CN110667547A - 一种车用电比例液压混合动力装置及其控制方法 - Google Patents

一种车用电比例液压混合动力装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于一种混合动力汽车控制系统领域，具体涉及一种车用电比例液压混合动力装置包括：柱塞泵,用于将车辆动能转化为势能储存在蓄能器中或者将蓄能器中的势能释放为辅助驱动车辆的动能；所述柱塞泵与汽车共用主轴，且柱塞泵为电比例轴向变量柱塞泵；高压蓄能器，低压蓄能器；控制电机泵组，用于控制柱塞泵的排量；刹车传感器，用于感知刹车的位置；油门传感器，用于感知油门的位置；压力传感器，用于感知高压蓄能器内的油液压力；主动蓄能开关，用于主动控制柱塞泵的排量；控制器，用于控制上述各个设备。同时本方案还公开了其控制方法，与传统的混合动力装置相比，本方案节省空间且能量回收效果好，值得推广运用。

Description

一种车用电比例液压混合动力装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车控制系统领域，具体涉及一种车用电比例液压混合动力装置及其控制方法。
背景技术
目前国内中、重型卡车的制动基本都采用刹车片，同时配备水箱对刹车片进行喷水冷却。同时，其在在市区道路行驶时，会频繁出现地启动、制动等工况，在启动过程中，对发动机的输出功率要求很高；在制动过程中，其制动能量一般转化为制动器上的热量以热能形式散失掉，这样不仅浪费能量，还会导致系统发热和元件损耗。在公路下坡路况行驶时，一般要求运行平稳匀速，这同时也要求司机不断地刹车制动，因此也会产生制动能量，同样，这些制动能量也转化为热量以热能形式散掉。
简单的总结下，目前的中、重型卡车在刹车时主要存在以下几个缺点：①从我国地理环境来看，绝大多数地方冬天都可能达到零下，冷却水洒到道路上结冰会给公路交通带来较大的安全隐患。②刹车时车辆动能被消耗为热量，能耗大。③发动机排放主要取决于路况和驾驶习惯。④冷却水和刹车片的消耗也是不小的成本。
有的厂家在卡车上加装了缓速器辅助刹车，解决了第①和第④个问题，但不能对能耗、排放产生有利作用。
另外，申请号为201811637316.6的专利，其公开了一种重型汽车混合动力控制系统及控制方法；所述控制系统由车轮驱动子系统、液压子系统、气压子系统组成；所述控制方法包括停车制动能量回收控制模式、车辆下坡行驶过程能量回收控制模式、车辆下坡控制策略、启动控制模式。采用本发明所述的控制系统及控制方法，可以利用液压子系统高功率密度和快速响应的特点，主要回收制动能量；利用气压子系统高能量密度和慢动态的特点，主要回收车辆下坡运动能量，并将气压子系统回收能量产生的压缩空气用于注入发动机或用于刹车等辅助功能，从而提高发动机燃油经济性，有效避免车辆能量浪费。
上述专利方案对车辆的能量有了良好的回收利用，但是在较为复杂的路况下，比如超长下坡急陡坡等的应急方案以及提高驾驶舒适度方面都还有很多可以提高的空间。同时，在汽车这种结构和空间非常紧凑的结构下，特别是在主轴部分，如何更加节省空间的情况下对汽车刹车时进行节能回收就异常的重要。因此，急需一种新型的液压混合动力装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节省空间且能量回收效果好的车用电比例液压混合动力装置。
为了达到上述目的，本发明提供一种车用电比例液压混合动力装置，包括柱塞泵,用于将车辆动能转化为势能储存在蓄能器中或者将蓄能器中的势能释放为辅助驱动车辆的动能；所述柱塞泵与汽车共用主轴，且柱塞泵为电比例轴向变量柱塞泵；高压蓄能器，用于储存柱塞泵传递来的液压能；低压蓄能器，用于油箱；控制电机泵组，用于控制柱塞泵的排量；刹车传感器，用于感知刹车的位置；油门传感器，用于感知油门的位置；压力传感器，用于感知高压蓄能器内的油液压力；主动蓄能开关，用于主动控制柱塞泵的排量；控制器，用于控制上述各个设备。
进一步，还包括强制关闭开关，用于强制控制柱塞泵回到中位状态。在某些特殊的情况下，需要关闭装置时，按下强制关闭按钮，泵回到中位状态，不搜集也不释放能量。
