CN1432499A - 车辆的制动储能驱动 - Google Patents

Abstract

ZY制动储能起步驱动系统是将车辆在减速制动时损失的动能通过传动系的一部分、液压泵、控制阀和液压储能器转换为高液压位能储存起来，并可通过同一转换和传动系统，将储能器储存的能量经液压泵逆传动形成的液压马达和传动系再次用于车辆的起步和加速驱动。可以很低的工程制造成本，得到超过无级变速器的驱动性能和在城区路况行驶时得到30％－50％的节油效果。

Description

车辆的制动储能驱动

这是关于车辆制动储能驱动系统的发明。属于车辆和机械传动

技术领域。

先有技术领域，发明人郑悦(ZHENG YUE)教授已获得5项美国发明专利：4872536，发明了可变量齿轮泵及齿轮马达；4932504，发明了制动储能系统的原理；5161961，发明了完全平衡的变量齿轮泵及马达；5489244，发明了离心摩擦式高效率无级变速器；5232412，发明了双层组合齿轮传动。发明人在先有专利技术的基础上，继续研究，解决了工程实施所需要解决的关键技术问题，提出了本发明。

ZY制动储能起步驱动系统ZYBEST(ZY-BRAKE ENERGY STORESTART SYSTEM)的基本原理和发明目的，是将系统(车辆)在减速制动时损失的动能通过传动系统(自车轮至发动机之间的传动系的一部分)传递、通过转换和储能系统储存起来，并通过同一转换和传动系统，将储能器储存的能量再次用于系统(车辆)的起步和加速驱动。

ZYBEST可以大幅度节约能源，特别是在城区频繁制动-起步的行驶环境，可以节约燃油50％以上。因而大幅度地减少了废气污染物的排放，保护了城市空气环境。ZYBEST可以有效提高车辆的加速和制动性能。在用液气储能器和等效齿轮马达驱动起步时，比使用现行的涡流变扭器+自动齿轮变速器的无级变速器更为迅速，柔和和顺畅，驾驶轻松；ZYBEST在减速和制动时，因为是依靠车轮驱动的等效齿轮泵液压阻力产生制动力，而不用传统的摩擦片接合摩擦的方式，因而可以更为安全可靠，作用迅速、柔和、易于平衡和控制。ZYBEST可以减省车辆的变速器和制动系，缩小引擎规格，大幅度降低车辆的制造成本。使用ZYBEST，变速器可以简化为只设直接档、1个备用的大速比低档和倒档。离合器的工作负荷减低。车辆起步驱动依靠ZYBEST而不靠发动机，因而发动机的储备功率可以减省，可以使用较小功率的发动机，而取得大功率发动机的加速效果，并且较小功率的发动机比工作在小功率的大功率发动机更为省油。制动系的液、电、气助力系统和控制系统可以减省，摩擦制动器只是在紧急刹车时偶然使用，而不是频繁使用于减速制动。

ZYBEST用于电动汽车，将取得更为优异的效果。目前电动车的电池和电动机难以满足起步驱动时所需要的大功率，延长了起步加速的时间；起步加速时所需要的大电流放电是缩短电池放电容量从而缩短行驶里程的主因。这两项限制电动汽车应用的因素都源于起步驱动，因而也都能够被ZYBEST用制动储能驱动系统彻底解决。ZYBEST将成为高性能纯电动汽车问世的突破口。

对基本技术发明的说明：图1说明了平衡泵效应离合器内齿轮泵和马达的原理。图2说明了平衡泵效应离合器内齿轮泵和马达与储能器和控制阀构成的制动储能驱动系统。图3说明了平衡泵效应离合器外齿轮泵和马达。图4说明ZYBEST在汽车上的安装位置。图5说明了ZYBEST变速器。

请参看图1。外齿轮1与内齿轮2相啮合，并在轴向上被两侧的轴向侧板液密地密封。密封块4可随密封块轴3转动，也都被轴向侧板液密地密封。内齿轮2内充有油液，密封块位于图1的位置时，与齿轮的齿顶有距离，不能形成径向密封，齿轮在油中空转。当密封块4随密封块轴3顺时针转动到图2的位置时，密封块与内、外齿轮的齿顶形成径向密封，既构成内齿轮泵和马达。上述可动的密封块可以控制泵效应出现、消失和强弱，叫做泵效应离合器。泵效应离合器位于图2的完全密封位置是全泵效应位置，齿轮按图示方向转动时，油从区间5排向区间6。在制动储能工况，与车轮相连的齿轮2(也可以是齿轮1)驱动齿轮副，泵效应离合器位于图2的全泵效应位置，油液从区间5被压缩到区间6，经油管76、控制阀7、油管78被输入储能器壳8之内，压缩已充满惰性气体(如氦气)的气囊9，直至将气囊压缩到高压极限状态10的很小的体积，将车轮传来的汽车动能，转化为储能器内的高压位能。此期间，齿轮泵要克服区间6--储能器内的高液压，产生很大的驱动阻力，使车轮得到足够的制动力矩，车辆被制动，可以从高速一直减速到零。此期间，控制阀7经油管7A从油池吸入油并经油管75补充入区间5，保证泵效应期间油液的工作循环。油池可以兼用变速器或驱动桥内的油池。

