CN104768784A - 车辆驱动传动系控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提供有包括机械推进系统(12)和液压推进系统(13)的混合推进系统(1)的重型道路车辆。机械推进系统(12)连接到由内燃发动机(4)经由机械驱动传动系和齿轮箱(5)提供动力的至少一个牵引轮(2a)。液压推进系统(13)连接到包括由液压泵单元(7)提供动力的液压马达(8、8a)的至少一个其它牵引轮(6a)。混合推进单元还包括控制单元(10)，用于至少控制混合推进单元(13)，可选地也控制机械推进系统(12)。液压推进系统(13)还包括连接到液压马达(8、8a)以便即使液压泵单元(7)关掉也保持液压马达中的压力的蓄压器(9)。因此，液压马达(8、8a)可被加压而无需泵单元产生液压液流，以便当不需要通过液压马达(8、8a)提供液压牵引力或流量时，可节省能量，例如当需要压力以确保液压马达(8、8a)的惯性滑行功能和/或润滑时采用惯性滑行时。

Description

车辆驱动传动系控制方法
技术领域
本发明涉及一种提供有组合的机械和液压推进的车辆的混合推进系统。本发明具体针对这种车辆的液压推进系统。
背景技术
对于重型道路车辆，已知的是，有时要求提供在几个轮对上的驱动力，以便车辆例如提供有在后面一对车轮上以及在前面一对车轮上的驱动力。在很多情况下，要求能够控制车辆的牵引，以便一对或多对轮可根据牵引力要求连接或断开动力源。推进单元可对所有驱动轮一样或是不同动力源的组合，例如提供有连接到内燃发动机的机械驱动传动系和连接到液压马达的液压动力源的车辆。通常，机械驱动用作道路行驶的主推进系统，而液压驱动用作在低速下的恶劣条件或在例如使用蠕变驱动进行装载或卸载操作时的工作模式中的车辆的辅助驱动。例如在WO 2011/100 206、US 5,361,208、US 3,780,820、EP 505727、或US 2011/197 574中公开了这样的车辆的不同实例。
现今车辆因此使用组合的机械和液压驱动提供有在后轮和前轮上的牵引力，并且被设计和具有启用、禁用和控制不同牵引系统以高效使用的控制系统。然而，仍需要改进系统以便提高驾驶性能并且当使用两种推进系统时以及当仅使用其中一个系统时提供高效液压驱动系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效液压推进系统，该液压推进系统可用作与机械推进系统一起以给车轮提供动力并以简单的方式根据牵引要求启动或停用的附加推进系统。通常，液压推进系统意在仅在低速期间启动，例如当有额外动力要求时，或当执行工作或频繁走走停停缓慢驾驶时用作单一牵引力来源。因此，要求当使用仅使用机械推进系统在相当高的速度下行驶在道路上的车辆时能够脱开或断开液压驱动。液压推进系统因此应可能以简单的方式断开和连接并且能够提供具有在惯性滑行期间低摩擦损失和低能耗的高效惯性滑行，即，当液压推进系统不用于给车辆提供牵引力时。因此，本发明涉及一种包括混合推进系统的重型道路车辆，该混合推进系统包括至少第一牵引轮，优选地一对牵引轮，该第一牵引轮形成包括机械驱动传动系的第一机械推进系统，该机械驱动传动系包括经由齿轮箱将牵引力提供给第一牵引轮或轮对的内燃发动机。混合推进系统还包括第二不同牵引轮，或优选地与第一轮对不同的第二对牵引轮，该第二牵引轮形成包括液压泵单元的第二液压推进系统的一部分，该液压泵单元给至少一个液压马达提供动力以便将牵引力提供给所述第二牵引轮或轮对。混合推进系统还包括用于控制所述第二液压推进单元的控制单元。控制单元还可连接到第一机械推进系统并能够控制第一机械推进系统。
