基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统及驱动方法与流程

本发明涉及汽车混合动力驱动系统领域，具体地说是一种基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统及驱动方法。

背景技术：

车辆启动及行驶过程中的动力由汽车的发动机提供，在汽车制动以及启动过程中耗油量大，汽车制动时动能以热能的形式损失掉，造成了能源的浪费。

2015年7月29日公开的公开号为cn104802774a的中国专利，提出一种基于涡卷弹簧的汽车制动能量再利用装置，，包括传动单元、移动单元，其中传动单元包括制动锥齿轮、加速锥齿轮以及配合锥齿轮，制动锥齿轮、加速锥齿轮同轴镜像对称安装在汽车车轮的驱动轴上，制动锥齿轮、加速锥齿轮的锥形部位相向设置，制动锥齿轮、加速锥齿轮之间留有间隙，在该间隙内设置有一可分别与制动锥齿轮、加速锥齿轮啮合的配合锥齿轮，该配合锥齿轮通过移动单元在制动锥齿轮、加速锥齿轮之间实现往复运动。该技术方案中，通过涡卷弹簧与锥齿轮的配合，实现动能的回收与释放的适时切换，对锥齿轮的啮合要求较高，长期使用锥齿轮造成磨损或者齿轮啮合之间容易造成偏差，从而影响动能的回收与释放。

如何通过结构简单便于实现的储能释能装置来回收汽车启动以及制动过程的动能，并将储存的能量释放用于辅助汽车的启动或制动，是需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统及驱动方法，来解决如何通过简单易实现的储能释能装置回收并释放汽车制动或启动过程的能量的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：

基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统，包括发动机、控制器和驱动轴，发动机能够带动驱动轴转动，还包括液压弹簧储能装置，液压弹簧储能装置包括液压泵、液压缸、固定板、连接板、储能弹簧和止动装置，液压泵的输出轴与驱动轴连接，液压缸的活塞杆与液压泵的输出轴平行且背对设置，液压缸的缸筒与液压泵的油腔之间连通有油管，上述液压泵、油管和液压缸依次连通组成动力传动机构；连接板设置在液压缸的活塞杆的外端，且液压缸的活塞杆的轴线垂直于连接板的板面，固定板设置在液压缸的缸筒上，且固定板与连接板相对设置，储能弹簧套接在液压缸的外侧，储能弹簧与液压缸的活塞杆同轴线设置并连接在固定板和连接板之间，动力传动机构与转动的驱动轴配合能够带动储能弹簧形变并回收制动能，且储能弹簧形变释放的能量能够通过动力传动机构传输至驱动轴；止动装置与连接板连接，止动装置能够带动储能弹簧维持当前的形变储能状态；固定板或连接板上设置有位移传感器，位移传感器用于检测固定板与连接板之间的距离；位移传感器、液压泵以及发动机均与控制器连接。

其中，发动机带动驱动轴转动，转动的驱动轴作用于该液压弹簧储能装置上并带动液压弹簧储能装置中的储能弹簧形变，储能弹簧形变可回收制动能，液压弹簧储能装置回收的制动能在储能弹簧相变释能时可释放并作用于驱动轴，从而带动驱动轴转动，通过液压弹簧储能装置实现对制动能的回收和利用。

进一步的，连接板上与液压缸背对的侧面为连接板的背面；止动装置包括拉线、绕线机构以及止动机构，拉线的一端连接在连接板的背面，拉线的另一端缠绕在绕线机构上，在动力传动机构传动过程中绕线机构能够供拉线伸缩；止动机构与绕线机构连接，在动力传动机构停驻时止动机构能够通过绕线机构带动储能弹簧维持当前的形变储能状态。在车体停驻时，可通过止动装置锁止储能弹簧的储能状态，防止储能弹簧形变释能。

进一步的，绕线机构包括连接轴、拉线盘和卷簧，连接轴位于连接板的背面处，拉线的另一端缠绕在拉线盘上，拉线盘设置在连接轴上并与连接轴转动配合，卷簧的内端设置在连接轴上，卷簧能够通过连接轴带动拉线盘转动，在动力传动机构传动过程中上述卷簧、连接轴和拉线盘配合能够带动位于拉线盘和连接板之间的拉线维持平直状态。

进一步的，止动机构包括驱动件和主要由轮彀和包闸片组成的包闸，轮彀设置在连接轴上并与连接轴转动配合，包闸片设置在轮彀上，驱动件与包闸片连接，驱动件能够通过包闸带动连接轴停驻。