当车辆要从静止起步加速到高速行驶，或从低速加速到高速，或上坡需要驱动，可以通过控制阀7放出储能器内的高压油液，驱动齿轮马达：此时气囊被内部高压气体驱动而膨胀，从高压极限状态10一直膨胀到完全伸张状态9，将高压油液挤出储能器，经油管78--控制阀7--油管75到达区间5，泵效应离合器处于全泵效应位置，因而高压油液驱动齿轮副转动，形成齿轮马达，并通过齿轮轴驱动车轮。油液排到区间6，经油管76--控制阀7--油管7A，排到油池。车辆加速到高速后，泵效应离合器回到图1所示的密封块离开齿顶足够距离的零泵效应位置，齿轮副在油中空转，基本不消耗动力。到下次要从高速制动时，泵效应离合器重新回到全泵效应位置，车辆动能如上述过程转化为储能器内的高压位能。

为了使泵效应离合器能够轻便地被操纵，要注意齿轮副转动的方向和高液压区间对密封块的液压合力方向是推动密封块的操纵移动的，而不是对抗操纵移动的，例如图2中高液压对密封块作用的合力方向应是推动密封块顺时针旋转向齿顶贴近的，否则将难以使密封块动作和产生有效的密封。

泵效应离合器的正确压力平衡十分重要。图2的全泵效应位置，高压油液在左侧即区间5时，齿轮泵工作于马达驱动工况，密封块4左侧的曲面形状的设计，使得高压油液作用于密封块左侧曲面之作用力分布所产生的使密封块绕密封块轴3的轴线顺时针转动的力矩，应略微大于所产生的使密封块绕密封块轴3的轴线逆时针转动的力矩，使密封块具有略微顺时针转动的动力，密封块自动向内、外齿轮的齿顶压紧，以获得高压齿轮泵所需要的良好的齿顶径向密封，并使得操纵密封块的转动--泵效应离合器无须助力机构，灵活轻便。同样道理，当高压油液在右侧即区间6时，齿轮泵工作于泵制动的工况，密封块4右侧的曲面形状的设计，使得高压油液作用于密封块右侧曲面之作用力分布所产生的使密封块绕密封块轴3的轴线顺时针转动的力矩，应略微大于所产生的使密封块绕密封块轴3的轴线逆时针转动的力矩，使密封块具有略微顺时针转动的动力。若这种使密封块趋于密封的动力过大，则会使密封块沉重压迫齿顶，造成剧烈的磨损。这就涉及到对密封块曲面和齿间部分所受液压力矢量合力的精确计算和精确加工。为避免由此高精度要求的高成本，可以较粗略地使密封块的趋于密封的受力较大，同时为了避免向齿顶的压紧力过大产生剧烈的摩擦，可以对密封块向齿顶的压紧行程做一个机械的限位装置，并使限位有一定的弹性，密封块克服限位弹性向齿顶轻微压紧，并因此能够在密封块和齿顶磨损后自动补偿磨损，保障密封。这种弹性限位的实施例之一是图3叙述的限位螺母及其弹性衬垫。这样得到了可自动压紧和自动补偿间隙的泵效应离合器，简称可补偿泵效应离合器。

传动系中的任何外啮合齿轮副都可以兼作ZYBEST的齿轮泵。例如对于发动机-驱动桥一体的车型，由于有一级园柱齿轮主减速器，可兼用来作为ZYBEST的齿轮泵。如图3所示。在变速器-驱动桥一体的机壳11内，主动齿轮1是变速器输出齿轮，被动齿轮2是驱动桥输入齿轮(内含差速器)，二者构成园柱齿轮主减速器。该齿轮副被轴向密封侧板液密地轴向密封(可以只在虚线圈出的区域内做局部密封)，当制动密封块4A如图示4A1方向推入与齿轮副齿顶接合形成径向密封，驱动密封块4B则如图示4B2方向拉开，油液从区间5被压向区间6，并如前述经控制阀压入储能器进行储能；而起步驱动时，则是制动密封块4A按4A2方向拉开，驱动密封块按4B1方向推入接合，高压油液自储能器释放，如前述经控制阀至区间5，推动齿轮副转动而驱动车辆。限位螺母3A和3B分别对制动密封块4A和驱动密封块4B做最大推入位置限位，这是因为密封块受到的高液压油沿4A1和4B1方向的高背压虽然使得密封块的推入是自动的，无须助力使操纵轻便，但如不限位，则密封块会与齿轮齿顶产生剧烈的摩擦。限位螺母下可垫入具适当弹性的垫片，如适当的工程尼龙垫片，以自动补偿密封块与齿顶的径向密封间隙，形成高压齿轮泵所需的有效密封。这种密封块弹性限位--背压自动补偿间隙的设计，是前述的可补偿泵效应离合器的一个例子。轴向密封侧板应使用背压补偿，属已知技术，不赘述。

ZYBEST构成方式除传动系--液压泵--液压气囊式储能器的基本方式外，从成本工程可行考虑还有传动系--飞轮储能和传动系--金属变形储能两类方案。

飞轮储能方案是从车辆传动系某环节接出一个升速机，通常是齿轮升速机，升速机的高速输出端或其内部的高转速轴间接入一个离合器，接在高速轴上是为了减小离合器传递的力矩，升速机输出端(经离合器)接入飞轮，车辆制动时，离合器接合，车辆动能经传动系--升速机--离合器传给飞轮，使飞轮升速储能；制动减速过程结束则离合器脱开。起步驱动时，离合器接合，高速转动的飞轮经减速机(即升速机逆传动)和传动系驱动车辆。飞轮储能要解决高效率大传动比齿轮传动问题，可用美国发明专利5232412所述的高效率双层齿轮组合传动解决，还要解决飞轮的长时间储能的低衰减转动问题，可将飞轮放在真空箱中转动。

