CN110001377A - 一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统，涉及新能源汽车动力系统领域，包括发动机、主减速器、轮毂液压系统、行星齿轮式混合动力系统以及轮毂电机系统，通过设计轮毂液压前桥驱动、行星式混合动力后桥驱动以及分布式轮毂电机驱动相结合的整车驱动方案，充分发挥轮毂液压驱动技术高功率密度与低速高通过性特点、分布式驱动技术精确可控特点以及行星式混合动力技术无级变速与高经济性特点，提升军用越野车对复杂军用行驶工况适应性，提高整车通过性。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车的动力系统领域，准确地说，特别涉及一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统。
背景技术
由于工作环境、运行工况、负载特性与传统车辆差别较大，军用车辆对其驱动系统构型方案提出了更高的要求。随着混合动力汽车已在国际市场上占据了一席之地，从某些方面来看，混合动力技术的出现使多数采用传统动力的军事车辆显得有些落后。大多数传统军用越野车仍然使用重质燃油，而且技术相对“过时”，在行驶过程中不可避免的存在经济性、机动性、通过性以及安全性需求之间的矛盾，无法满足军用越野车在复杂军用行驶工况下的多目标需求。由此看来，发展基于多动力源系统的混合动力军用车辆对加速军队现代化建设具有重要的意义。
现有技术中，如中国专利公布号为CN109017265A，公布日为2018-12-18，公开了一种混合动力汽车多模耦合四轮驱动系统，该系统可以根据车辆的复杂行驶工况需求采取多种机电耦合驱动模式并动态分配前后轮驱动力矩，实现单独前轮驱动，单独后轮驱动，前、后轮分布式驱动和前、后轮集中式驱动，解决现有四轮驱动系统的结构缺陷和协调控制难题，提高整车的动力性、经济性和稳定性；又如中国专利公开号为CN105459804B，公开日为2016年04月06日，公开了一种轮毂马达液压混合动力系统，该发明在前轴采用液压轮毂马达驱动系统，结合原有的后轴驱动系统形成混合动力系统驱动整车，解决了传统后驱重型车在低附着路面上动力性差的缺点；又如中国专利公开号为CN105459804B，公开日为2016年04月06日，公开了一种分布式双轴驱动混合动力系统及其驱动方法，该发明在后桥加入电驱动系统，电机或发动机单独或共同工作在各自的高效区间，可以实现纯电动后轴驱动模式、发动机单独驱动模式、混合动力驱动模式和制动回收模式，能够达到节约成本，改善动力系统效率，有效减少燃油消耗的目的；上述专利采用的驱动系统构型方案，仅能满足军用越野车在部分工况下行驶时的功能需求，不能较好的解决军用越野车在行驶过程中经济性、动力性、稳定性、通过性以及安全性需求之间的矛盾。因此，有必要提出一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统对传统的军用越野车进行改进。
本发明提出的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统结合轮毂液压驱动技术高功率密度与低速高通过性特点、分布式驱动技术精确可控特点以及行星式混合动力技术无级变速与高经济性特点，能够改善车辆的经济性，提升军用越野车对复杂军用行驶工况的适应性，提高整车通过性，实现军用越野车整车动态控制品质的综合提升。
发明内容
本发明提供一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统，解决传统军用越野车行驶过程中经济性、机动性以及通过性需求之间的矛盾，满足军用越野车多目标需求，提升车辆应对战场复杂行驶工况的适应能力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统，包括发动机5、主减速器11、轮毂液压系统、行星齿轮式混合动力系统以及轮毂电机系统。
