CN111137275A - 用于车辆的增扭传动装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的增扭传动装置及其方法，包括如下模式：纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式；通过所述纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式以适应车辆的不同路况动力输出要求。结合其它结构或方法能满足应急救援车对动力传动***宽变速范围和大扭矩输出的需求，在达到其机动性指标要求的前提下，降低了动力传动***生产制造成本，改善了车辆发动机的工作区间，提高了燃油效率。

Description

用于车辆的增扭传动装置及其方法
技术领域
本发明涉及增扭传动技术领域，也涉及车辆技术领域，具体涉及一种用于车辆的增扭传动装置及其方法，尤其涉及一种应急救援车用混联增扭传动装置及其方法。
背景技术
众所周知，应急救援车辆(比如消防应急救援车辆、道路应急救援车辆或交通应急救援车辆等)对救援工作的开展影响重大。近年来，我国自然灾害事故频发。随着城市化进程的加快，各类突发灾害事故急剧增加，且呈现出多样性、复杂性特点，造成了人民生命财产的严重损失。而我国应急救援车辆技术水平严重滞后，机动速度低，路面适应能力差，导致救援不及时和效率低下，加剧了损害程度。因此，研发具有全地面适应能力的高机动应急救援车辆成为亟待解决的关键技术问题。另外，应急救援车辆行驶路况复杂、作业环境恶劣，为满足应急救援任务需求，其机动性指标对最高行驶速度和最大爬坡角度均提出了较高要求。采用传统的机械/机液传动车辆，主要通过设置更多的档位数目以满足上述要求，变速箱速比变化范围大，输出转速高、输出转矩大，对变速箱设计制造带来了一定的困难。而对于采用混联增扭传动装置的车辆，具有发动机和电动机两个动力源，通过整车控制器协调控制动力输出，能够有效降低机械传动部件数量、尺寸、重量和设计制造成本，并为节能减排提供了新的技术途径。但是相比于普通混合动力车辆，应急救援车采用的发电机/电动机通常需要更高的输出功率和输出扭矩，一定程度上增加了电机的尺寸重量，如何在满足应急救援车机动性指标要求的前提下，通过匹配优化传动***关键部件特性参数，降低传动***对发电机/电动机输出功率和输出扭矩的需求，是混联式应急救援车需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种用于车辆的增扭传动装置及其方法，能满足应急救援车对动力传动***宽变速范围和大扭矩输出的需求，在达到其机动性指标要求的前提下，降低了动力传动***生产制造成本，改善了车辆发动机的工作区间，提高了燃油效率。
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种用于车辆的增扭传动装置及其方法的解决方案，具体如下：
一种用于车辆的增扭传动装置的方法，包括如下模式：
纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式；
通过所述纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式以适应车辆的不同路况动力输出要求。
车辆起步或低速行驶时，所述整车控制器12就启动纯电驱动模式，所述纯电驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4分离，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1不工作或怠速，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5处于电动机工作状态，所述整车控制器12通过储能装置控制器11将储能装置10释放的电能转化为机械能，其输出的机械能通过自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，并且所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于低速档；
车辆中高速行驶时，整车控制器12启动发动机驱动模式，所述发动机驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出机械能通过联轴器2、输入轴3、电控离合器4、电机轴和自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆行驶，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5空转，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于高速档，所述整车控制器12通过储能装置控制器11让储能装置10不工作；