变形储能方案是从车辆传动系某环节接出一个驱动机构，这个驱动机构可以驱动变形物变形储能。驱动机构可以是本发明所述的带有可补偿泵效应离合器的液压泵/马达，经控制阀与液压缸连通，液压缸的活塞可推动(金属)变形物变形储能。当车辆减速制动时，可补偿泵效应离合器接合，车辆动能经传动系驱动液压泵，高压油液经控制阀至液压缸推动活塞使金属变形物变形储能，减速制动过程结束，则可补偿泵效应离合器脱开，控制阀关闭，液压缸的油液无法排除，能量被保存在金属变形物内。当需要ZYBEST驱动车辆时，可补偿泵效应离合器接合，控制阀接通，金属变形物变形恢复释放能量推动活塞排出液压缸内的高压油液驱动液压马达，经传动系驱动车辆。驱动机构也可以是大速比高效率的减速机，其输出轴连接金属变形物，例如输出轴具一定长度且轴端固定。当制动储能时，车辆动能经传动系--减速机扭转输出轴，能量储存为输出轴的扭转变形能，车辆起步驱动时，输出轴的扭转变形能释放，逆驱动减速机作为升速机驱动传动系和车辆。为了增大金属变形物储能容量，可使用记忆合金作为金属变形物。

液压储能器也可以使用其它多种形式的，但气囊式的储存容量大且产品成熟，是首选方案。其工程实现的可行性如以下实施例。重型客车实施例：设重型客车满载总重20吨，在时速72公里/小时时具有动能E1＝.5*20000*(72000M/3600S)^2＝4000KJ设ZYBEST工作在巴士逢站停、行驶路线上有正常密度的红绿灯的常见工况，储能器气囊的压缩和膨胀近似于绝热过程，压缩后到下次膨胀的时间较短，储能器转换效率较高，依次扣除车轮--地面摩擦副的损失、从车轮到泵的齿轮轴的总机械损失，泵和管道、控制阀的损失，从车辆动能到储能器位能的总转换效率按η＝0.7左右。则储能器位能E2＝E1*η＝4000KJ*0.7＝2800KJ设储能器气囊最高充气压力P1＝150MPA(牛顿/平方毫米)，原始充气压力P0＝0.3*P1，按储能器液腔有效容积VE＝0.67*总容积V0，按等温、线性近似，储能器内腔直径35CM，长45CM，既已够用。若最高充气压力P1为80MPA，则储能器内腔直径要40CM，长45CM才够。储能器产品的最高充气压力可达200MPA，限制因素是齿轮泵的最高压力，由于可补偿泵效应离合器接合到全泵效应位置可以补偿间隙，合理地设置背压，以及每次在全泵效应位置都是短时工作，齿轮泵的短时高压是工程可行的。当巴士从静止起步，用ZYBEST驱动加速，从储能器位能到巴士的动能的总转换效率仍按0.7，则上述储能器内的位能可驱动巴士达到72公里/小时*0.7＝50.4公里/小时，这个车速已允许变速器挂直接档了。小轿车实施例：设小轿车满载重量1500KG，在72公里/小时车速具动能300KJ，总转换效率仍按0.7，储能器位能210KJ，按上例的液气储能器设置，当最高充气压力为150MPA时，需储能器内腔直径15CM，长14CM即可。若最高充气压力为80MPA，则需储能器内腔直径20CM，长22CM。

