传动，也可以是多级齿轮传动；所述第二轴（31）和第四轴（23）之间可以是单级齿轮传动，也可以是多级齿轮传动。
优选，所述车辆还有充电单元或充电接口，可以将外部电能接入所述车辆，对储能单元（1）进行充电。
总之，本发明提供了一种油电混合动力车辆，特别适用于带有作业设备的工程车辆。与现有技术相比，本发明的有益效果是能够将原有技术方案中作业发动机和附属装置占用的空间转化为作业设备所需空间，并将底盘发动机的动力高效传递给作业设备，从而实现车辆工作效率的显著提升和节能、减排、降噪。
附图说明
图1是实施例1在作业模式时的传动原理图；
图2是实施例2在作业模式时的传动原理图；
图3是实施例3在高速行驶模式时的一种细化方案的传动原理图；
图4是实施例3在作业模式时的一种细化方案的传动原理图；
图5是实施例4在作业模式时的一种细化方案的传动原理图；
图6是实施例1的第一种能量传递路线（纯电动行驶路线）；
图7是实施例1的第二种能量传递路线（能量回收A路线）；
图8是实施例1和实施例3的第三种能量传递路线（直连路线）；
图9是实施例1的第四种能量传递路线（混合动力A路线）；
图10是实施例1的第五种能量传递路线（能量回收B路线）；
图11是实施例2的第六种能量传递路线（混合动力B路线）。
图中，1-储能单元、2-动力控制及逆变单元、3-第二齿轮、4- 第三轴、5- 第三齿轮、7-第二同步器 或 第二啮合齿套、11- 作业设备驱动输出口、12- 第一轴、13- 动力输入口、14- 传动轴、15- 变速箱、16- 驱动电机/发电机、17-第一同步器 或 第一啮合齿套、19- 发动机、22- 轴承、23- 第四轴、24- 第一齿轮、25- 箱体组件、26- 第四齿轮、27-第五A齿轮、28- 第五轴、29- 第五B齿轮、31- 第二轴、32- 行驶动力输出口、33-传动轴、34-车辆驱动轴、36- 发电机 或 驱动电机/发电机、39- 驱动轮。
具体实施方式
以下将对本发明的一种油电混合动力车辆作进一步的详细描述。
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1至图11，对本发明的具体实施方式进一步说明。
图1是实施例1在作业模式时的传动原理图；
图6是实施例1的第一种能量传递路线（纯电动行驶路线）；
图7是实施例1的第二种能量传递路线（能量回收A路线）；
图8是实施例1和实施例3的第三种能量传递路线（直连路线）；
图9是实施例1的第四种能量传递路线（混合动力A路线）；
图10是实施例1的第五种能量传递路线（能量回收B路线）。
实施例1描述了一种油电混合动力车辆，包括储能单元（1）、动力控制及逆变单元（2）、驱动电机/发电机（16）、发动机（19）、车辆驱动轴（34）、驱动轮（39）、齿轮箱、作业设备、附件等；所述齿轮箱包括第一轴（12）、第二轴（31）、第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）、箱体组件（25）、附件等。
所述发动机（19）为内燃机，更特指柴油机或汽油机；第一轴（12）、第二轴（31）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）同轴线，第三轴（4）、第三齿轮（5）同轴线，第四齿轮（26）、第四轴（23）同轴线；第一轴（12）和第三轴（4）不同轴线，第二轴（31）和第四轴（23）不同轴线；第二轴（31）和车辆驱动轴（34）不平行，两条轴线之间的夹角大于45度； 第一轴（12）的一端为动力输入口（13），和发动机（19）连接；第二轴（31）的一端为行驶动力输出口（32），经车辆驱动轴（34）和驱动轮（39）连接；第三轴（4）接作业设备驱动输出口（11），第四轴（23）接驱动电机/发电机（16）；动力控制及逆变单元（2）与驱动电机/发电机（16）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）与储能单元（1）通过电路连接。
所述车辆有一种工作模式被称之为作业模式，在所述作业模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；第三轴（4）和第三齿轮（5）连接，第四轴（23）和第四齿轮（26）连接；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）啮合，第一轴（12）和第二轴（31）脱开。
在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线有以下两种的一种或全部，分别如下所述：
第一种能量传递路线，称之为纯电动行驶路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，电能从储能单元（1）输出，经动力控制及逆变单元（2），由驱动电机/发电机（16）转变成机械能，再经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下。
第二种能量传递路线，称之为能量回收A路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，所述驱动电机/发电机（16）吸收所述车辆的行驶惯性动能或下坡势能并转化为电能，使所述车辆产生减速或制动效果，这部分能量依次通过驱动轮（39）、车辆驱动轴（34）、行驶动力输出口（32）、第二轴（31）、第二齿轮（3）、第四齿轮（26）、第四轴（23）、驱动电机/发电机（16）、动力控制及逆变单元（2），以电能形式储存在储能单元（1）中；这时，驱动电机/发电机（16）工作在发电机状态下。
