CN107856477A - 新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法 - Google Patents

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黄焕超
何宾
彭瑶
蒙仕
樊文问
苏翠娟
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Abstract

一种新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法，涉及一种汽车后桥及其能量回馈控制方法，后桥包括电机、主减速器、能量回馈系统等；电机输出端与主减速器输入端连接，主减速器固定在桥壳上，主减速器输出端与差速器总成连接，差速器总成通过半轴与轮毂连接。方法是在续流阶段下，电机线圈作为电感储能，将车辆滑行的机械能转化为电感磁场能量，产生泵升电压；在能量回馈阶段下，控制器根据传感器模块信号对逆变器IGBT功率模块通断进行有规律的PWM控制；当产生的电压高于储能单元电压时，将电流回馈至储能单元，达到能量回馈的目的。本发明能够辅助半挂车驱动，具有传动效率高、整车节油率高、体积小、重量轻等特点，易于推广使用。

Description

新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车后桥及其能量回馈控制方法，特别是新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法。
背景技术
目前国内半挂车所用的车桥均是挂车桥，挂车桥只有承载和制动作用，半挂车的动力全部来自牵引头，牵引头的发动机马力较大，燃油经济性差。公开号为CN1522034A的发明专利申请公开了一种混合动力驱动的半挂式卡车，该卡车由牵引主车和在其后部拖挂的半挂车组成，在牵引主车上装有动力驱动装置，在半挂车上装有驱动半挂车后桥的驱动电动机，在半挂式卡车上装有车载发电机组，车载发电机组与驱动电动机电连接。该专利变牵引主车的集中驱动为整车均布驱动，由此改善了车辆的驱动特性，但是该卡车的传动效率低，能耗比较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种能够辅助半挂车驱动的新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法，以解决现有技术中存在的传动效率低、能耗高的不足之处。
解决上述技术问题的技术方案是：一种新能源半挂车辅助驱动后桥，包括主减速器、差速器总成、桥壳、半轴、轮毂、制动器、气室，还包括有电机、与电机连接的能量回馈系统；电机的输出端与主减速器的输入端连接，主减速器固定在桥壳上，主减速器的输出端与差速器总成连接，差速器总成通过半轴与轮毂连接。
本发明的进一步技术方案是：所述的主减速器包括主减速器壳、位于主减速器壳内的主动斜齿轮、被动斜齿轮Ⅰ、主动齿轮轴、被动斜齿轮Ⅱ，电机的输出轴与主动斜齿轮连接，主动斜齿轮与被动斜齿轮Ⅰ相互啮合，被动斜齿轮Ⅰ安装在主动齿轮轴上，主动齿轮轴上设有传动齿，该传动齿与被动斜齿轮Ⅱ相互啮合；被动斜齿轮Ⅱ安装在差速器总成上；所述的主动斜齿轮、被动斜齿轮Ⅰ形成第一级减速机构，主动齿轮轴、被动斜齿轮Ⅱ形成第二级减速机构。
本发明的进一步技术方案是：所述的桥壳上还安装有用于支撑电机的电机支架。
本发明的进一步技术方案是：所述的制动器采用鼓式制动器，所述的电机采用盘式电机或永磁同步电机。
本发明的进一步技术方案是：所述的桥壳上还安装有上推力杆支座，上推力杆支座上连接有一根上推力杆，上推力杆与车架连接，所述的上推力杆与两根下推力杆形成一个平行四边形。
本发明的进一步技术方案是：所述的能量回馈系统包括控制器、传感器模块、功率单元、储能单元，所述的控制器的输入端通过传感器模块与电机连接，控制器的输出端与功率单元连接，功率单元分别与储能单元、电机连接。
本发明的再进一步技术方案是：所述的功率单元包括逆变器IGBT功率模块。
本发明的再进一步技术方案是：所述的储能单元为锂动力电池。
本发明的另一技术方案是：一种新能源半挂车辅助驱动后桥的能量回馈控制方法，该方法是在滑行及制动周期包含续流阶段和能量回馈阶段两个阶段；在续流阶段下，电机线圈作为电感储能，将车辆滑行的机械能转化为电感磁场能量，产生泵升电压；在能量回馈阶段下，控制器根据传感器模块信号对功率单元的逆变器IGBT功率模块通断进行有规律的PWM控制；当产生的电压高于储能单元电压时，将电流回馈至储能单元，达到能量回馈的目的。
本发明的进一步技术方案是：在能量回馈过程中，需要进行换相控制，采用单侧斩波的控制方式，即在回馈制动过程中，封锁功率桥的一个桥臂，只对功率桥的另一个桥臂进行PWM控制，在每个控制周期内，只对其中的一个功率管进行PWM控制，保持对反电动势最大相所对应桥臂的功率管进行PWM控制，实现最大能量回馈功率控制。
由于采用上述结构，本发明之新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.能够辅助半挂车驱动：
本发明的新能源半挂车辅助驱动后桥除了包括有主减速器、差速器总成、桥壳、半轴、轮毂、制动器、气室外，还包括有电机、与电机连接的能量回馈系统；电机的输出端与主减速器的输入端连接，主减速器固定在桥壳上，主减速器的输出端与差速器总成连接，差速器总成通过半轴与轮毂连接。本后桥替换半挂车其中的一根挂车桥，在半挂车上坡及重载时提供一个辅助驱动，在不需要驱动的时候，本后桥相当于挂车桥的功能。
