技术领域
[0001] 本
申请涉及一种在车辆中使用的自备式
能量存储和恢复系统（ESRS）设备，具体涉及一种包括高速飞轮，即例如在
申请人的GB2449117号
专利中公开的能以大于每分钟20,000转的速度运行的飞轮的ESRS设备。
背景技术
[0002] 目前已知的机械ESRS设备包括
无级变速器（CVT）以在飞轮和车辆之间传递转矩。基于CVT的ESRS设备中的转矩传递的效率取决于功率，且仅在高功率
水平时展示高效率。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种机械ESRS设备，其比
现有技术实施例更小、更轻且便宜，而且例如其可被有效地安装到比迄今可能存在的车辆功率小且更轻的车辆。
[0004] 因此，第一方面，本发明提供一种如
权利要求1所述的能量存储和恢复系统设备。
[0005] 第二方面，本发明提供一种车辆，包括
传动轴，其中根据本发明第一方面的ESRS设备被安装联接到该传动轴。
[0006] 本发明的优点在于，多个可用
传动比与
离合器打滑的能
力相结合，提供与现有技术实施例的CVT的高度接近，因此导致例如大约65%的高的往复效率，但是节省重量和
费用。而且，该设备能从一个离合器平稳地改变到另一个离合器，因此消除转矩不连续的可能性。
[0007] 本发明的另一优点在于该设备能变更改进到现有车辆上。
[0008] 而且，通过基于离合器的变速器的转矩传递的效率与被传递的功率完全无关。
[0009] 该设备在无转矩中断的情况下允许从一个
齿轮到另一个齿轮的无缝传递，还不需要变速机构。而且，在每个离合器上打滑的持续期间维持在短的持续期间，由此导致更简单的
热管理。
[0010] 优选地，多个离合器为湿式
多片离合器，其中冷却油流被供应到每个离合器的中心。离合器的
温度由此可维持在可接受的水平，由此延长离合器的寿命。
[0011] 优选地，当齿
轮齿脱离
啮合时，通
过喷射器供给
润滑剂，由此控制齿轮齿的温度，否则由于飞轮的高运转速度将导致齿轮齿的温度较高，并还确保良好的润滑。
[0012] 优选地，每个齿轮与齿轮中的对应的一个同轴
定位，且各个离合器为位于相应的齿轮之间的同轴安装的湿式多片离合器。
[0013] 优选地，ESRS设备的重量小于20kg，由此使其中安装有该ESRS设备的车辆的效率最优化。
[0014] 第二方面，本发明提供一种车辆，包括变速器
输入轴，其中根据本发明第一方面的能量存储和恢复设备被联接到该轴。
附图说明
[0015] 现在将通过示例方式并参照相应附图描述本发明的实施例，其中：
[0016] 图1为根据本发明的ESRS设备的前视图；
[0017] 图2为图1的ESRS设备的等
角透视图；
[0018] 图3为通过图1的截面A-A的剖视图；
[0019] 图4为图1的离合器的润滑系统的前视图；
[0020] 图5为通过图4的截面A-A的剖视图；以及
[0021] 图6为图4的润滑系统的喷射器的剖视图。
具体实施方式
[0022] 参照图1至图3，本发明包括能量存储和恢复系统（ESRS）设备2。该设备2包括飞轮4、第一齿轮组6、第二齿轮组8、多个湿式多片离合器10、12、14和离合器轴34、36、38。第一齿轮组6通过安装在飞轮侧的第一空转齿轮100始终啮合输入轴16，第二齿轮组8通过安装在车辆侧的第二空转齿轮102始终啮合
输出轴17。
[0023] 该设备通常被联接到车辆
发动机与车辆变速器之间的转矩路径。
[0024] 飞轮4的输出轴24连接到第一齿轮组6的输入轴16，第二齿轮组8的输出轴17被设置用于联接到车辆自身的齿轮箱的输入轴（未图示）。将理解，ESRS设备的本质，能量流入并输出飞轮，由此关于设备的术语输入和输出的使用根据操作模式（即，能量被存储在飞轮中或从飞轮释放）在大多数情况下可以颠倒。
[0025] 第一齿轮组6被定位为邻近飞轮，第二齿轮组8远离飞轮，离合器10、12、14如下所述位于在第一齿轮组6与第二齿轮组8之间。
[0026] 第一齿轮组包括彼此永久啮合的三个齿轮18、20、22（22位于图3的后部，因此未示出），第二齿轮组也包括彼此永久啮合的三个齿轮19、21、23。每个齿轮组6、8中的一个齿轮位于每个离合器10、12、14的任一侧，使得每组的每个齿轮具有专用离合器，即，在每个离合器轴上安装有第一齿轮组6之一、离合器10、12、14之一和第二齿轮组8之一。齿轮18、20、22中的每个与齿轮19、21、23中对应的一个同轴定位，并且各个离合器10、12、14为位于相应的齿轮之间的同轴安装的湿式多片离合器。