车辆中高速行驶，且储能装置荷电量较低时，整车控制器12启动串联驱动模式，所述串联驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出动力的一部分经联轴器2、输入轴3、电控离合器4、电机轴和自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于高速档；而把发动机1的另一部分动力经联轴器2、输入轴3、电控离合器4传至永磁同步电机5，永磁同步电机5处于发电机工作状态，将输入的机械能转化为电能并储存在储能装置10中；
车辆爬陡坡或加速行驶时，整车控制器12启动并联驱动模式，所述并联驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出机械能通过联轴器2、输入轴3、电控离合器4、电机轴和自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5处于电动机工作状态，所述整车控制器12通过储能装置控制器11将储能装置10释放的电能转化为机械能，其输出的机械能通过自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于低速档。
车辆制动时，整车控制器12启动制动回收模式，所述制动回收模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4分离，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1不工作或怠速，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5处于发电机工作状态，所述整车控制器12通过储能装置控制器11将车辆制动的机械能转化为电能并储存在储能装置10中。
车辆停止且储能装置荷电量较低时，整车控制器12启动停车充电模式，所述停车充电模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出机械能经联轴器2、输入轴3、电控离合器4传至永磁同步电机5，永磁同步电机5处于发电机工作状态，将输入的机械能转化为电能并储存在储能装置10中，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于空档。
所述用于车辆的增扭传动装置，包括：
设置在车辆内的整车控制器，所述整车控制器与车辆的受控元件连接；
所述整车控制器用于控制车辆的受控元件来实现大扭矩输出和对车辆的传动***实现宽变速。
所述整车控制器包括微控制单元CPU，所述微控制单元CPU通过信号输出模块电连接着电控离合器4，所述微控制单元CPU通过CAN通信模块与作为车辆的受控元件的发动机控制器13、电机控制器9、变速箱控制器8和储能装置控制器11电连接。
所述微控制单元CPU还通过电源模块与24V直流电源电连接；所述微控制单元CPU通过数字信号输入模块来同车辆的启动钥匙开关和电控离合器4电连接，所述微控制单元CPU通过模拟信号输入模块来同车辆的油门踏板、制动踏板和节气门位置传感器电连接，所述整车控制器通过数字信号输入模块采集启动钥匙开关和电控离合器4的状态开关量信号，所述整车控制器通过模拟信号输入模块采集油门踏板、制动踏板和节气门位置的模拟量信号，所述整车控制器通过信号输出模块输出PWM驱动信号控制电控离合器4吸合或分离，所述整车控制器与发动机控制器、电机控制器、变速箱控制器、储能装置控制器之间通过CAN通信模块实时通信；所述微控制单元CPU还与存储单元RAM或ROM连接。
所述发动机控制器13与发动机1控制连接；所述发动机1与输入轴3通过联轴器2机械连接，所述输入轴3与永磁同步电机5的电机轴通过电控离合器4机械连接，所述储能装置控制器11与储能装置10控制连接，所述储能装置10通过电机控制器9与永磁同步电机5电连接，所述变速箱控制器8与所述自动变速箱6控制连接，所述永磁同步电机5的电机轴通过自动变速箱6与输出轴7机械连接。
所述自动变速箱6具有低速档和高速档两个档位。
所述发动机、联轴器、输入轴、电控离合器、永磁同步电机、自动变速箱、输出轴采用同轴布置。
本发明的有益效果为：
能满足应急救援车对动力传动***宽变速范围和大扭矩输出的需求，在达到其机动性指标要求的前提下，降低了动力传动***生产制造成本，改善了车辆发动机的工作区间，提高了燃油效率。
附图说明
图1为本发明的用于车辆的增扭传动装置的原理结构图。
图2为本发明的整车控制器的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步地说明。
