CN113183736A - 一种新构型装载机油电液混合动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新构型装载机油电液混合动力系统及其控制方法，该系统设置两个行驶电机和一个工作电机，整车控制器同时控制三个电机。工作电机控制一液压系统，液压系统通过液压阀组驱动连接车辆工作系统和转向系统，并且也设置液压泵/马达与前桥行驶电机并联到一转矩耦合器，转矩耦合器驱动连接车轮减速器。通过该系统可以实现桥和后桥的分别驱动，以及由液压系统参与联合制动，并且能够提供能量回收。与现有技术相比，本发明的节能减排效果更加明显，能源利用率更高；实现了前后桥驱动转矩和转速的解耦；可以在前进阻力特别大的工况时利用液压系统的液压能提供辅助驱动力，从而解决电驱动装载机“堵转”情况的发生。

Description

一种新构型装载机油电液混合动力系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及装载机及其整机控制技术领域，特别是关于一种油电液混合动力装载机及其整机控制方法。

背景技术

当前,节能减排、绿色环保已成为全球工业发展的主导方向。我国工程机械行业也基于环境保护和经济可持续发展战略的根本考虑，率先把发动机排放和噪声控制写进了国家强制性标准。因此，为了提高下一代工程机械产品的竞争力和市场占有率，世界各大工程机械主机厂纷纷开展了装载机等工程机械产品的混合动力技术研究。

装载机作业工况恶劣,外负载变化大,长期以来，传统装载机存在着高油耗、高排放的问题。如图1所示，传统纯油动力装载机架构是发动机302有两部分机械输出，一部分是通过变速箱301将动力传输给前后车轮，提供行驶驱动力，另一部分就是带动液压泵303旋转，通过液压阀组304为转向系统305和工作装置306提供液压能。在一个作业循环中，装载机的频繁启停使驾驶员需要不断大幅度地加、减油门，这不仅对装载机发动机的寿命产生很大影响，而且使发动机经常处于低效区，大幅增加了发动机的油耗。此外，传统装载机在联合工况作业时对峰值功率的需求使得在选择发动机功率时不可避免地存在发动机在大多数时间内处于“大马拉小车”的情况，功率损失严重。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种新构型装载机油电液混合动力系统及其控制方法。

本发明所采用的技术方案如下：一种新构型装载机油电液混合动力系统，其特征在于：设置两个行驶电机和一个工作电机，整车控制器同时控制连接两个所述行驶电机和一个所述工作电机；

两个所述行驶电机，一个为前桥行驶电机，另一个为后桥行驶电机，分别驱动连接前桥车轮和后桥车轮；

一个所述工作电机，驱动连接液压系统的定量泵，所述定量泵通过液压阀组驱动连接车辆工作系统、转向系统和一液压泵/马达；

所述液压泵/马达与前桥行驶电机共同连接到一转矩耦合器，所述转矩耦合器驱动连接前桥车轮；

所述液压阀组连接高压蓄能器。

进一步地：所述动力系统由发动机和发电机组成发电机组，所述发电机组上并联一超级电容。

进一步地：所述液压阀组包括：

左转向限位阀、右转向限位阀、转向器、第三溢流阀、或门型梭阀构成的转向液压系统多路阀组；

三位六通换向阀、四位四通换向阀构成的工作液压系统多路阀组；

第一电磁开关阀、第二电磁开关阀、第三电磁开关阀、电磁溢流阀、电磁二位三通阀、单向阀构成的能量回收液压系统多路阀组；

所述定量泵的出油口与优先阀相连，经优先阀对油液进行分流；

所述转向器连接在优先阀与左转向限位阀、右转向限位阀之间，所述左转向限位阀连接在转向器与左转向油缸之间，所述右转向限位阀连接在转向器与右转向油缸之间，或门型梭阀连接在所述左转向限位阀和右转向限位阀之间；