ZYBEST与整车的配接，即ZYBEST在整车中的安置方式，主要有下列几种：车轮内安置：对于重型车辆和越野车辆是适宜的。避免了制动力矩的延伸传递。一般应采用内齿轮泵/马达，内齿轮2兼作为车轮的轮毂，(请参看图1)外齿轮1可直接由半轴驱动，既内齿轮泵可兼作为轮边减速器，可以减轻此前传动系传递的力矩负荷。为了加大离地间隙，外齿轮1应置于上部，可补偿泵效应离合器可置于下部。各个车轮齿轮泵/马达应共用储能器及控制阀，各个车轮齿轮泵通常工作在并联状态，即等压力状态，保持受到等液压压力，对于防止不必要的制动跑偏或驱动跑偏是有利的。但在陷车时可通过控制阀使各车轮齿轮泵/马达工作在串联状态(前一个马达的区间6接下一个马达的区间5)，即等流量状态，迫使各车轮等速转动无一打滑，将车辆驱出泥淖。车轮内安置是容易做到在每个车轮内安置ZYBEST液压泵/马达，因而易于做到越野车所需要的全轮驱动。驱动桥内安置：驱动桥设有锥齿轮副前的园柱齿轮副减速级时，该园柱齿轮副可兼用作ZYBEST的齿轮泵/马达的齿轮副。对于外啮合齿轮副，可补偿泵效应离合器可按图3设置。驱动桥入端安置：是对于发动机前置--传动轴--驱动桥后置的车辆的适用方案之一。请参看图4。发动机19经变速器18--万向节16--传动轴17--万向节15，自驱动桥动力输入端I，经驱动桥23内的锥齿轮副和差速器--半轴，驱动轮毂24和25。从尽量不更动现行驱动桥等部件，以便于进入市场的考虑出发，ZYBEST的可补偿泵效应离合器齿轮泵/马达2A不装置于驱动桥内，又从齿轮泵尽量接近传动系末端以缩短制动力矩的传递路径长度考虑，那么齿轮泵安置于驱动桥入端I处是适宜的，2A是齿轮泵壳，可方便地与I端界面法兰配接，传动轴17只要缩短一个不大的长度，在工程上是方便的。为了使传动轴倾斜角度减小，提高传动轴和万向节的传动效率和寿命，当机械扭矩由齿轮泵的外齿轮输入从内齿轮输出时，应使齿轮泵的外齿轮1上置，以抬高外齿轮轴1A的轴线，反之当外齿轮输出时则应使外齿轮下置，以抬高内齿轮的轴线。此时为了不影响传动系的总传动比，须使ZYBEST的齿轮泵内齿轮与外齿轮的齿数差尽量小，例如内齿轮101个齿，外齿轮99个齿，涉及到前述专利解决的少齿差内啮合齿轮副的设计。在ZYBEST解决起步驱动问题后，变速器的最高档(对应车辆最高速度的档位)允许有更小的传动比，即提高车速的传动比，外齿轮输出方式使齿轮泵的齿轮副能略微升速，是适宜的。当然，外齿轮轴1A也可以直连驱动桥I端输入轴，齿轮泵相当于传动轴的机械延伸，传动比不变，仍与驱动桥输入轴1∶1直连，而ZYBEST的齿轮泵内齿轮2仍与外齿轮1啮合，如图1和图2所示，外齿轮1右端轴1A接万向节15--传动轴17，而其左端轴接驱动桥I端输入轴，外齿轮1上″挂上″相啮合的内齿轮2形成ZYBEST的齿轮泵。这种″直通齿轮泵″不影响传动系的传动比，易于以独立产品介入被改造车辆的传动系某环节，也容易进入市场。变速器出端安置：同样的考虑，ZYBEST的齿轮泵置于变速器输出端(图4的万向节16的右端，变速器18的左端即16A处)也是可行的，宜于中轻型的车辆。只是略缩短传动轴长度，它仍是属于在部件外部配接，不必大改动现行部件，因而便于在初期进入市场。此时内啮合齿轮泵的齿轮副工作于减速状态时(即内齿轮输出)，外齿轮应上置，以降低内齿轮轴线，改善传动轴传动轴传动质量，同理，齿轮副工作于升速状态，则外齿轮应下置。也可以使用上述传动比1∶1的″直通齿轮泵″，便于进入市场。变速器内安置：对于中轻型车辆特别是轿车，这是性能成本比最高的产品型式之一。变速器内只设置一个大速比低档，一个倒档和直接档，其中一对齿轮副兼用为ZYBEST的齿轮泵齿轮副。其实施例之一请参看局部剖视图图5。变速器壳18内，装有输入齿轮181，可在输入轴180的花键上轴向滑动，向左滑动使其左锥端与输出齿轮184的右端锥套相接合，变速器的输入轴180就与输出轴16A直连，变速器位于直接档。输入齿轮181位于图5所示位置时，与被动大齿轮182相啮合，经齿轮183驱动输出大齿轮184，变速器处于大速比低档位置。输出齿轮副183-184可兼用为ZYBEST的齿轮泵齿轮副，图3所示的可补偿泵效应离合器的制动密封块4A和驱动密封块4B置于齿轮副183-184啮合处径向的两侧，在图5中未示出，轴向密封侧板左侧为机壳兼用，右侧用浮动密封侧板185，它具有浮动背压以形成有效的轴向密封，属公知技术，图5中未示出。轴向密封侧板一般只需要密封可补偿泵效应离合器的密封块、齿顶密封区、啮合区及区间5、6周围的区域，如图3虚线圈出的区域内即可，便于布置背压平衡。变速器的油池可兼用为ZYBEST的油池，使相应结构简化。轴承188左侧的油封187和油封盖板186仍是构成常压密封即可。变速器内安置方案，可将ZYBEST与简化后的变速齿轮如上述做成1个完整的ZYBEST变速器产品，其与离合器和传动轴的配接界面相关尺寸与被替换的传统变速器完全一致，这样只要简单将该型汽车的传统变速器换为ZYBEST变速器，即可取得ZYBEST的优异性能，也是便于进入市场的方案。变速器内安置也可使用前述的″直通齿轮泵″方式，与直通齿轮相啮合的可以是内齿轮或外齿轮，构成相应的内齿轮泵或外齿轮泵。当液压油不与齿轮油兼用时，ZYBEST的油池也要独立。对发动机-变速器-驱动桥一体车型的安置方案：许多轿车的驱动桥前置，发动机横置于驱动桥之上，变速器输出齿轮与驱动桥输入齿轮(内置差速器)形成园柱齿轮副主减速器，避免了锥齿轮副。许多巴士也是这样发动机与驱动桥一体，但一般是后置。这种情形的安置方案已如前述图3，当然在某轴上使用″直通齿轮泵″也是可以的，视空间是否允许。独立安置：ZYBEST的齿轮泵可以不是传动系的一个必要环节，齿轮泵的齿轮副并不兼用传递动力，而是并联于传动系某环节上，以齿轮或链条等方式在制动时从该环节取得动力，在驱动时向该环节输送动力。可以使用前述″直通齿轮泵″方式，在任何适宜的传动系环节，挂上ZYBEST的齿轮泵。