进一步的，驱动件为装配于车体上的手闸。

进一步的，储能弹簧共多个，上述多个储能弹簧的直径依次增加，上述多个储能弹簧同轴线设置并依次套接在液压缸的外侧。

基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动方法，通过如上述所述的任一项基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统启动并驱动车体行驶，液压弹簧储能装置包括三种工作状态，分别为保持不变状态、能够回收制动能的储能状态以及能够释放能量的释能状态，通过液压弹簧储能装置的储能状态回收制动能，并通过液压弹簧储能装置在释能状态释放的能量辅助发动机驱动车体行驶。

进一步的，包括如下工作模式：

在发动机驱动过程中，当车体加速时，判断液压弹簧储能装置的储能值，如果液压弹簧储能装置的储能值达到预定值，则液压弹簧储能装置设置为释能状态，通过液压弹簧储能装置释放的能量辅助发动机带动车体加速，如果液压弹簧储能装置的储能值低于预定值，则液压弹簧储能装置设置为保持不变状态；

在车辆行驶过程中，当车体速度大于预定车速时，判断液压弹簧储能装置的储能值，如果液压弹簧储能装置的储能值达到预定值，则液压弹簧储能装置设置为保持不变状态，如果液压弹簧储能装置的储能值低于预定值，则液压弹簧储能装置设置为储能状态。。

进一步的，通过液压弹簧储能装置的储能状态回收制动能，包括如下步骤：通过转动的驱动轴将制动能传输至动力传动机构，通过动力传动机构将制动能传输至储能弹簧并带动储能弹簧形变储能；通过液压弹簧储能装置在释能状态释放的能量辅助发动机驱动车体行驶，包括如下步骤：储能弹簧形变将弹性能转化为动能，形变的储能弹簧通过动力传动机构将动能传输至驱动轴并带动驱动轴转动。

进一步的，判断液压弹簧储能装置的储能值，包括如下步骤：通过位移传感器检测固定板与连接板之间的间距值，以固定板与连接板的间距值作为评判液压弹簧储能装置的储能值的标准，如果固定板与连接板的间距值小于预定值，则液压弹簧储能装置的储能值低于预定值，如果固定板与连接板的间距值达到或超出预定值，则液压弹簧储能装置的储能值达到预定值。

本发明的基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统及驱动方法具有以下优点：

1、通过该液压弹簧储能装置将制动能弹性能存储起来，在车体加速或高速行驶过程中，再将该液压弹簧储能装置中存储的弹性能转化为动能并传输至驱动轴上，实现了能源的存储利用，避免了能源的浪费；

2、液压泵与液压缸组成的动力传动机中动力传输为直线式，通过上述动力传动机构来传递和回收能量，具有结构简单、能量传输效率高的优点；

3、通过储能弹簧存储能量，具有能量转换效率高、能量损失低、使用寿命长以及成本低的优点；

4、储能弹簧储能后，在驻车状态下，驱动件与包闸配合将拉线锁止，储能弹簧维持当前的形变储能状态，避免能量损失，也避免了对液体的挤压，减少了液体泄漏的可能。

5、驱动件选用手闸，手闸为车体本来装配的器件，节省了物料，节约了资源，便于实现对车体运行状态的控制。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

附图1为实施例1液压弹簧储能装置的结构示意图；

附图2为附图1中止动装置的a向结构示意图；

附图3为实施例1液压弹簧储能装置与驱动轴的结构示意图；

附图4为实施例1基于液压弹簧储能驱动的混合动力驱动系统的结构框图；

图中：1、液压泵，2、液压泵的输出轴，3、油管，4、固定板，5、液压缸的缸筒，6、油，7、活塞，8、液压缸的活塞杆，9、连接板，10、连接环，11、拉线，12、拉线盘，13、连接轴，14、卷簧，15、轮彀，16、包闸片，17、手闸线，18、手闸，19、储能弹簧，20、位移传感器，21、驱动轴，22、控制器，23、液压弹簧储能装置，24、发动机。

具体实施方式

参照说明书附图和具体实施例对本发明的基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统及驱动方法以下详细地说明。