所述三位六通换向阀连接在优先阀与铲斗缸、动臂缸之间，且在所述三位六通换向阀与动臂缸之间设置四位四通换向阀；

第三电磁开关阀连接在优先阀与液压泵/马达之间，且在所述第三开关阀与液压泵/马达之间设置第一开关阀，且在所述第一开关阀与高压蓄能器之间设置第二开关阀；

电磁二位三通阀的一个工作位连接在工作液压系统的回油与油箱之间，电磁二位三通阀的另一个工作位连接在工作液压系统的回油与高压蓄能器之间，和/或液压泵/马达之间。

进一步地：所述高压蓄能器的出油口设置第一压力传感器，

液压泵/马达的出油口设置第二压力传感器和流量传感器，

工作液压系统供油管路上设置第三压力传感器。

本发明还提供一种新构型装载机，该装载机设置如上所述的油电液混合动力系统。

本发明还提供一种新构型装载机油电液混合动力系统控制方法，其特征在于：包括制动控制和驱动控制，制动控制过程包括信息采集输入、制动模式判定、制动转矩分配，驱动控制过程包括信息采集输入、驱动模式判定、驱动转矩分配；

Z_b为制动踏板开度0≤Z_b≤1，Z_d为油门踏板开度0≤Z_d≤1，V为当前车速、P为高压蓄能器压力、G为工作液压系统压力、SOC为超级电容荷电状态0≤SOC≤1，

制动模式的判定方法如表1：

表1

驱动模式的判定方法如表2：

表2

Pa为液压泵/马达工作在马达模式所要求的压力最低值。

进一步地：

1)电机单独制动时，由前、后桥行驶电机提供制动力，装载机制动动能转化为电能储存到超级电容，液压泵/马达不工作，

2)液压单独制动时，由液压泵/马达提供制动力，装载机制动动能转化为液压能储存到高压蓄能器，行驶电机不工作，

3)电液联合制动时，由前、后桥行驶电机和液压泵/马达联合提供制动力，

行驶电机工作在发电模式，使装载机制动动能一部分转化为电能储存到超级电容，液压泵/马达工作在泵模式，使装载机制动动能一部分转化为液压能储存到高压蓄能器，

4)传统机械制动时，由制动器摩擦片提供制动力，行驶电机和液压泵/马达均不提供制动力。

进一步地：

1)电机单独驱动时，由前、后桥行驶电机提供驱动力，发电机和超级电容联合提供电能，

2)液压单独驱动时，由液压泵/马达提供驱动力，液压泵/马达工作在马达模式，高压蓄能器和定量泵联合提供液压能，

3)电液联合驱动时，由前、后桥行驶电机和液压泵/马达联合提供驱动力，发电机和超级电容联合提供电能，高压蓄能器和定量泵联合提供液压能。

进一步地：当高压蓄能器压力P>Pa时，优先由高压蓄能器提供液压能。

进一步地：电机驱动模式分为单电机驱动和双电机驱动两种方式，当装载机为远距离转场时采用后桥行驶电机单电机驱动方式，当装载机作业时采用前、后桥行驶电机双电机驱动方式。

与现有技术相比，本发明的优点体现在：

1.本发明与传统装载机相比，电驱动(纯电或混合动力作为动力源)装载机的节能减排效果更加明显，能源利用率更高；

2.本发明实现了前后桥驱动转矩和转速的解耦，有效的避免了传统装载因为轮胎半径差别及转弯过程中产生的寄生功率问题，不但可以提高整机效率，还可以减少因寄生功率引起轮胎的不必要磨损及对传动部件的损伤；

3.本发明不仅可以实现大功率时的双电机同时驱动和小功率时单电机驱动(使电机处于高效区工作)，而且可以在桥荷发生变化时，动态调整前后桥驱动力矩，充分发挥地面附着力(避免打滑)，提高铲装时装载机的驱动力；

4.本发明在重载桥加装一变量液压泵/马达及蓄能器，与重载桥行驶电机构成并联结构，不仅可以装载机制动时回收制动能量，而且可以在满足一定条件时将回收的能量进行再利用来提供辅助驱动力，提高整车经济性；

5.本发明可以在遇到前进阻力特别大的极端工况时利用工作装置液压系统的液压能用以提供辅助驱动力，从而解决电驱动装载机“堵转”情况的发生。

6.本发明装载机的油门踏板和制动踏板只用来控制行驶系统，工作装置动作通过手柄进行控制，工作电机转速只通过手柄的位移参数进行控制。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对发明的限制。

