CN103738154B - 油电液复合四驱混合动力系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本专利涉及一种油电液复合四驱混合动力系统及控制方法，具有三个动力源：发动机、蓄电池、液压蓄能器。发动机依次与离合器、行星齿轮系、电机、变速器、齿轮系机械相连，逆变器分别与电机、蓄电池电连接，扭矩耦合器与电磁离合器、液压马达泵的输出轴机械连接，溢流阀的进油端口与液压蓄能器的油路端口连通，液压马达泵控制组件的进油端口与减压阀的出油端口连通，液压马达泵的出油端口、液压马达泵控制组件的出油端口、溢流阀的出油端口与油箱连通，两位两通电液换向阀的出油口与液压马达泵的进油端口连通。优点是：本专利可以满足高功率密度和高能量密度的需要，可以兼顾车辆在不同工况下的燃油经济性，提高车辆的动力性能。

Description

油电液复合四驱混合动力系统及控制方法

技术领域

本专利属于工程车辆的混合动力驱动技术领域，特别是涉及一种油电液复合四驱混合动力系统及控制方法。

背景技术

目前，空气污染已经成为人类健康最重要的风险因素之一，随着车辆保有量逐年的递增，能源和环境保护问题已经刻不容缓。然而，传统的内燃机技术已经十分成熟，除非出现新能源的替代否则很难改变现今的情况。因此，在新能源出现之前，混合动力技术作为减少燃料消耗、降低有害气体排放的一项新生技术越来越受到重视。

混合动力车辆的驱动方式一般分为三种：串联、并联和混联的方式，无论哪种方式都有各自的优缺点，综合考虑以并联的方式使用的较多。对于储能装置的选取大多采用蓄电池和液压蓄能器，其他的储能装置由于某些技术上的不成熟而未被推广。但单独采用蓄能器储能虽然快充快发能力强，但较小的能量密度不适合长时间的充能或放能，所以只适用于频繁启动、制动工况的车辆。而单独采用蓄电池，虽然解决了长时间的充能和放能的问题，但瞬间充放大电流困难，无法满足车辆启动的需要。

发明内容

本专利为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种油电液复合四驱混合动力系统及控制方法，该混合动力系统能够满足高功率密度和高能量密度的需要。

一种油电液复合四驱混合动力系统，包括发动机，发动机通过离合器与行星齿轮系的行星轮架连接，行星齿轮系的外齿圈作为输出端与变速器连接，变速器与齿轮系的一个输入端连接，行星齿轮系的太阳轮作为输入端还与电机相连，电机通过逆变器与蓄电池电连接，

所述齿轮系的一个输出端与扭矩耦合器连接；

扭矩耦合器具有两个输入端，一个输入端与齿轮系的输出端连接，一个输入端与电磁离合器连接，扭矩耦合器的输出端与驱动桥连接；

所述电磁离合器与液压马达泵的动力输出端口相连；

所述液压马达泵的进油端口与液压蓄能器组件的油路端口连通，液压马达泵的出油端口通过与液压油箱连通，液压马达泵的排量由液压马达泵控制组件控制；

液压蓄能器组件包括液压蓄能器和两位两通电液换向阀，两位两通电液换向阀的入口与液压蓄能器组件连通，两位两通电液换向阀的出口与液压马达泵连通，液压蓄能器组件还通过溢流阀与液压油箱连通；

液压马达泵控制组件的通过减压阀与减压阀的进油口与高压液压蓄能器的油口连通，

混合动力系统还包括有中央控制器，所述中央控制器具有第一控制输出端、第二控制输出端、第三控制输出端、第四控制输出端、第五控制输出端、第一信号输入端、第二信号输入端第一控制输出端与两位两通电液换向阀的控制输入端连接，

蓄电池的电压信号输出端与第一信号输入端连接，高压液压蓄能器组件的压力信号输出端与第二信号输入端连接，液压马达泵控制组件的信号输入端与第三控制输出端连接，两位两通电液换向阀的控制输入端与第一控制输出端连接，发动机的控制输入端与第二控制输出端连接，逆变器的控制信号输入端与第四控制输出端连接，电磁离合器的信号输入端与第五控制输出端连接。

本发明创造还可以采用以下技术方案：

优选的，所述齿轮系的还具有另一个输出端，该输出端通过粘性联轴器与后驱动桥连接。

一种上述的油电液复合四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于：

（1）当处于车辆起动或低速运行工况下，中央控制器根据油门踏板的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，根据液压蓄能器组件的压力信号，送控制信号给液压马达泵控制组件，由液压马达泵控制组件来调节液压马达泵的斜盘倾角，使液压马达泵工作于马达工况，同时中央控制器控制两位两通电液换向阀开启，高压液压蓄能器为液压马达泵提供高压油源，太阳轮固定，电机不工作、逆变器关闭，离合器脱开，发动机停机；

