專利名稱：基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，屬于新能源車輛領(lǐng)域。其特點是該四輪驅(qū)動的混合動力汽車只需在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上更換四個輪轂式電機及配備一套控制系統(tǒng)就能完成，改造簡捷。
背景技術(shù)：
當今時代，節(jié)能和環(huán)保問題一直都是人類可持續(xù)發(fā)展的兩大主題，受到各國政府高度重視，而汽車的發(fā)展水平在這兩大主題中扮演了重要角色，據(jù)我國公安部交通管理局發(fā)布的相關(guān)信息，截至2009年底中國汽車數(shù)量約為7600萬輛，預(yù)計2010年將突破8000萬輛。汽車發(fā)動機每燃燒1千克汽油，要消耗15千克新鮮空氣，同時排出150-200克的一氧化碳、4-8克的碳氫化合物、4-20克的氧化氮等污染物，所以減少汽車燃油量對整個社會尤為重要。汽車在70 80公里的時速時最省油，低速時油耗明顯增大尤其是當汽車起步時油耗是正常行駛的幾倍甚至十幾倍，據(jù)北京市交通局發(fā)布的相關(guān)信息，在高峰期階段環(huán)路車速約為20km/h，北京路口等待紅燈時間相對較長也造成怠速的能源損失。雖然現(xiàn)實中存在著純電動汽車，燃料電池汽車等新能源汽車，但是由于這些汽車受到成本、行駛路程、基礎(chǔ)設(shè)施等情況的限制，短時間內(nèi)很難在整個社會普及。由傳統(tǒng)汽車向清潔能源汽車過渡的過程中，融合了兩者優(yōu)點的混合動力汽車起到了承上啟下的作用， 對解決上述問題提供了一條新途徑。但現(xiàn)存混合動力汽車面臨的問題是需重新設(shè)計車型， 這就意味著在混合動力汽車投放市場的同時會有大量的傳統(tǒng)汽車被報廢，導致資源浪費， 如果能對占我國汽車總量99. 9%以上的傳統(tǒng)汽車進行混合動力改造，將可能是解決問題的最好辦法。

實用新型內(nèi)容在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上更換特殊的輪轂式電機及配備一套控制系統(tǒng)，就可組成一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車。該特殊的輪轂式電機作為本專利的重要內(nèi)容，不僅能用于新車生產(chǎn)，最重要的是可用于對傳統(tǒng)汽車進行混合動力改造。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是—種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，包括傳統(tǒng)汽車及在傳統(tǒng)汽車上添加的由速度及踏板位置檢測裝置、控制器、電機控制器、輪轂電機、能量回收中繼電池、 能量回收轉(zhuǎn)換器、蓄電池組、發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器、工作模式選擇裝置、充電器、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、語音提示器、擋位檢測裝置、圖像顯示器、電動油泵、制動裝置、 助力轉(zhuǎn)向裝置等組成的控制系統(tǒng)；其特征在于控制器通過信號線與雙作用電機控制器相連，雙作用電機控制器通過導線與雙作用輪轂電機相連，控制器通過雙作用電機控制器控制雙作用輪轂電機工作；控制器通過信號線與發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器相連，發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器一端通過導線與汽車發(fā)電機相連，另一端通過導線與蓄電池組相連，充電控制器通過發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器控制汽車發(fā)電機向蓄電池組充電；控制器通過信號線與圖像顯示器相連，汽車的工作狀態(tài)通過控制器顯示在圖像顯示器上；工作模式選擇裝置通過信號線分別與汽車總控制器及控制器相連，駕駛員可通過工作模式選擇裝置選擇相應(yīng)的工作模式；速度及剎車踏板位置檢測裝置安裝在汽車剎車踏板的傳動桿件上，將檢測信號通過信號線傳遞到控制器；充電器的一端通過導線與蓄電池組相連，另一端連接在充電插座上，當此充電插座與市電相連時即可充電；能量回收中繼電池通過導線分別與雙作用電機控制器及能量回收轉(zhuǎn)換器相連；控制器通過信號線與能量回收轉(zhuǎn)換器相連，控制器控制能量回收轉(zhuǎn)換器將能量回收中繼電池的電能充到蓄電池組中；控制器通過信號線與語音提示器及擋位檢測裝置相連。