CN103223849B - 一种并联式液压混合动力车辆驱动系统 - Google Patents

一种并联式液压混合动力车辆驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种并联式液压混合动力车辆驱动系统，包括机械传动系统和液压再生制动系统，所述机械传动系统包括发动机、变速箱、液控离合器、动力耦合器、双向变量泵/马达、传动轴和后驱动桥，所述液压再生制动系统包括双向变量泵/马达、第一截止阀、油箱、双向变量泵/马达的变量机构、插装阀、高压蓄能器、高压蓄能器压力表、压力传感器、减压阀、二位二通换向阀、溢流阀和过滤器；本发明充放液主回路采用可控插装阀，通过控制其先导阀完成对插装阀的控制，响应迅速。本发明操作方便，可靠性高，动力源切换平顺，不仅提高了车辆的动力性能，还在车辆能量的回收方面以及提高燃油经济性等方面效果显著。满足系统间歇性、大功率的要求，使用于需要进行频繁起步、停车操作的重型车辆。

Description

一种并联式液压混合动力车辆驱动系统
技术领域
本发明属于汽车混合动力领域，具体涉及一种并联式液压混合动力车辆驱动系统。
背景技术
液压混合动力系统利用液压泵/马达可工作于四象限的特点，回收车辆的制动动能，存储于高压液压蓄能器中，所回收的能量可在车辆起动或加速过程中提供辅助功率，从而降低油耗，提高车辆制动装置的使用寿命。相对于电动混合动力技术，液压混合动力技术具有功率密度大、短时间内完成能量释放和存储能力强的特点。
在先进技术1（任永强等专利，申请号：201210040215.7，申请日期2012年7月《双动力节能减排城市大客车》）中，通过柱塞泵和柱塞马达分别通过双动力传动箱与变速箱连接，实现并联式液压混合动力车辆驱动系统，实现了能量再生制动的问题。但是该专利申请采用泵、马达分开驱动形式，势必增加了液压辅助系统的重量和动力传动箱的复杂程度，并且没有对能量再生制动液压回路进行详细说明。
在先进技术2（陈杰等专利，申请号：200610026810.X，申请日期2006年5月《液压混合动力城市公交车》）中，液压再生制动系统回路采用多组插装阀实现高压蓄能器的充放液，发动机和液压再生制动系统并联于变速箱上，实现了发动机和液压再生制动系统的协调工作。但是该专利申请专利液压系统的充放液主回路采用多个插装阀，液压回路比较复杂，能量损耗较大，机械传动系统通过变速箱和液压再生制动系统进行动力耦合，机械结构相对复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，工作可靠，实现发动机和液压再生制动系统的协调工作，达到节能减排的目的的并联式液压混合动力车辆驱动系统。
本发明提出的并联式液压混合动力车辆驱动系统，包括机械传动系统和液压再生制动系统，其中：
所述机械传动系统包括发动机1、变速箱2、液控离合器3、动力耦合器4、双向变量泵/马达5、传动轴27和后驱动桥28，发动机1依次与变速箱2、液控离合器3机械连接，动力耦合器4第一输入端与液控离合器3机械连接，第二输入端与双向变量泵/马达5机械连接，输出端与传动轴27机械连接，传动轴27另一端与后驱动桥28机械连接；
