CN106515424A - 一种车辆液压独立驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆液压独立驱动系统，包括动力系统，动力系统包括发动机、与发动机连接的离合器、与离合器连接的电机；储能系统，储能系统包括蓄电池组、蓄能器，其中蓄电池组能够用于驱动电机旋转；执行机构，执行机构包括能够被电机驱动的变量泵，变量泵驱动马达旋转，进而驱动车轮旋转；制动系统，制动系统包括制动阀组、与每个车轮同轴设置的制动器；控制系统，控制系统包括控制器、转速传感器、转向传感器、压力传感器、换挡开关、制动踏板，控制器能够控制发动机向外输出动能，或者控制发动机停止而由蓄电池驱动电机旋转从而对外输出动能。本发明能够实现车辆的红外静默，实现车辆在超大范围内调速，实现自动换挡，能量回收。

Description

一种车辆液压独立驱动系统

技术领域

本发明涉及一种液压独立驱动系统，尤其是涉及一种用于车辆的液压独立驱动系统。

背景技术

多轮独立驱动广泛应用于汽车领域及机器人领域，如工程机械，坦克，越野车，消防机器人，防爆机器人等。根据查阅文献资料，车辆独立驱动系统在原理结构上主要包括纯电力驱动及静液压驱动。其中，纯电力驱动由于车轮集成度高、维护难度较大、功率小等特点主要应用在轻型高速行走的小型车辆。静液压驱动由于结构体积小，调速范围宽，电控方便，易实现恒扭矩或恒功率调节等特点，在未来汽车领域将得到广泛应用。

现有技术中存在一些相关的披露，如下所记载的：

1)一种可调速胀筋机液压系统(专利申请号CN 201520625694.8)。

2)四轮驱动全液压装载机行走部液压系统(专利号ZL 200510049793.7)。

3)独立驱动车轮单元的车辆驱动力控制设备(专利号ZL 200680045095.2)。

4)全液压多轮独立驱动牵引力均衡控制系统(专利号ZL 201010544297.X)。

5)基于独立驱动轮式车辆的多轮多模式闭环静压驱动系统(专利申请号CN201610182490.0)。

6)赵辉，贾小平，陈宁辉.6×6全液压车辆驱动系统设计研究.机械设计与制造，2007年第04期

7)陈金全，胡军科，张峥明.静液压驱动系统在高速越野叉车上的应用研究.现代制造工程，2010年第04期。

8)程仰瑞，高贵军.基于液阻控制技术的轮式越野工程车辆液压独立驱动系统研究.吉林大学，2008年。

上述文献披露的车辆独立驱动系统主要存在以下几个方面的问题：

现有重型越野车驱动系统始终以发动机为动力源，红外特征明显，易被敌方红外探测器发现。

现有车辆独立驱动系统无法实现自动换挡，驾驶员劳动强度大。

现有车辆液压独立驱动系统多为变量泵+定量马达，定量+变量马达，变量泵+变量马达等组合形式，调速范围比较有限，只能满足车辆中低速行驶要求。

现有车辆液压独立驱动系统无能量回收系统，制动时车辆动能完全转化为刹车片热能，效率低。

发明内容

本发明的目的是研究设计出一种在特殊环境下保持红外静默的重型越野车全液压驱动系统，并且能够满足重型越野车辆高低速行驶要求，既满足重型越野车在复杂奇异地形环境下的大扭矩低速行驶要求，同时满足重型越野车在平坦公路上的高度行驶要求的全液压驱动系统，并且通过蓄能器及蓄电池组实现能量储存及释放，提高传动效率，可实现无极调速，自动换挡等功能。针对重型越野车的特点，本发明研究设计了一种能够满足重型越野车使用的全液压独立驱动系统。

具体而言，本发明提供了一种车辆液压独立驱动系统，包括：动力系统，所述动力系统包括发动机、与发动机连接的离合器、与离合器连接的电机；储能系统，所述储能系统包括蓄电池组、蓄能器，其中所述蓄电池组能够用于驱动所述电机旋转；执行机构，所述执行机构包括能够被所述电机驱动的变量泵，所述变量泵进一步通过驱动阀组驱动配置在每一个车轮的轴上的驱动马达旋转，所述驱动马达的扭矩经过同轴安装的轮边换挡减速器调节后驱动所述车轮旋转；制动系统，所述制动系统包括制动阀组、与每个车轮同轴设置的制动器；控制系统，所述控制系统包括控制器、转速传感器、转向传感器、压力传感器、换挡开关、制动踏板，所述压力传感器用于监测所述驱动马达的油压，所述控制器能够控制所述发动机向外输出动能，或者控制所述发动机停止而由所述蓄电池驱动所述电机旋转从而对外输出动能。

