CN102180090B - 一种液压混合动力系统和液压控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压混合动力系统和液压控制单元，液压混合动力系统包括电启动系统和液压系统；电启动系统包括电动马达和ECU；液压系统包括液压马达、液压源和HCU；ECU的输出端连接到HCU的输入端；HCU的第一输出端连接到电动马达，第二输出端连接到电控离合器和电磁阀；ECU用于当接收到启动指令时，输出第一电平；HCU用于当接收到第一电平时，判断液压源中的压力是否足够完成一次启动，若是则闭合电控离合器并接通电磁阀，由液压马达启动发动机，若否则指令电动马达启动发动机。通过将ECU的输出导线截断，由HCU选择电动马达或液压马达的判断，在不提高开发难度的前提下实现了液压混合动力系统中发动机的可靠启动。

Description

一种液压混合动力系统和液压控制单元

技术领域

本发明涉及动力系统，特别是涉及一种液压混合动力系统和液压控制单元。

背景技术

“环保”已经渗透入人们生活的各个细节。作为大众交通工具的汽车也在尽量向环保靠拢。其中，一种环保汽车具有start/stop功能：当车辆处于停止状态(例如等红绿灯)时，发动机停止运行，以达到节能减排的目的；当车辆需要行驶时，发动机被快速启动并直接驱动车辆行驶。所谓start/stop功能就是根据需要停止发动机运转(stop)和启动发动机(start)的功能。

由于具有start/stop功能的汽车需要频繁的启停发动机，常规的电启动系统中的电池和启动电机都不满足寿命和可靠性要求。液压系统具有足够的扭矩以启动发动机，可以作为发动机的启动动力。但由于液压系统所存储的能量比较少，仅能够支持少次数的发动机启动，如果将液压系统作为唯一的启动动力源则很不可靠。

发明人在实现本发明的过程中，提出具有电启动系统和液压系统的液压混合动力启停控制系统。所述液压混合动力启停控制系统保留原来的电启动系统，将液压系统作为辅助启动系统，通过减少电启动系统的工作次数达到充分利用液压能量、提高电启动系统寿命和发动机启停可靠的目的。

传统发动机的启动由ECU(Electronic Control Unit，电控制单元)管理电启动系统的动作，其控制算法已经相当成熟，该ECU硬件及其控制算法属于企业机密，无法在其基础上进行修改；若抛开传统发动机的ECU、完全独立开发具有start/stop功能并兼顾发动机控制功能的液压混合动力控制系统，则技术难度极大。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压混合动力系统和液压控制单元，在不提高开发难度的前提下实现液压混合动力系统中发动机的可靠启动。

本发明提供了一种液压混合动力系统，所述液压混合动力系统包括：电启动系统和液压系统；

所述电启动系统包括电动马达和电控制单元ECU；所述液压系统包括液压马达、液压源和液压控制单元HCU；液压源与液压马达之间连接有电磁阀，液压马达与发动机之间连接有电控离合器；

所述ECU的输出端连接到HCU的输入端；HCU的第一输出端连接到电动马达，HCU的第二输出端连接到电控离合器和电磁阀；ECU用于当接收到启动指令时，输出第一电平；HCU用于当接收到第一电平时，判断液压源中的压力是否足够完成一次启动，若是则闭合电控离合器并接通电磁阀，由液压马达启动发动机，若否则指令电动马达启动发动机。

优选的，所述ECU还可以用于判断发动机是否启动成功，若是，则输出第二电平；所述HCU还可以用于当接收到第二电平时，若启动发动机采用电动马达，则向电动马达输出第四电平以停止电动马达，若启动发动机采用液压马达，则断开电控离合器和电磁阀；所述第一电平高于第二电平和第四电平。

优选的，所述ECU还用于当接收到停止指令时，关闭发动机。

HCU判断液压源中的压力是否足够完成一次启动具体可以为：HCU通过液压源中的压力传感器的信号获得液压源中的压力值，HCU通过比较所述压力值和预存值判断液压源中的压力是否足够完成一次启动。

优选的，所述启动指令由启动按钮被按压时发出，所述启动按钮设置于驾驶室中。

优选的，所述停止指令由停止按钮被按压时发出，所述停止按钮设置于驾驶室中。

本发明还提供了一种液压控制单元，包括：

判断模块，用于当接收到电控制单元输出的第一电平时，判断液压源中的压力是否足够完成一次启动；

启动模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，闭合电控离合器并接通电磁阀，由液压马达启动发动机，当所述判断模块的判断结果为否时，指令电动马达启动发动机。

