CN103568810B

CN103568810B - 可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统及其控制方法

Info

Publication number: CN103568810B
Application number: CN201310584996.0A
Authority: CN
Inventors: 刘彬娜; 李胜; 翟德文; 王敏; 王秀鹏; 曲新强; 柳兴林
Original assignee: FAW Group Corp
Current assignee: FAW Group Corp
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-11-19
Also published as: CN103568810A

Abstract

本发明公开了一种可以实现能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，包括控制器、取力器、液压泵、液压控制阀组、安装在2个前轮轮毂中的2个液压马达，其特征在于，还包括2个蓄能器和2个电磁阀。其中，所述液压泵通过液压控制阀组与2个液压马达构成闭式回路，2个蓄能器分别通过电磁阀安装在2个液压马达的进油和出油两个回路上。本发明所述的系统不仅可以在坏路面上提高整车的驱动力，还可以在车辆制动时实现能量回收，并在车辆低速行驶时关闭发动机，提高整车的经济性。

Description

可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车液压运用技术领域，涉及一种可以实现能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统。

背景技术

[0002] 商用车、重型卡车和工程车辆经常会遇到矿山路面、乡间小路、建筑工地等非牢固地面和泥浆、冰雪等光滑路面。其附着系数一般较小，偶尔也有较大坡度。传统单轴驱动汽车在这些情况下驱动轮可能出现打滑现象，汽车的通过性较差。全驱车辆克服了传统单轴驱动车辆的不足，可以有效地利用附着重量，获得最大的驱动力，明显增强其在恶劣路面上的通过性能。但是，一般工程用车的作业环境比较复杂，虽然有时候会有湿滑路面或者陡坡，但是大部分还是平坦良好的硬质路面。在良好路面情况下全驱车辆在速度和燃油经济性上就显得不够优秀了。而且，全驱车容易产生寄生功率，不但增加传动系零件的载荷，使轮胎因过多滑动而加速磨损，同时也降低了传动效率和牵引效率。

[0003] 为此，对于那些既需要在恶劣的路面环境下，又需要在良好硬质路面上工作的重型商用车，公开号为CN102358163A中国专利申请提出了一套主要由液压栗和液压马达构成的轮毂马达液压驱动系统（以下简称液驱系统)对汽车进行辅助驱动。在增加很小成本的情况下，显著提高汽车在坏路面上的通过性能。当车辆遇到此种路况时，启动液驱系统，帮助汽车通过;越过此路况之后，关闭液驱系统，仍然用原传统车机械传动方式驱动，提高传动效率。

[0004] 另一方面，目前国际原油价格连创新高，燃油价格也随之节节攀升，社会对汽车的燃油经济性提出了更高的要求，能显著降低燃油消耗的各种技术措施受到人们的高度重视。液驱混合动力车辆不仅可以实现在短时间内的大功率制动能量回收和释放，达到节油目的，而且在成本价格、技术成熟、工作可靠及便于维护等方面的较大优势，近些年来，液驱混合动力车辆越来越受到人们的重视和研究。

[0005] 而中国专利申请CN102358163A提出的液驱系统与液驱混合动力系统在结构上有很大相似之处，但是缺点在于不能实现制动能量回收再利用。然而液驱混合动力结构复杂，且对于卡车、工程车辆等车辆而言，传动结构改动较大，成本较高。所以，在传统车辆的动力传动结构基础上，添加很少的液压元件，提高车辆的驱动力以保持辅助驱动优势之上，兼有能量回收的功能必将有更大的应用前景。

发明内容

[0006] 本发明的目的是在传统车辆的动力传动结构基础上，添加一套液压元件，可以提高车辆的驱动力以保持辅助驱动优势，同时可以实现制动能量回收再利用减少燃油消耗，另外在车辆低速行驶时可以调节发动机的工作点以改善燃烧效率，提高整车燃油经济性。

[0007] 本发明采用的技术方案如下：

[0008] -种可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，包括发送机、取力器、液压栗、液压控制阀组、安装在两个前轮轮毂上的2个液压马达，2个蓄能器，以及与所述发动机、所述液压栗、所述液压控制阀组和所述2个液压马达连接的控制器，

[0009] 其中，所述的液压栗通过液压控制阀组与2个液压马达构成液压闭式传动回路；

[0010] 所述的2个蓄能器分别通过电磁阀串联安装在2个液压马达的进油与出油回路上。

[0011] 所述的取力器的一端与发动机的驱动附件的输出轴相连，采用花键套连接，另一端与固定安装在车架上的液压栗的转子轴相连，考虑实际布置空间尺寸，采用花键套或法兰盘或短万向节连接。

