DE112012006793T5

DE112012006793T5 - Vorrichtung und Verfahren auf Basis einer gesteuerten Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen von Bremsenergie von Hybridfahrzeugen

Info

Publication number: DE112012006793T5
Application number: DE112012006793.2T
Authority: DE
Inventors: Qiulin Sun; Deping Zhang; Guozhong Chen
Original assignee: FUJIAN FUGONG EV TECH CO; FUJIAN FUGONG EV TECH Co Ltd
Current assignee: FUJIAN FUGONG EV TECH CO; FUJIAN FUGONG EV TECH Co Ltd
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2015-05-21
Also published as: CN102767594B; WO2014023070A1; DE202012013235U1; CN102767594A

Abstract

Die Vorrichtung umfasst einen Motor, ein Getriebe und ein Planetengetriebe. Ein Planetenradsatz ist einen Planetenträger umgebend drehbar an diesem angeordnet, der Planetenradsatz ist um ein Sonnenrad herum verteilt und greift in das Sonnenrad ein, ein Zahnkranz ist außerhalb des Planetenradsatzes diesen umgebend angeordnet und greift in den Planetenradsatz ein, und der Planetenträger ist mit einer Bremse versehen. Der Motor ist mit einer Abtriebswelle des Getriebes verbunden, das Sonnenrad ist an der Abtriebswelle des Getriebes befestigt, eine Kupplung ist zwischen der Abtriebswelle des Getriebes und dem Planetenträger angeordnet, der Zahnkranz ist fest mit einem Ende einer Eingangswelle verbunden, und das andere Ende der Eingangswelle ist mit einer Antriebswelle eines Rads verbunden. Indem bei der vorliegenden Erfindung die Struktur des Planetengetriebes verbessert und aktiv gesteuert wird, kann unter der Voraussetzung, dass die Drehzahl des Eingangsendes der Vorrichtung allmählich abnimmt, die Drehzahl des Ausgangsendes der Vorrichtung nach Bedarf gesteigert werden, derart, dass die Vorrichtung einen Generator beschleunigend antreibt, wodurch ein größeres erforderliches Bremsgegenmoment erlangt und zugleich der Zweck eines Erhöhens des Rückgewinnungsenergieerzeugungsstroms erfüllt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridfahrzeuge und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren auf Basis einer gesteuerten Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen von Bremsenergie von Hybridfahrzeugen.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Bei den Motoren neuer fahrzeugenergiebetriebener Motoren hängt die Energiesparwirkung eng mit der Rate zusammen, mit der die Fahrzeuge beim Bremsen ihre kinetische Energie in regenerative Energie umwandeln. In je mehr Energie die Hybridfahrzeuge die kinetische Energie umwandeln und beim Bremsen speichern, desto stärker ist die Energiesparwirkung. Der Bremsvorgang im Zusammenhang mit der Bremsenergierückgewinnung wird als regeneratives Bremsen bezeichnet.
Das Prinzip des regenerativen Bremsens der neuen Energiehybridfahrzeuge ist in 1 dargestellt. Beim regenerativen Bremsen schaltet das Steuersystem des Fahrzeugs einen Antriebsmotor in einen Regeneratormodus um; die Bewegung der Räder treibt den Regenerator über eine Antriebswelle drehend an; andererseits gibt der Generator elektrische Energie ab und speichert sie in einer Energieaufspeicherungsvorrichtung (beispielsweise einem Superkondensator), während andererseits das vom Generator erzeugte Gegenmoment das Fahrzeug abbremst. Derartiges regeneratives Bremsen ermöglicht die Rückführung der Bremsenergie. Die Drehzahl des Generators bestimmt die rückgewonnene Energie und die Bremswirkung. Wenn die Drehzahl des Generators (also die Fahrzeuggeschwindigkeit) hoch ist, wird viel Rückgewinnungsenergie rückgewonnen; und wenn die Drehzahl des Generators (also die Fahrzeuggeschwindigkeit) niedrig ist, fallen die Bremswirkung (Bremsgegenmoment) und die Stromerzeugungswirkung dramatisch ab. Derzeit kann nicht festgestellt werden, dass Hybridfahrzeuge eine spezielle Vorrichtung verwenden, um die Drehzahl des Regenerators beim regenerativen Bremsen zu erhöhen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung und ein Verfahren zum Rückgewinnen der Bremsenergie eines Hybridfahrzeugs bereitzustellen, die eine gute Bremswirkung erzielen und mehr Energie rückgewinnen.
Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, umfasst die Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs der vorliegenden Erfindung einen Motor und ein Planetenradübersetzungsgetriebe. Ein Planetengetriebe umfasst ein Sonnenrad, Planetenradsätze, einen Planetenträger und einen Zahnkranz. Die Planetenradsätze umgeben den Planetenträger drehend. Ein Planetenradsatz ist am Sonnenrad verteilt und greift in das Sonnenrad ein. Ein Planetenradsatz umgibt den Zahnkranz von außen und greift in den Zahnkranz ein. Der Planetenträger ist mit einer Bremse versehen. Die Abtriebswelle des Motors ist an die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes gekoppelt. Das Sonnenrad ist an der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes befestigt. Eine Kupplung ist zwischen der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes und dem Planetenträger angeordnet. Der Zahnkranz ist fest mit einem Ende einer Eingangswelle verbunden, und das andere Ende der Eingangswelle ist an die Antriebswelle der Räder gekoppelt.