所述輪轂電機為盤式永磁無刷直流雙作用電機。該混合動力汽車的能量回收主要在汽車滑行和制動時進行，當速度及制動踏板位置檢測裝置檢測到汽車處在上述兩種狀態(tài)中時，控制器通過電機控制器控制輪轂電機置發(fā)電狀態(tài)，所發(fā)電能通過能量回收中繼電池和能量回收轉(zhuǎn)換器向蓄電池組充電實現(xiàn)能量回收，能量回收中繼電池的電量在平時保持較低水平以適應(yīng)能量回收時的瞬間大蓄電量，從而起到緩沖作用。該裝置采用如下控制方法所述混合動力汽車有三種工作模式純電動模式、純內(nèi)燃機模式、混合模式；所述的純電動模式是指在此模式下控制器通過雙作用電機控制器控制雙作用輪轂電機作為驅(qū)動單元，通過控制器的電子差速模塊控制雙作用電機控制器及雙作用輪轂電機實現(xiàn)電子差速；通過控制器的制動模塊和助力轉(zhuǎn)向模塊控制電動油泵與制動裝置、助力轉(zhuǎn)向裝置工作實現(xiàn)液壓制動和助力轉(zhuǎn)向，當汽車滑行及制動時通過控制器、雙作用電機控制器、雙作用輪轂電機、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、蓄電池組的配合實現(xiàn)能量回收；所述的純內(nèi)燃機模式是指在此模式下汽車以內(nèi)燃機作為驅(qū)動單元，此模式下的汽車工作情況與傳統(tǒng)汽車相似，即通過內(nèi)燃機帶動各部件的運轉(zhuǎn)，區(qū)別是當汽車滑行及制動時通過控制器、雙作用電機控制器、雙作用輪轂電機、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、 蓄電池組的配合實現(xiàn)能量回收；控制器通過發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器控制汽車發(fā)電機向蓄電池組充電；所述的混合模式是指在此模式下，輪轂電機和內(nèi)燃機根據(jù)已設(shè)定的最佳工況程序進行混合驅(qū)動。所謂最佳工況程序是指當汽車啟動時首先由輪轂電機提供動力，此階段屬于純電動模式，當速度到達設(shè)定值后，控制器向汽車總控制器專遞啟動內(nèi)燃機的信號，切換到內(nèi)燃機工作，此階段屬于純內(nèi)燃機工作模式。當汽車滑行及制動時通過控制器、雙作用電機控制器、雙作用輪轂電機、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、蓄電池組的配合實現(xiàn)能量回收；在各模式切換的過程中通過擋位檢測裝置、控制器、速度及制動踏板位置檢測裝置、語音提示器以及圖像顯示器的配合控制實現(xiàn)切換；另外充電器可以直接接市電為蓄電池組充電。本實用新型是將傳統(tǒng)汽車在保持原有性能的前提下升級為混合動力汽車，因此在結(jié)構(gòu)上既要保證原機械傳動系統(tǒng)的傳動比行車速度不變，又要保證輪轂電機能獨立工作，基于以上要求本實用新型對半軸與輪轂之間的連接不做較大改動，仍采用固定連接方式連接。當輪轂電機工作時通過相應(yīng)的控制與語音提示使擋位置空擋，此時輪轂電機在傳動結(jié)構(gòu)上與內(nèi)燃機斷開只帶動變速箱的部分傳動齒輪轉(zhuǎn)動，從而減小了阻力。輪轂電機屬于內(nèi)置高速盤式非直動類型，具有驅(qū)動發(fā)電雙功能，此輪轂電機參考相應(yīng)輪轂的國家標準。此混合動力汽車有三種工作模式混合模式、純電動模式、純內(nèi)燃機模式。