图1为传统装载机动力系统构型图；

图2为本发明混联式装载机动力系统构型图；

图3为本发明提供的液压系统原理图；

图4为本发明提供的控制框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

如图2所示，本发明提供一种新构型装载机，其中对动力系统结构加以改进，所述动力系统结构件主要包括：发动机101、发电机102、整流/逆变器103、整车控制器104、超级电容105、前桥行驶电机控制器106、后桥行驶电机控制器107、工作电机控制器108、前桥行驶电机109、后桥行驶电机110、工作电机111、前桥减速器112、后桥减速器113、工作装置114、定量泵115、转向系统116、转矩耦合器117、液压泵/马达118、液压阀组119、高压蓄能器120和油箱121。

其中，发动机101和发电机102组成发电机组，为装载机提供电能。

整流/逆变器103一端连接发电机102和超级电容105，另一端连接前桥、后桥行驶电机控制器106、107和工作电机控制器108。当装载机正常作业时，逆变器103将发电机102或超级电容105提供的直流电变为交流电，经各电机控制器供给电机使用。当装载机进行电机制动能量回收时，前桥、后桥行驶电机109、110工作在发电机模式，整流器103将其发出的交流电变为直流电并保存在超级电容105中。电能在利用还是回收过程中都需要经过整流/逆变器103对电流进行转变。

整车控制器104作为整车控制核心，与所有的可控电子件控制连接，整车控制器104结合采集到的整车状态参数，并根据所制定的整车控制策略对各部件进行协调控制。

超级电容105与发电机102组成并联结构连接在整流/逆变器103一端，其既可以释放直流电经逆变器转变为交流电后供给各电机使用，又可以将经整流器回收的直流电进行保存。

超级电容105可以对发动机功率“削峰填谷”，使发动机101始终工作在高效区，也可以和发电机102配合供能，在系统级别上提高发动机101的燃油经济性。同时，超级电容105有功率密度大、循环使用寿命长、可以进行大功率快速充放电的特点，将装载机的制动动能转化为电能储存进超级电容105并再利用。电能是回收还是利用由整车控制器来决定，当它给电机是正扭矩时，电机就工作在电动机模式，耗电；当它给电机是负扭矩时，电机就工作在发电机模式，回收电能，这时如果超级电容符合回收电能的条件，就回收电能。

新构型装载机设置3个电机，分为2个行驶电机和1个工作电机。其中，2个行驶电机，前桥行驶电机109和后桥行驶电机110采用前后桥独立驱动的布置方式，分别驱动前后轮，作为行驶系统的主动力源。前桥行驶电机109和后桥行驶电机110分别由前桥行驶电机控制器106和后桥行驶电机控制器107独立控制。

进一步地，2个行驶电机有电动机和发电机两种工作模式。提供驱动力时工作在电动机模式，提供制动力时工作在发电机模式。

进一步地，为了更好的匹配行驶电机参数，在行驶电机与驱动桥之间分别加减速器进行降速增扭，在前桥行驶电机109与前桥之间设置前桥减速器112，在后桥行驶电机110与前桥之间设置后桥减速器113。

1个工作电机111，带动定量泵115工作，为装载机的液压系统提供液压能，液压系统主要包括工作装置114的液压系统和转向系统116的液压系统。工作电机111由工作电机控制器108控制，与行驶电机区别开来，实现了行驶系统与工作液压系统之间的动力解耦，解决了装载机行驶系统和液压系统功率需求不匹配造成的发动机功率损失问题，避免“大马拉小车”情况的发生，使装载机整机功率得到较大提升。

定量泵115由工作电机111带动工作，为整车液压系统提供液压能。液压阀组119分别与工作装置114、转向系统116、液压泵/马达118、高压蓄能器120、油箱121相连，调节整车液压系统的功能。其中，高压蓄能器120可以通过液压泵/马达118工作在泵模式回收制动能量，也可以通过液压泵/马达118工作在马达模式将回收的能量再利用。油箱121作为液压系统进油口的输入端和出油口的输出端。