根据本发明的想法是连接到蓄压器的重型车辆的液压推进系统。蓄压器使液压推进系统能够被加压而不需要持续使用液压泵、特征，该特征例如在液压驱动轮的惯性滑行期间可能是有用的。因此，蓄压器连接到液压马达或多个液压马达以便保持液压马达中的压力。可因此使用蓄压器而不是泵单元，以用于保持包括马达或多个马达的液压系统的封闭部分中的压力，而不是通过使用泵单元提供连续的液压液流。当需要通过马达提供连续流时，例如当使用液压系统来提供牵引动力时，泵单元的使用是必须的。当不使用液压驱动轮来牵引时，例如在惯性滑行期间，对加压系统的需求是确保有存在于系统中用于润滑目的的液压液，以能够快速开启液压驱动，并且压力也可用于将液压驱动轮保持在惯性滑行模式中。
泵单元可构造成能够提供高压力流以及低压力流。泵单元可被设计成包括用于输送高压力流的主泵以及用于输送低压力流的灌注泵(charge pump)。如果主泵是可变排量泵，则其可以提供高压力流以及低压力流。当需要或要求从液压驱动轮或轮对提供牵引力时，使用高压力流。灌注泵要么用于将液压液供应给主泵要么用于直接连接到液压推进系统，以及例如如果期望将冷却流提供给液压马达而没有任何所需的显著牵引，则用于通过液压马达提供低压力流。灌注泵可以是定量式或变量式。液压马达可有利地是定量式，即使变量式也是可能的。
蓄压器可连接到泵单元以通过泵单元加压。为了获得蓄压器中的高压力，蓄压器通过来自泵单元的主泵的流量被加压或加载。
为了控制液压推进系统，提供有可停止或控制液压液流向的多个阀。对本领域技术人员来说明显的是，形成液压系统的阀和液压管道可以用几乎环形方式的组合设计，以便液压推进系统可被控制成在第一蓄压器模式和第二泵压力模式之间切换，在该第一蓄压器模式中，液压马达可由蓄压器加压同时基本上没有通过马达的流量，在该第二泵压力模式中，有从泵单元通过液压马达的流量。为了正确工作，液压系统应被设计成使得可以优选地从用于将牵引流提供给液压马达的泵单元对蓄压器进行灌注。当泵单元关掉或空闲时，蓄压器应当也能够与液压马达液压连通，以便保持马达中的压力。当蓄压器用于对液压马达加压时，应当可以切断通过液压马达的流量以便保持马达内的压力。因此存在多种方式来将系统设计成能够满足在本发明范围内的这些所需准则。液压系统可通过具有导流阀实现，当液压驱动打开同时使蓄压器能够同时加载时，该导流阀使流量能够从泵单元通过液压马达或多个液压马达。如果蓄压器被加载超过特定压力，则到蓄压器的流量可切断并且液压驱动可持续。当期望液压驱动不再使用时，液压泵可关掉并且蓄压器和液压马达(多个液压马达)可设置成在液压系统的封闭部分内彼此液压连接，以便保持液压马达内的压力而没有通过系统的流量。
本发明还涉及一种控制推进系统的方法，该推进系统包括第一牵引轮和第二牵引轮，该第一牵引轮形成包括机械驱动传动系的第一推进系统的一部分，该机械驱动传动系包括经由齿轮箱将牵引力提供给所述第一牵引轮的内燃发动机，该第二牵引轮形成包括液压泵单元的第二推进系统的一部分，该液压泵单元用于给液压马达提供动力以便将牵引力提供给所述第二牵引轮。所述混合牵引系统还包括用于控制所述第二推进单元(13)的控制单元。控制单元被编程成当指示连接到液压推进系统的蓄压器具有超过限定压力限制的压力同时指示不要求有从泵单元到液压马达的液压液流时，关掉所述液压泵单元或将所述液压泵单元设置在空闲模式。液压推进系统由此被控制成使得蓄压器连接到液压马达以便保持液压马达中的压力。
控制系统尤其适合重型承载类的重型车辆。该系统尤其对于其本职上经常在恶劣条件下使用的卡车有用，例如可用在森林中的小的临时道路或小路上的木材装载卡车，其中小路可能是松软或泥泞的并且需要额外牵引力。车辆还可以是在其工作期间频繁启停的另一类型的重型道路车辆，例如至少偶尔用于城市交通的公共汽车。因此，机械/液压混合驱动系统适合用作在以蠕变速度行驶时，例如在频繁“停停走走”的情况下以及在以较高速度行驶较长距离时需要提供舒适和高效推进的货物或乘客运输工具的车辆。为了提供在具有不好牵引条件的情况下所需的牵引，应也可以同时使用两种系统。
上述类型的重型车辆因此应优选地适于以相对较高的速度，例如高达90km/h在正常道路上平稳行驶，同时也确保在未铺砌临时道路上低速牵引。为了在如上所述的不同条件下以所需方式作用，补充驱动，即液压推进的前轮，应能够在高速驱动时断开并且在正常相对较低的速度下要求时能够提供额外牵引力。通常，没有必要在30km/h以上使用补充液压推进单元，即使可能有利的是，使用它们有时可达到50km/h。当仅使用液压驱动时，车辆还可提供有在低速的蠕变驱动功能。