实施例1：

如附图1、附图2、附图3和附图4所示，本发明的基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统，包括发动机24、控制器22、驱动轴21和液压弹簧储能装置23，发动机24作用于驱动轴21，用于带动驱动轴21转动，转动的驱动轴21作用于液压弹簧储能装置23并将制动能传输至液压弹簧储能装置23，液压弹簧储能装置23用于回收制动能，并通过形变将制动能转换为弹性能进行存储，在车体加速或高速运行时，液压弹簧储能装置23可通过形变将弹性能转化为动能并传输至驱动轴21，辅助发动机24。

其中，液压弹簧储能装置23包括液压泵1、液压缸、固定板4、连接板9、储能弹簧19和止动装置，液压缸设置在车体的驱动轴21处，且液压缸的输出轴与车体的驱动轴21连接，转动的驱动轴21能够带动液压缸的输出轴转动，以带动液压泵1的油腔内的油6流动到液压缸的缸筒5内，液压缸的活塞杆8与液压泵的输出轴2平行且背对设置，液压缸的缸筒5与液压泵1的油腔之间连通有油管3，液压缸的油腔、油管3以及活塞7与液压缸的缸筒5之间组成的空间内流通有油6，上述液压泵1、油管3和液压缸依次连通组成动力传动机构；连接板9设置在液压缸的活塞杆8的外端，且液压缸的活塞杆8的轴线垂直于连接板9的板面，固定板4设置在液压缸的缸筒5上，且固定板4与连接板9相对设置，两个不同直径的储能弹簧19依次套接在液压缸的外侧，两个储能弹簧19均与液压缸的活塞杆8同轴设置并均连接在固定板4和连接板9之间；该动力传动机构可沿着液压缸的活塞杆8的伸缩方向传送动能，并能够通过连接板9带动两个储能弹簧19形变，储能弹簧19发生形变可将动能转化为弹性能进行能量的存储，同时，储能弹簧19通过形变将其存储的弹性能转换为动能，并通过动力传动机构将动能传输至驱动轴21；止动装置与连接板9连接，止动装置能够带动储能弹簧19维持当前的形变储能状态，避免储能弹簧19形变释能。

其中，连接板9上与液压缸背对的侧面为连接板9的背面，连接板9的背面上设置位移传感器20以及半圆弧状的连接环10，位移传感器20与控制器22连接，用于检测固定板4与连接板9之间的间距值，并将固定板4与连接板9之间的间距值传输至控制器22，便于根据固定板4与连接板9之间的间距值判断储能弹簧19的拉伸长度或压缩长度，以判断储能弹簧19存储的能量值。

止动装置包括拉线11、绕线机构以及止动机构，拉线11的一端连接在连接环10上，拉线11的另一端缠绕在绕线机构上，在动力传动机构传动过程中绕线机构能够供拉线11伸缩；止动机构与绕线机构连接，在动力传动机构停驻时止动机构能够通过绕线机构带动储能弹簧19维持当前的形变储能状态。

本实施例中，绕线机构包括连接轴13、拉线盘12和卷簧14，连接轴13位于连接板9的背面处，拉线11的另一端缠绕在拉线盘12上，拉线盘12设置在连接轴13上并与连接轴13转动配合，卷簧14的内端设置在连接轴13上，卷簧14通过其形变带动连接轴13转动，并通过连接轴13带动拉线盘12转动，在动力传动机构传动过程中上述卷簧14、连接轴13和拉线盘12配合能够带动位于拉线盘12和连接板9之间的拉线11维持平直状态，以满足如下条件：当连接板9向拉线盘12方向移动时，使得拉线11缠绕在拉线盘12上；当连接板9向固定板4的方向移动时，放出更多的拉线11供连接板9向固定板4方向移动。止动机构包括驱动件和主要由轮彀15和包闸片16组成的包闸，轮彀15设置在连接轴13上并与连接轴13转动配合，包闸片16设置在轮彀15上，驱动件与包闸片16连接，驱动件能够通过包闸带动连接轴13停驻。

具体地，当发动机24带动驱动轴21转动时，转动的驱动轴21通过液压泵的输出轴2向动力传动机构传输制动能，液压泵1与液压缸之间导通方向为油6由液压泵1的油腔流向液压缸的缸筒5，动力传动机构的传动方向为液压泵1导向液压缸，该动力传动机构通过连接板9带动两个储能弹簧19向远离固定板4的方向移动时，连接板9与拉线盘12之间的间距变小；同时，车体启动或行驶过程中，卷簧14形变并带动连接轴13转动，转动的连接轴13带动拉线盘12转动，从而实现将拉线11缠绕到拉线盘12上，以确保位于拉线盘12与连接板9之间的拉线11处于平直状态。