本发明通过采用两个行驶电机分别驱动前后轮的方式解决了前后轮转速解耦问题。传统装载机是集中式驱动+四驱形式的，这样就存在一个问题，前后轮转速来自同一个动力源，前后轮之间的转速是一致的，但是前后轮的半径在作业过程中是会变化的，因V＝WR，这就导致了前后轮的线速度不一样，但前后轮在同一个车体上，车速是一致的，这样就会导致有一个车轮滑转，一个车轮滑移的情况发生，即存在寄生功率，造成能量浪费。因此，本发明采用了两个行驶电机来分别驱动前后轮，转矩控制转速自适应，实现转速解耦，解决了寄生功率问题。

本发明通过在重载桥行驶电机(图中前桥行驶电机109)上加装转矩耦合器117，在转矩耦合器117上与行驶电机并联液压系统的方式实现转矩耦合，解决制动能量回馈问题以及驱动能量辅助提供问题。注：空载时前后桥载荷差不多，但作业时铲斗装物料时，前桥载荷会明显大于后桥载荷，所以一般称前桥为重载桥，将液压部分并联在前桥。

本发明的新型液压系统，如图3所示，其工作部件包括前述的定量泵115、转矩耦合器117、液压泵/马达118、高压蓄能器120、油箱121，此外还包括了滤清器205、第一压力传感器208、液压泵/马达控制器209、流量传感器213、第二压力传感器214、第一电磁开关阀215、第二电磁开关阀216、第三电磁开关阀217、电磁溢流阀218、电磁二位三通阀219、单向阀220、第三压力传感器222、第一溢流阀223、三位六通换向阀224、四位四通换向阀225、铲斗缸227、动臂缸228、右转向限位阀229、转向器230、第二溢流阀231、优先阀232、第三溢流阀233、第四压力传感器234、蓄能器235、左转向限位阀236、或门型梭阀237、转向油缸238。

其中，第一电磁开关阀215、第二电磁开关阀216、第三电磁开关阀217、电磁溢流阀218、电磁二位三通阀219、单向阀220构成能量回收液压系统多路阀组221，三位六通换向阀224、四位四通换向阀225构成工作液压系统多路阀组226，右转向限位阀229、转向器230、第三溢流阀233、第四压力传感器234、左转向限位阀236、或门型梭阀237构成转向液压系统多路阀组239，共同称为液压阀组119。通过几个阀组的协调控制，实现转向系统、铲斗动臂工作装置的效能匹配，提高整车的经济性。

工作电机控制器108控制工作电机111运转，工作电机111与定量泵115同轴转动连接；定量泵115的进口连接油箱121，出口连接优先阀232的P口；优先阀232对油液进行分流，经A口优先供给转向液压系统，剩余油液经B口供给工作液压系统。

供给转向液压系统的油液经过转向器230的P口和A口(或B口)进入到转向油缸238相应的有杆腔和无杆腔，经过转向器230的B口(或A口)和T口回油到油箱121，从而产生转向动作，左转向限位阀236和右转向限位阀229分别控制装载机的左右最大转向角度。

本发明通过工作液压系统多路阀组226实现工作装置动作。供给工作液压系统的油液经过三位六通换向阀224对铲斗缸227的动作和动臂缸228的供油进行控制；四位四通换向阀225对动臂缸228的动作进行控制。铲斗缸227的无杆腔连接着三位六通换向阀224的B口，有杆腔连接着三位六通换向阀224的R口，三位六通换向阀224的T口和O口作为铲斗缸227的进油口和回油口。动臂缸228的无杆腔连接着四位四通换向阀225的A口，有杆腔连接着四位四通换向阀225的B口，四位四通换向阀225的P口和T口作为动臂缸228的进油口和回油口。同时，四位四通换向阀225的P口连接着三位六通换向阀224的A口，四位四通换向阀225的P口油液来源要经过三位六通换向阀224的P口和A口。第一溢流阀223对工作液压系统起到保护作用。