进一步的，在正常行驶状态，发动机与离合器接合，发动机通过电机驱动变量泵，变量泵通过驱动阀组带动驱动马达旋转，驱动马达带动车轮旋转。此时电机工作在发电机状态，由发动机为蓄电池充电，当蓄电池充满电后控制系统控制停止充电。

进一步的，蓄能器在压力不足的状态下，变量泵通过驱动阀组为蓄能器不断充液。变量泵为驱动阀组和驱动马达提供所需流量和压力。

进一步的，在红外静默状态，发动机关闭且与离合器脱开，蓄电池通过电机驱动变量泵，变量泵通过驱动阀组驱动带动驱动马达旋转，驱动马达带动车轮旋转。此时电机工作在电动机状态，由蓄电池供电，当蓄电池能量不足时，由控制系统控制蓄能器驱动马达。

进一步的，当所述控制器检测到所述换挡开关信号需要调至高速档，或所述压力传感器所检测对应的驱动马达油压低于某阈值时，所述控制器控制所述轮边换挡减速器的换向阀切换至左位，一级离合器与一级行星减速齿轮组齿圈分离，二级离合器与三级行星减速齿轮组齿圈啮合，所述驱动马达的动力由一级行星减速齿轮组行星轮传至二级行星减速齿轮组太阳轮，由二级行星减速齿轮组行星轮传至三级行星减速齿轮组齿圈。

即当油压低于某一阈值，表明车辆处于平坦公路工况，控制系统通过控制驱动阀组油液压力和方向，将轮边换挡减速器调为高速档。

进一步的，当所述控制器检测到所述换挡开关信号需要调至低速档，或所述压力传感器所检测对应驱动马达的油压高于某阈值时，所述控制器控制所述轮边换挡减速器的换向阀切换至右位，一级离合器与一级行星减速齿轮组齿圈啮合，二级离合器与三级行星减速齿轮组齿圈分离，所述驱动马达输出轴与一级行星减速齿圈固连，由一级行星减速齿轮组太阳轮经行星轮减速后传至二级行星减速齿轮组太阳轮，减速后传至三级行星减速齿轮组齿圈。

即当油压高于某一阈值，表明车辆处于越野工况，控制系统通过控制驱动阀组油液压力和方向，将轮边换挡减速器调为低速档。

通过自动换挡，减轻驾驶员负担。控制器还可以接收换挡开关信号，切换轮边换挡减速器档位，实现手动换挡。

进一步的，当通过所述轮边换挡减速器对车辆行驶速度调节范围达不到实际使用需求时，所述控制器通过调节所述变量泵排量从而调节驱动马达排量，调整车辆运行速度。

当高速行驶时，所述控制器调节轮边换挡减速器为小减速比，变量泵调节为大排量，变量马达调节为小排量；当在复杂环境下行驶时，控制器调节轮边换挡减速器为大减速比，变量泵调节为小排量，驱动马达调节为大排量，控制器通过调节驱动马达排量，调节驱动马达转速和扭矩。

进一步的，在车辆制动时，所述发动机关闭且与所述离合器脱开，所述控制器接收所述制动踏板的信号，并通过所述制动阀组控制和分配各支路流量和压力，控制所述制动器动作，同时控制所述电机在车辆惯性带动下为所述蓄电池充电，同时通过所述制动阀组将剩余车辆动能储存在所述蓄能器中。

本发明应用于对红外特征有限制，调速范围极宽，可靠性要求高的重型越野车驱动，是实现重型越野车大范围远距离野外作业的重要装置。其主要功能为通过切换动力源，由蓄电池带动电机旋转从而最终带动车轮旋转，实现红外静默；通过调节变量泵排量、驱动马达排量及轮边换挡减速器档位，实现车辆在超大范围内调速，满足爬坡工况下的大扭矩低速行驶及平坦路面上的高速行驶要求；通过压力传感器检测油液压力，经控制器实现自动换挡，减轻驾驶员负担；通过蓄能器及蓄电池储存制动能量，实现能量回收，提高能量利用率。

