CN201300709Y - 一种混合动力农用车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力农用车，具有低噪声、低油耗、低尾气排放、制动时可回收能量的特点。它是在原农用车发动机传动系统中增加超越离合器、增加由储能装置、控制器、电动机、电动传动装置组成的电力传动系统，在反映车辆工况和驾驶控制的部件上安装有传感器，并将检测信号输入到控制器，控制器控制电动机协同发动机工作。在车辆大功率作业或行驶时，由发动机和电动机共同驱动，提高燃油利用率、降低油耗和尾气排放；在车辆小功率行驶时，由电机单独驱动，低噪声且无污染；减速或制动时，电动机转为发电机回收制动能量给储能装置充电，减少制动磨损和发热，节能且提高了安全性。本实用新型对现有农用车传动系统改动较小，易于实现。

Description

一种混合动力农用车技术领域本实用新型涉及一种农用车，特别涉及一种混合动力驱动的农用车辆。 背景技术长期以来，农用车辆一直采用传统的柴油机驱动方式，柴油机驱动不仅 噪声大、柴油利用率低、油耗高，而且产生的大量尾气还对环境造成很大的 污染，在频繁的制动过程中损耗了大量能量。目前国内外混合动力技术主要 被用在轿车、摩托车上，电动技术主要被用在自行车上，农用车辆还未采用 节能环保技术。农业作为我国第一产业的主要组成部分，是人们赖以生存的 基础，农用机械在很长的一段时间内还将继续存在。但是，随着国家对能源 危机和环境保护的进一步重视，农用车也将逐渐向节能环保方向发展。车辆 的纯电力驱动方式还存在充电时间长、功率小、 一次充电连续作业时间短、 电池寿命短等问题。发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种低噪声、低油耗、低尾气排放 并在制动时能回收能量的混合动力农用车。当车辆在起动、作业、爬坡和加 速等需要较大功率时，由电机和柴油机共同驱动，控制器控制电机状态使发 动机处于高效率工作区，提高柴油利用率，降低油耗和尾气污染；当车辆在 平坦道路行驶等需要低功率时，由电机单独驱动，低噪声且无污染；当车辆 减速或刹车时，电机转换为发电状态，对制动能量进行回收，将车辆动能转 化为电能并对储能装置充电，不仅节约了能源、降低制动噪声、延长了刹车 片的使用寿命，而且减少制动发热带来的安全隐患，提高安全性。 为达到以上目的，本实用新型是采取如下技术方案予以实现的： 一种混合动力农用车，包括车体前部的发动机及通过离合器、变速箱连 接车体后部后桥的传动系统，其特征在于，所述传动系统通过一个超越离合 器与车体后部的后桥连接，并在车体上设置有电驱动系统，该电驱动系统包括设置在车体后部的电动机及与后桥连接的传动装置、设置在车体前部的储 能装置和控制器；电动机、储能装置分别与控制器双向信号连接，储能装置 通过控制器向电动机输出电力实现电力驱动；电动机由控制器控制向储能装 置充电实现能量回收；控制器的输入端连接能反映车辆工况的信号釆集装置， 并根据信号采集装置反馈的车辆工况信息控制电动机协同发动机工作；控制 器输出端连接到发动机的启动电机和发动机油路上安装的电控油门，用于启 动和停止发动机工作。本实用新型是在原农用车发动机传动系统中增加超越离合器和电驱动系 统，并在各操作踏板和挡位杆上均安装传感器来检测车辆控制信息，并且都 连接到控制器；在发动机输出轴和电动机上均安装有转速测量传感器测量车 辆动力状态，并将信号输入控制器。当车辆需要较大功率时，加速踏板被大幅度踩下、车辆处于低挡位，控 制器根据加速踏板、挡位、发动机转速和储能装置电力情况，控制储能装置 将较大的电力输出，电机输出较大扭矩，而发动机也将动力通过离合器和变 速箱传递给后桥；当车辆需要较低功率时，加速踏板踩下的幅度比较小，车 辆处于高挡位，控制器根据踏板传感器信号，将合适的电力输出到电机，电 机通过电力传动装置将动力传给后桥，此时发动机不工作，后桥的动力扭矩 通过超越离合器与柴油发动机传动系统隔离；在车辆减速或制动时，离合器、 制动踏板被踩下，控制器根据信号将电动机转化为发电状态，并将产生的电 能合理地存储到储能装置中，有效回收了制动过程的能量并降低了制动产生 的噪声，,且减少了刹车片的磨损和发热，提高了安全性。本实用:新型的混合动力农用车，对现有农用车原有的传动系统改动较小， 技术易于实现。车辆起动、作业、爬坡和加速等大功率运作时，由发动机和 电动机共同驱动，避开发动机的峰值功率，达到低耗油、低污染的目的；车 辆低功率行驶时由电动机单独驱动，节省燃料且不污染环境；车辆减速或者制动时，电动机转换为发电状态，实现能量的回收，为储能装置充电，节约 了能源，并且减少了制动时刹车片的磨损和制动发热，延长了刹车片使用寿 命，提高了安全性。附图说明图1为本实用新型结构四轮混合动力农用车的结构示意图。图2为本实用新型控制系统原理图。