驱动件为手闸18，手闸18通过手闸线17与包闸连接，当车体停驻或者储能弹簧19的储能量达到预定值时，拉动手闸18，手闸线17拉紧并通过包闸将连接轴13锁止，拉线盘12被锁止，从而将储能弹簧19维持当前的形变状态，避免储能弹簧19回缩；

当需要释能时，液压泵1与液压缸之间导通方向为油6由液压缸的缸筒5流向液压泵1的油腔，动力传动机构的传动方向为液压缸导向液压泵1，在释能过程中手闸18为松开状态，止动机构解除对连接轴13的锁止，连接轴13处于自由状态，储能弹簧19的弹性能转化为动能，在动能的驱动下，储能弹簧19回缩并通过连接板9带动液压缸的伸缩杆向靠近固定板4的方向移动，液压缸的伸缩杆与活塞7配合将液压缸内的油6通过油管3挤压至液压泵1的油腔内，即通过动力传动机构将动能传输至驱动轴21，实现储能弹簧19存储的能量的再利用。

液压弹簧储能装置23包括三种工作状态，分别为保持不变状态、储能状态和释能状态，其中，保持不变状态为储能弹簧19维持当前状态，储能状态为储能弹簧19发生形变并通过形变回收制动能，释能状态为储能弹簧19发生形变并通过形变释放能量，其中：

储能状态，发动机24带动车体的驱动轴21转动，同时车体的驱动轴21带动液压泵的输出轴2转动、将液压泵1的油腔内的油6挤压到液压缸的缸筒5内，从而带动液压缸的伸缩杆向远离固定板4的方向移动，液压缸的伸缩杆通过连接板9带动储能弹簧19向远离固定板4的方向移动，储能弹簧19拉伸形变产生弹性能，即将制动能通过动力传动机构传输至储能弹簧19并转换为弹性能进行存储；当车体停驻时，拉动手闸18，手闸18锁止并通过连接轴锁止拉线盘12及拉线11的运动，从而锁止储能弹簧19，储能弹簧19维持当前的形变状态进行储能，避免能量的损失，同时也避免对油6的挤压，减少油6的泄露。

释能状态，手闸18为松开状态，解除对连接轴13的锁止，则卷簧14和连接轴13均处于自由状态，储能弹簧19回缩并通过连接板9带动液压缸的伸缩杆向靠近固定板4的方向移动，液压缸的伸缩杆与液压缸的活塞7配合将液压缸的缸筒5内的油6挤压至液压泵1的油腔内，液压泵的输出轴2转动并带动车体的驱动轴21转动，即储能弹簧19存储的弹性能转换为动能，并通过动力传动机构将动能传输并作用至车体的驱动轴21。

本发明基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统的工作方式为：发动机24作用于驱动轴21并带动驱动轴21转动，转动的驱动轴21通过转动轴将制动能传输至动力传动机构，动力传动机构在制动能的驱动下带动储能弹簧19形变，储能弹簧19形变将动能转换为弹性能进行存储；车体加速或高速行驶时，可控制储能弹簧19进行形变释能，储能弹簧19释形变过程中带动动力传动机构向驱动轴21的方向传动，从而通过动力传动机构将动能传输至驱动轴21，以辅助发动机24带动驱动轴21转动。具体地，包括如下工作模式：

模式一：在发动机24驱动过程中，当车体加速时，判断液压弹簧储能装置23的储能值，如果液压弹簧储能装置23的储能值达到预定值，则液压弹簧储能装置23设置为释能状态，通过液压弹簧储能装置23辅助发动机24带动车体加速，如果液压弹簧储能装置23的储能值低于预定值，则液压弹簧储能装置23设置为保持不变状态；

模式二、在车辆行驶过程中，当车体速度大于预定车速时，判断液压弹簧储能装置23的储能值，如果液压弹簧储能装置23的储能值达到预定值，则液压弹簧储能装置23设置为保持不变状态，如果液压弹簧储能装置23的储能值低于预定值，则液压弹簧储能装置23设置为储能状态。