ZYBEST所用的液压泵除齿轮泵外，也可以采用叶片泵、螺杆泵、柱塞泵等型式的泵和相应马达。只要使用本发明的原理，使构成密封的某要件可以移动，其移动构成了密封的出现和消失，使得泵效应相应出现和消失，形成具有″可补偿泵效应离合器″的液压泵和马达，就可以与储能器和控制阀一起构成ZYBEST。但是，从成本和最高压力考虑，齿轮泵和叶片泵是适宜的，若兼用为传动系某一改变传动比的传动环节，则齿轮泵是适宜的。

在制动储能阶段的初始，储能器处于能量释放后低压状态，液压泵产生的制动力矩也就相应很小，车辆得到的制动力往往不足；随着制动储能的进行，储能器内能量渐长而压力渐增，液压泵的制动力矩随之增长，车辆得到的制动力渐长；到制动储能阶段的末尾，储能器能量--压力达到最大，液压泵制动力矩最大，车辆得到的制动力可能超过需要。从减速制动的有效和舒适性出发，车辆的制动力在减速制动的开始即应达到一定水平，此后渐增但不能增加过快，且最大值应小于车轮打滑的阈值。这与上述液压泵制动力矩随储能器压力增长的过程不尽一致。同理，起步驱动过程从初试到终了，储能器压力最大从最大到最小，液压马达的驱动力矩随之从最大到最小，与车辆加速需要的最佳驱动力函数不尽一致。要使得ZYBEST的制动力和驱动力符合需要，且避免节流方式对能量的损耗，主要方法之一是使用可容积变量的液压泵。前列美国发明专利4872536，4932504和5161961已经发明了容积变量齿轮泵和容积变量平衡式叶片泵，以及完全平衡的容积变量齿轮泵，这些液压泵可以下列基本方式用于本发明：从减速制动阶段的初始到终了，随着储能器压力的增高，液压泵的每转排量逐次减少，控制机构使得每转排量减少的时间函数符合得到车辆最佳制动力时间函数的需要；从起步加速阶段的初始到终了，随着储能器压力的降低，液压泵的每转排量逐次增加，控制机构使得每转排量增加的时间函数符合得到车辆最佳驱动力时间函数的需要。由于上述变量液压泵的零排量位置可以代替泵效应离合器的零泵效应位置，最大排量位置可代替泵效应离合器的全泵效应位置，故使用上述变量液压泵时，泵效应离合器可以与变量液压泵的变排量控制机构合并和简化。即用变量液压泵从零排量到最大排量的作用和控制相应代替泵效应离合器从零泵效应位置到全泵效应位置的作用和控制。

基本控制方法：

油门踏板与可补偿泵效应离合器驱动工况和控制阀的控制联动，制动踏板与可补偿泵效应离合器制动工况和控制阀联动，是ZYBEST实现控制的基本方法。如图2的联动虚线37就示意了这种操纵联动。车辆减速制动时，踏下制动踏板的最初一小段行程是打开ZYBEST的制动储能工况，再往下踏则摩擦制动器作用，此时通常是需要紧急刹车，储能已不重要。车辆起步加速时，踏下油门踏板，最初一小段行程是打开ZYBEST的驱动工况，到车辆达到高车速，继续踏下油门踏板则ZYBEST的驱动工况结束，发动机增速接力驱动，可用设置离心式离合器等方法在此时自动接合变速器高速挡，使驾驶简单。制动踏板的行程可设计得与前述最佳制动力函数的需要一致，油门踏板的行程可设计得与前述最佳驱动力函数的需要一致，有利于方便地得到相应最佳函数。有关行程设计属于公知技术，这里不赘述。

ZYBEST还易于取得下列优异功能和相应设计：

ZYBEST的储能器兼用为转向、离合器、制动器助力液压源，减省助力系统或增加助力--驾驶操纵的可靠性，储能器与工程机械和工程车辆的液压工作系统兼用时，同样可以提高液压工作系统的性能和可靠性；

ZYBEST可使车辆和船舶在发动机因故障或紧急情况熄火后仍保有一段驱动力，使得车辆和船舶获得陷车自救、熄火涉水过河和自救行驶等宝贵的性能；

ZYBEST用于特殊车辆的瞬间反映驱动--使车辆得以获得突然加速或急速制动的能力。主要应用可以是：当装甲车辆通过激光感应器等感应装置感测到敌方瞄准信号时，敌方穿甲弹将在几秒钟内飞到，此时可打开(装置于车轮或履带驱动轮内的)ZYBEST使之工作于最大加速驱动力或最大制动力或最大倒车驱动力的工况，使装甲车辆得以作出瞬间加速或瞬间制动或瞬间倒退的规避动作，而这种几十吨重的车辆的瞬间规避动作单靠发动机和目前传统的传动系统，是难以做到的；