更具体而言本发明具有如下技术特点：

1)设计了一种蓄电池与发动机相结合的驱动系统，可以在特殊场合大幅降低车辆的红外特征，提高战场生存能力。

2)在总体设计时增加了蓄能器和蓄电池作为储能元件，将制动时的部分能量储存起来，提高了能量利用率。

3)增加轮边换挡减速器，改变传统液压驱动系统的调速方式，大大提高车辆的调速范围，满足重型越野车中低高速行驶需求。

4)通过压力传感器实时检测驱动马达油压，控制系统根据油压信号控制轮边换挡减速器自动换挡，减轻驾驶员负担。

本发明可应用于重型越野车的独立驱动系统，并可拓展到其它相类似的车辆上。

附图说明

当结合附图考虑时，参考下面的描述能够很好的理解本发明的结构、原理、工作特点和优点，但此处说明的附图用来对本发明的进一步解释，所附示意图只是为了更好的对本发明进行说明，并不对本发明构成不当限定，其中：

图1为本发明重型越野车全液压驱动系统的系统原理图；

图2为本发明重型越野车全液压驱动系统的控制原理图；

图3为本发明重型越野车全液压驱动系统的布置图；

图4为本发明重型越野车全液压驱动系统的轮边换挡减速器与车轮位置关系图；

图5为本发明重型越野车全液压驱动系统的轮边换挡减速器在高速档时的动力传递图；

图6为本发明重型越野车全液压驱动系统的轮边换挡减速器在低速档时的动力传递图；

图7为本发明重型越野车全液压驱动系统的轮边换挡减速器原理图；

图例说明：

1.控制器 2.蓄电池 3.发动机 4.离合器 5.电机 6.变量泵 7.蓄能器 8.转向传感器 9.换挡开关 10.制动踏板 11.驱动阀组 12.转速传感器 13.车轮 14.轮边换挡减速器 15.驱动马达 16.制动器 17.制动器 18.驱动马达 19.轮边换挡减速器 20.车轮 21.转速传感器 22.压力传感器23.压力传感器 24.制动阀组 25.转速传感器 26.车轮 27.轮边换挡减速器28.驱动马达 29.制动器 30.制动器 31.驱动马达 32.轮边换挡减速器33.车轮 34.转速传感器 35.压力传感器 36.压力传感器 37.换向阀 38.单向节流阀 39.换向阀 40.一级离合器 41.二级离合器 42.输出法兰43.一级行星减速齿圈 44.二级行星减速齿轮组 45.三级行星减速齿轮组46.轴承 47.防尘盖。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步的描述，应当指出的是，以下实施例仅仅为示意性的，其并非意图限制本发明。

如图1所示，本发明的液压独立驱动系统主要由控制器1，蓄电池2，发动机3，离合器4，电机5，变量泵6，蓄能器7，转向传感器8，换挡开关9，制动踏板10，驱动阀组11，转速传感器12、21、25、34，车轮13、20、26、33，轮边换挡减速器14、19、27、32，驱动马达15、18、28、31，制动器16、17、29、30，压力传感器22、23、35、36，制动阀组24等组成。

转速传感器12、车轮13、轮边换挡减速器14、驱动马达15、制动器16依次安装在同一轴，压力传感器22安装在驱动马达15的高压腔。变量泵6的液压出口连接有驱动阀组11，从而由驱动阀组11分配液压油至车辆的致动部件。即驱动马达15、制动器16通过液压管路与变量泵6相连；转速传感器21、车轮20、轮边换挡减速器19、驱动马达18、制动器17依次安装在同一轴，压力传感器23安装在驱动马达18的高压腔，驱动马达18、制动器17通过液压管路与变量泵6相连；转速传感器25、车轮26、轮边换挡减速器27、驱动马达28、制动器29依次安装在同一轴，压力传感器35安装在驱动马达28的高压腔，驱动马达28、制动器29通过液压管路与变量泵6相连；转速传感器34、车轮33、轮边换挡减速器32、驱动马达31、制动器30依次安装在同一轴，压力传感器36安装在驱动马达31的高压腔，驱动马达31、制动器30通过液压管路与变量泵6相连。