[0012] 所述的液压栗的高压油出口和所述的液压控制阀组的高压油进口连接，所述液压栗的低压油进口和所述液压控制阀组的低压油出口连接。

[0013] 所述的液压控制阀组包括第一电磁阀、第二电磁阀、2个溢流阀和单向阀。

[0014] 所述的第一电磁阀分别于所述液压马达的进（出）油口、所述液压马达的出（进)油口连接；

[0015] 所述第二电磁阀包括第二电磁阀A和第二电磁阀B，所述蓄能器包括第一蓄能器和第二蓄能器，其中，所述第二电磁阀A与第二电磁阀B分别串联连接在所述液压马达的进、出油路上；

[0016] 所述第二电磁阀A与所述第一蓄能器连接;所述第二电磁阀B与所述第二蓄能器连接；

[0017] 所述控制器与所述发动机、所述液压栗、所述第一电磁阀、第二电磁阀A和B、所述2 个液压马达和所述第一电磁阀连接。

[0018] 所述第一电磁阀优选三位四通阀，所述第二电磁阀A和B均优选二位二通阀；

[0019]所述三位四通阀的中位机能为"0"型，其P口、A口、B 口分别与所述液压栗的高压油出口、所述液压马达的的进（出）油口、液压马达的出（出）油口连接；

[0020] 所述液压栗为轴向柱塞式高压变量栗，最大工作压力可达40Mpa;

[0021] 所述2个液压马达结构相同，均为栗-马达二次液压元件，且它们的输出转子轴分别与2个前轮的轮毂机械螺栓连接。

[0022] 本发明所述的一种可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的工作模式切换控制方法，包括如下步骤：

[0023] 1)控制器实时采集加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、轮速信号、换挡操纵杆位置信号、第一蓄能器和第二蓄能器的压力信号，并通过滤波、调制处理，将加速踏板位置与制动踏板位置信号转化为量程为0-5V的电压信号；

[0024] 2)根据各轮轮速信号采用平均轮速法估算车辆的实际车速;根据加速踏板与制动踏板位置的电压信号估算驾驶员的操作意图；根据蓄能器的压力信号估算第一和第二蓄能器的S0C值;设定蓄能器的正常工作的高限值soc_h和低限值 S〇c_l;设定目标滑移率si和 82，并计算相应的目标轮速¥¥1和¥¥2;设定车速门限值¥1、¥2、¥3且¥1〈¥2〈¥3;3)判断车速是否大于0,如果不是则说明车辆驻车，进入步骤11);否则进入步骤4);

[0025] 4)根据换挡操纵杆位置信号判断变速器是否位于倒档，如果是则进入倒车控制算法，进入步骤5)，否则进入行车控制算法，进入步骤7)。

[0026] 5)判断后轮的轮速是否大于wl，如果是则进入步骤6);否则继续判断后轮的轮速是否小于vw2，如果是则进入倒车发动机单独驱动模式;否则维持系统前一阶段的状态；

[0027] 6)判断第二蓄能器的S0C是否大于soc_h，如果是则进入倒车蓄能器与发动机联合驱动模式；否则继续判断第二蓄能器的S0C是否小于 S0C_1，如果是则进入倒车液压栗与发动机联合驱动模式;否则维持系统前一阶段的状态。

[0028] 7)判断加速踏板位置电压是否小于0.1 V且制动踏板位置电压是否大于0.1 V，如果是则进入步骤8);否则进入步骤9)。

[0029] 8)判断第一蓄能器S0C是否小于soc_h，如果是则进入行车蓄能器制动能量回收模式，否则系统退出。

[0030] 9)判断车速是否小于vl，如果是则进入步骤10);否则继续判断车速是否大于v2，如果是则进入步骤11);否则继续判断车速是否大于V3,如果是则进入行车发动机单独驱动模式，否则维持系统前一阶段状态。

[0031] 10)判断第一蓄能器的S0C是否大于s〇c_h，如果是则进入行车蓄能器单独驱动模式;否则继续判断第一蓄能器的S0C或第二蓄能器的S0C是否小于 S0C_1，如果是则进入行车发动机驱动且蓄能器充压模式;否则维持系统前一阶段状态。

[0032] 11)判断后轮的轮速是否大于vwl，如果是则进入步骤12);否则继续判断后轮的轮速是否小于胃2，如果是则进入行车发动机单独驱动模式;否则维持系统前一阶段的状态； [0033] 12)判断第一蓄能器的S0C是否大于soc_h，如果是则进入行车蓄能器与发动机联合驱动模式；否则判断第一蓄能器的S0C是否小于S0C_1，如果是则进入行车液压栗与发动机联合驱动模式，否则维持系统前一阶段状态。

[0034] 13)控制算法结束。

[0035]还包括模式控制方法，具体包括如下，

[0036] 所述行车发动机单独驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，关闭第一蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量为〇;

[0037] 所述行车液压栗与发动机联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-A 通道，调节第二电磁阀A的阀芯，关闭第一蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮轮速；

[0038] 所述行车蓄能器与发动机联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A 和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路；同时调节液压栗的排量为零，调节液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮的轮速；

