CN103640465A

CN103640465A - 可变速比的静液驱动系统

Info

Publication number: CN103640465A
Application number: CN201310706105.4A
Authority: CN
Inventors: 刘伟; 韩家威; 孙辉
Original assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Current assignee: Construction Machinery Branch of XCMG
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: CN103640465B

Abstract

本发明公开了一种可变速比的静液驱动系统，涉及节能技术领域，用于解决现有技术中液压混合动力设备成本高的问题。该静液驱动系统包括下车行驶系统和行驶再生控制系统，下车行驶系统包括发动机、第一传动机构、动力耦合器、第二传动机构及车轮，发动机将动力经动力耦合器传递给车轮。行驶再生控制系统包括泵马达、第三传动机构及蓄能器；动力耦合器通过第三传动机构与泵马达连接，泵马达与蓄能器相连接。整车功率充足时，此时动力耦合器处于高档、泵马达处于泵工况，动力耦合器拖动泵马达运转，以实现机械能的转化存储。当整车功率不足时，此时动力耦合器处于低档、泵马达处于马达工况，蓄能器释放的液压驱动泵马达运转。上述技术方案成本低。

Description

可变速比的静液驱动系统

技术领域

本发明涉及节能技术领域，具体涉及一种可变速比的静液驱动系统。

背景技术

液压混合动力整车是基于二次调节静液传动技术而形成的一种新型混合传动系统，利用液压泵马达可工作于四象限的特性以及蓄能器功率密度大的特点，辅以优化控制策略，来实现系统能量的回收与释放。回收的能量可用于装载机的起动、加速以及作业助力，从而减小电喷发动机的装机功率，改善整车的动力性能和作业性能。相比于油电混合控制技术，液压混合动力技术具有功率密度大、能量密度小的特点，这也使得液压混合动力控制技术特别适用于具有频繁起停工况的机械产品，如挖掘机、装载机、公交车辆等。

液压混合动力控制技术已经成为解决工程机械行走产品节能减排的有效措施，以及实现产品差异化发展、占领市场的有效举措。然而作为新能源技术的分支领域，混合动力技术的推广应用之路并不平坦，成本及用户收益是制约其发展的关键因素。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种可变速比的静液驱动系统，用于解决现有技术中液压混合动力设备的成本高的问题。

本发明优选技术方案所能产生的诸多技术效果将在后文详述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种可变速比的静液驱动系统，包括下车行驶系统和行驶再生控制系统；其中：

所述下车行驶系统包括发动机、第一传动机构、动力耦合器、第二传动机构以及车轮；

所述发动机的动力输出轴能通过所述第一传动机构将动力输入所述动力耦合器；

所述动力耦合器能将输入的动力通过所述第二传动机构传递给所述车轮以驱动所述车轮行走；

所述行驶再生控制系统包括泵马达、第三传动机构以及蓄能器；

所述动力耦合器通过所述第三传动机构与所述泵马达相连接，所述泵马达与所述蓄能器相连接；

所述动力耦合器的档位包括第一档以及第二档，所述泵马达的工况包括泵工况以及马达工况；

当所述泵马达处于泵工况时，所述动力耦合器处于第二档，所述动力耦合器还能通过所述第三传动机构带动所述泵马达运转，所述泵马达运转过程中能将机械能转化为液压能并将液压能存储在所述蓄能器内；

当所述泵马达处于马达工况时，所述动力耦合器处于第一档，所述蓄能器释放的液压能能驱动所述泵马达运转，所述泵马达运转过程中能通过所述第三传动机构将动力输入所述动力耦合器。

