CN105960362B - 利用串联型混合的混合动力模式 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的串联型液压混合动力传动系，其包括：动力源；液压回路，该液压回路包括第一液压排送单元，其与第二液压排送单元流体连通，且该第一液压排送单元(8)与该动力源驱动地接合或者选择性地驱动接合；至少一个蓄能器阀(5a‑c、6a‑c)；液压蓄能器组件，其包括高压液压蓄能器和低压液压蓄能器，该蓄能器组件通过蓄能器阀选择性地流体地连接于该液压回路；至少一个输入装置；以及控制单元；其中，该控制单元构造成:基于来自该输入装置的输入指令计算从动力源请求的总动力；将所计算的总动力与至少一个阈值动力进行比较；以及基于比较结果来控制蓄能器阀的阀状态。本发明进一步涉及一种前文提出系统的方法。

Description

利用串联型混合的混合动力模式
技术领域
本发明主要涉及一种尤其是用于机动车辆的串联型液压混合传动系统。更确切地说，本发明涉及一种串联型液压混合传动系统，该串联型液压混合传动系统包括液压回路、与液压回路流体连通的蓄能器组件以及用于控制该系统的控制单元。本发明进一步涉及一种控制串联型液压混合传动系统的方法。此种液压混合传动系统可应用在农业、采矿或建筑中使用的非公路作业机器中，例如拖拉机、轮式装载机、轮式挖掘机、反铲装载机、伸缩臂叉车、翻斗车等等。
本申请要求在2014年2月4日提交的美国临时专利申请号为61/935,610的优先权，该申请的全文以参见的方式纳入本文。
背景技术
包括液压回路和一个或多个用于液压能量存储的液压蓄能器的液压混合传动系统是已知的技术。由蓄能器回复的液压能量可重新注入到系统中，以更换或补充初级能源、例如内燃机。
然而，液压混合传动系统的燃料消耗和性能在很大程度上取决于用于操作车辆的控制策略并且对于开发者仍然是个挑战。
发明内容
因此，本发明的目的是开发一种液压混合动力系统，该液压混合动力系统提供改进的车辆性能和/或改进的燃料效率。
上述目的通过一种用于车辆的串联型液压混合动力传动系统来解决，该串联型液压混合动力传动系统包括：
动力源；
液压回路，该液压回路包括第一液压排送单元，该第一液压排送单元与第二液压排送单元流体连通，且该第一液压排送单元与动力源驱动地接合或者选择性地驱动接合；
至少一个蓄能器阀；
蓄能器组件，该蓄能器组件包括高压液压蓄能器和低压液压蓄能器，该蓄能器组件通过蓄能器阀选择性地流体连接于液压回路；
至少一个输入装置；以及
控制单元；
其中，该控制单元构造成和/或编程为：
基于来自输入装置的输入指令计算从动力源请求的总动力；
将所计算的从动力源请求的总动力(或简称为总请求动力)的动力值与至少一个动力阈值进行比较；以及
基于比较的结果来控制蓄能器阀的阀状态。
由于控制单元构造成基于所请求动力是高于还是低于至少一个动力阈值来控制蓄能器阀的阀状态，因而可根据当前的操作状况和/或驾驶员请求，由通过蓄能器组件提供的液压动力来自动地补充或替换从动力源传递至液压回路的动力。附加地或替代地，蓄能器可根据当前的操作状况和/或驾驶员请求自动地补给。这样，传动系统能以能量有效的方式控制，同时满足当前的驾驶员请求。
由控制单元执行的总请求动力的计算可进一步基于当前的车辆状态和/或当前的动力源速度(以rpm计量)。车辆状态可例如包括车辆速度、车辆的运动方向以及档位选择中的至少一个。在本文献的范围内，“x1,…,xn中的至少一个”可包括x1,…,xn的任何子组，包括整个组。
阀状态可在打开状态和闭合状态之间改变，在打开状态中，蓄能器阀允许液压流体通过蓄能器阀在液压回路和蓄能器组件之间流动。在闭合状态中，蓄能器阀防止液压流体通过该蓄能器阀在液压回路和蓄能器组件之间流动。
动力源通常包括诸如内燃机或电力发动机之类的发动机。
第一液压排送单元可包括液压泵。例如，第一液压排送单元可包括诸如静液压径向活塞泵或静液压轴向活塞泵之类的静液压泵。第一液压排送单元可具有可变液压排量。例如，第一液压排送单元可具有可动的倾斜盘或弯轴设计。
第二液压排送单元可包括一个或多个液压马达。例如，第二液压排送单元可包括诸如静液压径向活塞马达或静液压轴向活塞马达之类的静液压马达。第二液压排送单元可具有可变液压排量。例如，第二液压排送单元可具有可动的倾斜盘或弯轴设计。第二液压排送单元通常与车辆输出驱动地接合或选择性地驱动接合。车辆输出可例如包括齿轮箱、驱动轴、车桥、最终驱动器和一个或多个车轮中的至少一个。
