CN113147377A - 单电机电液混合驱动的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种单电机电液混合驱动系统及其控制方法，包括：液压油箱总成，液压油泵，液压油泵离合器，储能器，溢流阀，单向阀，第一电机，第一离合器，第一制动器，行星轮机构，第二制动器，第二电机，第二离合器，变速箱输入轴液压驱动齿轮，第三离合器，第四离合器，变速箱输出轴液压驱动齿轮，驱动控制单元，电磁阀，驱动液压马达，变速箱输出轴耦合齿轮，变速箱，变速箱输入轴耦合齿轮。利用行星轮系的机械耦合关系，同时结合离合器和制动器，可在变速箱输入轴之前形成一个2挡变速的效果，从而降低电机扭矩，以减小驱动电机尺寸提高负载率进而提高电驱系统效率。

Description

单电机电液混合驱动的系统

技术领域

本发明涉及纯电动车辆液压领域，具体是指一种单电机电液混合驱动的系统。

背景技术

在经常重载起步、重载爬坡、频繁重载起停、非道路重载低速行驶工况的电动车辆在如上工作场景下经常出现如下问题：1.起步动力不足，为了正常起步，通常配备较大的驱动电机或者较多挡位的变速箱；2.重载爬坡换挡时动力中断容易产生溜坡风险；对于这些车辆或场景的需求特点有：

1.速度不高，起停频繁；

2.极大阻力起步或坡起，需要峰值驱动扭矩补偿，不能无限增大电机或变速箱；

3.动力不中断或少中断，防止驱动失效；

4.重载起步平稳，防溜坡能力强；

5.减小电机和变速器尺寸，提高负载率和效率，但不能减少驱动能力。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足负载率高、驱动失效风险低、适用范围较为广泛的单电机电液混合驱动的系统。

为了实现上述目的，本发明的单电机电液混合驱动的系统如下：

该单电机电液混合驱动的系统，其主要特点是，所述的系统包括液压油箱总成、液压油泵、液压油泵离合器、储能器、溢流阀、单向阀、驱动电机、行星轮机构、第一制动器、第一离合器、变速箱、驱动液压马达、第二离合器、电磁阀、驱动控制单元、变速箱输出轴液压驱动齿轮和变速箱输出轴耦合齿轮，所述的驱动电机动力经过行星轮机构再连接变速箱的输入轴，其中驱动电机与行星轮机构的齿圈连接，行星机构的行星架与变速箱输入轴连接，行星机构的太阳轮与第一制动器连接，通过第一制动器和第一离合器的状态调整。

较佳地，所述的液压油泵通过液压油泵离合器与驱动电机连接，液压油泵的油液输入口连接至液压油箱，液压油泵的输出口处溢流阀输入端与单向阀输入端并联，单向阀输出口处蓄能器与电磁阀输入口并联，电磁阀连通或中断来自液压马达的动力，其中蓄能器能够缓冲液压回路中的压力脉动冲击，与液压油泵共同形成渐变可控且平稳的液压动力输出。

较佳地，所述的系统根据液压油泵离合器和第二离合器的状制态控，通过耦合齿轮，实现驱动电机扭矩通过液压动力传递在变速箱输出轴耦合。

较佳地，所述的驱动控制单元实现对驱动电机、离合器、制动器、电磁阀的控制功能，同时可配合变速箱系统或车辆其它系统完成动力系统的逻辑控制功能。

较佳地，所述的系统具有三种驱动模式，根据行星轮系机构工作原理，通过驱动控制单元的策略控制，实现电机驱动模式、液压驱动模式和电液混合驱动模式。

较佳地，所述的系统通过离合器的状态控制和使用工况，形成5种液压动力参与行车驱动的模式，即起步辅助模式、换挡辅助模式、防溜坡辅助模式、跛行模式和隔离模式。

采用了本发明的单电机电液混合驱动的系统，拓宽驱动系统的高效功率的工况覆盖范围，从而提高了车辆的综合经济性能；通过液压动力耦合，提高了车辆起步或通过能力，提高了车辆的平稳起步能力，补偿了换挡动力中断，优化了换挡感受，增加了液压防溜坡能力；电液动力混合后，可适当降低电机或变速器的容量，降低了电动力系统的尺寸和成本；由于液压系统可将电机的动力转化并传递到变速箱输出轴端，降低了变速系统失效后的驱动完全失效风险，可执行液压蠕行驱动功能。

