CN113059990A - 一种用于教学试验的混合动力驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明关于一种用于教学试验的混合动力驱动装置，包括发动机、发电机、电动机以及负载电机，其中所述发动机输出端连接有第一同步带轮；所述发电机通过第一联轴器与传动轴连接，第二同步带轮通过第一电磁离合器实现与该传动轴的分离与结合；所述电动机输出轴上连接有第三同步带轮，该第三同步带轮通过第二电磁离合器实现与所述传动轴的结合和分离；所述负载电机通过第二联轴器、扭矩传感器以及第三联轴器与输出轴连接，该输出轴上固定有第四同步带轮；上述第一同步带轮和第二同步带轮通过第一同步带连接，第三同步带轮和第四同步带轮通过第二同步带连接。本发明具有多种驱动模式，可根据实际情况采用合适的驱动模式实现驱动，灵活性强。

Description

一种用于教学试验的混合动力驱动装置
技术领域
本发明涉及混合动力测试技术领域，尤其涉及一种用于教学试验的混合动力驱动装置。
背景技术
纯电动汽车是未来汽车的发展方向，但是在动力电池没有取得突破性进展之前，纯电动汽车的续航里程始终是困扰其发展的主要因素，混合动力汽车可以很好的弥补其缺点，同时相对于传统内燃机汽车，可大幅度降低燃油消耗量。
混合动力汽车有各种构型，其中增程式混合动力更接近纯电动汽车，未来随着电池技术的发展，可以逐步减小发动机功率，增大动力电池容量，从而逐渐过渡到纯电动汽车，普通增程式混合动力汽车的问题是：长途高速行驶时，发动机的机械能需要经发电机转换为电能，然后再经电动机转换为机械能，造成能量损失比较大，因此，这类车型在高速时的油耗甚至高于传统内燃机车。
为了降低现有混合动力汽车的能耗，需要对不同场景、不同驱动模式下驱动装置的能耗进行实验研究，但现有的动力驱动装置驱动模式较少，无法满足实验需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明目的是提供一种用于教学试验的混合动力驱动装置，该驱动装置能够通过发动机、发电机和电动机的协调作用，实现多种驱动工作模式，从而实现多种驱动模式下的等效燃油消耗量的测试。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种用于教学试验的混合动力驱动装置，包括发动机、发电机、电动机以及负载电机，其中所述发动机输出端连接有第一同步带轮；所述发电机通过第一联轴器与传动轴连接，第二同步带轮通过第一电磁离合器实现与该传动轴的分离与结合；所述电动机输出轴上连接有第三同步带轮，该第三同步带轮通过第二电磁离合器实现与所述传动轴的结合和分离；所述负载电机通过第二联轴器、扭矩传感器以及第三联轴器与输出轴连接，该输出轴上固定有第四同步带轮；上述第一同步带轮和第二同步带轮通过第一同步带连接，第三同步带轮和第四同步带轮通过第二同步带连接。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，发电机和电动机均具有发电并储存电能的能力。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其包括仅由电动机驱动的电动机纯电驱动模式；由发电机和电动机共同驱动的双电机并联纯电驱动模式；由发动机、电动机共同驱动的混合驱动模式；由发动机、发电机和电动机共同驱动的混合驱动模式；由发动机单独驱动的发动机直连驱动模式；制动时由电动机回收制动能量的能量回收模式；由发动机为发电机提供发电动力、电动机为负载电机提供驱动动力的串联式驱动模式以及由发电机为发动机提供启动动力、电动机为负载提供驱动动力的发动机启动模式。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述的电动机纯电驱动模式仅采用电动机驱动，在该驱动模式下发动机和发电机均不工作，所述第三同步带轮通过第二电磁离合器与传动轴分离、并通过第四同步带轮向输出轴传递驱动负载电机的动力；所述由发动机单独驱动的发动机直连驱动模式在驱动时，所述发电机和电动机均不工作，第一电磁离合器和第二电磁离合器均与传动轴结合，发动机通过第一同步带轮、第二同步带轮、传动轴、第三同步带轮、第四同步带轮以及输出轴将动力传力传递至负载电机。