CN107933286B - 一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法 - Google Patents

一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征包括：电机、后轮、动力装置、前轮；动力装置由发动机和蓄电池两部分组成，发动机的输出轴上设置有小同步带轮，小同步带轮与大同步带轮通过同步带相连接；大同步带轮与后轮的一侧相连接；在后轮的另一侧设置有可发电的电机；前轮为可发电轮毂电机。本发明能有效解决两轮混合动力汽车的动力系统的布置及动力分配问题，节省了空间，提高了能源利用率，有助于两轮汽车的应用与推广。

Description

一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，尤其涉及一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法。
背景技术
在环境污染日益严重，能源供应不断紧缩、短缺和交通日益拥堵的今天，绿色低碳、小型化、轻型化的汽车逐渐成为行业发展的新趋势，也受到越来越多的出行者的青睐。
现有技术中，诸多两轮车辆基本上都是通过燃油/燃气发动机或蓄电池提供动力或能源，完成行驶。发动机技术经过多年发展，技术日趋成熟，但燃料消耗大，废气排放量大的问题一直无法解决。在能源日趋紧缺的现今，需要对单一使用发动机为动力的摩托车进行改进。使用蓄电池提供动力能源的两轮车辆虽然解决了废气排放的问题，但是由于储存电量有限，充电频繁，给使用者造成麻烦，若是加大电池容量，又会造成电池重量大，占用空间大的情况，不利于两轮车辆的小型化、轻型化。而现有技术中应用于汽车上的混合动力系统，由于其结构复杂，零件很多，导致整个系统十分繁重，难以应用到两轮车辆中去。而现有技术中应用于摩托车上的混合动力系统，只是在维持原本结构不变的前提下，将前轮变为轮毂电机，实现油电混合动力，而且这种摩托车根据使用者的经验在发电机驱动还是蓄电池驱动之间进行切换，常常会造成操作与车行状况不匹配，致使电机运行不稳定，出现堵转现象。同时，在现有技术中，应用于两轮车辆中的混合动力系统，普遍存在混合度不高，混合驱动模式单一的问题，无法真正发挥混合动力系统的优势。
发明内容
本发明为了解决上述现有技术存在的不足之处，提供一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，以期能简化混合动力驱动系统的结构，改进混合动力驱动方法，从而解决两轮混合动力汽车的动力系统的布置及动力分配问题，节省空间，提高能源利用率，有助于两轮汽车的应用与推广。
为达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
本发明一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法的特点包括：电机、后轮、动力装置、前轮；所述动力装置由发动机和蓄电池两部分组成；所述发动机的输出轴上设置有小同步带轮，所述小同步带轮与大同步带轮通过同步带相连接；所述大同步带轮与所述后轮的一侧相连接；在所述后轮的另一侧设置有可发电的电机；所述前轮为可发电轮毂电机。
本发明所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法的特点也在于，
在所述后轮内部设置有行星轮系，所述行星轮系中的外齿圈与所述后轮为一体化设置，且所述外齿圈与至少三个行星轮相啮合；所述行星轮同时与中心轮相啮合，且每个行星轮通过轴上的轴承与行星架相连接；所述中心轮与电机的输出轴相连接；
在所述后轮的一侧设置有支撑架Ⅱ，且所述支撑架Ⅱ与所述后轮之间设置有摩擦片；所述电机设置在支撑架Ⅱ上，所述支撑架Ⅱ的一端与底盘相连接，在所述后轮的另一侧设置有外壳，在所述外壳的外侧设置有支撑架Ⅰ，且所述支撑架Ⅰ的一端也与所述底盘相连接；所述行星架的伸出轴与所述大同步带轮相连接。
本发明所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法的特点包括：纯电驱动模式、纯油驱动模式以及混合驱动模式；
所述纯电驱动模式下，发动机的输出轴锁死，只由所述电机或前轮提供动力；