ZYBEST用来使车辆获得更大的爬坡能力、重载起步能力、坡道起步能力、短时的超大牵引力和避免连续下坡时制动器过热失效(ZYBEST的储能器已充满能量，但可将控制阀开到节流位置并将液压泵输出的油液导入油池，对高压油液的节流作用使液压泵得到制动力矩并使车辆得到长时间的可靠的不依赖传统摩擦式制动的制动力)；ZYBEST可以用来启动发动机，即将液压马达的驱动力经传动系引导到发动机来启动发动机，因而可将现行的蓄电池--直流电动机启动系统作为备用启动系，以延长蓄电池寿命，增加发动机启动的可靠性；

特别是ZYBEST可以作为内燃机发电机组的瞬时启动发电系统。例如备断电时用的高性能内燃机发电机组，要求带满负荷瞬间启动和发电，瞬间达到规定的频率，这常是其生产厂商苦恼的课题，且柴油机带满负荷瞬间启动时，排出的大量废气常是超过环境保护法规允许的限度。使用ZYBEST辅助，由储能器释放能量通过液压马达等驱动机构来瞬间驱动发电机带满负荷以规定频率送电，而内燃机可以从容空载启动在ZYBEST驱动终了时再接力驱动，就解决了这一难题。ZYBEST用来吸收功率脉动、调节峰值负荷、例如作为发电机组的峰值负荷补偿器，稳定电压和频率，也是很有用处的，即ZYBEST可以等效于转动惯量巨大的巨型飞轮，起到相应的负荷补偿和平衡的作用。

ZYBEST配合本发明人的前列专利发明的离心摩擦式有级变速器或无级变速器，可以得到更好传动性能，用于解决前述液气储能、飞轮储能和变形储能的优化制动力函数和驱动力函数特殊问题和其它要求传动比时间函数优化的高级场合。

ZYBEST整车改造的成本与效益分析的实施例：

以中国上海产的典型中档轿车″桑塔那″型为例，价格降至国际水平后，普通型--4前进档变速器、1.6升发动机--成本价约6万元人民币，自动变速器型--涡流式自动变速器、2-2.3升发动机--成本价约11万元人民币。

普通型加ZYBEST改造：将4前进档变速器换为图5所述的ZYBEST变速器，减掉2个档位减少成本，增加可补偿泵效应离合器和轴向密封侧板等增加成本，二者相抵，变速器成本略有增加，气囊式储能器和控制阀、控制机构等增加成本约人民币2500元(扣除兼用和有关减省)，整车成本仍在6万元人民币的水平。但是其性能远远超过原自动变速器型车：起步加速性能大为提高，0-100公里/小时的起步时间大为缩短，可达到3升发动机的水平，起步驱动柔和顺畅无自动变速器的行星齿轮自动换档冲击；制动性能也大为提高，减速制动是压缩气囊的过程，更为柔和连续和可靠有效，总体制动性能超过ABS制动器；车辆的越野通过性能、爬坡性能提高，并具有B5所述的一些优异性能，这些性能都是车价提高的因素。

省油对于提高车价和促进销售竞争起着主要作用。设城区路况为每300米停车-起步1次(综合红绿灯、路口和其它减速折合)。原自动变速器型车起步到70公里/小时需加速行驶约11秒、109米，在70公里/小时速度匀速行驶141米，减速制动距离50米，使用ZYBEST的1.6升发动机普通车型，，ZYBEST起步驱动终了速度按总转换效率0.71可达50公里/小时，使用距离约55.6米。此段发动机工作于怠速，发动机从50公里/小时接力驱动到70公里/小时接力驱动使用距离53.3米，计算得每停300米的ZYBEST节油率为31.1％。ZYBEST轿车的总平均节油率按30％估计，轿车平均使用寿命按30万公里、10年，城区和郊区总平均耗油率按10升/百公里，油价按人民币2.5元/升，则所举典型例轿车全寿命耗油量30000升、人民币75000元，按利率3％折合到初始时间价值为75000*(1+1/1.03+1/1.03^2+...1/1.03^9)/10＝65900元，而ZYBEST轿车全寿命耗油折合到初始时间价值为46127元，节省的65900-46127＝19773元构成车价的附加价值。这里忽略了润滑油和磨损--维修费用的等效节约。

综合上述计算，本典型例的桑塔那轿车，做ZYBEST改造后的车型，成本仍在6万元人民币左右，而合理售价，即使忽略性能提高的加价因素，仅按燃油节约的加价因素，合理车价为11+1.9＝12.9万元人民币。利润与成本之比约为(12.9-6)/6＝1.15，即ZYBEST技术进步增加的经济效益可使轿车的成本利润率达到约115％，而国际市场现行轿车的成本利润率不过10-20％。

可见，ZYBEST可为汽车消费者和制造者带来巨大的效益，也带来废气污染大幅降低的社会效益。

Claims (21)