[0039] 所述行车蓄能器制动能量回收模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗排量为〇，调节液压马达的排量，使车辆维持一定的速度行驶；

[0040] 所述行车蓄能器单独驱动模式，控制器关闭发动机;调节第一电磁阀的阀芯，关闭 P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路;调节液压马达的排量，使蓄能器输出车辆行驶需求功率；

[0041] 所述行车发动机单独驱动且蓄能器充压模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-A或P-B通道，调节第二电磁阀A或B的阀芯，接通第一或第二蓄能器与主油路;调节液压马达的排量为〇,调节液压栗的排量，使蓄能器吸收的能量为发动机输出能量与后轮可利用能量的差值；

[0042] 所述倒车发动机单独驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第一电磁阀B的阀芯，关闭第二蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量为〇;

[0043] 所述倒车液压栗与发动联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-B通道，调节第一电磁阀B的阀芯，关闭第二蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮轮速；

[0044] 所述倒车蓄能器与发动机联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A 和P-B通道，调节第一电磁阀B的阀芯，接通第二蓄能器与主油路；同时调节液压栗的排量为零，调节液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮的轮速。与现有技术相比本发明的有益效果是：

[0045] 1.本发明所述系统中采用的液压元件，与电机相比，比功率大的同时体积小质量轻，布置安装简单。

[0046] 2.本发明所述的系统与传统车辆相比，工况适应能力强，可以显著提高车辆在坏路面上行驶的驱动力。

[0047] 3.本发明所述系统与传统车辆相比，系统部分添加取力器、液压马达、蓄能器及电磁阀，目的在于解决重型卡车中能量利用率低的问题，在原有液压马达驱动系统基础上添加蓄能器可以在车辆制动时实现能量回收，并在驱动时释放液压能，辅助驱动，实现能量再次利用，起到整车节能的效果；同时在车辆低速行驶时可以关闭发动机，由蓄能器单独驱动车辆，提高整车的燃油经济性。

[0048] 4.本发明所述系统与液压混合动力系统相比，在不改变传统车辆的结构上，增加很少的成本，既可以实现辅助驱动，提高车辆的通过性，又可以实现制动能量回收，提高整车的经济性。

[0049] 5、控制方法中模式切换的判断逻辑是创新的部分，各工作模式控制同样是本发明的创新点。

附图说明

[0050] 图1是本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的结构示意图；

[0051] 图2是本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统在发动机单独驱动模式时能量传递路线示意图；

[0052]图3是本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统在变量栗与发动机联合驱动模式时能量传递路线示意图；

[0053]图4是本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统在蓄能器与发动机联合驱动模式时能量传递路线示意图；

[0054]图5为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统在制动能量回收模式时能量传递路线示意图；

[0055] 图6为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统在蓄能器单独驱动模式时能量传递路线示意图；

[0056] 图7为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统在发动单独驱动且蓄能器充压模式时能量传递路线示意图；

[0057] 图8为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统中所采用的液压控制阀组的结构组成示意图。

[0058] 图9为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的车辆牵引力增加比例的曲线图；

[0059] 图10为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的车辆爬坡度增加比例的曲线图；

[0060] 图11为本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的工作模式切换的控制流程图；

[0061] 图12本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的行车控制算法子程序流程图。

[0062](附图标记说明）

[0063] 1 一第一蓄能器;2-发动机;3 -尚合器;4 一变速箱;5-控制器;6-传动轴;7-后驱动桥;8-半轴;9-后轮；10-液压栗；11-液压控制阀组；12-单向阀；13-溢流阀；14- 取力器;15-第一电磁阀；16-第二储能器;17-第二电磁阀B; 18-第二电磁阀A; 19-液压马达;20-前轮。

具体实施方式

[0064]下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

[0065] 参考图1，本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，包括取力器 14、液压栗10、液压控制阀组11、第二电磁阀A18和第二电磁阀B17、第一蓄能器1、第二蓄能器16、2个安装在前轮20轮毂中的液压马达19与控制器5。其中，液压控制阀组11包括一个第一电磁阀15和两个溢流阀13，其结构如图8所示。

[0066] 参考图1，所述取力器14的一端与发动机2的驱动附件(冷却风扇等）的输出轴相连，采用花键套连接，另一端与固定安装在车架上的液压栗10的转子轴相连，考虑实际布置空间尺寸，采用花键套或法兰盘或短万向节连接，从而将发动机2的动力传递给液压栗10并驱动其工作栗油。

[0067] 参考图1，本发明所述液压栗10,通过液压控制阀组11与安装在2个前轮轮毂中的2 个液压马达19构成闭式主油路，第一蓄能器1和第二蓄能器16分别通过第二电磁阀A18和第二电磁阀B17,串联接在液压马达19的进（出）油路和出（进)油路上；

