本发明涉及一种弹性蓄能式发动机起停系统及其工作方法。
背景技术：
为充分利用车辆的制动能量，通常采用三种制动能量回收方式：
第一种制动能量回收方式是通过发电机将车辆的动能转化电能储存起来。储存电能的器件主要有蓄电池、超级电容等，二者都要通过发电机将机械能转变为电能存储，存在能量转化效率低、制动能量回收利用率低等不足。
第二种制动能量回收方式是通过液压泵、马达等二次元件将车辆的动能转化为液压能、气压能储存在液压蓄能器中，但存在能量转化率低、能量密度小、成本高等缺陷。
第三种制动能量回收方式是直接将旋转部件的动能转化存储为动能飞轮储能，由于不经过二次元件进行能量转换，能量转化效率高，这种能量回收方式存在着成本高，技术难度大，目前尚不成熟。
2012年9月12日，中国专利公布了申请号为cn201210133635.x的橡胶带式蓄能器专利，2013年10月30日，中国专利公布了申请号为cn201320242319.6的弹性橡胶带蓄能器式汽车制动能量再生传动装置专利，2014年2月26日，中国专利公布了申请号为cn201310504549.x的弹性橡胶带蓄能器式汽车制动能量再生传动装置专利，2013年7月17日，中国专利公布了申请号为cn201310164669.x的弹性橡胶带蓄能器式装载机制动能量再生传动装置专利；上述已有的各专利技术中，制动能量再生传动装置将弹性橡胶带缠绕在滚筒上，通过橡胶带的拉伸和收缩实现制动能量的再生，存在体积大、在车上布置空间不足和不便于装车使用等缺点。2013年8月14日，中国专利公布了申请号为cn201310164903.9的弹性橡胶带蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置专利以及申请号为cn201310165081.6的压簧蓄能器式装载机动臂势能回收再生装置专利，利用弹性橡胶带或压簧的拉伸和收缩回收装载机动臂势能，但这类蓄能器无法实现对车辆动能的回收利用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种弹性蓄能式发动机起停系统及其工作方法。本发明适合车辆储能使用，能量转化率高、结构紧凑，制造工艺相对简单，制动能量回收、释放过程容易控制，成本低。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种弹性蓄能式发动机起停系统，包括发动机，发动机输出端设有发动机曲轴，所述的发动机上端设有固定安装其上的相互连接的蓄能转换单元、双离合器传动箱和电磁制动器，蓄能转换单元一侧与双离合器传动箱连接，蓄能转换单元另一侧与电磁制动器连接，所述发动机曲轴前端安装有发动机曲轴皮带轮，双离合器传动箱动力输入-输出轴安装有蓄能转换皮带轮，蓄能转换皮带轮通过皮带经由发动机曲轴皮带轮与发动机曲轴传动连接，
所述蓄能转换单元包括蓄能转换单元壳体以及设于其内的滚珠丝杠、滚珠螺母、滑动板、蓄能弹簧和固定板，在靠近电磁制动器一侧的蓄能转换单元壳体上设有导轨；所述固定板固设于靠近双离合器传动箱一侧的蓄能转换单元壳体的一端，蓄能转换单元内与固定板相对的一侧设有滑动板，滑动板的外周固定连接两个导块，导块上滑动设置于导轨内，并沿导轨做直线运动，所述蓄能弹簧置于固定板和滑动板之间。
滚珠丝杠的一端穿过固定板的中央通孔，并与双离合器传动箱连接，滚珠丝杠的另一端穿过滑动板的中央通孔，并与电磁制动器连接，滚珠螺母套装在滚珠丝杠的滚珠丝杠螺纹上，且与滑动板固定连接，上述连接使得导块连同滑动板、滚珠螺母一起只能沿导轨作轴向往复直线运动,所述电磁制动器与电气控制装置电性连接。