Die Bremse ist mit einer Steuereinrichtung verbunden, um eine Steuerung der Bremskraft der Bremse zu erreichen.
Das Planetenradgetriebe umfasst zwei einander eingreifende Planetenradsätze, wobei ein Planetenradsatz in das Sonnenrad eingreift und der andere Planetenradsatz in den Zahnkranz eingreift. Die zwei Planetenradsätze treiben das Sonnenrad und den Zahnkranz derart an, dass sie sich in dieselbe Richtung drehen.
Das Verfahren auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung der Vorrichtung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs ist wie folgt: Wenn das Hybridfahrzeug die Bremsenergie rückgewinnt, führt die Eingangswelle einen Eingang und die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes einen Ausgang aus; die Kupplung wird ausgerückt; die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes wird vom Planetenträger gelöst; die Bremse wird allmählich betätigt; der sich drehende Planetenträger wird allmählich langsamer; die Räder des Hybridfahrzeugs treiben ihre Antriebswelle drehend an; die Antriebswelle treibt synchron den Zahnkranz drehend an; die Zähne des Zahnkranzes sind in höherer Zahl vorhanden als die des Sonnenrads, weshalb der Zahnkranz eine Drehzahlsteigerung bewirkt, wenn er von dem Planetenradsatz und dem Sonnenrad angetrieben wird, und das Drehzahlsteigerungsverhältnis ist wie folgt:
wobei n₁ die Drehzahl des Sonnenrads darstellt; n₄ die Drehzahl des Zahnkranzes darstellt; n_H die Drehzahl des Planetenträgers darstellt; z₁ die Anzahl der Zähne des Sonnenrads darstellt; z₄ die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes darstellt; die Bremse allmählich betätigt wird, weshalb die Drehzahl n_H des Planetenträgers allmählich abnimmt, während die Drehzahl n₁ des Sonnenrads allmählich zunimmt; das Sonnenrad die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes synchron beschleunigend antreibt; und aufgrund des Ausgangs der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes das Übersetzungsgetriebe den Motor synchron beschleunigend drehend antreibt.
Wenn die Bremse vollständig betätigt ist, ist die Drehzahl n_H des Planetenträger null; die Drehzahl n₁ des Sonnenrads erreicht den Maximalwert; wenn das Sonnenrad synchron den Motor beschleunigend antreibt, erreicht die Drehzahl n₁ des Sonnenrads den Maximalwert.
Die Steuereinrichtung steuert die Bremskraft der Bremse am Planetenträger.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Hybridfahrzeug intern mit der Bremsenergierückgewinnungsvorrichtung versehen. Insbesondere wird durch Verbesserung des Planetenradgetriebes die Wirkung, dass die Drehzahl des Ausgangsendes der Vorrichtung bei Bedarf ansteigen kann, vorausgesetzt, dass die Drehzahl des Eingangsendes (also die Fahrzeuggeschwindigkeit) allmählich abnimmt, mittels aktiver Steuerung erzielt. Die Abtriebswelle der Vorrichtung ist mit dem Motor verbunden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung treibt den Generator beschleunigend an, um das erforderliche größere Bremsgegenmoment zu erzielen und das Ziel zu erreichen, zugleich den Generatorstrom zu erhöhen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen und die spezifische Ausführungsform weiter beschrieben werden.
1 ist ein schematisches Diagramm der regenerativen Bremsung des neuen Energiehybridfahrzeugs.
2 ist eine Strukturansicht der hocheffizienten Bremsenergierückgewinnungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wie in 2 gezeigt, umfasst eine Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie eines Hybridfahrzeugs der vorliegenden Erfindung einen Motor 1 und ein Planetenradübersetzungsgetriebe 2. Ein Planetengetriebe 3 umfasst ein Sonnenrad 31, Planetenradsätze 32, einen Planetenträger 33 und einen Zahnkranz 34. Ein Planetenradsatz 32 umgibt den Planetenträger 33 drehend. Ein Planetenradsatz 32 ist am Sonnenrad 31 verteilt und greift in das Sonnenrad 31 ein. Ein Planetenradsatz 32 umgibt den Zahnkranz 34 von außen und greift in den Zahnkranz 34 ein. Der Planetenträger 33 ist mit einer Bremse 4 versehen. Die Abtriebswelle des Motors 1 ist an die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 gekoppelt. Das Sonnenrad 31 ist an der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes 2 befestigt. Eine Kupplung 5 ist zwischen der Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 und dem Planetenträger 33 angeordnet. Der Zahnkranz 34 ist fest mit einem Ende einer Eingangswelle 7 verbunden, und das andere Ende der Eingangswelle 7 ist an die Antriebswelle 61 der Räder 6 gekoppelt.