[0068] 液压控制阀组11中第一电磁阀15优选三位四通电磁阀，三位四通阀的P表示高压进油口，T表示低压出油口，A、B表示通油缸或油马达等执行机构的工作油口；三位四通阀有三个工作位置，阀芯推向左侧，P与B接通，T与A接通；阀芯推向右侧，P与A接通，T与B接通；阀芯位于中间位置，不同的中位机能，各油口沟通情况不一样，对于"〇"型三位四通阀，各油口 A、B、P、T互不相通；

[0069] 液压控制阀组11中第一电磁阀15的P 口与液压栗10的高压油出口连接，T 口与液压栗10的低压油出口连接，A 口和B 口分别通过溢流阀13与液压马达19的进、出油口（或出、进油口）连接;根据阀芯的位置不同，接通P-A通道或P-B通道，调节液压马达19正转、反转。

[0070] 所述第二电磁阀A18和第二电磁阀B17均优选为二位二通阀。

[0071] 所述控制器5分别与发动机2、液压栗10、第一电磁阀15、第二电磁阀A18、第二电磁阀B17、第一蓄能器1、第二蓄能器16、2个液压马达19之间有信号线连接，用以分别控制它们的操作。

[0072] 参考图1，本发明所述系统有两条动力传动路径:原有的机械传动路径和添加的液压传动路径。也就是说发动机2作为整车动力单元，其动力可以通过机械传动系统(包括离合器3、变速箱4、传动轴6、后驱动桥7及半轴8)直接传给后轮9,也可以通过取力器14传递给液压栗10,经过由液压栗10和安装在2个前轮20轮毂中液压马达19构成的液压传动回路传递给前轮20。

[0073] 本发明所述系统并不改变原有的机械传动路径中发动机2、离合器3、变速箱4、传动轴6、后驱动桥7、半轴8、后轮9之间安装位置及联接关系。

[0074]本发明所述系统中添加的液压传动路径中，取力器14为普通的取力部件，取力方式为从发动机的驱动附件的输出轴端取力；

[0075] 所述液压栗10为轴向柱塞式高压变量栗，最高工作压力为40Mpa，可根据要求选取现有产品，比如波克兰公司生产的排量为75ml/r的P90栗；

[0076] 所述液压马达19为液压二次元件，既可以作为油栗工作也可作为油马达工作;2个液压马达的转子轴分别与2个前轮20的轮毂采用固定的机械螺栓连接，且安装在2个前轮的轮毂中，构成液压轮毂马达;可根据要求选择现有产品。

[0077] 所述第一蓄能器1和第二蓄能器16的型号与结构是相同的，主要是存储油液的压力能，且必要时作为动力源释放压力能。根据要求可选取现有的产品。

[0078] 下面结合一个实例介绍本发明所述的可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的工作过程。

[0079]本发明所述系统中液压控制阀组中的第一电磁阀15为三位四通阀，控制器5通过控制三位四通阀的阀芯位置，接通P-A或P-B通道，从而控制安装在前轮轮毂中的液压马达 19正转或反转。液压马达正转，可以在车辆前行时辅助驱动，提高驱动力；而液压马达19反转，可以在车辆在倒行时辅助驱动，提高倒车驱动力。所以在介绍所述系统的工作过程时，可以分为行车和倒车两部分。

[0080]控制器5实时采集变速箱的挡位信号，判断车辆是否处于倒车行驶状态。如果不是则说明车辆处于行车状态。车辆在行车过程中行驶工况比较复杂，所以本发明所述系统在车辆行车状态下分为发动机单独驱动模式、变量栗与发动机联合驱动模式、蓄能器与发动机联合驱动模式、蓄能器制动能量回收模式和液蓄能器单独驱动模式，如表1所示。此时三位四通阀的阀芯位置位于右侧，接通P-A通道。

[0081 ]表1本发明所述系统在车辆行车状态下的工作模式

[0082]

[0084] •表示离合器接合、马达工作 [0085] ◦表示离合器分离、马达空转

[0086]下面结合表1和附图2至6对这五种工作模式分别进行介绍。

[0087] ( 1)发动机单独驱动模式: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单独提供，液压马达处于空转的状态，动力由发动机经变速箱，主减速器和差速器传至车轮。

[0088] 参考图2,汽车在良好路面上正常行驶时，单独使用发动机驱动就足以提供整车所需的动力。另外，为了避免能量的二次转换，提高传动系统的效率，此时，液驱系统不开启，系统的工作模式为发动机单独驱动模式。发动机单独驱动模式下，离合器3接合，发动机2的动力输出经离合器3、变速箱4、传动轴6、再经后驱动桥7传至车轮，从而驱动汽车，此时液压栗10的排量为零，2个液压马达19处于空转状态，液压系统并获得能量。动力传递路线如图2 中的箭头所示。

[0089] (2)液压栗与发动机联合驱动模式：当在汽车行驶在坏路面驱动轮打滑时，启动轮毂马达液压驱动系统，液压马达进入工作状态，液压栗10通过取力器14获得发动机2的一部分动力，用于给液压马达19提供高压油，液压马达18驱动前轮;发动机2的另外一部分动力通过变速箱4驱动后轮9,从而变为前后轮共同驱动车辆。控制器5根据车辆的行驶状况来控制液压栗10的排量以提供给液压马达19合适的驱动力。