如图1-图2所示，用于车辆的增扭传动装置的方法，包括如下模式：
纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式；
通过所述纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式以适应应急救援车辆的不同路况动力输出要求。
所述整车控制器12将驾驶员油门踏板信号和制动踏板信号分别解读作为应急救援车辆的整车驱动和制动的转矩需求，并根据踏板开度、车辆行驶状态和应急救援车辆的传动装置各部件运行状态，协调控制发动机控制器13、变速箱控制器8、电机控制器9、储能装置控制器11和电控离合器4，使该混联增扭传动装置处于不同工作状态：
应急救援车辆起步或低速行驶时，所述低速能够是不得超过每小时15公里的行驶速度；考虑此时应急救援车辆的发动机燃油效率较低，因此应急救援车辆的发动机不工作，所述整车控制器12就启动纯电驱动模式，所述纯电驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4分离，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1不工作或怠速，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5处于电动机工作状态，所述整车控制器12通过储能装置控制器11将储能装置10释放的电能转化为机械能，其输出的机械能通过自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，并且所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于低速档；节约了燃油，提高了燃油效率。
应急救援车辆中高速行驶时，所述中高速能够是超过每小时15公里的行驶速度；考虑此时发动机燃油效率较高，为减少能量转化造成的能量损失，整车控制器12启动发动机驱动模式，所述发动机驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出机械能通过联轴器2、输入轴3、电控离合器4、电机轴和自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆行驶，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5空转，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于高速档，所述整车控制器12通过储能装置控制器11让储能装置10不工作；
应急救援车辆中高速行驶，且储能装置荷电量较低时，荷电量较低能够是所述储能装置所剩电量不足30％；为了给储能装置充电，整车控制器12启动串联驱动模式，所述串联驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出动力的一部分经联轴器2、输入轴3、电控离合器4、电机轴和自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于高速档；而把发动机1的另一部分动力经联轴器2、输入轴3、电控离合器4传至永磁同步电机5，永磁同步电机5处于发电机工作状态，将输入的机械能转化为电能并储存在储能装置10中；
应急救援车辆爬陡坡或加速行驶时，油门开度较大，发动机和永磁同步电机单独驱动的输出转矩均无法满足驱动转矩需求，因此需要发动机和永磁同步电机同时驱动，整车控制器12启动并联驱动模式，所述并联驱动模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出机械能通过联轴器2、输入轴3、电控离合器4、电机轴和自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5处于电动机工作状态，所述整车控制器12通过储能装置控制器11将储能装置10释放的电能转化为机械能，其输出的机械能通过自动变速箱6传至输出轴7驱动车辆，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于低速档。
应急救援车辆制动时，为回收制动能量，整车控制器12启动制动回收模式，所述制动回收模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4分离，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1不工作或怠速，所述整车控制器12通过电机控制器让永磁同步电机5处于发电机工作状态，所述整车控制器12通过储能装置控制器11将车辆制动的机械能转化为电能并储存在储能装置10中。