在純電動模式下輪轂電機作為驅(qū)動單元，在純內(nèi)燃機模式下內(nèi)燃機作為驅(qū)動單元，在混合模式下， 輪轂電機和內(nèi)燃機根據(jù)已設(shè)定的最佳工況程序進行混合驅(qū)動。所謂最佳工況程序是指當汽車啟動時首先由輪轂電機提供動力，此階段屬于純電動模式，當速度到達設(shè)定值后，控制器向汽車總控制器專遞啟動內(nèi)燃機的信號，切換到內(nèi)燃機工作，此階段屬于純內(nèi)燃機工作模式。在切換的過程中通過擋位檢測裝置、控制器、速度及制動踏板位置檢測裝置、語音提示器以及圖像顯示器的配合控制，實現(xiàn)精確、簡便、可視化的切換。為解決在內(nèi)燃機不工作階段的制動及助力轉(zhuǎn)向問題，本實用新型在原系統(tǒng)上添加一套電動油泵裝置，此裝置由蓄電池組供電。在內(nèi)燃機不工作階段，對于采用液壓助力轉(zhuǎn)向的汽車，電動油泵既可以提供轉(zhuǎn)向助力又可以用于液壓制動。對于采用電動液壓助力轉(zhuǎn)向和電動助力轉(zhuǎn)向的汽車，蓄電池組可以為其提供助力轉(zhuǎn)向所需電能，而電動油泵用于液壓制動。另外當汽車進行能量回收時，輪轂電機通過相應(yīng)控制系統(tǒng)將汽車動能轉(zhuǎn)化成電能同樣起到制動的作用。此電動油泵裝置主要用于純電動模式和混合模式下的電驅(qū)動階段。能量回收主要在汽車滑行和制動時進行，當速度及制動踏板位置檢測裝置檢測到汽車處在上述兩種狀態(tài)中時，控制器通過電機控制器控制輪轂電機置發(fā)電狀態(tài)，所發(fā)電能通過能量回收中繼電池和能量回收轉(zhuǎn)換器向蓄電池組充電實現(xiàn)能量回收，能量回收中繼電池的電量在平時保持較低水平以適應(yīng)能量回收時的瞬間大蓄電量，從而起到緩沖作用。需要特別指出的是當踩下制動踏板后，能量回收與液壓制動協(xié)同工作，但是更傾向于能量回收制動的方式，這樣在城市中行車時，由于有頻繁的加速和減速，用這種方式進行能量回收顯得尤為有效。能量回收工作于所有工作模式下。本實用新型采用電子差速的方式解決輪轂電機工作階段的差速問題，對于電子差速控制采用速度控制。實施速度控制策略的基礎(chǔ)是采用轉(zhuǎn)速控制的電機驅(qū)動系統(tǒng)。對電機進行速度控制，要求當系統(tǒng)給定一個轉(zhuǎn)速目標值時，電機控制系統(tǒng)應(yīng)以最快響應(yīng)速度去實現(xiàn)系統(tǒng)要求。電子差速系統(tǒng)的輸入裝置為方向盤，且通過一個傳感器將角度變化輸入到控制器，控制器根據(jù)這個角度調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)電子差速。電子差速主要用于純電動模式和混合模式下的電驅(qū)動階段。所述混合動力汽車蓄電池組的電能主要有三個來源1、蓄電池組可以通過充電器直接接市電進行充電；2、能量回收的電能；3、在汽車內(nèi)燃機工作階段，通過控制器與發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器的配合，將汽車發(fā)電機的冗余發(fā)電量存儲到蓄電池組中。本實用新型的亮點是傳統(tǒng)汽車只需對每個輪轂更換上述的的輪轂電機及配備一套控制系統(tǒng)就可升級改造為混合動力汽車。通過簡單的改造，將占我國汽車總量99. 9%以上的傳統(tǒng)汽車升級為混合動力汽車，使傳統(tǒng)汽車在油耗最高的階段改用電驅(qū)動，節(jié)省資源，降低了排放量，并實現(xiàn)了能量回收。
圖1是本實用新型基本原理圖圖中1.控制器，2.蓄電池組，3.雙作用電機控制器，4.雙作用輪轂電機，5.工作模式選擇裝置，6.汽車發(fā)電機，7.發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器，8.速度及剎車踏板位置檢測裝置， 9.汽車總控制器，10.充電器，11.能量回收中繼電池，12.能量回收轉(zhuǎn)換器，13.語音提示器，14.擋位檢測裝置，15.圖像顯示器，16.電動油泵，17.制動裝置，18.助力轉(zhuǎn)向裝置
具體實施方式
