CN102616125B - 一种提供液压蓄能混合动力的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提供液压蓄能混合动力的系统和方法。本发明的系统中，发动机通过发动机专用离合器与液压泵/马达相互作用，通过外部的离合器向变速箱输出动力。车辆制动时，发动机通过专用离合器带动液压泵/马达转动，液压泵/马达将机械能转换成液体介质的压力能，并将具有压力能的液体介质储存到液压蓄能器中，实现能量回收；在车辆启动或加速时，具有压力能的液体介质冲击液压泵/马达转动，液压泵/马达将压力能转换成机械能并通过专用离合器输出给发动机，发动机通过外部离合器推动车辆前进，实现能量再生。本发明的方法，根据获取的车辆信息判断车辆所处的状态，对系统进行相应的控制，实现能量回收或再生的目的。

Description

一种提供液压蓄能混合动力的系统和方法

技术领域

本发明涉及混合动力技术领域，特别是涉及一种提供液压蓄能混合动力的系统和方法。

背景技术

随着全球车辆保有量的逐年上升，汽车行业面临的节能减排的压力日益增加。各个国家也正在重点研发绿色、环保的产品，以期在未来竞争中占得先机。混合动力技术是目前国际上公认的最佳节能解决方案之一，旨在通过不同动力源的联合工作，充分发挥各自的优势达到提高能量利用率，降低油耗与减少有害气体排放目的。

现有技术中，“公交车串联式液压混合动力传动装置”的实用新型专利基本原理如图1所示，采用一种液压串联混合动力传动装置，在传统的发动机和车桥中间增加二次调节静液传动系统，采用液压泵/马达，既可以作为泵工作，又可以作为马达工作，通过能实现液压能和机械能相互转换的液压泵/马达和蓄能器来回收和储存公交汽车的制动动能，并在公交汽车启动、加速、行驶过程中加以利用。

传统的动力总成中是利用发动机通过离合器向车辆输出动力，而该实用新型的专利中，由二次调节静液传动系统中的液压泵/马达通过离合器向车辆输出动力，需要对传统车辆的动力系统如离合器、变速箱等进行彻底的更改，即全新设计，不利于新车和旧车改造，不能借用传统的生产线。

发明内容

本发明提出一种提供液压蓄能混合动力的系统和方法，本发明中发动机通过发动机专用离合器与能量转换器相互作用，实现能量回收和能量再生，且发动机仍然直接利用传统的离合器对车辆的变速箱输出动力。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

提出一种提供液压蓄能混合动力的系统，所述系统包括：发动机、能量转换器、蓄能器，

所述发动机具有专用离合器，所述专用离合器处于闭合状态时，所述发动机通过所述专用离合器连接到所述能量转换器，且，通过外部离合器连接到变速箱；

所述能量转换器，用于，车辆制动时，将所述发动机提供的机械能转换为液体介质的压力能，或，车辆起动或加速时，将具有压力能的液体介质的压力能转换为机械能提供给所述发动机；

所述蓄能器，用于，通过具有不同的所述液体介质的流通通路的液压连接管路与所述能量转换器相连，储存液体介质。

优选地，

所述系统还包括液压系统控制器，用于，通过直接连接传感器获取车辆信息，根据所述车辆信息判断车辆所处的状态，通过发送控制指令或提供高低电平对所述系统进行相应的控制。

优选地，

所述系统还包括发动机控制器，用于，与所述液压系统控制器进行通讯，对所述发动机进行控制；

所述液压系统控制器通过所述发动机控制器获取所述发动机和整车信息。

优选地，

所述能量转换器和/或所述发动机控制器，为所述发动机内置的装置。

优选地，

所述发动机还用于，所述专用离合器处于断开状态时，所述发动机单独工作，通过外部离合器向变速箱输出动力。

优选地，

所述能量转换器为液压泵/马达，所述专用离合器处于闭合状态时：以液压泵状态工作，将发动机所提供的机械能转换为液体介质的压力能；或，以马达状态工作，将具有压力能的液体介质的压力能转换为机械能提供给所述发动机。

