一种工程车辆及其混合动力系统的制作方法

1.本实用新型涉及工程车辆的驱动技术领域，具体涉及一种工程车辆及其混合动力系统。


背景技术：

2.传统的轮式起重机等工程车辆多采用发动机作为动力源，其应用非常成熟，但也存在很多污染严重，排放不达标的劣势，且整车质量较大，为了满足整车动力性要求，常装配大功率、大排量的燃油发动机，导致环境污染严重、经济性低、噪音高。
3.随着混合动力技术的不断发展，也有一些车辆上采用了混合动力驱动系统，然而对于轮式起重机等工程车辆而言，其包含车辆行驶驱动和作业机构作业驱动两方面，而混合动力系统通常应用于车辆的驱动，这也就导致轮式起重机在作业时只能使用发动机作为唯一的动力源，从而导致轮式起重机在作业过程中发动机的效率较低，油耗较大，经济性不高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型实施例致力于提供一种工程车辆及其混合动力系统，解决上述技术问题。
5.根据本实用新型的一方面，本实用新型一实施例提供了一种工程车辆的混合动力系统，包括：发动机；驱动电机；离合器，所述离合器设置于所述发动机与所述驱动电机之间；以及变速箱，所述变速箱设置于所述驱动电机的输出端与所述工程车辆的主传动轴、取力传动轴之间，所述变速箱传动连接所述驱动电机与所述主传动轴、或传动连接所述驱动电机与所述取力传动轴；其中，所述主传动轴传动连接所述工程车辆的车桥行驶机构，所述取力传动轴传动连接所述工程车辆的作业机构。
6.在一实施例中，所述工程车辆的混合动力系统还包括：储能装置，所述储能装置与所述驱动电机电连接；以及电机控制器，所述电机控制器电连接所述储能装置与所述驱动电机。
7.在一实施例中，所述电机控制器包括：直流斩波器、单片机和逆变器，所述单片机与所述直流斩波器、所述逆变器电连接。
8.在一实施例中，所述工程车辆的混合动力系统还包括：换挡控制器，所述换挡控制器与所述变速箱电连接，所述换挡控制器切换所述变速箱与所述主传动轴或所述取力传动轴传动连接。
9.在一实施例中，所述工程车辆的混合动力系统还包括：总成控制器，所述总成控制器与所述发动机、所述电机控制器、所述换挡控制器电连接。
10.在一实施例中，所述总成控制器控制所述发动机和/或所述驱动电机工作。
11.在一实施例中，所述总成控制器与所述离合器电连接，所述总成控制器控制所述离合器的闭合或断开。
12.在一实施例中，所述工程车辆的混合动力系统还包括：车载充电机，所述车载充电机与所述储能装置电连接。
13.在一实施例中，所述工程车辆的混合动力系统还包括：冷却散热装置，所述冷却散热装置与所述储能装置的散热通道连通。
14.根据本实用新型的另一方面，本实用新型一实施例提供了一种工程车辆，包括：车桥行驶机构，所述车桥行驶机构驱动所述工程车辆行驶；作业机构，所述作业机构执行工程作业；以及如上述任一项所述的混合动力系统。
15.本实用新型实施例提供的一种工程车辆及其混合动力系统，通过设置发动机和驱动电机，并且在发动机与驱动电机之间设置离合器，以实现发动机和驱动电机的传动连接或断开，同时在驱动电机的输出端与工程车辆的主传动轴、取力传动轴之间设置变速箱，变速箱传动连接驱动电机与主传动轴、或传动连接驱动电机与取力传动轴；其中，主传动轴传动连接工程车辆的车桥行驶机构，取力传动轴传动连接工程车辆的作业机构；即通过变速箱切换工程车辆为行驶模式或作业模式，并且利用驱动电机和发动机之间的离合器实现发动机和驱动电机的单独驱动或联合驱动，从而实现多种行驶模式和多种作业模式，以利用驱动电机弥补发动机的低速或怠速时的低效率和高油耗的问题，从而提高发动机的运行效率，继而降低发动机油耗、提高经济性。
附图说明
16.图1所示为本技术一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的结构示意图。
17.图2所示为本技术一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。
18.图3所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。
19.图4所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。
20.图5所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。
21.图6所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。
