CN101704337B - 并联式液电混合动力驱动系统 - Google Patents
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Abstract
一种并联式液电混合动力驱动系统，属于车辆的驱动系统。该动力驱动系统的发动机依次与离合器、变速器机械连接，扭矩耦合器的输入轴与变速器的输出轴机械连接，逆变器分别与电机、蓄电池连接，电机的另一端输出轴依次与电磁离合器、液压泵/马达的输出轴机械连接，溢流阀的进油端口与高压液压蓄能的油路端口连通，液压泵/马达控制组件的进油端口与减压阀的出油端口连通，液压泵/马达的出油端口、液压泵/马达控制组件的出油端口、溢流阀的出油端口与油箱连通，两位两通电液换向阀的出油口与液压泵/马达的进油端口连通。优点：结构简单，技术成熟，可靠性高，成本低，兼顾车辆低速、高速区域，提高车辆的动力性能，延长了使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种车辆的驱动系统，具体涉及一种并联式液电混合动力驱动系统。
背景技术
目前，混合动力车辆驱动系统主要分为串联、并联和混联三种模式。混联系统采用齿轮耦合方式传动结构，装有变速系统，系统结构复杂，部件较多，产业化难度比较大。所以混合动力车辆多采用串联或并联动力驱动系统。但是，串联式能量转换环节多，总体效率不是很高，因此并联式被广泛地应用。混合动力车辆要求储能装置在短时间内能够回收和释放大量功率，具有比较高的功率密度和能量密度。目前混合动力车辆的储能装置大多数采用蓄电池来组成，但电池技术功率密度小，使得蓄电池瞬间充放大电流困难，造成电源系统效率低、制动能量回收不佳，而超级电容和燃料电池又存在着明显的成本和技术安全性等问题。液压蓄能器虽然功率密度大，但相对较小的能量密度在一定程度上限制了该项技术在混合动力车辆上的广泛应用。
随着车辆保有量逐年激增，起动、制动频繁的城市车辆和工程机械的能耗和尾气排放日益严重，给我国的能源安全和环境保护造成巨大的压力。传统内燃机技术已非常成熟，通过技术更新来提高内燃机车辆的燃油经济性和降低排放已非常困难，因此国家和汽车制造厂家将混合动力系统作为减少燃油消耗和降低排放的首选技术。
现有混合动力车辆普遍存在着制动能量回收率低、元件使用寿命短、可靠性差，储能装置难以满足高功率密度和高能量密度的要求等问题。
发明内容
本发明的目的是要提供一种：制动能量回收率高、可靠性高，储能装置能够满足高功率密度和高能量密度的并联式液电混合动力驱动系统。
本发明的目的是这样实现的：该动力驱动系统包括发动机(1)、离合器(2)、变速器(3)、高压液压蓄能(4)、液压蓄能器组件(5)、两位两通电液换向阀(6)、溢流阀(7)、减压阀(8)、驱动桥(9)、液压泵/马达(10)、油箱(11)、电液伺服(12)、变量油缸(13)、液压泵/马达控制组件(14)、电磁离合器(15)、蓄电池(16)、逆变器(17)、电机(18)、扭矩耦合器(19)和中央控制器(20)；
发动机(1)依次与离合器(2)、变速器(3)机械连接，扭矩耦合器(19)的输入轴与变速器(3)的输出轴机械连接，扭矩耦合器(19)第一输出轴(19-1)与传动轴一端机械连接，传动轴另一端与驱动桥(9)的输入端连接，扭矩耦合器(19)的第二输出轴(19-2)与电机(18)的输出轴机械连接，逆变器(17)分别与电机(18)、蓄电池(16)连接，电机(18)的另一端输出轴依次与电磁离合器(15)、液压泵/马达(10)的输出轴机械连接，液压泵/马达(10)的进油端口与高压液压蓄能组件(5)的油路端口连通，溢流阀(7)的进油端口与高压液压蓄能