驱动马达15，,18，,28，,31、轮边换挡减速器14，19，27，,32均由驱动阀组11输送液压油进行控制。

驱动马达15，,18，,28，,31、车轮13，,20，,26，,33、均由制动阀组24进行控制。制动器16，,17，,29，,30可以根据位置布局由有驱动阀组11或制动阀组24控制。

制动阀组24还连接至蓄能器7，当制动时可以给蓄能器7补充液压油。蓄能器7连接至驱动阀组11，由此接入本发明的液压系统，可以根据需要由蓄能器7控制车辆的运行。

参照图2，车辆的转向传感器8，换挡开关9，制动踏板10，压力传感器22、23、35、36，转速传感器12、21、25、34与控制器相连，分别将转向信号，换挡信号，制动信号，油压信号，转速信号输入控制器，控制器根据输入信号判断车辆所处状态并预先设定好的算法控制车辆的变量泵6，驱动马达15，18，28，31、轮边换挡减速器14，19，27，32完成相应动作，从而控制车辆的运动。

参考图3和4，图3示出了应用了本发明液压独立驱动系统的车辆的布局图。其中蓄电池2和控制器1、转向传感器8、换挡开关9、制动踏板10设置在车辆的前方，蓄电池2靠近发动机3和电机5设置，变量泵6紧接着蓄电池2设置车辆的前方。驱动阀组11和制动阀组24设置在车辆的后方，靠近车轮12-15设置。压力传感器22用于监测驱动马达15的油压。蓄能器7设置在车辆的后方，靠近车辆布局，有利于缩短液压管道，可以尽快地驱动车辆。

再次参考图4，车轮13,19分别同轴设置有轮边换挡减速器14,19，轮边换挡减速器14,19分别设置在车轮13,19的轮毂内，这样轮边换挡减速器14,19的输出轴可以直接对车轮进行驱动，速度、扭矩地调节更为灵活、迅速。

参考图5-7，当控制系统检测到换挡开关9信号需要调至高速档，或压力传感器22、23、35、36所检测对应驱动马达15、18、28、31油压低于某阈值时，表明车辆行驶在平坦公路，需要高速行驶时，控制系统通过将换向阀39切换至左位，一级离合器40与一级行星减速齿轮组43齿圈分离，二级离合器41与三级行星减速齿轮组齿圈啮合，驱动马达15动力由一级行星减速齿轮组行星轮传至二级行星减速齿轮组太阳轮，由二级行星减速齿轮组行星轮传至三级行星减速齿轮组齿圈，在此过程中，一级行星减速齿轮组未起到减速效果，总传动比为二级、三级行星减速齿轮组减速比相乘；当控制系统检测到换挡开关9信号需要调至低速档，或压力传感器22、23、35、36所检测对应驱动马达15、18、28、31油压高于某阈值时，表明车辆行驶在越野工况，需要大扭矩低速行驶时，控制系统通过将换向阀39切换至右位，一级离合器40与一级行星减速齿轮组43齿圈啮合，二级离合器41与三级行星减速齿轮组齿圈分离，驱动马达15输出轴与一级行星减速齿圈43固连，由一级行星减速齿轮组太阳轮经行星轮减速后传至二级行星减速齿轮组太阳轮，减速后传至三级行星减速齿轮组齿圈，在此过程中，一级行星减速齿轮组起到减速效果，总传动比为三行星减速器减速比相乘。通过压力传感器信号实现对车辆进行自动换挡，可以大大减轻驾驶员负担，当通过轮边换挡减速器14、19、27、32对车辆行驶速度调节范围达不到实际使用需求时，控制器1通过调节变量泵5排量，驱动马达15、18、28、31排量，调整车辆运行速度，通过三种调速方式的搭配，可以大大提高车辆行驶速度的调节范围。

在车辆正常行驶过程，发动机3与离合器4接合，发动机3通过电机5驱动变量泵6，此时电机工作在发电机状态，由电机5为蓄电池2充电，当蓄电池2充满电后控制器1控制停止充电。蓄能器7在压力不足的状态下，变量泵6通过驱动阀组11为蓄能器7不断充液，变量泵6分别通过驱动阀组11驱动驱动马达15、18、28、31，各驱动马达又分别连接并驱动车轮13、20、26、33。