应急救援车辆停止且储能装置荷电量较低时，为给储能装置充电，整车控制器12启动停车充电模式，所述停车充电模式包括：所述整车控制器12通过信号输出模块控制电控离合器4吸合，所述整车控制器12通过发动机控制器让发动机1输出机械能经联轴器2、输入轴3、电控离合器4传至永磁同步电机5，永磁同步电机5处于发电机工作状态，将输入的机械能转化为电能并储存在储能装置10中，所述整车控制器12通过变速箱控制器8让自动变速箱6处于空档。
所述用于车辆的增扭传动装置，包括：
设置在应急救援车辆内的整车控制器，所述整车控制器与应急救援车辆的受控元件连接；
所述整车控制器用于控制应急救援车辆的受控元件来实现大扭矩输出和对应急救援车辆的传动***实现宽变速。根据所述整车控制器用于控制应急救援车辆的受控元件来实现大扭矩输出和对应急救援车辆的传动***实现宽变速，就能满足应急救援车辆对动力传动***宽变速范围和大扭矩输出的需求。
所述整车控制器包括微控制单元CPU，所述微控制单元CPU通过信号输出模块电连接着电控离合器4，所述微控制单元CPU通过CAN通信模块与作为应急救援车辆的受控元件的发动机控制器13、电机控制器9、变速箱控制器8和储能装置控制器11电连接。这样就能在所述微控制单元CPU的控制下让发动机控制器13、电机控制器9、变速箱控制器8和储能装置控制器11分别控制应急救援车辆的发动机、电机、变速箱和储能装置进行运行。所述发动机控制器13和变速箱控制器8能够为PLC控制器。电机控制器9能够是变频器。储能装置控制器11能够是串联在所述储能装置与永磁同步电机5间的继电器。
所述微控制单元CPU还通过电源模块与24V直流电源电连接，这样24V直流电源通过电源模块的转换为所述微控制单元CPU所需的工作电压来提供给所述微控制单元CPU；所述微控制单元CPU通过数字信号输入模块来同应急救援车辆的启动钥匙开关和电控离合器4电连接，所述微控制单元CPU通过模拟信号输入模块来同应急救援车辆的油门踏板、制动踏板和节气门位置传感器电连接，所述整车控制器通过数字信号输入模块采集启动钥匙开关和电控离合器4的状态开关量信号，所述整车控制器通过模拟信号输入模块采集油门踏板、制动踏板和节气门位置的模拟量信号，所述整车控制器通过信号输出模块输出PWM驱动信号控制电控离合器4吸合或分离，所述整车控制器与发动机控制器、电机控制器、变速箱控制器、储能装置控制器之间通过CAN通信模块实时通信；所述微控制单元CPU还与存储单元RAM或ROM连接。
所述发动机控制器13与发动机1控制连接，所述发动机1能够是柴油发动机；所述发动机1与输入轴3通过联轴器2机械连接，所述输入轴3与永磁同步电机5的电机轴通过电控离合器4机械连接，所述储能装置控制器11与如蓄电池这样的储能装置10控制连接，所述储能装置10通过电机控制器9与永磁同步电机5电连接，所述变速箱控制器8与所述自动变速箱6控制连接，所述永磁同步电机5的电机轴通过自动变速箱6与输出轴7机械连接，这样该电机轴的输出动力就能经自动变速箱6传至输出轴7。这样根据油门/制动踏板开度、车辆行驶状态和传动装置各部件运行状态，整车控制器启动预定工作模式，协调控制发动机控制器、变速箱控制器、电机控制器、储能装置控制器和电控离合器，以适应不同路况动力输出要求，主要工作模式包括：纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式。所述输出轴与应急救援车辆的车轮机械连接。
所述自动变速箱6具有低速档和高速档两个档位。
所述发动机、联轴器、输入轴、电控离合器、永磁同步电机、自动变速箱、输出轴可采用同轴布置方案，降低了应急救援车辆的底盘空间需求，也就降低了应急救援车辆的动力传动***生产制造成本，改善了应急救援车辆的发动机的工作区间。
以上以用实施例说明的方式对本发明作了描述，本领域的技术人员应当理解，本公开不限于以上描述的实施例，在不偏离本发明的范围的情况下，可以做出各种变化、改变和替换。

Claims (8)

1.一种用于车辆的增扭传动装置的方法，其特征在于，包括如下模式：
纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式；
通过所述纯电驱动模式、发动机驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式、制动回收模式和停车充电模式以适应车辆的不同路况动力输出要求。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的增扭传动装置的方法，其特征在于，车辆起步或低速行驶时，所述整车控制器就启动纯电驱动模式，所述纯电驱动模式包括：所述整车控制器通过信号输出模块控制电控离合器分离，所述整车控制器通过发动机控制器让发动机不工作或怠速，所述整车控制器通过电机控制器让永磁同步电机处于电动机工作状态，所述整车控制器通过储能装置控制器将储能装置释放的电能转化为机械能，其输出的机械能通过自动变速箱传至输出轴驱动车辆，并且所述整车控制器通过变速箱控制器让自动变速箱处于低速档；