在优选或可选的实施例中，所述行驶再生控制系统还包括控制器，其中：

所述控制器至少用于切换所述动力耦合器的档位以及所述泵马达的工况。

在优选或可选的实施例中，所述行驶再生控制系统还包括二位方向阀；

所述泵马达通过所述二位方向阀与所述蓄能器连接；

其中，当所述泵马达处于泵工况时，油液从所述泵马达经过所述二位方向阀流到所述蓄能器中，完成机械能向液压能的转化；

当所述泵马达处于马达工况时，所述蓄能器中的油液经由所述二位方向阀进入所述泵马达中，并驱动所述泵马达运转。

在优选或可选的实施例中，所述第一传动机构包括第一离合器和主变速箱，所述发动机的动力输出轴通过所述第一离合器与所述主变速箱连接，所述主变速箱与所述动力耦合器的第一传动轴连接；

其中，所述发动机输出的动力，经由所述第一离合器和所述主变速箱传递至所述动力耦合器的第一传动轴。

在优选或可选的实施例中，所述第二传动机构包括主减速器，所述动力耦合器的动力输出轴与所述主减速器的输入轴连接，所述主减速器的输出轴与所述车轮连接；

其中，经由所述第一传动轴传递至所述动力耦合器中的动力部分或全部经由所述动力耦合器的动力输出轴传递至所述主减速器的输入轴，并由所述主减速器的输出轴传递至所述车轮。

在优选或可选的实施例中，所述第三传动机构包括第二离合器，所述第二离合器的一端与所述动力耦合器的第二传动轴连接，另一端与所述泵马达连接。

在优选或可选的实施例中，所述控制器包括液压再生控制单元和换挡控制单元；

所述液压再生控制单元与所述发动机电连接，所述液压再生控制单元还与所述换挡控制单元和所述泵马达连接；

其中，所述液压再生控制单元用于检测系统状态；

当整车处于行驶制动工况时，所述液压再生控制单元通过控制所述换挡控制单元控制所述动力耦合器处于第二档，且所述液压再生控制单元同时控制所述泵马达处于泵工况；

当所述整车处于行驶状态或整机功率不足状态时，所述液压再生控制单元通过控制所述换挡控制单元控制所述动力耦合器处于第一档，且所述液压再生控制单元同时控制所述泵马达处于马达工况。

在优选或可选的实施例中，所述控制器还包括制动控制单元，所述行驶再生控制系统还包括制动器；

所述制动控制单元的输出口与所述液压再生控制单元的输入口连接，所述制动器的输出口与所述制动控制单元的输入口连接。

在优选或可选的实施例中，所述行驶再生控制系统还包括安全阀；

所述安全阀的输入端同时与所述二位方向阀的输出端以及所述蓄能器的输入端连通；或者，所述安全阀的输入端同时与所述二位方向阀的输入端以及所述蓄能器的输出端连通。

在优选或可选的实施例中，所述行驶再生控制系统还包括气源或车载电源，所述气源或车载电源与所述换挡控制单元连接。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案，结合具有起停频繁工况的通用行走工程车辆特点，融合液压混合动力技术，提出基于可变速比的新型驱动行驶系统，实现整车功率匹配，整套系统具有易实现、成本低、性能高效、可靠性高等特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的可变速比的静液驱动系统的原理示意图；

附图标记：1、前轮；2、制动器；3、发动机；4、主变速箱；5、气源或车载电源；6、换挡控制单元；7、动力耦合器；8、蓄能器；9、主减速器；10、后轮；11、第一离合器；12、制动控制单元；13、液压再生控制单元；14、第二离合器；15、泵马达；16、二位方向阀；17、安全阀。

具体实施方式

下面可以参照附图图1以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案（包括优选技术方案）做进一步的详细描述。需要说明的是：本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓：本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。

下面结合图1对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述，将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的技术方案均应该在本发明的保护范围之内。