进一步，还包括风冷装置，用于冷却整个系统。风力装置可有效的对整个系统进行冷却。
进一步，所述风冷装置包括散热器、风扇、溢流阀和用于驱动风扇的风扇马达，所述溢流阀设置在高压蓄能器上，所述散热器设置在溢流回路上，所述风扇正对散热器。利用溢流出来的高压油进行冷却，效果更好，更加节能环保。
进一步，还包括节流阀，所述节流阀与风扇马达并联。节流阀的设置，和溢流阀一起，有效的控制油液的流量。
进一步，还包括比例控制阀，所述比例控制阀与控制电机泵组一起协同控制柱塞泵的排量。相对于单独用控制电机泵组来控制柱塞泵的流量，增加比例控制阀后，对柱塞泵的流量控制更加的精确。
本发明的另一目的在于提供一种车用电比例液压混合动力装置的控制方法，包括以下控制步骤：
步骤一，车辆发动机启动时，控制器控制柱塞泵处于中位，其排量为零，不转化能量，其内部零件随着变速箱和车桥之间的主轴做空载运转；
步骤二，当车辆遇到下坡或者需要减速的时候，驾驶员踩刹车，刹车传感器感知到刹车位置，输出信号到控制器；
步骤三，控制器经过计算，将控制信号传递到控制电机泵组和比例控制阀。
步骤四，控制电机泵组为比例控制阀提供中压控制油，控制柱塞泵将排量切换到与刹车位置对应的排量；
步骤五，主轴带动柱塞泵将低压油箱中的液压油输送到高压蓄能器中；
步骤六，高压蓄能器内的高压空气被柱塞泵输送进来液压油进一步压缩，形成势能储存起来；同时，柱塞泵由于要转化机械能为势能，对汽车主轴有一个与旋转方向相反反作用力矩，此力矩对汽车起制动作用，即完成了驾驶员踩刹车的制动需求。
进一步，还包括以下控制步骤：
当车辆处于上坡状态时，油门传感器感知到油门位置，输出信号到控制器；与刹车状态同原理，柱塞泵被切换到与油门位置对应的马达工况排量；高压蓄能器的油液经过柱塞泵进入到低压油箱，能量通过柱塞泵释放；此时柱塞泵对主轴有一个与旋转方向相同的作用力矩，对汽车起加速推动作用；此力矩与发动机力矩一起，完成驾驶员踩油门的加速需求。
进一步，还包括以下控制步骤：
当驾驶员在预见即将进入上坡路况并希望得到助力时，可以按下主动蓄能开关；此时柱塞泵进入一个预设的蓄能排量，在进入上坡路况前将高压油传送入高压蓄能器进行能量存贮；进入上坡路段后，关闭主动蓄能开关，释放能量进行上坡助力。
进一步，还包括以下控制步骤：
当高压蓄能器积蓄的能量超过蓄能器的极限时，高压油通过溢流阀溢流以保护高压蓄能器；溢流后的高压油通过风扇马达及一个并联的节流阀后，进入散热器，再进入到柱塞泵一直循环；风扇马达带动风扇，对经过散热器的高温液压油进行冷却，消耗多余能量的同时，对整个系统进行散热。
进一步，还包括以下控制步骤：
当高压蓄能器内的油液即将放完，压力传感器将信号反馈到控制器，控制电机泵组停止，柱塞泵回到中位。
与传统的混合动力装置相比，本方案具有以下优点：
①用混合液压动力代替刹车片进行减速，刹车片为备用与辅助，基本消除了冬季因卡车喷水冷却造成道路结冰或者湿滑的交通安全隐患。
②紧急刹车时，与刹车片一起制动，大幅减小刹车距离。
③减速、刹车时的能量基本被收集起来，作为加速、启动的辅助能源，节约了大量的能量，特别是在坡道、转弯较多的南方，可以降低15%~30%油耗。
④辅助能源在助力的时候，可以优化发动机的效率，同时降低排放。
⑤刹车片的日常损耗降到很低。
⑥电比例排量控制，刹车、加速辅助为无极力矩变化，驾驶舒适。
⑦柱塞泵的传动轴与汽车主轴共用，节约空间。
⑧通过柱塞泵（反向工况则为马达）来实现能量的收集和使用，柱塞泵的轴直接与传动机构连接，泵的转速、旋向直接与车速结合，通过泵自身的排量调节机构来调节扭矩传递大小；
⑨具有主动蓄能功能、强制关闭等多种功能。
附图说明
图1为本发明实施例的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：柱塞泵1、比例控制阀2、控制器3、控制电机泵组4、主动蓄能开关5、刹车传感器6、油门传感器7、高压蓄能器8、溢流阀9、低压油箱10、散热器11、风扇12、风扇马达13、压力传感器14、强制关闭开关15、车桥16、变速箱17、主轴18。