为了对上述条件有高效作用，因此要求提供一种以高效方式断开并且同时降低能耗的液压推进系统。这可通过使用蓄压器以便保持液压系统中所需的压力而无需持续工作的泵来实现。为了能够关掉泵较长时间，优选地切断主流量，以便保持系统中的静压。在一些情况下，可能要求具有来自系统的小泄漏流以便使系统正确工作。
附图说明
图1描述了提供有在前轮上的辅助液压牵引的重型承载车辆的示意图。
图2描述了根据本发明实施例的液压推进系统。
图3描述了液压马达的轴向剖视图的示意图。
具体实施方式
在图1中示出了重型道路车辆的推进系统1的示意图。推进系统1包括第一机械推进系统12和第二液压推进系统13。第一机械推进系统12包括位于后部上的一对牵引轮2a、2b、由内燃发动机(ICE)4提供动力的驱动轴3。后驱动轴3经由齿轮箱5连接到ICE 4。齿轮箱5可以是步进式齿轮箱并且机械驱动传动系可包括双向离合变速器(DCT)以便减少齿轮改变的时间。第二液压推进系统13还包括由连接到液压泵单元7并由液压泵单元7提供动力的一对液压马达8a、8b驱动的第二对牵引轮6a、6b，即前轮。合适液压马达的实例在图3中描述。液压推进系统13还包括连接到液压马达8a、8b的蓄压器9。为了能够根据需要控制液压流，当然有存在于液压系统13中的不同阀门，例如导流阀和截止阀。在图2中描述了适合牵引系统1的液压推进系统13。
牵引系统1还包括控制单元10，该控制单元10连接到ICE 4、齿轮箱5和液压泵单元7。即使控制单元10不必连接到ICE 4和齿轮箱5，也认为是有利于提供对液压推进系统13的所需控制。控制单元当然也可连接到推进系统12、13的其它部件，例如，其可连接到液压马达8a、8b以便将输出信号发送给在马达8a、8b和蓄压器9中的控制阀。
控制单元可连接到各种传感器，例如用于指示前驱动轮6a、6b和后驱动轮2a、2b的速度的速度传感器。当在恶劣条件下使用两种推进系统12、13以避免滑行或打转时，速度传感器可对牵引控制有用。速度传感器可更换为或与用于控制推进单元的另外传感器一起使用。控制单元10可进一步连接到牵引调节器11，驾驶员使用该牵引调节器11来在不同驱动模式之间选择，例如混合驱动(机械和液压推进系统两者都使用)，正常驱动(仅机械推进使用)和蠕变驱动(仅液压推进使用)。还可以具有选择要使用的合适推进单元的自动或半自动模式选择，例如仅在超过特定速度限制的速度下的机械推进，以及如果检测到滑行或轮子打转就自动启动液压推进。
当然可以包括将要由机械或液压推进系统驱动的轮子以及非驱动轮。类似地，当然可以改变推进，以便后轮2a、2b由液压推进系统13驱动而前轮6a、6b由机械推进系统12驱动。
图2a和2b中是包括经由双向导流阀17连接到液压马达8和蓄压器9的泵单元7的更详细液压推进系统13。泵单元7包括主泵15和灌注泵16。泵15、16由动力输出装置(PTO)14提供动力。灌注泵16将提供来自储液罐19的低压力液压液流，以用于直接供给液压马达8或用于将液压液的供应流提供给主泵15。当不要求使用马达8用于推进时可使用到液压马达8的低压力流，但当其在惯性滑行期间时脱开时要求提供通过液压马达8的流量以便冷却马达8。当低压力流针对供给主泵15时，其旨在用于从主泵15产生高压力流，用来在要求提供液压牵引轮时给液压马达8提供动力。来自主泵15的高压力流优选地也用于对蓄压器9进行灌注，即使也可以用来自灌注泵16的低压力流对蓄压器9进行灌注。蓄压器9可经由双向导流阀17连接到液压马达8以便在不需要流量时保持马达8中的压力。有从液压马达8到储液罐20的液压液回流。双向导流阀17用于控制从泵单元7到液压马达8和蓄压器9的流量。还有在双向阀17和蓄压器之间的第一可变流量限制阀18a以及在液压马达8和储液罐19之间的第二可变流量限制阀18b。