附图说明

图1为本发明的单电机电液混合驱动的系统示意图。

附图标记：

1 液压油箱总成；

2 液压油泵；

3 液压油泵离合器；

4 储能器；

5 溢流阀；

6 单向阀；

7 驱动电机；

8 行星轮机构；

9 第一制动器；

10 第一离合器；

11 变速箱；

12 驱动液压马达；

13 第二离合器；

14 电磁阀；

15 驱动控制单元；

16 变速箱输出轴液压驱动齿轮；

17 变速箱输出轴耦合齿轮

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该单电机电液混合驱动的系统，其中包括液压油箱总成，液压油泵，液压油泵离合器，储能器，溢流阀，单向阀，驱动电机，行星轮机构，第一制动器，第一离合器，变速箱，驱动液压马达，第二离合器，电磁阀，驱动控制单元，变速箱输出轴液压驱动齿轮，变速箱输出轴耦合齿轮。.所述系统中，驱动电机动力需要经过行星轮机构后再连接如变速箱的输入轴，其中驱动电机与行星轮机构的齿圈连接，行星机构的行星架与变速箱输入轴连接，行星机构的太阳轮与第一制动器连接，通过第一制动器和第一离合器的状态调整，可形成2种速比的变速功能和1个空挡功能。

作为本发明的优选实施方式，液压油泵通过液压油泵离合器与驱动电机连接，液压油泵的油液输入口连接至液压油箱，液压油泵的输出口处溢流阀输入端与单向阀输入端并联，单向阀输出口处蓄能器与电磁阀输入口并联，电磁阀可连通或中断来自液压马达的动力，通过更换电磁阀种类也能形成其它用途。其中蓄能器能够缓冲液压回路中的压力脉动冲击，可与液压油泵共同形成渐变可控且平稳的液压动力输出。

作为本发明的优选实施方式，系统根据液压油泵离合器和第二离合器的状制态控，通过耦合齿轮，可实现驱动电机扭矩通过液压动力传递在变速箱输出轴耦合。

作为本发明的优选实施方式，系统由驱动控制单元实现对驱动电机、离合器、制动器、电磁阀的控制功能，同时可配合变速箱系统或车辆其它系统完成动力系统的逻辑控制功能。

作为本发明的优选实施方式，具有三种驱动模式；依据行星轮系机构工作原理，通过驱动控制单元的策略控制，实现3种驱动模式：电机驱动模式、液压驱动模式和电液混合驱动模式。