优选的，所述的双离合器传动箱包括第一电磁离合器和第二电磁离合器，第一电磁离合器主动端固定连接第一齿轮轴，第一齿轮轴上固定安装第一齿轮，第一电磁离合器的从动端固定连接第三齿轮轴，第三齿轮轴上固定安装第三齿轮，第二电磁离合器主动端固定连接第二齿轮轴，第二齿轮轴上固定安装第二齿轮，第二电磁离合器的从动端固定连接第四齿轮轴，第四齿轮轴上固定安装第四齿轮，在双离合器传动箱内壁固定安装中间齿轮轴，中间齿轮轴安装中间齿轮，所述第二齿轮与第一齿轮常啮合；中间齿轮沿其齿轮周向外侧与第三齿轮和第四齿轮常啮合，所述第一电磁离合器和第二电磁离合器与电气控制装置电性连接。
优选的，所述的滚珠丝杠的一端固定连接到电磁制动器的电磁制动器制动盘上，滚珠丝杠的另一端固定连接到双离合器传动箱的中间齿轮上。
优选的，所述的蓄能转换皮带轮固定安装在第一齿轮轴的另一端上，所述蓄能转换皮带轮通过皮带与发动机曲轴皮带轮传动连接。
优选的，所述的电磁制动器为电磁失电制动器，即电磁制动器通电时，电磁制动器解除制动；电磁制动器断电时，电磁制动器保持制动。
优选的，所述的蓄能弹簧为包括至少两根弹簧套装在一起的弹簧组，蓄能弹簧的一端与固定板固定连接，另一端与滑动板固定连接。
基于本发明的机械结构，本发明还公开了一种弹性蓄能式发动机起停系统的工作方法，包括如下步骤：
a：制动能量回收过程：
当汽车前进过程中制动时，第一电磁离合器和电磁制动器处于通电接合工作状态，第二电磁离合器不通电处于非工作状态，由于第一电磁离合器通电接合，使得第一电磁离合器主动端与第一电磁离合器从动端接合在一起，第一齿轮轴与第三齿轮轴一起转动；
汽车制动所产生的惯性动力由发动机曲轴输入，经发动机曲轴皮带轮、皮带、蓄能转换皮带轮、第一电磁离合器、第三齿轮和中间齿轮传递至蓄能转换单元，带动滚珠丝杠旋转，由于滚珠螺母、滑动板、导块三者连接为一体，且导块只能沿导轨作直线运动，所以滚珠螺母连同滑动板一起向靠近固定板的方向沿导轨作直线运动，使位于滑动板和固定板之间的蓄能弹簧组压缩，将汽车的动能以弹簧弹性势能的形式储存到蓄能弹簧组中；当汽车制动停车后，发动机熄火；
b：制动能量释放过程：
车辆在起步过程中释放蓄能器能量时，第二电磁离合器、电磁制动器通电，电磁制动器处于解除制动工作状态，使滚珠丝杠可作旋转运动，同时第一电磁离合器不通电接合处于非工作状态，由于第二电磁离合器通电接合，使得第二电磁离合器主动端与第二电磁离合器从动端接合在一起，第二齿轮轴与第四齿轮轴一起转动；
在蓄能弹簧的压力作用下，滚珠螺母连同滑动板一起向远离固定板的方向沿导轨作直线运动，使滚珠丝杠作与制动能量回收过程相反的旋转运动，滚珠丝杠将动力经中间齿轮、第四齿轮、第二电磁离合器、第二齿轮、第一齿轮、蓄能转换皮带轮、皮带、发动机曲轴皮带轮，传递至发动机曲轴上，将蓄能转换单元中储存的弹性势能转化为汽车的动能，此时，蓄能转换皮带轮的旋转方向与车辆前进要求的驱动方向相同，驱动汽车行驶，直到完全释放蓄能弹簧组存储的弹性势能为止，然后，再进行发动机的点火启动；
c：制动能量保持过程：
当汽车处于非制动能量回收过程或处于非制动能量释放过程时，第一电磁离合器、第二电磁离合器和电磁制动器均不通电，电磁制动器处于制动状态，滚珠丝杠不旋转，蓄能弹簧组的能量保持不变。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