所述液压再生制动系统包括双向变量泵/马达5、第一截止阀6、油箱7、双向变量泵/马达的变量机构8、插装阀10、高压蓄能器15、高压蓄能器压力表16、压力传感器17、减压阀19、二位二通换向阀20、溢流阀25和过滤器26；第一截止阀6并联于双向变量泵/马达5两端，双向变量泵/马达5的进油口与油箱7连接，双向变量泵/马达5的出油口与插装阀10连接，插装阀10的另一端通过第四截止阀14与高压蓄能器15连接，通过第三截止阀13与油箱7连接，构成插装阀10的控制回路；高压蓄能器15通过第二截止阀9和双向变量泵/马达的变量机构8连接；高压蓄能器15通过小蓄能器充液单向阀24与减压阀19连接，减压阀19另一端连接二位二通换向阀20，二位二通换向阀20的出口连接到液控离合器3的液压控制端口，小蓄能器23连接于小蓄能器充液单向阀24和减压阀19之间；高压蓄能器15出口与溢流阀25连接，溢流阀25通过过滤器26与油箱7连接；在插装阀10的控制回路上连接测试接口，所述测试接口由单向阀12和插装阀控制端压力表11构成，高压蓄能器15端口连接有压力传感器17和高压蓄能器压力表16，并且连接一个单向阀18；
双向变量泵/马达5、插装阀10、高压蓄能器15、油箱7和第一截止阀6构成了能量再生制动的主回路，当高压蓄能器15充液时，第一截止阀6关断，第四截止阀14打开，第三截止阀13关断，双向变量泵/马达5做泵用，泵出口压力与高压蓄能器15的压力差，只要能克服插装阀10的弹簧力，就可自动打开插装阀10，给高压蓄能器15充液，当充液压力高于高压蓄能器15所能承受的最大压力时，通过溢流阀25安全溢流；当高压蓄能器15放液时，第一截止阀6关断，通过关断第四截止阀14，打开第三截止阀13来控制插装阀10打开，使高压蓄能器15的高压油驱动双向变量泵/马达5运行，双向变量泵/马达5做马达用；当液压再生制动系统不工作时，第一截止阀6打开，双向变量泵/马达5与第一截止阀6构成自泄回路。
本发明中，所述第二截止阀9和双向变量泵/马达的变量机构8构成双向变量泵/马达5的变量控制回路，当双向变量泵/马达5做泵用时，第二截止阀9关断，泵输出端的压力可以控制变量机构排盘为正；当双向变量泵/马达5做马达用时，第二截止阀9打开，通过高压蓄能器15的压力来控制变量机构排盘为负。当双向变量泵/马达5不工作时，排量在一定范围内时，第二截止阀9关断，但当双向变量泵/马达的排量大于其最大排量的1/5时，第二截止阀9打开。
本发明中，所述的单向阀18是在系统压力不足以控制双向变量泵/马达的排量时，可以通过外部泵站向高压蓄能器15中充液。
本发明中，所述的高压蓄能器15、小蓄能器23、减压阀19和换向阀20构成了液控离合器3的控制回路。当高压蓄能器15的压力大于小蓄能器23的压力时，高压蓄能器15自动给小蓄能器23充液，当高压蓄能器15的压力小于小蓄能器23时，由于单向阀24的作用，小蓄能器23的压力不会随之变化。
本发明中，所述的单向阀22，当小蓄能器23压力不足时，可以连接外部泵站给小蓄能器补液。
本发明中，所述动力耦合器4采用一级齿轮减速箱。
本发明中，所述减压阀19连接离合器压力表21。
本发明的工作原理如下：
车辆起动或加速时，当高压蓄能器15的功率大于车辆驱动功率时，采用液压系统驱动车辆，调节双向变量泵/马达5为马达工作模式，液控离合器3断开发动机1，发动机油门开度为0，使用高压蓄能器15的液压能驱动车辆，高压蓄能器15放液驱动时，根据驱动功率的大小调节双向变量泵/马达5的排量大小；车辆匀速运行，路面状况良好时，很少出现极限工况，高压蓄能器15不输出驱动功率，双向变量泵/马达5不工作，只采用发动机1驱动车辆，液控离合器3接通；车辆制动或减速时，发动机1停止工作，断开液控离合器3，将双向变量泵/马达5排量调为正值，做泵模式使用，由于车辆的惯性，此时双向变量泵/马达5的旋转方向不变，负载力矩驱动使双向变量泵/马达5，向高压蓄能器15充液。在紧急制动的情况下，采用原车的机械制动。当高压蓄能器15压力过低，无法给液控离合器3供液，或者当发动机1的功率大于行车需要功率时，采用发动机1给高压蓄能器15充液。
本发明的特点及技术效果：