作为本发明的优选实施方式，通过离合器的状态控制和使用工况，可形成5种液压动力参与行车驱动的模式：起步辅助模式、换挡辅助模式、防溜坡辅助模式、跛行模式和隔离模式。

本发明的具体实施方式中本发明目的是：

1、提高恶劣工况下的车辆起步或通过能力，利用集成液压单元进行液压动力的大扭矩耦合，补偿低速下驱动力峰值需求。

2、通过液压驱动单元的动力耦合，实现低速平稳起步，同时能够进行换挡动力中断补偿而优化换挡冲击感受。

3、通过增加液压驱动单元，增加液压起步防溜坡功能和换挡防溜坡功能，降低驱动失效风险。

4、通过行星轮机构和离合系统，减小电机和变速器尺寸，提高负载率，不降低低速驱动能力。

本发明提供了一种单电机电液混合驱动系统及其控制方法，包括：液压油箱总成，液压油泵，液压油泵离合器，储能器，溢流阀，单向阀，驱动电机，行星轮机构，第一制动器，第一离合器，变速箱，驱动液压马达，第二离合器，电磁阀，驱动控制单元，变速箱输出轴液压驱动齿轮，变速箱输出轴耦合齿轮。所述液压油箱总成，包含散热、过滤、储液、补液等功能，为液压油泵提供液压油，为液压马达和溢流阀提供回流通道。所述液压油泵，车辆的液压动力源，用于提供平稳的液压动力，输入口连通液压油箱。所述液压油泵离合器，以下可简称C0。可通过控制单元实现结合或分离功能，从而实现驱动电机与液压油泵连接后传递动力或分离后断开动力。所述蓄能器，主要作用是缓冲和吸收压力脉动。连通于电磁阀2号输入口之前，且位于单向阀出口之后，为与电磁阀2号输入口连通的管路提供稳压功能。所述溢流阀，管路压力保护或限值维持阀，液压油超过压力限值后泄压回流至油箱。溢流阀并联于液压油泵输出口，另一端连通液压油箱。所述单向阀，阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。入口连接于液压油泵，液流方向反向于液压油泵出口。所述驱动电机，以下可简称EM。具备电动机和再生制动发电机两种功能，其转子部分与行星轮机构的齿圈相连。所述行星轮机构，标准的行星齿轮传动机构，包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架。所述第一制动器，以下可简称B1。可通过控制单元实现解锁和闭锁功能，从而实现行星轮机构太阳轮的自由旋转和停转制动。所述第一离合器，以下可简称C1。可通过控制单元实现结合或分离功能，从而实现行星轮机构的太阳轮与行星轮机构的行星架连接，当此离合器结合后，行星轮系三自由度约束关系失效，整个行星轮机构的太阳轮、行星架、齿圈三者拥有共同的转速，三者之间的力矩形成耦合关系。所述变速箱，车辆的变速传动机构，可提供动力传递或空挡中断动力功能。所述驱动液压马达，液压动力输出，驱动负载。马达液压输入管路与电磁阀的1号输出口连接，马达液压输出管路连通油箱。所述第二离合器，以下可简称C2。可通过控制单元实现结合或分离功能，从而实现液压驱动马达与变速箱输出轴液压驱动齿轮连接后获取液压驱动动力或分离后断开动力。所述电磁阀，两位两通开关阀，能够实现输入液压动力的导通或关闭。电磁阀的1号口作为液压动力输出接口，2号口作为液压动力的输入接口。2号输入口的液压动力通过单向阀来自于液压油泵，1号输出口接入驱动液压马达。所述驱动控制单元(DCU)，以下可简称DCU。驱动系统的总控系统，能够控制驱动电机、制动器、离合器组和电磁阀，并具备与变速箱系统以及其它车辆控制系统形成通信和协调控制的功能。可以是单一的功能集成合件，也可以分解为各部件的子控制单元，功能分解。DCU与驱动电机、制动器、各离合器、电磁阀、变速箱具有电气连接和控制关系，即电信号或功率电流互通功能。所述变速箱输出轴液压驱动齿轮，用于传递来自驱动液压马达的动力。所述变速箱输出轴耦合齿轮，用于耦合来自驱动液压马达的动力。

利用行星轮系的机械耦合关系，同时结合离合器和制动器，可在变速箱输入轴之前形成一个2挡变速的效果，从而降低电机扭矩，以减小驱动电机尺寸提高负载率进而提高电驱系统效率。车辆从静止状态起步时，通过电机带动液压传动系统，利用变速器输出轴的大速比齿轮进行扭矩耦合，实现较大静态起步动力、平稳起步、起步防溜坡、低速蠕行。在车辆起步后的电机驱动过程中，可将同时将液压动力系统进行耦合，用于换挡时的动力中断补偿、防溜坡。最后，利用驱动控制单元，将驱动电机、制动器、离合器和电磁阀等进行逻辑控制，以达到系统部件的控制、协调和整个系统的性能实现。

如图1所示为本发明实施例的单电机电液混合驱动系统及其控制方法。

利用行星轮系的约束关系和离合器状态，通过动力控制单元的控制，可形成3种驱动模式：

1、模式1：电机驱动模式——EM电机驱动的2种状态

液压油泵离合器分离，第一制动器闭锁，第一离合器分离；——EM电机与行星架之间的运动和力矩形成耦合关系，由EM电机经过变速后，输入至变速箱执行整车驱动功能。

液压油泵离合器分离，第一制动器解锁，第一离合器结合；——行星轮机构失去原有功能，直接传递转速和转矩，由EM电机直接输入至变速箱执行整车驱动功能。

2、模式2：液压驱动模式——液压油泵离合器结合，第一制动器解锁，第一离合器分离，第二离合器结合；——EM电机带动液压油泵经过液驱动压马达直接驱动变输出端后端，从而执行整车驱动功能。此种情况适用于需要极大扭矩起步或低速蠕行的情况。

3、模式3：电液混合驱动模式——液压油泵离合器结合，第二离合器结合；——EM电机同时驱动变速箱输入端和液压油泵，在变速箱换挡时，液压油泵的动力会持续输出至变速箱输出端执行整车驱动功能。此种情况适用于车辆完成起步后，通过液压系统补偿变速箱换挡带来动力中断的情况。