所述的轮毂液压系统包括液压变量泵22、控制阀组2、液压蓄能器3、取力装置19、取力装置输出轴20、第一驱动轴左轮轮毂液压马达23、第一驱动轴右轮轮毂液压马达1、第二驱动轴左轮轮毂液压马达21以及第二驱动轴右轮轮毂液压马达4；所述的取力装置19通过取力装置输出轴20与液压变量泵22连接；所述的液压变量泵22与控制阀组2连接，控制阀组2的外接端口D1和所有的轮毂液压马达输入端连接，控制阀组2的外接端口D2和所有的轮毂液压马达输出端连接，控制阀组2的外接端口D3和液压蓄能器3连接。
所述的行星齿轮式混合动力系统包括行星齿轮机构15、发电机18、主电机10；所述的行星齿轮机构15包括太阳轮24、行星架25、齿圈26和行星齿轮27；所述的行星架25通过发动机输出轴16与发动机5连接，太阳轮24与发电机18连接，齿圈26与主电机10连接。
所述的轮毂电机系统包括一号逆变器8、二号逆变器13、一号动力电池6、二号动力电池12、第三驱动轴左轮轮毂电机17、第三驱动轴右轮轮毂电机7、第四驱动轴左轮轮毂电机14以及第四驱动轴右轮轮毂电机9，所述的第三及第四驱动轴上各驱动车轮内均设有轮毂电机减速装置；所述的一号动力电池6与一号逆变器8电路连接，二号动力电池12与二号逆变器13电路连接；所述的一号逆变器8分别与第三驱动轴右轮轮毂电机7、第四驱动轴右轮轮毂电机9电路连接；所述的二号逆变器13分别与第三驱动轴左轮轮毂电机17、第四驱动轴左轮轮毂电机14电路连接。
军用越野车机电液耦合分布式驱动系统根据不同的行驶工况，可以实现全轮驱动模式、蠕行模式、直接行星齿轮系统驱动模式、行星齿轮系统+电动轮驱动模式以及制动能量回收模式六种不同的工作模式。
(1)全轮驱动模式：发动机5工作，一部分能量通过取力装置19、取力装置输出轴20、液压变量泵22、控制阀组2，从而驱动所述的轮毂液压系统中的四个轮毂液压马达转动，提高整车的通过性；另一部分能量通过行星机构15、主电机10、主减速器11传递到第五驱动轴驱动车辆；同时，所述的一号动力电池6、二号动力电池12分别通过一号逆变器8、二号逆变器13将动力传递到轮毂电机系统中的四个轮毂电机来驱动车辆；
(2)蠕行模式：发动机5工作，动力通过取力装置19、取力装置输出轴20、液压变量泵22、控制阀组2，从而控制所述轮毂液压系统中的四个轮毂液压马达转动；
(3)直接行星齿轮系统驱动模式：发动机5工作，一部分能量通过行星机构15、主电机10、主减速器11后传递到第五驱动轴驱动车辆，可以提升整车行驶经济性；多余能量可以依次通过行星机构15、发电机18以及二号逆变器13，将能量存储在二号动力电池12中；
(4)纯电动驱动模式：发动机5不工作，一号动力电池6通过一号逆变器8将能量传递到轮毂电机系统中的第三驱动轴右轮轮毂电机7和第四驱动轴右轮轮毂电机9，二号动力电池12通过二号逆变器13将能量传递到轮毂电机系统中的第四驱动轴左轮轮毂电机14和第三驱动轴左轮轮毂电机17来驱动车辆；
(5)行星齿轮系统+电动轮驱动模式：发动机5工作，动力通过行星机构15、主电机10、主减速器11后传递到第五驱动轴驱动车辆；同时一号动力电池6通过一号逆变器8将能量传递到轮毂电机系统中的第三驱动轴右轮轮毂电机7和第四驱动轴右轮轮毂电机9，二号动力电池12通过二号逆变器13将能量传递到轮毂电机系统中的第四驱动轴左轮轮毂电机14和第三驱动轴左轮轮毂电机17来驱动车辆；
(6)制动能量回收模式：当驾驶员踩下制动踏板时，整车驱动模式切换到制动回收模式，主电机10以及所述的轮毂电机系统中的四个轮毂电机可以工作在发电状态回收制动时产生的能量，将机械能转化为电能存储在一号动力电池6和二号动力电池12中；同时所述的液压轮毂系统也可进行制动能量回收，产生的能量对蓄能器冲压存储在蓄能器3中。
本发明与现有技术相比的有益效果为：
1.本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统可以合理解决军用越野车行驶过程中经济性与机动性、通过性以及行驶稳定性需求之间的矛盾。
2.本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统通过分布式驱动系统构型可以实现多目标协调集成控制，满足了军用越野车的多目标需求。