实施例基本如附图1所示：
本发明主要包含以下装置：
一个电比例轴向变量柱塞泵1，上面集成比例控制阀2。它可以在泵和马达模式中切换，装置使用过程中作为能量转化的元件，将车辆动能转化为势能储存在蓄能器中或者将蓄能器中的势能释放为辅助驱动车辆的动能。如图所示，车桥16和变速箱17之间为汽车的主轴18，柱塞泵1的传动轴与主轴18共用一个轴，占用空间小。
高压蓄能器8，用来储存柱塞泵1传递来的液压能；
低压蓄能器作为油箱。
刹车传感器6、油门传感器7、压力传感器14等传感器；
一套控制器3，接收来自主动蓄能开关5、刹车传感器6、油门传感器7、压力传感器14的信号，对柱塞泵1的工作模式进行切换，并对其排量进行比例闭环控制，以及其他整个系统的控制。
一套控制电机泵组4和比例控制阀2，根据控制器3的信号进行开关，输出流量和压力，用于控制柱塞泵1的排量。
一套带风扇12的风冷装置，风冷装置包括撒热器11、节流阀、风扇12、溢流阀9和用于驱动风扇12的风扇12马达13，节流阀与风扇12马达13并联，溢流阀9设置在高压蓄能器8上，撒热器11设置在溢流回路上，风扇12正对撒热器11。在平时，液压马达不工作，系统油液从撒热器11通过，靠行驶过程中的风来冷却整个系统。在长下坡，蓄能器已经蓄满能时，风扇12被液压马达驱动，向撒热器11吹风，实行强制冷却。
另外，还设置有强制关闭开关15，强制开关与控制器3相连，用于在某些特殊的情况下强制控制柱塞泵1回到中位状态。
具体的控制方法，主要包括几个状态：包括车辆发动机启动时；下坡或者需要减速的时候；当车辆处于上坡状态时；当驾驶员在预见即将进入上坡路况并希望得到助力时；当特殊情况下需要关闭装置时；当柱塞泵1积蓄的能量超过蓄能器的极限时以及高压蓄能器8内的油液即将放完时。
具体为：
车辆发动机启动时，控制器3控制柱塞泵1处于中位，其排量为零，不转化能量，其内部零件随着变速箱17和车桥16之间的主轴18做空载运转。
当车辆遇到下坡或者需要减速的时候，驾驶员踩刹车，刹车传感器6感知到刹车位置，输出信号到控制器3；控制器3经过计算，将控制信号传递到控制电机泵组4和比例控制阀2。控制电机泵组4为比例控制阀2提供中压控制油，控制柱塞泵1将排量切换到与刹车位置对应的排量；主轴18带动柱塞泵1将低压油箱10中的液压油输送到高压蓄能器8中；高压蓄能器8内的高压空气被柱塞泵1输送进来液压油进一步压缩，形成势能储存起来；同时，柱塞泵1由于要转化机械能为势能，对汽车主轴18有一个与旋转方向相反反作用力矩，此力矩对汽车起制动作用，即完成了驾驶员踩刹车的制动需求。
当车辆处于上坡状态时，油门传感器7感知到油门位置，输出信号到控制器3；与刹车状态同原理，柱塞泵1被切换到与油门位置对应的马达工况排量；高压蓄能器8的油液经过柱塞泵1进入到低压油箱10，能量通过柱塞泵1释放；此时柱塞泵1对主轴18有一个与旋转方向相同的作用力矩，对汽车起加速推动作用；此力矩与发动机力矩一起，完成驾驶员踩油门的加速需求。
当驾驶员在预见即将进入上坡路况并希望得到助力时，可以按下主动蓄能开关5；此时柱塞泵1进入一个预设的蓄能排量，在进入上坡路况前将高压油传送入高压蓄能器8进行能量存贮；进入上坡路段后，关闭主动蓄能开关5，释放能量进行上坡助力。
当特殊情况下需要关闭装置时；按下强制关闭按钮，泵回到中位状态，不搜集也不释放能量。
当高压蓄能器8积蓄的能量超过蓄能器的极限时，高压油通过溢流阀9溢流以保护高压蓄能器8；溢流后的高压油通过风扇12马达13及一个并联的节流阀后，进入撒热器11，再进入到柱塞泵1一直循环；风扇12马达13带动风扇12，对经过撒热器11的高温液压油进行冷却，消耗多余能量的同时，对整个系统进行散热。
当高压蓄能器8内的油液即将放完，压力传感器14将信号反馈到控制器3，控制电机泵组4停止，柱塞泵1回到中位。
与传统的混合动力装置相比，本方案节省空间且能量回收效果好，值得推广运用。
