CN109094350B - 一种电液混合动力传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电液混合动力传动系统，包括电力驱动系统、液压驱动系统、风能回收系统，电力驱动系统包括依次连接的电机、第一电磁离合器和耦合机构，风能回收系统包括依次连接的阻尼叶片、第三电磁离合器以及齿轮箱，液压驱动系统包括液压泵/马达、液压泵/马达控制回路、低压蓄能器和高压蓄能器；齿轮箱通过第二电磁离合器与耦合机构相连接；液压泵/马达的动力输出端与齿轮箱连接，液压泵/马达还与液压泵/马达控制回路相连接。该传动系统能够更加有效的回收制动能量并显著提高能量利用率，同时可以防止起步大电流对蓄电池的影响，延长发动机的使用寿命，减轻制动器刹车片的磨损。

Description

一种电液混合动力传动系统
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种电液混合动力传动系统。
背景技术
目前，由于全球汽车保有量不断增加，汽车在带来便利的同时，也带来了巨大的环境污染及能源消耗问题，由于新能源汽车在环保和节能上具有不可比拟的优势，得到了广泛的应用。然而，纯电动汽车存在续驶里程短、售价昂贵、充电设备不完善等显著缺点，电池问题成为困扰汽车厂商的一大瓶颈，而混合动力汽车可以显著改善这一问题，并有效的回收制动能量，是目前解决环境污染和能源问题切实可行的方案。通过辅助能量回收系统，有效提高了蓄电池的寿命及续驶里程。
现有的各类汽车采用的辅助能量回收系统主要包括液压储能系统和超级电容储能系统，虽然二者功率密度比较高，但也存在电池难以有效管控以及参数匹配困难等问题，安全性较差，经济性不好。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种应用于汽车的电液混合动力传动系统，该电液混合动力传动系统可以有效延长蓄电池寿命并提高能量回收效率。
本发明采用的技术方案是：
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种电液混合动力传动系统，包括电力驱动系统、液压驱动系统、风能回收系统，所述电力驱动系统包括依次连接的电机、第一电磁离合器和耦合机构，所述风能回收系统包括依次连接的阻尼叶片、第三电磁离合器以及齿轮箱，所述液压驱动系统包括液压泵/马达、液压泵/马达控制回路以及蓄能器，所述蓄能器包括低压蓄能器和高压蓄能器；
所述齿轮箱通过第二电磁离合器与耦合机构相连接；所述液压泵/马达的动力输出端与所述齿轮箱连接，所述液压泵/马达的出油口与液压泵/马达控制回路的第一油口连接，所述液压泵/马达的进油口与液压泵/马达控制回路的第二油口连接，所述液压泵/马达控制回路的第三油口与高压蓄能器的油口连接，所述液压泵/马达控制回路的第四油口与低压蓄能器的油口连接。
优选地，所述液压泵/马达控制回路包括第一开关阀、第二开关阀、第三开关阀、比例阀、减压阀、安全阀；
所述比例阀的进油口与减压阀的出油口连接，比例阀的出油口分别与液压泵/马达的进油口、第二开关阀的出油口连接；所述减压阀的进油口与高压蓄能器的油口、第一开关阀的出油口连接；所述安全阀的出油口分别与低压蓄能器的油口、第二开关阀的进油口连接，安全阀的进油口分别与第一开关阀的进油口、液压泵/马达的出油口连接；所述第三开关阀的进油口分别与液压泵/马达的出油口、第一开关阀的进油口连接，第三开关阀的出油口分别与低压蓄能器的油口、安全阀的出油口、第二开关阀的进油口连接。
优选地，所述液压驱动系统控制逻辑如下：
当车辆行驶速度低于下坡安全速度时，若蓄能器充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压无摩擦制动，所有阀门关闭，安全阀调节马达出口压力产生于负载平衡的扭矩，当蓄电池SOC<0.8时，第二电磁离合器断开，蓄电池回收车辆下坡势能；若蓄能器未充满油液，则闭合第二电磁离合器，蓄能器回收车辆下坡势能。
当车辆行驶速度高于下坡安全速度时，若蓄能器充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压无摩擦制动，当蓄电池SOC<0.8时，为电机再生制动；若蓄能器未充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压再生制动，当蓄电池SOC<0.8时，为电机再生制动与液压再生制动共同作用；