3.本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统通过高度集成的机电液耦合单元可以提升车辆应对战场复杂行驶工况的适应能力。
4.本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统结合分布式驱动技术独特的驱动形式与精确可控特点、轮毂液压驱动技术高功率密度与低速高通过性特点以及行星式混合动力技术无级变速与高经济性特点，能够实现整车经济性、动力性、通过性、操纵稳定性与动态控制品质的综合提升。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统结构组成示意图；
图2为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统中行星齿轮机构局部示意图；
图3为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统全轮驱动模式下的动力路线传递图；
图4为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统蠕行模式下的动力路线传递图；
图5为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统直接行星齿轮系统驱动模式下的动力路线传递图；
图6为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统纯电动驱动模式下的动力路线传递图；
图7为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统行星齿轮系统+电动轮驱动模式下的动力路线传递图；
图8为本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统制动能量回收模式下的动力路线传递图；
图1中标号说明：1.第一驱动轴右轮轮毂液压马达，2.控制阀组，3.液压蓄能器，4.第二驱动轴右轮轮毂液压马达，5.发动机，6.一号动力电池，7.第三驱动轴右轮轮毂电机，8.一号逆变器，9.第四驱动轴右轮轮毂电机，10.主电机，11.主减速器，12.二号动力电池，13.二号逆变器，14.第四驱动轴左轮轮毂电机，15.行星机构，16.发动机输出轴，17.第三驱动轴左轮轮毂电机，18.发电机，19.取力装置，20.取力装置输出轴，21.第二驱动轴左轮轮毂液压马达，22.液压变量泵，23.第一驱动轴左轮轮毂液压马达
图2中标号说明：24.太阳轮，25.行星架，26.齿圈，27.行星轮
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的物理量或具有相同或类似意义的物理量。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参阅附图1，本发明所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统，包括发动机5、主减速器11、轮毂液压系统、行星齿轮式混合动力系统以及轮毂电机系统。
所述的轮毂液压系统包括液压变量泵22、控制阀组2、液压蓄能器3、取力装置19、取力装置输出轴20、第一驱动轴左轮轮毂液压马达23、第一驱动轴右轮轮毂液压马达1、第二驱动轴左轮轮毂液压马达21以及第二驱动轴右轮轮毂液压马达4；所述的取力装置19通过取力装置输出轴20与液压变量泵22连接；所述的液压变量泵22与控制阀组2连接，控制阀组2的外接端口D1和所有的轮毂液压马达输入端连接，控制阀组2的外接端口D2和所有的轮毂液压马达输出端连接，控制阀组2的外接端口D3和液压蓄能器3连接。
所述的轮毂电机系统包括一号逆变器8、二号逆变器13、一号动力电池6、二号动力电池12、第三驱动轴左轮轮毂电机17、第三驱动轴右轮轮毂电机7、第四驱动轴左轮轮毂电机14以及第四驱动轴右轮轮毂电机9，所述的第三及第四驱动轴上各驱动车轮内均设有轮毂电机减速装置；所述的一号动力电池6与一号逆变器8电路连接，二号动力电池12与二号逆变器13电路连接；所述的一号逆变器8分别与第三驱动轴右轮轮毂电机7、第四驱动轴右轮轮毂电机9电路连接；所述的二号逆变器13分别与第三驱动轴左轮轮毂电机17、第四驱动轴左轮轮毂电机14电路连接。