图2a中是设置在第一泵流位置上的双向阀17，其中，来自泵单元的流量被引导到蓄压器9和液压马达8。在这个位置上，可因此使蓄压器9被加载或加压，同时也可有通过液压马达8的流量。当蓄压器9中的压力已经达到所需水平时，蓄压器9和双向阀17之间的第一可变流量限制阀18a可关闭并且蓄压器9中的压力保持在所需压力。当双向阀17处于这个位置上时，泵单元7可持续使用主泵15提供高压力流或使用灌注泵16将低压力流提供给液压马达8。当泵单元7用于产生通过液压马达8的流量时，液压马达8和储液罐19之间的第二截止阀打开。
图2b中双向阀17设置在第二蓄压位置上，其中，蓄压器9连接到液压马达8以保持液压马达8中的压力。当双向阀17设置在这个位置上时，蓄压器9和双向阀17之间的第一流量限制阀18a保持打开，而液压马达8和储液罐20之间的第二可变流量限制阀18b保持关闭或可能稍微打开以允许小“泄漏”流。当双向阀17设置在这个第二蓄压位置上时，从泵单元7到液压马达的流量被切断。因此，当双向阀设置在这个位置时，泵单元7不应提供任何流量，并且泵单元7可关掉或设置成空闲，例如通过将可变排量泵设置成提供零流量，以便可节省能量。如果液压马达8中的压力降到预定义值之下，则双向阀17可从第二蓄压位置切换到第一泵流位置，同时保持双向阀17和蓄压器9之间的第一流量限制阀18a打开以及液压马达8和储液罐20之间的第二流量限制阀18b关闭，而泵单元7启动以给蓄压器9和液压马达8加压。当蓄压器9中的压力以及因此液压马达8中的压力也达到所需水平时，双向阀17可切换到第二蓄压位置并且泵单元7可再次关闭或设置成空闲。
图3中示出了适合图1和2所公开的系统的液压马达8、8a、8b的轴向剖视图的示意图。液压马达8、8a、8b包括具有提供有圆形边缘21、以及边缘21之间的圆形向内突起部分22的大致六边形形状的外凸轮环定子20。凸轮环定子20随连接到液压马达8的轮子旋转。凸轮环定子20还分成由凸起部分22的尖端和边缘22限定的方向场23、24。在顺时针方向上从边缘21延伸到凸起部分22的尖端的方向场23对应于顺时针旋转场23，并且这样的场23因此将在下文中被称为正向旋转场。在逆时针方向上从边缘21延伸到凸起部分22的尖端的方向场24对应于逆时针旋转场24，并且这样的场因此将在下文中被称为反向旋转场24。液压马达还包括也随轮子旋转并提供有正向通道26和反向通道27的中心分配板25。通道26、27各自具有适于配合液压活塞28并且与液压活塞28液压连接的六个开口，在该实例中，八个活塞，该八个活塞绕马达8的旋转中心对称地位于固定气缸体29上。正反向通道26、27被设计成使得正向通道26位于与凸轮环定子20的正向旋转场23相同的环扇形中，而反向通道27位于与反向旋转场24相同的环扇形中，用于将液压液输送到活塞28。当正向通道26或反向通道27被加压时，凸轮环定子20和附连到其上的轮子将会相应地移动以提供车辆的正向运动或反向运动。在图中，示出了两个活塞28d、h(右下和左上活塞)与正向通道26的开口配合和液压连接并且准备好从液压系统接收加压过的液压液。如果正向通道26中液压液被加压，则左上活塞28g和右下活塞28d将被向外推并且致使凸轮环定子20和附连到凸轮环定子20的轮子顺时针(正向)运动。当凸轮环定子20和分配板25旋转时，被加压的活塞28d、g(右下和左上活塞)之间的连接将断开并减压，以便活塞28d、h可容易返回到固定气缸体29中。当凸轮环定子20在正向方向上移动时，左活塞28f和右活塞28c将变成液压连接到正向通道26，并且这些活塞c、f将会被向外推并且提供凸轮环定子20的持续正向运动。这个过程将因此持续用于气缸28，直到正向通道26被减压。如果反而需要反向运动，则反向通道27反而被加压并实现凸轮环定子20和所附轮子的反向运动。为了脱开液压发动机，凸轮环定子20和气缸体29之间的空间，通常是液压马达中由马达壳体限定的空间，可被加压使得活塞将会被推进气缸体29，并且连接到液压马达8的轮子可或多或少自由旋转。这个空间可因此通过使用泵单元7或蓄压器9(参见图1和2)加压。因此，液压马达可以以高效的方式脱开，使得有来自脱开时液压马达的小额外摩擦损失。由于当超过30km/h行使在道路或公路上时液压马达通常不旨在用于承载卡车的推进，但重要的是，液压马达到车辆的安装在脱开时将不会对显著额外滚动阻力有贡献。