优选地，

所述蓄能器包括：液压蓄能器和低压油箱，

所述液压蓄能器，用于，通过所述液压连接管路与所述能量转换器相连，储存具有压力能的液体介质；

所述低压油箱，用于，通过所述液压连接管路与所述能量转换器相连，储存低压液体介质；

所述系统还包括液压阀组件，用于，控制所述液压连接管路建立不同的所述液体介质的流通通路，所述液压阀组件包括：单向阀和电磁换向阀，

所述单向阀，用于，位于所述液压连接管路上，为所述液体介质提供单向流通的通路；

所述电磁换向阀，用于，工作于不同的位置，接通或断开所述液压连接管路上的管路接口，建立与所述能量转换器所进行的能量转换相对应的所述液体介质的流通通路。

优选地，

所述液压阀组件还包括：强制泄压阀和溢流阀，

所述强制泄压阀，用于，位于直接连通所述液压蓄能器和所述低压油箱的液体介质的流通通路的液压连接管路上，为常闭阀；开启后，将所述液压蓄能器中储存的具有压力能的液体介质直接释放到所述低压油箱中；

所述溢流阀，用于，位于所述能量转换器的出口，所述能量转换器的出口压力低于设定值时，处于关闭状态；所述能量转换器的出口压力超过设定值时，自动开启，将所述能量转换器出口的具有压力能的液体介质直接释放到所述低压油箱中。

本发明还提出一种提供液压蓄能混合动力的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤A：判断车辆所满足的条件，如果满足发动机起动或能量再生条件，则进入步骤B；如果满足能量回收条件，则进入步骤C；

步骤B：控制发动机的专用离合器闭合，控制接通液体介质的流通通路一，如果液压蓄能器中储存有具有压力能的液体介质，则能量转换器将所述具有压力能的液体介质的压力能转换为机械能，并通过所述专用离合器提供给所述发动机，所述发动机通过外部离合器向变速箱输出动力；

步骤C：控制所述专用离合器闭合，控制接通液体介质的流通通路二，所述能量转换器将所述发动机所提供的机械能转换为液体介质的压力能，并将具有压力能的液体介质储存到液压蓄能器中。

优选地，

所述步骤A中所述判断车辆所满足的条件具体为：液压系统控制器根据所获取的车辆信息判断车辆所满足的条件，所述车辆信息包括整车、发动机、离合器、蓄能器和变速箱挡位的相关信息。

优选地，

所述液体介质的流通通路一和所述液体介质的流通通路二建立在相同的液压连接管路上，受位于所述液压连接管路上的液压阀组件控制。

优选地，

所述步骤B中还包括：如果所述液压蓄能器中没有储存具有压力能的液体介质，则控制发动机按常规操作起动或加速。

优选地，

所述步骤A还包括：如果满足发动机单独运行条件，则进入步骤D；

所述步骤D为：控制所述专用离合器断开，控制所述发动机单独运行，所述发动机通过外部离合器向变速箱输出动力。

优选地，

所述步骤A还包括：如果满足强制泄压条件，则进入步骤E；

所述步骤E为：控制所述专用离合器断开，控制强制泄压阀开启，接通液体介质的流通通路三，将液压蓄能器中具有压力能的液体介质不经过能量转换器，直接释放到低压油箱中。

优选地，

所述步骤A还包括：如果满足发动机停止条件，则进入步骤F；

所述步骤F为：控制所述专用离合器断开，控制发动机停止。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明中发动机通过专用离合器与能量转换器相互作用，实现能量回收和能量再生，并仍然直接利用传统的离合器对车辆的变速箱输出动力。这样本发明在传统的动力总成上只需要对传统的发动机进行改造，而其它部件如离合器、变速箱等包括驾驶习惯都不需要更改，这样适合于新车和旧车改造，也可以借用传统生产线。