参阅附图2，所述的行星齿轮式混合动力系统包括行星齿轮机构15、发电机18、主电机10；所述的行星齿轮机构15包括太阳轮24、行星架25、齿圈26和行星齿轮27；所述的行星架25通过发动机输出轴16与发动机5连接，太阳轮24与发电机18连接，齿圈26与主电机10连接。
参阅附图1、2，所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统根据不同的行驶工况，可以实现全轮驱动模式、蠕行模式、直接行星齿轮系统驱动模式、纯电动驱动模式、行星齿轮系统+电动轮驱动模式、制动能量回收模式六种不同的工作模式。
参阅附图3，军用越野车在极端工况下可采用全轮驱动模式：发动机5工作，一部分能量通过取力装置19、取力装置输出轴20、液压变量泵22、控制阀组2，从而驱动所述的轮毂液压系统中的四个轮毂液压马达转动，提高整车的通过性；另一部分能量通过行星机构15、主电机10、主减速器11传递到第五驱动轴驱动车辆；同时，所述的一号动力电池6、二号动力电池12分别通过一号逆变器8、二号逆变器13将动力传递到轮毂电机系统中的四个轮毂电机来驱动车辆，提高整车的动力性，从而满足军用越野车对极端工况的需求；
参阅附图4，军用越野车在较为恶劣的路面行驶工况下可采用蠕行模式：发动机5工作，动力通过取力装置19、取力装置输出轴20、液压变量泵22、控制阀组2，从而控制所述轮毂液压系统中的四个轮毂液压马达转动，可以使汽车用非常缓慢的速度通过比较恶劣的路面，避免了汽车因行进速度过快造成车轮打滑和陷车；
参阅附图5，军用越野车在需求功率较小的行驶工况下也可采用直接行星齿轮系统驱动模式：发动机5工作，一部分能量通过行星机构15、主电机10、主减速器11后传递到第五驱动轴驱动车辆，可以提升整车行驶经济性；多余能量可以依次通过行星机构15、发电机18以及二号逆变器13，将能量存储在二号动力电池12中；
参阅附图6，军用越野车在隐蔽性和安全性要求较高的行驶工况下可以采用纯电动驱动模式：发动机5不工作，一号动力电池6通过一号逆变器8将能量传递到轮毂电机系统中的第三驱动轴右轮轮毂电机7和第四驱动轴右轮轮毂电机9，二号动力电池12通过二号逆变器13将能量传递到轮毂电机系统中的第四驱动轴左轮轮毂电机14和第三驱动轴左轮轮毂电机17来驱动车辆，可以减小行驶过程的工作噪声，提高军用越野车的战场生存率；
参阅附图7，军用越野车在绝大部分行驶工况下可采用行星齿轮系统+电动轮驱动模式：发动机5工作，动力通过行星机构15、主电机10、主减速器11后传递到第五驱动轴驱动车辆；同时一号动力电池6通过一号逆变器8将能量传递到轮毂电机系统中的第三驱动轴右轮轮毂电机7和第四驱动轴右轮轮毂电机9，二号动力电池12通过二号逆变器13将能量传递到轮毂电机系统中的第四驱动轴左轮轮毂电机14和第三驱动轴左轮轮毂电机17来驱动车辆；
参阅附图8，制动能量回收模式：当驾驶员踩下制动踏板时，整车驱动模式切换到制动回收模式，主电机10以及所述的轮毂电机系统中的四个轮毂电机可以工作在发电状态回收制动时产生的能量，将机械能转化为电能存储在一号动力电池6和二号动力电池12中；同时所述的液压轮毂系统也可进行制动能量回收，产生的能量对蓄能器冲压存储在蓄能器3中。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统，其特征在于，包括：发动机(5)、主减速器(11)、轮毂液压系统、行星齿轮式混合动力系统以及轮毂电机系统；
所述的轮毂液压系统包括液压变量泵(22)、控制阀组(2)、液压蓄能器(3)、取力装置(19)、取力装置输出轴(20)、第一驱动轴左轮轮毂液压马达(23)、第一驱动轴右轮轮毂液压马达(1)、第二驱动轴左轮轮毂液压马达(21)以及第二驱动轴右轮轮毂液压马达(4)；所述的取力装置(19)通过取力装置输出轴(20)与液压变量泵(22)连接；所述的液压变量泵(22)与控制阀组(2)连接，控制阀组(2)的外接端口D1和所有的轮毂液压马达输入端连接，控制阀组(2)的外接端口D2和所有的轮毂液压马达输出端连接，控制阀组(2)的外接端口D3和液压蓄能器(3)连接；
