本發明涉及一種壓簧蓄能式發動機起停系統及其工作方法。
背景技術：
為充分利用車輛的制動能量，通常采用三種制動能量回收方式：
第一種制動能量回收方式是通過發電機將車輛的動能轉化電能儲存起來。儲存電能的器件主要有蓄電池、超級電容等，二者都要通過發電機將機械能轉變為電能存儲，存在能量轉化效率低、制動能量回收利用率低等不足。
第二種制動能量回收方式是通過液壓泵、馬達等二次元件將車輛的動能轉化為液壓能、氣壓能儲存在液壓蓄能器中，但存在能量轉化率低、能量密度小、成本高等缺陷。
第三種制動能量回收方式是直接將旋轉部件的動能轉化存儲為動能飛輪儲能，由于不經過二次元件進行能量轉換，能量轉化效率高，這種能量回收方式存在著成本高，技術難度大，目前尚不成熟。
2012年9月12日，中國專利公布了申請號為cn201210133635.x的橡膠帶式蓄能器專利，2013年10月30日，中國專利公布了申請號為cn201320242319.6的彈性橡膠帶蓄能器式汽車制動能量再生傳動裝置專利，2014年2月26日，中國專利公布了申請號為cn201310504549.x的彈性橡膠帶蓄能器式汽車制動能量再生傳動裝置專利，2013年7月17日，中國專利公布了申請號為cn201310164669.x的彈性橡膠帶蓄能器式裝載機制動能量再生傳動裝置專利；上述已有的各專利技術中，制動能量再生傳動裝置將彈性橡膠帶纏繞在滾筒上，通過橡膠帶的拉伸和收縮實現制動能量的再生，存在體積大、在車上布置空間不足和不便于裝車使用等缺點。2013年8月14日，中國專利公布了申請號為cn201310164903.9的彈性橡膠帶蓄能器式裝載機動臂勢能回收再生裝置專利以及申請號為cn201310165081.6的壓簧蓄能器式裝載機動臂勢能回收再生裝置專利，利用彈性橡膠帶或壓簧的拉伸和收縮回收裝載機動臂勢能，但這類蓄能器無法實現對車輛動能的回收利用。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種壓簧蓄能式發動機起停系統及其工作方法，本發明適合車輛儲能使用，能量轉化率高、結構緊湊，制造工藝相對簡單，制動能量回收、釋放過程容易控制，成本低。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
一種壓簧蓄能式發動機起停系統，包括發動機，所述的發動機上端設有固定安裝其上的相互連接的蓄能轉換單元、雙離合器傳動箱和電磁制動器，雙離合器傳動箱與蓄能轉換單元傳動連接，蓄能轉換單元另一側與電磁制動器傳動連接，雙離合器傳動箱對外動力輸入-輸出軸安裝有蓄能轉換齒輪，發動機輸出軸安裝有飛輪齒圈，蓄能轉換單元通過蓄能轉換齒輪和飛輪齒圈與發動機輸出軸傳動連接，蓄能轉換單元包括蓄能轉換單元殼體以及設于其內的滾珠絲杠、滾珠螺母、滑動板、蓄能彈簧和固定板，在靠近電磁制動器一側的蓄能轉換單元殼體上設有導軌；所述固定板固設于靠近雙離合器傳動箱一側的蓄能轉換單元殼體的一端，蓄能轉換單元內與固定板相對的一側設有滑動板，滑動板的外周固定連接兩個導塊，導塊滑動設置于導軌內，并沿導軌做直線運動，蓄能彈簧置于固定板和滑動板之間。滾珠絲杠的一端穿過固定板的中央通孔，并與雙離合器傳動箱連接，滾珠絲杠的另一端穿過滑動板的中央通孔，并與電磁制動器連接，滾珠螺母套裝在滾珠絲杠的滾珠絲杠螺紋上，且與滑動板固定連接，上述連接使得導塊連同滑動板、滾珠螺母一起只能沿導軌作軸向往復直線運動，所述電磁制動器與電氣控制裝置電性連接。
