扭矩储存及释放机构的制作方法

本实用新型涉及一种扭矩储存及释放机构。更具体地说，涉及一种在车辆行驶过程中储存富余扭矩并在发动机扭矩需求较大时释放富余扭矩的机构。

背景技术：

在车辆行驶过程中，经常会发生发动机扭矩富余的情况。例如，在车辆加速工况下，驾驶员为了追求动力性常常会大开度地踩下油门踏板。此时，发动机的扭矩、转速及油耗均会陡然升高。这就会导致扭矩在加速的前期阶段一直处于过充裕状态。这样的状态对于车辆行驶的经济性来说是非常不利的，其原因在于：

(1)扭矩陡然升高会造成车辆在加速前期出现冲击，影响驾驶平顺性；

(2)大幅度地踩踏油门踏板产生了富余的扭矩，不仅意味着过大的油门，而且还意味着更多的喷油。这样，就造成了燃油经济性的恶化。

为了避免扭矩富余的情况发生，当前各电控厂商大多借助抑制节气门的开度、推迟点火等手段来降低燃烧效率，人为地抑制发动机输出扭矩，从而达到驾驶平稳的目的。但是，燃烧效率的下降意味着燃油经济性与动力性的下降，这又是汽车厂商不希望看到的结果。

为此，本领域的技术人员一直在尝试利用车辆行驶过程中富余的扭矩。

例如，在由华北电力大学于2011年11月2日提交的中国专利cn102442208b中，公开了一种机械弹性储能驱动装置。该发明的目的是使燃油的化学能最大程度地转化为涡簧的弹性势能，并储存汽车减速和刹车时消耗掉的动能。

在该发明中，发动机燃烧产生的扭矩全部转化为涡簧的弹性势能。当汽车运行时，涡簧释放能量。这样，在汽车发动机运转时，这种能量转化及储存系统需要一直高负荷地工作。因此，对系统的可靠性要求非常高，而且对涡簧的弹性范围也有很高的要求，这直接导致运行成本过高。

在由张善才于2007年11月1日提交的中国实用新型专利cn201089445y中，公开了一种汽车储能减速装置，其中，主传动轴上连接副轴，副轴两端分别与压气齿轮、气动齿轮和电动机齿轮啮合。压气齿轮通过电磁离合器连接压气机，气动齿轮通过电磁离合器连接气动机，而电动机齿轮通过电磁离合器连接两用电动机。各电磁离合器分别电气连接到制动踏板和助力开关，压气机和气动机连接到储气罐，两用电动机连接电池组，使得储能减速装置在踩下刹车踏板时回收刹车能量。当助力开关打开时，储存的电能和压缩空气可重新用于驱动。

该实用新型的目的是储存并利用汽车减速时的能量。在该实用新型中，所采用的能量储存方式是将能量转化为空气压缩能和电能，所采用的能量释放是通过助力开关把电能和液压能返回到主轴上，所采用的能量转换方式是将压气机产生的压缩空气送到储气罐或将发电机发出的电能输送到电池组中，最终转化为压缩能和电能，以此使得汽车减速。但是，虽然能够利用汽车减速时的能量，但发动机并不能全程均处于燃油最佳燃烧区间内，因此燃油经济性和排放并没有得到最大程度的优化。

因此，目前需要研制一种扭矩储存及释放机构，该机构使发动机全程在燃油最佳燃烧区间内运转，提高燃油经济性并优化特定工况的排放。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种扭矩储存及释放机构，该机构使发动机全程在燃油最佳燃烧区间内运转，提高燃油经济性并优化特定工况的排放。

本实用新型涉及一种用于车辆的扭矩储存及释放机构，该机构由动力接口单元、能量转换单元和液压储存单元构成，其中，动力接口单元与能量转换单元相关联并且在扭矩储存模式与扭矩释放模式之间可切换，将车辆行驶过程中富余的扭矩输送到能量转换单元或者从能量转换单元接收先前储存的富余扭矩，能量转换单元设置在动力接口单元与液压储存单元之间，将动能转换为液压能或将液压能转换为动能；并且液压储存单元与能量转换单元相关联，将具有高压力的液压油储存在其中。

在一个较佳实施例中，动力接口单元可以包括：设置在发动机和驱动桥之间的主轴；同轴安装在主轴上的第一齿轮组；与主轴平行设置的副轴；同轴安装在副轴上的第二齿轮组；以及同轴设置在副轴上的同步器、凸轮和液压马达。

具体来说，第一齿轮组包括第一扭矩存储齿轮和第一扭矩释放齿轮，第二齿轮组包括配备有第一电磁线圈的第二扭矩存储齿轮和配备有第二电磁线圈的第二扭矩释放齿轮，第二扭矩存储齿轮和第二扭矩释放齿轮分别与第一扭矩存储齿轮和第一扭矩释放齿轮可啮合。