(4)的油路端口连通，液压泵/马达控制组件(14)的进油端口与减压阀(8)的出油端口连通，液压泵/马达(10)的出油端口、液压泵/马达控制组件(14)的出油端口、溢流阀(7)的出油端口与油箱(11)连通，两位两通电液换向阀(6)的进油口、溢流阀(7)的进油口、减压阀(8)的进油口与高压液压蓄能器(4)的油口连通，两位两通电液换向阀(6)的出油口与液压泵/马达(10)的进油端口连通，液压泵/马达控制组件(14)与液压泵/马达(10)机械连接，两位两通电液换向阀(6)的控制输入端与中央控制器(20)的第一控制输出端连接，蓄电池(16)的电压信号输出端与中央控制器(20)的第一信号输入端连接，发动机(1)的控制输入端与中央控制器(20)的第二控制输出端连接，高压液压蓄能组件的压力信号输出端与中央控制器(20)的第二信号输入端连接，液压泵/马达控制组件(5)的信号输入端与中央控制器(20)的第三控制输出端连接，逆变器(17)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第四控制输出端连接，电磁离合器(15)的信号输入端与中央控制器(20)的第五控制输出端连接。
所述的液压泵/马达控制组件(14)由电液伺服阀(12)和变量油缸(13)组成，电液伺服阀(12)的P口与减压阀(8)的出油端口连通，电液伺服阀(12)的O口与油箱(11)的油口连通，电液伺服阀(12)的A、B端口分别与变量油缸(13)的进、出油口连通，变量油缸(13)的活塞杆与液压泵/马达(10)的斜盘机械连接。
所述的中央控制器(4)为PIC系列单片机。
有益效果，由于采用了上述方案，液压泵/马达、高压液压蓄能器组件、电磁离合器、蓄电池、逆变器、电机组成液电复合混合动力系统，通过扭矩耦合器与传动轴连接回收和再利用车辆的制动动能，中央控制器通过液压泵/马达控制组件、电磁离合器、逆变器、发动机实时控制整车功率的输出。
(1)车辆起动或低速运行工况，中央控制器根据油门踏板的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，根据液压蓄能器组件的压力信号，送控制信号给液压泵/马达控制组件，由液压泵/马达控制组件来调节液压泵/马达的斜盘倾角，使其工作于马达工况，同时中央控制器控制两位两通电液换向阀开启，高压液压蓄能器为液压泵/马达提供高压油源，逆变器关闭，电机不工作，发动机停机。当液压蓄能器内的压力接近最低工作压力时，发动机启动，中央控制器发送控制信号给液压泵/马达控制组件，使液压泵/马达的排量为零，同时控制两位两通电液换向阀关闭。在此模式下，由于发动机关闭，使发动机避开了低速时高油耗、高排放阶段，整车效率较高。
(2)制动工况，中央控制器根据制动踏板的位移信号识别出车辆所需的制动扭矩，控制电磁离合器接合，发送控制信号给液压泵/马达控制组件，使液压泵/马达工作于泵工况，同时中央控制器控制两位两通电液换向阀开启，向高压蓄能器回馈能量，逆变器关闭，电机不工作。若液压泵/马达提供的最大制动转矩不能满足整机的目标制动转矩，中央控制器发送控制信号给机械制动控制器，摩擦制动系统提供剩余的制动扭矩。
(3)加速或爬坡工况，该工况整车需求扭矩大，若液压蓄能器的压力高于最低工作压力，中央控制器控制电磁离合器接合，两位两通电液换向阀开启，为整车提供辅助转矩，逆变器关闭，电机不工作；若蓄能器压力低于或等于最低工作压力，中央控制器控制电磁离合器分离，液压泵/马达不工作，逆变器开通，电机提供辅助扭矩。
(4)高速或加速运行工况，该工况整车需求功率较大，此时中央控制器控制电磁离合器分离，液压泵/马达不工作，逆变器开通，电机提供辅助扭矩。