22.图7所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。
23.附图标记说明：发动机1、总成控制器2、离合器3、驱动电机4、换挡控制器5、变速箱6、取力传动轴7、电机控制器8、作业机构9、主传动轴10、车桥行驶机构11、储能装置12、车载充电机13、冷却散热装置14。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所
获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.此外，在示例性实施例中，因为相同的参考标记表示具有相同结构的相同部件或相同方法的相同步骤，如果示例性地描述了一实施例，则在其他示例性实施例中仅描述与已描述实施例不同的结构或方法。
26.在整个说明书及权利要求书中，当一个部件描述为“连接”到另一部件，该一个部件可以“直接连接”到另一部件，或者通过第三部件“电连接”到另一部件。此外，除非明确地进行相反的描述，术语“包括”及其相应术语应仅理解为包括所述部件，而不应该理解为排除任何其他部件。
27.图1所示为本技术一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的结构示意图。如图1所示，该混合动力系统包括：发动机1、驱动电机4、离合器3以及变速箱6；其中，离合器3设置于发动机1与驱动电机4之间，变速箱6设置于驱动电机4的输出端与工程车辆的主传动轴10、取力传动轴7之间，变速箱6传动连接驱动电机4与主传动轴10、或传动连接驱动电机4与取力传动轴7；其中，主传动轴10传动连接工程车辆的车桥行驶机构11，取力传动轴7传动连接工程车辆的作业机构9。具体的，发动机1和驱动电机4同轴设置，变速箱6为amt自动变速箱。
28.发动机是利用汽油或柴油等燃烧产生动力以提供动力的，然而发动机在低速运转时，其燃油转化效率较低，即发动机在低速(例如怠速)时燃油的利用率较低，从而导致了发动机的油耗增加，同时由于发动机的燃油燃烧不充分，也会导致发动机的排放增加，因此，从经济性和排放方面都是不利的。
29.为了解决该技术问题，本技术提出了一种工程车辆的混合动力系统结构，利用驱动电机和发动机配合，以在发动机低效工作状态时由驱动电机提供动力，从而保证发动机工作在高效区，以降低发动机的油耗和排放。并且，由于驱动电机的存在，本技术可以选取较小排量的发动机，以进一步减少发动机的排放和油耗。本技术通过在发动机和驱动电机之间设置离合器，可以实现发动机和驱动电机的多种驱动模型，以针对不同的工况环境采用更加合适的驱动模式，从而在保证发动机工作在高效区的前提下，进一步降低能耗、提高经济性。
30.具体的，本技术可以根据该工程车辆(例如起重机)的动力需求机构选取变速箱6的对应档位，例如，当工程车辆需要行驶时，此时需要传输动力至工程车辆的车桥行驶机构11，则控制变速箱6传动连接主传动轴10，以将发动机1和/或驱动电机4的驱动力传递至车桥行驶机构11，从而驱动工程车辆行驶，并且根据工程车辆的当前行驶速度等行驶工况，适应性选取发动机1单独提供驱动力(此时工程车辆的行驶速度较快，发动机1可以工作在高效区)、驱动电机4单独提供驱动力(此时工程车辆的行驶速度较慢，例如起步阶段)、发动机1和驱动电机4共同提供驱动力(此时工程车辆的负载较大或加速要求较高)，从而可以进一步降低能耗、提高经济性。
31.本实用新型实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统，通过设置发动机和驱动电机，并且在发动机与驱动电机之间设置离合器，以实现发动机和驱动电机的传动连接或断开，同时在驱动电机的输出端与工程车辆的主传动轴、取力传动轴之间设置变速箱，变速箱传动连接驱动电机与主传动轴、或传动连接驱动电机与取力传动轴；其中，主传动轴传动连接工程车辆的车桥行驶机构，取力传动轴传动连接工程车辆的作业机构；即通过变速箱
切换工程车辆为行驶模式或作业模式，并且利用驱动电机和发动机之间的离合器实现发动机和驱动电机的单独驱动或联合驱动，从而实现多种行驶模式和多种作业模式，以利用驱动电机弥补发动机的低速或怠速时的低效率和高油耗的问题，从而提高发动机的运行效率，继而降低发动机油耗、提高经济性。
32.在一实施例中，如图1所示，上述工程车辆的混合动力系统还可以包括：储能装置12以及电机控制器8，储能装置12与驱动电机4电连接，电机控制器8电连接储能装置12与驱动电机4。