需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本发明中的具体含义。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (11)

1.一种车用电比例液压混合动力装置，其特征在于,包括:
柱塞泵, 用于将车辆动能转化为势能储存在蓄能器中或者将蓄能器中的势能释放为辅助驱动车辆的动能；所述柱塞泵与汽车共用主轴，且柱塞泵为电比例轴向变量柱塞泵；
高压蓄能器，用于储存柱塞泵传递来的液压能；
低压蓄能器，用于油箱；
控制电机泵组，用于控制柱塞泵的排量；
刹车传感器，用于感知刹车的位置；
油门传感器，用于感知油门的位置；
压力传感器，用于感知高压蓄能器内的油液压力；
主动蓄能开关，用于主动控制柱塞泵的排量；
控制器，用于控制上述各个设备。
2.根据权利要求1所述的一种车用电比例液压混合动力装置，其特征在于：还包括强制关闭开关，用于强制控制柱塞泵回到中位状态。
3.根据权利要求2所述的一种车用电比例液压混合动力装置，其特征在于：还包括风冷装置，用于冷却整个系统。
4.根据权利要求3所述的一种车用电比例液压混合动力装置，其特征在于：所述风冷装置包括散热器、风扇、溢流阀和用于驱动风扇的风扇马达，所述溢流阀设置在高压蓄能器上，所述散热器设置在溢流回路上，所述风扇正对散热器。
5.根据权利要求4所述的一种车用电比例液压混合动力装置，其特征在于：还包括节流阀，所述节流阀与风扇马达并联。
6.根据权利要求5所述的一种车用电比例液压混合动力装置，其特征在于：还包括比例控制阀，所述比例控制阀与控制电机泵组一起协同控制柱塞泵的排量。
7.根据权利要求6所述的一种车用电比例液压混合动力装置的控制方法，其特征在于，包括以下控制步骤：
步骤一，车辆发动机启动时，控制器控制柱塞泵处于中位，其排量为零，不转化能量，其内部零件随着变速箱和车桥之间的主轴做空载运转；
步骤二，当车辆遇到下坡或者需要减速的时候，驾驶员踩刹车，刹车传感器感知到刹车位置，输出信号到控制器；
步骤三，控制器经过计算，将控制信号传递到控制电机泵组和比例控制阀；
步骤四，控制电机泵组为比例控制阀提供中压控制油，控制柱塞泵将排量切换到与刹车位置对应的排量；
步骤五，主轴带动柱塞泵将低压油箱中的液压油输送到高压蓄能器中；
步骤六，高压蓄能器内的高压空气被柱塞泵输送进来液压油进一步压缩，形成势能储存起来；同时，柱塞泵由于要转化机械能为势能，对汽车主轴有一个与旋转方向相反反作用力矩，此力矩对汽车起制动作用，即完成了驾驶员踩刹车的制动需求。
8.根据权利要求7所述的一种车用电比例液压混合动力装置的控制方法，其特征在于：还包括以下控制步骤：
当车辆处于上坡状态时，油门传感器感知到油门位置，输出信号到控制器；与刹车状态同原理，柱塞泵被切换到与油门位置对应的马达工况排量；高压蓄能器的油液经过柱塞泵进入到低压油箱，能量通过柱塞泵释放；此时柱塞泵对主轴有一个与旋转方向相同的作用力矩，对汽车起加速推动作用；此力矩与发动机力矩一起，完成驾驶员踩油门的加速需求。
9.根据权利要求7所述的一种车用电比例液压混合动力装置的控制方法，其特征在于：还包括以下控制步骤：
当驾驶员在预见即将进入上坡路况并希望得到助力时，可以按下主动蓄能开关；此时柱塞泵进入一个预设的蓄能排量，在进入上坡路况前将高压油传送入高压蓄能器进行能量存贮；进入上坡路段后，关闭主动蓄能开关，释放能量进行上坡助力。
10.根据权利要求7所述的一种车用电比例液压混合动力装置的控制方法，其特征在于：还包括以下控制步骤：
当高压蓄能器积蓄的能量超过蓄能器的极限时，高压油通过溢流阀溢流以保护高压蓄能器；溢流后的高压油通过风扇马达及一个并联的节流阀后，进入散热器，再进入到柱塞泵一直循环；风扇马达带动风扇，对经过散热器的高温液压油进行冷却，消耗多余能量的同时，对整个系统进行散热。
11.根据权利要求7所述的一种车用电比例液压混合动力装置的控制方法，其特征在于：当高压蓄能器内的油液即将放完，压力传感器将信号反馈到控制器，控制电机泵组停止，柱塞泵回到中位。
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