所述纯油驱动模式下，只由发动机提供动力，所述电机及前轮处于发电状态或不工作状态；
所述混合驱动模式下，由所述电机和发动机提供动力，所述前轮处于发电状态或不工作状态。
本发明所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法特点也在于，所述纯电驱动模式包括以下三种工况：
(1)、纯电动后轮驱动：发动机不工作，只由电机提供动力，发动机的输出轴固定，扭矩由电机(1)依次传递给中心轮、行星轮和后轮，从而驱动所述后轮转动；
(2)、纯电动双轮驱动：发动机不工作，当扭矩不足时，由所述电机和前轮同时提供动力，驱动两轮混合动力汽车前进；
(3)、纯电动动力回收：所述电机及前轮处于正转负扭矩发电状态，在下坡或制动时将动能或势能转变为电能进行回收，同时在制动时，用于辅助制动。
所述纯油驱动模式包括以下两种工况：
(1)、发动机驱动：发动机工作，电机停止不转，发动机的输出扭矩传递给所述行星架(9)，并通过行星轮系放大扭矩后驱动所述后轮转动；
(2)、发动机驱动与电机发电：发动机工作，电机与前轮处于正转负扭矩发电状态，由发动机单独驱动后轮，且发动机的输出扭矩还用于所述电机与前轮的发电。
所述混合驱动模式包括以下两种工况：
(1)、发动机和电机共同驱动：所述发动机和电机同时输出扭矩，所述电机输出的扭矩传递给中心轮，所述发动机输出的扭矩传递给行星架，再通过行星轮系进行动力耦合后驱动后轮转动；
(2)、混合动力双轮驱动：在需要大扭矩的场合下，所述后轮由发动机和电机共同驱动，同时前轮也提供动力，实现最大动力输出。
本发明一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法的特点是按如下步骤进行：
步骤1、两轮混合动力汽车启动时，检测蓄电池电量是否满足纯电驱动模式下使用要求，若满足，则进入纯电驱动模式并执行步骤2，若不满足，则进入纯油驱动模式启动，且采用发动机驱动后执行步骤3；
步骤2、当在纯电驱动模式下启动时，检测电机提供的扭矩能否达到启动所需的扭矩，若能，则采用纯电动后轮驱动后执行步骤3；若不能，则采用纯电动双轮驱动后执行步骤3；
步骤3、两轮混合动力汽车正常行驶时，检测蓄电池电量是否满足纯电驱动模式下使用要求，若满足，则进入纯电驱动模式并执行步骤5，若不满足，则进入纯油驱动模式并执行步骤4；
步骤4、在纯油驱动模式下，行驶过程中实时检测发动机的输出扭矩能否达到行车所需扭矩以及电机和前轮发电所需扭矩之和，若能，则采用发动机驱动与电机发电，若不能，则采用发动机驱动；
步骤5、在纯电驱动模式下，行驶过程中实时检测电机的输出扭矩能否达到行车所需扭矩，若能，则采用纯电动后轮驱动，若不能，则采用发动机和电机共同驱动并执行步骤6；
步骤6、当发动机和电机共同驱动时，行驶过程中实时检测发动机和电机的输出总扭矩能否达到行车所需扭矩，若能，则维持发动机和电机共同驱动，若不能，则采用混合动力双轮驱动，实现最大扭矩输出。
在正常行驶时，当制动或是下坡导致转矩过剩时，采用纯电驱动模式下的纯电动动力回收。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明的动力系统中，主要通过后轮驱动两轮汽车行驶，前轮为轮毂电机，且具有发电机的功能，可以在输出扭矩不够时进行辅助驱动，实现了双轮驱动，同时，在常规行驶中，可作为发电机使用，节省了空间，在下坡或是刹车等场合下，还可以进行动力回收、辅助制动的工作，实现了功能的多样化。
2、本发明的动力系统中，主要通过后轮实现动力耦合和驱动功能，电机与行星轮系的中心轮相连，发动机通过一级同步带传动与行星架相连，作为行星轮系的两个输入，行星轮系的外齿圈与后轮轮毂作一体化设计，直接作为输出，驱动两轮汽车行驶，使得整体结构十分紧凑，后轮具备动力耦合功能，实现了无级变速，不需变速箱，实现了整个动力系统的小型化和轻量化，解决了两轮汽车上可能出现的空间不足的问题，腾出了用于储物或是载人的空间。
3、本发明涉及的一种两轮混合动力汽车，具备纯电驱动、纯油驱动、混合驱动三种驱动方式，每种驱动模式中又包含了诸多工况，针对不同的路面状况，能够匹配最具效率的驱动方式，节能环保，更具经济性。采用混合动力的方式，也避免了频繁充电的麻烦，更有利于推广和应用。