通常，第一液压排送单元和第二液压排送单元各自具有第一流体端口和第二流体端口。该液压回路可包括第一主流体管线，该第一主流体管线将第一液压排送单元的第一流体端口流体地连接于或选择性地流体连接于第二液压排送单元的第一流体端口，而该液压回路可包括第二主流体管线，该第二主流体管线将第一液压排送单元的第二流体端口流体地连接于或选择性地流体连接于第二液压排送单元的第二流体端口。该液压回路可以是闭环式静液压回路，该闭环式静液压回路包括第一和第二液压排送单元以及第一和第二主流体管线。液压回路通常相对于外部环境密封。例如，液压回路中的最低液压压力可以是至少10巴或至少20巴。该液压回路可进一步构造成用于至少300巴或至少400巴的最大液压压力。
控制单元可构造成或编程为反复地计算所请求动力以及反复地将所请求动力与阈值动力进行比较。这样，阀状态能以最大的速度和效率来调节至当前车辆操作状态和/或驾驶员请求。例如，该控制单元可构造成在至多500ms、至多200ms或至多100ms的采样时间间隔内执行计算和比较至少一次。此外，可设想的是，该控制单元构造成基于所计算的请求动力和阈值动力来调整取样时间间隔的时长。例如，当所计算的请求动力落在包括阈值动力的预定动力区间内时，该控制单元可构造成缩短取样时间间隔的时长。
输入装置可包括加速器踏板。输入指令则可包括加速指令或减速指令。输入装置可包括制动踏板。输入指令则可包括制动指令。例如，输入指令可与加速器踏板位置和/或与制动踏板位置相关。当释放加速器踏板时，具有静液压传动装置的车辆通常快速地减速。因此，通常无需压下制动踏板来使得车辆减速。
该传动系统可进一步包括工作液压组件。工作液压组件通常包括液压工作泵和液压器械，该液压工作泵与动力源驱动地接合或选择性地驱动接合，而该液压器械与该工作泵流体连通。液压器械可例如包括一个或多个液压缸和/或液压马达。可通过使用工作泵来将液压流体排入该器械/从该器械排出来经由该工作泵驱动该器械。该输入装置则可包括用于控制工作液压组件的装置，且输入指令则可包括工作液压控制指令。
动力阈值可包括增压(boost)阈值。控制单元则可构造成当所计算的总请求动力的数值高于增压阈值时、将阀状态改变为打开状态或者将阀状态保持在打开状态中。增压阈值可以是预定的动力值。例如，该增压阈值可以是动力源能够提供给液压回路和/或工作组件的最大动力或者该最大动力的预定(通常较高)百分比。也就是说，当总请求动力达到或超过增压阈值时，该控制单元适于打开蓄能器阀并且将蓄能器流体地连接于液压回路。通过打开蓄能器阀，存储在蓄能器中的液压能量则可用于将附加的动力提供给液压回路并且尤其是提供给第二液压排送单元。
附加地或替代地，动力阈值可包括补给阈值。控制单元则可构造成当总请求动力低于补给阈值或者落在补给阈值之下时、将阀状态改变为打开状态或者将阀状态保持在打开状态中。补给阈值可以是预定的动力值。例如，补给阈值可以是绝对动力值或者动力源的最大动力的(通常较低)百分比。该补给阈值通常低于增压阈值。
取决于输入指令并且可能地取决于车辆状态和/或蓄能器的充压状态，当总请求动力是或落在补给阈值之下时，该控制单元可打开蓄能器阀以启动再生制动。也就是说，该控制单元可致动蓄能器阀以将蓄能器流体地连接于第二液压排送单元，以使得第二液压排送单元使用从车辆输出吸收的动能，以将液压流体从低压蓄能器排放至高压蓄能器，由此来对蓄能器组件进行充压。
此外，取决于输入指令并且可能地取决于车辆状态和/或蓄能器的充压状态，当总请求动力是或落在补给阈值之下时，该控制单元可打开蓄能器阀，以通过动力源和第一液压排送单元来对蓄能器进行补给。也就是说，该控制单元可指令动力源来驱动第一液压排送单元，以使得第一液压排送单元将液压流体从低压蓄能器排放至高压蓄能器，以对蓄能器组件进行充压(加载)。
当以此方式通过第一液压排送单元对蓄能器进行补给时，该控制单元可将第二液压排送单元从第一液压排送单元并且从蓄能器流体地断开，以使得没有能量会由第二液压排送单元吸收，并且补给过程不会干扰车辆输出。附加地或替代地，该控制单元可将第二液压排送单元的液压排量设定为零排量，和/或该控制单元可例如通过致动离合器来将车辆输出从第二液压排送单元脱开。当然，同样可设想的是，在蓄能器如上所述通过第一液压排送单元补给的同时，该第二液压排送单元保持流体地连接于该第一液压排送单元和蓄能器。