(5)经济速度匀速运行工况，该工况整车需求功率不大，此时中央控制器控制电磁离合器断开，发动机通过扭矩耦合器为蓄电池充电，电磁离合器断开，液压泵/马达不工作。若蓄电池的电压达到最高工作电压，整车采用电动驱动模式，此时发动机不工作，电机单独提供驱动功率，满足整车动力性能要求，整车效率高。
制动能量回收率高、可靠性高，储能装置能够满足高功率密度和高能量密度，达到了本发明的目的。
优点：在整车正常运行时，蓄电池提供整车所需的平均功率，保证电池高效、平稳地工作，液压蓄能器用于满足车辆的起动、制动和加速时对大功率密度的需求。因此，解决了混合动力车辆对储能装置高功率密度、高能量密度的需求问题，解决了蓄电池大电流瞬间充放电困难、比功率低的缺点，而且弥补了液压蓄能器能量密度小的缺点。同时，液电混合动力车辆还具有结构简单，技术成熟，可靠性高，成本低等优点，兼顾车辆低速、高速区域，使发动机始终处于高效区，能够明显提高车辆的动力性能，降低油耗和尾气的排放，延长了发动机和制动系统的使用寿命。
附图说明
图1是本发明并联式液电混合动力车辆的结构示意图。
图中，1、发动机；2、离合器；3、变速器；4、高压液压蓄能；5、液压蓄能器组件；6、两位两通电液换向阀；7、溢流阀；8、减压阀；9、驱动桥；10、液压泵/马达；11、油箱；12、电液伺服阀；13、变量油缸；14、液压泵/马达控制组件；15、电磁离合器；16、蓄电池；17、逆变器；18、电机；19、扭矩耦合器；20、中央控制器。
具体实施方式
实施例1：该动力驱动系统包括发动机1、离合器2、变速器3、高压液压蓄能4、液压蓄能器组件5、两位两通电液换向阀6、溢流阀7、减压阀8、驱动桥9、液压泵/马达10、油箱11、电液伺服12、变量油缸13、液压泵/马达控制组件14、电磁离合器15、蓄电池16、逆变器17、电机18、扭矩耦合器19和中央控制器20；
发动机1依次与离合器2、变速器3机械连接，扭矩耦合器19的输入轴与变速器3的输出轴机械连接，扭矩耦合器19第一输出轴19-1与传动轴一端机械连接，传动轴另一端与驱动桥9的输入端连接，扭矩耦合器19的第二输出轴19-2与电机18的输出轴机械连接，逆变器17分别与电机18、蓄电池16连接，电机18的另一端输出轴依次与电磁离合器15、液压泵/马达10的输出轴机械连接，液压泵/马达10的进油端口与高压液压蓄能组件5的油路端口连通，溢流阀7的进油端口与高压液压蓄能4的油路端口连通，液压泵/马达控制组件14的进油端口与减压阀8的出油端口连通，液压泵/马达10的出油端口、液压泵/马达控制组件14的出油端口、溢流阀7的出油端口与油箱11连通，两位两通电液换向阀6的进油口、溢流阀7的进油口、减压阀8的进油口与高压液压蓄能器4的油口连通，两位两通电液换向阀6的出油口与液压泵/马达10的进油端口连通，液压泵/马达控制组件14与液压泵/马达10机械连接，两位两通电液换向阀6的控制输入端与中央控制器20的第一控制输出端连接，蓄电池16的电压信号输出端与中央控制器20的第一信号输入端连接，发动机1的控制输入端与中央控制器20的第二控制输出端连接，高压液压蓄能组件的压力信号输出端与中央控制器20的第二信号输入端连接，液压泵/马达控制组件5的信号输入端与中央控制器20的第三控制输出端连接，逆变器17的控制信号输入端与中央控制器20的第四控制输出端连接，电磁离合器15的信号输入端与中央控制器20的第五控制输出端连接。
所述的液压泵/马达控制组件14由电液伺服阀12和变量油缸13组成，电液伺服阀12的P口与减压阀8的出油端口连通，电液伺服阀12的O口与油箱11的油口连通，电液伺服阀12的A、B端口分别与变量油缸13的进、出油口连通，变量油缸13的活塞杆与液压泵/马达10的斜盘机械连接。