在圖1中，蓄電池組2、能量回收中繼電池11放置在座椅下方及后備箱的一側(cè)，雙作用輪轂電機4與半軸之間仍采用固定連接方式連接，電動油泵16安裝在發(fā)動機附近，它通過原管路連接到制動裝置17和助力轉(zhuǎn)向裝置18，同時控制器1通過信號線與電動油泵 16相連控制其工作?？刂破?通過信號線與雙作用電機控制器3相連，雙作用電機控制器3通過導線與雙作用輪轂電機4相連，控制器1通過雙作用電機控制器3控制雙作用輪轂電機4工作； 控制器1通過信號線與發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器7相連，發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器7 —端通過導線與汽車發(fā)電機6相連，另一端通過導線與蓄電池組2相連，充電控制器1通過發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器 7控制汽車發(fā)電機6向蓄電池組2充電；控制器1通過信號線與圖像顯示器15相連，汽車的工作狀態(tài)通過控制器1顯示在圖像顯示器15上；工作模式選擇裝置5通過信號線分別與汽車總控制器9及控制器1相連，駕駛員可通過工作模式選擇裝置5選擇相應(yīng)的工作模式； 速度及剎車踏板位置檢測裝置8安裝在汽車剎車踏板的傳動桿件上，將檢測信號通過信號線傳遞到控制器1 ；充電器10的一端通過導線與蓄電池組2相連，另一端連接在充電插座上，當此充電插座與市電相連時即可充電；能量回收中繼電池11通過導線分別與雙作用電機控制器3及能量回收轉(zhuǎn)換器12相連；控制器1通過信號線與能量回收轉(zhuǎn)換器12相連，控制器1控制能量回收轉(zhuǎn)換器12將能量回收中繼電池11的電能充到蓄電池組2中；控制器 1通過信號線與語音提示器13及擋位檢測裝置14相連。所述混合動力汽車有三種工作模式純電動模式、純內(nèi)燃機模式、混合模式。所謂純電動模式是指在此模式下控制器1通過雙作用電機控制器3控制雙作用輪轂電機4作為驅(qū)動單元，通過控制器1的電子差速模塊控制雙作用電機控制器3及雙作用輪轂電機4實現(xiàn)電子差速；通過控制器1的制動模塊和助力轉(zhuǎn)向模塊控制電動油泵16與制動裝置17、助力轉(zhuǎn)向裝置18工作實現(xiàn)液壓制動和助力轉(zhuǎn)向，當汽車滑行及制動時通過控制器1、雙作用電機控制器3、雙作用輪轂電機4、能量回收中繼電池11、能量回收轉(zhuǎn)換器12、蓄電池組2的配合實現(xiàn)能量回收。所謂純內(nèi)燃機模式是指在此模式下汽車以內(nèi)燃機作為驅(qū)動單元，此模式下的汽車工作情況與傳統(tǒng)汽車相似，即通過內(nèi)燃機帶動各部件的運轉(zhuǎn)，區(qū)別是當汽車滑行及制動時通過控制器1、雙作用電機控制器3、雙作用輪轂電機4、能量回收中繼電池11、能量回收轉(zhuǎn)換器12、蓄電池組2的配合實現(xiàn)能量回收；控制器1通過發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器7控制汽車發(fā)電機6向蓄電池組2充電。[0034]所謂混合模式是指在此模式下，雙作用輪轂電機4和內(nèi)燃機根據(jù)已設(shè)定的最佳工況程序進行混合驅(qū)動。所謂最佳工況程序是指當汽車啟動時首先由雙作用輪轂電機4提供動力，此階段屬于純電動模式，當速度到達設(shè)定值后，控制器1向汽車總控制器9專遞啟動內(nèi)燃機的信號，切換到內(nèi)燃機工作，此階段屬于純內(nèi)燃機工作模式。當汽車滑行及制動時通過控制器1、雙作用電機控制器3、雙作用輪轂電機4、能量回收中繼電池11、能量回收轉(zhuǎn)換器12、蓄電池組2的配合實現(xiàn)能量回收。在各模式切換的過程中通過擋位檢測裝置14、控制器1、速度及制動踏板位置檢測裝置8、語音提示器13以及圖像顯示器15的配合控制實現(xiàn)精確、簡便、可視化的切換 ’另外充電器10可以直接接市電為蓄電池組2充電。
