CN102358163A - 轮毂马达液压驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮毂马达液压驱动系统，其包括发动机(1)、离合器(2)、变速箱(3)、取力器(4)、变量泵(14)、液压控制阀组(6)与2个轮毂液压马达(9)。发动机(1)通过离合器(2)与变速箱(3)输入轴连接，取力器(4)输入轴和变速箱(3)中间轴连接，取力器(4)输出轴与变量泵(14)输入轴连接。变量泵(14)高压油出口和液压控制阀组(6)高压油进口连接，变量泵(14)低压油进口和液压控制阀组(6)低压油出口连接，液压控制阀组(6)高压油出口和两个前轮(13)上的2个轮毂液压马达(9)高压油进口连接，液压控制阀组(6)低压油进口和两个前轮(13)上的2个轮毂液压马达(9)低压油出口连接。

Description

轮毂马达液压驱动系统

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力汽车上的驱动系统，更具体地说，本发明涉及一种安装在车辆前轮的轮毂马达液压驱动系统。

背景技术

节能与环保是21世纪汽车发展的两大主题，电动汽车是传统燃油内燃机汽车的理想替代品，但受蓄电池能量的限制以及燃料电池高成本的约束，液驱混合动力汽车可视为一种综合解决上述问题的可行方案。

液压混合动力汽车在国内处于高校研究阶段，相关的液压驱动均为结构相对简单的并联式系统。在国外，美国Eaton公司将液驱混合动力技术推广应用到各种类型的车辆上，如轿车、皮卡及城市公交客车等，其并联液压辅助系统HLA成功应用于重型垃圾车，使燃油经济性提高17～28％；英国Ricardo公司开展了液驱混合动力汽车与并联、串联油电混合电动汽车及常规汽车的比较研究，结果显示，液驱混合动力技术具有非常好的节能效果；日本三菱公司和德国M.A.N公司将液压蓄能系统运用在城市公交客车上，并在欧洲及北美多个城市使用，取得了良好的经济性。

液压驱动对于商用车，大型卡车，工程车辆的应用更具优势，因为此类车辆多工作在乡间或矿山路面上，其附着系数一般较小，车辆的通过性较差。因此可以利用此种车辆本身的液压系统，增加一套泵和马达，针对经常出现的坏路况，当后轮发生打滑，影响车辆的通过性时，可利用前轮液压马达驱动，显著提高整车的通过性能。可见，液压驱动具有工况适应能力强的特点。另外，液压泵/马达的比功率大，体积很小，可做成轮毂马达，直接驱动车轮，大大省去液压机械结构的连接构件，使结构更易实现，且液压系统在空间相对宽广的商用车上的布置更容易实现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服商用载货车在坏路面上通过性差的问题，提供了一种轮毂马达液压驱动系统。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的轮毂马达液压驱动系统包括发动机、离合器、变速箱、取力器、变量泵、液压控制阀组与2个结构相同的轮毂液压马达。发动机的输出轴通过离合器与变速箱的输入轴固定连接，变速箱中间轴的输出端和取力器的输入轴固定连接，取力器的输出轴与变量泵的输入轴固定连接，变量泵的高压油出口通过高压管路和液压控制阀组的高压油进口连接，变量泵的低压油进口通过低压管路和液压控制阀组的低压油出口连接，液压控制阀组的高压油出口与低压油进口通过高压管路和安装在两个前轮轮毂上的2个结构相同的轮毂液压马达的进油口与出油口连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的轮毂马达液压驱动系统中的液压马达的比功率和电机相比要高，可大大减小汽车的自重，更易实现轮毂驱动，使整车结构简单，改动工作量要少。例如：电机的比功率约为1.6kw/kg，而液压马达的比功率可达3.6kw/kg；

2.本发明所述的轮毂马达液压驱动系统多工况适应能力强，能显著提高坏路面通过性能，参阅图6与图7，提高牵引力比例约为10％-23％，爬坡度增加比例约为13％-25％。且随着附着系数的减小，牵引力和爬坡度提高的越来越多；

