CN103569098B - 液压辅助驱动和制动系统及其控制方法 - Google Patents

液压辅助驱动和制动系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液压辅助驱动和制动系统,该系统是在传统车辆的结构上添加取力器、液压泵、2个液压马达、蓄能器、2个电磁阀、安全阀组、比例溢流阀、热交换器、油罐及控制单元组成的。传统车辆的结构中发动机输出动力经过离合器、变速器、传动轴及驱动桥传递给后轮,驱动车辆行驶;所添加的取力器连接在发动机的驱动附件的输出端与液压泵之间,使发动机的动力可以传递给液压泵;液压泵经过2个电磁阀分别与2个液压马达、蓄能器、比例溢流阀构成液压回路;2个液压马达分别安装在2个前轮上。本发明所述的系统不仅可以提高车辆在坏路面上的通过性,还可以保证长坡制动的稳定性,同时实现制动能量回收。

Description

液压辅助驱动和制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,涉及一种应用于传统汽车的液压辅助驱动和 制动系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 近年来,随着21世纪汽车产业的快速发展,静液传动技术在传统车辆中的应用取 得重大突破,在车辆节能环保方面应用相关的液压驱动技术,构成液压混合动力系统的油 液动力耦合技术逐渐引起国内外研究机构以及汽车制造商的高度重视。
[0003] 传统的商用货车、重型卡车、牵引车等工程车辆以及城市环卫汽车等特种车辆的 运行工况复杂多变,重型卡车等工程车辆多在乡间坏路面或矿山路面、长坡路面下行驶,而 这些路面崎岖度较大,附着系数一般较小,车辆经常会出现驱动轮打滑的现象,影响整车的 动力性和通过性。城市环卫汽车等特种车辆在城市作业工况下经常低速行驶并且需要频繁 启停,工程车辆也经常遇到下长坡、长时间行车制动的情况,这时需要连续或频繁的使用行 车制动器,致使制动器磨损严重,使制动系统容易失去控制,不仅降低了行车制动器的使用 寿命,还严重影响行车安全性。
[0004] 传统的机械传动系统不仅不能很好的适应复杂多变的工况,同时存在燃油消耗较 大的问题。液压混合动力系统虽然可以降低燃油消耗,部分改善传统车辆的动力性,但是其 不能适应复杂多变的工况,同时对结构改变较大,控制算法复杂,开发成本高,并不适合在 传统的商用货车、重型卡车、牵引车等工程车辆以及城市环卫汽车等特种车辆上应用。同 时,液压混合动力系统虽然可以实现部分制动能量回收,但是当车辆长坡制动且蓄能器的 容量已满时,此时普通的液压混合动力系统中制动回收系统则不起作用,车辆制动只能依 靠传统的摩擦制动,而传统的摩擦制动不容易控制制动力的稳定,严重影响行车制动安全。 所以如何简单便捷的通过液压辅助系统提高车辆的工况适应性与制动稳定性就具有很好 的应用前景。中国专利申请公布号CN102358163A,发明名称为"轮毂马达液压驱动系统",针 对商用车在坏路面上通过性差的问题提出了一种液压混合驱动模式,但其未考虑车辆制动 性能以及节能问题;发明名称为"比例阀控栗式中小功率车用缓速器",公开号为 CNl 01565038A的专利申请提出一种液阻式缓速器以改善车辆制动性能,该结构可以很好提 高车辆的制动效能和制动稳定性,但是这种缓速器浪费了车辆的动能和制动能量。
[0005] 因而,如何提供一种既能有效保障制动性能且节能,又适应复杂多变的工况的液 压辅助系统的就成为亟待解决的问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对重型卡车等工程车辆及城市环卫汽车等特种车辆对复杂多 变的运行工况,传统机械传动系统工况适应性和燃油经济性差的问题,提出一种在传统机 械传动系统的结构基础上添加一套可以提高车辆工况适应性和燃油经济性的液压辅助驱 动和制动系统。
[0007] 本发明采用的技术方案如下:
[0008] 一种液压辅助驱动和制动系统,包括:取力器、液压栗、第一和第二电磁阀、比例溢 流阀、蓄能器、安全阀组、液压马达、热交换器、油罐及控制单元,其中,
[0009] 所述取力器的输入轴和输出轴分别与发动机驱动附件(冷却风扇等)的输出轴和 与所述液压栗的转子轴连接,所述发动机通过所述取力器来驱动所述液压栗的转动;所述 第一电磁阀分别与所述液压栗的出油口、所述油罐、所述安全阀组的进油口以及所述第二 电磁阀连接;
[0010] 所述液压马达的进油口和出油口分别与所述安全阀组的出油口和所述高压变量 栗的进油口连接;
[0011] 所述第二电磁阀分别与蓄能器、比例溢流阀的进油口连接;
[0012] 所述比例溢流阀的出油口与所述热交换器的进油口连接;
[0013] 所述热交换器的出油口连接所述油罐;
[0014] 所述控制单元与所述高压变量栗、第一电磁阀、第二电磁阀、比例溢流阀、蓄能器 连接。
[0015] 所述取力器的输入轴与所述发动机驱动附件的输出轴之间采用花键副连接;所述 取力器的输出轴与所述液压栗转子轴之间采用花键副连接,或采用法兰盘连接或短万向节 连接。
[0016] 所述第一电磁阀为三位四通阀,所述第二电磁阀为二位三通阀。
[0017]所述三位四通阀的中位机能为"U"型,P、T封闭,A与B接通;所述三位四通阀的P 口、 A口和B口通过高压管道分别与所述液压栗的出油口、所述安全阀组的进油口以及与所述二 位三通阀的P 口连接;
[0018] 所述三位四通阀的T 口通过低压管道与所述油罐连接。
[0019] 所述第二电磁阀的A 口、B 口通过高压管道分别与蓄能器、比例溢流阀的进油口连 接;
[0020] 所述液压马达的进油口和出油口分别通过高压管道与所述安全阀组的出油口和 所述液压栗的进油口连接;
[0021 ] 所述比例溢流阀的出油口通过低压管道与所述热交换器的进油口连接;
[0022] 所述热交换器的出油口通过低压管道与所述油罐连接。
[0023] 所述的液压栗与所述的液压马达、安全阀组、第一电磁阀的P-A通道构成第一液压 辅助驱动回路;
[0024] 所述的液压栗与所述的第一电磁阀的P-B通道、第二电磁阀的P-A通道、蓄能器构 成液压制动能量回收回路;
[0025]所述比例溢流阀、热交换器和油罐三者串行连接,与所述的液压栗、第一电磁阀的 P-A通道、第二电磁阀的P-B通道构成液压缓冲制动回路;
[0026]所述的蓄能器与所述的第一电磁阀的A-B通道、第二电磁阀的P-A通道、安全阀组、 液压马达构成第二液压辅助驱动回路。
[0027] 所述比例溢流阀通过控制电液调整压力,其溢流压力范围为0_40MPa。
[0028]所述三位四通电磁阀、二位三通电磁阀通过电磁铁操纵和弹簧复位,所述热交换 器的工作温度为40-60°C。
[0029] 所述液压栗为轴向柱塞高压变量栗,其工作最高压力为40MPa;所述液压马达为2 个结构相同的径向柱塞高压定量马达,且其转子轴与前轮的半轴是同一根轴,分别与两个 前轮的轮毂采用螺栓连接。
[0030] 本发明所述的一种液压辅助驱动和制动系统的控制方法,包括信号采集与处理、 参数估计与设定与模式判断步骤,具体包括如下步骤:
[0031] 1)控制单元实时采集加速踏板位置、制动踏板位置、蓄能器的工作压力、发动机转 速及各轮速信号,并通过滤波、调制处理,并将加速踏板位置与制动踏板位置信号均转化为 量程0-5V的电压信号
[0032] 2)控制单元根据各轮速信号采用平均轮速法估算车辆的实时车速Ve、根据蓄能器 的工作压力估算蓄能器的SOC值;设定车速门限值vl,v2,v3且vl〈 V2〈v3;设定目标滑移率si 和s2,并根据轮速信号计算目标轮速门限值vwl、vw2;设定蓄能器的工作的SOC的高限值 soc_h和低限值soc_l; 3)判断车速Ve是否大于0,如果是则进入步骤4);否则说明车辆驻车, 进入步骤10)。