Die Bremse 4 ist mit einer Steuereinrichtung 41 verbunden, um eine Steuerung der Bremskraft der Bremse 4 zu erreichen.
Das Planetenradgetriebe 3 umfasst zwei einander eingreifende Planetenradsätze 321 und 322, wobei ein Ende eines Planetenradsatzes 321 in das Sonnenrad 31 eingreift und der andere Planetenradsatz 322 in den Zahnkranz 34 eingreift. Die zwei Planetenradsätze 321 und 322 treiben das Sonnenrad 31 und den Zahnkranz 34 derart an, dass diese sich in derselben Richtung drehen.
Wenn das Hybridfahrzeug normal bei hoher Geschwindigkeit fährt, ist die Kupplung 5 eingerückt; das Übersetzungsgetriebe 2 ist mit dem Planetenträger 33 verbunden; die Bremse 4 ist gelöst; der Planetenträger 33 dreht sich normal; die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 führt einen Eingang durch, während die Eingangswelle 7 einen Ausgang durchführt; der Motor 1 treibt synchron die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 drehend an; das Übersetzungsgetriebe 2 treibt das Sonnenrad 31 drehend an; das Sonnenrad 31 wird von den zwei Planetenradsätzen 321 und 322 und dem Zahnkranz 34 angetrieben; und schließlich führt die Eingangswelle 7 einen Ausgang durch und die Antriebswelle 61 der Räder 6 treibt die Räder 6 drehend an. Bei diesem Vorgang führen die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 und die Eingangswelle 7 den Ausgang gleichzeitig durch, so dass der Motor 1 die Räder 6 derart antreibt, dass sie sich mit der gleichen Drehzahl drehen.
Das Verfahren zur Bremsenergierückgewinnung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung der Vorrichtung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs ist wie folgt: Wenn das Hybridfahrzeug die Bremskraft rückgewinnt, wird Bremskraft über die Eingangswelle 7 eingegeben und über die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 ausgegeben; die Kupplung 5 wird ausgerückt; die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 wird vom Planetenträger 33 gelöst; die Bremse 4 wird allmählich betätigt; die Drehzahl des Planetenträger 44 verringert sich allmählich; die Räder 6 des Hybridfahrzeugs treiben ihre Antriebswelle 61 drehend an; die Antriebswelle 61 treibt synchron den Zahnkranz 34 drehend an; die Zähne des Zahnkranzes 34 liegen in größerer Anzahl vor als die des Sonnenrads 31, so dass der Zahnkranz 34, der von den Planetenradsätzen 321, 322 und dem Sonnenrad 31 angetrieben wird, eine Drehzahlsteigerung erreicht,
wobei das Drehzahlsteigerungsverhältnis wie folgt ist:
wobei n₁ die Drehzahl des Sonnenrads 31 darstellt; n₄ die Drehzahl des Zahnkranzes 34 darstellt; n_H die Drehzahl des Planetenträgers 33 darstellt; z₁ die Anzahl der Zähne des Sonnenrads 31 darstellt; z₄ die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 34 darstellt; die Bremse 4 allmählich betätigt wird, weshalb die Drehzahl n_H des Planetenträgers 33 allmählich abnimmt, während die Drehzahl n₁ des Sonnenrads 31 allmählich zunimmt; das Sonnenrad 31 die Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 synchron beschleunigend antreibt; und aufgrund des Ausgangs der Abtriebswelle 21 des Übersetzungsgetriebes 2 das Übersetzungsgetriebe 2 den Motor 1 synchron beschleunigend drehend antreibt und der Motor 1 die Bremsenergie rückgewinnt.
Wenn die Bremse vollständig betätigt ist, ist die Drehzahl n_H des Planetenträgers 33 null; die Drehzahl n₁ des Sonnenrads 31 erreicht den Maximalwert; wenn das Sonnenrad 31 synchron den Motor 1 beschleunigend antreibt, um eine Rückgewinnung der Bremsenergie zu erreichen, erreicht die Drehzahl n1 des Sonnenrads 31 den Maximalwert.
Die Steuereinrichtung 41 steuert die Bremskraft der Bremse 4 am Planetenträger 33. Bei dem beschriebenen Bremsenergierückgewinnungsvorgang ist die Kupplung 5 ausgerückt; die Bremse 4 wird allmählich betätigt; das Verhältnis der Eingangsdrehzahl der Eingangswelle 7 zur Ausgangsdrehzahl der Abtriebswelle 21 steigert sich von 1:1 auf den Maximalwert; zusammen mit dem Anstieg der Drehzahl der Abtriebswelle 21 können das Bremsgegenmoment und der Rückgewinnungsstrom auf den Maximalwert ansteigen. Beim Bremsvorgang benutzt der Fahrer die Steuereinrichtung 41, um die Bremskraft der Bremse 4 dem Bedarf entsprechend je nach Verkehrslage zu steuern, und das tatsächlich erforderliche Drehzahlverhältnis n(1 ≤ n ≤ N) wird erreicht, um eine hocheffiziente Rückgewinnung der Bremsenergie zu erzielen.