本发明通过能量回收液压系统多路阀组221实现能量回馈。二位三通阀219的T口经滤清器205连接着油箱121，P口连接着工作液压系统的回油油路，R口经第二开关阀216连接着高压蓄能器120，当其处于左位时工作液压系统的油液直接回油箱121，处于右位时工作液压系统的油液可以到达高压蓄能器120，从而在满足条件时可以对动臂下降的重力势能进行回收，也可以不经过高压蓄能器120而直接带动液压泵/马达118使其工作在马达模式，提供辅助驱动力。电磁溢流阀218溢流压力可调，因此可以对高压蓄能器的储能压力极限值进行调节，也可以对液压泵/马达118输出的制动/驱动转矩进行控制。

第一开关阀215的作用是控制液压泵/马达118是否可以参加工作；第二开关阀216的作用是控制高压蓄能器120是否参加工作；第三开关阀217的作用是控制工作液压系统是否直接向液压泵/马达118供油而使其工作在马达模式。

液压泵/马达118的出油口连接第二压力传感器214和流量传感器213；第一压力传感器208测量高压蓄能器120的实时压力值，第三压力传感器222测量工作液压系统实时压力值。

液压泵/马达控制器209对液压泵/马达118进行转矩控制，前桥行驶电机控制器106对前桥行驶电机109进行转矩控制，前桥行驶电机109与液压泵/马达118成一定的速比配置，二者通过转矩耦合器117进行转矩耦合。

整车控制器104接收各传感器信息并对分控制器进行控制。

所述液压泵/马达118为变排量液压二次元件，可进行转矩控制，其与前桥行驶电机109通过转矩耦合器117进行转矩耦合，在联合制动或驱动模式下，二者可以配合进行制动和驱动转矩输出，从而使电机工作在高效区，提高行驶系统效率。液压泵/马达118以泵模式工作时，在装载机制动时提供制动力并进行制动能量回收，液压制动动能通过液压泵/马达118转化为液压能储存进高压蓄能器120。液压泵/马达118以马达模式工作时，当高压蓄能器120满足辅助驱动条件时，高压蓄能器120里的液压能又通过液压泵/马达118转化为机械能，在装载机驱动时提供辅助驱动力；当装载机遇到的阻力超过行驶电机最大驱动力时，可以利用工作电机111辅助整车驱动，提高整车的驱动能力，有效避免驱动“电机堵转”情况的发生。并联的液压系统使装载机可以拥有多种制动和驱动模式，从而兼具动力性和经济性。

本发明还提供一种油电液混合动力装载机控制方法，如图4所示，从控制层面可以分为目标层、策略层和执行层，策略层又包括：制动控制策略和驱动控制策略；从其安全性、经济性、动力性目标出发，其中，

制动控制策略，包括以下步骤：

(1)信息采集输入：需要采集的信息包括制动踏板开度Z_b、油门踏板开度Z_d、当前车速V、高压蓄能器压力P、工作液压系统压力G、超级电容SOC值等信息。需要根据装载机当前的状态参数去确定装载机的制动模式。

(2)制动模式判定：根据采集的信息判定制动模式，制动模式分为电机单独制动模式、液压单独制动模式、电液联合制动模式和传统机械制动模式。

(3)制动转矩分配：确定制动模式后，整车控制器104根据制动模式向相应的执行元件(前桥电机109、后桥电机110、液压泵/马达118)分配制动转矩。

进一步地，定义制动踏板开度的取值范围为0≤Z_b≤1，油门踏板开度的取值范围为0≤Z_d≤1，当前车速V的单位为km/h，蓄能器压力P的单位为Mpa，工作液压系统压力G的单位为Mpa，超级电容SOC值的取值范围为0≤SOC≤1；