较佳的是，在第二扭矩释放齿轮与第一扭矩释放齿轮之间可以设置有至少一个中间齿轮21b。

另外，同步器可以设置在第二扭矩存储齿轮和第二扭矩释放齿轮之间，凸轮可以设置在副轴的第一端处，而液压马达与副轴的第二端连接。

另一方面，能量转换单元包括：设置在液压油箱内的低压油泵；与凸轮相关联并对流经其的液压油加压的液压油泵；连接低压油泵和液压油泵并输送低压液压油的第一管路；连接液压油泵和液压储存单元的入口并输送高压液压油的第二管路；以及连接液压储存单元的出口和液压马达并输送高压液压油的第三管路。

较佳的是，液压油泵与凸轮可以抵靠接触并随着凸轮的转动而沿其自身轴线往复运动。

或者，液压存储单元的入口和出口可以整合成一个出入口，并且在第二管路上设置三位两通阀，第三管路设置成连接三位两通阀和液压马达。

更佳的是，在低压油泵与液压油泵之间的第一管路上可以设置有仅允许单向流动的单向阀。

再一方面，液压储存单元包括：液压储能器；检测液压储能器中的油压的油压传感器；以及设置在液压储能器与液压油箱之间的第四管路中的溢流阀。

上述技术方案的优点在于：该机构使发动机全程在燃油最佳燃烧区间内运转，提高燃油经济性并优化特定工况的排放。

附图说明

为了进一步说明本实用新型的扭矩储存及释放机构的结构和工作流程，下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明，其中：

图1是本实用新型的扭矩储存及释放机构的整体示意图；

图2是图1的扭矩储存及释放机构处在扭矩储存模式下的示意图，其中为了清楚起见，该示意图省略了扭矩储存及释放机构中部分涉及扭矩释放的部件；

图3是图1的扭矩储存及释放机构处在扭矩释放模式下的示意图，其中为了清楚起见，该示意图省略了扭矩储存及释放机构中部分涉及扭矩储存的部件；以及

图4是本实用新型的扭矩储存及释放机构的工作流程图。

附图标记说明

1发动机

2变速器

3主轴

3a副轴

4同步器

5驱动桥

6凸轮

7液压油泵

8低压油泵

9液压油箱

10单向阀

11三通两位阀

12液压储能器

13油压传感器

14溢流阀

15ecu

20a第一扭矩存储齿轮

20b第二扭矩存储齿轮

21a第一扭矩释放齿轮

21b中间齿轮

21c第二扭矩释放齿轮

s1、s2第一、第二电磁阀

s3线圈

s4、s5三通两位阀线圈

l1-l4第一至第四管路

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的扭矩储存及释放机构的结构和工作流程，其中，相同的部件由相同的附图标记进行标示。

图1是本实用新型的扭矩储存及释放机构的整体示意图。

如图1所示，扭矩储存及释放机构基本上由动力接口单元、能量转换单元和液压储存单元构成，其中，动力接口单元与能量转换单元相关联，并且能够在扭矩储存模式与扭矩释放模式之间切换，从而将车辆行驶过程中富余的扭矩输送到能量转换单元或者从能量转换单元接收先前储存的富余扭矩。能量转换单元设置在动力接口单元与液压储存单元之间，以将动能转换为液压能或将液压能转换为动能。液压储存单元与能量转换单元相关联，以将具有高压力的液压油储存在其中。

需要说明的是，在本实用新型中，术语“关联”并不仅仅表示通过管路连接。在汽车领域众所周知的是，各部件可以通过接触、电磁作用、耦合等方式相互作用，这些均应当落入本实用新型的保护范围之内。

请继续参见图1，动力接口单元包括：设置在发动机1和驱动桥5之间的主轴3；同轴安装在主轴3上的第一齿轮组20a、21a；与主轴3平行设置的副轴3a；同轴安装在副轴3a上的第二齿轮组20b、21c；以及同轴设置在副轴3a上的同步器4、凸轮6和液压马达16。

第一齿轮组20a、21a包括第一扭矩存储齿轮20a和第一扭矩释放齿轮21a。当扭矩储存及释放机构处于扭矩储存模式中时，发动机1通过主轴3带动第一扭矩存储齿轮20a旋转；当扭矩储存及释放机构处于扭矩释放模式中时，第一扭矩释放齿轮21a带动主轴3旋转。

第二齿轮组20b、21c包括配备有第一电磁线圈s1的第二扭矩存储齿轮20b和配备有第二电磁线圈s2的第二扭矩释放齿轮21c，第二扭矩存储齿轮20b和第二扭矩释放齿轮21c可分别与第一扭矩存储齿轮20a和第一扭矩释放齿轮21a直接或间接啮合。