[0090] 参考图3,汽车行驶在低附着路面或者较大坡度路面时，由于单独使用发动机驱动后轮会打滑，整车无法前行。此时，驾驶员可以开启液驱系统，系统为液压栗10与发动机2联合驱动模式。液压栗10与发动机2联合驱动模式下，离合器3接合，一方面发动机2的动力输出依次通过离合器3、变速箱4、传动轴6、后驱动桥7到后轮9,另一方面发动机2的动力输出依次通过取力器14、液压栗10、液压马达19到前轮20。此时，控制器5调节液压栗10的排量不为零，液压马达19处于马达的工作状态，发动机2、液压马达18共同驱动车辆，整车由2轮驱动变成4轮驱动，整车通过性能大大提升。动力传递路线如图3中的箭头所示。

[0091] (3)蓄能器与发动机联合驱动模式：当汽车行驶在良好的路面上，且第一蓄能器1 中有能量时，并不需要像变量栗与发动机联合驱动模式将发动机2的一部分动力分配给液驱系统。可以由控制器5控制两位两通阀A18将第一蓄能器1与主油路导通，第一蓄能器1与发动机2共同驱动整车，增强整车起步、加速能力。

[0092] 参考图4,当汽车行驶在良好路面上，并且第一蓄能器1中有能量时，控制器5可以控制两位两通阀A18将第一蓄能器1与主油路导通。此时系统为蓄能器与发动机2共同驱动模式。此模式下，离合器3结合，一方面发动机2的动力输出依次通过离合器3、变速箱4、传动轴6、后驱动桥7到后轮9,另一方面第一蓄能器1中的能量经两位两通阀A18、液压马达19传至前轮20,整车由2轮驱动变成4轮驱动。此模式特别适合整车有加速需求的工况下，同时为下一阶段的制动能量回收做好准备，节省了更多的能量。动力传递路线如图4中的箭头所不。

[0093] (4)蓄能器制动能量回收模式:汽车在制动时，后轮为机械制动；前轮为液压制动或液压与机械共同制动。有液压制动时，安装在前轮轮毂中的液压马达19作为油马达工作，给第一蓄能器1充能，实现制动能量回收。

[0094] 参考图5,当汽车制动时，根据制动强度的大小，可以实现全部或者部分的能量回收。当制动强度比较小时，可首先由前轮20液压制动。此时能量由前轮20传至液压马达19，再经两位两通阀A18传至第一蓄能器1。蓄能器充满能量之后，则由机械制动器制动。当制动强度比较大时，液压系统与机械制动器同时制动，控制器5需要分配液压制动与机械制动的大小，确保行车安全。当紧急制动时，液压系统不参与制动，机械制动器单独制动。液压制动时，能量传递路线如图5中的箭头所示。

[0095] (5)蓄能器单独驱动模式:汽车在低速行驶或起步时，如果第一蓄能器1中充有能量，可以不启动发动机2,而使蓄能器释放能量驱动液压马达19,液压马达19驱动前轮20转动，从而使整车起步。这样就避免了发动机2在低效区运转，同样提高了燃油经济性。

[0096] 参考图6,当汽车低速行驶时，如果第一蓄能器1中储存有能量，可以使用储能器单独驱动整车，此时，系统进入液驱系统单独驱动模式。发动机2并没有启动，能量由第一蓄能器1经两位两通阀A18、液压马达19传至前轮20。此模式特别适合整车启动的时候，液压马达低速大扭矩的特性得到发挥，同时可以避免发动机2工作在低转速效率低的情况，提高了然后经济性。

[0097] (6)发动机单独驱动且蓄能器充压模式:汽车在低速行驶时，如果第一蓄能器或第二蓄能器中没有充满能量，此时发动机单独驱动车辆行驶工作在低效率点，从而可以利用蓄能器的充能作用调节发动机工作点，这样提高了发动机的工作效率，同样提高了燃油经济性。

[0098] 参考图7,当汽车低速行驶时，如果第一蓄能器或第二蓄能器中没有充满能量，此时此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-A或P-B通道，调节第二电磁阀A或B的阀芯，接通第一或第二蓄能器与主油路;调节液压马达的排量为〇,调节液压栗的排量，使蓄能器吸收的能量为发动机输出能量与后轮可利用能量的差值。