该控制单元可通过将一个或多个隔离阀闭合来将第二液压排送单元从第一液压排送单元和/或从蓄能器流体地断开。隔离阀可例如一方面沿着第二液压排送单元和蓄能器之间的流体通路和/或另一方面沿着第一液压排送单元和蓄能器之间的流体通路设置。
控制单元则可构造成当总请求动力低于增压阈值并且高于补给阈值时、将阀状态改变为闭合状态或者将阀状态保持在闭合状态中。
当总请求动力高于增压阈值或者升高至高于增压阈值时，该控制单元可构造成和/或编程为执行以下步骤：
基于来自至少一个输入装置并且基于车辆状态来计算在第二液压排送单元的输出处提供的所请求扭矩；
基于蓄能器组件的充压状态来计算可通过蓄能器组件获得的最大蓄能器扭矩；以及
将所请求扭矩与最大蓄能器扭矩进行比较。
控制单元可根据关系式Tacc,最大＝a·Δp·α来计算最大蓄能器扭矩Tacc,最大,其中Δp＝pHP-pLP是蓄能器4a、4b中液压压力之间的压力差，α是马达9的液压排量(由最大排量所限制)，而“a”是取决于系统的常数，该常数通常包括马达9在最大马达排量下的效率。
控制单元则可进一步构造成当总请求动力高于增压阈值且最大蓄能器扭矩大于所请求的扭矩时、将阀状态改变为打开状态或者将阀状态保持在打开状态中。这确保在蓄能器中存储有足够的液压能量来满足该扭矩请求。在该情形中，该控制单元例如会指令动力源减小其速度以减少燃料消耗。
为了使得该程序更为有效，该控制单元可附加地构造成反复地计算所请求扭矩和最大蓄能器扭矩，并且反复地将所请求扭矩与最大蓄能器扭矩进行比较。
该控制单元可进一步构造成当蓄能器阀处于打开状态中、总请求动力高于升力阈值时并且当最大蓄能器扭矩大于所请求扭矩时，将第一液压排送单元从动力源脱离和/或将第一液压排送单元的液压排量设定为零排量。也就是说，该控制单元可构造成将动力源从第二液压排送单元解耦，以使得不会有能量从动力源传递至该第二液压排送单元。在该情形中，仅仅通过蓄能器组件来提供所请求的输出扭矩。
同时，该控制单元可指令该动力源来驱动该工作液压组件。换言之，当或者只要总请求动力高于增压(boost，升压)阈值并且同时最大蓄能器扭矩大于所请求扭矩时，该控制单元可将蓄能器流体地连接于液压回路、将动力源从液压回路解耦并且指令该动力源驱动该工作液压组件。在该情况中，可从动力源获得的所有动力均用于驱动该工作液压组件。同时，蓄能器将所需的动力提供给第二液压排送单元，以满足操作者的输出扭矩请求。
此外，提出一种控制上述串联型液压混合动力传动系统的方法。该方法包括至少下列步骤：
基于来自输入装置的输入指令计算从动力源请求的总动力；
将所计算的总请求动力与至少一个阈值动力进行比较；以及
基于比较结果来控制蓄能器阀的阀状态。
该方法可进一步包括该控制单元构造成所执行的上述步骤的一个或多个。
附图说明
前文提出的传动系统的实施例在以下详细描述中描述并且在附图中示出，附图中：
图1示出串联型液压混合动力传动系统；
图2是工作机器的工作循环的流程图；
图3是在图2所示工作循环期间的总动力请求、牵引动力请求以及车辆速度的时间顺序；以及
图4是在图2所示工作循环期间用于控制图1所示传动系统的控制算法的流程图。
具体实施方式
应理解的是，附图中所示及以下说明书中所述的具体设备和过程是本文所限定的发明概念的简单示例性实施例。因此，除非另外明确指出，否则关于所公开的实施例的具体尺寸、方向或其它物理特征不理解应为限制性。
图1示出前端装载机(未示出)的串联型液压混合动力传动系统1。该传动系统1包括内燃机2、静液压回路3、液压蓄能器组件4、蓄能器阀5a-c、6a-c、电子控制单元7、加速器踏板15以及操纵杆16。
该静液压回路包括可变排量静液压轴向活塞泵8、可变排量静液压轴向活塞马达9、第一主流体管线10和第二主流体管线11。通过打开2/2通(二位二通)截止阀12a-d，静液压回路3能闭合，以使得泵8和马达9通过主管线10、11流体地连接。当液压回路3闭合时，液压流体可循环通过泵8、马达9以及主管线10、11。主管线10、11包括流体管路和/或管件，该流体管路和/或管件构造成承受高达至少400巴的最大压力的静液压压力。