33.通过设置储能装置12，可以利用储能装置12为驱动电机4提供电能，以带动驱动电机4转动，并且还可以将其他能量转化为电能存储在储能装置12中，从而可以进一步节省能量。通过设置电机控制器8，可以利用电机控制器8控制驱动电机4的运行和储能装置12的工作模式，例如当需要驱动电机4提供驱动力时，电机控制器8由储能装置12处获取电能并控制驱动电机4运转。
34.在一实施例中，上述电机控制器8可以包括：直流斩波器、单片机和逆变器，单片机与直流斩波器、逆变器电连接。通过设置直流斩波器(dc/dc)和逆变器，可以将储能装置12中的直流电转换为交流电以实现驱动电机4的运转，并且在制动过程中可以进行直流电压转换并将机械能转化为电能存储于储能装置12中，同时利用单片机(mcu)可以有效控制直流斩波器(dc/dc)和逆变器的工作。
35.在一实施例中，如图1所示，上述工程车辆的混合动力系统还可以包括：换挡控制器5，换挡控制器5与变速箱6电连接，换挡控制器5切换变速箱6与主传动轴10或取力传动轴7传动连接。
36.通过设置换挡控制器(tcu)5，可以根据驱动需求生成对应的换挡指令，以切换变速箱6的档位，从而实现变速箱6的输入端(连接驱动电机4)与输出端(连接主传动轴10或取力传动轴7)的传动连接，继而将变速箱6的输入端的驱动力(来自驱动电机4或发动机1)传递至变速箱6的输出端，以实现工程车辆的行驶或停车作业。
37.在一实施例中，如图1所示，上述工程车辆的混合动力系统还可以包括：总成控制器2，总成控制器2与发动机1、电机控制器8、换挡控制器5电连接。
38.通过设置总成控制器(hcu)2，利用总成控制器2与发动机1、电机控制器8、换挡控制器5电连接，总成控制器2根据工程车辆的驱动力需求生成对应的驱动策略，并且根据驱动策略发出指令至发动机1、电机控制器8、换挡控制器5电连接，以控制发动机1、驱动电机4和变速箱6配合执行该驱动策略。
39.具体的，总成控制器2可以控制发动机1和/或驱动电机4工作。总成控制器2根据工程车辆的驱动力需求和工程车辆的当前工况，生成对应的驱动策略，该驱动策略包括由发动机1和/或驱动电机4提供驱动力，例如，当工程车辆低速起步时，总成控制器2控制驱动电机4单独提供驱动力，以避免发动机1在低速的低效区域运转。
40.在一实施例中，总成控制器2可以与离合器3电连接，总成控制器2控制离合器3的闭合或断开。
41.具体的，总成控制器2可以控制离合器3的闭合或断开，总成控制器2根据工程车辆的驱动力需求和工程车辆的当前工况，生成对应的驱动策略，以确定由由发动机1和/或驱动电机4提供驱动力，并且控制离合器3处于对应的状态，例如，当工程车辆低速起步时，总
成控制器2控制驱动电机4单独提供驱动力，此时总成控制器2控制离合器3断开。
42.在一实施例中，如图1所示，上述工程车辆的混合动力系统还可以包括：车载充电机13，车载充电机13与储能装置12电连接。
43.通过设置车载充电机(具体可以包括车载充电器和交流充电口)13，在储能装置12的电量较低且工程车辆处于停车状态(例如夜间休息时)，为了保证驱动电机4的正常运转，此时可以将车载充电机13连接市电以给储能装置12补充电能，从而进一步降低燃油消耗。
44.在一实施例中，如图1所示，上述工程车辆的混合动力系统还可以包括：冷却散热装置14，冷却散热装置14与储能装置12的散热通道连通。
45.通过设置冷却散热装置14，可以对储能装置12进行热管理，以保证储能装置12中的电池等核心储能部件工作在合适的温度范围内，以提高其工作效率和使用寿命。应当理解，本技术中的冷却散热装置14可以是指单独给储能装置12冷却和散热的结构，也可以包含发动机1的冷却系统、驱动电机4和电机控制器8的散热系统。
46.根据上述实施例提供的混合动力系统，本技术的工程车辆可以实现4种行驶模式和2种作业模式。下面结合附图具体说明本技术的4种行驶模式和2种作业模式。
47.图2所示为本技术一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。如图2所示为电动行驶模式，当工程车辆起步时或在低速巡航阶段，行驶驱动力由驱动电机4提供，发动机1停止工作，此时离合器3断开。具体的，如图中的箭头方向，工程车辆的行驶驱动力来自驱动电机4，储能装置12将直流电经过电机控制器8的逆变转化为三相交流电输出到驱动电机4，再通过驱动电机4将电能转换为机械能，带动变速箱6旋转，通过一定的速比变换，将机械能传递到主传动轴10，由主传动轴10带动车桥行驶机构11转动，从而驱动车轮行驶。该种行驶模式能量转换效率较高，噪音比较低，且不产生污染。