本发明的有益效果进一步包括：在车辆运行过程中，比如：在车站乘客上下车或者等红灯的时候，本发明可以让发动机熄火，当车辆需要启动的时候，可以自动让发动机启动，启动的动力来源于蓄能器，而蓄能器的能量是通过车辆制动时能量回收得到的，这样比传统的启停方式节约能源。

本发明的有益效果进一步包括：当本发明中的发动机专用离合器断开发动机和能量转换器时，发动机可以单独工作，因此，即使能量转换器或蓄能器中的液压连接管路发生故障，也不影响整车运行。

附图说明

图1为公交车串联式液压混合动力传动装置的示意图；

图2为本发明具体实施例的系统结构示意图；

图3为本发明具体实施例的液压蓄能专用发动机结构示意图；

图4为本发明具体实施例的液压系统控制器示意图；

图5为本发明具体实施例的液压阀组件及液压回路原理图；

图6为本发明具体实施例的方法的流程示意图；

图7为本发明具体实施例的液压泵/马达以马达状态工作的示意图；

图8为本发明具体实施例的液压泵/马达以液压泵状态工作的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种提供液压蓄能混合动力的系统和方法。

本发明的具体实施例中，以液体油类为介质，以液压泵/马达作为能量转换器，通过机械能和压力能的相互转换，可以实现：

(1)制动能量回收：车辆制动时，发动机通过发动机专用离合器带动液压泵/马达转动，液压泵/马达将车辆行驶的动能转换成压力能，并将压力能储存到液压蓄能器中。

(2)制动能量再生：车辆起动或加速时，液压蓄能器中如果储存有具有压力能的液体介质，则液压泵/马达将具有压力能的液体介质的压力能转换成机械能，并通过发动机专用离合器将机械能传递给发动机，发动机再通过外部的离合器向车辆输出动力。

参见图2，在本发明的具体实施例中，本发明的系统中的发动机采用已申请专利的液压蓄能专用发动机(1)，即在发动机内部已经设置有发动机控制器、专用离合器和液压泵/马达。液压蓄能专用发动机(1)通过外部离合器和变速箱将发动机动力输出至车轮。本发明的系统中的其它部件统称为液压系统，所以液压系统包括液压系统控制器HCU(2)、液压阀组件(3)、液压蓄能器(4)、低压油箱(5)。

液压系统控制器HCU(2)可以通过液压蓄能专用发动机(1)中的控制器获取发动机信息和整车信息，也可以直接通过车辆上的各类传感器(6)来获取液压系统信息和整车信息。

液压连接管路(10)、通讯线(20)、电线(30)和传感器连接线(40)。

下面具体介绍本发明的具体实施例的系统中的各组成部分及其作用：

(一)发动机系统

结合图3参见图2，液压蓄能专用发动机(1)由发动机本体(101)，电磁离合器(102)，液压泵/马达(103)，发动机控制器ECU(104)组成；

所述发动机本体(101)，用于，由所述发动机控制器ECU(104)控制，电磁离合器(102)处于闭合状态时，通过电磁离合器(102)连接到液压泵/马达(103)，且，通过外部离合器连接到变速箱；

所述电磁离合器(102)，用于由所述液压系统控制，连接或断开所述发动机本体(101)和所述液压泵/马达(103)；

液压泵/马达(103)通过设置有液压阀组件(3)的液压连接管路(10)分别与液压蓄能器(4)和低压油箱(5)进行连接。液压泵/马达(103)通过电磁离合器(102)与发动机本体(101)连接时：以马达状态工作，将液压系统储存的具有压力能的液体介质的压力能转换成机械能；或，以液压泵状态工作，抽取液压系统的低压液体介质，向液压系统内泵压，将机械能转换成液体介质的压力能；

发动机控制器ECU(104)与液压系统控制器HCU(2)通过通讯线(20)进行通讯，用于接收液压系统控制器HCU(2)的控制指令，对发动机本体(101)进行控制。