[0099] 控制器5根据挡位信号判断出车辆处于倒车行驶状态时，调节三位四通阀的阀芯位置，接通P-B通道，此时安装在前轮轮毂中的液压马达保持在反转状态。考虑到车辆在倒车情况下车速比较低，所以本发明所述系统在车辆倒车状态下的工作模式包括倒车发动机单独驱动模式、倒车液压栗与发动机联合驱动模式、倒车蓄能器与发动机联合驱动模式，这三种模式与车辆行车状态下相对应工作模式控制方法是相同的，不同之处在于车辆的行驶方向和蓄能器及第二电磁阀，此时第一蓄能器1和第二电磁阀A18不工作，而是第二蓄能器 16和第二电磁阀B17参与工作。具体过程可参考上述所述系统在行车状态下的相应的工作模式。

[0100] 以某一个传统车辆为例，当车辆在满载loot，变速箱一挡速比为12.1时，可以计算得出本发明所述的液压辅助驱动系统可以提高的牵引力比例和爬坡度比例，如图9和图10 所示。由图可知，使用液压辅助驱动后，车辆的最大爬坡度与牵引力得到非常明显的改善，路面附着系数越低，改善情况越显著。实际情况中，重型卡车、鞍式牵引车等目标车辆一般在0.3-0.4的附着路面上使用该系统，此时车辆的爬坡度与牵引力能够提高14.4%-17.2%和 13.4-15.6%〇

[0101] 蓄能器回收制动能量的大小与实际运行工况及其S0C值的估算有很大的相关性，所以这里没有举例说明该系统能够回收多少能量，然而由相关混合动力汽车节能分析的文献可知，制动能量回收再利用在整车节能上占很大的比例。

[0102] 本发明所述可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的具体控制方法如下： [0103]控制器实时采集加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、轮速信号、换挡操纵杆位置信号、第一和第二蓄能器的压力信号，估算并判断车辆的行驶状态和驾驶员的操作意图，并向液压栗、第一电磁阀、第二电磁阀A和B、第一蓄能器和第二蓄能器、液压马达发送指令，调节它们的工作过程。具体控制方法如图11所示，包括如下步骤：

[0104] 1.控制器实时采集加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、轮速信号、换挡操纵杆位置信号、第一蓄能器和第二蓄能器的压力信号，并通过滤波、调制处理，将加速踏板与制动踏板位置信号转化为0-5V的电压信号；

[0105] 2.根据各轮轮速信号采用平均轮速法估算车辆的实际车速;根据加速踏板与制动踏板位置的电压信号估算驾驶员的操作意图；根据蓄能器的压力信号估算第一和第二蓄能器的S0C值并设定蓄能器的正常工作的高限值soc_h和低限值soc_l，比如soc_h=0 · 85，soc_ 1=0.3;设定目标滑移率81和82(比如81=0.15,82=0.2)并计算相应的目标轮速¥¥1和¥¥2;设定车速门限值V1、V2、V3且¥1〈¥2〈¥3，其中¥1为蓄能器单独驱动模式的车速门限值，¥2为辅助驱动模式开启的车速门限值，v3为辅助驱动模式退出的车速门限值；

[0106] 3.判断车速是否大于0，如果不是则说明车辆驻车，控制算法程序结束；否则进入下一步；

[0107] 4.根据换挡操纵杆位置信号判断车辆是否倒车行驶，如果是则进入倒车控制算法子程序，否则进入行车控制算法子程序。

[0108] 行车控制算法子程序如图12所示，包括如下步骤：

[0109] 1)控制器调节第一电磁阀的阀芯位置，接通P-A通道；

[0110] 2)判断加速踏板位置电压是否小于0.1 V且制动踏板位置电压是否大于0.1 V，如果是说明车辆制动，进入下一步，否则进入步骤5);

[0111] 3)判断第一蓄能器的S0C值是否小于设定值S0C_h，如果是进入下一步，否则系统退出；

[0112] 4)蓄能器制动能量回收模式，此时液压马达工作在油栗模式，控制器调节第二电磁阀A的阀芯，使第一蓄能器接通主油路；同时根据需求调节液压马达的排量大小，控制蓄能器回收制动能量的多少；

[0113] 5)判断车速是否小于设定值vl，如果是进入下一步;否则进入步骤10);

[0114] 6)判断第一蓄能器的S0C是否大于soc_h，如果是进入下一步;否则进入步骤8);

[0115] 7)说明车速较低，且蓄能器可以单独提高车辆的行驶所需动力，进入蓄能器单独驱动模式。此时控制器关闭发动机;调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路;调节液压马达的排量，使蓄能器输出车辆行驶需求功率；

[0116] 8)判断第一或第二蓄能器的S0C是否小于soc_l，如果是，则进入下一步，否则维持系统前一阶段的状态；

[0117] 9)发动机单独驱动且蓄能器充压模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通 P-A或P-B通道，调节第二电磁阀A或B的阀芯，接通第一或第二蓄能器与主油路;调节液压马达的排量为〇,调节液压栗的排量，使蓄能器吸收的能量为发动机输出能量与后轮可利用能量的差值；

[0118] 10)判断车速是否大于v2,如果是则进入下一步;否则进入步骤17)

[0119] 11)判断后轮轮速是否打滑，如果是则进入下一步，否则进入步骤16);