2. 传动效率高：
由于本发明的电机的输出端与主减速器的输入端连接，主减速器固定在桥壳上，主减速器的输出端与差速器总成连接，差速器总成通过半轴与轮毂连接。因而本发明省去了传动轴，其传动效率较高。
3.可大幅提高整车的节油率：
由于本发明包括有与电机连接的能量回馈系统，通过该能量回馈系统可实现回收能量发电后储存于锂动力电池中，再将该电能用于后桥辅助驱动和驾驶室空调用电，因此，本发明比较节能环保，可大幅提高整车的节油率，尤其是对挂车空档停车待行时节油效果非常明显。
4. 体积小、重量轻：
本发明的电机采用盘式电机或永磁同步电机，具有体积小、重量轻、转矩密度大、效率高等优点。
5．改装容易：
本发明的电机与主减速器为集成式结构设计，且悬架接口与原挂车桥悬架一致，对半挂车改装容易，可直接替换原来的挂车桥。
下面，结合附图和实施例对本发明之新能源半挂车辅助驱动后桥及其能量回馈控制方法的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：实施例一所述新能源半挂车辅助驱动后桥的结构示意图，
图2：实施例一所述上推力杆的安装位置示意图，
图3：实施例一所述能量回馈系统的结构框图，
图4：实施例二所述电机续流阶段的电流流向示意图，
图5：实施例二所述电机能量回馈阶段的电流流向示意图，
在上述附图中，各附图标记说明如下：
图中：
1-电机，
2-主减速器， 201-主减速器壳，202-主动斜齿轮，203-被动斜齿轮Ⅰ，
204-主动齿轮轴，205-被动斜齿轮Ⅱ，
3-差速器总成，4-桥壳，5-半轴，6-轮毂，7-制动器，8-气室，
9-电机支架，10-上推力杆支座，11-上推力杆，12-下推力杆，
13-凸轮轴，14-调整臂。
在图4、图5中，C-锂动力电池，G-功率单元，M-电机。
具体实施例
实施例一：
一种新能源半挂车辅助驱动后桥，包括电机1、主减速器2、差速器总成3、桥壳4、半轴5、轮毂6、制动器7、气室8、下推力杆12、凸轮轴13、调整臂14以及与电机1连接的能量回馈系统；其中：
所述的主减速器2包括主减速器壳201、位于主减速器壳201内的主动斜齿轮202、被动斜齿轮Ⅰ203、主动齿轮轴204、被动斜齿轮Ⅱ205；所述的主减速器壳201固定在桥壳4上，电机1的输出轴通过花键与主动斜齿轮202连接，主动斜齿轮202与被动斜齿轮Ⅰ203相互啮合，该主动斜齿轮202、被动斜齿轮Ⅰ203形成第一级减速机构；被动斜齿轮Ⅰ203通过过盈配合安装在主动齿轮轴204上，主动齿轮轴204上设有传动齿，该传动齿与被动斜齿轮Ⅱ205相互啮合，该主动齿轮轴204、被动斜齿轮Ⅱ205形成第二级减速机构；被动斜齿轮Ⅱ205安装在差速器总成3上，差速器总成3通过半轴5与轮毂6连接。
所述的电机1采用盘式电机或永磁同步电机，该电机1通过螺栓联接在主减速器壳201上，主减速器壳201通过螺栓联接固定在桥壳4上，桥壳4的额定承载13吨，桥壳4安装一个电机支架9辅助支撑电机1，以便避免电机悬空过大产生振动。电机1将动力输出至第一级减速机构的主动斜齿轮202，经过减速后由第二级减速机构的被动斜齿轮Ⅱ205将动力传输至差速器总成3上，再通过两边的半轴5把动力传递给轮毂6，并可根据路况不同自动形成差速。
所述的制动器7采用鼓式制动器，当刹车时，气室8推动调整臂14，调整臂14通过花键联结带动凸轮轴13转动，使制动器7的蹄片张开贴合制动鼓，从而起到制动作用。
本后桥的悬架接口与现有技术中的挂车桥悬架一致，可直接互换。所述的下推力杆12一端安装在桥壳4的下推力杆支座上，另一端则安装在车架上，左右板簧座各安装一根下推力杆12；所述的桥壳4上还安装有上推力杆支座10，上推力杆支座10上连接有一根上推力杆11，上推力杆11与车架连接，所述的上推力杆11与两根下推力杆形成一个平行四边形，以承受驱动行驶过程以及制动过程所产生的反作用力，避免桥壳发生翻转和扭转。
所述的能量回馈系统包括控制器、传感器模块、功率单元、储能单元，所述的控制器的输入端通过传感器模块与电机连接，控制器的输出端与功率单元连接，功率单元分别与储能单元、电机连接。所述的功率单元采用逆变器IGBT功率模块。所述的储能单元为锂动力电池。
上述的能量回馈系统安装在半挂车底盘上，控制器可实时监测及控制半挂车辅助驱动后桥转速，保证半挂车辅助驱动后桥转速与牵引头的车桥转速一致，并控制电机的能量回馈以及驾驶室空调供电。
电机回馈制动控制策略与整车制动紧密结合，在保证制动安全的前提下，回馈制动系统保持一定的制动转矩，以保证整车的制动性能如制动减速度、制动距离等。同时考虑电机系统在发电过程中的工作特性和输出能力，并对回馈过程中的电流大小进行限制，确保电机系统安全和锂动力电池充电承受能力。
实施例二
一种新能源半挂车辅助驱动后桥的能量回馈控制方法，该方法是在滑行及制动周期包含续流阶段和能量回馈阶段两个阶段；在续流阶段下，电机线圈作为电感储能，将车辆滑行的机械能转化为电感磁场能量，产生泵升电压（电流流向参见图4）；在能量回馈阶段下，控制器根据传感器模块信号对功率单元的逆变器IGBT功率模块通断进行有规律的PWM控制；当产生的电压高于储能单元电压时，将电流回馈至储能单元，达到能量回馈的目的（电流流向参见图5）。
在能量回馈过程中，需要进行换相控制，采用单侧斩波的控制方式，即在回馈制动过程中，封锁功率桥的一个桥臂，只对功率桥的另一个桥臂进行PWM控制，在每个控制周期内，只对其中的一个功率管进行PWM控制，保持对反电动势最大相所对应桥臂的功率管进行PWM控制，实现最大能量回馈功率控制。