[0033] 4)判断制动踏板位置电压信号B_V是否大于0 . IV且加速踏板位置电压信号A_V是 否小于0 . IV如果是则进入液压辅助制动控制模块,进入步骤5);否则进入液压辅助驱动控 制丰旲块,进入步骤6);。
[0034] 5)判断蓄能器的SOC是否大于soc_h,如果是系统进入液压缓速制动模式;否则判 断SOC是否小于S0C_1,如果是则进入蓄能器制动能量回收模式,否则维持系统前一阶段工 作状态。
[0035] 6)判断车速是否小于vl,如果是则进入步骤7);否则继续判断车速是否小于v2,如 果是则进入步骤8);否则继续判断车速是否大于v3,如果是则进入发动机单独驱动模式;否 则维持系统前一阶段状态。
[0036] 7)判断蓄能器的SOC是否大于soc_h,如果是则进入蓄能器单独驱动模式;否则继 续判断蓄能器的SOC是否小于S0C_1,如果是则进入发动机单独驱动且蓄能器充压模式;否 则维持系统前一阶段状态。
[0037] 8)判断后轮的轮速Vw是否大于w2,如果是则进入步骤9);否则继续判断后轮轮速 Vw是否小于vwl,如果是则进入发动机单独驱动模式,否则维持系统前一阶段状态。
[0038] 9)判断蓄能器的SOC是否大于soc_h,如果是则进入发动机与蓄能器联合驱动模 式;否则继续判断蓄能器的SOC是否小于S0C_1,如果是则进入发动机与变量栗联合驱动模 式;否则维持系统前一阶段状态。
[0039] 10)控制算法结束。
[0040] 所述控制方法,还包括模式控制步骤,具体包括如下,所述发动机单独驱动模式, 控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,使P口封闭,调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-B通 道,使液压辅助系统均不参与工作;同时调节变量栗的排量为〇;
[0041] 所述发动机与变量栗联合驱动模式,控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通 P-A通道,使第一液压辅助驱动回路接通;同时调节变量栗的排量,使前轮的液压马达的转 速跟随后轮轮速;
[0042] 所述发动机与蓄能器联合驱动模式,控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通 A-B通道,调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使第二液压辅助驱动回路接通;同时 调节变量栗的排量为0,调节蓄能器的工作压力,使前轮的液压马达的转速跟随后轮的转 速;
[0043] 所述发动机单独驱动且蓄能器充压模式,控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置, 接通P-B通道,调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使液压制动能量回收回路接通; 同时调节变量栗的排量,使蓄能器的充压的能量E_A=E_I CE-E_RW,其中E_ICE为发动机输出 能量,E_RW为后轮可利用的能量;
[0044] 所述蓄能器单独驱动模式,控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通A-B通道, 调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使第二液压辅助驱动回路接通,同时关闭发动 机,调节蓄能器的输出能量E_A=E_FW,其中E_FW为前轮可利用的能量;
[0045] 所述蓄能器制动能量回收模式,控制单元调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通 道,使液压制动能量回收回路接通;同时调节液压栗的排量,使整车维持一定车速制动行 驶;
[0046] 所述液压缓速制动模式,控制单元调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-B通道,使 液压缓速制动回路接通;同时调节液压栗的排量为最大,调节比例溢流阀的压力,使整车维 持一定车速制动行驶。
[0047] 与现有技术相比本发明的有益效果是:
[0048] 1.本发明所述系统中采用的高压变量栗及液压定量马达均为液压一次元件,与电 机相比,比功率大的同时体积小质量轻,与液压二次元件相比,成本低,布置安装结构简单。
[0049] 2.本发明所述系统与传统车辆相比,工况适应能力强,能显著提高车辆在坏路面 上行驶时的动力性与通过性。
[0050] 3.本发明所述系统与传统车辆相比,在车辆制动时可以确保制动力稳定的基础上 将制动能量回收,有利于节能;同时在无法实现制动能量回收时,仍然可以确保车辆长坡制 动的制动力稳定,提高车辆长时间制动时制动效能的稳定性,有利于行车制动安全。
[0051] 4.本发明所述系统与传统车辆相比,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,实现制动能量的回收再利用;同时避免了发动机在低转速低转矩的燃油 消耗高的点工作,降低了车辆的燃油消耗,提高车辆的能量利用率。
[0052] 5.本发明所述系统是在现有传统车辆的机械传动结构基础上添加部分液压元件 构成一套液压系统,几乎不改变原车辆的结构,与液压混合动力系统相比,结构改变较少, 改动成本低。
[0053] 6.本发明所述系统采用的静液液压传动,与电机的高电压控制驱动系统相比具有 更高的安全性。
[0054]本发明增加了液压栗、比例溢流阀、蓄能器的功能是在原有辅助驱动系统上增加 缓速制动,这属于比较创新的想法。另外,采用一次元件液压栗作为制动能量的回收,且辅 助驱动与缓速制动的对象不一样,这也是本发明的一个创新点。
[0055] 系统所添加的响应结构中,特殊设计的包括:取力器与发动机驱动附件输出端之 间的连接采用花键副连接,取力器与液压栗的转子轴之间的连接根据实际布置空间尺寸的 要求,采用花键副、法兰盘或短万向节连接;液压马达的转子轴与前轮的半轴属于同一根 轴,且与前轮的轮毂采用螺栓连接。
[0056] 辅助系统的控制方法中,模式切换控制方法属于创新部分,模式切换控制方法中 主要包括信号的采集、参数估计及模式逻辑判断。信号的采集包括各轮轮速、蓄能器的工作 压力、加速踏板位置、制动踏板位置信号,参数估计包括实时车速、蓄能器的SOC,模式判断 包括各模式的判断逻辑。
附图说明
[0057] 图1为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统的结构原理图;
[0058] 图2为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在发动机单独驱动模式下的动力传 递路线图;
[0059] 图3为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在发动机与变量栗联合驱动模式下 的动力传递路线图;
[0060] 图4为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在发动机与蓄能器联合驱动模式下 的动力传递路线图;
[0061] 图5为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在发动机单独驱动且蓄能器充压模 式下的动力传递路线图;