进一步地，SOC值代表超级电容的荷电状态，定义为：

其中，U_cap为超级电容等效电压值，U_max超级电容上限电压值，U_min超级电容下限电压值；

进一步地，如表1，制动模式的判定方法为：

表1

1)当Z_b＞0且Z_d＞0时，制动模式为传统机械制动模式，这时不进行制动能量回收，电机和液压泵/马达用于响应油门踏板信号用于驱动。

2)当0.5≥Z_b＞0且Z_d＝0时，这时属于轻度制动，当超级电容SOC≤0.85时且车速V＞8km/h时，制动模式为电机单独制动模式；

但是当超级电容SOC＞0.85或车速V≤8km/h时，制动模式为液压单独制动模式。

3)当0.75≥Z_b＞0.5且Z_d＝0时，这时属于中度制动，当超级电容SOC≤0.85时，制动模式为电液联合制动模式，

但是当SOC＞0.85时，为传统机械制动模式。

4)当Z_b＞0.75且Z_d＝0时，这时属于紧急制动，制动模式为传统机械制动模式。

上述系列界限值诸如：Z_b＝0.5、0.75，SOC＝0.85，V＝8，这些取值是根据多次实验所得，仅为较佳效能匹配实施例，实际中可以适当调整，本发明提供这一方案仅用以证明考虑这些因素决定合理的制动模式。

整车控制器104根据制动模式向相应的执行元件(前桥电机109、后桥电机110、液压泵/马达118)分配制动转矩。

进一步地，电机单独制动时，由前、后桥行驶电机109、110提供制动力。液压系统元件要进行相应的动作，第一、第二、第三电磁开关阀215、216、217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位。这时整车控制器104接收制动踏板信号，控制行驶电机进入发电模式，使装载机制动动能转化为电能，并储存到超级电容105，进行能量回收。

进一步地，液压单独制动时，由液压泵/马达118提供制动力。液压系统元件要进行相应的动作，第一、第二电磁开关阀215、216处于“开”位，第三电磁开关阀217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位。这时整车控制器104接收制动踏板信号，控制液压泵/马达117使其工作在泵模式，使装载机制动动能转化为液压能，并储存到高压蓄能器120，进行能量回收。

进一步地，电液联合制动时，由前、后桥行驶电机109、110和液压泵/马达118联合提供制动力。液压系统元件要进行相应的动作，第一、第二电磁开关阀215、216处于“开”位，第三电磁开关阀217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位。这时整车控制器104接收制动踏板信号，并根据装载机的状态参数对制动转矩进行分配。整车控制器104控制行驶电机进入发电模式，使装载机制动动能一部分转化为电能，并储存到超级电容105，进行能量回收；整车控制器104控制液压泵/马达118使其工作在泵模式，使装载机制动动能一部分转化为液压能，并储存到高压蓄能器120，进行能量回收。

进一步地，传统机械制动时，由制动器摩擦片提供制动力。液压系统元件要进行相应的动作，第一、第二电磁开关阀215、216处于“关”位，第三电磁开关阀217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位。装载机的动能以热能的形式耗散，无制动能量回收。

驱动控制策略，包括以下步骤：

(1)信息采集输入：需要采集的信息包括制动踏板开度Z_b、油门踏板开度Z_d、当前车速V、高压蓄能器压力P、工作液压系统压力G、超级电容SOC值等信息，需要根据装载机当前的状态参数去确定装载机的驱动模式。

(2)驱动模式判定：根据采集的信息判定装载机驱动模式，驱动模式分为电机单独驱动模式、液压单独驱动模式和电液联合驱动模式。

(3)驱动转矩分配：确定驱动模式后，整车控制器104根据驱动模式向相应的执行元件(前桥电机109、后桥电机110、液压泵/马达118)分配驱动转矩。

同样，定义油门踏板开度的取值范围为0≤Z_d≤1，当前车速V的单位为km/h，超级电容SOC值的取值范围为0≤SOC≤1，其中，Pa为使液压泵/马达118工作在马达模式来提供辅助驱动力所要求的压力最低值。

进一步地，如表2，驱动模式的判定方法为：

表2

1)当0＜Z_d≤0.5时，这时装载机所需的驱动力较小，当高压蓄能器压力P≤Pa时，驱动模式为电机单独驱动模式，当高压蓄能器压力P>Pa时，驱动模式为液压单独驱动模式，由高压蓄能器提供液压能。