当液压蓄能器内的能量不足以完全使车辆的运行速度达到发动机的经济速度时，即液压蓄能器的压力达到最低工作压力且车辆的运行速度还没有达到发动机的经济速度时，蓄电池放电，逆变器工作，带动电机以电动模式运行，行星轮架固定，电动机输出的动力依次通过行星齿轮系、变速器、齿轮系和扭矩耦合器带动车辆运转，这段时间内，中央控制器发送控制信号给液压马达泵控制组件，使液压马达泵的排量为零，电磁离合器脱开，同时控制两位两通电液换向阀关闭；

（2）当处于制动工况，中央控制器根据制动踏板的位移信号识别出车辆所需的制动扭矩，控制电磁离合器接合，发送控制信号给液压马达泵控制组件，使液压马达泵工作于泵工况，同时中央控制器控制两位两通电液换向阀开启，向高压蓄能器回馈能量，太阳轮固定，电机不工作，逆变器关闭，离合器脱开，发动机不工作；若液压马达泵提供的最大制动转矩不能满足整车的目标制动转矩，中央控制器发送控制信号给机械制动控制器，摩擦制动系统提供剩余的制动扭矩；

（3）当处于经济速度匀速运行工况，发动机启动，发动机通过行星齿轮系为蓄电池充电，并带动车辆运动，中央控制器控制电磁离合器脱开，液压马达泵不工作；若蓄电池的电压达到最高工作电压，整车采用电动驱动模式，此时行星轮架固定，离合器脱开，发动机不工作，电机处于电动模式，单独提供驱动功率，中央控制器控制电磁离合器脱开，液压马达泵不工作；若蓄电池的电压达到最低工作电压，离合器接合，发动机工作并带动车辆运动，电机处于发电模式，通过逆变器向蓄电池充电，中央控制器控制电磁离合器脱开，液压马达泵不工作。

本发明创造还可以采用以下技术方案：

优选的，所述齿轮系的还具有另一个输出端，该输出端通过粘性联轴器与后驱动桥连接；

当处于四驱工况，当车轮失速打滑的时候，通过粘性联轴器自动的传递转矩驱动前桥，车辆由两轮驱动变为四轮驱动。

本专利具有的优点和积极效果是：

由于本专利采用上述技术方案，在整车正常运行时，蓄电池提供辅助动力功率，保证电池能够高效、平稳地工作，液压蓄能器用于满足车辆的起动、制动时对大功率密度的需求。因此，解决了混合动力车辆对储能装置高功率密度、高能量密度的需求问题，解决了蓄电池大电流瞬间充放电困难、比功率低的缺点，而且弥补了液压蓄能器能量密度小的缺点。同时，该系统兼顾车辆低速、高速区域，使发动机始终处于高效区，能够明显提高车辆的动力性能，降低油耗和尾气的排放，延长了发动机和制动系统的使用寿命。

附图说明

图1是本专利的结构示意图。

图中：1、发动机；2、离合器；3、粘性联轴器；4、液压蓄能器；5、液压蓄能器组件；6、两位两通电液换向阀；7、溢流阀；8、减压阀；9、液压马达泵控制组件；10、液压马达泵；11、液压油箱；12、电磁离合器；13、扭矩耦合器；14、驱动桥；15、行星齿轮系；16、蓄电池；17、逆变器；18、电机；19、齿轮系；20、中央控制器；21、变速器。

具体实施方式

为能进一步了解本专利的发明创造内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1所示，一种油电液复合四驱混合动力系统，包括发动机1，发动机1通过离合器2与行星齿轮系15的行星轮架连接，行星齿轮系15的外齿圈作为输出端与变速器21连接，变速器21与齿轮系19的一个输入端连接，行星齿轮系15的太阳轮作为输入端还与电机18相连，电机18通过逆变器17与蓄电池16电连接，

齿轮系19的一个输出端与扭矩耦合器1313连接；

扭矩耦合器13具有两个输入端，一个输入端与齿轮系19的输出端连接，一个输入端与电磁离合器12连接，扭矩耦合器13的输出端与驱动桥14连接；

电磁离合器12与液压马达泵10的动力输出端口相连；

液压马达泵10的进油端口与液压蓄能器组件5的油路端口连通，液压马达泵10的出油端口通过与液压油箱11连通，液压马达泵10的排量由液压马达泵控制组件9控制；

液压蓄能器组件5包括液压蓄能器4和两位两通电液换向阀6，两位两通电液换向阀6的入口与液压蓄能器组件5连通，两位两通电液换向阀6的出口与液压马达泵10连通，液压蓄能器组件5还通过溢流阀7与液压油箱11连通；