優選的，所述的雙離合器傳動箱包括第一電磁離合器和第二電磁離合器，第一電磁離合器主動端固定連接第一齒輪軸，第一齒輪軸上固定安裝第一齒輪，第一電磁離合器的從動端固定連接第三齒輪軸，第三齒輪軸固定安裝第三齒輪；第二電磁離合器主動端固定連接到第二齒輪軸，第二齒輪軸上固定安裝第二齒輪，第二電磁離合器的從動端固定安裝第四齒輪軸，第四齒輪軸固定安裝第四齒輪；在雙離合器傳動箱內壁安裝中間齒輪軸，中間齒輪軸上安裝中間齒輪，所述第二齒輪與第一齒輪常嚙合，中間齒輪沿其齒輪周向外側與第三齒輪和第四齒輪常嚙合，所述第一電磁離合器和第二電磁離合器與電氣控制裝置電性連接。
優選的，所述的蓄能轉換齒輪固定安裝在第一齒輪軸上，蓄能轉換齒輪與飛輪齒圈常嚙合。
優選的，所述的滾珠絲杠的一端固定連接到電磁制動器的電磁制動器制動盤上，滾珠絲杠的另一端固定連接到雙離合器傳動箱的中間齒輪上。
優選的，所述的電磁制動器為電磁失電制動器，即電磁制動器通電時，電磁制動器解除制動；電磁制動器斷電時，電磁制動器保持制動。
優選的，所述的蓄能彈簧為包括至少兩根套裝在一起的彈簧組，蓄能彈簧的一端與固定板固定連接，另一端與滑動板固定連接。
基于本發明創新結構的一種壓簧蓄能式發動機起停系統的工作方法，包括如下步驟：
a、制動能量回收過程：
當汽車前進過程中制動時，第一電磁離合器和電磁制動器處于通電接合工作狀態，第二電磁離合器不通電處于非工作狀態，由于第一電磁離合器通電接合，使得第一電磁離合器主動端與第一電磁離合器從動端接合在一起，第一齒輪軸與第三齒輪軸一起轉動；
汽車制動所產生的慣性動力由飛輪齒圈輸入，經蓄能轉換齒輪、第一電磁離合器、第三齒輪和中間齒輪傳遞至蓄能轉換單元，帶動滾珠絲杠旋轉，由于滾珠螺母、滑動板、導塊三者連接為一體，且導塊只能沿導軌作直線運動，所以滾珠螺母連同滑動板一起向靠近固定板的方向沿導軌作直線運動，使位于滑動板和固定板之間的蓄能彈簧壓縮，將汽車的動能以彈簧彈性勢能的形式儲存到蓄能彈簧中；當汽車制動停車后，發動機熄火；
b、制動能量釋放過程：
當汽車在起步過程中釋放蓄能器能量時，第二電磁離合器、電磁制動器通電，電磁制動器處于解除制動工作狀態，使滾珠絲杠可作旋轉運動，同時第一電磁離合器不通電接合處于非工作狀態，由于第二電磁離合器通電接合，使得第二電磁離合器主動端與第二電磁離合器從動端接合在一起，第二齒輪軸與第四齒輪軸一起轉動；
在蓄能彈簧的壓力作用下，滾珠螺母連同滑動板一起向遠離固定板的方向沿導軌作直線運動，使滾珠絲杠作與制動能量回收過程相反的旋轉運動，滾珠絲杠將動力經中間齒輪、第四齒輪、第二電磁離合器、第二齒輪、第一齒輪、蓄能轉換齒輪傳遞至飛輪齒圈上，此時，旋轉方向與發動機的旋轉方向相同，蓄能轉換單元中儲存的彈性勢能轉化為汽車的動能，驅動汽車行駛，直到完全釋放蓄能彈簧存儲的彈性勢能為止，然后，再進行發動機的點火起動。
c、制動能量保持過程：
當汽車處于非制動能量回收過程或處于非制動能量釋放過程時，第一電磁離合器、第二電磁離合器和電磁制動器均不通電，電磁制動器處于制動狀態，滾珠絲杠不旋轉，蓄能彈簧組的能量保持不變。
與現有技術相比，本發明所具有的有益效果是：
1、蓄能轉換單元在回收制動能量的過程中，直接將汽車的制動減速過程經過傳動裝置轉換成蓄能轉換單元的滾珠絲杠的旋轉運動，壓縮儲能彈簧轉化為彈性勢能；在釋放制動能量的過程中，直接將蓄能轉換單元的彈性彈簧回收的彈性勢能轉換成滾珠絲杠的旋轉運動，驅動車輛起步加速，實現制動能量的再生。具有結構緊湊、能量轉化率高、性能可靠等優點。