(二)液压系统

结合图4参见图2，液压系统控制器HCU(2)内存有控制程序及控制策略(201)，液压系统控制器HCU(2)通过电线(30)与电磁离合器(102)和液压阀组件(3)进行连接。液压系统控制器HCU(2)通过通讯线(20)和发动机控制器ECU(104)获取发动机及整车信息。还可以通过连接线(40)连接各类传感器(6)获取相关信息。传感器(6)包括：位于蓄能器(4)上的压力传感器、与电磁离合器(102)相连的转速传感器以及倒档传感器等。

参见图5所示本发明中液压阀组件(3)及液压回路原理图，液压阀组件(3)控制液压连接管路(10)建立不同的流通通路，液压阀组件(3)由电磁换向阀(301)，溢流阀(302)，强制泄压阀(303)，单向阀(304)组成。

电磁换向阀(301)控制一侧管路接口A1、B1与另一侧管路接口P1、T1的接通与断开。当电磁换向阀(301)处于中位时，管路接口A1、B1、P1、T1均不接通，断开液体介质的流通通路；当电磁换向阀(301)处于右位时，管路接口A1与T1接通、B1与P1接通，建立液体介质的流通通路一，此时液压泵/马达以马达状态工作。当电磁换向阀(301)处于左位时，管路接口A1与P1接通、B1与T1接通，建立液体介质的流通通路二，此时液压泵/马达以液压泵状态工作。。

液压系统控制器HCU(2)根据控制策略对电磁换向阀(301)两端的电磁铁通电与断电来控制电磁阀所处的位置：只给左端通电，则工作于左位；只给右端通电，则工作于右位；两端都不通电，则工作于中位。电磁换向阀(301)的状态受液压系统控制器HCU(2)控制。

溢流阀(302)连接在液压泵(103)的出口，用来限制系统的最大压力。当液压泵(103)的出口压力低于设定压力时，该阀处于关闭状态。当液压泵(103)的出口压力超过设定压力时，该阀自动开启，将液压泵/马达出口的具有压力能的液体介质直接释放到所述低压油箱中，使液压泵/马达出口压力减小。

强制泄压阀(303)用于直接连通液压蓄能器(4)和低压油箱(5)。强制泄压阀(303)为常闭阀。当接收到强制泄压指令时，该阀开启，接通液体介质的流通通路三，将液压蓄能器(4)中具有压力能的液体介质不经过能量转换器，直接释放到低压油箱(5)中。强制泄压指令可以来自于液压系统控制器HCU(2)，也可以受单独的开关控制。

单向阀(304)控制油的走向，只能从M向N方向流通，不能反向流通。

本发明还提出一种提供液压蓄能混合动力的方法，结合本发明的具体实施例中的系统，本发明的具体实施例的方法中，将车辆所处的状态分为不同的运行模式，具体的说，将整车分成6种运行模式：发动机起动、能量回收、能量再生、发动机停止、强制泄压、发动机单独运行。并利用控制程序及控制策略(201)设置各种运行模式所应满足的条件。液压混合动力系统的运行模式进行分类和具体判别列于表1。表1中各模式的判断条件为“与”的关系，即必须都成立，该模式才成立。当不属于前5种运行模式时，默认为系统运行于发动机单独运行模式。表1中的变量，如p1，n1，v1等表示具体的数值，在开发后期根据车辆的性能进行标定调整。