泵8通过机械分流箱13与发动机2选择性地驱动接合。也就是说，分流箱13可致动以实现将发动机2与泵8接合或者脱开。当分流箱13将发动机2与泵8驱动地接合时，该发动机2可驱动泵8，以使得液压流体在静液压回路3中循环，由此驱动马达9。马达9通过齿轮箱(未示出)与车辆输出14选择性地驱动接合。车辆输出可包括驱动轴、车桥、最终驱动器和一个或多个车轮中的至少一个。
蓄能器组件4包括高压液压气动囊式蓄能器4a和低压液压气动囊式蓄能器4b。蓄能器4a、4b各自构造成中空容器，该中空容器包括设置在该容器中的弹性囊。囊包含诸如氮气之类的惰性气体。此种类型的囊式蓄能器可通过利用诸如油之类的液压流体来对该蓄能器进行充填或部分地充填而加压。随着液压流体进入蓄能器，将惰性气体压缩，由此增大蓄能器中的静液压压力。类似地，蓄能器可通过使得惰性气体在气囊中膨胀而减压，由此使得包含在该蓄能器中的液压流体从该蓄能器中排出并产生流体流。例如，高压蓄能器4a构造成承受高达至少450巴的最大压力的静液压压力，而低压蓄能器4b构造成承受高达至少150巴的最大压力的静液压压力。
蓄能器4a、4b通过蓄能器阀5a-c、6a-c选择性地流体连接于静液压回路3的主管线10、11。蓄能器阀5a-c、6a-c构造成2/2通(二位二通)截止阀，这些截止阀分别具有打开位置和闭合位置。在打开位置中(例如，参见图1中的阀5a、6a，液压流体可流动通过该截止阀，而在闭合位置中，防止液压流通过截止阀的流动。
本领域技术人员易于从图1的示意图中理解的是，阀5a-c、6a-c能至少处于闭合阀状态、第一打开阀状态和第二打开阀状态中。在闭合阀状态中，至少阀5a、6a闭合，由此使得蓄能器4a、4b从静液压回路3流体地断开。在第一打开阀状态中，阀5a、5b、6a、6c打开而阀5c、6b闭合，以使得蓄能器4a、4b分别流体地连接于主管线10、11。在第二打开阀状态中，阀5a、5c、6a、6b打开而阀5b、6c闭合，以使得蓄能器4a、4b分别流体地连接于主管线11、10。
该传动系统1进一步包括液压工作组件17。工作组件17包括液压工作泵18、液压器械19以及流体贮液器20，它们通过流体管线21a-e和4/3通(三位四通)方向控制阀22彼此流体连通。工作泵18通过分流箱13与发动机2选择性地驱动接合。器械19包括至少一个液压气缸和可动地设置在气缸内的液压活塞。在此，器械19是提升和倾倒机构的部件，该提升和倾倒机构用于提升和倾倒前端装载机的铲斗(未示出)。也就是说，工作组件17可例如用于将铲斗掘入到诸如沙子之类的材料堆中以填充铲斗、将经填充的铲斗提升、将铲斗倾倒以卸载材料并再次降低铲斗。
为了移动器械19的液压活塞来执行上述工作液压操作，该控制阀可切换至合适的阀芯位置，以流体地连接工作泵18、器械19以及贮液器20。工作泵14则可通过发动机2驱动，以将液压流体从贮液器20排放至器械19的气缸来使得活塞运动。同时，液压流体从工件19排送至贮液器。技术人员可从图1的示意图中易于推断出的是，通过将控制阀22切换至对应的阀芯位置，器械19的活塞可选择性地沿两个方向中的一个运动。通过将控制阀22切换至中性位置，器械19的活塞可被锁定，在该中性位置中，控制阀22使得器械19从贮液器20并且从工作泵18流体地断开。
通过加速器踏板15和操纵杆16，车辆的操作者可输入一个或多个输入指令，然后这些输入指令转发至控制单元7。控制单元7包括一个或多个处理器，这些处理器电气地连接于静液压回路3的阀5a-c、6a-c、12a-d中的每一个、连接于泵8、马达9、马达9和车辆输出14之间的齿轮箱(未示出)、发动机12、分流箱13以及控制阀22。仅仅出于清楚起见，在图1中并未示出在控制单元7和由该控制单元7所控制的部件之间的电气连接。基于来自加速器踏板15和操纵杆16的输入指令，控制单元7可控制静液压回路3的阀5a-c、6a-c、12a-d中的至少一个、泵8的和马达9的排量、马达9和车辆输出14之间的齿轮箱(未示出)的档位选择、发动机2、分流箱13以及控制阀22。具体地说，控制单元7可使得发动机2起动和熄火，并且可控制发动机速度(以rpm计量)。控制单元7可进一步致动分流箱13，以使得发动机2与两个泵8、18或者一次与泵8、18中的仅仅一个选择性地驱动接合。具体地说，操纵杆16可用于输入工作液压控制指令，并且加速器踏板15可用于输入牵引指令。
在本文献中示出的实施例描述了这样一种用于传动系统1的控制策略，即对于诸如挖掘周期之类周期中的有限阶段，增大前端装载机的可用动力。所描述的方案/策略分析了在Y循环期间执行的典型动作(参见图2)，并且在执行该特定的占空比期间限定了最佳的阶段来连接蓄能器4a、4b，以进行车辆增压或能量回收。此外，示出用于管理在蓄能器4a、4b中可用能量的策略。