(1)本发明的弹性蓄能式发动机起停系统的蓄能转换单元，在回收制动能量的过程中，直接将汽车的制动减速过程经过传动装置转换成蓄能转换单元的滚珠丝杠的旋转运动，压缩蓄能弹簧转化为弹性势能；在释放制动能量的过程中，直接将蓄能转换单元的压缩弹簧回收的弹性势能转换成滚珠丝杠的旋转运动，驱动车辆起步加速，实现制动能量的再生。具有结构紧凑、能量转化率高、性能可靠等优点。
(2)本发明的弹性蓄能式发动机起停系统的双离合器传动箱，可将汽车制动能量回收过程和制动能量释放过程中蓄能转换单元的滚珠丝杠相反的旋转方向，转换为双离合器传动箱的第一齿轮轴的同一旋转方向，满足汽车前进行驶的制动能量回收输入和释放制动能量输出对传动方向的要求。
附图说明
图1本发明实施例结构示意图。
图中：
10.发动机曲轴皮带轮11.皮带12.蓄能转换皮带轮
20.蓄能转换单元20a.滚珠丝杠20b.滚珠螺母20c.滑动板20d.导块20e.导轨20f.蓄能弹簧20g.固定板20h.蓄能转换单元壳体
30.电磁制动器30a.电磁制动器制动盘30b.电磁制动器安装板
40.双离合器传动箱40a.第一齿轮40b.第二齿轮40c.第三齿轮40d.中间齿轮40e.第四齿轮40f.第一齿轮轴40g.第二齿轮轴40h.第三齿轮轴40i.中间齿轮轴40j.第四齿轮轴41.第一电磁离合器42.第二电磁离合器
50.后连接支架
100.发动机100a.发动机曲轴。
具体实施方式
再生制动是指汽车在减速或制动时，通过与驱动轮(轴)相连的能量转换装置，把汽车的一部分动能转化为其他形式的能量储存起来，在减速或制动的同时达到回收制动能量的目的；然后在汽车起步或加速时又释放储存的能量，以增加驱动轮(轴)上的驱动力或增加混合动力汽车及汽车的续驶里程。
目前，制动能量还不能被充分的回收利用，只能任由大量的制动动能通过摩擦转变成热能耗散掉，还造成车辆制动系统过早磨损。因此，采用先进的能量回收技术，应用现代车辆设计方法和手段，对汽车的制动能量回收进行深入研究具有十分重要的意义。
再生制动技术针对原本废弃的能量，将其回收再利用，使其获得“新生”，实现节省燃料、降低排放、减小制动噪声、改善车辆制动安全性等作用，为车辆的经济性和全性提供保障。
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中技术方案进行详细的描述。
一种弹性蓄能式发动机起停系统，包括发动机100，发动机100输出端设有发动机曲轴100a，所述的发动机100上端设有固定安装其上的相互连接的蓄能转换单元20、双离合器传动箱40和电磁制动器30，蓄能转换单元20一侧与双离合器传动箱40连接，蓄能转换单元20另一侧与电磁制动器30连接，所述发动机曲轴100a前端安装有发动机曲轴皮带轮10，双离合器传动箱40动力输入-输出轴安装有蓄能转换皮带轮12，蓄能转换皮带轮12通过皮带11经由发动机曲轴皮带轮10与发动机曲轴100a传动连接，
所述蓄能转换单元20包括蓄能转换单元壳体20h以及设于其内的滚珠丝杠20a、滚珠螺母20b、滑动板20c、蓄能弹簧20f和固定板20g，在靠近电磁制动器30一侧的蓄能转换单元壳体20h上设有导轨20e；所述固定板20g固设于靠近双离合器传动箱40一侧的蓄能转换单元壳体20h的一端，蓄能转换单元20内与固定板20g相对的一侧设有滑动板20c，滑动板20c的外周固定连接两个导块20d，导块20d上滑动设置于导轨20e内，并沿导轨20e做直线运动，所述蓄能弹簧20f置于固定板20g和滑动板20c之间。