制动过程中，通过计算汽车加速度的数值是否小于零，若小于零则无需进一步操作，若大于零则需要摩擦力制动介入以保证安全；
所述SOC为蓄电池荷电状态。
优选地，所述液压驱动系统运行模式如下：
Ⅰ)辅助启动：预先保证高压蓄能器内部充满油液，电机先不启动，第一电磁离合器、第三电磁离合器断开，第二电磁离合器闭合，通过比例阀控制高压蓄能器出口流量恒定，车辆获得初速度，起步后达到电机启动转速时，闭合第一电磁离合器，电机启动；
Ⅱ)加速或爬坡行驶：比例阀和第三开关阀打开，加速时，电机和高压蓄能器一起驱动车桥，至高压蓄能器油液完全释放，辅助电机驱动汽车加速或者爬坡；
Ⅲ)匀高速行驶：若高压蓄能器的压力低于最大设定压力，则第二电磁离合器断开，第三电磁离合器闭合，阻尼叶片带动液压泵/马达运转，高压蓄能器回收风能。若高压蓄能器的压力等于最大设定压力，则第三电磁离合器断开；
Ⅳ)匀中、低速行驶：若高压蓄能器的压力低于最大设定压力，则第二电磁离合器闭合，电机向高压蓄能器充液。若高压蓄能器的压力等于最大设定压力，则第二电磁离合器断开；
Ⅴ)下坡制动缓速：第二电磁离合器闭合，高压蓄能器回收车辆下坡势能，控制液压泵/马达排量使液压制动扭矩与下坡时重力牵引负载平衡，维持速度平稳，当高压蓄能器的压力达到最大设定压力时，第二电磁离合器断开，蓄电池回收车辆下坡势能，发电的同时产生阻力矩阻止车辆行驶，产生制动效果。
优选地，所述电力驱动系统的功率大于液压驱动系统的功率。
优选地，所述耦合机构为转矩耦合或转速耦合。
优选地，所述耦合机构为行星齿轮。
本发明的有益效果是：本发明提供的电液混合动力传动系统，是在原有的电动汽车动力传动系统的基础上，增加了由电磁离合器、阻尼叶片、齿轮箱组成的风能回收系统以及液压泵/马达、蓄能器、液压阀、液压控制器组成的液压驱动系统，对液压控制回路进行了一系列的改进和完善，能够更加有效的回收制动能量并显著提高能量利用率，同时可以防止起步大电流对蓄电池的影响，延长发动机的使用寿命，减轻制动器刹车片的磨损。
附图说明
图1是本发明电液混合动力传动系统整车结构方案示意图；
图2是本发明的液压驱动系统参与驱动模式控制逻辑图；
图3是本发明的液压驱动系统参与制动模式控制逻辑框图。
附图标记说明：1、电机；2、第一电磁离合器；3、耦合机构；4、第二电磁离合器；5、轮毂；6、液压泵/马达；7、第三开关阀；8、安全阀；9、低压蓄能器；10、第二开关阀；11、第一开关阀；12、减压阀；13、比例阀；14、高压蓄能器；15、齿轮箱；16、第三电磁离合器；17、阻尼叶片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本发明的一种电液混合动力传动系统，包括电力驱动系统、液压驱动系统、风能回收系统。电力驱动系统包括依次连接的电机1、第一电磁离合器2和耦合机构3。风能回收系统包括依次连接的阻尼叶片17、第三电磁离合器16以及齿轮箱15，在汽车高速行驶的过程中，通过压泵/马达控制回路回收风能。液压驱动系统包括液压泵/马达6、液压泵/马达6控制回路以及蓄能器，蓄能器包括低压蓄能器9和高压蓄能器14。耦合机构3为转矩耦合或转速耦合，本实施例中优选耦合机构3为行星齿轮。进一步的，电力驱动系统的功率大于液压驱动系统的功率。耦合机构3还与轮毂5相连接。
齿轮箱15通过第二电磁离合器4与耦合机构3相连接。液压泵/马达6的动力输出端与齿轮箱15连接，液压泵/马达6的出油口与液压泵/马达6控制回路的第一油口连接，液压泵/马达6的进油口与液压泵/马达6控制回路的第二油口连接，液压泵/马达6控制回路的第三油口与高压蓄能器14的油口连接，液压泵/马达6控制回路的第四油口与低压蓄能器9的油口连接。
液压泵/马达6通过耦合机3构作用于主传动系统，高压蓄能器14通过释放压力油驱动马达旋转并驱动车辆，主要应用于辅助启动、加速、爬坡等工作情况.当汽车制动时，液压泵旋转，高压蓄能器14回收车辆下坡势能，控制马达排量使液压制动扭矩与下坡时重力牵引负载平衡，使车辆保持安全下坡速度行驶，液压泵/马达6既可以作为泵工况使用也可以作为马达工况使用，在车辆行驶时分别起将压力油压回高压蓄能器14及驱动车辆的作用。