所述车辆还有一种工作模式被称之为高速行驶模式，在所述高速行驶模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第二轴（31）直接连接，第一轴（12）和第三轴（4）脱开，第二轴（31）和第四轴（23）脱开。
在所述高速行驶模式下，所述车辆有第三种能量传递路线，称之为直连路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）不提供能量给车辆行驶。
所述车辆在发动机（19）和动力输入口（13）之间还接有变速箱（15），即变速箱（15）一端接发动机（19），另一端接动力输入口（13）。
所述车辆还有发电机（36）；所述发电机（36）和第三轴（4）连接，所述发电机（36）通过电路与动力控制及逆变单元（2）连接；在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第四种，称之为混合动力A路线：
机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
所述车辆还有传动轴（14），所述传动轴（14）安装在变速箱（15）和动力输入口（13）之间，即变速箱（15）经所述传动轴（14）和动力输入口（13）连接。
所述车辆还有传动轴（33），行驶动力输出口（32）经所述传动轴（33）和车辆驱动轴（34）连接。
所述车辆还有充电单元或充电接口，可以将外部电能接入所述车辆，对储能单元（1）进行充电。
图2是实施例2在作业模式时的传动原理图；
图11是实施例2的第六种能量传递路线（混合动力B路线）。
实施例2描述的一种油电混合动力车辆与实施例1的主要区别在于：
在实施例2中，发电机（36）不是接第三轴（4），而是接发动机（19）；则在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第六种，称之为混合动力B路线：
发动机（19）输出的机械能被分成两部分，第一部分机械能由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
图3是实施例3在高速行驶模式时的一种细化方案的传动原理图；
图4是实施例3在作业模式时的一种细化方案的传动原理图。
要实现所述齿轮箱的传动原理有多种细化方案，实施例3对所述齿轮箱的一种细化实施方案进行了描述。
所述齿轮箱有第一同步器和第二同步器，所述第一同步器可以实现第一轴（12）和第三轴（4）的连接或脱开，所述第二同步器可以实现第二轴（31）和第四轴（23）的连接或脱开；所述第一同步器可以实现第一轴（12）和第二轴（31）的连接或脱开。所述第一同步器是啮合齿套，所述第二同步器是啮合齿套；所述第一同步器和第一轴（12）同轴线，所述第二同步器和第二轴（31）同轴线。
第一齿轮（24）空套在第一轴（12）上，两者可以发生相对转动；第二齿轮（3）空套在第二轴（31）上，两者可以发生相对转动；第三齿轮（5）和第三轴（4）之间为过盈配合连接，两者不可以发生相对转动；第四齿轮（26）和第四轴（23）为一整体零件，两者不可以发生相对转动；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）始终啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）始终啮合；
第一啮合齿套（17）向一侧移动时，实现第一轴（12）和第二轴（31）的连接，第一轴（12）和第一齿轮（24）的脱开；反之当第一啮合齿套（17）向另一侧移动时，实现第一轴（12）和第二轴（31）的脱开，第一轴（12）和第一齿轮（24）的连接；
第二啮合齿套（7）向一侧移动时，实现第二轴（31）和第二齿轮（3）的脱开；反之当
第二啮合齿套（7）向另一侧移动时，实现第二轴（31）和第二齿轮（3）的连接；
所述的第二轴（31）两端都采用轴承支撑在壳体组件（25）上；第一轴（12）的一端用轴承支撑在壳体组件（25）上，另一端采用轴承支撑在第二轴（31）端部， 所述第一齿轮（24）通过滚针轴承空套在第一轴（12）上；第二齿轮（3）通过滚针轴承空套在第二轴（31）上；
所述第一啮合齿套（17），第二啮合齿套（7）采用花键连接形式实现所述轴和轴，或者所述轴和齿轮之间的连接。
所述车辆包括两种工作模式：
第一种工作模式，称之为高速行驶模式：
第一轴（12）和第二轴（31）连接，第一轴（12）和第一齿轮（24）脱开，同时，第二轴（31）和第二齿轮（3）脱开；在这种工作模式下，机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，直接经第一轴（12）和第二轴（31），至第二轴（31）的行驶动力输出口（32）输出；第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）都不发生动力传递；第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）受到静止的作业设备等的摩擦阻力影响而保持静止不转动。
在第一种工作模式下，齿轮都保持静止就不会有齿轮搅油能量损失，齿轮箱内部只有少数轴承发生滚动摩擦，齿轮箱传动效率极高、 温升低、工作可靠。