在车辆制动时，控制器1接收制动踏板10信号，发动机3关闭且与离合器4脱开，控制器1通过制动阀组24控制和分配各支路流量和压力，控制制动器16、17、29、30动作，车辆动能一部分转化为制动器16、17、29、30热能，同时电机5在车辆惯性带动下为蓄电池2充电，将部分车辆动能转化为电能，同时通过制动阀组24将剩余车辆动能储存在蓄能器2中，避免了能量浪费，提高了能量利用率。

车辆在特殊场合行驶时，需保持红外静默，此时控制器1控制发动机3停转，离合器4脱开，由蓄电池2驱动电机5旋转，电机5带动变量泵6旋转，将电能转化为液压能，变量泵6带动驱动马达15、18、28、31旋转，驱动马达15、18、28、31分别带动对应车轮13、20、26、33运动，将液压能转化为机械能。当蓄电池能量不足时，由控制系统控制蓄能器驱动马达。通过蓄电池向车辆提供能量，避免了发动机3运行给车辆带来的巨大红外辐射，大大提高了车辆的战场生存能力。

尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解地是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种车辆液压独立驱动系统，其特征在于包括：

动力系统，所述动力系统包括发动机、与发动机连接的离合器、与离合器连接的电机；

储能系统，所述储能系统包括蓄电池组、蓄能器，其中所述蓄电池组能够用于驱动所述电机旋转；

执行机构，所述执行机构包括能够被所述电机驱动的变量泵，所述变量泵进一步通过驱动阀组驱动配置在每一个车轮的轴上的驱动马达旋转，所述驱动马达的扭矩经过同轴安装的轮边换挡减速器调节后驱动所述车轮旋转；

制动系统，所述制动系统包括制动阀组、与每个车轮同轴设置的制动器；

控制系统，所述控制系统包括控制器、转速传感器、转向传感器、压力传感器、换挡开关、制动踏板，所述压力传感器用于监测所述驱动马达的油压，所述控制器能够控制所述发动机向外输出动能，或者控制所述发动机停止而由所述蓄电池驱动所述电机旋转从而对外输出动能。

2.根据权利要求1所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，在正常行驶状态，发动机与离合器接合，发动机通过电机驱动变量泵，变量泵通过驱动阀组带动驱动马达旋转，驱动马达带动车轮旋转。此时电机工作在发电机状态，由发动机为蓄电池充电，当蓄电池充满电后控制系统控制停止充电。

3.根据权利要求2所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，所述蓄能器在压力不足的状态下，所述变量泵通过所述驱动阀组为所述蓄能器不断充液。

4.根据权利要求1所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，在红外静默状态，发动机关闭且与离合器脱开，蓄电池通过电机驱动变量泵，变量泵通过驱动阀组驱动带动驱动马达旋转，驱动马达带动车轮旋转。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，当所述控制器检测到所述换挡开关信号需要调至高速档，或所述压力传感器所检测对应的驱动马达油压低于某阈值时，所述控制器控制所述轮边换挡减速器的换向阀切换至左位，一级离合器与一级行星减速齿轮组齿圈分离，二级离合器与三级行星减速齿轮组齿圈啮合，所述驱动马达的动力由一级行星减速齿轮组行星轮传至二级行星减速齿轮组太阳轮，由二级行星减速齿轮组行星轮传至三级行星减速齿轮组齿圈。

6.根据权利要求5所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，当所述控制器检测到所述换挡开关信号需要调至低速档，或所述压力传感器所检测对应驱动马达的油压高于某阈值时，所述控制器控制所述轮边换挡减速器的换向阀切换至右位，一级离合器与一级行星减速齿轮组齿圈啮合，二级离合器与三级行星减速齿轮组齿圈分离，所述驱动马达输出轴与一级行星减速齿圈固连，由一级行星减速齿轮组太阳轮经行星轮减速后传至二级行星减速齿轮组太阳轮，减速后传至三级行星减速齿轮组齿圈。

7.根据权利要求6所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，当通过所述轮边换挡减速器对车辆行驶速度调节范围达不到实际使用需求时，所述控制器通过调节所述变量泵排量从而调节驱动马达排量，调整车辆运行速度。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的车辆液压独立驱动系统，其特征在于，在车辆制动时，所述发动机关闭且与所述离合器脱开，所述控制器接收所述制动踏板的信号，并通过所述制动阀组控制和分配各支路流量和压力，控制所述制动器动作，同时控制所述电机在车辆惯性带动下为所述蓄电池充电，同时通过所述制动阀组将剩余车辆动能储存在所述蓄能器中。