2、雙離合器傳動箱，可將汽車制動能量回收過程和制動能量釋放過程中蓄能轉換單元的滾珠絲杠相反的旋轉方向，轉換為雙離合器傳動箱的第一齒輪軸的同一旋轉方向，滿足汽車前進行駛的制動能量回收輸入和釋放制動能量輸出對傳動方向的要求。
附圖說明
圖1本發明實施例壓簧蓄能式發動機起停系統結構示意圖。
圖中：
10a.飛輪齒圈10c.蓄能轉換齒輪
20.蓄能轉換單元20a.滾珠絲杠20b.滾珠螺母20c.滑動板20d.導塊20e.導軌20f.蓄能彈簧組20g.固定板20h.蓄能轉換單元殼體
30.電磁制動器30a.電磁制動器制動盤30b.電磁制動器安裝板
40.雙離合器傳動箱40a.第一齒輪40b.第二齒輪40c.第三齒輪40d.中間齒輪40e.第四齒輪40f.第一齒輪軸40g.第二齒輪軸40h.第三齒輪軸40i.中間齒輪軸40j.第四齒輪軸
41.第一電磁離合器
42.第二電磁離合器
50.后連接支架
100.發動機。
具體實施方式
再生制動是指汽車在減速或制動時，通過與驅動輪(軸)相連的能量轉換裝置，把汽車的一部分動能轉化為其他形式的能量儲存起來，在減速或制動的同時達到回收制動能量的目的；然后在汽車起步或加速時又釋放儲存的能量，以增加驅動輪(軸)上的驅動力或增加混合動力汽車及汽車的續駛里程。
目前，制動能量還不能被充分的回收利用，只能任由大量的制動動能通過摩擦轉變成熱能耗散掉，還造成車輛制動系統過早磨損。因此，采用先進的能量回收技術，應用現代車輛設計方法和手段，對汽車的制動能量回收進行深入研究具有十分重要的意義。
再生制動技術針對原本廢棄的能量，將其回收再利用，使其獲得“新生”，實現節省燃料、降低排放、減小制動噪聲、改善車輛制動安全性等作用，為車輛的經濟性和全性提供保障。
下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中技術方案進行詳細的描述。
如圖1所示，一種壓簧蓄能式發動機起停系統，包括發動機100，所述的發動機100上端設有固定安裝其上的相互連接的蓄能轉換單元20、雙離合器傳動箱40和電磁制動器30，雙離合器傳動箱40與蓄能轉換單元20傳動連接，蓄能轉換單元20另一側與電磁制動器30傳動連接，雙離合器傳動箱40對外動力輸入-輸出軸安裝有蓄能轉換齒輪10c，發動機100輸出軸安裝有飛輪齒圈10a，蓄能轉換單元20通過蓄能轉換齒輪10c和飛輪齒圈10a與發動機100輸出軸傳動連接。
蓄能轉換單元20包括蓄能轉換單元殼體20h以及設于其內的滾珠絲杠20a、滾珠螺母20b、滑動板20c、蓄能彈簧20f和固定板20g，在靠近電磁制動器30一側的蓄能轉換單元殼體20h上設有導軌20e，所述固定板20g固設于靠近雙離合器傳動箱40一側的蓄能轉換單元殼體20h的一端，蓄能轉換單元20內與固定板20g相對的一側設有滑動板20c，滑動板20c的外周固定連接兩個導塊20d，導塊20d滑動設置于導軌20e內，并沿導軌20e做直線運動.蓄能彈簧20f置于固定板20g和滑動板20c之間。
由于體積的限制，亦即滿足實際應用的考慮，本發明的裝置不可能做的太大，因此彈簧的設計顯得十分重要。優選的，所述的蓄能彈簧20f為包括至少兩根套裝在一起的彈簧組，蓄能彈簧20f的一端與固定板20g固定連接，另一端與滑動板20c固定連接。多根套裝在一起的彈簧組可以在有限的空間內儲存更多的能量。