所述的高压液压蓄能组件5由高压液压蓄能器4和两位两通电液换向阀6组成，两位两通电液换向阀6的一个油路端口与液压泵/马达10的进油端口连通，两位两通电液换向阀6的另一个油路端口与高压液压蓄能器4的油路端口、溢流阀7的进油口、减压阀8的进油口连通。
所述的液压蓄能器组件5压力信号输出端与中央控制器20的第二信号输入端连通，通过测量液压蓄能器的压力来判断其能量储备。
所述的蓄电池16电压信号输出端与中央控制器20的第一信号输入端连通，用来监控蓄电池的电压及电量状态。
所述的中央控制器4为PIC系列单片机。
Claims (3)
1.一种并联式液电混合动力驱动系统，其特征是：该动力驱动系统包括发动机(1)、离合器(2)、变速器(3)、高压液压蓄能器(4)、高压液压蓄能器组件(5)、两位两通电液换向阀(6)、溢流阀(7)、减压阀(8)、驱动桥(9)、液压泵/马达(10)、油箱(11)、电液伺服阀(12)、变量油缸(13)、液压泵/马达控制组件(14)、电磁离合器(15)、蓄电池(16)、逆变器(17)、电机(18)、扭矩耦合器(19)和中央控制器(20)；
发动机(1)依次与离合器(2)、变速器(3)机械连接，扭矩耦合器(19)的输入轴与变速器(3)的输出轴机械连接，扭矩耦合器(19)第一输出轴(19-1)与传动轴一端机械连接，传动轴另一端与驱动桥(9)的输入端连接，扭矩耦合器(19)的第二输出轴(19-2)与电机(18)的输出轴机械连接，逆变器(17)分别与电机(18)、蓄电池(16)连接，电机(18)的另一端输出轴依次与电磁离合器(15)、液压泵/马达(10)的输出轴机械连接，液压泵/马达(10)的进油端口与高压液压蓄能器组件(5)的油路端口连通，溢流阀(7)的进油端口与高压液压蓄能器(4)的油路端口连通，液压泵/马达控制组件(14)的进油端口与减压阀(8)的出油端口连通，液压泵/马达(10)的出油端口、液压泵/马达控制组件(14)的出油端口、溢流阀(7)的出油端口与油箱(11)连通，两位两通电液换向阀(6)的进油口、溢流阀(7)的进油口、减压阀(8)的进油口与高压液压蓄能器(4)的油口连通，两位两通电液换向阀(6)的出油口与液压泵/马达(10)的进油端口连通，液压泵/马达控制组件(14)与液压泵/马达(10)机械连接，两位两通电液换向阀(6)的控制输入端与中央控制器(20)的第一控制输出端连接，蓄电池(16)的电压信号输出端与中央控制器(20)的第一信号输入端连接，发动机(1)的控制输入端与中央控制器(20)的第二控制输出端连接，高压液压蓄能器组件(5)的压力信号输出端与中央控制器(20)的第二信号输入端连接，液压泵/马达控制组件(14)的信号输入端与中央控制器(20)的第三控制输出端连接，逆变器(17)的控制信号输入端与中央控制器(20)的第四控制输出端连接，电磁离合器(15)的信号输入端与中央控制器(20)的第五控制输出端连接。
2.根据权利要求1所述的并联式液电混合动力驱动系统，其特征是：所述的液压泵/马达控制组件(14)由电液伺服阀(12)和变量油缸(13)组成，电液伺服阀(12)的P口与减压阀(8)的出油端口连通，电液伺服阀(12)的O口与油箱(11)的油口连通，电液伺服阀(12)的A、B端口分别与变量油缸(13)的进、出油口连通，变量油缸(13)的活塞杆与液压泵/马达(10)的斜盘机械连接。
3.根据权利要求1所述的并联式液电混合动力驱动系统，其特征是：所述的中央控制器(20)为PIC系列单片机。
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