图2的流程图概述了在Y循环期间执行的典型步骤A-H。图3a示出在执行图2中概括的步骤A-H期间的总请求发动机动力23和请求牵引动力24(在马达9的输出轴处请求的动力)的时间顺序。图3b示出在执行图2的步骤A-H期间车辆速率25的时间顺序。在此并且在下文中，反复出现的特征由相同的附图标记标示。
在图2中，车辆一开始在启动位置处是静止的并且具有空铲斗。在步骤A期间，车辆带着空铲斗从启动位置行进至堆垛(例如，砂砾堆)。图3b示出随着车辆加速以朝向堆垛移动并且随后在车辆接近堆垛时减速时的增大和减小车速。类似地，图3a示出在步骤A期间的对应的总发动机输出动力23和牵引动力24。
在步骤B期间，车辆掘入到堆垛中。所需的动力既通过静液压回路3传递至车辆输出14又通过工作组件17传递至铲斗。在步骤B期间，车辆速度较低(参见图3b)，然而总请求发动机动力23和请求前引动力24处于它们的最高水平以驱动铲斗进入堆垛。
在步骤C期间，车辆向后移动至启动位置，这由图3b中的负速度指示。在步骤C期间填充该铲斗。
在步骤D期间，车辆从向后移动改变为向前移动，以开向该车辆意图卸载铲斗处的货车。在步骤D结束时，车辆已达到启动位置并再次静止(零速度)。
在步骤E期间，车辆沿向前方向朝向货车移动。再次，车辆随着其离开启动位置而加速，并且随后随着其接近货车而减速。随着车辆降速并且接近货车，在牵引输出处不请求或基本上不请求扭矩。然而，总请求发动机动力23由于将铲斗提升至货车的加载空间之上的驾驶员指令而增大。
在步骤F期间，车辆静止以将材料从铲斗卸载到货车的加载空间中。在牵引输出处请求的动力24是零或接近零。再次，由于在卸载铲斗的过程中操纵提升机构和倾倒机构而产生非零的总请求发动机动力23。
在步骤G期间，车辆向后移动以返回至启动位置。一旦到达启动位置，车辆再次改变方向以返回至堆垛(步骤H)。重复步骤A-H，直到对货车进行完全地加载为止。
在图4中示意地描述示出在图2和3中示出的Y循环期间、由控制单元执行的控制过程的各步骤的流程图。
在40处(参见图4)，控制单元7以静液压模式操作车辆。在静液压模式中，蓄能器阀5a-c、6a-c闭合，由此将蓄能器组件4从静液压回路3流体地断开。来自发动机2的能量通过闭环式静液压回路3传递至车辆输出14。控制单元7基于由驾驶员通过加速器踏板15和可能地通过操纵杆16提供的输入指令来设定发动机速度。控制单元7进一步基于发动机速度来控制泵8的排量，并且基于当前的车辆速度来控制马达9的排量和传动比。
在41处(参见图4)，仍在静液压模式中，控制单元7基于由驾驶员通过加速器踏板15(并且可能地通过操纵杆16)提供的输入指令、持续地(例如，每100ms至少一次)计算从发动机2请求的总动力23(参见图3a)。总请求动力23的计算进一步基于当前的车辆速度并且基于马达9的输出轴和车辆输出14(例如，车桥)之间的当前传动比。
图3a进一步示出指示增压阈值动力26和补给阈值动力27的两个水平虚线。增压阈值动力26对应于可由发动机2提供的最大输出动力的约90％。也就是说，不借助于由蓄能器组件4提供的附加动力，发动机2的总输出动力会难以升高到对应于增压阈值26的动力水平。然而，控制单元7构造成识别在从发动机2请求的总动力23接近或超过增压阈值26期间的时间阶段，并且在该时间阶段期间通过将蓄能器4a、4b流体地连接于静液压回路3来提供附加的牵引动力。
确切地说，在42处(参见图4)，控制单元7持续地(例如，每100ms至少一次)将所计算好的从发动机2请求的总动力23与增压阈值26进行比较(参见图3a)，并且基于从发动机2请求的总动力23高于还是低于增压阈值26来控制蓄能器阀5a-c、6a-c。
在图3a中，在当车辆掘入到堆垛中时的时间段tc期间，从发动机2请求的总动力23超过增压阈值26。一旦控制单元7检测到总动力请求23升高到增压阈值26之上，控制单元7就致动蓄能器阀5a-c、6a-c以改变上述第一打开阀状态，由此使得蓄能器4a、4b分别流体地连接于主管线10、11，例如图4中以43所示。在44处，电气地连接于控制单元7的一个或多个阀确定蓄能器阀5a-c、6a-c是否切换至第一打开阀状态。一旦处于这一情形，控制单元7就切换至混合增压模式，例如图4中以45所示。