[0062] 图6为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在蓄能器单独驱动模式下的动力传 递路线图;
[0063] 图7为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在蓄能器制动能量回收模式下的动 力传递路线图;
[0064] 图8为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统在高压变量栗缓速制动模式下的动 力传递路线图。
[0065] 图9为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统的车辆牵引力增加比例的曲线图;
[0066] 图10本发明所述的液压辅助驱动和制动系统的车辆爬坡度增加比例的曲线图;
[0067] 图11本发明所述的液压辅助驱动和制动系统的工作模式切换的控制方法流程图;
[0068] 图12本发明所述的液压辅助驱动和制动系统工作模式切换的液压辅助制动控制 子算法流程图;
[0069] 图13本发明所述的液压辅助驱动和制动系统工作模式切换的液压辅助驱动控制 子算法流程图;
[0070] (附图标记说明)
[0071 ] 1 一发动机;2 -尚合器;3-变速器;4 一驱动桥;5-后轮;6-前轮;7-取力器;8- 液压栗;9 一第一电磁阀;10-第二电磁阀;11 一比例溢流阀;12-蓄能器;13-安全阀组; 14一液压马达;15-热交换器;16-油Si; 17-电子控制单兀。
具体实施方式
[0072]下面结合附图,对本发明的具体实施方式进行详细说明。
[0073]图1为本发明所述的液压辅助驱动和制动系统的结构原理图。图中双点画线表示 电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。如图1所示,本发明所述的系统包括传 统的机械传动系统和添加的液压辅助驱动和制动系统。传统的机械传动系统包括发动机1、 离合器2、变速器3、驱动桥4、后轮5和前轮6;所添加的液压辅助驱动和制动系统包括取力器 7、高压变量栗8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、比例溢流阀11、蓄能器12、安全阀组13、2个结 构相同的定量马达14、热交换器15、油罐16和电子控制单元17。
[0074]优选,本发明中的第一电磁阀可采用可长时间可保持换向不动的三位四通电磁阀 9、本发明中的第二电磁阀可采用方便、实用且省电的二位三通电磁阀10。
[0075] 三位四通阀的4个孔:P表示压力油进油口,T表示通油箱或油栗的吸油口,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 通,T与A通;阀芯推向右侧,P与A通,T与B通。阀芯置于中间位置,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。
[0076] 参考图1,本发明的系统中发动机1输出的能量有两个传递路径,一个是机械动力 传递路径,另一个是液压动力传递路径。机械动力传递路径即为目标车辆(应用本发明所述 系统的现有传统车辆)的动力传递路径,本发明的系统不改变该路径中发动机1、离合器2、 变速器3、驱动桥4、后轮5及前轮6之间的安装位置关系及动力传递关系,同样不改变各部件 的结构尺寸和性能参数。以某一整备质量9.2t的重型卡车的机械传递路径为例,发动机为 最大输出功率为295KW的WP12_375N型柴油机;离合器为普通常闭式膜片弹簧摩擦离合器; 变速器为型号12JSD180TA的机械式变速器;驱动桥中主减速比为5.73;前、后车轮的静态半 径均为544mm。
[0077] 在上述机械动力传递结构的基础上,所添加的取力器7,液压元件包括高压变量栗 8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、比例溢流阀11、蓄能器12、安全阀组13、热交换器15、油罐16 和2个结构相同的定量马达14,构成新的液压动力传递路径。所添加的所有元件均可根据目 标车辆的要求选择现有产品。
[0078]取力器7的取力方式为直接从发动机1的驱动附件设备的输出轴端取力,结构是由 两个相互啮合的主、从动齿轮轴构成的,动力从主动齿轮轴端传递输入,经过主、从动齿轮 的啮合传动,从从动齿轮轴端传递输出,即主动齿轮轴为输入轴,从动齿轮为输出轴。
[0079] 高压变量栗8和2个结构相同的定量马达14是根据目标车辆的动力性需求计算出 的特征参数来选取市场上现有产品。比如上述9.2t的重型卡车的例子中,选取的变量栗为 波克兰生产的排量为75ml/r,额定转速为3600rpm的轴向斜盘式高压P90栗;选取的定量马 达为波克兰生产的额定压力为40MPa,排量为1043ml/r的径向柱塞定量马达MFE08-0。
[0080] 第一电磁阀9优选三位四通电磁阀,它的中位机能是为P、T封闭,A与B相通,栗不卸 荷,操纵方式为电磁铁操纵,弹簧复位,可根据系统需求选择现有产品。根据输入的信号指 令,其阀芯处于不同位置以实现换向功能;当阀芯位于中位时,Ρ、τ封闭,A与B相通;当阀芯 位于右位时,P与A相通,T与B相通;当阀芯位于左位时,P与B相通,T与A相通。
[0081 ] 第二电磁阀10优选二位三通电磁阀,操纵方式为电磁铁操纵,弹簧复位;根据输入 的信号指令,其阀芯可左右移动以实现换向功能;阀芯处于右位时P与B接通;阀芯处于左位 时P与A接通。
[0082]蓄能器12的功用主要是存储油液的压力能,必要时也可以释放压力能驱动液压回 路。根据目标车辆的需求计算出的特征参数选取现有产品。
[0083]比例溢流阀11是一个调压范围为0_40MPa的高压比例溢流阀,选用现有产品,其压 力的调节则是由电液控制的;热交换器15采用工作温度为40-60°C的水冷式冷却器,选用现 有产品;安全阀组13是由两个结构型号相同的安全阀组成,安全阀选用限压40MPa的现有产 品,两个安全阀的安装时油液流向相反。
[0084] 电子控制单元17是根据设计的系统控制算法的控制器,通过采集车辆行驶的状态 信号控制系统在不同的模式下工作。
[0085] 本发明所述的液压辅助驱动和制动系统是在不改变现有传统目标车辆的机械动 力传递结构基础上添加取力器7、液压元件及电子控制单元17构成的。
[0086] 具体地,本发明所述的液压辅助驱动和制动系统不改变目标车辆原有发动机1、离 合器2、变速器3、驱动桥4、后轮5及前轮6结构之间的安装位置关系和动力传递关系,即发动 机1的动力输出曲轴端与离合器2输入轴采用花键副连接,离合器2的输出轴与变速器3的输 入轴采用花键副连接,变速箱3的输出轴与驱动桥4的输入轴采用花键副连接;所述的各部 件的输入轴、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;所述的 两个部件连接所采用的输入轴、输出轴的回转周线相互平行。发动机1作为动力源输出动 力,经过离合器2、变速器3及驱动桥4的传递后,驱动后轮5。
[0087] 本发明所述的液压辅助驱动和制动系统所添加结构中,取力器7的主动齿轮轴(输 入轴)与发动机1驱动附件的动力输出轴端Ib通过齿轮啮合连接;取力器7通过主动齿轮轴 齿轮与从动齿轮轴(输出轴)齿轮的相互嗤合传动,将发动机1的动力传递给输出轴,取力器 7的输出轴与固定安装在车架上的高压变量栗8的转子轴之间采用花键副或法兰盘或短万 向节连接,从而使发动机1的输出动力通过取力器7带动高压变量栗8的转子轴同步转动,栗 油输送给液压回路。