液压马达泵控制组件9的通过减压阀8与减压阀8的进油口与液压蓄能器的油口连通，液压马达泵控制组件9由电液伺服阀和变量油缸组成，电液伺服阀的P口与减压阀8的出油端口连通，电液伺服阀的O口与油箱11的油口连通，电液伺服阀的AB端口分别与变量油缸的进出油口连通，变量油缸的活塞杆与液压马达泵10的斜盘机械连接。

还包括有中央控制器20，中央控制器20为单片机。

中央控制器20具有第一控制输出端、第二控制输出端、第三控制输出端、第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端，第一控制输出端与两位两通电液换向阀6的控制输入端连接，蓄电池16的电压信号输出端与第一信号输入端连接，高压液压蓄能器组件5的压力信号输出端与第二信号输入端连接，液压马达泵控制组件9的信号输入端与第三控制输出端连接，两位两通电液换向阀6的控制输入端与第一控制输出端连接，发动机1的控制输入端与第二控制输出端连接，逆变器17的控制信号输入端与第四控制输出端连接，电磁离合器12的信号输入端与第五控制输出端连接。

齿轮系19的还具有另一个输出端，该输出端通过粘性联轴器3与后驱动桥14连接。

本专利的动作原理为：

（1）当处于车辆起动或低速运行工况下，中央控制器20根据油门踏板的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，根据液压蓄能器组件5的压力信号，送控制信号给液压马达泵控制组件9，由液压马达泵控制组件9来调节液压马达泵10的斜盘倾角，使液压马达泵10工作于马达工况，同时中央控制器20控制两位两通电液换向阀6开启，高压液压蓄能器4为液压马达泵10提供高压油源，行星齿轮系中的太阳轮固定，电机18不工作，逆变器17关闭，离合器2脱开，发动机1停机；

当液压蓄能器4内的能量不足以完全使车辆的运行速度达到发动机1的经济速度时，即液压蓄能器4的压力达到最低工作压力且车辆的运行速度还没有达到发动机1的经济速度时，蓄电池16放电，逆变器17工作，带动电机17以电动模式运行，行星轮架固定，电动机输出的动力依次通过行星齿轮系15、变速器21、齿轮系19和扭矩耦合器13带动车辆运转，这段时间内，中央控制器20发送控制信号给液压马达泵控制组件9，使液压马达泵10的排量为零，电磁离合器12脱开，同时控制两位两通电液换向阀6关闭；

（2）当处于制动工况，中央控制器20根据制动踏板的位移信号识别出车辆所需的制动扭矩，控制电磁离合器12接合，发送控制信号给液压马达泵控制组件9，使液压马达泵10工作于泵工况，同时中央控制器20控制两位两通电液换向阀6开启，向高压蓄能器回馈能量，太阳轮固定，电机18不工作，逆变器17关闭；若液压马达泵10提供的最大制动转矩不能满足整车的目标制动转矩，中央控制器20发送控制信号给机械制动控制器，摩擦制动系统提供剩余的制动扭矩；

（3）当处于经济速度匀速运行工况，发动机启动，发动机通过行星齿轮系15为蓄电池16充电，并带动车辆运动，中央控制器20控制电磁离合器12脱开，液压马达泵10不工作；若蓄电池16的电压达到最高工作电压，整车采用电动驱动模式，此时行星轮架固定，离合器2脱开，此时发动机1不工作，电机18单独提供驱动功率；若蓄电池16的电压达到最低工作电压，离合器2接合，发动机1工作并带动车辆运动，电机18处于发电模式，通过逆变器17向蓄电池16充电，中央控制器20控制电磁离合器12脱开，液压马达泵9不工作。

（4）当处于四驱工况，当车轮失速打滑的时候，通过粘性联轴器3自动的传递转矩驱动前桥，车辆由两轮驱动变为四轮驱动。

尽管上面结合附图对本专利的优选实施例进行了描述，但是本专利并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本专利的启示下，在不脱离本专利宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本专利的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种油电液复合四驱混合动力系统，包括发动机，发动机通过离合器与行星齿轮系的行星轮架连接，行星齿轮系的外齿圈作为输出端与变速器连接，变速器与齿轮系的一个输入端连接，行星齿轮系的太阳轮作为输入端还与电机相连，电机通过逆变器与蓄电池电连接，