本发明实施例提供一种可变速比的静液驱动系统，应用于具有起停频繁工况的通用行走工程车辆，用于实现整车制动时能量的高效回收及整车助力时的可选择性。

该可变速比的静液驱动系统包括下车行驶系统和行驶再生控制系统。其中：下车行驶系统包括发动机3、第一传动机构、动力耦合器7、第二传动机构以及车轮。发动机3的动力输出轴能通过第一传动机构将动力输入动力耦合器7；动力耦合器7能将输入的动力通过第二传动机构传递给车轮以驱动车轮行走，此处具体驱动后轮10，后轮10带动前轮1行走。行驶再生控制系统包括泵马达15、第三传动机构以及蓄能器8。动力耦合器7通过第三传动机构与泵马达15相连接，泵马达15与蓄能器8相连接；动力耦合器7的档位包括第一档以及第二档，泵马达15的工况包括泵工况以及马达工况。此处，具体可采用液压再生控制单元13控制泵马达15及动力耦合器7的状态：当整车功率富裕时，泵马达15处于泵工况时，动力耦合器7处于第二档，动力耦合器7还能通过第三传动机构带动泵马达15运转，泵马达15运转过程中能将机械能转化为液压能并将液压能存储在蓄能器8内。当整车功率不足时，泵马达15处于马达工况时，动力耦合器7处于第一档，蓄能器8释放的液压能驱动泵马达15运转，泵马达15运转过程中能通过第三传动机构将动力输入动力耦合器7。

发动机3比如为电喷发动机。下车行驶系统的作用是为整车的正常行驶提供动力。第一传动系统的实现方式有多种，其主要是起到动力传递的作用。此处，第二传动机构的实现方式也有多种，主要将动力耦合器7输出的动力传递至车轮，以驱动车轮行走。

行驶再生控制系统的作用为：在整车的功率富裕时，将机械能转换为液压能并存储；在整车功率不足时，将存储的液压能转化为机械能，以供整车使用。

此处的第一档具体是指低速档，第二档是指高速档。当整车处于行驶制动工况时，动力耦合器7需处于高速档；当整车处于行驶起动或整机功率不足工况时，动力耦合器7需处于低速档。

动力耦合器7档位的切换以及泵马达15工况的切换，都可以采用自动化的方式实现实时控制。

上述技术方案提供的可变速比的静液驱动系统，既优化了现有系统，又对系统成本进行有效控制。上述可变速比的静液驱动系统具有如下特点：

1、创新性应用液压再生控制技术，尽可能地利用了现有通用底盘资源，融合液压再生控制技术，实现对整车制动能量的高效回收，同时实现整车助力的可选择性，提高了再生能量的利用效率，速比可变功能采用电控或者气控，方案简单可行。

2、采用该套系统，无论整车发动机的装机功率、还是再生控制系统的功率都得到有效降低，整机系统成本大为降低，利于推广应用。

进一步地，行驶再生控制系统还可包括控制器，其中：控制器至少用于切换动力耦合器7的档位以及泵马达15的工况。

控制器可以根据整车的系统状态以确定何时切换动力耦合器7的档位，以及泵马达15的工况。系统状态比如为发动机3的转速，整车压力、整车上相应控制单元的状态等。采用控制器实现动力耦合器7的档位以及泵马达15的工况切换，提高了整个系统的自动化程度。

行驶再生控制系统还包括二位方向阀16；泵马达15通过二位方向阀16与蓄能器8连接。其中，当泵马达15处于泵工况时，油液从泵马达15经过二位方向阀16流到蓄能器8中，完成机械能向液压能的转化。当泵马达15处于马达工况时，蓄能器8中的油液经由二位方向阀16进入泵马达15中，并驱动泵马达15运转。由图1可以看出，泵马达15的其中一个油口与油箱连通。泵马达15的其中另一个油口与二位方向阀16的输入端连通。二位方向阀16的输出端与蓄能器8的输入端连通。

二位方向阀16允许油液双向流动，当泵马达15处于泵工况时，泵马达15中油液从泵马达15流向蓄能器8。当泵马达15处于马达工况时，蓄能器8中的油液从蓄能器8流向泵马达15。

行驶再生控制系统还可包括安全阀17；安全阀17的输入端同时与二位方向阀16的输出端以及蓄能器8的输入端连通，安全阀17用于限制系统的安全工作压力。或者，安全阀17的输入端同时与二位方向阀16的输入端以及蓄能器8的输出端连通。