表1液压混合动力系统的运行模式判断和归类

注：X表示可以为0和1，表示不作为模式判断标准，离合器闭合表示为0，断开表示为1。本发明的具体实施例的方法包括步骤：

步骤61：液压系统控制器获取整车、发动机、离合器和变速箱挡位的相关信息，判断车辆运行模式；

步骤62：根据步骤61所判断出来的运行模式，通过对系统相关部件进行相应的控制，实现相应的运行模式，不同运行模式所对应的系统相关组件执行机构状态如表2所示：

表2液压混合动力系统的在运行模式下的动作

注：0低电平0V，1高电平24V，X无关。电磁离合器闭合表示为0，断升表示为1。

如果步骤61判断出的是发动机起动模式或能量再生模式，则液压系统控制器(2)控制电磁离合器(102)闭合，连接发动机本体(101)和液压泵/马达(103)，参见图7，此时电磁换向阀(301)处于右位，即管路接口A1与T1接通、B1与P1接通，建立液体介质流通通路一，箭头方向表示液体介质的流通方向，如果液压蓄能器(4)中储存有具有压力能的高压液体介质，则发动机控制器(104)控制发动机通过液压泵/马达(103)将液压蓄能器(4)中储存的具有压力能的液体介质的压力能转换成机械能，通过电磁离合器(102)输出给发动机本体，发动机本体(101)再通过外部离合器向车辆变速箱输出动力；如果没有储存具有压力能的液体介质，则发动机按常规操作工作；

如果步骤61判断出的是能量回收模式，则液压系统控制器(2)控制电磁离合器(102)闭合，连接发动机本体(101)和液压泵/马达(103)，参见图8，此时电磁换向阀(301)处于左位，即管路接口A1与P1接通、B1与T1接通，建立液体介质的流通通路二，箭头方向表示液体介质的流通方向，液压系统控制器(2)向发动机控制器(104)发送指令，发动机控制器(104)控制发动机本体(101)通过电磁离合器(102)转动带动液压泵/马达(103)转动，液压泵/马达(103)抽取低压油箱(5)中的低压液体介质，克服液压蓄能器(4)内的高压，向液压蓄能器(4)内泵压，实现机械能向压力能的转换；

如果步骤61判断出的是发动机单独运行模式，液压系统控制器(2)控制电磁离合器(102)断开发动机本体(101)和液压泵/马达(103)，控制电磁换向阀(301)工作于中位，断开液体介质的流通管路，使液压系统不工作，控制发动机本体(101)单独运行，发动机本体(101)通过外部离合器向车辆变速箱输出动力；

如果步骤61判断出的是强制泄压模式，则液压系统控制器(2)控制电磁离合器断开(102)发动机本体(101)和液压泵/马达(103)，控制电磁换向阀(301)工作于中位，断开液体介质的流通管路，液压系统不工作；控制强制泄压阀(303)开启；强制泄压阀开启后，建立液体介质的流通通路三，液压蓄能器(4)将具有压力能的高压液体介质直接释放到低压油箱(5)中；

如果步骤61判断出的是发动机停止模式，则液压系统控制器(2)控制电磁离合器(102)断开发动机本体(101)和液压泵/马达(103)，控制电磁换向阀(301)工作于中位，断开液体介质的流通管路，液压系统不工作，控制发动机停止。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种提供液压蓄能混合动力的系统，其特征在于，所述系统包括:发动机、能量转换器、蓄能器，

所述发动机具有专用离合器，所述专用离合器处于闭合状态时，所述发动机通过所述专用离合器连接到所述能量转换器，且，通过外部离合器连接到变速箱，当所述专用离合器处于断开状态时，所述发动机单独工作，通过外部离合器向变速箱输出动力；

所述能量转换器在车辆制动时，将所述发动机提供的机械能转换为液体介质的压力能，以便将具有所述压力能的液体介质储存到液压蓄能器中，或，在车辆起动或加速时，将具有压力能的液体介质的压力能转换为机械能提供给所述发动机，由所述发动机通过外部离合器向变速箱输出动力；

所述蓄能器通过具有不同的所述液体介质的流通通路的液压连接管路与所述能量转换器相连，储存液体介质；

所述蓄能器包括：液压蓄能器和低压油箱，

所述液压蓄能器通过所述液压连接管路与所述能量转换器相连，储存具有压力能的液体介质；

所述低压油箱通过所述液压连接管路与所述能量转换器相连，储存低压液体介质；

其中，所述系统还包括液压阀组件，所述液压阀组件用于控制所述液压连接管路建立不同的所述液体介质的流通通路，所述液压阀组件包括：单向阀、电磁换向阀、强制泄压阀和溢流阀，