[0027] 离合器10、12、14通常为打开的、传统的湿式多片包括第一片组28和第二片组30。每个离合器10、12、14分别通过与每个离合器10、12、14关联的
致动器40、42、44而可单独地致动（致动器44位于图3的后部，因而未示出）。致动器40、42或44通过包括
轴承52的加载路径将
离合器片28、30推动到一起，因此，致动器40、42、44不需要旋转。致动器40、
42、44在离合器片28、30上产生法向力，从而增加离合器10、12或14中的转矩，根据的方程式为：
[0028] F=μ×N
[0029] （F=在平均摩擦半径处的
摩擦力，μ=离合器片的
摩擦系数，N=由致动器提供的法向力）。
[0030] 作用在平均摩擦半径处的摩擦力F提供离合器10、12或14的摩擦转矩。
[0031] 在飞轮4将能量传递到车辆变速器的情况下，离合器10、12或14的飞轮侧46具有高于车辆侧48的旋转速度。由来自致动器40、42或44的压力关闭离合器10、12或14导致能量在等于摩擦转矩乘以离合器10、12或14的飞轮侧46的速度的功率（Watts=Nm×Rad/sec）下损失。到达车辆处的功率等于摩擦转矩乘以离合器的车辆侧的速度。因离合器发热而损失的功率为摩擦转矩乘以离合器10、12或14两侧的转速差。因此，效率仅为离合器两侧的速度差的函数，而不是能量传递率的函数。
[0032] 当离合器10、12或14之一被致动时，转矩路径通过第一齿轮组6沿着与被致动的离合器10、12或14关联的离合器轴34、36或38并通过第二齿轮组8被重新引导。
[0033] 在设备2的正常操作中，一个离合器10、12、14通常打滑以提供从飞轮4到车辆变速器的转矩传递，反之亦然。当所选择的离合器两侧的速度降低到接近零时，通过将压力施加到新的离合器并将压力从当前离合器移除而以平稳方式选择下一个最接近的比率。
[0034] 由于每个齿轮18、20、22具有对应的离合器，从一个齿轮到另一个齿轮的无缝传递被实现，而没有转矩中断。而且每个离合器10、12、14上的打滑时间仅维持短时间。致动器压力可取决于（典型地成比例于）车辆的
制动或
加速转矩以提供相关离合器的受控打滑并还可降低
液压泵的附加损失。
[0035] 因为离合器10、12、14可单独致动，因此，多个离合器可同时致动。多个离合器的致动可促使每个致动的离合器打滑，由此控制传送到飞轮的能量的量以避免超速状况或降低飞轮4的速度。能量作为热量在离合器中提取的冷却润滑剂中消散。该操作模式具有通过主变速器提供额外车辆制动的效果，从而例如有助于维持与能量被增加到飞轮的模式相似的制动平衡。
[0036] 在这种实施例中，设备2能以三种传动比运行，虽然也能提供其他数量的传动比。因此，可用速度的总数为三乘以在主车辆变速器中可用的速度的数量，即五速车辆变速器将导致在
车轮与设备飞轮之间产生的总共15种可用的速度，六速变速器导致18种总速度，七速变速器导致21种总速度。
[0037] 因此，通过同时控制或读取车辆的变速器控
制模块（TCM）以选择主变速器中的合适齿轮，并通过控制设备2的传动比，为了最佳效率离合器10、12、14中必要的打滑可被最小化。然后可选择总比率以在能量存储模式期间存储飞轮中的能量（通过选择传动比将其加速），或在能量恢复模式期间通过将飞轮通过设备的齿轮加载到车辆的主变速器输入轴而逐渐使飞轮降速而提取能量。
[0038] 虽然通过合适的控制策略离合器打滑被最小，但是
湿式离合器被用于允许从离合器很好地提取热量。设备2包括离合器润滑和冷却系统60，用于将冷却油流供给到每个离合器10、12、14的中心以控制离合器温度。离合器润滑系统的实施例在图4和图5中例示。油通过每个离合器轴34、36、38的中心孔62被供给，并当离合器轴34、36、38旋转时以均匀的方式通过孔64被分配。通道66允许油进入离合器片28、30的空隙。
[0039] 而且，离合器的每侧通常旋转（一侧具有飞轮，另一侧具有车辆变速器输入轴），从而有助于分配冷却润滑剂。
[0040] 设备2还包括齿轮润滑系统70，如图6中例示。齿轮润滑系统包括喷射器72和74，当齿轮齿76脱离啮合时，喷射器72和74将油瞄准齿轮齿76。由于飞轮的高运转速度引起齿轮内的高温度，所以齿轮齿通过润滑器的
温度控制是特别重要的。