由于体积的限制，亦即满足实际应用的考虑，本发明的装置不可能做的太大，因此弹簧的设计显得十分重要。优选的，所述的蓄能弹簧20f为包括至少两根套装在一起的弹簧组，蓄能弹簧20f的一端与固定板20g固定连接，另一端与滑动板20c固定连接。多根套装在一起的弹簧组可以在有限的空间内储存更多的能量。
汽车前进过程中的制动、汽车的起步非常频繁，因此蓄能弹簧20f除了，采用多根组合的方式以外，还可以使用高强度压缩弹簧，其弹力大，耐疲劳，能够匹配汽车制动能量回收和释放的需求。
滚珠丝杠20a的一端穿过固定板20g的中央通孔，并与双离合器传动箱40连接，滚珠丝杠20a的另一端穿过滑动板20c的中央通孔，并与电磁制动器30连接，滚珠螺母20b套装在滚珠丝杠20a的滚珠丝杠螺纹上，且与滑动板20c固定连接，在滚珠螺母20b的一端面上述连接使得导块20d连同滑动板20c、滚珠螺母20b一起只能沿导轨20e作轴向往复直线运动,所述电磁制动器30与电气控制装置电性(图中未示出)连接。
基于现有的电气技术和实际需求，电气控制装置可以有单片机进行构建，单片机是靠程序工作的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，单片机通过编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！目前最常用的单片机为mcs-51，是由美国intel公司(生产cpu的英特尔)生产的，89c51是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国atmel公司开发生产的，其内核兼容mcs-51单片机。
理论上汽车制动能量回收的方法有气压储能、液压储能、飞轮储能和电储能。空气储能装置结构庞大，密封性能要求很高，实用化困难；液压储能装置能量密度低，但功率密度大，其零部件密封性能要求高，控制结构复杂和存在工作噪声等；飞轮储能装置功率密度较大，其体积小质量轻，但要求高转速和周围空间真空，技术上实现较复杂，且只能短时间储能；电储能各方面性能均很好，且结构简单，只是功率密度低，能量转换环节多。
本发明极其适合车辆储能使用，能量转化率高、结构紧凑，制造工艺相对简单，制动能量回收、释放过程容易控制，成本低。
发明提供的一种一种弹性蓄能式发动机起停系统，其制动能量回收过程、制动能量释放过程，以及制动能量保持过程，均与双离合器传动箱40密不可分，下面是双离合器传动箱40的一种实施例为：
所述的双离合器传动箱40包括第一电磁离合器41和第二电磁离合器42，第一电磁离合器41主动端固定连接第一齿轮轴40f，第一齿轮轴40f上固定安装第一齿轮40a，第一电磁离合器41的从动端固定连接第三齿轮轴40h，第三齿轮轴40h上固定安装第三齿轮40c，第二电磁离合器42主动端固定连接第二齿轮轴40g，第二齿轮轴40g上固定安装第二齿轮40b，第二电磁离合器42的从动端固定连接第四齿轮轴40j，第四齿轮轴40j上固定安装第四齿轮40e，在双离合器传动箱40内壁固定安装中间齿轮轴40i，中间齿轮轴40i安装中间齿轮40d，所述第二齿轮40b与第一齿轮40a常啮合；中间齿轮40d沿其齿轮周向外侧与第三齿轮40c和第四齿轮40e常啮合。所述第一电磁离合器41和第二电磁离合器42与电气控制装置电性连接。
以上的创新和巧妙设计，既能保证汽车制动能量的回收，又能保证在汽车在起步时，双离合器传动箱40输出轴的旋转方向与发动机得而输出轴的旋转方向相同，用以将储存的都能驱动汽车的起步行驶。