所述单向阀位于所述液压连接管路上，为所述液体介质提供单向流通的通路；

所述电磁换向阀工作于不同的位置，接通或断开所述液压连接管路上的管路接口，建立与所述能量转换器所进行的能量转换相对应的所述液体介质的流通通路；

所述强制泄压阀位于直接连通所述液压蓄能器和所述低压油箱的液体介质的流通通路的液压连接管路上，为常闭阀；所述强制泄压阀开启后，将所述液压蓄能器中储存的具有压力能的液体介质直接释放到所述低压油箱中；

所述溢流阀位于所述能量转换器的出口，所述能量转换器的出口压力低于设定值时，所述溢流阀处于关闭状态；当所述能量转换器的出口压力超过设定值时，所述溢流阀自动开启，将所述能量转换器出口的具有压力能的液体介质直接释放到所述低压油箱中；

当所述专用离合器处于断开状态时，还通过开启的所述强制泄压阀将液压蓄能器中储存的具有压力能的液体介质直接释放到所述低压油箱中。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括液压系统控制器，所述液压系统控制器通过直接连接传感器获取车辆信息，根据所述车辆信息判断车辆所处的状态，通过发送控制指令或提供高低电平对所述系统进行相应的控制。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括发动机控制器，所述发动机控制器与所述液压系统控制器进行通讯，对所述发动机进行控制；

所述液压系统控制器通过所述发动机控制器获取所述发动机和整车信息。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述能量转换器和/或所述发动机控制器，为所述发动机内置的装置。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述能量转换器为液压泵/马达，所述专用离合器处于闭合状态时：以液压泵状态工作，将发动机所提供的机械能转换为液体介质的压力能；或，以马达状态工作，将具有压力能的液体介质的压力能转换为机械能提供给所述发动机。

6.一种提供液压蓄能混合动力的方法，其特征在于，包括步骤：

步骤A：判断车辆所满足的条件，如果满足发动机起动或能量再生条件，则进入步骤B；如果满足能量回收条件，则进入步骤C；如果满足发动机单独运行条件，则进入步骤D；如果满足强制泄压条件，则进入步骤E；

步骤B：控制发动机的专用离合器闭合，控制接通液体介质的流通通路一，如果液压蓄能器中储存有具有压力能的液体介质，则能量转换器将所述具有压力能的液体介质的压力能转换为机械能，并通过所述专用离合器提供给所述发动机，所述发动机通过外部离合器向变速箱输出动力；

步骤C：控制所述专用离合器闭合，控制接通液体介质的流通通路二，所述能量转换器将所述发动机所提供的机械能转换为液体介质的压力能，并将具有压力能的液体介质储存到液压蓄能器中；

所述步骤D为：控制所述专用离合器断开，控制所述发动机单独运行，所述发动机通过外部离合器向变速箱输出动力；

所述步骤E为：控制所述专用离合器断开，控制强制泄压阀开启，接通液体介质的流通通路三，将液压蓄能器中具有压力能的液体介质不经过能量转换器，直接释放到低压油箱中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A中所述判断车辆所满足的条件具体为：液压系统控制器根据所获取的车辆信息判断车辆所满足的条件，所述车辆信息包括整车、发动机、离合器、蓄能器和变速箱挡位的相关信息。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述液体介质的流通通路一和所述液体介质的流通通路二建立在相同的液压连接管路上，受位于所述液压连接管路上的液压阀组件控制。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤B中还包括：如果所述液压蓄能器中没有储存具有压力能的液体介质，则控制发动机按常规操作起动或加速。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤A还包括：如果满足发动机停止条件，则进入步骤F；

所述步骤F为：控制所述专用离合器断开，控制发动机停止。