本发明中，止动机构通过绕线机构以及拉线11来锁止储能弹簧19，鉴于在储能弹簧19形变过程中连接板9发生移动，与连接板9连接的拉线11会随着储能弹簧19的伸缩发生改变，需要绕线机构来差绕拉线11或者放出更多拉线11满足连接板9的移动，在实际应用中，可选用现有的其它可收紧或拉出拉线11的绕线机构，如绕线辊，并不限于本实施例的方案；对应的，手闸18与包闸配合用于锁止绕线机构，通过锁止拉线11的伸缩来锁止储能弹簧19，如果在应用中，绕线机构为本实施公开的绕线机构或者为绕线辊，则可选用能够驱动轴21转动的其他装置，如电机。

同时，在实际应用中，可将位移传感器20设置在固定板4上，位移传感器20与控制连接，用于检测固定板4与连接板9的间距值，依据固定板4与连接板9的间距值得出储能弹簧19的伸长长度或压缩长度，进而得知储能弹簧19储存的能量，从而得到该液压弹簧储能装置23的储能值。

实施例2：

本发明的基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动方法，通过实施例1中公开的基于液压弹簧储能装置的发动机混合驱动系统启动并驱动车体行驶，液压弹簧储能装置23包括三种工作状态，分别为保持不变状态、能够回收制动能的储能状态以及能够释放能量的释能状态，通过液压弹簧储能装置23的储能状态回收制动能，并通过液压弹簧储能装置23在释能状态释放的能量辅助发动机24驱动车体行驶。具体地，包括如下工作模式：

模式一：在发动机24驱动过程中，当车体加速时，判断液压弹簧储能装置23的储能值，如果液压弹簧储能装置23的储能值达到预定值，则液压弹簧储能装置23设置为释能状态，通过液压弹簧储能装置23辅助发动机24带动车体加速，如果液压弹簧储能装置23的储能值低于预定值，则液压弹簧储能装置23设置为保持不变状态；

模式二、在车辆行驶过程中，当车体速度大于预定车速时，判断液压弹簧储能装置23的储能值，如果液压弹簧储能装置23的储能值达到预定值，则液压弹簧储能装置23设置为保持不变状态，如果液压弹簧储能装置23的储能值低于预定值，则液压弹簧储能装置23设置为储能状态。

其中，通过液压弹簧储能装置23的储能状态回收制动能，即为：发动机24带动驱动轴21转动，转动的驱动轴21将制动能传输至动力传动机构，通过动力传动机构将制动能传输至储能弹簧19并带动储能弹簧19形变储能，具体包括如下步骤：

（1）、发动机24作用于驱动轴21，驱动轴21转动并将制动能传输至液压泵的输出轴2上，液压泵1和液压缸配合通过连接板9带动储能弹簧19向远离固定板4的方向拉伸，通过储能弹簧19的形变将动能转化弹性能进行存储；

（2）、在储能弹簧19向远离固定板4的方向拉伸的过程中，通过绕线机构缠绕拉线11并带动位于拉线盘12与上述移动的连接板9之间的拉线11处于伸直状态，具体为：卷簧14形变并通过连接轴13带动拉线盘12转动，转动的拉线盘12带动位于拉线盘12与上述移动的连接板9之间的拉线11处于伸直状态；

（3）、在动力传动机构停驻时，开启止动件，止动件通过止动机构锁止绕线机构，通过锁止的绕线机构与拉线11的配合带动储能弹簧19维持当前的拉伸状态，具体为：在动力传动机构停驻时，拉动手闸18，手闸18通过包闸带动连接轴13停止转动，停止转动的连接轴13与拉线盘12和拉线11配合并通过连接板9带动储能弹簧19维持当前的拉伸状态。

通过液压弹簧储能装置23在释能状态释放的能量辅助发动机24驱动车体行驶，即为：储能弹簧19形变将弹性能转化为动能，并通过动力传动机构将动能传输至驱动轴21释能，具体包括如下步骤：储能弹簧19的弹性能转换为动能，动能驱动储能弹簧19向靠近固定板4的方向压缩，压缩的储能弹簧19通过连接板9带动液压缸的伸缩杆向靠近固定板4的方向移动，并通过动力传动机构将动能传输至驱动轴21并带动驱动轴21转动。

判断液压弹簧储能装置23的储能值，包括如下步骤：通过位移传感器20检测固定板4与连接板9之间的间距值，以固定板4与连接板9之间的间距值作为评判液压弹簧储能装置23的储能值的标准，如果固定板4与连接板9之间的间距值小于预定值，则液压弹簧储能装置23的储能值低于预定值，如果固定板4与连接板9之间的间距值达到或超出预定值，则液压弹簧储能装置23的储能值达到预定值。

通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。