在一个较佳实施例中，在第二扭矩释放齿轮21c与第一扭矩释放齿轮21a之间可以设置有至少一个中间齿轮21b，以使第一扭矩释放齿轮21c与第一扭矩释放齿轮21a的能量传递更加可靠。

当扭矩储存及释放机构处于扭矩储存模式中时，第一扭矩存储齿轮20a带动第二扭矩储存齿轮20b以及副轴3a旋转；当扭矩储存及释放机构处于扭矩释放模式中时，副轴3a带动第二扭矩释放齿轮21c旋转并通过中间齿轮21b将转动传递给第一扭矩释放齿轮21a。

在本实用新型的一个较佳实施例中，同步器4设置在第二扭矩存储齿轮20b和第二扭矩释放齿轮21c之间，凸轮6设置在副轴3a的第一端处，而液压马达16则与副轴3a的第二端连接。当然，对于本领域普通技术人员来说，也可以将同步器4、凸轮6和液压马达16设置在副轴3a的其它适当位置上，这些变型都应当被视为落在本实用新型的保护范围之内。

当扭矩储存及释放机构处于扭矩储存模式中时，第一电磁线圈s1通电并与同步器4接合，以允许第一扭矩存储齿轮20a与第二扭矩储存齿轮20b彼此啮合并将主轴3的转动传递给副轴3a和凸轮6。当扭矩储存及释放机构处于扭矩释放模式中时，液压马达16驱动副轴3a旋转。

在液压马达16的输出轴上，驱动扭矩与负载扭矩的平衡方程式为：

t＝fr/i，

其中，t是驱动液压马达所需的扭矩(n·m)，i是液压马达从输出轴到传动轴的传动比，r是传动轴的半径。

请继续参见图1，能量转换单元包括：设置在液压油箱9内的低压油泵8；与凸轮6相关联以对流经其的液压油加压的液压油泵7；连接低压油泵8和液压油泵7用于输送低压液压油的第一管路l1；连接液压油泵7和液压储存单元的入口用于在扭矩储存模式中输送高压液压油的第二管路l2；以及连接液压储存单元的出口和液压马达16用于在扭矩释放模式中输送高压液压油的第三管路l3。

在本实用新型的一个较佳实施例中，液压油泵7与凸轮6抵靠接触，随着凸轮6的转动，液压油泵7能够沿其自身轴线往复运动，从而对流经液压油泵7的液压油进行加压。通过上述设计，凸轮6的旋转运动能被转化为液压油泵7的往复运动，从而将凸轮6施加的动能转换为液压能。当然，也可以将液压油泵7设计成借助其它手段将动能转换为液压能，这些手段均应当落在术语“关联”的涵盖范围之内。

液压油箱9内储存有低压液压油，在低压油泵8与液压油泵7之间的第一管路l1上设置有单向阀10。当线圈s3通电时，单向阀10打开，低压油泵8将储存在液压油箱9内的低压液压油通过第一管路l1供应到液压油泵7。当线圈s3断电时，单向阀10关闭，以防止被加压的液压油回流到液压油箱9中。

在一个较佳实施例中，液压储存单元设置有入口和出口以供高压液压油流入和流出。但是，也可以将上述入口和出口整合成一个出入口。此时，可以在第二管路l2上设置一个三位两通阀11，并且将第三管路l3设置成连接该三位两通阀11和液压马达16。

在扭矩储存模式中，三通两位阀11中的线圈s4通电，被液压油泵7加压的高压液压油经由第二管路l2流经三位两通阀11并最终进入液压储存单元。在扭矩释放模式中，三通两位阀11中的线圈s5通电，储存在液压储存单元中的高压液压油流经三位两通阀11并经由第三管路l3输送到与副轴3a连接的液压马达16。

请仍然参见图1，液压储存单元包括：液压储能器12；对液压储能器12中的油压进行检测的油压传感器13；以及设置在液压储能器12与液压油箱9之间的第四管路l4中的溢流阀14。

当油压传感器13检测到液压储能器12中的油压超过规定数值p2时，ecu15接收油压传感器13发出的油压信号并使溢流阀14打开，使得储存在液压储能器12中的高压液压油经由第四管路l4回流到液压油箱9，以使液压储能器12中的油压下降到规定数值以下、但不低于液压储能器12的最低工作压力p1。