优选的，所述液压控制单元还包括停止模块，用于当接收到电控制单元输出的第二电平时，若启动发动机采用电动马达，则向电动马达输出第四电平以停止电动马达，若启动发动机采用液压马达，则断开电控离合器和电磁阀；所述第一电平高于第二电平和第四电平。

优选的，所述判断模块包括：

获取子模块，用于从液压源中的压力传感器的信号获得液压源中的压力值；

比较子模块，用于比较所述压力值和预存值，以判断液压源中的压力是否足够完成一次启动。

优选的，所述启动指令由启动按钮被按压时发出，所述启动按钮设置于驾驶室中。

本发明的液压混合动力系统和液压控制单元，在以传统发动机为基础的液压混合动力系统上，通过将ECU的输出导线截断，使用HCU对ECU输出的电平信号进行拦截，充分利用传统ECU及其启动控制算法，使用HCU进行选择电动马达或液压马达的判断，由ECU和HCU分工合作，不需改变ECU硬件及其控制算法，在不提高开发难度的前提下实现了液压混合动力系统中发动机的可靠启动，减少了电动马达的启动次数，保护了电动马达中的电池和电机；结合ECU对发动机进行停止控制，在液压混合动力系统中实现了start/stop功能。

附图说明

图1是本发明的液压混合动力系统的结构示意图；

图2是本发明的HCU的框架示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种液压混合动力系统，所述液压混合动力系统包括电启动系统和液压系统。

所谓液压混合动力系统，是混合动力系统的一种，由电启动系统和液压系统组成，根据需要可单独驱动车辆行驶或共同为车辆提供动力。

如图1所述，所述电启动系统包括电动马达11和ECU10；所述液压系统包括液压马达21、液压源220和HCU(Hydraulic Control Unit，液压控制单元)20；液压源220与液压马达21之间连接有电磁阀23，液压马达21与发动机30之间连接有电控离合器24。

ECU10的输出端连接到HCU20的输入端；HCU20的第一输出端连接到电动马达11，HCU20的第二输出端连接到电控离合器24和电磁阀23；ECU10用于当接收到启动指令时，输出第一电平；HCU20用于当接收到第一电平时，判断液压源220中的压力是否足够完成一次启动，若是则闭合电控离合器24并接通电磁阀23，由液压马达21的动力启动发动机30，若否则指令电动马达11启动发动机30。

启动指令可以是用户通过按压驾驶室中专用的“启动”按钮41向ECU10发出，也可以是通过将汽车钥匙50旋转到特定的状态(如T50)向ECU10发出。通常，汽车钥匙50可以旋转到两个状态：T50和T15。T50是汽车钥匙旋转至最大的状态，此时发动机点火开始启动。T15是汽车钥匙旋转至第一档的状态，此时汽车的电器和控制系统上电，进行初始化等工作，但不启动发动机。

传统的ECU直接将输出端连接到电动马达上，若ECU接收到启动指令，则ECU输出的第一电平直接传递给电动马达，由电动马达启动发动机。本发明中，将ECU10的输出导线截断，使用HCU20对ECU10输出的电平信号进行拦截，当ECU10输出第一电平时，HCU20拦截所述第一电平，并判断液压源220中的压力是否足够完成一次发动机的启动，若是则闭合电控离合器24并接通电磁阀23，若否则指令电动马达11启动发动机。ECU10和HCU20分工合作，减少了电动马达11的启动次数，保护了电动马达11中的电池和电机，并且不需要知道ECU硬件内部是怎样的构造以及采用何种控制算法。

HCU20可以模拟ECU10的第一电平输出第三电平，电动马达11接收到第三电平后，会按照传统工作方式启动并带动发动机30，第一电平与第三电平相当，例如第一电平可以等于第三电平。

液压源220中的工作介质是液压油，液压源220实际上可以为液压蓄能器，是存储液压压力的容器。液压马达21与电控离合器24采用现有的方式与发动机30的曲轴连接，例如采用传动齿轮。当采用液压马达21启动发动机30时，电控离合器24闭合，液压马达21输出扭矩，通过带动曲轴旋转而启动发动机30。液压源220上装有压力传感器，压力传感器将液压源220中的压力值通过液压信号传递给HCU20，HCU20可以仅在接收到第一电平时获取液压源220中的压力值，也可以实时获取所述压力值。压力传感器的压力值还可以通过驾驶室中的仪表和/或屏幕将所述压力值实时提供给用户进行参考。