[0088] 高压变量栗8的出油口与三位四通电磁阀9的P 口通过高压油管连接,三位四通电 磁阀9的T 口与油罐16采用低压油管连接或直接封闭;A口与安全阀组13的进油口采用高压 油管连接;B口与二位三通电磁阀10的P 口采用高压油管连接;二位三通电磁阀10的A口与蓄 能器12采用高压油管连接,B口与比例溢流阀11的进油口采用高压油管连接;比例溢流阀11 的出油口与热交换器15的进油口采用低压油管连接;热交换器15的出油口经过低压油管流 向油罐16;比例溢流阀11、热交换器15与油罐16三者串行设置;
[0089] 安全阀组13的出油口与安装在两个前轮6轮毂上的2个结构相同的定量马达14的 进油口通过高压油管连接,2个结构相同的定量马达14的出油口与固定在车架上的高压变 量栗8的进油口通过高压油管连接,构成液压闭式回路,而2个结构相同的液压定量马达14 的输出转子轴分别直接与两个前轮6的轮毂机械螺栓连接,将高压变量栗9栗出的液压能通 过驱动定量马达14的输出转子轴转动,转化为机械能,驱动前轮6。
[0090] 上述各液压元件与高压油管的连接接口处都应使用密封圈进行密封,减少油液的 泄露。
[0091] 电子控制单元17通过信号线分别与发动机1、高压变量栗8、三位四通电磁阀9、二 位三通电磁阀10、比例溢流阀11及蓄能器12连接,发送指令以调节发动机1的油门开度、高 压变量栗8的斜盘位置、三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10的阀芯位置及比例溢流阀11 和蓄能器12的工作压力。具体地,电子控制单元17可以通过调节三位四通电磁阀9和二位三 通电磁阀10的阀芯位置接通不同的液压传动回路;变速器3将发动机1的动力传递给后轮5 的同时,取力器7可以将发动机1的动力传递给高压变量栗8,高压变量栗8可以通过其与安 装在前轮轮毂的2个液压定量马达14构成的液压传动回路,将发动机1的动力传递给前轮6, 实现车辆全轮驱动形式;高压变量栗8也可以通过其与蓄能器12构成的液压传动回路,将发 动机1的动力或是车辆制动时的动能储存在蓄能器12里;高压变量栗8还可以通过其与由比 例溢流阀11、热交换器15及油罐16构成的缓速制动系统构成的液压传动回路,提高车辆制 动时的制动效能;同时在发动机1关闭的情况下,蓄能器可12以与安装在前轮轮毂的2个液 压定量马达14构成液压传动回路,将动力传递给前轮6,单独驱动车辆。
[0092] 接下来,参考图1,根据三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10阀芯的不同位置关 系,本发明所述的液压辅助驱动和制动系统包括如下四条液压传动回路,详细描述如下: [0093]第一液压辅助驱动回路A
[0094] 三位四通电磁阀9阀芯处于左位,二位三通电磁阀10阀芯处于左位;高压变量栗8 栗出高压油经过三位四通电磁阀9的P-A通道及安全阀组13限压后驱动安装在前轮6轮毂上 的2个液压定量马达14工作,液压传动路径为8 - 9 -13 -14。
[0095]液压制动能量回收回路B
[0096] 三位四通电磁阀9阀芯处于右位,二位三通电磁阀10阀芯处于左位;高压变量栗8 栗出高压油经过三位四通电磁阀9的P-B通道、二位三通电磁阀10的P-A通道向蓄能器12充 压,将液压能储存起来,液压传动路径为8-9-10-12。
[0097]液压制动缓速回路C
[0098] 三位四通电磁阀9阀芯处于右位,二位三通电磁阀10阀芯处于右位;高压变量栗8 栗出高压油经过三位四通电磁阀9的P-B通道、二位三通电磁阀10的P-B通道及比例溢流阀 11的调压作用变成高压高热值的油液,经过热交换器15的冷却作用流向油罐16,液压传动 路径为 8-9-10-11-15-16。
[0099] 第二液压辅助驱动回路D
[0100] 三位四通电磁阀9阀芯处于中位,二位三通电磁阀10阀芯处于左位;高压变量栗8 不工作,蓄能器12释放液压能,高压油经过二位三通电磁阀10的P-A通道、三位四通电磁阀9 的A-B通道及安全阀组13限压驱动安装在前轮6轮毂上的2个液压定量马达14工作,液压传 动路径为 12-10-9-13-14-6。
[0101] 下面介绍上述四条液压回路开启与关闭的条件。
[0102] 当车辆在行驶时,电子控制单元17实时采集加速踏板位置信号、制动踏板位置信 号、各轮速信号及发动机1的转速信号,估算并判断车辆的行驶状态与驾驶员的操作意图。 当车辆在良好平坦路面上行驶时,后轮5(驱动轮)不出现打滑,说明驱动轮可以全部利用发 动机1的输出转矩来驱动车辆。此时液压辅助系统不开启,由发动机1单独驱动车辆;离合器 2接合,电子控制单元17向高压变量栗8发送指令调节其排量为0,即高压变量栗8空转,输出 流量为〇;同时调节三位四通电磁阀9的阀芯位置处于中位,确保各液压回路均不参与工作。 发动机1输出的动力全部经过离合器2、变速器3及驱动桥4传递给后轮5,驱动车辆行驶。
[0103] 当车辆以较低的速度巡航或匀速行驶时,发动机1工作在低转速低转矩的燃油差 的区域。电子控制单元17实时采集蓄能器12的工作压力信号并估算蓄能器12的SOC值。如果 蓄能器12的SOC值低于预设值,为提高发动机1的燃油经济性,此时可以利用蓄能器12的储 能作用,调节发动机1的工作点,使其工作在燃油经济性好的区域,而多余后轮5需求功率的 动力向蓄能器12充压,储存液压能以再利用。此时电子控制单元17调节三位四通电磁阀9和 二位三通电磁阀10的阀芯位置接通液压回路B;同时根据加速踏板位置信号及蓄能器12的 压力信号调节发动机1的油门开度、蓄能器12的工作压力及调节高压变量栗8的排量。此时 发动机1将后轮所需求的动力,经过离合器2、变速器3及驱动桥4,传递给后轮5,驱动车辆行 驶;而发动机1的多余动力,经过取力器7驱动高压变量栗8工作栗油,高压油经过液压回路B 的传递向蓄能器12充压,将多余的动力转化为液压能储存起来以再利用。
[0104] 当车辆在良好平坦路面上低速巡航或保持较低车速匀速行驶时,如果电子控制单 元17估算出蓄能器12的SOC值高于其设定值,此时可以关闭发动机1,而由蓄能器12中储存 的液压能通过液压回路D,单独驱动前轮6,满足车辆的行驶需求。此时电子控制单元17调节 三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10的阀芯位置接通液压回路D,同时根据加速踏板位置 信号估算需求功率,并调节蓄能器12的工作压力。蓄能器12作为唯一动力源提供液压能,高 压油经过液压回路D的传递驱动安装在前轮6轮毂上的2个液压定量马达14工作,将液压能 转化为机械能传递给前轮6,驱动车辆行驶,此时车辆为前轴驱动形式。
[0105] 当车辆在坏路面上行驶时,电子控制算元17判断出后轮5(驱动轮)出现打滑时,说 明发动机1的输出转矩超过路面与轮胎的最大附着条件。如果蓄能器12的SOC值低于设定 值,蓄能器12不能提供液压能。此时离合器2接合,电子控制单元17根据驾驶员意图及车辆 的行驶状态信息向三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10发送指令,调节它们的阀芯位置, 接通液压回路A。此时发动机1的负载有两部分,一部分是后轮5经过机械传动反馈的,另一 部分是前轮6经过液压传动反馈的。电子控制单元17调节高压变量栗8的排量大小,使发动 机1将后轮可利用的需求动力,经过离合器2、变速器3及驱动桥4传递给后轮5;多余的动力 经过取力器7带动高压变量栗8的转子轴转动栗油,将机械能转化为液压能,高压油经过液 压回路A的传递驱动安装在前轮6轮毂上的2个液压定量马达14工作,将液压能转化为机械 能,传递给并驱动前轮6。发动机1作为唯一动力源,动力经过不同的传动路径使前、后轴同 时驱动,实现车辆全轮驱动形式以提高车辆的动力性与通过性。如果蓄能器12的SOC值高于 设定值时,蓄能器12可以将储存的液压能释放出来,提供动力。此时电子控制单元17根据车 辆行驶状态信息,调节发动机1的油门开度,使发动机1输出后轮可利用的动力,并传递给后 轮5,减少后轮的打滑;而不足的动力由蓄能器12提供,从而减少燃油消耗。此时离合器2接 合,电子控制单元17调节三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10的阀芯位置,接通液压回路 D;同时调节高压变量栗8的排量为零,使其空转。发动机1输出的动力全部经过离合器2、变 速器3及驱动桥4传递给后轮5;蓄能器12释放液压能,高压油经过液压回路D的传递,驱动安 装在前轮6轮毂上的2个液压定量马达14工作,将动力传递给前轮6。发动机1和蓄能器12共 同作为动力源驱动车辆,实现车辆全轮驱动形式以提高车辆的动力性与通过性。