（1）本发明充放液主回路采用可控插装阀，通过控制其先导阀（两个截止阀），完成对插装阀的控制，响应迅速。并且液压主回路结构简单，能量损失较小。通过插装阀在双向变量泵/马达泵油时作单向阀用，能够充分的回收车辆运行过程中的制动及惯性能量。
（2）本发明双向变量泵/马达和机械传动系统不需离合器连接，直接通过截止阀控制双向变量泵/马达工作与否，简化机械传动。
（3）本发明结构简单，对原车传动系统改动较小，只加入了动力耦合器和改变了传动轴的长度，易于对现有车辆的改装，且成本低。
（4）本发明的双向变量泵/马达通过动力耦合器与传动轴耦合，可以增加适当的传动比来改变双向变量泵/马达的排量。
（5）本发明操作方便，可靠性高，动力源切换平顺，不仅提高了车辆的动力性能，还在车辆能量的回收方面以及提高燃油经济性等方面效果显著。满足系统间歇性、大功率的要求，使用于需要进行频繁起步、停车操作的重型车辆，例如公交车、工程车辆、送货车、垃圾车和大多需要交通高峰使用的车辆。
附图说明
图1并联式液压混合动力驱动系统的结构图示。
图中标号：1为发动机，2为变速箱，3为液控离合器，4为动力耦合器，5为双向变量泵/马达，6为第一截止阀，7为油箱，8为双向变量泵/马达的变量机构，9为第二截止阀，10为插装阀，11为插装阀控制端压力表，12为插装阀控制端的单向阀，13为第三截止阀，14为第四截止阀，15为高压蓄能器，16为高压蓄能器压力表，17为压力传感器，18为高压蓄能器注油接口单向阀，19为减压阀，20为二位二通换向阀，21为离合器压力表，22为小蓄能器充液接口单向阀，23为小蓄能器，24为小蓄能器充液单向阀，25为溢流阀，26为过滤器，27为传动轴，28为后驱动桥。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但是本发明的保护范围不限于此。
实施例1：如图1所示，一种并联式液压混合动力汽车驱动系统，主要包括发动机1，变速箱2，液控离合器3，动力耦合器4，传动轴27，后驱动桥28，双向变量双向变量泵/马达5，双向变量泵/马达并联的截止阀6、变量控制第二截止阀9、插装阀控制端截止阀A13、插装阀控制端截止阀B14，高压蓄能器15，减压阀19，小蓄能器23，二位二通换向阀20和过滤器26。所述动力耦合器4采用一级齿轮减速箱。
所述的机械传动系统由发动机1，依次与变速箱2，液控离合器3与动力耦合器4连接，双向变量泵/马达5的驱动轴与动力耦合器4的另一输入端连接，动力耦合器4的输出端与传动轴27连接，传动轴27驱动后驱动桥28。
所述的液压再生制动系统，液压回路如下：双向变量泵/马达5的进油口与油箱7连接，其出油口与插装阀10连接，第一截止阀6并联在双向变量泵/马达5两端，插装阀10的另一端口与高压蓄能器15连接，两个第三截止阀13、14串联于高压蓄能器15和油箱7之间，取第三截止阀13和第四截止阀14中间点接入插装阀10的控制端口，并在插装阀的控制端口接入单向阀12和压力表11。高压蓄能器15端口接入压力传感器17，压力表16和单向阀18。第二截止阀9串联于高压蓄能器15与双向变量泵/马达5的变量机构中间。高压蓄能器15出口一个分支通过单向阀24连接减压阀19，减压阀19的输出端连接换向阀20，换向阀20的输出端口与液控离合器3的液压控制端口连接。小蓄能器23和单向阀22并联后连接在单向阀24和减压阀19之间，减压阀19输出回路上装有压力表21。高压蓄能器15出口处连接溢流阀25。整个液压系统回路的液压油通过过滤器26流回油箱7。
所述的双向变量泵/马达5排量为正值，做泵模式，第一截止阀6关断，第四截止阀14打开，第三截止阀13关断，换向阀20左位，第二截止阀9关断，构成液压再生制动充液工作模式，发动机断开，利用车辆惯性给高压蓄能器15充液。