[0120] 12)判断第一蓄能器的S0C值是否大于设定值soc_h，如果是则进入下一步；否则进入步骤14)

[0121] 13)说明第一蓄能器可以提供液压能，系统为蓄能器与发动机联合驱动模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路；同时调节液压栗的排量为0,使其零载空转;根据需求调节发动机的油门开度和液压马达的排量，使前、后轮输出合适的驱动力；

[0122] 14)判断第一蓄能器的S0C是否小于soc_l，如果是则进入下一步，否则维持系统前一阶段的状态；

[0123] 15)说明第一蓄能器无法提供液压能，系统为液压栗与发动机联合驱动模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-A通道，调节第二电磁阀A的阀芯，关闭第一蓄能器与主油路的连接；同时根据需求调节液压栗的排量和液压马达的排量，使前、后轮输出合适的驱动力；

[0124] 16)发动机单独驱动模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，关闭第一蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量为〇,使它们保持零负载空转。

[0125] 17)判断车速是否大于v3,如果是则进入步骤16;否则维持系统前一阶段的状态；

[0126] 18)控制算法程序结束。

[0127] 倒车控制算法子程序与行车控制算法子程序相比，并没有制动与车速的判断，具体包括如下步骤：

[0128] 1)控制器调节第一电磁阀的阀芯位置，接通P-B通道；

[0129] 2)判断后轮轮速是否打滑，如果是则进入下一步，否则进入步骤7;

[0130] 3)判断第二蓄能器的S0C值是否大于设定值soc_h，如果是则进入下一步；否则进入步骤5)

[0131] 4)说明第二蓄能器可以提供液压能，系统为蓄能器与发动机联合驱动模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀B的阀芯，接通第二蓄能器与主油路；同时调节液压栗的排量为〇,使其零载空转;根据需求调节发动机的油门开度和液压马达的排量，使前、后轮输出合适的驱动力；

[0132] 5)判断第二蓄能器的S0C是否小于soc_l，如果是则进入下一步，否则维持系统前一阶段的状态；

[0133] 6)说明第二蓄能器无法提供液压能，系统为液压栗与发动机联合驱动模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-B通道，调节第二电磁阀B的阀芯，关闭第二蓄能器与主油路的连接；同时根据需求调节液压栗的排量和液压马达的排量，使前、后轮输出合适的驱动力；

[0134] 7)发动机单独驱动模式，此时控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀B的阀芯，关闭第二蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量为〇,使它们保持零负载空转。

[0135] 综上，本发明所述的可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，在现有的传统车辆的结构基础上，添加一套液压系统，不仅可实现在坏路面上辅助驱动整车行驶或倒车，还可以将制动能量回收，并在车辆低速行驶时再次利用，辅助驱动车辆，提高了整车经济性。此外，该系统可实现多种工作模式，能够显著的提高车辆的多工况适宜能力，合理地利用了资源。

Claims

1. 一种可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，其特征在于，包括发动机、取力器、液压栗、液压控制阀组、安装在两个前轮轮毂上的2个液压马达，2个蓄能器，以及与所述发动机、所述液压栗、所述液压控制阀组和所述2个液压马达连接的控制器，其中，所述的液压栗通过液压控制阀组与2个液压马达构成闭式主油路；所述的2个蓄能器串联安装在2个液压马达的进油和出油两个回路上；所述液压栗的高压油出口和所述液压控制阀组的高压油进口连接，所述液压栗的低压油进口和所述液压控制阀组的低压油出口连接；所述液压控制阀组包括第一电磁阀、第二电磁阀、2个溢流阀和单向阀；所述的第一电磁阀分别与所述液压马达的进油口、所述液压马达的出油口连接；所述第二电磁阀包括第二电磁阀A和第二电磁阀B，所述蓄能器包括第一蓄能器和第二蓄能器，其中，所述第二电磁阀A与第二电磁阀B分别串联连接在所述液压马达的进、出油路上；所述第二电磁阀A与所述第一蓄能器连接;所述第二电磁阀B与所述第二蓄能器连接。

2. 根据权利要求1所述的可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，其特征在于，所述取力器的一端与发动机的驱动附件的输出轴相连，采用花键套连接，另一端与安装在车架上的变量栗的转子轴相连，采用花键套或法兰盘或短万向节连接。

3. 根据权利要求1所述的可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，其特征在于，所述第一电磁阀为三位四通阀，中位机能为"0"型;所述第二电磁阀A和第二电磁阀B均为二位二通阀；所述三位四通阀的P口、A口、B口分别与所述液压栗的高压油出口、所述液压马达的进油口、液压马达的出油口连接。

4. 根据权利要求3所述的可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，其特征在于，所述液压栗为轴向柱塞式高压变量栗，最大工作压力为40Mpa。