蓄能转换皮带轮12与双离合器传动箱40连接的一个具体方案为，所述的蓄能转换皮带轮12固定安装在第一齿轮轴40f的另一端上，所述蓄能转换皮带轮12通过皮带11与发动机曲轴皮带轮10传动连接。
关于滚珠丝杠20a的一个具体连接关系为：所述的滚珠丝杠20a的一端固定连接到电磁制动器30的电磁制动器制动盘30a上，滚珠丝杠20a的另一端固定连接到双离合器传动箱40的中间齿轮40d上
电磁制动器30通过电磁制动器安装板30b固定安装在后连接支架50上后，连接支架50与蓄能转换单元壳体20h和发动机100固定连接。优选的，所述的电磁制动器30为电磁失电制动器，即电磁制动器通电时，电磁制动器解除制动；电磁制动器断电时，电磁制动器保持制动。电磁制动器30的这种设计，能够实现汽车前进过程中制动能量的回收过程、汽车在起步时制动能量的释放，以及当汽车处于非制动能量回收过程或处于非制动能量释放过程时的制动能量的有效保持。
基于本发明的创新的机械结构，本发明还公开了一种弹性蓄能式发动机起停系统的工作方法，亦即本发明的工作过程。以下的详述足够明晰和完整，不再进行其他赘述。
a：制动能量回收过程：
当汽车前进过程中制动时，第一电磁离合器41和电磁制动器30处于通电接合工作状态，第二电磁离合器42不通电处于非工作状态，由于第一电磁离合器41通电接合，使得第一电磁离合器41主动端与第一电磁离合器41从动端接合在一起，第一齿轮轴40f与第三齿轮轴40h一起转动；
汽车制动所产生的惯性动力由发动机曲轴100a输入，经发动机曲轴皮带轮10、皮带11、蓄能转换皮带轮12、第一电磁离合器41、第三齿轮40c和中间齿轮40d传递至蓄能转换单元20，带动滚珠丝杠20a旋转，由于滚珠螺母20b、滑动板20c、导块20d三者连接为一体，且导块20d只能沿导轨20e作直线运动，所以滚珠螺母20b连同滑动板20c一起向靠近固定板20g的方向沿导轨20e作直线运动，使位于滑动板20c和固定板20g之间的蓄能弹簧20f压缩，将汽车的动能以弹簧弹性势能的形式储存到蓄能弹簧20f中；当汽车制动停车后，发动机100熄火；
b：制动能量释放过程：
当汽车在起步过程中释放蓄能器能量时，第二电磁离合器42、电磁制动器30通电，电磁制动器30处于解除制动工作状态，使滚珠丝杠20a可作旋转运动，同时第一电磁离合器41不通电接合处于非工作状态，由于第二电磁离合器42通电接合，使得第二电磁离合器42主动端与第二电磁离合器42从动端接合在一起，第二齿轮轴40g与第四齿轮轴40j一起转动；
在蓄能弹簧20f的压力作用下，滚珠螺母20b连同滑动板20c一起向远离固定板20g的方向沿导轨20e作直线运动，使滚珠丝杠20a作与制动能量回收过程相反的旋转运动，滚珠丝杠20a将动力经中间齿轮40d、第四齿轮40e、第二电磁离合器42、第二齿轮40b、第一齿轮40a、蓄能转换皮带轮12、皮带11、发动机曲轴皮带轮10，传递至发动机曲轴100a上，将蓄能转换单元20中储存的弹性势能转化为汽车的动能，驱动汽车行驶，直到完全释放蓄能弹簧20f存储的弹性势能为止，然后，再进行发动机100的点火启动；
c：制动能量保持过程：
当汽车处于非制动能量回收过程或处于非制动能量释放过程时，第一电磁离合器41、第二电磁离合器42和电磁制动器30均不通电，电磁制动器30处于制动状态，滚珠丝杠20a不旋转，蓄能弹簧组20f的能量保持不变。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。