所述的双向变量泵/马达5排量为负值，做马达模式，第一截止阀6关断，第四截止阀14关断，第三截止阀13打开，换向阀20左位，第二截止阀9打开，构成液压辅助驱动工作模式，发动机断开，利用液压系统驱动车辆。
所述的双向变量泵/马达5，排量为零时，第一截止阀6打开，第四截止阀14打开，第三截止阀13关断，换向阀20右位，第二截止阀9关断，构成发动机驱动工作模式，液压系统构成自卸回路。
所述的双向变量泵/马达5排量为正值，做泵模式，第一截止阀6关断，第四截止阀14打开，第三截止阀13关断，换向阀20右位，第二截止阀9关断，构成发动机充液工作模式，发动机驱动车辆的同时，给高压蓄能器15充液。
所述的溢流阀25，在双向变量泵/马达5的压力超过设定值时溢流，保证系统的压力不会超过安全工作范围。
所述的插装阀控制端压力表11、高压蓄能器压力表16、离合器压力表21，分别监测插装阀10控制端压力、高压蓄能器15压力和减压阀19压力。
本发明的具体工作过程为：
（1）车辆起动或加速时，当高压蓄能器15的功率大于车辆驱动功率时，采用液压系统驱动车辆。调节双向变量泵/马达5为马达工作模式，液控离合器3断开发动机1，发动机油门开度为0，使用高压蓄能器15的液压能驱动车辆，第三截止阀13接通，第四截止阀14断开，第一截止阀6断开，换向阀20断开。根据驱动功率的大小调节双向变量泵/马达5的排量大小。
（2）车辆匀速运行，路面状况良好时，很少出现极限工况，高压蓄能器15不输出驱动功率，双向变量泵/马达5不工作。第三截止阀13断开，第四截止阀14接通，第一截止阀6接通，换向阀20接通。
（3）车辆制动或减速时，发动机1停止工作，断开液控离合器3，将双向变量泵/马达5排量调为正值，做泵模式使用，由于车辆的惯性，此时双向变量泵/马达5的旋转方向不变，负载力矩驱动使双向变量泵/马达5，向高压蓄能器15充液。第三截止阀13断开，第四截止阀14接通，第一截止阀6断开，换向阀20断开。
（4）在紧急制动的情况下，采用原车的机械制动。阀组的动作与（2）中相同。
（5）当高压蓄能器15压力过低，无法给液控离合器3供液，或者当发动机1的功率大于行车需要功率时，采用发动机1给高压蓄能器15充液。液控离合器3接通，将双向变量泵/马达5排量调为正值，做泵模式使用，发动机驱动使双向变量泵/马达5，向高压蓄能器15充液。第三截止阀13断开，第四截止阀14接通，第一截止阀6断开，换向阀20断开。

Claims (6)

1.一种并联式液压混合动力车辆驱动系统，包括机械传动系统和液压再生制动系统，其特征在于：
所述机械传动系统包括发动机(1)、变速箱(2)、液控离合器(3)、动力耦合器(4)、双向变量泵/马达(5)、传动轴(27)和后驱动桥(28)，发动机(1)依次与变速箱(2)、液控离合器(3)机械连接，动力耦合器(4)第一输入端与液控离合器(3)机械连接，第二输入端与双向变量泵/马达(5)机械连接，输出端与传动轴(27)机械连接，传动轴(27)另一端与后驱动桥(28)机械连接；