權(quán)利要求1.一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，包括傳統(tǒng)汽車及在傳統(tǒng)汽車上添加的由速度及踏板位置檢測裝置、控制器、電機控制器、輪轂電機、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、蓄電池組、發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器、工作模式選擇裝置、充電器、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、語音提示器、檔位檢測裝置、圖像顯示器、電動油泵、制動裝置、助力轉(zhuǎn)向裝置等組成的控制系統(tǒng)；其特征在于控制器通過信號線與雙作用電機控制器相連，雙作用電機控制器通過導線與雙作用輪轂電機相連，控制器通過雙作用電機控制器控制雙作用輪轂電機工作；控制器通過信號線與發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器相連，發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器一端通過導線與汽車發(fā)電機相連，另一端通過導線與蓄電池組相連，充電控制器通過發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器控制汽車發(fā)電機向蓄電池組充電；控制器通過信號線與圖像顯示器相連，汽車的工作狀態(tài)通過控制器顯示在圖像顯示器上；工作模式選擇裝置通過信號線分別與汽車總控制器及控制器相連，駕駛員可通過工作模式選擇裝置選擇相應(yīng)的工作模式；速度及剎車踏板位置檢測裝置安裝在汽車剎車踏板的傳動桿件上，將檢測信號通過信號線傳遞到控制器； 充電器的一端通過導線與蓄電池組相連，另一端連接在充電插座上，當此充電插座與市電相連時即可充電；能量回收中繼電池通過導線分別與雙作用電機控制器及能量回收轉(zhuǎn)換器相連；控制器通過信號線與能量回收轉(zhuǎn)換器相連，控制器控制能量回收轉(zhuǎn)換器將能量回收中繼電池的電能充到蓄電池組中；控制器通過信號線與語音提示器及檔位檢測裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，其特征在于所述輪轂電機為盤式永磁無刷直流雙作用電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，其特征在于該混合動力汽車的能量回收主要在汽車滑行和制動時進行，當速度及制動踏板位置檢測裝置檢測到汽車處在上述兩種狀態(tài)中時，控制器通過電機控制器控制輪轂電機置發(fā)電狀態(tài)，所發(fā)電能通過能量回收中繼電池和能量回收轉(zhuǎn)換器向蓄電池組充電實現(xiàn)能量回收，能量回收中繼電池的電量在平時保持較低水平以適應(yīng)能量回收時的瞬間大蓄電量，從而起到緩沖作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，其特征在于在傳統(tǒng)汽車上添加一套電動油泵裝置，此裝置由蓄電池組供電。
專利摘要本實用新型涉及一種基于傳統(tǒng)汽車改造的輪轂電機式混合動力汽車，包括傳統(tǒng)汽車及在傳統(tǒng)汽車上添加的由速度及踏板位置檢測裝置、控制器、電機控制器、輪轂電機、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、蓄電池組、發(fā)電機充電轉(zhuǎn)換器、工作模式選擇裝置、充電器、能量回收中繼電池、能量回收轉(zhuǎn)換器、語音提示器、檔位檢測裝置、圖像顯示器、電動油泵、制動裝置、助力轉(zhuǎn)向裝置等組成的控制系統(tǒng)，該全輪驅(qū)動的混合動力汽車只需在傳統(tǒng)汽車基礎(chǔ)上更換輪轂式電機及配備一套控制系統(tǒng)就能完成，改造簡捷，這對于解決目前混合動力汽車存在的投放市場難問題及如何將占汽車總數(shù)99.9％以上的傳統(tǒng)汽車改造升級為混合動力汽車提供了一條新的思路。
文檔編號B60K6/26GK202106837SQ201120048789
公開日2012年1月11日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者劉星, 喻明, 安連生, 王曉亮, 許東來, 高強強 申請人:北京工業(yè)大學