專利名稱：一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的輔助動(dòng)力單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的輔助動(dòng)力單元，是一種采用電控離合器的串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元(APU)，涉及APU的硬件組成、機(jī)械連接、及離合器驅(qū)動(dòng)，屬于混合動(dòng)力動(dòng)力系統(tǒng)裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
混合動(dòng)力系統(tǒng)是當(dāng)前解決汽車能源瓶頸與尾氣污染的一種重要技術(shù)手段，可分為串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種基本類型，如圖1所示。串聯(lián)式結(jié)構(gòu)適用于市區(qū)內(nèi)常見的頻繁起停、加速和低速工況，常用于城市客車；并聯(lián)式結(jié)構(gòu)更適合市外高速行駛。在結(jié)構(gòu)上，二者最主要區(qū)別是串聯(lián)式系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)同整車傳動(dòng)系間沒有直接的機(jī)械連接，是以電能形式為整車輸出能量；而并聯(lián)式系統(tǒng)中的發(fā)動(dòng)機(jī)則直接為整車輸出機(jī)械能。在并聯(lián)式系統(tǒng)中使用離合器的道理同普通車輛一樣，這里不再贅述。
在串聯(lián)式系統(tǒng)APU中，由于發(fā)動(dòng)機(jī)同發(fā)電機(jī)間不經(jīng)常出現(xiàn)如并聯(lián)式或傳統(tǒng)車輛中的較強(qiáng)機(jī)械沖擊，一般不采用離合器，而采用發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪—過渡連接盤—發(fā)電機(jī)輸入軸的連接形式。這種發(fā)動(dòng)機(jī)同發(fā)電機(jī)間直接相連的結(jié)構(gòu)有如下問題1)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量接近發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的10倍。如不對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程惡化。這個(gè)問題一般需要通過換裝大功率起動(dòng)電機(jī)、調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程燃料噴射量來解決。
2)串聯(lián)式混合動(dòng)力的APU經(jīng)常處于怠速狀態(tài)。而在怠速中發(fā)動(dòng)機(jī)多帶動(dòng)一個(gè)大質(zhì)量的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)導(dǎo)致一定功率損失。
3)由于加入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子使起動(dòng)過程沖擊增大，在APU控制策略中不能較多地起停發(fā)動(dòng)機(jī)，使得有些發(fā)動(dòng)機(jī)可以停機(jī)的狀態(tài)無法實(shí)現(xiàn)，從而增加了怠速時(shí)間及其能耗。
串聯(lián)式混合動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作于排放、經(jīng)濟(jì)性都較好的優(yōu)化區(qū)域，所以其排放特性好；而其經(jīng)濟(jì)性由于存在機(jī)械能—電能—機(jī)械能的轉(zhuǎn)換過程而略現(xiàn)不足。提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制的核心問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過改變串聯(lián)式混合動(dòng)力的動(dòng)力核心APU的構(gòu)型來改善串聯(lián)式混合動(dòng)力的經(jīng)濟(jì)性。
本發(fā)明是一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的輔助動(dòng)力單元，其特征在于，該串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元除包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，還包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的一個(gè)離合器、用于該離合器控制的電磁閥、電子控制單元以及離合器位置傳感器；機(jī)械系統(tǒng)硬件即發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、發(fā)電機(jī)間的連接關(guān)系為APU系統(tǒng)非旋轉(zhuǎn)件的固定連接為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼—離合器殼—發(fā)電機(jī)外殼；APU系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)件的連接為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪—離合器膜片彈簧總成—離合器摩擦片總成—花鍵軸—發(fā)電機(jī)輸入軸；控制系統(tǒng)硬件間連接關(guān)系為離合器撥叉—?dú)飧住姶砰y—電子控制單元；電磁閥連接于離合器撥叉和高壓氣源間，并同電子控制單元相連；其作為控制離合器動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，根據(jù)電子控制單元的指令，控制離合器平穩(wěn)結(jié)合或快速脫開；離合器位置傳感器，安裝于推動(dòng)離合器撥叉運(yùn)動(dòng)的氣缸上；通過測量氣缸的運(yùn)動(dòng)，間接得到離合器的位置及運(yùn)動(dòng)、結(jié)合狀態(tài)，并將這些信息傳送給電子控制單元；電子控制單元根據(jù)傳感器信號(hào)對(duì)離合器動(dòng)作進(jìn)行閉環(huán)控制。
其中，離合器的膜片彈簧和摩擦片總成采用發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置，無需任何變動(dòng)。離合器可采用氣壓或液壓獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，一般不采用傳統(tǒng)離合器用液力控制氣動(dòng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
與現(xiàn)有用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的APU相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及有益效果為1)在發(fā)動(dòng)機(jī)同發(fā)電機(jī)間加裝離合器。
2)本系統(tǒng)在離合器脫開狀態(tài)下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，再通過電磁閥控制離合器平順結(jié)合，從而在不需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制單元做任何改動(dòng)的情況下解決了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程惡化的問題。
3)為發(fā)動(dòng)機(jī)較頻繁起停提供了可靠平臺(tái)，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不需怠速的情況下停機(jī)，降低能耗。
4)在必要的怠速工況下脫開離合器，進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。


圖1是混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。其中，(1)串連式混合動(dòng)力系統(tǒng)；(2)并聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)。