其特征在于：

还包括有中央控制器，所述齿轮系的一个输出端与扭矩耦合器连接；

扭矩耦合器具有两个输入端，一个输入端与齿轮系的输出端连接，一个输入端与电磁离合器连接，扭矩耦合器的输出端与驱动桥连接；

所述电磁离合器与液压马达泵的动力输出端口相连；

所述液压马达泵的进油端口与液压蓄能器组件的油路端口连通，液压马达泵的出油端口与液压油箱连通，液压马达泵的排量由液压马达泵控制组件控制；

液压蓄能器组件包括液压蓄能器和两位两通电液换向阀，两位两通电液换向阀的入口与液压蓄能器组件连通，两位两通电液换向阀的出口与液压马达泵连通，液压蓄能器组件还通过溢流阀与液压油箱连通；

液压马达泵控制组件的通过减压阀与液压蓄能器的油口连通，所述中央控制器具有第一控制输出端、第二控制输出端、第三控制输出端、第四控制输出端、第五控制输出端、第一信号输入端、第二信号输入端第一控制输出端与两位两通电液换向阀的控制输入端连接，蓄电池的电压信号输出端与第一信号输入端连接，液压蓄能器组件的压力信号输出端与第二信号输入端连接，两位两通电液换向阀的控制输入端与第一控制输出端连接，发动机的控制输入端与第二控制输出端连接，液压马达泵控制组件的信号输入端与第三控制输出端连接，逆变器的控制信号输入端与第四控制输出端连接，电磁离合器的信号输入端与第五控制输出端连接。

2.根据权利要求1所述的油电液复合四驱混合动力系统，其特征在于：所述齿轮系还具有另一个输出端，该输出端通过粘性联轴器与后驱动桥连接。

3.一种权利要求1所述的油电液复合四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于：

(1)当处于车辆起动或低速运行工况下，中央控制器根据油门踏板的位移信号识别出车辆所需的驱动扭矩，根据液压蓄能器组件的压力信号，送控制信号给液压马达泵控制组件，由液压马达泵控制组件来调节液压马达泵的斜盘倾角，使液压马达泵工作于马达工况，同时中央控制器控制两位两通电液换向阀开启，液压蓄能器为液压马达泵提供高压油源，太阳轮固定，电机不工作、逆变器关闭，离合器脱开，发动机停机；

当液压蓄能器内的能量不足以完全使车辆的运行速度达到发动机的经济速度时，即液压蓄能器的压力达到最低工作压力且车辆的运行速度还没有达到发动机的经济速度时，蓄电池放电，逆变器工作，带动电机以电动模式运行，行星轮架固定，电动机输出的动力依次通过行星齿轮系、变速器、齿轮系和扭矩耦合器带动车辆运转，这段时间内，中央控制器发送控制信号给液压马达泵控制组件，使液压马达泵的排量为零，电磁离合器脱开，同时控制两位两通电液换向阀关闭；

(2)当处于制动工况，中央控制器根据制动踏板的位移信号识别出车辆所需的制动扭矩，控制电磁离合器接合，发送控制信号给液压马达泵控制组件，使液压马达泵工作于泵工况，同时中央控制器控制两位两通电液换向阀开启，向高压蓄能器回馈能量，太阳轮固定，电机不工作，逆变器关闭，离合器脱开，发动机不工作；若液压马达泵提供的最大制动转矩不能满足整车的目标制动转矩，中央控制器发送控制信号给机械制动控制器，摩擦制动系统提供剩余的制动扭矩；

(3)当处于经济速度匀速运行工况，发动机启动，发动机通过行星齿轮系为蓄电池充电，并带动车辆运动，中央控制器控制电磁离合器脱开，液压马达泵不工作；若蓄电池的电压达到最高工作电压，整车采用电动驱动模式，此时行星轮架固定，离合器脱开，发动机不工作，电机处于电动模式，单独提供驱动功率，中央控制器控制电磁离合器脱开，液压马达泵不工作；若蓄电池的电压达到最低工作电压，离合器接合，发动机工作并带动车辆运动，电机处于发电模式，通过逆变器向蓄电池充电，中央控制器控制电磁离合器脱开，液压马达泵不工作。

4.根据权利要求3所述的油电液复合四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于：所述齿轮系还具有另一个输出端，该输出端通过粘性联轴器与后驱动桥连接；当处于四驱工况，当车轮失速打滑的时候，通过粘性联轴器自动的传递转矩驱动前桥，车辆由两轮驱动变为四轮驱动。