在第一种工作模式下，司机驾驶该车辆和驾驶普通卡车基本没有区别。
第二种工作模式，称之为作业模式：
第一轴（12）和第二轴（31）脱开，第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，同时，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接。
在第二种工作模式下，机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
在第二种工作模式下，司机驾驶该车辆和驾驶普通卡车有显著区别：通常会将发动机设定成恒转速（通常是发动机的大功率经济转速，比如1600至2400rpm，取决于具体机型），采用固定的变速箱档位，以恒定转速驱动作业设备，并通过调节驱动电机/发电机（16）的转速来实现车速的改变。
所述作业设备驱动输出口（11），直接安装作业设备或安装驱动作业设备的皮带轮，或连接驱动作业设备的传动轴或法兰。
图5是实施例4在作业模式时的一种细化方案的传动原理图。
要实现所述齿轮箱的传动原理有多种细化方案，实施例4对所述齿轮箱的另一种细化实施方案进行了描述，还描述了另一种能量回收技术方案。
实施例4与实施例1的主要区别在于两点：
第一点：
所述第一轴（12）和第三轴（4）之间仍然是是单级齿轮传动，但所述第二轴（31）和第四轴（23）之间采用两级齿轮传动，即增加了第五轴（28）、第五A齿轮（27），第五B齿轮（29）；其中，第四齿轮（26）和第五A齿轮（27）啮合，第二齿轮（3）和第五B齿轮（29）啮合，第四轴（23）动力经第五轴（28）传递给第二轴（31）输出；
这种方案的好处是，在有限的传动箱空间中，两级传动可以比一级传动实现更大的速比变化，满足车辆更大传动速比的需求；或者是在相同的中心距和传动转速的前提下，两级传动可以比一级传动降低齿轮线速度。
第二点：
将发电机（36）换成驱动电机/发电机（36），则在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第五种，称之为能量回收B路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，所述驱动电机/发电机（16）吸收所述车辆的行驶惯性动能或下坡势能并转化为电能，使所述车辆产生减速或制动效果，这部分能量依次通过驱动轮（39）、车辆驱动轴（34）、行驶动力输出口（32）、第二轴（31）、第二齿轮（3）、第四齿轮（26）、第四轴（23）、驱动电机/发电机（16）、动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以经过驱动电机/发电机（36）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；这时，驱动电机/发电机（16）工作在发电机状态下，驱动电机/发电机（36）工作在驱动电机状态下。
洒水车、吹雪车、喷雾降尘车、扫路车、洗扫车等是非常适用于本发明技术方案的典型工程车辆，这些车辆的作业设备通常是大功率的风机、水泵、液压泵、发电机、压缩机等。
总之，本发明提供了一种油电混合动力车辆，特别适用于带有作业设备的工程车辆。与现有技术相比，本发明的有益效果是能够将原有技术方案中作业发动机和附属装置占用的空间转化为作业设备所需空间，并将底盘发动机的动力高效传递给作业设备，从而实现车辆工作效率的显著提升和节能、减排、降噪。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种油电混合动力车辆，包括储能单元（1）、动力控制及逆变单元（2）、驱动电机/发电机（16）、发动机（19）、车辆驱动轴（34）、驱动轮（39）、齿轮箱、附件等，其特征在于，所述齿轮箱包括第一轴（12）、第二轴（31）、第三轴（4）、第四轴（23）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）、第三齿轮（5）、第四齿轮（26）、箱体组件（25）、附件等；第一轴（12）、第二轴（31）、第一齿轮（24）、第二齿轮（3）同轴线，第三轴（4）、第三齿轮（5）同轴线，第四齿轮（26）、第四轴（23）同轴线；第一轴（12）和第三轴（4）不同轴线，第二轴（31）和第四轴（23）不同轴线；第一轴（12）的一端为动力输入口（13），和发动机（19）连接；第二轴（31）的一端为行驶动力输出口（32），经车辆驱动轴（34）和驱动轮（39）连接；第三轴（4）接作业设备驱动输出口（11），第四轴（23）接驱动电机/发电机（16）；动力控制及逆变单元（2）与驱动电机/发电机（16）通过电路连接，动力控制及逆变单元（2）与储能单元（1）通过电路连接；
所述车辆有一种工作模式被称之为作业模式，在所述作业模式下，所述车辆具有以下状态：
第一轴（12）和第一齿轮（24）连接，第二轴（31）和第二齿轮（3）连接；第三轴（4）和第三齿轮（5）连接，第四轴（23）和第四齿轮（26）连接；第一齿轮（24）和第三齿轮（5）啮合，第二齿轮（3）和第四齿轮（26）啮合，第一轴（12）和第二轴（31）脱开；
在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线有以下两种的一种或全部，分别如下所述：