[0106] 当车辆制动,尤其是下长坡长时间制动时,电子控制单元17根据实时采集的信号, 判断车辆的行驶状态。此时发动机1不应作为动力源输出动力,而是作为传动轴制动负载工 作,动力源为行驶车辆制动时的整车动能。发动机1经过取力器7驱动高压变量栗8,高压变 量栗8的驱动转矩等于其驱动齿轮的反向转矩,且随着高压变量栗8的输出油液的压力增加 而增大,该反向转矩通过取力器7反作用与发动机1。发动机1的制动负载加上高压变量栗8 的反向转矩负载,经过离合器2、变速器3及驱动桥4作用于后轮5,对车辆产生制动作用。
[0107] 如果电子控制单元17估算的蓄能器12的SOC值低于设定值时,通过调节蓄能器12 的工作压力,可以调节变量栗8的驱动转矩,从而调节后轮的制动负载,也就是说车辆制动 过程的整车动能可以转化成液压能并向蓄能器12充压,蓄能器12将液压能储存起来以便在 车辆低速行驶,关闭发动机时,提供车辆的需求动力,降低燃油消耗。此时离合器2接合,电 子控制单元17根据驾驶员意图及车辆行驶状态向三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10发 送指令,调节它们的阀芯位置,接通液压回路B。此时发动机1作为整车制动的负载工作;电 子控制单元17调节蓄能器12的工作压力,从而改变变量栗8的出口压力,改变其驱动转矩大 小。该驱动转矩反作用与发动机1,并与发动机1的制动负载一起,经过离合器2、变速器3及 驱动桥4作用于后轮5,对车辆产生辅助制动作用,进而调节了车辆的制动力矩。电子控制单 元17根据需求调节蓄能器12的工作压力,控制车辆制动时制动力矩与再生制动能量的多 少,在确保车辆制动力稳定的前提下回收能量,在节能的同时实现缓速制动和保持长时间 制动效能稳定的作用。
[0108]如果蓄能器12的SOC值高于设定值时,蓄能器12不能继续充压储存能量。而当车辆 仍然继续下坡制动行驶时,为了继续保持车辆的制动效能的稳定,则需要接通液压缓速制 动回路C。此时电子控制单元17调节三位四通电磁阀9和二位三通电磁阀10的阀芯位置,接 通液压回路C,同时保持高压变量栗8处于最大排量。该情况下的工作过程是与上述蓄能器 12制动能量回收过程类似的,不同之处在于高压变量栗8的出油口压力受到比例溢流阀11 的线性调节。高压变量栗8出油口经过液压回路C接通比例溢流阀11,吸收车辆动能而温度 升高的液压油通过热交换器15冷却后回流到油罐16。电子控制单元17根据制动踏板位置信 号计算制动需求转矩调节比例溢流阀11的压力大小,从而调节车辆制动时的制动力矩,实 现车辆在不能制动能量回收时,仍能保持缓速制动和保持长时间制动效能稳定的作用。
[0109] 本发明所述的液压辅助驱动和制动系统的工作模式包括7种,如表1所示:
[0110] 表1液压辅助驱动和制动系统的工作模式
Figure CN103569098BD00141
[0113] ◦表示离合器分离、高压变量栗空转、蓄能器放能
[0114] •表示离合器接合、高压变量栗加载、电磁阀阀芯位置、蓄能器充能、比例溢流阀 工作
[0115] -表示该工作模式不包括该结构元件
[0116] 下面对本发明的液压辅助驱动和制动系统的的工作模式进行介绍。
[0117] (1)发动机单独驱动模式
[0118] 电子控制单元17实时采集加速踏板位置信号、制动踏板位置信号、蓄能器工作压 力信号、各轮速信号及发动机的转速信号,并估算与判断车辆的行驶状态和驾驶员的操作 意图。参考图2,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。当 车辆在良好平坦路面上行驶,电子控制单元17判断出后轮5(驱动轮)没有打滑,并且蓄能器 12的SOC值大于设定的高限值,此时驱动轮可以完全利用发动机1的动力。该模式下,离合器 2接合,由发动机1提供车辆行驶的全部动力;电子控制单元17调节三位四通电磁阀9的阀芯 处于中位,使P与T封闭,从而高压变量栗8的出油口封闭,蓄能器12和安装在前轮6轮毂上的 2个结构相同的液压定量马达14的液压回路没有动力输入,均不工作;调节高压变量栗8的 排量为〇,负载为零,由发动机1经过取力器7传递来的动力带动空转。车辆在该模式下全部 由后轮5驱动行驶,发动机1的动力全部经过离合器2、变速器3及驱动桥4传递给后轮5,驱动 车辆。动力传递路线如图2所示。
[0119] (2)发动机与变量栗联合驱动模式
[0120]参考图3,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。 当车辆在坏路面上行驶时,电子控制单元17判断出后轮5(驱动轮)出现打滑,同时蓄能器12 的SOC值低于设定的低限值。该模式下,离合器2接合,后轮5(驱动轮)只利用了部分发动机1 传递的动力,且蓄能器12不能继续储存能量。电子控制单元17调节三位四通电磁阀9的阀芯 位置处于左位,接通液压回路A;同时调节高压变量栗8的排量,使其从发动机1取力工作栗 油,减少后轮5的驱动转矩。该模式下车辆变为全轮驱动形式,发动机1将后轮需求的动力, 经过离合器2、变速器3及驱动桥4传递给后轮5;将多余的动力经过取力器7带动高压变量栗 8转动栗油,将机械能转化为液压能,向液压回路A充高压油,经过安全阀组13限压传递给安 装在轮毂上的2个液压定量马达14,高压油驱动定量马达14转动将液压能转化为机械能传 递给前轮5,从而实现车辆全轮驱动。该模式下动力源只有发动机1,动力传递路径有机械传 动与液压传动两条,如图3所示。
[0121] (3)发动机与蓄能器联合驱动模式
[0122]参考图4,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。 当车辆在坏路面上行驶时,电子控制单元17判断出后轮5(驱动轮)出现打滑,且蓄能器12的 SOC值高于其预定高限值。该模式下离合器2接合,后轮5(驱动轮)只利用了部分发动机1传 递的动力;电子控制单元17调节三位四通电磁阀9的阀芯位置处于中位,二位三通电磁阀10 的阀芯位置处于左位,接通液压回路D;蓄能器12释放液压能,高压油经过液压回路D的传递 限压驱动安装在前轮6轮毂上的2个液压定量马达14工作,将液压能转化为机械能传递给前 轮6。该模式下车辆为全轮驱动形式,电子控制单元17估算前、后轴需求转矩分配,调节发动 机1的油门开度及蓄能器12的工作压力,使发动机1输出后轮5可利用的动力,并经过离合器 2、变速器3及驱动桥4传递给后轮5;调节蓄能器12释放的液压能,将前轮6需求的动力,经过 液压回路D的传递限压驱动液压定量马达14工作,将动力传递给前轮6,实现车辆的全轮驱 动。该模式下动力源有发动机1和蓄能器12,动力传递路径有机械传动与液压传动两条,如 图4所示。
