CN112519586A - 一种城市公交的制动能量耦合系统 - Google Patents

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李琳
张铁柱
杨彬彬
孙宾宾
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
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Abstract

本发明提出了一种城市公交的制动能量耦合系统，属于汽车领域。该系统包括动力耦合模块、飞轮、飞轮制动器、变速/减速机构，动力耦合模块包括控制电机/液压马达、单排行星齿轮机构、减速齿轮Z1及Z2。车辆制动时，辅助车辆制动，同时起到回收制动能量的作用，车辆启动加速时，通过释放回收的能量，辅助车辆驱动。运用机电一体化的集成设计，建立控制电机/液压马达与单排行星齿轮机构组成的动力耦合模块，取代传统的动力电池‑电动/发电机系统，能量无需经过机械能‑电能‑机械能的多重转化，提高了能量输入输出的效率。本发明能够实现制动能量高效回收和利用，改善制动和驱动工况，提高车辆安全性能，实现节油减排的目的。

Description

一种城市公交的制动能量耦合系统
技术领域
本发明涉及一种半挂车辆的制动能量耦合系统，属于汽车领域。
背景技术
城市公交是现代汽车运输行业中应用相当广泛的一种交通工具，城市公交的运行工况常常是低速、频繁起步制动。由于公交车的基数庞大，且大多采用石油、天然气等化石燃料作为动力源，造成大气污染，因此城市公交急需一种能够提高能量利用率的制动系统。目前，在混合动力汽车领域，人们已经采用电动/发电机和动力电池系统完成了对制动能量的回收，但是动力电池需占用很大空间，而且还会造成成本升高。
在城市公交运行路段，车辆需要频繁地减速和加速，其中减速制动会导致车身动能通过摩擦以热量形式耗散，造成能量浪费。在起步加速阶段，由于车辆本身质量大，造成频繁起动困难。而飞轮具有储能密度高、使用寿命长、性能稳定等特点，既能实现动能高效回收，又能在需要时提高车辆动力性，为了回收车辆制动能量，储能飞轮技术得以应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新型制动能量耦合系统，实现车辆动能回收再利用，提高车辆安全性、动力性和经济性。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种城市公交的制动能量耦合系统，该系统包括：发动机、离合器、变速箱、驱动轮、驱动桥、制动能量耦合模块、飞轮、飞轮制动器。所述制动能量耦合模块包括：单排行星齿轮机构、控制电机/液压马达、齿轮Z1；所述单排行星齿轮机构包括：太阳轮、行星轮、行星架、齿圈、齿轮Z2。所述行星架与所述车辆驱动桥连接从而输出动力；所述控制电机/液压马达与所述太阳轮连接；所述飞轮则通过所述齿轮Z1及Z2与所述齿圈连接；所述飞轮制动器与所述飞轮相连。
本发明的优点在于：车辆制动时，将回收制动能量，同时辅助车辆制动；车辆启动或爬坡时，通过释放回收的能量，辅助车辆驱动，提高行车安全性，达到经济节能的效果。运用机电一体化的集成设计，建立控制电机/液压马达与单排行星齿轮机构组成的动力耦合模块，取代传统的动力电池-电动/发电机系统，能量无需经过机械能-电能-机械能的多重转化，提高了能量输入输出的效率。本发明能够实现制动能量高效回收和利用，改善制动和驱动工况，提高车辆安全性能。
附图说明
图1为半挂车辆的制动能量耦合系统示意图；图中标记的含义为：
1—发动机；2—离合器；3—变速箱；4—制动能量耦合模块；5—单排行星齿轮机构；6—行星架；7—齿圈；8—齿轮Z1；9—飞轮；10—飞轮制动器；11—驱动轮；12—驱动桥；13—齿轮Z2；14—行星轮；15—太阳轮；16—控制电机/液压马达。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示，一种半挂车辆的制动能量耦合系统，该系统包括：1.发动机、2.离合器、3.变速箱、11.驱动轮、12.驱动桥、4.制动能量耦合模块、9.飞轮、10.飞轮制动器。