48.图3所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。如图3所示为发动机和驱动电机并联行驶模式，当工程车辆在高速行驶需要大转矩或者急加速行驶时，需要发动机1和驱动电机4同时参与工作，此时离合器3闭合，如图中的箭头方向，此时工程车辆的驱动力包括两路，其中一路是由储能装置12将直流电经过电机控制器8的逆变转化为三相交流电输出到驱动电机4，再通过驱动电机4将电能转换为机械能，另一路是由发动机1将内能转换为机械能，两路得到的机械能传递到变速箱6中，在变速箱6中经过速比转换，将机械能输出到主传动轴10上，由主传动轴10带动车桥行驶机构11转动，从而驱动车轮行驶。该种行驶模式驱动电机4协助发动机1，因此同样类型的车选择低排量的发动机，有利于节约能源，减少污染排放。
49.图4所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。如图4所示为发动机行驶电机发电模式，当工程车辆的储能装置12电量不足且行驶需求扭矩不大时，发动机1提供驱动力，且离合器3闭合，如图中的箭头方向，发动机1将内能转换为机械能，将机械能的一部分传递到变速箱6中，在变速箱6中经过速比转换，将机械能输出到主传动轴10上，由主传动轴10带动车桥行驶机构11转动，从而驱动车轮行驶，发动机1转换得到的机械能的另一部分将拖动驱动电机4发电，将机械能转换为电能，电能通过电机控制器8的逆变器、dc/dc转换，将能量传递到储能装置12中。该种模式有利于提高发动机1的燃油利用率，提高发动机1燃油经济特性，节约能源，减少碳排放。应当理解，当储能装置12中的电量较多，或者行驶需求扭矩较大时，发动机1可以将全部的机械能用于驱动工程车
辆的行驶，即不发电。
50.图5所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。如图5所示为制动能量回收模式，当车辆制动或者松开油门踏板时，此时发动机1停止工作，驱动电机4作为发电机使用，离合器3断开，如图中的箭头方向，主传动轴10随着车轮拖动，将机械能传递到变速箱6中，变速箱6通过速比转换，带动驱动电机4旋转，驱动电机4此时充当发电机的角色，将机械能转换为电能，交流电通过电机控制器8进行整流、降压处理回到储能装置12中，进行能量的回收。该种模式有利于能量回收，节约能源。
51.图6所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。如图6所示为电动作业模式，当工程车辆停车作业时，绝大多数工况为低负载情况，若使用发动机1驱动，转速为怠速工况比较多，导致发动机1的燃油经济性很低，浪费能源严重。此时，可以停止发动机1工作，且离合器3断开，只有驱动电机4工作，如图中的箭头方向，电能由储能装置12通过电机控制器8进行升压和逆变将直流电流转换为驱动电机4需要的交流电，通过驱动电机4进行能量转化，将电能转换为机械能，通过变速箱6传输到取力传动轴7上，取力传动轴7转动带动作业机构9(液压执行机构)通过油泵进行油压流量转换，再通过马达输出进行上车作业(包括卷扬、回转、变幅、伸缩等)动作，此种工作模式效率较高，能源转化率比较高，节约使用成本。
52.图7所示为本技术另一实施例提供的一种工程车辆的混合动力系统的驱动结构示意图。如图7所示为发动机作业电机发电模式，当储能装置12能量值低于设定值且处于停车状态时，因负载通常比较小，此时离合器3闭合，发动机1工作，驱动电机4作为发电机使用。如图中的箭头方向，发动机1输出的机械能，一部分通过取力轴7传递到油泵上，进行上车作业，另一部分机械能通过驱动电机4进行转换为电能，对储能装置12进行充电。传统的上车作业需要较小的作业力矩，这种工况下发动机的效率较低，燃油经济性不高，能源浪费严重，本技术通过增加发动机1的输出力矩，有效利用发动机的输出特性，使得发动机1工作在高效区内，且将发动机1多余的能量有效回收利用，提供了发动机1的工作效率，节约能源。
53.本实用新型实施例还提供了一种工程车辆，该工程车辆包括：车桥行驶机构，车桥行驶机构驱动工程车辆行驶；作业机构，作业机构执行工程作业；以及如上述任一项的混合动力系统。
54.本实用新型实施例提供的一种工程车辆，通过设置发动机和驱动电机，并且在发动机与驱动电机之间设置离合器，以实现发动机和驱动电机的传动连接或断开，同时在驱动电机的输出端与工程车辆的主传动轴、取力传动轴之间设置变速箱，变速箱传动连接驱动电机与主传动轴、或传动连接驱动电机与取力传动轴；其中，主传动轴传动连接工程车辆的车桥行驶机构，取力传动轴传动连接工程车辆的作业机构；即通过变速箱切换工程车辆为行驶模式或作业模式，并且利用驱动电机和发动机之间的离合器实现发动机和驱动电机的单独驱动或联合驱动，从而实现多种行驶模式和多种作业模式，以利用驱动电机弥补发动机的低速或怠速时的低效率和高油耗的问题，从而提高发动机的运行效率，继而降低发动机油耗、提高经济性。