3.本发明所述的轮毂马达液压驱动系统在液压混合驱动起、停频繁的城市工况，能明显提高其燃油经济性；

4.本发明所述的轮毂马达液压驱动系统使整车成本增加不多，相比油电混合系统，整车成本更具优势。由于轮毂马达液压驱动系统多用于较大的车型，若要是油电混合系统，需要电机、电池等器件规格和价格都会很高，而相对同样功率的液压器件价格比电机电池要低得多，同样功率的液压系统的价格是电驱动系统的10-20％；

5.本发明所述的轮毂马达液压驱动系统的液压驱动要比高电压电力驱动具有更高的安全性。

这些潜在的优势使轮毂液压混合动力汽车兼具多工况适用性的同时还能有效改善整车经济性，必定会成为油电混合动力的强力竞争对手。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的轮毂马达液压驱动系统实施例的结构原理示意图；

图2为本发明所述的轮毂马达液压驱动系统在发动机单独驱动模式时能量传递路线示意图；

图3为本发明所述的轮毂马达液压驱动系统在混合驱动模式时能量传递路线示意图；

图4为本发明所述的轮毂马达液压驱动系统中所采用的液压控制阀组的结构组成示意图；

图5为采用本发明所述的轮毂马达液压驱动系统的总体控制流程框图；

图6为采用本发明所述的轮毂马达液压驱动系统的车辆牵引力提高的曲线图；

图7为采用本发明所述的轮毂马达液压驱动系统的车辆爬坡度提高的曲线图；

图中：1.发动机，2.离合器，3.变速箱，4.取力器，5.控制单元，6.液压控制阀组，7.高压管路，8.低压管路，9.轮毂液压马达，10.传动轴，11.后驱动桥，12.后轮，13.前轮，14.变量泵，15.溢流阀，16.换向阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明专利的目的是提供一种安装在前轮(非驱动轮)的轮毂马达液压驱动系统，以克服商用载货车在坏路面上通过性差的缺点，改善汽车的使用性能、提高其燃油经济性。

参阅图1，所述的轮毂马达液压驱动系统包括(发动机1、离合器2、变速箱3)、取力器4、变量泵14、液压控制阀组6、2个结构相同的径向柱塞式变量的轮毂液压马达9。

所述的取力器4包括壳体、输入轴、输出轴、输入轴齿轮，输出轴齿轮与两对滚动轴承。

输入轴、输出轴通过滚动轴承安装在壳体上并处于同一水平面内，输入轴、输出轴的回转轴线相互平行。输入轴齿轮与输出轴齿轮套装在输入轴与输出轴上成固定连接，输入轴齿轮与输出轴齿轮啮合连接。

参阅图4，所述的液压控制阀组6由1号溢流阀15、2号溢流阀与一个三位四通的换向阀16组成。其中，粗虚线为高压油通道采用高压管路7，细虚线为低压油通道采用低压管路8；1号溢流阀15的b端口与2号溢流阀的a端口同和三位四通的换向阀16的P端口采用高压管路7相连接；连接1号溢流阀15的b端口、2号溢流阀的a端口与三位四通的换向阀16的P端口的高压管路7又作为液压控制阀组6高压油的输入口和变量泵14高压油输出口相连接。1号溢流阀15的a端口与2号溢流阀的b端口同和三位四通的换向阀16的T端口采用低压管路8相连接；连接1号溢流阀15的a端口、2号溢流阀的b端口与三位四通的换向阀16的T端口的低压管路8又作为液压控制阀组6低压油的输出口和变量泵14低压油输入口相连接。连接三位四通的换向阀16的A端口与B端口的高压管路7作为液压控制阀组6高压油的输出口与低压油的输入口或者作为液压控制阀组6低压油的输入口与高压油的输出口和安装在两个前轮13轮毂上的2个结构相同的轮毂液压马达9的进油口与出油口连接。