4、本发明提供了一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，充分保证了电能的利用，在常规行驶时，采用纯电驱动，避免了发动机的频繁启停，节省了油耗，当蓄电池电量不足或扭矩不足时，发动机再参与工作，用于驱动和发电，此工作方法能有效提高两轮混合动力汽车的混合度，既能够保证在任何情况下的动力充足，又能确保燃油经济性，具有很大的优势。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的后轮及动力装置结构示意图；
图3为本发明的后轮内部的整体结构示意图；
图4为本发明的后轮轮毂结构示意图；
图5为本发明的起步阶段工作方式流程图；
图6为本发明的正常行驶阶段工作方式流程图；
图7为本发明的动力回收阶段工作方式流程图；
图中标号为：1：电机、2：后轮、3：动力装置、4：前轮、5：底盘、6：小同步带轮、7：同步带、8：大同步带轮、9：行星架、10：中心轮、11：支撑架Ⅰ、12：外壳、13：行星轮、14：摩擦片、15：支撑架Ⅱ、16：轴。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明进一步地说明。
参见图1、图2，本实施例的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，包括：电机1、后轮2、动力装置3、前轮4；共4个主要结构，底盘5尾部设置有动力装置3；动力装置3由发动机和蓄电池两部分组成；发动机的输出轴与小同步带轮6通过键连接，小同步带轮6与大同步带轮8通过同步带7相连接；大同步带轮8与后轮2的一侧通过键连接；在后轮2的另一侧设置有可发电的电机1；前轮4为可发电轮毂电机。
参见图3，本实施例的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，在后轮2内部设置有行星轮系，行星轮系中的外齿圈与后轮2为一体化设置，且外齿圈与至少三个行星轮13相啮合；行星轮13同时与中心轮10相啮合，每个行星轮13与行星架9相连接，且每个行星轮13与轴16相配合；轴16与行星架9之间分别设置有一对轴承，轴承通过孔用挡圈实现定位；行星架9与后轮2及电机1之间均设置有轴承；中心轮10与电机1的输出轴通过键连接；在后轮2的一侧设置有支撑架Ⅱ15，且支撑架Ⅱ15与后轮2之间设置有摩擦片14，以便后轮进行转动；电机1与支撑架Ⅱ15通过螺纹连接，支撑架Ⅱ15的一端与底盘5相连接，用于固定后轮，在后轮2的另一侧设置有外壳12，在外壳12的外侧设置有支撑架Ⅰ11，支撑架Ⅰ11与外壳12之间设置有轴承，且支撑架Ⅰ11的一端也与底盘5相连接，用于固定后轮；行星架9的伸出轴与大同步带轮8通过键连接，作为一个动力输入端。
参见图4，本实施例的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其后轮为轮毂及行星轮系外齿圈一体化设计，内部设有轮齿，作为行星轮系的一部分实现输出，节省了空间，简化了结构，减少了零件数目，使整体结构更为紧凑。
参见图5、图6、图7，本实施例的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，包括：纯电驱动模式、纯油驱动模式以及混合驱动模式；纯电驱动模式下，发动机的输出轴锁死，只由电机1或前轮4提供动力；纯油驱动模式下，只由发动机提供动力，电机1及前轮4处于发电状态或不工作状态；混合驱动模式下，由电机1和发动机提供动力，前轮4处于发电状态或不工作状态。
纯电驱动模式包括以下三种工况：
(1)、纯电动后轮驱动：发动机不工作，只由电机1提供动力，发动机的输出轴固定，扭矩由电机1依次传递给中心轮10、行星轮13和后轮2，从而驱动后轮2转动；
(2)、纯电动双轮驱动：发动机不工作，当扭矩不足时，由电机1和前轮4同时提供动力，驱动两轮混合动力汽车前进；
(3)、纯电动动力回收：电机1及前轮4处于正转负扭矩发电状态，在下坡或制动时将动能或势能转变为电能进行回收，同时在制动时，用于辅助制动。
纯油驱动模式包括以下两种工况：
(1)、发动机驱动：发动机工作，电机1停止不转，发动机的输出扭矩传递给行星架9，并通过行星轮系放大扭矩后驱动后轮2转动；
(2)、发动机驱动与电机发电：发动机工作，电机1与前轮4处于正转负扭矩发电状态，由发动机单独驱动后轮，且发动机的输出扭矩还用于电机1与前轮4的发电。
混合驱动模式包括以下两种工况：