2)当0.5＜Z_d≤0.75时，这时装载机所需的驱动力较大，当蓄能器压力P≤Pa时，驱动模式为电机单独驱动模式；当蓄能器压力P>Pa时，驱动模式为电液联合驱动模式，这时液压泵/马达118的液压能来源为高压蓄能器。

3)当Z_d＞0.75时,这时装载机遇到需要很大驱动力的极端工况，当蓄能器压力P>Pa时，驱动模式为电液联合驱动模式，这时液压泵/马达118的液压能来源为高压蓄能器；

当蓄能器压力P≤Pa时，工作液压系统压力G≥Pa且工作装置无动作时，驱动模式为电液联合驱动模式，这时液压泵/马达118的液压能来源为工作装置液压系统；当工作装置液压系统压力G＜Pa时，这时无法通过液压泵/马达118提供辅助驱动力，电机单独驱动无法提供足够的驱动力以克服前进阻力，这时司机通过调整工作装置或系统下电以避免电机“堵转”。

电机驱动模式又分为单电机驱动和双电机驱动两种驱动方式，当装载机为远距离转场时采用后桥行驶电机单电机单独驱动方式，当装载机作业时采用双电机驱动方式。

进一步地，电机单独驱动时，由行驶电机提供驱动力。液压系统元件要进行相应的动作，第一、第二、第三电磁开关阀215、216、217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位。这时整车控制器104接收驱动踏板信号，控制前、后桥行驶电机109、110工作在电动机模式，为装载机提供行驶驱动力，由发电机102和超级电容105联合提供电能。

进一步地，液压单独驱动时，由液压泵/马达118提供驱动力。液压系统元件要进行相应的动作，第一、第二电磁开关阀215、216处于“开”位，第三电磁开关阀217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位。这时整车控制器104接收驱动踏板信号，控制液压泵/马达118使其工作在马达模式，将高压蓄能器120的液压能转化为机械能，为装载机提供行驶驱动力。

进一步地，电液联合驱动时，由前后桥行驶电机109、110和液压泵/马达118联合提供驱动力。液压系统元件要进行相应的动作，当由高压蓄能器提供液压能时，第一、第二电磁开关阀215、216处于“开”位，第三电磁开关阀217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“左”位；当由工作液压系统提供液压能时，第一电磁开关阀215处于“开”位，第二、第三电磁开关阀216、217处于“关”位，电磁二位三通阀219工作在“右”位。这时整车控制器104接收油门踏板信号，并根据装载机的状态参数对驱动转矩进行分配。整车控制器104控制行驶电机工作在电动机模式，控制液压泵/马达工作在马达模式，三者共同为装载机提供行驶驱动力。

综上所述，本发明提供了一种油电液混合动力新构型装载机及控制方法，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，以上实施例在不脱离本发明原理的情况下，还可以做出若干等同替换和改进，这些替换和改进也应为本发明的保护范围，本实施例中未明确组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种新构型装载机油电液混合动力系统，其特征在于：设置两个行驶电机和一个工作电机，整车控制器同时控制连接两个所述行驶电机和一个所述工作电机；

两个所述行驶电机，一个为前桥行驶电机，另一个为后桥行驶电机，分别驱动连接前桥车轮和后桥车轮；

一个所述工作电机，驱动连接液压系统的定量泵，所述定量泵通过液压阀组驱动连接车辆工作系统、转向系统和一液压泵/马达；

所述液压泵/马达与前桥行驶电机共同连接到一转矩耦合器，所述转矩耦合器驱动连接前桥车轮；

所述液压阀组连接高压蓄能器。

2.根据权利要求1所述的新构型装载机油电液混合动力系统，其特征在于：所述动力系统由发动机和发电机组成发电机组，所述发电机组上并联一超级电容。

3.根据权利要求1所述的新构型装载机油电液混合动力系统，其特征在于：所述液压阀组包括：

左转向限位阀、右转向限位阀、转向器、第三溢流阀、或门型梭阀构成的转向液压系统多路阀组；

三位六通换向阀、四位四通换向阀构成的工作液压系统多路阀组；

第一电磁开关阀、第二电磁开关阀、第三电磁开关阀、电磁溢流阀、电磁二位三通阀、单向阀构成的能量回收液压系统多路阀组；

所述定量泵的出油口与优先阀相连，经优先阀对油液进行分流；

所述转向器连接在优先阀与左转向限位阀、右转向限位阀之间，所述左转向限位阀连接在转向器与左转向油缸之间，所述右转向限位阀连接在转向器与右转向油缸之间，或门型梭阀连接在所述左转向限位阀和右转向限位阀之间；