具体的，液压泵/马达6控制回路包括第一开关阀11、第二开关阀10、第三开关阀7、比例阀13、减压阀12、安全阀8。比例阀13的进油口与减压阀12的出油口连接，比例阀13的出油口分别与液压泵/马达6的进油口、第二开关阀10的出油口连接；减压阀12的进油口与高压蓄能器14的油口、第一开关阀11的出油口连接；安全阀8的出油口分别与低压蓄能器9的油口、第二开关阀10的进油口连接，安全阀8的进油口分别与第一开关阀11的进油口、液压泵/马达6的出油口连接；第三开关阀7的进油口分别与液压泵/马达6的出油口、第一开关阀11的进油口连接，第三开关阀7的出油口分别与低压蓄能器9的油口、安全阀8的出油口、第二开关阀10的进油口连接。
本发明的工作原理为：在辅助车辆启动、加速、爬坡的时候，高压蓄能器14释放压力油驱动液压泵/马达6旋转，辅助电机1启动或者加速，当车辆匀高速运行时，外部风阻带动叶片旋转，阻尼叶片17带动马达运转想蓄能器中充液，从而回收风能，当车辆速度较低时，电机1在驱动车辆的同时为蓄能器充液，当车辆制动时，根据预设的逻辑框图调动液压系统或电力驱动系统进行工作，通过判断蓄能器和蓄电池的状态来决定制动方式，产生相应的制动扭矩与下坡时重力牵引负载平衡，维持速度平稳。
具体来说，本发明的系统工作模式如下：
如图2所示，本发明的液压驱动系统参与驱动模式控制逻辑图，液压驱动系统参与工作的方式如下：
Ⅰ)辅助启动：预先保证高压蓄能器14内部充满油液，电机1先不启动，第一电磁离合器2、第三电磁离合器16断开，第二电磁离合器4闭合，通过比例阀13控制高压蓄能器14出口流量恒定，车辆获得初速度，起步后达到电机1启动转速时，闭合第一电磁离合器2，电机1启动；
Ⅱ)加速或爬坡行驶：比例阀13和第三开关阀7打开，加速时，电机1和高压蓄能器14一起驱动车桥，至高压蓄能器14油液完全释放，辅助电机1驱动汽车加速或者爬坡；
Ⅲ)匀高速行驶：若高压蓄能器14的压力低于最大设定压力，则第二电磁离合器4断开，第三电磁离合器16闭合，阻尼叶片17带动液压泵/马达6运转，高压蓄能器14回收风能。若高压蓄能器14的压力等于最大设定压力，则第三电磁离合器16断开；
Ⅳ)匀中、低速行驶：若高压蓄能器14的压力低于最大设定压力，则第二电磁离合器4闭合，电机1向高压蓄能器14充液。若高压蓄能器14的压力等于最大设定压力，则第二电磁离合器4断开；
Ⅴ)下坡制动缓速：第二电磁离合器4闭合，高压蓄能器14回收车辆下坡势能，控制液压泵/马达6排量使液压制动扭矩与下坡时重力牵引负载平衡，维持速度平稳，当高压蓄能器14的压力达到最大设定压力时，第二电磁离合器4断开，蓄电池回收车辆下坡势能，发电的同时产生阻力矩阻止车辆行驶，产生制动效果。
如图3所示，本发明的液压驱动系统参与制动模式控制逻辑框图，液压驱动系统参与工作的方式控制逻辑如下：
当车辆行驶速度低于下坡安全速度时，若蓄能器充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压无摩擦制动，所有阀门关闭，安全阀8调节马达出口压力产生于负载平衡的扭矩，当蓄电池SOC<0.8时，第二电磁离合器4断开，蓄电池回收车辆下坡势能；若蓄能器未充满油液，则闭合第二电磁离合器4，蓄能器回收车辆下坡势能。
当车辆行驶速度高于下坡安全速度时，若蓄能器充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压无摩擦制动，当蓄电池SOC<0.8时，为电机1再生制动；若蓄能器未充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压再生制动，当蓄电池SOC<0.8时，为电机1再生制动与液压再生制动共同作用；SOC为蓄电池荷电状态。
制动过程中，通过计算汽车加速度的数值是否小于零，若小于零则无需进一步操作，若大于零则需要摩擦力制动介入以保证安全。
整体而言，本发明提供的电液混合传动系统，能够更加有效的回收制动能量并显著提高能量利用率，同时可以防止起步冲击大电流对蓄电池的影响，延长蓄电池的使用寿命，减轻制动器刹车片的磨损。该传动系统具有很强的应用价值，值得在业内推广。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电液混合动力传动系统，其特征在于：包括电力驱动系统、液压驱动系统、风能回收系统，所述电力驱动系统包括依次连接的电机(1)、第一电磁离合器(2)和耦合机构(3)，所述风能回收系统包括依次连接的阻尼叶片(17)、第三电磁离合器(16)以及齿轮箱(15)，所述液压驱动系统包括液压泵/马达(6)、液压泵/马达(6)控制回路以及蓄能器，所述蓄能器包括低压蓄能器(9)和高压蓄能器(14)；