下面介绍各传动机构的优选实现方式。

第一传动机构优选包括第一离合器11和主变速箱4，发动机3的动力输出轴通过第一离合器11与主变速箱4连接，主变速箱4与动力耦合器7的其中第一传动轴连接。其中，发动机3输出的动力，经由第一离合器11和主变速箱4传递至动力耦合器7。

第二传动机构优选包括主减速器9，动力耦合器7的动力输出轴与主减速器9的输入轴连接，主减速器9的输出轴与车轮连接。

第三传动机构优选包括第二离合器14，第二离合器14的一端与动力耦合器7的第二传动轴连接，第二离合器14的另一端与泵马达15连接。

当整车处于行驶状态或整机功率不足状态时，动力耦合器7能够接收来自于发动机3经由主变速箱4输出的动力，和/或泵马达15经由第二离合器14传递过来的动力，并在需要时，将两股动力耦合之后经由动力耦合器7的动力输出轴输出至主减速器9，并驱动车轮。

当整车处于行驶制动工况时，整车制动能量可以被回收。动力耦合器7能够接收来自于发动机3经由主变速箱4输出的动力，此动力部分经由第二离合器14传递至泵马达15，并带动泵马达15以泵工况工作，动力完成从机械能向液压能的转化。当然，整车制动过程中，还会有部分制动能量不能弯曲被回收，这部分能量会由于车轮行驶，而被路面阻力所消耗。

实际应用中，第一离合器11、主变速箱4、动力耦合器7、第二离合器14等部件可以集成在一起，以提高整个系统的集成化程度。

此处，具体通过下述方式实现泵马达15工况的切换以及动力耦合器7档位的切换。

控制器包括液压再生控制单元13和换挡控制单元6；液压再生控制单元13与发动机3具体通过CAN总线电连接，液压再生控制单元13还与换挡控制单元6和泵马达15连接；其中，液压再生控制单元13用于根据CAN总线检测系统状态。后文详细介绍整车的系统状态优选所能包括的信息。当整车处于行驶制动工况时，液压再生控制单元13通过控制换挡控制单元6使得动力耦合器7处于第二档，且液压再生控制单元13同时控制泵马达15处于泵工况。当整车处于行驶状态或整机功率不足状态时，液压再生控制单元13过控制换挡控制单元6使得控制动力耦合器7处于第一档，且液压再生控制单元13同时控制泵马达15处于马达工况。液压再生控制单元13可以通过液控的方式实现对各个部件的控制。

控制器还可包括制动控制单元12，行驶再生控制系统还包括制动器2。制动控制单元12的输出口与液压再生控制单元13的输入口连接，制动器2的输出口与制动控制单元12的输入口连接。制动器2的数量与车轮的总数量一致，各制动器2分别设置在前轮1和后轮10附近，用于制动相应的车轮。所有的制动器2同时与制动控制单元12连接，制动控制单元12的控制形式可以选择多种模式。

行驶再生控制系统还可包括气源或车载电源5，气源或车载电源5与换挡控制单元6连接。气源用于与换挡控制单元6共同配合，以实现动力耦合器7档位的切换。车载电源同样也用于与换挡控制单元6共同配合，以实现动力耦合器7档位的切换。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，可变速比的静液驱动系统主要涉及下车行驶系统、下车再生控制系统两部分：

下车行驶系统包括发动机3、第一离合器11，主变速箱4、主减速器9、前驱动轮、后驱动轮和高低档动力耦合器7。发动机3的动力输出轴与第一离合器11的输入端连接，第一离合器11的输出端与主变速箱4的输入轴相连，主变速箱4的输出轴与动力耦合器7的第一传动轴相连，动力耦合器7的动力输出轴与主减速器9的输入端相连，主减速器9驱动后轮10（或称后驱动轮），同时联动前轮1（或称前驱动轮），实现整车行驶。