Claims

Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie eines Hybridfahrzeug, gekennzeichnet durch einen Motor und ein Planetenradübersetzungsgetriebe; wobei das Planetengetriebe ein Sonnenrad, Planetenradsätze, einen Planetenträger und einen Zahnkranz umfasst; wobei ein Planetenradsatz den Planetenträger drehend umgibt; wobei ein Planetenradsatz um das Sonnenrad verteilt ist und in das Sonnenrad eingreift, und ein Planetenradsatz den Zahnkranz außen umgibt und in den Zahnkranz eingreift; wobei der Planetenträger mit einer Bremse versehen ist; wobei die Abtriebswelle des Motors an die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes gekoppelt ist; wobei das Sonnenrad an der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes befestigt ist; wobei eine Kupplung zwischen der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes und dem Planetenträger angeordnet ist; wobei der Zahnkranz fest mit einem Ende einer Eingangswelle verbunden ist und das andere Ende der Eingangswelle an die Antriebswelle der Räder gekoppelt ist.
Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse mit einer Steuereinrichtung verbunden ist.
Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenradgetriebe zwei ineinander eingreifende Planetenradsätze umfasst, wobei ein Planetenradsatz in das Sonnenrad eingreift und der andere Planetenradsatz in den Zahnkranz eingreift.
Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Rückgewinnen der Bremskraft durch das Hybridfahrzeug die Eingangswelle einen Eingang durchführt und die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes einen Ausgang durchführt; die Kupplung ausgerückt ist; die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes vom Planetenträger gelöst ist; die Bremse allmählich betätigt wird; die Drehzahl of des Planetenträger allmählich abnimmt; die; Räder des Hybridfahrzeugs ihre Antriebswelle drehend antreiben; die Antriebswelle synchron den Zahnkranz drehend antreibt; die Zähne des Zahnkranzes in größerer Anzahl vorliegen als die des Sonnenrads, so dass der Zahnkranz eine Drehzahlsteigerung erzielt, wenn er von dem Planetenradsatz und dem Sonnenrad antrieben wird, wobei das Drehzahlsteigerungsverhältnis wie folgt ist:
wobei n₁ die Drehzahl des Sonnenrads darstellt; n₄ die Drehzahl des Zahnkranzes darstellt; n_H die Drehzahl des Planetenträgers darstellt; z₁ die Anzahl der Zähne des Sonnenrads darstellt; z₄ die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes darstellt; die Bremse allmählich betätigt wird, weshalb die Drehzahl n_H des Planetenträgers allmählich abnimmt, während die Drehzahl n₁ des Sonnenrads allmählich zunimmt; das Sonnenrad die Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes synchron beschleunigend antreibt; und aufgrund des Ausgangs der Abtriebswelle des Übersetzungsgetriebes das Übersetzungsgetriebe den Motor synchron beschleunigend drehend antreibt.
Vorrichtung auf Basis steuerbarer Motordrehzahlsteigerung zum Rückgewinnen der Bremsenergie des Hybridfahrzeugs nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim vollständigen Abbremsen des Hybridfahrzeugs die Drehzahl n_H des Planetenträgers null ist und die Drehzahl n₁ des Sonnenrads den Maximalwert erreicht; wenn das Sonnenrad synchron den Motor beschleunigend antreibt, und die Drehzahl n₁ des Sonnenrads den Höchstwert erreicht.