虽然以上例示了具有在凸轮环定子上的六个凸轮，但是凸轮的数量可不同，例如9或10。同样地，活塞的数量不必是8，而可例如是10或12。

Claims (7)

1.一种包括混合推进系统(1)的重型道路车辆，所述系统包括：
-第一牵引轮(2a)，所述第一牵引轮(2a)形成第一推进系统(12)的一部分，所述第一推进系统(12)包括机械驱动传动系，所述机械驱动传动系包括内燃发动机(4)，所述内燃发动机(4)经由齿轮箱(5)将牵引力提供给所述第一牵引轮(2a)，
-第二牵引轮(6a)，所述第二牵引轮(6a)形成第二推进系统(13)的一部分，所述第二推进系统(13)包括液压泵单元(7)，所述液压泵单元(7)用于给液压马达(8、8a)提供动力，以便将牵引力提供给所述第二牵引轮(6a)，
-控制单元(10)，所述控制单元(10)用于控制所述第二推进单元(13)，
其中：
-所述重型道路车辆包括连接到所述液压推进系统(13)的液压蓄压器(9)，所述蓄压器(9)连接到所述液压马达(8a、8)，以便保持所述液压马达中的压力。
2.根据权利要求1所述的重型道路车辆(1)，其特征在于，所述泵单元(7)包括输送高压力流的主泵(15)、以及输送低压力流的灌注泵(16)。
3.根据权利要求1或2所述的重型道路车辆(1)，其特征在于，所述泵单元包括主泵(15)，所述主泵(15)具有可变排量，用于输送高压力液体。
4.根据任何一项前述权利要求所述的重型道路车辆(1)，其特征在于，所述蓄压器(9)连接到所述泵单元(7)，并通过所述泵单元(7)加压。
5.根据任何一项前述权利要求所述的重型道路车辆(1)，其特征在于，所述液压系统(13)提供有阀门(17、18a、18b)，所述阀门(17、18a、18b)可被控制成使得所述液压可在第一蓄压器模式和第二泵压力模式之间切换，在所述第一蓄压器模式中，所述液压马达(8、8a)可通过所述蓄压器(9)加压同时基本上不存在通过所述马达(8、8a)的流量，在所述第二泵压力模式中，存在从所述泵单元(7)通过所述液压马达的流量。
6.根据权利要求2至5中的任一项所述的重型道路车辆(1)，其特征在于，所述泵单元(7)被设计成，如果需要低压力流通过所述液压马达(8、8a)以便冷却所述液压回路，则能够将低压力从所述灌注泵(16)输送到所述液压马达(8、8a)。
7.一种用于控制重型道路车辆的混合推进系统(1)的方法，所述方法包括：所述混合推进系统包括：
-第一牵引轮(2a)，所述第一牵引轮(2a)形成第一推进系统(12)的一部分，所述第一推进系统(12)包括机械驱动传动系，所述机械驱动传动系包括内燃发动机(4)，所述内燃发动机(4)经由齿轮箱(5)将牵引力提供给所述第一牵引轮(2a)，
-第二牵引轮(6a)，所述第二牵引轮(6a)形成第二推进系统(13)的一部分，所述第二推进系统(13)包括液压泵单元(7)，所述液压泵单元(7)用于给液压马达(8、8a)提供动力，以便将牵引力提供给所述第二牵引轮(6a)，
-控制单元(10)，所述控制单元(10)用于控制所述第二推进单元(13)，
其中：
-所述控制单元(10)被编程为：当指示连接到所述液压推进系统(13)的液压蓄压器(9)具有超过限定压力限制的压力并且指示没有对液压液从所述泵单元(7)到所述液压马达(8、8a)的流量的要求时，关闭所述液压泵单元(7)或将所述液压泵单元(7)设置于空闲模式中，从而所述蓄压器(9)连接到所述液压马达(8a、8)，以便保持所述液压马达(7)中的压力。
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