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述的由发电机和电动机共同驱动的双电机并联纯电驱动模式在驱动时，发动机不工作，第二同步带轮通过第一电磁离合器与传动轴分离，第三同步带轮通过第二电磁离合器与传动轴结合，发电机通过传动轴驱动第三同步带轮转动，电动机也通过其输出轴为第三同步带轮提供驱动力，该第三同步带轮将上述发电机和电动机的驱动力传递至负载电机。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述的由发动机、电动机共同驱动的混合驱动模式在驱动时，发电机不工作，第一电磁离合器和第二电磁离合器均与传动轴结合，所述发动机通过第一同步带轮、第二同步带轮和传动轴将动力传递至第三同步带轮，电动机也为第三同步带轮提供动力，该第三同步带轮将上述动力传递至负载电机。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述由发动机、发电机和电动机共同驱动的混合驱动模式，此时第一电磁离合器和第二电磁离合器均与传动轴结合，发动机、发电机和电动机输出的动力均通过第三同步带轮传递至负载电机。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述的能量回收模式是在制动时通过输出轴、第四同步带轮以及第三同步带轮将能量回收至电动机，此时第二电磁离合器与传动轴分离。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述的串联式驱动模式在驱动时，由发动机通过第一同步带轮、第二同步带轮以及传动轴为发电机提供发电的动力，此时第三同步带轮通过第二电磁离合器与传动轴分分离，电动机通过第三同步带轮向负责电机传递驱动力并通过发电机补充电能。
前述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其中所述的发动机启动模式在驱动时，由发电机通过传动轴、第二同步带轮以及第一同步带轮为发动机提供发动动机，同时电动机通过第二电磁离合器向负载电机提供动力，此时，第二电磁离合器与传动轴分离。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
本发明的驱动装置根据整车参数等效缩小选型装配，负载电机模拟汽车实际道路工况，动力源有发动机、发电机、电动机，可根据动力需求进行灵活分配，提供多种驱动模式，还可以进行不同道路工况的模拟试验，验证不同行驶工况下控制策略的可行性和可靠性。
本发明可通过控制发动机、发电机、离合器、电动机的工作状态，形成不同的传输结构，从而构成具有多种模式的车辆驱动装置，可根据实际情况采用合适的驱动模式实现驱动，灵活性强。
附图说明
图1是本发明用于教学试验的混合动力驱动装置的结构示意图。
【主要元件符号说明】
1-发动机
2-第一同步带轮
3-第一同步带
4-发电机
5-第一联轴器
6-传动轴
7-第一轴承座
8-第一电磁离合器
9-第二同步带轮
10-第二轴承座
11-第二电磁离合器
12-第二同步带轮
13-第二同步带
14-负载电机
15-第二联轴器
16-扭矩传感器
17-第三联轴器
18-第三轴承座
19-同步带轮
20-第四轴承座
21输出轴
22-电动机
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用于教学试验的混合动力驱动装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1，其为本发明用于教学试验的混合动力驱动装置的结构示意图，包括固定在试验台的驱动装置，该驱动装置包括发动机1、发电机4、电动机22以及负载电机14，其中所述发动机1输出端连接有第一同步带轮2；所述发电机4通过第一联轴器5与传动轴6连接，该传动轴6上还套设有第一电磁离合器8、第二同步带轮9以及第二电磁离合器11，其中所述第二同步带轮9通过第一同步带3与第一同步带轮2连接。所述第一电磁离合器8固定在该第二同步带轮9上，通过该第一电磁离合器8与传动轴6之间的分离与结合实现第二同步带轮9与传动轴之间的分离与结合。
所述第二电磁分离器11与连接在电动机22输出轴上的第三同步带轮12固接，从而可通过第二电磁离合器11与传动轴6的结合和分离实现第三同步带轮12与传动轴6之间的连接和分离。
所述负载电机14通过第二联轴器15与扭矩传感器16连接，该扭矩传感器16另一端通过第三联轴器17与输出轴21连接，该输出轴21上套设有第四同步带轮19，该第四同步带轮19通过第二同步带13与第三同步带轮13连接。