汽車前進過程中的制動、汽車的起步非常頻繁，因此蓄能彈簧20f除了采用多根組合的方式以外，還可以使用高強度壓縮彈簧，其彈力大，耐疲勞，能夠匹配汽車制動能量回收和釋放的需求。
滾珠絲杠20a的一端穿過固定板20g的中央通孔，并與雙離合器傳動箱40連接，滾珠絲杠20a的另一端穿過滑動板20c的中央通孔，并與電磁制動器30連接，滾珠螺母20b套裝在滾珠絲杠20a的滾珠絲杠螺紋上，且與滑動板20c固定連接，上述連接使得導塊20d連同滑動板20c、滾珠螺母20b一起只能沿導軌20e作軸向往復直線運動。所述電磁制動器30與電氣控制裝置電性(圖中未示出)連接。
基于現有的電氣技術和實際需求，電氣控制裝置可以有單片機進行構建，單片機是靠程序工作的，并且可以修改。通過不同的程序實現不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，單片機通過編寫的程序可以實現高智能，高效率，以及高可靠性！目前最常用的單片機為mcs-51，是由美國intel公司(生產cpu的英特爾)生產的，89c51是這幾年在我國非常流行的單片機，它是由美國atmel公司開發生產的，其內核兼容mcs-51單片機。
理論上汽車制動能量回收的方法有氣壓儲能、液壓儲能、飛輪儲能和電儲能。空氣儲能裝置結構龐大，密封性能要求很高，實用化困難；液壓儲能裝置能量密度低，但功率密度大，其零部件密封性能要求高，控制結構復雜和存在工作噪聲等；飛輪儲能裝置功率密度較大，其體積小質量輕，但要求高轉速和周圍空間真空，技術上實現較復雜，且只能短時間儲能；電儲能各方面性能均很好，且結構簡單，只是功率密度低，能量轉換環節多。
本發明極其適合車輛儲能使用，能量轉化率高、結構緊湊，制造工藝相對簡單，制動能量回收、釋放過程容易控制，成本低。
本發明其制動能量回收過程、制動能量釋放過程，以及制動能量保持過程，均與雙離合器傳動箱40密不可分，下面是雙離合器傳動箱40的一種實施例為：
所述的雙離合器傳動箱40包括第一電磁離合器41和第二電磁離合器42，第一電磁離合器41主動端(亦即制動能量外部輸入端或稱作制動能量對外輸出端)固定連接第一齒輪軸40f，第一齒輪軸40f上固定安裝第一齒輪40a，第一電磁離合器41的從動端固定連接第三齒輪軸40h，第三齒輪軸40h固定安裝第三齒輪40c；第二電磁離合器42主動端固定連接到第二齒輪軸40g，第二齒輪軸40g上固定安裝第二齒輪40b，第二電磁離合器42的從動端固定安裝第四齒輪軸40j，第四齒輪軸40j固定安裝第四齒輪40e。
在雙離合器傳動箱40內壁安裝中間齒輪軸40i，中間齒輪軸40i上安裝中間齒輪40d，所述第二齒輪40b與第一齒輪40a常嚙合，中間齒輪40d沿其齒輪周向外側與第三齒輪40c和第四齒輪40e常嚙合。
所述的蓄能轉換齒輪10c固定安裝在第一齒輪軸40f上，蓄能轉換齒輪10c與飛輪齒圈10a常嚙合。
為滿足控制的需要，所述第一電磁離合器41和第二電磁離合器42與電氣控制裝置電性(圖中未示出)連接。第一電磁離合器41和第二電磁離合器42根據需要，由電氣控制裝置程序控制。
以上的創新和巧妙設計，既能保證汽車制動能量的回收，又能保證在汽車在起步時，雙離合器傳動箱40輸出軸的旋轉方向與發動機的旋轉方向相同，用以將儲存的都能驅動汽車的起步行駛。