所述制动能量耦合模块4包括：单排行星齿轮机构5、控制电机/液压马达16、齿轮Z1-8；所述单排行星齿轮机构5包括：太阳轮15、行星轮14、行星架6、齿圈7、齿轮Z2-13。所述行星架6与所述驱动桥12连接，输出动力；所述控制电机/液压马达17与所述太阳轮15连接；所述飞轮9通过所述齿轮Z1及Z2与所述齿圈7连接；所述飞轮制动器10与飞轮9直接相连。
车辆实际运行过程中，该系统工作状态可划分为如下几种模式。
起动模式：当车辆冷起动时，控制电机/液压马达16输出正扭矩，行星轮14锁止，单排行星齿轮机构5作为一个整体转动，太阳轮15、行星架6、齿圈7的旋转速度及方向相同，通过行星架6辅助驱动桥12旋转，带动驱动轮11旋转，通过齿圈7及齿轮Z1、Z2带动飞轮9旋转，使飞轮具有初始动能以保证后续工况正常进行。
动力耦合模式：当车辆需要加速超车或爬坡时，控制电机/液压马达16输出正扭矩，使行星架6扭矩增大，此时飞轮9转速降低，释放能量输出正扭矩，两者在单排行星齿轮机构5耦合后，经行星架6输出至驱动桥12，提高车辆加速和爬坡性能。
匀速行驶模式：当车辆匀速行驶时，此时飞轮9转速保持恒定。
制动能量回收模式：当车辆缓速下坡或制动减速时，控制电机/液压马达16输出负扭矩，飞轮9输出负扭矩，转速增加，制动能量小部分经控制电机/液压马达16转化为电能/液压能储存进车载电池/蓄能器，大部分直接以机械能形式储存进飞轮9，同时驱动轮11的车速降低。
停车熄火模式：当车辆熄火后，飞轮制动器10闭合，飞轮9转速逐渐降低，行星架6静止，控制电机/液压马达16工作在发电机/液压泵状态，将飞轮9减速过程中的剩余动能转化为电能/液压能储存进车载电池/蓄能器中。
以上所述仅是本发明的实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可利用本发明原理加以变更或改型为等同变化的实施例。凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种城市公交的制动能量耦合系统，其特征在于：该系统包括：发动机、离合器、变速箱、驱动轮、驱动桥、制动能量耦合模块、飞轮、飞轮制动器。
2.如权利要求1所述城市公交的制动能量耦合系统，其特征在于：所述制动能量耦合模块包括：单排行星齿轮机构、控制电机/液压马达、齿轮Z1；所述单排行星齿轮机构包括：太阳轮、行星轮、行星架、齿圈、齿轮Z2。
3.如权利要求1所述城市公交的制动能量耦合系统，其特征在于：所述行星架与所述车辆驱动桥连接从而输出动力；所述控制电机/液压马达与所述太阳轮连接；所述飞轮则通过所述齿轮Z1及Z2与所述齿圈连接；所述飞轮制动器与飞轮相连。
4.如权利要求1所述城市公交的制动能量耦合系统，其特征在于：飞轮作为制动能量调节机构，可以根据汽车运行工况的变化，直接回收和释放机械能，无需经过机械能-电能-机械能的多重转化。
5.如权利要求1所述城市公交的制动能量耦合系统，其特征在于：车辆实际运行过程中，该系统工作状态可划分为如下几种模式：
（1）起动模式：当车辆冷起动时，控制电机/液压马达16输出正扭矩，行星轮14锁止，单排行星齿轮机构5作为一个整体转动，太阳轮15、行星架6、齿圈7的旋转速度及方向相同，通过行星架6辅助驱动桥12旋转，带动驱动轮旋转，通过齿圈7及齿轮Z1、Z2带动飞轮9旋转，使飞轮具有初始动能以保证后续工况正常进行；
（2）动力耦合模式：当车辆需要加速超车或爬坡时，控制电机/液压马达16输出正扭矩，使行星架6扭矩增大，此时飞轮9转速降低，释放能量输出正扭矩，两者在单排行星齿轮机构5耦合后，经行星架6输出至驱动桥12，提高车辆加速和爬坡性能；
（3）匀速行驶模式：当车辆匀速行驶时，此时飞轮9转速保持恒定；
（4）制动能量回收模式：当车辆缓速下坡或制动减速时，控制电机/液压马达16输出负扭矩，飞轮9输出负扭矩，转速增加，制动能量小部分经控制电机/液压马达17转化为电能/液压能储存进车载电池/蓄能器，大部分直接以机械能形式储存进飞轮9，同时驱动轮11减速，车速降低；
（5）停车熄火模式：当车辆熄火后，飞轮制动器10闭合，飞轮9转速逐渐降低，行星架6静止，控制电机/液压马达16工作在发电机/液压泵状态，将飞轮9减速过程中的剩余动能转化为电能/液压能储存进车载电池/蓄能器中。
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