所述齿轮箱(15)通过第二电磁离合器(4)与耦合机构(3)相连接；所述液压泵/马达(6)的动力输出端与所述齿轮箱(15)连接，所述液压泵/马达(6)的出油口与液压泵/马达(6)控制回路的第一油口连接，所述液压泵/马达(6)的进油口与液压泵/马达(6)控制回路的第二油口连接，所述液压泵/马达(6)控制回路的第三油口与高压蓄能器(14)的油口连接，所述液压泵/马达(6)控制回路的第四油口与低压蓄能器(9)的油口连接；所述液压泵/马达(6)控制回路包括第一开关阀(11)、第二开关阀(10)、第三开关阀(7)、比例阀(13)、减压阀(12)、安全阀(8)；
所述比例阀(13)的进油口与减压阀(12)的出油口连接，比例阀(13)的出油口分别与液压泵/马达(6)的进油口、第二开关阀(10)的出油口连接；所述减压阀(12)的进油口与高压蓄能器(14)的油口、第一开关阀(11)的出油口连接；所述安全阀(8)的出油口分别与低压蓄能器(9)的油口、第二开关阀(10)的进油口连接，安全阀(8)的进油口分别与第一开关阀(11)的进油口、液压泵/马达(6)的出油口连接；所述第三开关阀(7)的进油口分别与液压泵/马达(6)的出油口、第一开关阀(11)的进油口连接，第三开关阀(7)的出油口分别与低压蓄能器(9)的油口、安全阀(8)的出油口、第二开关阀(10)的进油口连接；
其中，所述电力驱动系统的功率大于液压驱动系统的功率；所述耦合机构(3)为转矩耦合或转速耦合。
2.根据权利要求1所述的电液混合动力传动系统，其特征在于：所述液压驱动系统控制逻辑如下：
当车辆行驶速度低于下坡安全速度时，若蓄能器充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压无摩擦制动，所有阀门关闭，安全阀(8)调节马达出口压力产生于负载平衡的扭矩，当蓄电池SOC<0.8时，第二电磁离合器(4)断开，蓄电池回收车辆下坡势能；若蓄能器未充满油液，则闭合第二电磁离合器(4)，蓄能器回收车辆下坡势能；
当车辆行驶速度高于下坡安全速度时，若蓄能器充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压无摩擦制动，当蓄电池SOC<0.8时，为电机(1)再生制动；若蓄能器未充满油液，当蓄电池SOC>0.8时，为液压再生制动，当蓄电池SOC<0.8时，为电机(1)再生制动与液压再生制动共同作用；
制动过程中，通过计算汽车加速度的数值是否小于零，若小于零则无需进一步操作，若大于零则需要摩擦力制动介入以保证安全；
所述SOC为蓄电池荷电状态。
3.根据权利要求1或2所述的电液混合动力传动系统，其特征在于：所述液压驱动系统运行模式如下：
Ⅰ)辅助启动：预先保证高压蓄能器(14)内部充满油液，电机(1)先不启动，第一电磁离合器(2)、第三电磁离合器(16)断开，第二电磁离合器(4)闭合，通过比例阀(13)控制高压蓄能器(14)出口流量恒定，车辆获得初速度，起步后达到电机(1)启动转速时，闭合第一电磁离合器(2)，电机(1)启动；
Ⅱ)加速或爬坡行驶：比例阀(13)和第三开关阀(7)打开，加速时，电机(1)和高压蓄能器(14)一起驱动车桥，至高压蓄能器(14)油液完全释放，辅助电机(1)驱动汽车加速或者爬坡；
Ⅲ)匀高速行驶：若高压蓄能器(14)的压力低于最大设定压力，则第二电磁离合器(4)断开，第三电磁离合器(16)闭合，阻尼叶片(17)带动液压泵/马达(6)运转，高压蓄能器(14)回收风能；若高压蓄能器(14)的压力等于最大设定压力，则第三电磁离合器(16)断开；
Ⅳ)匀中、低速行驶：若高压蓄能器(14)的压力低于最大设定压力，则第二电磁离合器(4)闭合，电机(1)向高压蓄能器(14)充液；若高压蓄能器(14)的压力等于最大设定压力，则第二电磁离合器(4)断开；
Ⅴ)下坡制动缓速：第二电磁离合器(4)闭合，高压蓄能器(14)回收车辆下坡势能，控制液压泵/马达(6)排量使液压制动扭矩与下坡时重力牵引负载平衡，维持速度平稳，当高压蓄能器(14)的压力达到最大设定压力时，第二电磁离合器(4)断开，蓄电池回收车辆下坡势能，发电的同时产生阻力矩阻止车辆行驶，产生制动效果。
4.根据权利要求1-3任一所述的电液混合动力传动系统，其特征在于：所述耦合机构(3)为行星齿轮。
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