55.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作
用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
56.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
57.还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
58.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
59.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
60.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种工程车辆的混合动力系统，其特征在于，包括：发动机；驱动电机；离合器，所述离合器设置于所述发动机与所述驱动电机之间；以及变速箱，所述变速箱设置于所述驱动电机的输出端与所述工程车辆的主传动轴、取力传动轴之间，所述变速箱传动连接所述驱动电机与所述主传动轴、或传动连接所述驱动电机与所述取力传动轴；其中，所述主传动轴传动连接所述工程车辆的车桥行驶机构，所述取力传动轴传动连接所述工程车辆的作业机构。2.根据权利要求1所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，还包括：储能装置，所述储能装置与所述驱动电机电连接；以及电机控制器，所述电机控制器电连接所述储能装置与所述驱动电机。3.根据权利要求2所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，所述电机控制器包括：直流斩波器、单片机和逆变器，所述单片机与所述直流斩波器、所述逆变器电连接。4.根据权利要求2所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，还包括：换挡控制器，所述换挡控制器与所述变速箱电连接，所述换挡控制器切换所述变速箱与所述主传动轴或所述取力传动轴传动连接。5.根据权利要求4所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，还包括：总成控制器，所述总成控制器与所述发动机、所述电机控制器、所述换挡控制器电连接。6.根据权利要求5所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，所述总成控制器控制所述发动机和/或所述驱动电机工作。7.根据权利要求5所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，所述总成控制器与所述离合器电连接，所述总成控制器控制所述离合器的闭合或断开。8.根据权利要求2所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，还包括：车载充电机，所述车载充电机与所述储能装置电连接。9.根据权利要求2所述的工程车辆的混合动力系统，其特征在于，还包括：冷却散热装置，所述冷却散热装置与所述储能装置的散热通道连通。10.一种工程车辆，其特征在于，包括：车桥行驶机构，所述车桥行驶机构驱动所述工程车辆行驶；作业机构，所述作业机构执行工程作业；以及如权利要求1-9中任一项所述的混合动力系统。

技术总结
本实用新型提供了一种工程车辆及其混合动力系统，通过设置发动机和驱动电机，并且设置离合器以实现发动机和驱动电机的传动连接或断开，同时在驱动电机的输出端与工程车辆的主传动轴、取力传动轴之间设置变速箱，变速箱传动连接驱动电机与主传动轴、或传动连接驱动电机与取力传动轴；即通过变速箱切换工程车辆为行驶模式或作业模式，并且利用驱动电机和发动机之间的离合器实现发动机和驱动电机的单独驱动或联合驱动，从而实现多种行驶模式和多种作业模式，以利用驱动电机弥补发动机的低速或怠速时的低效率和高油耗的问题，从而提高发动机的运行效率，继而降低发动机油耗、提高经济性。济性。济性。


技术研发人员：关世海 和进军 刘鹏飞
受保护的技术使用者：三一汽车起重机械有限公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/6/27