图3、图4为储能装置能量再生过程充电原理图。其中图3为能量存储 原理；图4为对蓄电池充电原理。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型所涉及的混合动力农用车，是在传统的内燃发 动机传动系统的基础上增加了电力驱动系统，并由控制器控制电力输出以控 制电力驱动系统的驱动力矩单独或者与发动机共同驱动车辆，使发动机在高 效率区工作，提高燃油利用率、减少尾气污染。内燃机传动系统由发动机l、 离合器2、变速箱5、万向节7、超越离合器8和后桥10等组成，超越离合 器8安装在万向节7和后桥10之间，主要用于电动机16独立驱动和制动能 量回收时后桥10与内燃机传动系统的隔离，以此来减少电动机16驱动时电 力的消耗、提高能量回收过程回收的制动能量。电力驱动系统由储能装置13、 控制器15、电动机16、与后桥10连接的减速齿轮组9组成，另外在车辆的 制动踏板3、加速踏板4、离合器踏板14、挡位杆6、发动机1和电动机16 上分别安装了传感器，并将其信号输入到控制器15来进行处理决定是否电力 输出及输出大小、是否需要回收能量、是否需要使发动机1启动或熄火。制 动踏板3上的传感器测量车辆是否需要制动、加速踏板4上的传感器测量车 辆所需的动力大小、离合器踏板14上传感器测量发动机传动是否被隔离、挡 位杆6上传感器测量挡位信息、发动机转速传感器12、电机转速传感器17 分别测量发动机l、电动机16的转速，这些信息都被输入到控制器15，控制 器15控制电动机16输出合适扭矩来协同发动机1共同驱动车辆。

图2是混合动力农用车的控制连接图，各车辆工况传感器将信号输入到 控制器15，电动机16、储能装置13分别与控制器15双向连接，实现电力驱 动和充电两种状态。控制器15还有电力输出到发动机的启动电机和发动机油 路上安装的电控油门11，用于启动和停止发动机工作。

混合动力农用车在起动时，首先将车辆挡位杆6置于空挡，打开控制系 统的工作电源供电，控制系统开始工作，踩下离合器踏板14，发动机1由启 动电机启动，控制器15采集挡位杆6、加速踏板4、发动机l、电动机16的 信号准备起动，当车换挡后，离合器踏板14松开时，控制器15输出足够电力驱动电动机16工作，使其与发动机1共同驱动后桥10，使车辆开始起动。 电机转速传感器17将车辆的实时速度输入控制器15。当车辆达到一定的速 度时，控制器根据挡位杆6、加速踏板4、发动机传感器12转速信号，选择 合适的驱动方式：当挡位杆6和加速踏板4信号表明车辆转入低功率工作并 持续到设定时间长度后，控制器15控制电控油门11关闭，使发动机1停止， 并根据储能装置13电力情况输出足够电力驱动电动机16工作，此时车辆由 电动机16独自驱动。发动机1停止后，控制器15判断发动机输出转速并将 电控油门11重新打开。当制动踏板3或离合器踏板1被踏下时，控制器15 立即将电动机16转为发电状态回收能量，车辆也逐渐减速。，而电动机16从 发电状态转为电动状态时需制动踏板3在较长时间内无动作。

混合动力农用车在行驶时，控制器15采集加速踏板4和挡位杆6上需要 的实时动力信号，判断是大功率还是小功率。如果是作业、爬坡和加速等大 功率，发动机1继续工作，控制器15输出较大电力驱动电动机16,两者共 同驱动后桥10来完成大功率作业；如果是较小功率，控制器需要在限定时间 长度内连续检测加速踏板4和挡位杆6信号处于小功率状态，此后电控油门 11关闭，发动机1熄火，直接由控制器15将储能装置电力合理输出来电动 机16驱动后桥10;在车辆减速或制动时，控制器15迅速切断储能装置13 电源输出，超越离合器8将后桥与发动机1驱动系统隔离，将电动机16转换 为发电状态并根据储能装置13充电特性对其进行合理充电，回收制动能量。 当发动机1需要从小功率换到大功率时，控制器15根据加速踏板4和挡位杆 6的信号立即输出电力到发动机启动电机，使得发动机开始工作。在通常情 况下，电动机16由控制器15控制来协调发动机1输出。如果发动机1动力 足够大，虽然车辆不处于大功率作业，电动机16也将转为发电状态，通过对 电动机16发电量的调控，来平衡发动机1的输出功率，使其在最佳效率范围 内工作。