本发明驱动装置还包括固定在实验台上用于为传动轴6提供支撑的第一轴承座7和第二轴承座10。该实验台上还设有用于为输出轴21提供支撑的第三轴承座18和第四轴承座20。
在本发明实施例中，所述第一联轴器5、第二联轴器15以及第三联轴器17均为弹性联轴器，但并不限定于此。
在本发明实施例中，所述第一电磁离合器8为B型电磁离合器，所述第二电磁离合器11为基型电磁离合器，但并不限定于此。
发电机4和电动机22在不同工况下可以实现发电并存储电能，实现能量的高效利用，减轻车辆重量，提高续航能力。
为实验不同工况下各种控制策略的可行性，本发明驱动装置可进行以下驱动模式的性能测试：
1)电动机纯电驱动模式测试，在进行该模式的性能测试时，所述电动机22驱动第三同步带轮12转动，第三同步带轮12通过第二同步带13带动第四同步带轮19转动，而第四同步带轮则带动输出轴21转动，从而驱动负载电机14。而扭矩传感器16则用来调整扭矩以模拟不同路况下的负载。此时，发动机1与发电机4均不工作，第二电磁离合器11与传动轴6分离。
2)双电机并联纯电驱动模式测试，在该模式下，所述电动机22驱动第三同步带轮12转动；同时发电机4驱动传动轴6转动，传动轴6上的第二电磁离合器11与传动轴6连接，从而在传动轴的转动下带动第三同步带轮12转动，即第三同步带轮12在电动机22和发电机4的共同驱动下转动，该第三同步带轮12通过第二同步带13带动第四同步带轮19转动，而第四同步带轮则带动输出轴21转动，从而驱动负载电机14。第四同步带轮19转动，而第四同步带轮则带动输出轴21转动，从而驱动负载电机14。此时，发动机1此时，发动机1不工作，第一电磁离合器8与传动轴6分离。
3)发动机4、电动机22混合驱动模式测试，在该驱动模式下，发动机1驱动第一同步带轮2转动，该第一同步带轮2通过第一同步带3带动第二同步带轮9转动，该第二同步带轮9上固接的第一电磁离合器8与传动轴6结合，从而带动传动轴6转动，该传动轴6通过其上结合的第二电磁离合器11将动力传动至第三同步带轮12。该第三同步带轮还同时受到电动机4的驱动，即该第三同步带轮在发动机4和电动机22的共同驱动下转动，并通过第二同步带13带动第四同步带轮19转动，从而将动力传递至输出轴21，通过该输出轴21驱动负载电机。
4)发动机1、发电机4和电动机22混合驱动模式测试，在该测试模式下，所述发动机1驱动第一同步带轮2转动，发电机4驱动传动轴6转动，该传动轴6通过其上结合的第一电磁离合器8带动第二同步带轮9转动，所述第一同步带轮2和第二同步带轮9通过第一同步带3连接。电动机22驱动第三同步带轮12转动，该第三同步带轮12一侧固定的第二电磁离合器与传动轴6结合，从而能够通过传动轴6向第三同步带轮传递发动机1和发电机4的驱动力。所述第三同步带轮12通过第二同步带13带动第四同步带轮19转动，该第四同步带轮19带动输出轴21来驱动负载电机14。
5)发动机直连驱动模式测试，在该测试模式下，所述发动机驱动第一同步带轮2转动，第一同步带轮2通过第一同步带3带动第二同步带轮9转动，固定在该第二同步带轮9一侧的第一电磁离合器8与传动轴结合，将动力传递至传动轴6，所述第二电磁离合器11与传动轴6结合，将动力传递至第三同步带轮12，该第三同步带轮12通过第二同步带13带动第四同步带轮19转动，该第四同步带轮19带动输出轴21来驱动负载电机14。
6)能量回收模式测试，该模式主要测试车辆制动时，电动机22对能量的回收。在该测试模式下，输出轴21反向转动，从而带动第四同步带轮19反向转动，而第四同步带轮19通过第二同步带带动第三同步带轮反转，将能量回收至电动机22。
7)串联式驱动模式(增程模式)测试，在该测试模式下，所述发动机1、电动机22以及发电机4均工作，此时第二电磁离合器与传动轴6断开，第一电磁离合器8与传动轴6结合，电动机22驱动第三同步带轮带动第四同步带轮19转动，从而使得输出轴21驱动负载电机14。同时，发动机1驱动第一同步带轮2带动第二同步带轮9转动，从而带动传动轴6转动，该传动轴6为发电机4提供发电的驱动力，该发电机4发的电为电动机22补充电能，从而增强电动机的续航能力。
8)发动机启动模式测试，在该测试模式下，所述第三同步带轮和传动轴6通过第二电磁离合器断开，第二同步带轮9通过第一电磁离合器8与传动轴6结合，所述发电机4驱动传动轴6带动第二同步带轮转动，该第二同步带轮9带动第一同步带轮2转动为发动机1提供驱动力，实现发动机1的启动预热，同时电动机22带动第三同步带轮12将驱动力经第四同步带轮以及输出轴传递至负载电机14。