[0123] (4)蓄能器单独驱动模式
[0124] 参考图5,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。 当车辆在良好平坦路面上低速巡航或保持较低的速度恒速行驶时,电子控制单元17估算并 判断出车辆此时的行驶情况,且蓄能器12的SOC值高于其设定高限值。此时驾驶员可以关闭 发动机1,由蓄能器12释放液压能驱动安装在前轮6轮毂上的2个定量马达14工作将液压能 转化为机械能传递给前轮6,驱动车辆行驶,此时车辆为前轴驱动形式。该模式下,发动机1 关闭,电子控制单元17调节三位四通电磁阀阀芯位于中位,二位三通电磁阀10的阀芯位置 处于左位,从而接通液压回路D;电子控制单元15调节蓄能器12释放的液压能,经过液压回 路D的传递,高压油驱动安装在前轮6轮毂上的2个液压定量马达14工作将液压能转化为机 械能传递给前轮6,驱动车辆行驶。该模式动力源为蓄能器12,动力传递路径只有液压传动, 如图5所示。
[0125] (5)发动机单独驱动且蓄能器充压模式
[0126] 参考图6,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。 当车辆在良好平坦路面上低速巡航或保持较低的速度恒速行驶时,电子控制单元17估算并 判断出车辆此时的行驶情况,且蓄能器12的SOC值低于其预定的低限值,此时如果发动机1 只驱动车辆行驶,则工作在低转速低转矩的燃油性差的区域内。为提高发动机1的燃油经济 性,利用蓄能器12的储能特点调节发动机的工作点,使发动机1多余的动力向蓄能器12充压 储存起来。该模式下,离合器2接合,电子控制单元17调节高压变量栗8,保持其最大排量工 作;调节三位四通电磁阀9的阀芯处于右位,二位三通电磁阀10的阀芯处于左位,接通液压 回路B。该模式下,车辆为后轮5驱动形式,发动机1 一部分动力经过离合器2、变速器3及驱动 桥4传递给后轮5,驱动车辆行驶;另一部分动力经过取力器7带动高压变量栗8转动栗油,将 机械能转化为液压能,经过液压回路B的传递向蓄能器12充压,将液压能储存起来。该模式 中动力源只有发动机1,蓄能器12作为负载工作,动力传递路径有机械传动与液压传动,如 图6所示。
[0127] (6)蓄能器制动能量回收模式
[0128] 参考图7,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。 当车辆制动,尤其是在下长坡时长时间行车制动时,电子控制单元17估算并判断出车辆此 时的行驶情况,且蓄能器12的SOC值低于设定底限值。电子控制单元17调节三位四通电磁阀 9的阀芯位置处于右位,二位三通电磁阀10阀芯位置处于左位,接通液压回路B。同时调节高 压变量栗8,使其保持最大排量工作。该模式下,发动机1与由变量栗8和蓄能器12构成的液 压回路共同作为车辆制动的负载,电子控制单元17根据驾驶员制动意图通过调节蓄能器12 的工作压力,控制高压变量栗8的负载大小,从而调节车辆制动时的稳定制动力矩,也就是 调节蓄能器12再生制动能量的多少。在保持制动力稳定的前提下,蓄能器12实现制动能量 回收以便车辆低速行驶情况下再次利用,输出动力,达到节能的目的。该模式下动力源为车 辆制动过程的动能,动力传递路径有机械传动与液压传动两条,如图7所示。
[0129] (7)液压缓速制动模式
[0130] 参考图8,图中双点画线表示电信号线,虚线表示液压管道,粗实线表示机械连接。 当车辆制动,尤其是在下长坡时长时间行车制动时,电子控制单元17估算并判断出车辆此 时的行驶情况,且蓄能器12的SOC值高于设定高限值。此时蓄能器12无法回收制动能量,也 就不能继续保持车辆制动力的稳定,如果车辆仍然处在长坡行车制动工况时,电子控制单 元17调节高压变量栗8,使其保持最大排量工作,同时调节三位四通电磁阀9的阀芯位置处 于右位,二位三通电磁阀10阀芯位置处于右位,接通液压回路C。该模式下发动机1与由变量 栗8、比例溢流阀11、热交换器15、油罐16构成的液压回路共同作为车辆制动的负载。高压变 量栗8的出油口压力受到比例溢流阀11的线性调节,电子控制单元17根据驾驶员制动意图 调节比例溢流阀11的压力大小,从而调节高压变量栗8的负载大小,进而调节车辆制动时的 稳定制动力矩,保持制动力稳定,实现缓速制动和保持长时间制动效能稳定的作用。该模式 下动力源为车辆的动能,动力传递路径有机械传动与液压传动两条,传动路径如图8所示。 [0131]下面以某一实例介绍本发明的系统所能起到的作用。
[0132] 当车辆在满载100t,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%。
[0133] 同时当所述液压系统处于辅助制动模式时,本发明所述系统中采用取力器的速比 传动比为1:2,液压栗9的最高转速为3600rpm,最大排量为75ml/r,最高输出液压油的压力 为40MPa,车辆的一挡速比为12.1,主减速比为5.73,经计算,本发明中液压栗可以额外提供 最大制动转矩为477.7Nm,经过传动机构放大,作用在后轮的制动力矩可达到66240.7Nm。蓄 能器回收制动能量的大小与实际运行工况及其SOC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。
[0134] 本发明所述的液压辅助驱动与制动系统的控制方法包括信号采集与处理模块、参 数估计与设定模块、模式判断模块及模式控制模块,具体描述如下。
[0135] 参考图11,控制单元实时采集加速踏板位置、制动踏板位置、蓄能器的工作压力、 发动机转速及各轮速信号,估算并判断车辆的行驶状态和驾驶员的操作意图,根据需求调 节第一、第二电磁阀的阀芯位置,并控制发动机的油门开度、变量栗的排量、蓄能器的工作 压力及比例阀的工作压力,从而控制各工作模式之间的切换及各部件在不同模式的工作状 态。具体包括如下步骤:
[0136] 1.控制单元实时采集加速踏板位置、制动踏板位置、蓄能器的工作压力、发动机转 速及各轮速信号,并通过滤波、调制等处理,并将加速踏板位置与制动踏板的位置信号均转 化为量程为0-5V的电压信号
[0137] 2.控制单元根据各轮速信号采用平均轮速法估算车辆的实时车速Ve、根据蓄能器 的工作压力估算蓄能器的SOC值;设定车速门限值vl,v2,v3且vl〈v2〈v3,其中Vl为蓄能器单 独驱动模式的车速门限值,v2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,这些值可以根据实车试验数据进行修正;设定目标滑移率si和s2(比如Sl = 0· 15, s2=0.20),并根据轮速信号计算目标轮速门限值vwl、vw2;设定蓄能器的工作的SOC的 高限值soc_h和低限值soc_l,比如soc_h=0 · 8,soc_l=0 · 3; 3 ·判断车速Ve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;
[0138] 4.判断制动踏板位置电压信号B_V是否大于0.1 V且加速踏板位置电压信号A_V是 否小于0.1 V,如果是则认为车辆处于制动状态,进入液压辅助制动控制子算法;否则进入液 压辅助驱动控制子算法。
[0139] 参考图12,液压辅助制动控制子算法包括如下步骤:
[0140] BI.电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通P-B通道,使变量栗接入辅助 制动回路,同时调节变量栗,使其保持最大排量工作;
[0141 ] B2.判断蓄能器的SOC值是否大于设定高限值soc_h,如果是则进入下一步;否则进 入步骤B4;