HCU20判断液压源220中的压力是否足够完成一次启动具体可以为：HCU20通过液压源220中的压力传感器信号获得液压源220中的压力值，HCU20可以通过比较所述压力值和预存值判断液压源220中的压力是否足够完成一次启动。HCU20中存储有一个预存值(例如25MPa)，当液压源220中的压力值大于等于所述预存值时，代表当前液压源220中的压力足够完成一次启动，HCU20就会闭合电控离合器24并接通电磁阀23，由液压马达21启动发动机30。

液压源220中的压力在启动一次发动机30后，会有很大程度的降低，可以通过汽车刹车的能量或利用启动成功后的发动机带动液压泵进行逐步恢复。

ECU10还可以用于判断发动机30是否启动成功，若是，则ECU10输出第二电平；第一电平高于第二电平。ECU10判断发动机30是否启动成功的逻辑可以采用现有ECU的判断逻辑：发动机30中具有转速传感器，ECU10可以通过所述转速传感器判断发动机30是否启动成功，ECU10与转速传感器的连接可以参考现有技术。当经过预定时间(如2s)后，发动机30的转速大于等于预置的转速(如300转/分钟)，则ECU10可以确定发动机30启动成功，为了节能环保，ECU10可以按照传统工作方式输出第二电平。

HCU20还可以用于当接收到ECU10输出的第二电平时，若启动发动机30采用电动马达11，则向电动马达11输出第四电平以停止电动马达11，若启动发动机30采用液压马达21，则断开电控离合器24和电磁阀23。第二电平与第四电平相当，例如第二电平可以等于第四电平。

所述第一电平仅是为了和第二电平进行区分，不同的ECU设置的第一电平和第二电平可以不同，例如第一电平和第二电平可以分别为24V和5V。第三电平也是为了和第四电平进行区分，例如第三电平和第四电平可以分别为24V和5V。

HCU20可以模拟ECU10输出的第四电平，电动马达11接收到第四电平后，会按照传统工作方式停止。

ECU10还可以用于当接收到停止指令时，关闭发动机30。停止指令可以是用户通过按压驾驶室中专用的“停止”按钮42向ECU10发出，也可以是通过汽车钥匙将发动机直接关闭。ECU10向发动机30发送停止指令的线路可以采用和现有技术相同的方式，当用户长时间堵车或等待红绿灯时，会向ECU10发送停止指令，ECU10接收到停止指令后，会立刻关闭发动机30。

液压源220与液压马达21之间可以通过管路22连接到电磁阀23上，液压马达21与发动机30之间连接有电控离合器24，所述电控离合器24可以采用硅油等介质，也可以是采用磁粉的电磁离合器。

本实施例的液压混合动力系统，通过将ECU的输出导线截断，使用HCU对ECU输出的电平信号进行拦截，充分利用传统ECU及其启动控制算法，使用HCU进行选择电动马达或液压马达的判断，由ECU和HCU分工合作，不需改变ECU硬件及其控制算法，在不提高开发难度的前提下实现了液压混合动力系统中发动机的可靠启动，减少了电动马达的启动次数，保护了电动马达中的电池和电机；结合ECU对发动机进行停止控制，在液压混合动力系统中实现了start/stop功能。进一步的，启动指令和停止指令可以由用户根据实际需要进行选择发出，避免了具有自动start/stop功能的汽车频繁启停发动机，从而更好的保护电动马达。

实施例二

本实施例提供了一种HCU，所述HCU适用于液压混合动力系统，所述液压混合动力系统包括电启动系统和液压系统。所述电启动系统可以包括电动马达和ECU；所述液压系统可以包括液压马达、液压源和液压控制单元HCU；液压源与液压马达之间连接有电磁阀，液压马达与发动机之间连接有电控离合器。所述HCU的输入端与ECU的输出端连接；HCU的第一输出端连接到电动马达，HCU的第二输出端连接到电控离合器和电磁阀。