根据本实用新型发明人的试验，液压储能器12的最低工作压力p1应当满足执行机构的最大负载工作所需的压力，其计算公式如下：

p1＝pimax－σδpmax，

其中，pimax是执行机构所需的最大工作压力，而σδpmax是液压储能器12到最远的执行机构的最大压力损失之和。

另外，为了使液压机构在其有效工作容积过程中保持相对稳定的压力，上述规定数值、即液压储能器12的最高工作压力p2的计算公式通常采用如下的经验公式：

p1＝(0.6～0.85)p2。

此外，对于本领域的普通技术人员来说易于理解的是，车辆所配备的ecu15能够起到以下作用中的至少一种：

(i)接收发动机1反馈的发动机运行参数；

(ii)接收变速器2反馈的变速器运行参数；

(iii)控制第一电磁阀s1和/或第二电磁阀s2的运行状态；

(iv)控制线圈s3的运行状态；

(v)控制三通两位阀线圈s4和s5的运行状态；

(vi)接收油压传感器13反馈的油压信号

(vii)控制低压油泵的运行状态。

图2是图1的扭矩储存及释放机构处在扭矩储存模式下的示意图，图3是图1的扭矩储存及释放机构处在扭矩释放模式下的示意图，下面将结合图2至图3说明本实用新型的扭矩储存及释放机构在扭矩储存模式和扭矩释放模式中的工作过程。

随着驾驶员开始踩踏油门踏板(aps)，车辆开始加速。根据驾驶员操作意图，ecu15分析液压储能器12内的压力以及车辆运行参数，若满足条件，则本实用新型的机构进入扭矩存储模式。此时，ecu15控制第一电磁阀s1通电并与同步器4接合，致使动力接口单元也处于扭矩存储状态。发动机1通过主轴3带动第一扭矩存储齿轮20a旋转，第一扭矩存储齿轮20a带动与之啮合的第二扭矩储存齿轮20b旋转，并且由此带动副轴3a和同轴安装在副轴3a上的凸轮6一起旋转。随着凸轮6的转动，ecu15控制电磁线圈s3和三位两通阀线圈s4通电并使低压油泵8开始工作，单向阀10打开。低压油泵8将储存在液压油箱9内的低压液压油通过第一管路l1供应到液压油泵7，与凸轮6抵靠接触的液压油泵7能够沿其自身轴线往复运动，从而对流经液压油泵7的液压油进行加压，被液压油泵7加压的高压液压油经由第二管路l2流经三位两通阀11并最终进入液压储存单元。当油压传感器13检测到液压储能器12内部的油压大于最高工作压力p2时，溢流阀14打开，高压液压流经由第四管路l4流入液压油箱9。

当汽车处于起步、爬坡等运行工况时，本实用新型的机构进入扭矩释放模式。ecu15控制第二电磁阀s2和三位两通阀线圈s5通电。储存在液压储存单元中的高压液压油流经三位两通阀11并经由第三管路l3输送到与副轴3a连接的液压马达16，液压马达16驱动副轴3a旋转。此时，车辆共同拥有两个动力源，使得车辆在起步或者爬坡时扭矩充足。当油压传感器13检测到液压储能器12内部的油压低于最低工作压力p1时，反馈油压信号给ecu15。ecu15控制第二电磁阀s2断电，致使扭矩储存及释放机构自动断开与传动系统的连接，并退出扭矩释放模式。

图4是扭矩储存及释放机构的工作流程图。如图4所示，首先判断车辆是否处于停机状态、空挡状态以及踩踏油门踏板(aps)是否等于零，如果有任意一个条件判断为“是”，则确定车辆未行驶，则将第一和第二电磁线圈设置为断电。如果确定停机状态和空挡状态为“否”且aps>0，则判断发动机扭矩是否处于富余状态。

ecu15会根据油门踏板开度信号和发动机转速信号预估一个扭矩值，将数据预先储存在ecu15中，从而可以在实际运行中随时调阅使用。

当判断发动机扭矩存在富余时，则本实用新型的扭矩储存及释放机构进入扭矩储存模式。如先前所述，第一电磁阀s1和线圈s4通电并吸合、线圈s3通电，则低压油泵8开始工作、液压储能器12存储高压液压油。当判断液压储能器12内部的压力高于最高工作压力p2时，打开溢流阀14并使线圈s3、s4断电。

当判断发动机扭矩不存在富余时，接着判断发动机扭矩是否存在不足。如果判断发动机扭矩存在不足的话，则本实用新型的扭矩储存及释放机构进入扭矩释放模式。如先前所述，第二电磁阀s2和线圈s5通电并吸合、线圈s3断电，则液压马达16开始工作、液压储能器12释放高压液压油。当判断液压储能器12内部的压力低于最低工作压力p1时，第二电磁阀s2和线圈s5断电、液压马达16停止工作。

当判断发动机扭矩既不存在富余、又不存在不足的话，则使第一和第二电磁阀s1和s2断电。

虽然以上结合了若干实施例对本实用新型的扭矩储存及释放机构的结构和工作流程进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本实用新型的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本实用新型进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本实用新型的权利要求书所要求的范围之内。