来自高压蓄能器4a的液压流体现在通过马达9排送至低压蓄能器4a，由此增加提供给马达9和车辆输出14的扭矩。
在将蓄能器4a、4b连接于静液压回路3的过程中、也就是在图3中的时间段tc期间，该控制单元7持续以如上所述反复地(例如，每100ms至少一次)计算从发动机请求的总动力23。附加地，该控制单元7反复地(例如，每100ms至少一次)基于当前的加速度踏板位置、当前车辆速度、当前车辆的运动方向以及马达9和车辆输出14(例如，车桥)之间的当前传动比或档位选择来计算请求的牵引输出扭矩，例如图4中以46所示。在图3a中示出的请求牵引动力24经由当前的车辆速度和当前传动比与请求的牵引输出扭矩相关联。
在图4中的47处并且在图3a中的时间段tc期间，控制单元7附加地根据关系式Tacc,最大＝a·Δp·α来持续地(例如，每100ms至少一次)计算蓄能器4a、4b可在马达9处添加的最大扭矩Tacc,最大,其中Δp＝pHP-pLP是蓄能器4a、4b中液压压力之间的压力差，α是马达9的液压排量(由最大排量所限制)，而“a”是取决于系统的常数，该常数通常包括马达9在最大马达排量下的效率。
仍然在图4的47处并且在图3a中的时间段tc期间，控制单元7反复地(例如，每100ms至少一次)比较在牵引输出处请求的扭矩与可通过蓄能器4a、4b获得的最大扭矩Tacc,最大。只要
i)Tacc,最大大于在牵引输出处请求的扭矩，以及
ii)从发动机2请求的总动力23高于增压阈值26，
控制单元7就保持在混合增压模式并且致动蓄能器阀5a-c、6a-c，以保持蓄能器4a、4b连接于静液压回路3。也就是说，持续地重复步骤45、46、47。只要满足条件i)、ii)，在牵引输出处请求的扭矩就可仅仅通过蓄能器4a、4b来提供。发动机2可从静液压回路3脱开，以使得静液压回路3并不从发动机2吸收能量。
因此，只要连接蓄能器4a、4b并且满足上述条件i)、ii)，该控制单元7就指令分流箱13将泵8从发动机2脱开(参见图1)并且使得发动机2与工作泵18接合。在此种构造中，可从发动机2获得的所有能量均传递至工作液压组件17，以在铲斗掘入到堆垛中时在该铲斗处提供完整的发动机动力。作为使得发动机2从泵8脱离的一种替代，控制单元7可通过闭合隔离阀12a、12b(参见图1)将泵8从蓄能器4a、4b并且从马达9流体地断开。
一旦不再满足条件i)、ii)中的至少一个，控制单元7就致动蓄能器阀5a-c、6a-c改变至闭合阀状态，由此将蓄能器4a、4b从静液压回路3的主管线10、11断开，例如图4中49所示。在图2和3的Y循环期间，这是在时间段tc结束时、从发动机2请求的总动力23落在增压阈值23之下的情形。一旦蓄能器阀5a-c、6a-c已完全地切换至闭合阀状态，控制单元7就切换回静液压模式，例如图4中以50所示。
在混合增压模式期间(参见图3a中的时间段tc以及图4中的附图标记45、46、47)，控制单元7：基于由驾驶员通过加速器踏板15并且通过操纵杆16提供的输入指令来控制发动机速度；基于发动机速度来控制泵8的排量；基于请求的牵引扭矩并且基于Tacc,最大来控制马达9的排量；以及基于车辆速度来控制传动比。
为了将足够的液压能量存储在蓄能器组件4中以在图2和3中描述的每个Y循环期间执行上述混合增压操作，蓄能器组件4需要在每个循环期间进行补给。
由于所提出的混动方式在传动装置一侧，因而通过蓄能器产生的动力较佳地不应超过请求的牵引动力24(参见图3a)。理想的是，在每个循环期间存储在蓄能器中的液压能量应等于在混合增压阶段期间从传动装置请求的液压能量(参见图3a中的时间段tc和图4中的附图标记45、46、47)。换言之，在每个循环期间，所需存储在蓄能器组件4中的液压能量大小Eboost、通过再生制动回复的液压能量大小Eregen以及通过发动机2驱动泵8以对蓄能器4a、4b进行补给的上述程序获得的液压能量大小EICE应满足以下条件：Eboost+Elooses＝Eregen+EICE。如果在每个循环期间满足上述条件，则牵引所需的所有能量均可通过蓄能器组件4来提供，并且可从发动机2获得的所有动力均可用于驱动工作组件17。