发动机1的输出轴通过离合器2与变速箱3的输入轴连接，取力器4输入轴的输入端和变速箱的中间轴的输出端机械固定连接，取力器4的输出轴的输出端与固定在车架上的变量泵14的输入轴机械固定连接，变量泵14的高压油出口通过高压管路7和液压控制阀组6的高压油进口密封连接，即和1号溢流阀15的b端口、2号溢流阀的a端口与三位四通的换向阀16的P端口密封连接，变量泵14的低压油进口通过低压管路8和液压控制阀组6的低压油出口密封连接，即和1号溢流阀15的a端口、2号溢流阀的b端口与三位四通的换向阀16的T端口密封连接。液压控制阀组6的高压油出口通过高压管路7和安装在两个前轮13轮毂上的2个结构相同的轮毂液压马达9的进油口密封连接，液压控制阀组6的低压油进口通过高压管路7和安装在两个前轮13轮毂上的2个结构相同的轮毂液压马达9的出油口密封连接，液压控制阀组6的高压油出口与低压油进口之所以都采用高压管路7和安装在两个前轮13轮毂上的2个结构相同的轮毂液压马达9密封连接，因为轮毂液压马达9高压油的进油口与低压油出油口在车辆前行与倒车时是互换的。

通过液压控制阀组6中的三位四通换向阀16的不同位置，实现轮毂液压马达的正转、停止工作和反转功能，并且可根据负载需求调节变量泵14、轮毂液压马达9的排量与流量，从而实现混合动力汽车的多种工作模式。这种轮毂马达液压驱动系统整体质量小，传递部件少，能够在最大限度的节约制造和改造成本的基础上实现节约燃油和保证整车动力性能的目的。

本发明专利中所采用的主要动力部件的功能：

1.发动机1为轮毂马达液压驱动系统中的动力源，在好的路面可以提供给后轮12所需的动力；而在坏路面上时，除了能提供给后轮12的动力外，还可将多余的动力传递给前轮13的轮毂马达液压驱动系统。

2.变量泵14的功能为吸收从取力器4的动力，根据负荷的大小，调节泵的排量以提供合适的轮毂液压马达9所需的扭矩，它将从发动机1传递过来的机械能转化为液压能。

3.轮毂液压马达9具有高转矩输出特性可以增加或补充输出轴上来自于发动机1的转矩以满足路面转矩需求，即把发动机1的转矩输出从路面需求转矩中解耦出来，解除了发动机1与驱动轴之间因为机械连接而引起的路面需求扭矩对发动机转矩的限制。

4.控制单元5可以通过车速、发动机1的转速、及加速踏板的位置/节气门开度，来控制发动机1的转矩输出；根据液压系统的压力和变量泵14的转速，来确定变量泵14的排量，并通过变量泵14的斜盘来调节；同样地，根据轮毂液液压马达9的工作压力和转速，来确定轮毂液压马达9的排量，并通过轮毂液压马达9的斜盘来调节。

轮毂马达液压驱动系统的工作模式

●表示离合器接合或马达工作

○表示离合器分离或马达空转

工作模式：

1.发动机单独驱动模式

参阅图2，指汽车在正常路面上行驶，此时驱动轮不打滑，汽车运行所需的转矩由发动机1单独提供，离合器2接合，轮毂液压马达9处于空转的状态，动力由发动机1经变速箱3、后驱动桥11传至后轮12。

2.联合驱动模式

参阅图3，当汽车行驶在坏路面时，驱动轮(后轮12)打滑，则前轮进入液压驱动模式。具体的进入液驱模式的控制见图5流程图。此时，离合器2结合，变量泵14通过取力器4获得发动机1的一部分动力，用于给2个轮毂液压马达9提供高压油，2个轮毂液压马达9工作驱动2个前轮13；发动机1的另外一部分动力通过后驱动桥11驱动2个后轮12，从而变为2个前轮13与2个后轮12共同驱动汽车。当驱动轮(后轮12)打滑时，根据不同的滑移率和此时的发动机1的功率来确定发动机1能提供给2个前轮13的驱动功率，变量泵14根据2个前轮13可得到的驱动功率，来控制变量泵14的排量以提供给2个轮毂液压马达9合适的驱动力。

参阅图1，本发明实施例中的机械传动系统与轮毂马达液压驱动系统包括发动机1、离合器2、变速箱3、取力器4、控制单元5、变量泵14、液压控制阀组6(包括1号溢流阀15、2号溢流阀和一个三位四通的换向阀16)、高压管路7、低压管路8、两个结构相同的轮毂液压马达9、传动轴10、后驱动桥11、后轮12、前轮13。