圖2是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是氣動(dòng)離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例說明本發(fā)明。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的APU系統(tǒng)，該APU系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，其特征在于，該APU系統(tǒng)還包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的一個(gè)離合器及用于離合器控制的電磁閥以及離合器位置傳感器。
各硬件間連接關(guān)系為APU系統(tǒng)非旋轉(zhuǎn)件的固定連接為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼—離合器殼—過渡連接殼—發(fā)電機(jī)外殼；APU系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)件的連接為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪—離合器膜片彈簧總成—離合器摩擦片總成—花鍵軸—發(fā)電機(jī)輸入軸。
本發(fā)明的APU系統(tǒng)工作過程為T0時(shí)刻，電磁閥工作，接通高壓氣體使離合器脫開；T1時(shí)刻，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，帶動(dòng)飛輪開始旋轉(zhuǎn)；T2時(shí)刻，電磁閥工作，通過慢慢放掉高壓氣體使離合器接合，帶動(dòng)連接到離合器的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)；T3時(shí)刻，電磁閥控制放氣過程結(jié)束，離合器結(jié)合完成，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子以同樣速度隨發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)。
其中，離合器的膜片彈簧和摩擦片總成采用發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置，無需任何變動(dòng)。離合器可采用氣壓或液壓獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。采用氣動(dòng)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3是氣動(dòng)離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
閥門A為常閉閥，閥門B為常開閥，閥門C為高頻電磁閥或比例電磁閥。離合器脫開時(shí)閥門工作順序?yàn)殚y門A通電打開，閥門B、C不通電。離合器結(jié)合時(shí)閥門工作順序?yàn)殚yB通電斷開，閥A斷電關(guān)閉，由PWM波通過驅(qū)動(dòng)電路控制閥C通斷使離合器結(jié)合，最后閥B斷電。此處閥A、B也可以用一個(gè)開關(guān)閥代替。離合器開合狀態(tài)，即輸出轉(zhuǎn)速，可通過在發(fā)電機(jī)輸入軸加裝轉(zhuǎn)速傳感器、在氣動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)活塞上安裝位移傳感器或通過發(fā)電機(jī)輸出交流電頻率進(jìn)行判斷。離合器的結(jié)合可以在怠速下完成，也可在高于怠速的轉(zhuǎn)速下完成。在后一情況下，通過調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)油門保證在離合器結(jié)合過程中轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。此油門調(diào)整對(duì)結(jié)合過程具有飼服作用。
本發(fā)明在發(fā)動(dòng)機(jī)同發(fā)電機(jī)間加裝離合器，在離合器脫開狀態(tài)下起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，再通過高頻電磁閥控制離合器平順結(jié)合，從而在不需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制單元做任何改動(dòng)的情況下解決了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程惡化的問題；為發(fā)動(dòng)機(jī)較頻繁起停提供了可靠平臺(tái)，使發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不需怠速的情況下停機(jī)，降低能耗。在必要的怠速工況下脫開離合器，進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的輔助動(dòng)力單元，其特征在于，該串聯(lián)式混合動(dòng)力輔助動(dòng)力單元除包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，還包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的一個(gè)離合器、用于該離合器控制的電磁閥、電子控制單元以及離合器位置傳感器；發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、發(fā)電機(jī)間的連接關(guān)系為非旋轉(zhuǎn)件發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼-離合器殼-發(fā)電機(jī)外殼依順序固定連接；旋轉(zhuǎn)件發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪-離合器膜片彈簧總成-離合器摩擦片總成-花鍵軸-發(fā)電機(jī)輸入軸依次連接；電磁閥連接于離合器撥叉和外部高壓氣源間，并同電子控制單元相連；根據(jù)電子控制單元的指令，控制離合器平穩(wěn)結(jié)合或快速脫開；離合器位置傳感器安裝于推動(dòng)離合器撥叉運(yùn)動(dòng)的氣缸上，測量氣缸的運(yùn)動(dòng)，將測量所得信息傳送給電子控制單元；電子控制單元根據(jù)傳感器信號(hào)對(duì)離合器動(dòng)作進(jìn)行閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的輔助動(dòng)力單元，其特征在于，所述離合器為氣壓或液壓驅(qū)動(dòng)離合器。
全文摘要
一種應(yīng)用于串聯(lián)式混合動(dòng)力的帶有電控離合器的輔助動(dòng)力單元(APU)，涉及APU系統(tǒng)的硬件組成、機(jī)械連接、及離合器驅(qū)動(dòng)，屬于混合動(dòng)力動(dòng)力系統(tǒng)裝置技術(shù)領(lǐng)域。包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)，還包括連接在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)之間的一個(gè)離合器、用于該離合器控制的電磁閥、電子控制單元以及離合器位置傳感器；電磁閥組由一個(gè)電子控制單元驅(qū)動(dòng)；連接關(guān)系為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼－離合器殼－發(fā)電機(jī)外殼發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪－離合器膜片彈簧總成－離合器摩擦片總成－花鍵軸－發(fā)電機(jī)輸入軸。本發(fā)明在不需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)及其控制單元做任何改動(dòng)的情況下解決了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程惡化的問題；為發(fā)動(dòng)機(jī)較頻繁起停提供了可靠平臺(tái)，降低能耗。必要的怠速工況下脫開離合器，進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。
文檔編號(hào)B60W20/00GK1911697SQ200610012069
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者楊福源, 歐陽明高, 韓強(qiáng), 楊雨平, 何樺, 楊學(xué)青 申請(qǐng)人:清華大學(xué)