(1)、发动机和电机共同驱动：发动机和电机1同时输出扭矩，电机1输出的扭矩传递给中心轮10，发动机输出的扭矩传递给行星架9，再通过行星轮系进行动力耦合后驱动后轮2转动；
(2)、混合动力双轮驱动：在需要大扭矩的场合下，后轮2由发动机和电机1共同驱动，同时前轮4也提供动力，实现最大动力输出。
本实施例的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，按如下步骤进行：
步骤1、两轮混合动力汽车启动时，检测蓄电池电量否满足纯电驱动模式下使用要求，本实施例中，若高于20％，则进入纯电驱动模式并执行步骤2，若低于20％，则进入纯油驱动模式启动，且采用发动机驱动后执行步骤3；
步骤2、当在纯电驱动模式下启动时，检测电机1提供的扭矩能否达到启动所需的扭矩，若能，则采用纯电动后轮驱动后执行步骤3；若不能，则采用纯电动双轮驱动后执行步骤3；
步骤3、两轮混合动力汽车正常行驶时，检测蓄电池电量是否满足纯电驱动模式下使用要求，实施例中，若高于20％，则进入纯电驱动模式并执行步骤5，若低于20％，则进入纯油驱动模式并执行步骤4；
步骤4、在纯油驱动模式下，行驶过程中实时检测发动机的输出扭矩能否达到行车所需扭矩以及电机1和前轮4发电所需扭矩之和，若能，则采用发动机驱动与电机发电，若发动机的剩余扭矩不足以用于两个电机发电，则只采用一个电机发电，若不能满足所需扭矩，则采用发动机驱动；
步骤5、在纯电驱动模式下，行驶过程中实时检测电机1的输出扭矩能否达到行车所需扭矩，若能，则采用纯电动后轮驱动，若不能，则采用发动机和电机共同驱动并执行步骤6；
步骤6、当发动机和电机共同驱动时，行驶过程中实时检测发动机的输出扭矩能否达到行车所需扭矩，若能，则维持发动机和电机共同驱动，若不能，则采用混合动力双轮驱动，实现最大扭矩输出。
两轮混合动力汽车在正常行驶时，当制动或是下坡导致转矩过剩时，采用纯电驱动模式下的纯电动动力回收，同时起辅助制动的作用，使制动效果更明显，保证了一定的安全性。
本实施例的工作流程如下：
启动时，检测蓄电池电量，若电量充足且电机1提供的扭矩能达到启动所需的扭矩，则采用纯电动后轮驱动，电机1输出的扭矩依次传递给中心轮10、行星轮13、后轮2，从而驱动后轮转动。若电量充足但电机1提供的扭矩不能达到启动所需的扭矩，则采用纯电动双轮驱动，前轮4同时提供动力，与电机1共同驱动后轮2转动。若电量不足，则采用发动机驱动，发动机输出的扭矩依次传递给小同步带轮6、大同步带轮8、行星架9，行星轮13、后轮2，实现启动。
正常行驶时，检测蓄电池电量，若电量充足且电机1提供的扭矩能达到行车所需扭矩，则采用纯电动后轮驱动，若电量充足但电机1提供的扭矩不能达到行车所需扭矩，则采用发动机和电机共同驱动，扭矩由电机1和发动机共同提供，实现驱动。若电量不足，同时发动机的输出扭矩能达到电机1和前轮4发电所需的扭矩，则采用发动机驱动与电机发电，电机1和前轮4处于正转负扭矩发电状态，发动机在驱动后轮转动的同时还驱动电机1和前轮4发电，若电量不足且发动机的输出扭矩不能达到电机1和前轮4发电所需的扭矩，则采用发动机驱动。在发动机和电机共同驱动时，若发动机和电机的输出扭矩仍不足，则采用混合动力双轮驱动，实现最大扭矩输出。
当制动或是下坡导致转矩过剩时，采用纯电驱动模式下的纯电动动力回收，电机1和前轮4作为发电机使用，将动能或势能转变为电能进行回收，同时在制动时，可用于辅助制动。

Claims (6)

1.一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征包括：电机(1)、后轮(2)、动力装置(3)、前轮(4)；所述动力装置(3)由发动机和蓄电池两部分组成；所述发动机的输出轴上设置有小同步带轮(6)，所述小同步带轮(6)与大同步带轮(8)通过同步带(7)相连接；所述大同步带轮(8)与所述后轮(2)的一侧相连接；在所述后轮(2)的另一侧设置有可发电的电机(1)；所述前轮(4)为可发电轮毂电机；
在所述后轮(2)内部设置有行星轮系，所述行星轮系中的外齿圈与所述后轮(2)为一体化设置，且所述外齿圈与至少三个行星轮(13)相啮合；所述行星轮(13)同时与中心轮(10)相啮合，且每个行星轮(13)通过轴(16)上的轴承与行星架(9)相连接；所述中心轮(10)与电机(1)的输出轴相连接；