在每个循环期间，控制单元7借助图3a中示出的补给阈值27来识别这样的时间段：在该时间段期间，蓄能器4a、4b可流体地连接于静液压回路3以进行能量回复。如果在图4中的42处，从发动机请求的总动力23低于增压阈值26，则控制单元7持续地(例如，每100ms至少一次)比较从发动机2请求的总动力23与补给阈值27，例如图4中以51所示。只要总请求动力23保持高于补给阈值27并且低于增压阈值26，就重复步骤40、41、42、51。
时间段ta、tb、td、te、tf可用于回复程序，在上述各时间段期间，请求的动力23低于补给阈值动力27(参见图3a)。补给阈值动力27低于增压阈值动力26。例如，可选择补给阈值动力27以使得发动机2具有足够的能力来提供附加的动力以进行能量回复。
一旦控制单元7在图4中的51处确定总请求动力23低于补给阈值，控制单元就致动蓄能器阀5a-c、6a-c以将蓄能器4a、4b连接于静液压回路3用于能量回复，例如图4中以52所示。当在53处蓄能器4a、4b完全连接时，控制单元7切换至混合回复模式，例如图4中以54所示。
混合回复模式可包括通过发动机2和泵8进行的再生制动和蓄能器补给。不管是执行再生制动还是蓄能器补给，能量回复都可取决于当前的车辆速度和来自驾驶员的输入指令。例如，再生制动可仅仅在驾驶员指令车辆减速时执行。或者，控制单元7可指令发动机2驱动泵8，以将液压流体从低压蓄能器4b排放至高压蓄能器4b，由此对蓄能器组件4进行补给。在混合回复模式期间，控制单元7基于牵引扭矩请求来控制马达9的排量。控制单元7分别基于发动机速度和车辆速率来控制泵8的排量和传动比。控制单元7可保持在混合回复模式中，直到所请求的动力23升高到补给阈值为止。
控制单元7可进一步构造成在一个或多个循环内监测所请求动力23和所请求的牵引动力24，并且调节增压阈值26和补给阈值27，以使得在每个循环期间均满足上述关系式Eboost+Elooses＝Eregen+EICE。如果请求的总动力23和请求的牵引动力24遵循足够类似的过程，则此种估计会很可能具有理想的精度。
控制单元7将以下性能进行组合：该控制单元构造成识别蓄能器4a、4b的连接和断开状况；该控制单元构造成限定用于通过发动机2以及通过动能回收(再生制动)来对蓄能器进行充压的方法；该控制单元构造成限定最佳策略来管理蓄能器4a、4b的连接/断开瞬态；以及该控制单元构造成在蓄能器4a、4b连接的同时限定最佳的静液压部件致动。

Claims (14)

1.一种用于车辆的串联型液压混合动力传动系(1)，所述串联型液压混合动力传动系统包括：
动力源(2)；
液压回路(3)，所述液压回路包括第一液压排送单元(8)，所述第一液压排送单元与第二液压排送单元(9)流体连通，且所述第一液压排送单元(8)与所述动力源(2)驱动地接合或者选择性地驱动接合；
至少一个蓄能器阀(5a-c、6a-c)；
液压蓄能器组件(4)，所述液压蓄能器组件包括高压液压蓄能器(4a)和低压液压蓄能器(4b)，所述蓄能器组件(4)通过所述蓄能器阀(5a-c、6a-c)选择性地流体地连接于所述液压回路(3)；
至少一个输入装置(15、16)；以及
控制单元(7)；
其中，所述控制单元(7)构造成:
基于来自所述输入装置(15、16)的输入指令计算从所述动力源(2)请求的总动力(23)；
将所计算的总请求动力(23)与至少一个阈值动力(26、27)进行比较；以及
基于比较结果来控制所述蓄能器阀(5a-c、6a-c)的阀状态。
2.如权利要求1所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述控制单元(7)构造成反复地计算所请求动力(23)以及反复地将所述所请求动力(23)与所述阈值动力进行比较。
3.如权利要求1所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述输入装置(15、16)包括加速器踏板(15)和制动器中的至少一个，其中，所述输入指令包括加速器指令、减速指令和制动指令中的至少一个。
4.如权利要求1所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，进一步包括：工作液压组件(17)，其中，所述输入装置(15、16)包括工作液压控制装置(16)，且所述输入指令包括工作液压控制指令。
5.如权利要求1所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述阈值动力包括增压阈值(26)，并且所述控制单元(7)构造成:
当所计算的动力请求(23)高于所述增压阈值(26)或者升高至所述增压阈值(26)之上时，将所述阀状态改变为打开状态或者将所述阀状态保持在所述打开状态中。
6.如权利要求1所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述阈值动力包括补给阈值(27)，并且所述控制单元(7)构造成:
当所计算的动力请求(23)低于所述补给阈值(27)或者落在所述补给阈值(27)之下时，将所述阀状态改变为打开状态或者将所述阀状态保持在所述打开状态中。
7.如权利要求6所述的串联型液压混合动力传动系统(6)，其特征在于，其中，所述控制单元(7)构造成:
当所计算的动力请求(23)低于所述补给阈值(27)或者落在所述补给阈值(27)之下时，指令所述动力源(2)来驱动所述第一液压排送单元(8)，以使得所述第一液压排送单元(8)将液压流体从所述低压液压蓄能器(4b)排送至所述高压液压蓄能器(4a)，以对所述蓄能器组件(4)进行充压。
8.如权利要求1所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述至少一个阈值动力包括增压阈值(26)和补给阈值(27)，其中所述补给阈值(27)低于所述增压阈值(26)，且其中，所述控制单元(7)构造成:
当所计算的动力请求低于所述增压阈值(26)并且高于所述补给阈值(27)时，将所述阀状态改变为闭合状态或者将所述阀状态保持在所述闭合状态中。
9.如权利要求5所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述控制单元(7)进一步构造成:
基于来自所述至少一个输入装置(15、16)并且基于车辆状态来计算在所述第二液压排送单元(9)的输出处提供的所请求扭矩(24)；
基于所述蓄能器组件(4)的充压状态来计算通过所述蓄能器组件(4)可获得的最大蓄能器扭矩；
将所述所请求扭矩(24)与所述最大蓄能器扭矩进行比较；以及
当所计算的动力请求(23)高于所述增压阈值(26)或者升高至所述增压阈值(26)之上并且所述最大蓄能器扭矩大于所请求扭矩(24)时，将所述阀状态改变为打开状态或者将所述阀状态保持在所述打开状态中。
10.如权利要求9所述的串联型液压混合动力传动系统(9)，其特征在于，所述车辆状态包括车辆速度、车辆的运动方向以及档位选择中的至少一个。
11.如权利要求9所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述控制单元(7)构造成反复地计算所请求扭矩(24)和所述最大蓄能器扭矩以及反复地将所述所请求扭矩与所述最大蓄能器扭矩进行比较。
12.如权利要求9所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，所述控制单元(7)构造成当所述蓄能器阀(5a-c、6a-c)处于打开状态中、当所计算的动力请求(23)高于所述增压阈值(26)时并且当所述最大蓄能器扭矩大于所述所请求扭矩(24)时，将所述第一液压排送单元(8)从所述动力源(2)脱开和/或将所述第一液压排送单元(8)的液压排量设定为零排量，以使得不会有能量从所述动力源(2)传递至所述第二液压排送单元(9)并且所述所请求扭矩(24)通过所述蓄能器组件(4)来提供。
13.如权利要求9所述的串联型液压混合动力传动系(1)，其特征在于，当所述蓄能器阀(5a-c、6a-c)处于打开状态中时，当所述所计算的动力请求高于所述增压阈值(26)时并且当所述最大蓄能器扭矩大于所述所请求扭矩时，所述控制单元(7)进一步构造成指令所述动力源(2)驱动工作液压组件(17)，以使得由所述动力源(2)提供的所有动力均用于驱动所述工作液压组件(17)。
14.一种用于控制如权利要求1所述的串联型液压混合传动系(1)的方法，所述方法至少包括如下步骤：基于来自所述输入装置的输入指令计算从所述动力源(2)请求的总动力(23)；
将所计算的总请求动力(23)与所述至少一个阈值动力(26、27)进行比较；以及
基于比较结果来控制所述蓄能器阀(5a-c、6a-c)的阀状态。
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