行驶再生控制系统包括二位方向阀16、泵马达15、第二离合器14、动力耦合器7、主减速器9、前轮1、后轮10和蓄能器8。泵马达15的出油口与二位方向阀16的一个油口（输入端）连接，二位方向阀16的另一个油口（输出端）与蓄能器8的入口相连。泵马达15的动力输出轴与第二离合器14的输入端相连，第二离合器14的输出端与动力耦合器7的第二传动轴相连，动力耦合器7的动力输出轴与主减速器9的输入端相连。主减速器9驱动后驱动轮，同时联动前驱动轮，实现整车行驶。

下车行驶再生控制系统还包括制动器2、制动控制单元12、换挡控制单元6、气源或车载电源5和液压再生控制单元13。发动机3通过CAN总线与液压再生控制单元13相连，制动控制单元12的入口与制动器2的输出口相连，制动控制单元12的输出口与液压再生控制单元13的输入口相连，液压再生控制单元13的输出口与二位方向阀16、第二离合器14、第一离合器11、泵马达15以及换挡控制单元6的控制端连接。

能量回收时：液压再生控制单元13通过CAN总线监测系统状态，包括发动机3、制动控制单元12、换挡控制单元6的状态以及蓄能器8的压力信息综合决策。当整车处于行驶制动工况时，液压再生控制单元13通过换挡控制单元6控制动力耦合器7处于高速档，泵马达15处于泵工况，且工作在高效区，行驶整车的制动能量通过二位方向阀16储存在蓄能器8中，完成机械能向液压压力能的转化；

能量利用时，液压再生控制单元13通过CAN总线监测系统状态，包括发动机3、换挡控制单元6状态、蓄能器8的压力信息综合决策。当整车处于行驶起动或整机功率不足工况时，液压再生控制单元13通过换挡控制单元6控制动力耦合器7处于低速档，泵马达15处于马达工况，储存在蓄能器8的压力能通过二位方向阀16释放，完成液压压力能向机械能的转化，实现行驶助力。

上述技术方案，适用于具有起停频繁工况的通用行走工程车辆，解决混合动力技术的技术推广应用过程中成本及用户收益这两个制约因素，具有以下技术效果：

1、上述技术方案最大程度地高效回收整车制动能量，同时实现了整车助力的可选择性，提高了再生能量的利用效率；

2、上述技术方案中采用总线控制技术，整车安全可靠，易实现；

3、上述技术方案考虑到新系统改装成本，尽可能利用现有整车资源，通过较小的改动，实现成本降低及再生功效的极大化。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种可变速比的静液驱动系统，其特征在于，包括下车行驶系统和行驶再生控制系统；其中：

2.根据权利要求1所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述行驶再生控制系统还包括控制器，其中：

3.根据权利要求2所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述行驶再生控制系统还包括二位方向阀；

所述泵马达通过所述二位方向阀与所述蓄能器连接；

4.根据权利要求3所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述第一传动机构包括第一离合器和主变速箱，所述发动机的动力输出轴通过所述第一离合器与所述主变速箱连接，所述主变速箱与所述动力耦合器的第一传动轴连接；

5.根据权利要求4所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述第二传动机构包括主减速器，所述动力耦合器的动力输出轴与所述主减速器的输入轴连接，所述主减速器的输出轴与所述车轮连接；

6.根据权利要求5所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述第三传动机构包括第二离合器，所述第二离合器的一端与所述动力耦合器的第二传动轴连接，另一端与所述泵马达连接。

7.根据权利要求6所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述控制器包括液压再生控制单元和换挡控制单元；

其中，所述液压再生控制单元用于检测系统状态；

8.根据权利要求7所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述控制器还包括制动控制单元，所述行驶再生控制系统还包括制动器；

9.根据权利要求3所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述行驶再生控制系统还包括安全阀；

10.根据权利要求7所述的可变速比的静液驱动系统，其特征在于，所述行驶再生控制系统还包括气源或车载电源，所述气源或车载电源与所述换挡控制单元连接。