1.一种将车辆在减速制动时损失的动能储存起来并使之用于车辆的再次驱动的方法，其特征是：制动过程中车辆的动能通过车辆传动系统的一部分传递、通过转换和储能系统储存起来，并通过同一转换和传动系统的逆传动，将储能器储存的能量再次用于车辆的起步和加速驱动。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述的传动系统是车辆自车轮至发动机之间的传动系的一部分，所述转换和储能系统是带有泵效应离合器的液压泵/马达、控制阀和液压储能器，车辆动能在制动时通过传动系和液压泵转换和储存为储能器内的高压位能，并可通过同一液压泵逆传动形成的液压马达和传动系再次用于车辆的驱动。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：所述的液压泵是容积变量齿轮泵或容积变量平衡式叶片泵，从减速制动阶段的初始到终了，随着储能器压力的增高，液压泵的每转排量逐次减少，控制机构使得每转排量减少的时间函数符合得到车辆最佳制动力时间函数的需要；从起步加速阶段的初始到终了，随着储能器压力的降低，液压泵的每转排量逐次增加，控制机构使得每转排量增加的时间函数符合得到车辆最佳驱动力时间函数的需要。

4.一种制动储能驱动系统，包括传动系统和转换储存系统，其特征是：系统在减速制动时动能经传动系和转换储存系统储存起来，并可在系统需要再次起步驱动时将能量由储存系统中释放出来，并通过同一转换和传动系统的逆传动，再次用于系统的起步和加速驱动。

5.根据权利要求4所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的传动系统是车辆自车轮至发动机之间的传动系的一部分，所述转换和储能系统是升速机/减速机，和与升速机输出端连接的飞轮，升速机输出端或升速机内某高速轴间接有离合器，车辆制动时离合器接合，动能通过传动系和升速机升速储存为飞轮高速旋转的动能，并在车辆需要起步和驱动时，离合器再次接合，将飞轮的动能通过同一升速机逆传动形成的减速机和传动系再次用于车辆的驱动。

6.根据权利要求4所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的传动系统是车辆自车轮至发动机之间的传动系的一部分，所述转换和储能系统是减速机/升速机和与减速机输出端连接的金属变形物，车辆动能在制动时通过传动系传给减速机并经减速机使金属变形物变形储存为金属变形位能，并在需要驱动车辆时，金属变形物恢复和释放能量，通过同一减速机逆传动形成的升速机和传动系再次用于车辆的驱动，金属变形物可以是减速机的轴端固定的输出轴，也可以是记忆合金。

7.根据权利要求4所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述传动系是从车辆车轮到发动机的传动系的一部分，所述转换和储能系统由液压泵，控制阀和液压储能器组成，传动系连接液压泵，液压泵具有可补偿泵效应离合器，它是由构成液压泵密封的必要密封件的受控移动形成，该密封件移向密封位置形成密封则构成泵效应/马达效应，脱离密封位置则泵效应/马达效应消失，该密封件所受高压油液作用力矢量合力是略微推动该密封件向密封位置移动的，以能够轻松操纵其移动并能自动补偿磨损造成的间隙，当车辆减速制动时，可补偿泵效应离合器接合，液压泵的泵效应出现，车辆动能经传动系驱动液压泵输出高压油液，经控制阀进入储能器储存为高压油液的位能，驱动液压泵输出高压油液所产生的制动力矩使车辆获得制动力，此期间，控制阀7经油管7A从油池吸入油并经油管75补充入区间5，保证泵效应期间油液的工作循环，油池可以兼用变速器或驱动桥内的油池，当车辆需要驱动时，泵效应离合器接合马达效应出现，并通过控制阀7放出储能器内的高压油液驱动液压马达通过传动系驱动车辆，液压储能器是高压气囊式储能器。

8.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的液压泵是容积变量齿轮泵或容积变量平衡式叶片泵，从减速制动阶段的初始到终了，随着储能器压力的增高，控制机构按照车辆最佳制动力函数的需要使得液压泵的每转排量逐次减，从起步加速阶段的初始到终了，随着储能器压力的降低，控制机构按照车辆最佳驱动力时间函数的需要使得每转排量逐次增加，以变量液压泵的零排量位置代替泵效应离合器的零泵效应位置，以变量液压泵的最大排量位置代替泵效应离合器的全泵效应位置，使泵效应离合器机构得以与变量液压泵的变量控制机构合并和简化。

9.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述可补偿泵效应离合器具有密封块移动行程的限位装置，密封块趋向密封的行程终了被限位装置限位，并使限位有一定的弹性，密封块在高压油液合力作用下克服限位装置的弹性向被密封件轻微压紧，并因此能够避免在密封块和被密封件之间的剧烈摩擦。

10.根据权利要求12所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述液压泵是外齿轮泵，在机壳11内，外齿轮副、密封块及其附近区域被轴向密封侧板液密地轴向密封，当车辆减速制动时，制动密封块4A如4A1方向推入与齿轮副齿顶接合形成径向密封而驱动密封块4B如4B2方向拉开，油液从区间5被压向区间6，并如前述经控制阀压入储能器进行储能；而起步驱动时，则是制动密封块4A按4A2方向拉开，驱动密封块按4B1方向推入接合，高压油液自储能器释放，如前述经控制阀至区间5，推动齿轮副转动而驱动车辆，所述限位装置为限位螺母3A和3B。分别对制动密封块4A和驱动密封块4B做最大推入位置限位，使密封块受到的高液压油沿4A1和4B1方向的高背压不会使得密封块与齿轮齿顶产生剧烈的摩擦，限位螺母下可垫入具适当弹性的垫片，如适当的工程尼龙垫片，以自动补偿密封块与齿顶的径向密封间隙，形成具弹性的密封块行程限位。