第一种能量传递路线，称之为纯电动行驶路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，电能从储能单元（1）输出，经动力控制及逆变单元（2），由驱动电机/发电机（16）转变成机械能，再经第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下；
第二种能量传递路线，称之为能量回收A路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）、第三齿轮（5）、第三轴（4）、作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；此外，所述驱动电机/发电机（16）吸收所述车辆的行驶惯性动能或下坡势能并转化为电能，使所述车辆产生减速或制动效果，这部分能量依次通过驱动轮（39）、车辆驱动轴（34）、行驶动力输出口（32）、第二轴（31）、第二齿轮（3）、第四齿轮（26）、第四轴（23）、驱动电机/发电机（16）、动力控制及逆变单元（2），以电能形式储存在储能单元（1）中；这时，驱动电机/发电机（16）工作在发电机状态下。
2.如权利要求1 所述的一种油电混合动力车辆，还有一种工作模式被称之为高速行驶模式，在所述高速行驶模式下，所述车辆具有以下特征：第一轴（12）和第二轴（31）直接连接；在所述高速行驶模式下，所述车辆有第三种能量传递路线，称之为直连路线：
机械能由发动机（19）输出，经动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功。
3.如权利要求1 所述的一种油电混合动力车辆，所述车辆在发动机（19）和动力输入口（13）之间还接有变速箱（15）；即变速箱（15）一端接发动机（19），另一端接动力输入口（13）。
4.如权利要求1 或权利要求3所述的一种油电混合动力车辆，所述车辆还有发电机（36），所述发电机（36）和第三轴（4），或第一轴（12），或发动机（19），或变速箱（15）连接；所述发电机（36）通过电路与动力控制及逆变单元（2）连接；
以所述发电机（36）和第三轴（4）连接为例来描述车辆的能量传递路线，而所述发电机（36）和第一轴（12）、或发动机（19），或变速箱（15）连接时的能量传递路线与此类同；所述发电机（36）和第三轴（4）连接时，在所述作业模式下，所述车辆的能量传递路线可以有第四种，称之为混合动力A路线：
机械能由发动机（19）输出，由动力输入口（13）输入，依次经过第一轴（12）、第一齿轮（24）和第三齿轮（5）并在第三轴（4）被分为两部分；其中第一部分机械能经作业设备驱动输出口（11）传递给所述车辆的作业设备；而第二部分机械能被发电机（36）转化成电能，经过动力控制及逆变单元（2），既可以以电能形式储存在储能单元（1）中，也可以被驱动电机/发电机（16）转化成机械能，再依次经过第四轴（23）、第四齿轮（26）、第二齿轮（3）和第二轴（31）、行驶动力输出口（32）、车辆驱动轴（34）传递给驱动轮（39）做功；这时，驱动电机/发电机（16）工作在驱动电机状态下，储能单元（1）或者吸收来自发电机（36）的电能，或者提供电能给驱动电机/发电机（16）做功。
5.如权利要求1 或权利要求3所述的一种油电混合动力车辆，所述车辆还有传动轴（14）；在如权利要求1所述车辆上，所述传动轴（14）安装在发动机（19）和动力输入口（13）之间，即发动机（19）经所述传动轴（14）和动力输入口（13）连接；在如权利要求3所述车辆上，所述传动轴（14）安装在变速箱（15）和动力输入口（13）之间，即变速箱（15）经所述传动轴（14）和动力输入口（13）连接。
6.如权利要求1 所述的一种油电混合动力车辆，所述车辆还有传动轴（33）；行驶动力输出口（32）经所述传动轴（33）和车辆驱动轴（34）连接。
7.如权利要求1 所述的一种油电混合动力车辆，所述齿轮箱有第一同步器（17）和第二同步器（7）；所述第一同步器（17）可以实现第一轴（12）和第三轴（4）在动力传递上的连接或脱开，所述第二同步器（7）可以实现第二轴（31）和第四轴（23）在动力传递上的连接或脱开；所述第一同步器（17）或/和第二同步器（7）可以实现第一轴（12）和第二轴（31）在动力传递上的连接或脱开。
8.如权利要求7 所述的一种油电混合动力车辆，所述第一同步器（17）可以是啮合齿套、或滑移齿轮、或惯性式同步器、或常压式同步器，所述第二同步器（7）可以是啮合齿套、或滑移齿轮、或惯性式同步器、或常压式同步器；所述第一同步器（17）和第一轴（12）或第三轴（4）同轴线，所述第二同步器（7）和第二轴（31）或第四轴（23）同轴线。
9.如权利要求1 所述的一种油电混合动力车辆，所述第一轴（12）和第三轴（4）之间可以是单级齿轮传动，也可以是多级齿轮传动；所述第二轴（31）和第四轴（23）之间可以是单级齿轮传动，也可以是多级齿轮传动。
10.如权利要求1 所述的一种油电混合动力车辆，所述车辆还有充电单元或充电接口，可以将外部电能接入所述车辆，对储能单元（1）进行充电。
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- 2016-10-01 CN CN201610869377.XA patent/CN106394225B/zh active Active
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