在所述后轮(2)的一侧设置有支撑架Ⅱ(15)，且所述支撑架Ⅱ(15)与所述后轮(2)之间设置有摩擦片(14)；所述电机(1)设置在支撑架Ⅱ(15)上，所述支撑架Ⅱ(15)的一端与底盘(5)相连接，在所述后轮(2)的另一侧设置有外壳(12)，在所述外壳(12)的外侧设置有支撑架Ⅰ(11)，且所述支撑架Ⅰ(11)的一端也与所述底盘(5)相连接；所述行星架(9)的伸出轴与所述大同步带轮(8)相连接；
工作时按如下步骤进行：
步骤1、两轮混合动力汽车启动时，检测蓄电池电量是否满足纯电驱动模式下使用要求，若满足，则进入纯电驱动模式并执行步骤2，若不满足，则进入纯油驱动模式启动，且采用发动机驱动后执行步骤3；
步骤2、当在纯电驱动模式下启动时，检测电机(1)提供的扭矩能否达到启动所需的扭矩，若能，则采用纯电动后轮驱动后执行步骤3；若不能，则采用纯电动双轮驱动后执行步骤3；
步骤3、两轮混合动力汽车正常行驶时，检测蓄电池电量是否满足纯电驱动模式下使用要求，若满足，则进入纯电驱动模式并执行步骤5，若不满足，则进入纯油驱动模式并执行步骤4；
步骤4、在纯油驱动模式下，行驶过程中实时检测发动机的输出扭矩能否达到行车所需扭矩以及电机(1)和前轮(4)发电所需扭矩之和，若能，则采用发动机驱动与电机发电，若不能，则采用发动机驱动；
步骤5、在纯电驱动模式下，行驶过程中实时检测电机(1)的输出扭矩能否达到行车所需扭矩，若能，则采用纯电动后轮驱动，若不能，则采用发动机和电机共同驱动并执行步骤6；
步骤6、当发动机和电机共同驱动时，行驶过程中实时检测发动机和电机的输出总扭矩能否达到行车所需扭矩，若能，则维持发动机和电机共同驱动，若不能，则采用混合动力双轮驱动，实现最大扭矩输出。
2.根据权利要求1所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征包括：纯电驱动模式、纯油驱动模式以及混合驱动模式；
所述纯电驱动模式下，发动机的输出轴锁死，只由所述电机(1)或前轮(4)提供动力；
所述纯油驱动模式下，只由发动机提供动力，所述电机(1)及前轮(4)处于发电状态或不工作状态；
所述混合驱动模式下，由所述电机(1)和发动机提供动力，所述前轮(4)处于发电状态或不工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征在于，所述纯电驱动模式包括以下三种工况：
(1)、纯电动后轮驱动：发动机不工作，只由电机(1)提供动力，发动机的输出轴固定，扭矩由电机(1)依次传递给中心轮(10)、行星轮(13)和后轮(2)，从而驱动所述后轮(2)转动；
(2)、纯电动双轮驱动：发动机不工作，当扭矩不足时，由所述电机(1)和前轮(4)同时提供动力，驱动两轮混合动力汽车前进；
(3)、纯电动动力回收：所述电机(1)及前轮(4)处于正转负扭矩发电状态，在下坡或制动时将动能或势能转变为电能进行回收，同时在制动时，用于辅助制动。
4.根据权利要求2所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征在于，所述纯油驱动模式包括以下两种工况：
(1)、发动机驱动：发动机工作，电机(1)停止不转，发动机的输出扭矩传递给所述行星架(9)，并通过行星轮系放大扭矩后驱动所述后轮(2)转动；
(2)、发动机驱动与电机发电：发动机工作，电机(1)与前轮(4)处于正转负扭矩发电状态，由发动机单独驱动后轮，且发动机的输出扭矩还用于所述电机(1)与前轮(4)的发电。
5.根据权利要求2所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征在于，所述混合驱动模式包括以下两种工况：
(1)、发动机和电机共同驱动：所述发动机和电机(1)同时输出扭矩，所述电机(1)输出的扭矩传递给中心轮(10)，所述发动机输出的扭矩传递给行星架(9)，再通过行星轮系进行动力耦合后驱动后轮(2)转动；
(2)、混合动力双轮驱动：在需要大扭矩的场合下，所述后轮(2)由发动机和电机(1)共同驱动，同时前轮(4)也提供动力，实现最大动力输出。
6.根据权利要求1所述的一种两轮混合动力汽车的动力系统的工作方法，其特征是在正常行驶时，当制动或是下坡导致转矩过剩时，采用纯电驱动模式下的纯电动动力回收。
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