11.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的车辆传动系的一部分是车轮，所述液压泵是内齿轮泵，内齿轮2兼作为车轮的轮毂，外齿轮1直接由半轴驱动，既内齿轮泵可兼作为轮边减速器，为了加大离地间隙，外齿轮1应置于上部，可补偿泵效应离合器置于下部，各个车轮的齿轮泵/马达应共用储能器及控制阀，即工作在并联的、受到等液压压力的状态，以防止不必要的制动跑偏或驱动跑偏，在陷车时通过控制阀使各车轮齿轮泵/马达工作在串联状态，即前一个马达的区间6接下一个马达的区间5的等流量状态，迫使各车轮等速转动无一打滑，以将车辆驱出泥淖。

12.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述液压泵是齿轮泵，所述的传动系的一部分是驱动桥内的园柱减速齿轮，该园柱减速齿轮兼用作齿轮泵/马达的齿轮。

13.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的传动系的一部分是发动机前置--传动轴--驱动桥后置的车辆的驱动桥的输入端，所述的液压泵是齿轮泵，齿轮泵安置于驱动桥入端I处并与I端界面法兰配接，传动轴17相应缩短一个不大的长度，当齿轮泵是内齿轮泵且机械扭矩由齿轮泵的外齿轮输入从内齿轮输出时，齿轮泵的外齿轮1上置，反之当外齿轮输出时则外齿轮下置，齿轮泵内齿轮副为少齿差内啮合齿轮副；齿轮泵相当于传动轴的机械延伸时，传动比为1∶1不变，外齿轮1右端轴1A接万向节15--传动轴17，而其左端轴接驱动桥I端输入轴，即成为不影响传动系传动比的直通齿轮泵。

14.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述传动系的一部分是变速器，所述液压泵是齿轮泵，变速器其中一对齿轮副兼用为齿轮泵齿轮副。

15.根据权利要求14所述的制动储能驱动系统，其特征是：变速器内设置大速比低档、倒档和直接档，输入齿轮181可在输入轴180的花键上轴向滑动，向左滑动使其左锥端与输出齿轮184的右端锥套相接合，变速器的输入轴180就与输出轴16A直连，变速器位于直接档，输入齿轮181位于与被动大齿轮182相啮合的位置时，变速器处于大速比低档位置，输出齿轮副183-184可兼用为齿轮泵齿轮副，可补偿泵效应离合器的制动密封块4A和驱动密封块4B置于齿轮副183-184啮合处径向的两侧，齿轮泵的具有有浮动背压以形成有效的轴向密封的轴向密封侧板对可补偿泵效应离合器密封块、齿顶密封区、啮合区及区间5、6周围的区域形成区域内轴向密封。

16.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：还具有操纵控制系统，包括油门踏板与可补偿泵效应离合器驱动工况和控制阀的控制联动，制动踏板与可补偿泵效应离合器制动工况和控制阀联动，车辆减速制动时，踏下制动踏板的最初一小段行程是打开制动储能驱动系统的制动储能工况，再往下踏则摩擦制动器作用，踏下油门踏板的最初一小段行程是打开制动储能驱动系统的驱动工况，到车辆达到高车速，继续踏下油门踏板则驱动工况结束，发动机增速接力驱动，可用设置离心式离合器等方法在此时接合变速器高速挡，使驾驶简单，制动踏板的行程设计与最佳制动力函数的需要一致，油门踏板行程设计与最佳驱动力函数的需要一致。

17.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的车辆是装有激光感应器等感应装置的特殊车辆和装甲车辆，当装甲车辆通过激光感应器等感应装置感测到敌方发射穿甲弹的瞄准信号时，打开(装置于车轮或履带驱动轮内的)液压马达使之工作于最大加速驱动力或最大制动力或最大倒车驱动力的工况，使装甲车辆得以作出瞬间加速或瞬间制动或瞬间倒退的规避穿甲弹的动作，取得单靠发动机和目前传统传动系统难以做到的瞬间机动规避穿甲弹的效果。

18.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：在车辆连续下坡等需要连续制动时将控制阀开到节流位置并将液压泵输出的油液导入油池，对高压油液的节流作用使液压泵得到制动力矩并使车辆得到长时间的可靠的不依赖传统摩擦式制动的制动力。

19.根据权利要求4所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的转换和储存系统是带有泵效应离合器的液压泵/马达、控制阀和液压储能器，用来作为发动机或发电机组的瞬间启动装置，即将液压储能器中储存的能量在发动机或发电机组启动时释出经液压泵逆传动形成的液压马达驱动发动机或发电机使之迅速启动，增加发动机启动的可靠性，使发电机组可以带满负荷瞬间启动并瞬间达到规定的送电频率，此间发电机组的内燃机可以从容的空载启动，在制动储能驱动系统驱动终了时接入接力驱动发电机，并能够吸收功率脉动、调节峰值负荷、作为发电机组的峰值负荷补偿器，稳定电压和频率。

20.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的车辆是电动车辆，所述传动系的一部分是电动车辆传动系的一部分，所述制动储能驱动系统用于电动车辆的起步驱动，用来避免电动车辆起步时缩减蓄电池容量的蓄电池的大电流放电，用来得到普通电动车因电池--电机驱动系统功率限制而难以达到的很短的起步加速时间。

21.根据权利要求7所述的制动储能驱动系统，其特征是：所述的传动系包括与液压泵/马达连接的离心摩擦变速器。

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