滾珠絲杠20a的一個具體實施例為：所述的滾珠絲杠20a的一端固定連接到電磁制動器30的電磁制動器制動盤30a上，滾珠絲杠20a的另一端固定連接到雙離合器傳動箱40的中間齒輪40d上。
電磁制動器30通過電磁制動器安裝板30b固定安裝在后連接支架50上后，連接支架50與蓄能轉換單元殼體20h和發動機100固定連接。所述的電磁制動器30為電磁失電制動器，即電磁制動器通電時，電磁制動器解除制動；電磁制動器斷電時，電磁制動器保持制動。
電磁制動器30的這種設計，能夠實現汽車前進過程中制動能量的回收過程、汽車在起步時制動能量的釋放，以及當汽車處于非制動能量回收過程或處于非制動能量釋放過程時的制動能量的有效保持。
基于本發明的創新的機械結構，本發明還公開了一種壓簧蓄能式發動機起停系統的工作方法，以下的詳述足夠明晰和完整，不再進行其他贅述。
包括如下步驟：
a、制動能量回收過程：
當汽車前進過程中制動時，第一電磁離合器41和電磁制動器30處于通電接合工作狀態，第二電磁離合器42不通電處于非工作狀態，由于第一電磁離合器41通電接合，使得第一電磁離合器41主動端與第一電磁離合器41從動端接合在一起，第一齒輪軸40f與第三齒輪軸40h一起轉動。
汽車制動所產生的慣性動力由飛輪齒圈10a輸入，經蓄能轉換齒輪10c、第一電磁離合器41、第三齒輪40c和中間齒輪40d傳遞至蓄能轉換單元20，帶動滾珠絲杠20a旋轉，由于滾珠螺母20b、滑動板20c、導塊20d三者連接為一體，且導塊20d只能沿導軌20e作直線運動，所以滾珠螺母20b連同滑動板20c一起向靠近固定板20g的方向沿導軌20e作直線運動，使位于滑動板20c和固定板20g之間的蓄能彈簧20f壓縮，將汽車的動能以彈簧彈性勢能的形式儲存到蓄能彈簧20f中；當汽車制動停車后，發動機100熄火；
b、制動能量釋放過程：
當汽車在起步過程中釋放蓄能器能量時，第二電磁離合器42、電磁制動器30通電，電磁制動器30處于解除制動工作狀態，使滾珠絲杠20a可作旋轉運動，同時第一電磁離合器41不通電接合處于非工作狀態，由于第二電磁離合器42通電接合，使得第二電磁離合器42主動端與第二電磁離合器42從動端接合在一起，第二齒輪軸40g與第四齒輪軸40一起轉動；
在蓄能彈簧20f的壓力作用下，滾珠螺母20b連同滑動板20c一起向遠離固定板20g的方向沿導軌20e作直線運動，使滾珠絲杠20a作與制動能量回收過程相反的旋轉運動，滾珠絲杠20a將動力經中間齒輪40d、第四齒輪40e、第二電磁離合器42、第二齒輪40b、第一齒輪40a、蓄能轉換齒輪10c傳遞至飛輪齒圈10a上，此時，旋轉方向與發動機100的旋轉方向相同，蓄能轉換單元20中儲存的彈性勢能轉化為汽車的動能，驅動汽車行駛，直到完全釋放蓄能彈簧20f存儲的彈性勢能為止，然后，再進行發動機100的點火起動；
c、制動能量保持過程：
當汽車處于非制動能量回收過程或處于非制動能量釋放過程時，第一電磁離合器41、第二電磁離合器42和電磁制動器30均不通電，電磁制動器30處于制動狀態，滾珠絲杠20a不旋轉，蓄能彈簧20f的能量保持不變。
上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實施方式，在所屬技術領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。