[发明专利]一种气压混合动力传动系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气压混合动力传动系统及控制方法，特别是机动车动力及传动系统的能量利用、转换和存储，属于车辆混合动力技术领域。

背景技术

环境与能源成为目前的热门话题，在近一个世纪来，人们大量的使用矿物资源，比如煤、石油，在推动人类社会进步的同时也产生了大量的有害物，给环境带来危害。据报道，1981～1990年全球平均气温比100年前上升了0.48℃，全球变暖，也造成各种随之而来的负面影响。而据统计，60％左右的二氧化碳温室气体的排放来自汽车行业及相关行业，汽车节能减排的空间可见一斑。

随着各种矿物资源的不断消耗以及人们对环境保护的意识不断增强，汽车环保任重而道远。新能源汽车能有效的实现节能减排，越来越为人们所熟知。纯电动汽车，特别是燃料电池电动车被认为是汽车发展的终极模式。由于电池的各项技术尚未达到车辆运行各项要求，电池比能量较低，纯电动汽车续航里程有限，支持纯电动汽车普及的基础设施的建设与发展仍属于初始阶段，同时电池成本高，报废电池的处理难题等都限制了当前纯电动汽车的普及；在纯电动汽车普及之前，混合动力汽车受到各国政府及科研机构的重视，伴随国家政策的变化，混合动力汽车也越来越受到消费者的青睐。针对不同的储能方式，混合动力技术包含机械混合动力技术、油电混合动力技术、机液混合动力技术等。机械混合动力汽车采用大惯量的飞轮作为储能元件，当车辆制动减速时，把车辆的制动能量转换为飞轮的旋转动能储存起来，在车辆起步或行驶过程中再把飞轮的转动动能转换为车辆的前进动能，以实现车辆的制动能量回收和再利用。该技术蓄能能力有限，同时受车辆空间等因素限制，目前对车辆机械混合动力技术的研究几近停滞。油电混合动力汽车采用蓄电池作为储能元件，内燃机作为主要动力源，电机作为辅助动力源，通过电机与内燃机之间的协调工作实现混合驱动，并对车辆制动能量进行回收和再利用，但受其能量转化形式的影响，电动系统功率密度太小，不能很好的满足车辆在制动减速过程中短时间内较大能量的转化，同时废旧电池的环保处理也遇到相应的难题。机液混合动力汽车采用液压蓄能器作为储能元件，内燃机作为主要动力源，伺服变量泵/马达作为辅助动力源，通过泵/马达与内燃机的协调工作实现混合驱动，并对车辆的制动能量进行回收和再利用。液压系统功率密度大，但其能量密度相对较小，同时噪音较大，液压油的泄露造成对环境的二次污染，增加了使用成本。

以压缩空气或液氮作为车辆动力源，具有完全无燃烧、无排放特性且不依赖矿物燃料的气动内燃机受到一定的关注。气动发动机通过多级降压，把高压空气释放到其气缸内以推动活塞连杆运动，带动气动发动机运转最终实现对车辆的驱动。采用压缩空气作为动力的气动汽车实现了车辆的零排放，同时空气作为一种非可燃性清洁气体，使用过后排放到大气中不会对环境造成任何危害，安全无污染。单独采用压缩空气作为车辆的动力源，由于其能量密度较低，又不能实现对车辆制动能量的回收和再利用，车辆的续航里程不够理想。压缩空气一旦消耗完，需到指定点进行充气蓄能，相对纯电动汽车，纯气动汽车对基础设施的依赖性更大。

发明内容

综合气压系统功率密度相对较大、压缩空气安全无污染等优点，本发明采用内燃机作为主要动力源，气动马达作为辅助动力源的气压混合动力技术，在节能减排方面有显著的优势。本发明根据车辆的运行工况，采用压气机对车辆的制动能量进行回收，并将其储存在气压蓄能器中，实现车辆制动能量的回收；采用小功率气马达对内燃机进行起动，应用大功率气马达实现车辆在低速低负荷下的驱动行驶，并把压缩空气用于气喇叭等其他气动设备以实现制动能量的再利用。气压系统对车辆制动能量的回收和再利用，能较大幅度提高燃油的利用率，在一定程度上达到节能减排。

本发明的目的就是在现有机动车基础上，根据车辆的运行工况和内燃机的动力特性，利用气压系统优化传动系，提高燃油的利用率以降低车辆的燃油消耗率。本发明所涉及的系统结构简单，易于改造，控制简单。在确保车辆动力性和舒适性的情况下，气压系统能实现车辆制动能量的回收和再利用。

本发明的核心思想就是利用大功率气动马达实现车辆低速低负荷下的气动驱动；采用小功率气马达实现内燃机的起动；在车辆急加速时，使内燃机维持在加速前的状态，加速所需的额外动力由气压系统提供，以降低内燃机的燃油消耗并降低有害物排放；在车辆巡航行驶时，采用大功率气马达驱动车辆；在减速制动时，采用压气机对车辆制动能量进行回收。应用气压系统以优化车辆传动系，进而实现车辆的节能减排。