5. 根据权利要求4所述的可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统，其特征在于，所述2个液压马达结构相同，均为栗-马达二次液压元件，且它们的输出转子轴分别与2个前轮的轮毂机械螺栓连接。

6. -种可以能量回收的轮毂马达液压辅助驱动系统的工作模式切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 控制器实时采集加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、轮速信号、换挡操纵杆位置信号、第一蓄能器和第二蓄能器的压力信号，并通过滤波、调制处理，将加速踏板位置与制动踏板位置信号转化为量程为0-5V的电压信号； 2) 根据各轮轮速信号采用平均轮速法估算车辆的实际车速;根据加速踏板与制动踏板位置的电压信号估算驾驶员的操作意图；根据蓄能器的压力信号估算第一和第二蓄能器的 S0C值;设定蓄能器的正常工作的高限值soc_h和低限值S〇c_l;设定目标滑移率si和s2,并计算相应的目标轮速vwl和vw2;设定车速门限值vl、v2、v3且vl〈v2〈v3; 3)判断车速是否大于0，如果不是则说明车辆驻车，进入步骤11);否则进入步骤4); 4) 根据换挡操纵杆位置信号判断变速器是否位于倒档，如果是则进入倒车控制算法，进入步骤5)，否则进入行车控制算法，进入步骤7); 5) 判断后轮的轮速是否大于vwl，如果是则进入步骤6);否则继续判断后轮的轮速是否小于胃2，如果是则进入倒车发动机单独驱动模式;否则维持系统前一阶段的状态； 6) 判断第二蓄能器的SOC是否大于soc_h，如果是则进入倒车蓄能器与发动机联合驱动模式；否则继续判断第二蓄能器的SOC是否小于soc_l，如果是则进入倒车液压栗与发动机联合驱动模式;否则维持系统前一阶段的状态； 7) 判断加速踏板位置电压是否小于0.1 V且制动踏板位置电压是否大于0.1 V，如果是则进入步骤8);否则进入步骤9); 8) 判断第一蓄能器SOC是否小于soc_h，如果是则进入行车蓄能器制动能量回收模式，否则系统退出； 9) 判断车速是否小于vl，如果是则进入步骤10);否则继续判断车速是否大于v2,如果是则进入步骤11);否则继续判断车速是否大于v3，如果是则进入行车发动机单独驱动模式，否则维持系统前一阶段状态； 10) 判断第一蓄能器的SOC是否大于soc_h，如果是则进入行车蓄能器单独驱动模式；否则继续判断第一蓄能器的SOC或第二蓄能器的SOC是否小于soc_l，如果是则进入行车发动机驱动且蓄能器充压模式;否则维持系统前一阶段状态； 11) 判断后轮的轮速是否大于vwl，如果是则进入步骤12);否则继续判断后轮的轮速是否小于胃2，如果是则进入行车发动机单独驱动模式;否则维持系统前一阶段的状态； 12) 判断第一蓄能器的SOC是否大于soc_h，如果是则进入行车蓄能器与发动机联合驱动模式;否则判断第一蓄能器的SOC是否小于soc_l，如果是则进入行车液压栗与发动机联合驱动模式，否则维持系统前一阶段状态； 13) 控制算法结束。

7.根据权利要求6所述的工作模式切换控制方法，其特征在于，还包括模式控制方法，具体包括如下，所述行车发动机单独驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，关闭第一蓄能器与主油路的连接;同时调节液压栗和液压马达的排量为〇; 所述行车液压栗与发动机联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-A通道，调节第二电磁阀A的阀芯，关闭第一蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮轮速；所述行车蓄能器与发动机联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路；同时调节液压栗的排量为零，调节液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮的轮速；所述行车蓄能器制动能量回收模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗排量为0，调节液压马达的排量，使车辆维持一定的速度行驶；所述行车蓄能器单独驱动模式，控制器关闭发动机;调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A 和P-B通道，调节第二电磁阀A的阀芯，接通第一蓄能器与主油路；调节液压马达的排量，使蓄能器输出车辆行驶需求功率；所述行车发动机单独驱动且蓄能器充压模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-A 或P-B通道，调节第二电磁阀A或B的阀芯，接通第一或第二蓄能器与主油路；调节液压马达的排量为0,调节液压栗的排量，使蓄能器吸收的能量为发动机输出能量与后轮可利用能量的差值；所述倒车发动机单独驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第一电磁阀B的阀芯，关闭第二蓄能器与主油路的连接;同时调节液压栗和液压马达的排量为〇; 所述倒车液压栗与发动联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，接通P-B通道，调节第一电磁阀B的阀芯，关闭第二蓄能器与主油路的连接；同时调节液压栗和液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮轮速；所述倒车蓄能器与发动机联合驱动模式，控制器调节第一电磁阀的阀芯，关闭P-A和P-B通道，调节第一电磁阀B的阀芯，接通第二蓄能器与主油路；同时调节液压栗的排量为零，调节液压马达的排量，使前轮的轮速跟随后轮的轮速。