所述液压再生制动系统包括双向变量泵/马达(5)、第一截止阀(6)、油箱(7)、双向变量泵/马达的变量机构(8)、插装阀(10)、高压蓄能器(15)、高压蓄能器压力表(16)、压力传感器(17)、减压阀(19)、二位二通换向阀(20)、溢流阀(25)和过滤器(26)；第一截止阀(6)并联于双向变量泵/马达(5)两端，双向变量泵/马达(5)的进油口与油箱(7)连接，双向变量泵/马达(5)的出油口与插装阀(10)连接，插装阀(10)的另一端通过第四截止阀(14)与高压蓄能器(15)连接，通过第三截止阀(13)与油箱(7)连接，构成插装阀(10)的控制回路；高压蓄能器(15)通过第二截止阀(9)和双向变量泵/马达的变量机构(8)连接；高压蓄能器(15)通过小蓄能器充液单向阀(24)与减压阀(19)连接，减压阀(19)另一端连接二位二通换向阀(20)，二位二通换向阀(20)的出口连接到液控离合器(3)的液压控制端口，小蓄能器(23)连接于小蓄能器充液单向阀(24)和减压阀(19)之间；高压蓄能器(15)出口与溢流阀(25)连接，溢流阀(25)通过过滤器(26)与油箱(7)连接；在插装阀(10)的控制回路上连接测试接口，所述测试接口由第一单向阀(12)和插装阀控制端压力表(11)构成，高压蓄能器(15)端口连接有压力传感器(17)和高压蓄能器压力表(16)，并且连接一个第二单向阀(18)；
双向变量泵/马达(5)、插装阀(10)、高压蓄能器(15)、油箱(7)和第一截止阀(6)构成能量再生制动的主回路，当高压蓄能器(15)充液时，第一截止阀(6)关断，第四截止阀(14)打开，第三截止阀(13)关断，双向变量泵/马达(5)做泵用，泵出口压力与高压蓄能器(15)的压力差，只要能克服插装阀(10)的弹簧力，就可自动打开插装阀(10)，给高压蓄能器(15)充液，当充液压力高于高压蓄能器(15)所能承受的最大压力时，通过溢流阀(25)安全溢流；当高压蓄能器(15)放液时，第一截止阀(6)关断，通过关断第四截止阀(14)，打开第三截止阀(13)来控制插装阀(10)打开，使高压蓄能器(15)的高压油驱动双向变量泵/马达(5)运行，双向变量泵/马达(5)做马达用；当液压再生制动系统不工作时，第一截止阀(6)打开，双向变量泵/马达(5)与第一截止阀(6)构成自泄回路。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第二截止阀(9)和双向变量泵/马达的变量机构(8)构成了双向变量泵/马达(5)的变量控制回路，当双向变量泵/马达(5)做泵用时，第二截止阀(9)关断，泵输出端的压力控制变量机构排盘为正；当双向变量泵/马达(5)做马达用时，第二截止阀(9)打开，通过高压蓄能器(15)的压力来控制变量机构排盘为负；当双向变量泵/马达(5)不工作时，排量在一定范围内时，第二截止阀(9)关断，当双向变量泵/马达的排量大于其最大排量的1/5时，第二截止阀(9)打开。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述第二单向阀(18)在系统压力不足以控制双向变量泵/马达的排量时，通过外部泵站向高压蓄能器(15)中充液。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述的高压蓄能器(15)、小蓄能器(23)、减压阀(19)和换向阀(20)构成液控离合器(3)的控制回路；当高压蓄能器(15)的压力大于小蓄能器(23)的压力时，高压蓄能器(15)自动给小蓄能器(23)充液，当高压蓄能器(15)的压力小于小蓄能器(23)时，由于小蓄能器充液单向阀(24)的作用，小蓄能器(23)的压力不会随之变化。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述动力耦合器(4)采用一级齿轮减速箱。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述减压阀(19)连接离合器压力表(21)。
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