所述三位六通换向阀连接在优先阀与铲斗缸、动臂缸之间，且在所述三位六通换向阀与动臂缸之间设置四位四通换向阀；

第三电磁开关阀连接在优先阀与液压泵/马达之间，且在所述第三开关阀与液压泵/马达之间设置第一开关阀，且在所述第一开关阀与高压蓄能器之间设置第二开关阀；

电磁二位三通阀的一个工作位连接在工作液压系统的回油与油箱之间，电磁二位三通阀的另一个工作位连接在工作液压系统的回油与高压蓄能器之间，和/或液压泵/马达之间。

4.根据权利要求3所述的新构型装载机油电液混合动力系统，其特征在于：所述

高压蓄能器的出油口设置第一压力传感器，

液压泵/马达的出油口设置第二压力传感器和流量传感器，

工作液压系统供油管路上设置第三压力传感器。

5.一种新构型装载机，其特征在于：设置有如权利要求1-4之一所述的油电液混合动力系统。

6.一种新构型装载机油电液混合动力系统控制方法，其特征在于：利用权利要求1-4之一的动力系统，包括制动控制和驱动控制，制动控制过程包括信息采集输入、制动模式判定、制动转矩分配，驱动控制过程包括信息采集输入、驱动模式判定、驱动转矩分配；

以下：Z_b为制动踏板开度0≤Z_b≤1，Z_d为油门踏板开度0≤Z_d≤1，V为当前车速、P为高压蓄能器压力、G为工作液压系统压力、SOC为超级电容荷电状态0≤SOC≤1，

制动模式的判定方法如表1：

表1

驱动模式的判定方法如表2：

表2

Pa为液压泵/马达工作在马达模式所要求的压力最低值。

7.根据权利要求6所述的种新构型装载机油电液混合动力系统控制方法，其特征在于：

1)电机单独制动时，由前、后桥行驶电机提供制动力，装载机制动动能转化为电能储存到超级电容，液压泵/马达不工作，

2)液压单独制动时，由液压泵/马达提供制动力，装载机制动动能转化为液压能储存到高压蓄能器，行驶电机不工作，

3)电液联合制动时，由前、后桥行驶电机和液压泵/马达联合提供制动力，

行驶电机工作在发电模式，使装载机制动动能一部分转化为电能储存到超级电容，液压泵/马达工作在泵模式，使装载机制动动能一部分转化为液压能储存到高压蓄能器，

4)传统机械制动时，由制动器摩擦片提供制动力，行驶电机和液压泵/马达均不提供制动力。

8.根据权利要求6所述的种新构型装载机油电液混合动力系统控制方法，其特征在于：

1)电机单独驱动时，由前、后桥行驶电机提供驱动力，发电机和超级电容联合提供电能，

2)液压单独驱动时，由液压泵/马达提供驱动力，液压泵/马达工作在马达模式，高压蓄能器和定量泵联合提供液压能，

3)电液联合驱动时，由前、后桥行驶电机和液压泵/马达联合提供驱动力，发电机和超级电容联合提供电能，高压蓄能器和定量泵联合提供液压能。

9.根据权利要求6或8所述的种新构型装载机油电液混合动力系统控制方法，其特征在于：

当高压蓄能器压力P>Pa时，优先由高压蓄能器提供液压能。

10.根据权利要求6或8所述的种新构型装载机油电液混合动力系统控制方法，其特征在于：

电机驱动模式分为单电机驱动和双电机驱动两种方式，当装载机为远距离转场时采用后桥行驶电机单电机驱动方式，当装载机作业时采用前、后桥行驶电机双电机驱动方式。

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