车辆大功率工作转入小功率工作时，控制器15需要在一定的时间长度内 检测发动机l、加速踏板4和挡位杆6信号，在时间长度内，控制器15通过 控制电动机16状态来协调发动机，当达到设定的时间长度后，发动机1熄火， 由电力驱动系统单独驱动；车辆小功率转入大功率工作时，控制器只要检测 到发动机1、加速踏板4和挡位杆信号要求增加功率，就立即给发动机启动 电机供电使发动机1启动，进入发动机与电动机共同驱动状态；车辆要制动停车时，若在大功率状态工作，会首先转入小功率状态，当制动踏板3在设 定时间长度内连续处于制动状态时，控制器15停止输出电力，电动机16停 止，车辆停车。离合器踏板11或制动踏板3 —旦被踏下，电动机16立即转 为发电状态。

控制器15可以对储能装置的充放电及状态进行监控和检査，控制系统在 仪表盘上显示剩余电量。此外，它具有一定的故障诊断能力。当减速齿轮组 9出现故障时，发动机输出正常而电机转速较低、与正常状况不同。当控制 器15检测到这一情况时时，控制器通过提示灯或其它提示方式提示驾驶者处 理故障。制动踏板3和加速踏板4被同时踏下时，电机仍发电状态。

图3、图4为储能装置的蓄电池、控制器采用IGBT (绝缘栅双极型功 率管）的能量再生充电的两个过程，其中控制极r" ^由控制器15控制。 刹车或制动时，蓄电池E停止供电，电动机16采用低速有刷直流轮毂电机， 其绕组L会产生感应电动势e 。 T2首先导通，由于回路电阻很小，在电动机 绕组反电动势作用下，电流/很快上升进行能量存储，如图3所示；当72关 断时，感应电动势e使二极管Z)y导通，对蓄电池充电，如图4所示。

Claims (7)

1、一种混合动力农用车，包括车体前部的发动机及通过离合器、变速箱连接车体后部后桥的传动系统，其特征在于，所述传动系统通过一个超越离合器与车体后部的后桥连接，并在车体上设置有电驱动系统，该电驱动系统包括设置在车体后部的电动机及与后桥连接的传动装置、设置在车体前部的储能装置和控制器；电动机、储能装置分别与控制器双向信号连接，储能装置通过控制器向电动机输出电力实现电力驱动；电动机由控制器控制向储能装置充电实现能量回收；控制器的输入端连接能反映车辆工况的信号采集装置，并根据信号采集装置反馈的车辆工况信息控制电动机协同发动机工作；控制器输出端连接到发动机的启动电机和发动机油路上安装的电控油门，用于启动和停止发动机工作。

2、 根据权利要求1所述的混合动力农用车，其特征在于，所述传动系统 包括与变速箱连接的万向节，超越离合器设置在万向节与后桥之间，使电动 机独立驱动和制动能量回收时实现后桥与传动系统的隔离。

3、 根据权利要求1所述的混合动力农用车，其特征在于，所述信号采集 装置包括设置在发动机输出轴和电动机驱动轴上的两个转速传感器、以及设 置在驾驶操作部件上的传感器，驾驶操作部件上的传感器又包括挡位杆传感 器、离合器踏板传感器、加速踏板传感器和制动踏板传感器。

4、 根据权利要求1所述的混合动力农用车，其特征在于，所述与后桥连 接的电动机传动装置为一个减速齿轮组件，其传动方式与发动机传动系统并 联。

5、 根据权利要求1所述的混合动力农用车，其特征在于，所述超越离合 器为单向、双向超越离合器或棘轮定向离合器。

6、 根据权利要求1所述的混合动力农用车，其特征在于，所述电动机是 直流高速轮毂电机、低速有刷直流轮毂电机、低速无刷直流轮毂电机或交流 轮毂电机。

7、 根据权利要求1所述的混合动力农用车，其特征在于，所述储能装置 是铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池或超级电容组成的复合电源。