所述的行星齿轮式混合动力系统包括行星齿轮机构(15)、发电机(18)、主电机(10)；所述的行星齿轮机构(15)包括太阳轮(24)、行星架(25)、齿圈(26)和行星齿轮(27)；所述的行星架(25)通过发动机输出轴(16)与发动机(5)连接，太阳轮(24)与发电机(18)连接，齿圈(26)与主电机(10)连接；
所述的轮毂电机系统包括一号逆变器(8)、二号逆变器(13)、一号动力电池(6)、二号动力电池(12)、第三驱动轴左轮轮毂电机(17)、第三驱动轴右轮轮毂电机(7)、第四驱动轴左轮轮毂电机(14)以及第四驱动轴右轮轮毂电机(9)，所述的第三及第四驱动轴上各驱动车轮内均设有轮毂电机减速装置；所述的一号动力电池(6)与一号逆变器(8)电路连接，二号动力电池(12)与二号逆变器(13)电路连接；所述的一号逆变器(8)分别与第三驱动轴右轮轮毂电机(7)、第四驱动轴右轮轮毂电机(9)电路连接；所述的二号逆变器(13)分别与第三驱动轴左轮轮毂电机(17)、第四驱动轴左轮轮毂电机(14)电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种军用越野车机电液耦合分布式驱动系统，其特征在于，军用越野车机电液耦合分布式驱动系统根据不同的行驶工况，可以实现全轮驱动模式、蠕行模式、直接行星齿轮系统驱动模式、行星齿轮系统+电动轮驱动模式以及制动能量回收模式六种不同的工作模式；
1)全轮驱动模式：发动机(5)工作，一部分能量通过取力装置(19)、取力装置输出轴(20)、液压变量泵(22)、控制阀组(2)，从而驱动所述的轮毂液压系统中的四个轮毂液压马达转动，提高整车的通过性；另一部分能量通过行星机构(15)、主电机(10)、主减速器(11)传递到第五驱动轴驱动车辆；同时，所述的一号动力电池(6)、二号动力电池(12)分别通过一号逆变器(8)、二号逆变器(13)将动力传递到轮毂电机系统中的四个轮毂电机来驱动车辆；
2)蠕行模式：发动机(5)工作，动力通过取力装置(19)、取力装置输出轴(20)、液压变量泵(22)、控制阀组(2)，从而控制所述轮毂液压系统中的四个轮毂液压马达转动；
3)直接行星齿轮系统驱动模式：发动机(5)工作，一部分能量通过行星机构(15)、主电机(10)、主减速器(11)后传递到第五驱动轴驱动车辆，可以提升整车行驶经济性；多余能量可以依次通过行星机构(15)、发电机(18)以及二号逆变器(13)，将能量存储在二号动力电池(12)中；
4)纯电动驱动模式：发动机(5)不工作，一号动力电池(6)通过一号逆变器(8)将能量传递到轮毂电机系统中的第三驱动轴右轮轮毂电机(7)和第四驱动轴右轮轮毂电机(9)，二号动力电池(12)通过二号逆变器(13)将能量传递到轮毂电机系统中的第四驱动轴左轮轮毂电机(14)和第三驱动轴左轮轮毂电机(17)来驱动车辆；
5)行星齿轮系统+电动轮驱动模式：发动机(5)工作，动力通过行星机构(15)、主电机(10)、主减速器(11)后传递到第五驱动轴驱动车辆；同时一号动力电池(6)通过一号逆变器(8)将能量传递到轮毂电机系统中的第三驱动轴右轮轮毂电机(7)和第四驱动轴右轮轮毂电机(9)，二号动力电池(12)通过二号逆变器(13)将能量传递到轮毂电机系统中的第四驱动轴左轮轮毂电机(14)和第三驱动轴左轮轮毂电机(17)来驱动车辆；
6)制动能量回收模式：当驾驶员踩下制动踏板时，整车驱动模式切换到制动回收模式，主电机(10)以及所述的轮毂电机系统中的四个轮毂电机可以工作在发电状态回收制动时产生的能量，将机械能转化为电能存储在一号动力电池(6)和二号动力电池(12)中；同时所述的液压轮毂系统也可进行制动能量回收，产生的能量对蓄能器冲压存储在蓄能器(3)中。
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