Claims (10)

1.一种新能源半挂车辅助驱动后桥，包括主减速器（2）、差速器总成（3）、桥壳（4）、半轴（5）、轮毂（6）、制动器（7）、气室（8），其特征在于：还包括有电机（1）、与电机（1）连接的能量回馈系统；电机（1）的输出端与主减速器（2）的输入端连接，主减速器（2）固定在桥壳（4）上，主减速器（2）的输出端与差速器总成（3）连接，差速器总成（3）通过半轴（5）与轮毂（6）连接。
2.根据权利要求1所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的主减速器（2）包括主减速器壳（201）、位于主减速器壳（201）内的主动斜齿轮（202）、被动斜齿轮Ⅰ（203）、主动齿轮轴（204）、被动斜齿轮Ⅱ（205），电机（1）的输出轴与主动斜齿轮（202）连接，主动斜齿轮（202）与被动斜齿轮Ⅰ（203）相互啮合，被动斜齿轮Ⅰ（203）安装在主动齿轮轴（204）上，主动齿轮轴（204）上设有传动齿，该传动齿与被动斜齿轮Ⅱ（205）相互啮合；被动斜齿轮Ⅱ（205）安装在差速器总成（3）上；所述的主动斜齿轮（202）、被动斜齿轮Ⅰ（203）形成第一级减速机构，主动齿轮轴（204）、被动斜齿轮Ⅱ（205）形成第二级减速机构。
3.根据权利要求1所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的桥壳（4）上还安装有用于支撑电机1的电机支架（9）。
4.根据权利要求1所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的制动器（7）采用鼓式制动器，所述的电机采（8）用盘式电机或永磁同步电机。
5.根据权利要求1所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的桥壳（4）上还安装有上推力杆支座（10），上推力杆支座（10）上连接有一根上推力杆（11），上推力杆（11）与车架连接，所述的上推力杆（11）与两根下推力杆形成一个平行四边形。
6.根据权利要求1所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的能量回馈系统包括控制器、传感器模块、功率单元、储能单元，所述的控制器的输入端通过传感器模块与电机连接，控制器的输出端与功率单元连接，功率单元分别与储能单元、电机连接。
7.根据权利要求6所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的功率单元包括逆变器IGBT功率模块。
8.根据权利要求6所述的新能源半挂车辅助驱动后桥，其特征在于：所述的储能单元为锂动力电池。
9.一种新能源半挂车辅助驱动后桥的能量回馈控制方法，其特征在于：该方法是在滑行及制动周期包含续流阶段和能量回馈阶段两个阶段；在续流阶段下，电机线圈作为电感储能，将车辆滑行的机械能转化为电感磁场能量，产生泵升电压；在能量回馈阶段下，控制器根据传感器模块信号对功率单元的逆变器IGBT功率模块通断进行有规律的PWM控制；当产生的电压高于储能单元电压时，将电流回馈至储能单元，达到能量回馈的目的。
10.根据权利要求9所述的新能源半挂车辅助驱动后桥的能量回馈控制方法，其特征在于：在能量回馈过程中，需要进行换相控制，采用单侧斩波的控制方式，即在回馈制动过程中，封锁功率桥的一个桥臂，只对功率桥的另一个桥臂进行PWM控制，在每个控制周期内，只对其中的一个功率管进行PWM控制，保持对反电动势最大相所对应桥臂的功率管进行PWM控制，实现最大能量回馈功率控制。
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