变量泵14和液压控制阀组6均固定在车架上，两套轮毂液压马达9为结构相同的左右对称的安装在两个前轮13的轮毂上。取力器4连接在变速箱3的右侧，将动力传递给变量泵14，而变量泵14则带动两个安装在两个前轮13轮毂上的轮毂液压马达9驱动两个前轮13。发动机1作为动力单元，其动力可以通过机械系统直接传给后驱动车轮即两个后轮12，也可以通过变量泵14、两个轮毂液压马达9以液压能的方式传给两个前轮13。

参阅图2，在发动机单独驱动模式时，离合器2接合，发动机1的动力输出经变速箱3的输出轴、传动轴10传递到后驱动桥11直至2个后轮12驱动汽车，此时2个轮毂液压马达9处于空转状态，并不从取力器4获得能量。传递路线如图中的粗实线所示。

参阅图3，在混合驱动模式时，离合器2接合，发动机1、2个轮毂液压马达9共同驱动车辆，变量泵14工作驱动2个前轮13上的2个毂液压马达9，从而实现四轮驱动整车。一方面发动机1的动力输出依次通过变速箱3的输出轴、传动轴10、后驱动桥11到2个后轮12，另一方面发动机1的动力输出依次通过变速箱3的中间轴、取力器4、液压泵5、2个毂液压马达9到2个前轮13。传递路线如图中的粗实线所示。

何时执行上面所述的联合驱动模式，即2个前轮13何时进入液压驱动模式，这需要根据路面、车速和驱动轮滑移率等条件来判断：

参阅图5，从驾驶室的仪表盘上的开关key开始；

当打开开关时，若驻车则返回，若不是，则看路面的好坏状况并分为好路和坏路；

两种路面情况控制流程一致，比如：当好路面时，先根据发动机的转速和变速箱后的转速方向来判断是前进或倒退，若方向一致则是前进，否则，倒退；

当车前进或倒退时，控制流程类似，比如：当前进时，若出现紧急制动则不进入液驱模式，即排量控制为0；

若没有紧急制动时，再看滑移率和车速是否满足设定好的值(具体值的大小应根据车型和路面条件来定)。若满足条件，则不进入液驱模式，即排量控制为0，若不满足，则车已经打滑，即进入液驱模式；

液驱模式中，调节液压泵和马达的排量，使车速达到一定的值(具体值的大小应根据车型来定)，且前后轮转速一致时，则退出液驱模式。

参阅图6，当车辆在满载100吨、一档速比为12.1时，计算其增加液驱模式后所能提高牵引力的比例。其中，横坐标为附着系数，纵坐标为牵引力增加比例(％)，Ftf为前轮13能够提供的驱动力(t)，FtR为发动机传给后轮12的驱动力(t)，Ftf+FtR则为车辆的总的驱动力，牵引力增加比例曲线是Ftf相对于FtR得到的。

参阅图7，当车辆在满载100吨、一档速比为12.1时，计算其增加液驱模式后所能提高爬坡度的比例。其中，横坐标为附着系数，纵坐标为爬坡度增加比例(％)，Ftf为前轮13能够提供的驱动力(t)，Ftr为发动机传给后轮12的驱动力(t)，GradR则为车辆在Ftr的驱动力下的爬坡度(％)，GradFR则为车辆在Ftr和Ftf的共同驱动力下的爬坡度(％)，爬坡度增加比例曲线是GradFR相对于GradR增加的爬坡度的比例。

Claims (1)

1.一种轮毂马达液压驱动系统，包括发动机(1)、离合器(2)与变速箱(3)，发动机(1)的输出轴通过离合器(2)与变速箱(3)的输入轴连接，其特征在于，所述的轮毂马达液压驱动系统还包括取力器(4)、变量泵(14)、液压控制阀组(6)与2个结构相同的轮毂液压马达(9)；

取力器(4)的输入轴和变速箱(3)中间轴的输出端固定连接，取力器(4)的输出轴与变量泵(14)的输入轴固定连接，变量泵(14)的高压油出口通过高压管路(7)和液压控制阀组(6)的高压油进口连接，变量泵(14)的低压油进口通过低压管路(8)和液压控制阀组(6)的低压油出口连接，液压控制阀组(6)的高压油出口与低压油进口通过高压管路(7)和安装在两个前轮(13)轮毂上的2个结构相同的轮毂液压马达(9)的进油口与出油口连接。

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