[0142 ] B3.蓄能器的SOC值大于设定高限值s 〇 c_h,无法回收制动能量,此时系统进入液压 缓速制动模式,电子控制单元调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-B通道,使液压缓速制动 回路C接通。同时电子控制单元根据驾驶员的制动需求,控制比例溢流阀的工作压力,从而 控制变量栗的驱动转矩,进而调节车辆制动时的稳定制动力矩,保持制动力稳定,实现缓速 制动和保持长时间制动效能稳定的作用。
[0143] B4.判断蓄能器的SOC值是否小于设定低限值soc_l,如果是则进入下一步;否则进 入步骤B6;
[0144] B5.蓄能器的SOC值小于设定低限值soc_l,说明蓄能器可以实现制动能量回收。此 时系统进入蓄能器制动能量回收模式,电子控制单元调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A 通道,使液压制动能量回收回路B接通;同时电子控制单元根据驾驶员的制动需求,控制蓄 能器的工作压力,控制高压变量栗的负载大小,从而调节车辆制动时的稳定制动力矩,也就 是调节蓄能器再生制动能量的多少;
[0145] B6.维持系统前一阶段工作状态;
[0146] B7 ·子算法程序结束,返回。
[0147] 参考图13,液压辅助驱动控制子算法包括如下步骤:
[0148] Dl.判断车速Ve是否小于设定值vl,如果是则进入下一步,否则进入步骤D7;
[0149] D2.判断蓄能器SOC值是否大于高限值soc_h,如果是则进入下一步,否则进入步骤 D4;
[0150] D3.此时说明车速较低,且蓄能器可以单独提供车辆行驶所需动力,系统进入蓄能 器单独驱动模式。电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通A-B通道,调节第二电磁 阀的阀芯位置,接通P-A通道,使第二液压辅助驱动回路D接通;同时电子控制单元根据驾驶 员的驱动需求,调节蓄能器的工作压力,释放液压能并传递给前轮,驱动车辆行驶;进入步 骤 D21;
[0151] D4.判断蓄能器SOC值是否小于低限值soc_l,如果是则进入下一步;否则进入步骤 D6;
[0152] D5.此时说明车速较低,且蓄能器继续储存液压能。系统进入发动机单独驱动且蓄 能器充压模式。电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通P-B通道,调节第二电磁阀 的阀芯位置,接通P-A通道,使液压制动能量回收回路B接通;同时调节变量栗,使其最大排 量工作。电子控制单元根据驾驶员的驱动需求和蓄能器的工作压力,调节发动机的油门,调 整其动力输出,使其满足后轮驱动车辆行驶的需求动力之外,向蓄能器提供液压能;进入步 骤 D21;
[0153] D6.维持系统前一阶段状态,进入步骤D21;
[0154] D7.判断车速Ve是否小于设定值v2,如果是则进入下一步;否则进入步骤D17;
[0155] D8.判断后轮的轮速Vw是否大于设定值vw2,如果是则认为后轮出现打滑,进入下 一步;否则进入步骤D14;
[0156] D9.此时说明后轮出现打滑,判断蓄能器的SOC值是否大于高限值soc_h,如果是则 进入下一步;否则进入步骤Dl 1;
[0157] Dl0.此时说明蓄能器可以提供液压能,辅助驱动。系统进入发动机与蓄能器联合 驱动模式。电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通A-B通道,调节第二电磁阀的阀 芯位置,接通P-A通道,使第二液压辅助驱动回路D接通;同时电子控制单元根据驾驶员的驱 动需求,估算前、后轴的分配转矩,调节发动机的油门和蓄能器的工作压力,使它们输出各 自需求的动力,共同驱动车辆行驶;进入步骤D21;
[0158] D11.判断蓄能器的SOC值是否小于低限值soc_l,如果是则进入步骤D13;否则进入 下一步;
[0159] D12.维持系统前一阶段工作状态,进入步骤D21;
[0160] D13.此时说明蓄能器无法提供液压能,系统进入发动机与变量栗联合驱动模式。 电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使第一液压辅助驱动回路A接通。 同时电子控制单元根据驾驶员的驱动需求,估算前、后轴的分配转矩,调节变量栗的排量, 将发动机的动力合理分配给前、后轮,共同驱动车辆行驶;进入步骤D21;
[0161] D14.判断后轮的轮速Vw是否小于设定值vwl,如果是则进入下一步;否则进入步骤 D16;
[0162] D15.此时说明后轮退出打滑状态,系统进入发动机单独驱动模式,进入步骤D20;
[0163] D16.维持系统前一阶段工作状态,进入步骤D21;
[0164] D17.判断车速Ve是否大于设定值v3,如果是则进入下一步;否则进入步骤D19;
[0165] D18.此时说明车辆高速行驶,液压辅助驱动系统退出,系统进入发动机单独驱动 模式,进入步骤D20;
[0166] D19.维持系统前一阶段工作状态,进入步骤21;
[0167] D20.发动机单独驱动模式,此时电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,使P 口 封闭,调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-B通道,使液压辅助系统均不参与工作;同时调节 变量栗,使其保持零排量空转工作。发动机输出的动力全部传递给后轮,驱动车辆行驶;进 入步骤21;
[0168] D21.子算法程序结束,返回。
[0169] 综上可知,本发明的系统能够提高车辆在坏路面上行驶工况下的通过性、实现制 动能量回收、提高车辆的经济性,以及提高车辆制动稳定性。

Claims (9)

1. 一种液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,包括:取力器、液压栗、第一电磁阀、第 二电磁阀、比例溢流阀、蓄能器、安全阀组、液压马达、热交换器、油罐及电子控制单元、发动 机,其中, 所述取力器的输入轴和输出轴分别与发动机驱动附件的输出轴和与所述液压栗的转 子轴连接,所述发动机通过所述取力器来驱动所述液压栗的转动; 所述第一电磁阀分别与所述液压栗的出油口、所述油罐、所述安全阀组的进油口以及 所述第二电磁阀连接; 所述液压马达的进油口和出油口分别与所述安全阀组的出油口和所述液压栗的进油 口连接; 所述第二电磁阀分别与所述第一电磁阀、所述蓄能器和所述比例溢流阀的进油口连 接; 所述比例溢流阀的出油口与所述热交换器的进油口连接; 所述热交换器的出油口连接所述油罐; 所述电子控制单元与所述液压栗、第一电磁阀、第二电磁阀、比例溢流阀、蓄能器连接。
2. 根据权利要求1所述的液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,所述取力器的输入轴 与所述发动机驱动附件的输出轴之间采用花键副连接;所述取力器的输出轴与所述液压栗 转子轴之间采用花键副连接,或采用法兰盘连接或短万向节连接。
3. 根据权利要求2所述的液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,所述第一电磁阀为三 位四通阀,所述第二电磁阀为二位三通阀; 其中所述三位四通阀的中位机能为"U"型,P、T封闭,A与B接通;所述的三位四通阀的P 口、A口和B口通过高压管道分别与所述液压栗的出油口、所述安全阀组的进油口以及与所 述二位三通阀的P 口连接; 所述三位四通阀的T 口通过低压管道与所述油罐连接; 所述的二位三通阀的A 口、B 口通过高压管道分别与蓄能器、比例溢流阀的进油口连接。