车辆中高速行驶时，整车控制器启动发动机驱动模式，所述发动机驱动模式包括：所述整车控制器通过信号输出模块控制电控离合器吸合，所述整车控制器通过发动机控制器让发动机输出机械能通过联轴器、输入轴、电控离合器、电机轴和自动变速箱传至输出轴驱动车辆行驶，所述整车控制器通过电机控制器让永磁同步电机空转，所述整车控制器通过变速箱控制器让自动变速箱处于高速档，所述整车控制器通过储能装置控制器让储能装置不工作；
车辆中高速行驶，且储能装置荷电量较低时，整车控制器启动串联驱动模式，所述串联驱动模式包括：所述整车控制器通过信号输出模块控制电控离合器吸合，所述整车控制器通过发动机控制器让发动机1输出动力的一部分经联轴器、输入轴、电控离合器、电机轴和自动变速箱传至输出轴驱动车辆，所述整车控制器通过变速箱控制器让自动变速箱处于高速档；而把发动机的另一部分动力经联轴器、输入轴、电控离合器传至永磁同步电机，永磁同步电机处于发电机工作状态，将输入的机械能转化为电能并储存在储能装置中；
车辆爬陡坡或加速行驶时，整车控制器启动并联驱动模式，所述并联驱动模式包括：所述整车控制器通过信号输出模块控制电控离合器吸合，所述整车控制器通过发动机控制器让发动机输出机械能通过联轴器、输入轴、电控离合器、电机轴和自动变速箱传至输出轴驱动车辆，所述整车控制器通过电机控制器让永磁同步电机5处于电动机工作状态，所述整车控制器通过储能装置控制器将储能装置释放的电能转化为机械能，其输出的机械能通过自动变速箱传至输出轴驱动车辆，所述整车控制器通过变速箱控制器让自动变速箱处于低速档；
车辆制动时，整车控制器启动制动回收模式，所述制动回收模式包括：所述整车控制器通过信号输出模块控制电控离合器分离，所述整车控制器通过发动机控制器让发动机不工作或怠速，所述整车控制器通过电机控制器让永磁同步电机处于发电机工作状态，所述整车控制器通过储能装置控制器将车辆制动的机械能转化为电能并储存在储能装置中；
车辆停止且储能装置荷电量较低时，整车控制器启动停车充电模式，所述停车充电模式包括：所述整车控制器通过信号输出模块控制电控离合器吸合，所述整车控制器通过发动机控制器让发动机输出机械能经联轴器、输入轴、电控离合器传至永磁同步电机，永磁同步电机处于发电机工作状态，将输入的机械能转化为电能并储存在储能装置中，所述整车控制器通过变速箱控制器8让自动变速箱处于空档。
3.一种用于车辆的增扭传动装置，其特征在于，包括：
设置在车辆内的整车控制器，所述整车控制器与车辆的受控元件连接；
所述整车控制器用于控制车辆的受控元件来实现大扭矩输出和对车辆的传动***实现宽变速。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的增扭传动装置，其特征在于，所述整车控制器包括微控制单元CPU，所述微控制单元CPU通过信号输出模块电连接着电控离合器，所述微控制单元CPU通过CAN通信模块与作为车辆的受控元件的发动机控制器、电机控制器、变速箱控制器和储能装置控制器电连接。
5.根据权利要求5所述的用于车辆的增扭传动装置，其特征在于，所述微控制单元CPU还通过电源模块与24V直流电源电连接；所述微控制单元CPU通过数字信号输入模块来同车辆的启动钥匙开关和电控离合器电连接，所述微控制单元CPU通过模拟信号输入模块来同车辆的油门踏板、制动踏板和节气门位置传感器电连接，所述整车控制器通过数字信号输入模块采集启动钥匙开关和电控离合器的状态开关量信号，所述整车控制器通过模拟信号输入模块采集油门踏板、制动踏板和节气门位置的模拟量信号，所述整车控制器通过信号输出模块输出PWM驱动信号控制电控离合器吸合或分离，所述整车控制器与发动机控制器、电机控制器、变速箱控制器、储能装置控制器之间通过CAN通信模块实时通信；所述微控制单元CPU还与存储单元RAM或ROM连接。
6.根据权利要求5所述的用于车辆的增扭传动装置，其特征在于，所述发动机控制器与发动机控制连接；所述发动机与输入轴通过联轴器机械连接，所述输入轴与永磁同步电机的电机轴通过电控离合器机械连接，所述储能装置控制器与储能装置控制连接，所述储能装置通过电机控制器与永磁同步电机电连接，所述变速箱控制器与所述自动变速箱控制连接，所述永磁同步电机的电机轴通过自动变速箱与输出轴机械连接。
7.根据权利要求5所述的用于车辆的增扭传动装置，其特征在于，所述自动变速箱具有低速档和高速档两个档位。
8.根据权利要求5所述的用于车辆的增扭传动装置，其特征在于，所述发动机、联轴器、输入轴、电控离合器、永磁同步电机、自动变速箱、输出轴采用同轴布置。
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