通过液压驱动功能介入和车辆使用用途，可形成5种液压动力参与行车驱动的模式：

1、模式1：起步辅助模式——通过控制液压油泵转速，在驱动液压马达处形成非常稳定、圆滑变化的液压驱动力，使用车辆起动平稳、舒适。同时可以形成较强的静态起步力矩，完成极端路况下的起步辅助作用，而且驱动液压马达没有堵转失效风险。

2、模式2：换挡辅助模式——AMT变速器在换挡时会形成动力中断，传动轴会出现完全卸载的过程状态，从断开动力到回复动力传动的过程中，传动间隙、传动系弹性、动力加载和卸载突变、同步结合等动作都会对传动系统造成较大的换挡冲击。使用液压马达带动变速箱后端耦合齿轮工作，参与换挡过程的转矩中断补偿，可减少换挡冲击强度，优化换挡感受。

3、模式3：防溜坡辅助模式——分为起步防溜坡和换挡防溜坡两种情况。静态起步时，驱动液压马达较大的静态起步力矩和不怕堵转的特性可较好地与电机一起实现起步防溜坡功能。重载车辆在低速爬坡时，动力中断非常危险，此时驱动液压马达动力可以直接作用在变速箱后端的耦合齿轮上，较大程度上弥补动力输出，形成换挡防溜坡的功能。

4、模式4：跛行模式——当车辆变速系统出现故障时，驱动液压马达的动力可通过离合器接入传动系统中，实现低速驱动蠕行。

5、模式5：隔离模式——第二离合器分离，驱动液压马达从传动系统中隔离，不再参与转速和转矩传递。

采用了本发明的单电机电液混合驱动的系统，拓宽驱动系统的高效功率的工况覆盖范围，从而提高了车辆的综合经济性能；通过液压动力耦合，提高了车辆起步或通过能力，提高了车辆的平稳起步能力，补偿了换挡动力中断，优化了换挡感受，增加了液压防溜坡能力；电液动力混合后，可适当降低电机或变速器的容量，降低了电动力系统的尺寸和成本；由于液压系统可将电机的动力转化并传递到变速箱输出轴端，降低了变速系统失效后的驱动完全失效风险，可执行液压蠕行驱动功能。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种单电机电液混合驱动的系统，其特征在于，所述的系统包括液压油箱总成、液压油泵、液压油泵离合器、储能器、溢流阀、单向阀、驱动电机、行星轮机构、第一制动器、第一离合器、变速箱、驱动液压马达、第二离合器、电磁阀、驱动控制单元、变速箱输出轴液压驱动齿轮和变速箱输出轴耦合齿轮，所述的驱动电机动力经过行星轮机构再连接变速箱的输入轴，其中驱动电机与行星轮机构的齿圈连接，行星机构的行星架与变速箱输入轴连接，行星机构的太阳轮与第一制动器连接，通过第一制动器和第一离合器的状态调整。

2.根据权利要求1所述的单电机电液混合驱动的系统，其特征在于，所述的液压油泵通过液压油泵离合器与驱动电机连接，液压油泵的油液输入口连接至液压油箱，液压油泵的输出口处溢流阀输入端与单向阀输入端并联，单向阀输出口处蓄能器与电磁阀输入口并联，电磁阀连通或中断来自液压马达的动力，其中蓄能器能够缓冲液压回路中的压力脉动冲击，与液压油泵共同形成渐变可控且平稳的液压动力输出。

3.根据权利要求1所述的单电机电液混合驱动的系统，其特征在于，所述的系统根据液压油泵离合器和第二离合器的状制态控，通过耦合齿轮，实现驱动电机扭矩通过液压动力传递在变速箱输出轴耦合。

4.根据权利要求1所述的单电机电液混合驱动的系统，其特征在于，所述的驱动控制单元实现对驱动电机、离合器、制动器、电磁阀的控制功能，同时可配合变速箱系统或车辆其它系统完成动力系统的逻辑控制功能。

5.根据权利要求1所述的单电机电液混合驱动的系统，其特征在于，所述的系统具有三种驱动模式，根据行星轮系机构工作原理，通过驱动控制单元的策略控制，实现电机驱动模式、液压驱动模式和电液混合驱动模式。

6.根据权利要求1所述的单电机电液混合驱动的系统，其特征在于，所述的系统通过离合器的状态控制和使用工况，形成5种液压动力参与行车驱动的模式，即起步辅助模式、换挡辅助模式、防溜坡辅助模式、跛行模式和隔离模式。

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