如图2所示，所述HCU可以包括判断模块1和启动模块2。

判断模块1用于当接收到ECU输出的第一电平时，判断液压源中的压力是否足够完成一次启动。

判断模块1具体可以包括：

获取子模块，用于从液压源中的压力传感器的信号获得液压源中的压力值；

比较子模块，用于比较所述压力值和预存值，以判断液压源中的压力是否足够完成一次启动。

启动模块2用于当判断模块1的判断结果为是时，闭合电控离合器并接通电磁阀，由液压马达启动发动机，当判断模块1的判断结果为否时，指令电动马达启动发动机。所述比较子模块中可以存储有一个预存值，当液压源中的压力值大于等于所述预存值时，代表当前液压源中的压力足够完成一次启动，启动模块2就会闭合电控离合器并接通电磁阀，以使液压马达启动发动机。

所述HCU还可以包括停止模块3，用于当接收到ECU输出的第二电平时，若启动发动机采用电动马达，则向电动马达输出第四电平以停止电动马达，若启动发动机采用液压马达，则断开电控离合器和电磁阀。

本实施例的HCU可以单独位于一个控制器中，也可以与ECU集成在同一个控制器中，本发明对此不做限定。

本实施例的HCU，使用HCU对ECU输出的电平信号进行拦截，充分利用传统ECU及其启动控制算法，使用HCU进行选择电动马达或液压马达的判断，由ECU和HCU分工合作，不需改变ECU硬件及其控制算法，在不提高开发难度的前提下实现了液压混合动力系统中发动机的启动，减少了电动马达的启动次数，保护了电动马达中的电池和电机；结合ECU对发动机进行停止控制，在液压混合动力系统中实现了start/stop功能。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液压混合动力系统，其特征在于，所述液压混合动力系统包括：电启动系统和液压系统；

所述电启动系统包括电动马达和电控制单元ECU；所述液压系统包括液压马达、液压源和液压控制单元HCU；液压源与液压马达之间连接有电磁阀，液压马达与发动机之间连接有电控离合器；

所述ECU的输出端连接到HCU的输入端；HCU的第一输出端连接到电动马达，HCU的第二输出端连接到电控离合器和电磁阀；ECU用于当接收到启动指令时，输出第一电平；HCU用于当接收到第一电平时，判断液压源中的压力是否足够完成一次启动，若是则闭合电控离合器并接通电磁阀，由液压马达启动发动机，若否则指令电动马达启动发动机。

2.如权利要求1所述的液压混合动力系统，其特征在于，所述ECU还用于判断发动机是否启动成功，若是，则输出第二电平；所述HCU还用于当接收到第二电平时，若启动发动机采用电动马达，则向电动马达输出第四电平以停止电动马达，若启动发动机采用液压马达，则断开电控离合器和电磁阀；所述第一电平高于第二电平和第四电平。

3.如权利要求1所述的液压混合动力系统，其特征在于，所述ECU还用于当接收到停止指令时，关闭发动机。

4.如权利要求1-3任一项所述的液压混合动力系统，其特征在于，HCU判断液压源中的压力是否足够完成一次启动具体为：HCU通过液压源中的压力传感器的信号获得液压源中的压力值，HCU通过比较所述压力值和预存值判断液压源中的压力是否足够完成一次启动。

5.如权利要求1-3任一项所述的液压混合动力系统，其特征在于，所述启动指令由启动按钮被按压时发出，所述启动按钮设置于驾驶室中。

6.如权利要求3所述的液压混合动力系统，其特征在于，所述停止指令由停止按钮被按压时发出，所述停止按钮设置于驾驶室中。

7.一种液压控制单元，其特征在于，包括：

判断模块，用于当接收到电控制单元输出的第一电平时，判断液压源中的压力是否足够完成一次启动；所述第一电平是电控制单元接收到启动指令时输出的；

启动模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，闭合电控离合器并接通电磁阀，由液压马达启动发动机，当所述判断模块的判断结果为否时，指令电动马达启动发动机。

8.如权利要求7所述的液压控制单元，其特征在于，所述液压控制单元还包括停止模块，用于当接收到电控制单元输出的第二电平时，若启动发动机采用电动马达，则向电动马达输出第四电平以停止电动马达，若启动发动机采用液压马达，则断开电控离合器和电磁阀；所述第一电平高于第二电平和第四电平。

9.如权利要求7或8所述的液压控制单元，其特征在于，所述判断模块包括：

获取子模块，用于从液压源中的压力传感器的信号获得液压源中的压力值；

比较子模块，用于比较所述压力值和预存值，以判断液压源中的压力是否足够完成一次启动。

10.如权利要求7或8所述的液压控制单元，其特征在于，所述启动指令由启动按钮被按压时发出，所述启动按钮设置于驾驶室中。

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