4. 根据权利要求2所述的液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,所述液压马达的进油 口和出油口分别通过高压管道与所述安全阀组的出油口和所述液压栗的进油口连接; 所述比例溢流阀的出油口通过低压管道与所述热交换器的进油口连接; 所述热交换器的出油口通过低压管道与所述油罐连接。
5. 根据权利要求3所述的液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,所述液压栗与所述液 压马达、安全阀组、第一电磁阀的P-A通道构成第一液压辅助驱动回路; 所述液压栗与所述第一电磁阀的P-B通道、第二电磁阀的P-A通道、蓄能器构成液压制 动能量回收回路; 所述比例溢流阀、热交换器和油罐三者串行连接,与所述液压栗、第一电磁阀的P-B通 道、第二电磁阀的P-B通道构成液压缓冲制动回路; 所述的蓄能器与所述第一电磁阀的A-B通道、第二电磁阀的P-A通道、安全阀组、液压马 达构成第二液压辅助驱动回路。
6. 根据权利要求5所述的液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,所述比例溢流阀通过 控制电液调整压力,其溢流压力范围为0_40MPa; 所述三位四通电磁阀、二位三通电磁阀通过电磁铁操纵和弹簧复位,所述热交换器的 工作温度为40-60 °C。
7. 根据权利要求5所述的液压辅助驱动和制动系统,其特征在于,所述液压栗为轴向柱 塞高压变量栗,其工作最高压力为40Mpa; 所述液压马达是2个结构相同的径向柱塞高压定量马达,且其转子轴与前轮的半轴是 同一根轴,分别与两个前轮的轮毂采用螺栓连接。
8. -种用于如权利要求1所述的液压辅助驱动和制动系统的控制方法,其特征在于,包 括信号采集与处理、参数估计与设定、模式判断步骤;具体包括如下步骤: 1) 电子控制单元实时采集加速踏板位置、制动踏板位置、蓄能器的工作压力、发动机转 速及各轮速信号,并通过滤波、调制处理,并将加速踏板位置与制动踏板位置信号均转化为 量程0-5V的电压信号 2) 电子控制单元根据各轮速信号采用平均轮速法估算车辆的实时车速Ve、根据蓄能器 的工作压力估算蓄能器的SOC值;设定车速门限值vl,v2,v3且vl〈 V2〈v3;设定目标滑移率si 和s2,并根据轮速信号计算目标轮速门限值vwl、VW2;设定蓄能器的工作的SOC的高限值 soc_h和低限值soc_l; 3) 判断车速Ve是否大于0,如果是则进入步骤4);否则说明车辆驻车,进入步骤10); 4) 判断制动踏板位置电压信号B_V是否大于0.1 V且加速踏板位置电压信号A_V是否小 于0.1 V如果是则进入液压辅助制动控制模块,进入步骤5);否则进入液压辅助驱动控制模 块,进入步骤6); 5) 判断蓄能器的SOC是否大于soc_h,如果是系统进入液压缓速制动模式;否则判断SOC 是否小于soc_l,如果是则进入蓄能器制动能量回收模式,否则维持系统前一阶段工作状 态; 6) 判断车速是否小于vl,如果是则进入步骤7);否则继续判断车速是否小于v2,如果是 则进入步骤8);否则继续判断车速是否大于v3,如果是则进入发动机单独驱动模式;否则维 持系统前一阶段状态; 7) 判断蓄能器的SOC是否大于soc_h,如果是则进入蓄能器单独驱动模式;否则继续判 断蓄能器的SOC是否小于soc_l,如果是则进入发动机单独驱动且蓄能器充压模式;否则维 持系统前一阶段状态; 8) 判断后轮的轮速Vw是否大于vw2,如果是则进入步骤9);否则继续判断后轮轮速Vw是 否小于胃1,如果是则进入发动机单独驱动模式,否则维持系统前一阶段状态; 9) 判断蓄能器的SOC是否大于soc_h,如果是则进入发动机与蓄能器联合驱动模式;否 则继续判断蓄能器的SOC是否小于soc_l,如果是则进入发动机与液压栗联合驱动模式;否 则维持系统前一阶段状态; 10) 控制算法结束; 其中,所述液压栗为高压变量栗。
9. 根据权利要求8所述的液压辅助驱动和制动系统的控制方法,其特征在于, 权利要求1所述的液压辅助驱动和制动系统还包括: 所述第一电磁阀为三位四通阀,所述第二电磁阀为二位三通阀; 其中所述三位四通阀的中位机能为"U"型,P、T封闭,A与B接通;所述的三位四通阀的P 口、A口和B口通过高压管道分别与所述液压栗的出油口、所述安全阀组的进油口以及与所 述二位三通阀的P 口连接; 所述三位四通阀的T 口通过低压管道与所述油罐连接; 所述的二位三通阀的A 口、B 口通过高压管道分别与蓄能器、比例溢流阀的进油口连接; 且,液压栗与所述液压马达、安全阀组、第一电磁阀的P-A通道构成第一液压辅助驱动 回路; 所述液压栗与所述第一电磁阀的P-B通道、第二电磁阀的P-A通道、蓄能器构成液压制 动能量回收回路; 所述比例溢流阀、热交换器和油罐三者串行连接,与所述液压栗、第一电磁阀的P-B通 道、第二电磁阀的P-B通道构成液压缓冲制动回路; 所述的蓄能器与所述第一电磁阀的A-B通道、第二电磁阀的P-A通道、安全阀组、液压马 达构成第二液压辅助驱动回路; 所述的液压辅助驱动和制动系统的控制方法还包括模式控制步骤,具体包括如下,所 述发动机单独驱动模式,电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,使P口封闭,调节第二 电磁阀的阀芯位置,接通P-B通道,使液压辅助系统均不参与工作;同时调节高压变量栗的 排量为〇; 所述发动机与高压变量栗联合驱动模式,电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置, 接通P-A通道,使第一液压辅助驱动回路接通;同时调节高压变量栗的排量; 所述发动机与蓄能器联合驱动模式,电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通 A-B通道,调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使第二液压辅助驱动回路接通;同时 调节高压变量栗的排量为〇,调节蓄能器的工作压力; 所述发动机单独驱动且蓄能器充压模式,电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置, 接通P-B通道,调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使液压制动能量回收回路接通; 同时调节高压变量栗的排量,使蓄能器的充压的能量E_A = E_ICE-E_RW,其中E_ICE为发动 机输出能量,E_RW为后轮可利用的能量; 所述蓄能器单独驱动模式,电子控制单元调节第一电磁阀的阀芯位置,接通A-B通道, 调节第二电磁阀的阀芯位置,接通P-A通道,使第二液压辅助驱动回路接通,同时关闭发动 机,调节蓄能器的输出能量E_A = E_FW,其中E_FW为前轮可利用的能量; 所述蓄能器制动能量回收模式,电子控制单元调节第一电磁阀和第二电磁阀的阀芯位 置,接通所述第一电磁阀的P-B通道,并接通所述第二电磁阀的P-A通道,使液压制动能量回 收回路接通;同时调节液压栗的排量,使整车维持一定车速制动行驶; 所述液压缓速制动模式,电子控制单元调节第一电磁阀和第二电磁阀的阀芯位置,分 别接通所述第一电磁阀和第二电磁阀的P-B通道,使液压缓速制动回路接通;同时调节液压 栗的排量为最大,调节比例溢流阀的压力,使整车维持一定车速制动行驶。
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