本发明驱动装置具有多种驱动模式，能够满足各种情景模式下不同驱动模式驱动性能的实验需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：包括发动机、发电机、电动机以及负载电机，其中所述发动机输出端连接有第一同步带轮；所述发电机通过第一联轴器与传动轴连接，第二同步带轮通过第一电磁离合器实现与该传动轴的分离与结合；所述电动机输出轴上连接有第三同步带轮，该第三同步带轮通过第二电磁离合器实现与所述传动轴的结合和分离；所述负载电机通过第二联轴器、扭矩传感器以及第三联轴器与输出轴连接，该输出轴上固定有第四同步带轮；上述第一同步带轮和第二同步带轮通过第一同步带连接，第三同步带轮和第四同步带轮通过第二同步带连接。
2.根据权利要求1所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：发电机和电动机均具有发电并储存电能的能力。
3.根据权利要求2所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其包括仅由电动机驱动的电动机纯电驱动模式；由发电机和电动机共同驱动的双电机并联纯电驱动模式；由发动机、电动机共同驱动的混合驱动模式；由发动机、发电机和电动机共同驱动的混合驱动模式；由发动机单独驱动的发动机直连驱动模式；制动时由电动机回收制动能量的能量回收模式；由发动机为发电机提供发电动力、电动机为负载电机提供驱动动力的串联式驱动模式以及由发电机为发动机提供发动动力、电动机为负载提供驱动动力的发动机启动模式。
4.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述的电动机纯电驱动模式仅采用电动机驱动，在该驱动模式下发动机和发电机均不工作，所述第三同步带轮通过第二电磁离合器与传动轴分离、并通过第四同步带轮向输出轴传递驱动负载电机的动力；所述由发动机单独驱动的发动机直连驱动模式在驱动时，所述发电机和电动机均不工作，第一电磁离合器和第二电磁离合器均与传动轴结合，发动机通过第一同步带轮、第二同步带轮、传动轴、第三同步带轮、第四同步带轮以及输出轴将动力传力传递至负载电机。
5.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述的由发电机和电动机共同驱动的双电机并联纯电驱动模式在驱动时，发动机不工作，第二同步带轮通过第一电磁离合器与传动轴分离，第三同步带轮通过第二电磁离合器与传动轴结合，发电机通过传动轴驱动第三同步带轮转动，电动机也通过其输出轴为第三同步带轮提供驱动力，该第三同步带轮将上述发电机和电动机的驱动力传递至负载电机。
6.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述的由发动机、电动机共同驱动的混合驱动模式在驱动时，发电机不工作，第一电磁离合器和第二电磁离合器均与传动轴结合，所述发动机通过第一同步带轮、第二同步带轮和传动轴将动力传递至第三同步带轮，电动机也为第三同步带轮提供动力，该第三同步带轮将上述动力传递至负载电机。
7.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述由发动机、发电机和电动机共同驱动的混合驱动模式，此时第一电磁离合器和第二电磁离合器均与传动轴结合，发动机、发电机和电动机输出的动力均通过第三同步带轮传递至负载电机。
8.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述的能量回收模式是在制动时通过输出轴、第四同步带轮以及第三同步带轮将能量回收至电动机，此时第二电磁离合器与传动轴分离。
9.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述的串联式驱动模式在驱动时，由发动机通过第一同步带轮、第二同步带轮以及传动轴为发电机提供发电的动力，此时第三同步带轮通过第二电磁离合器与传动轴分离，电动机通过第三同步带轮向负载电机传递驱动力并通过发电机补充电能。
10.根据权利要求3所述的用于教学试验的混合动力驱动装置，其特征在于：其中所述的发动机启动模式在驱动时，由发电机通过传动轴、第二同步带轮以及第一同步带轮为发动机提供动力，同时电动机通过第二电磁离合器向负载电机提供动力，此时，第二电磁离合器与传动轴分离。
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