CN113442738A - 一种电-液压复合驱动系统及驱动方法 - Google Patents

一种电-液压复合驱动系统及驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种电‑液压复合驱动系统，包括动力电池、电驱动单元和液压驱动单元，电驱动单元包括第一电机，液压驱动单元包括第二电机、飞轮、离合器、能量分配装置和液压泵/马达。本发明还提供一种电‑液压复合驱动方法，根据车辆行驶状态，确定离合器的工作状态，离合器分离时，第二电机能够带动飞轮转动，储存能量；离合器闭合时，飞轮转动并能够利用能量分配装置驱动液压泵/马达运动，液压泵/马达驱动驱动轮转动；车辆制动时，动力电池不供电，飞轮转速增大，进行制动能量回收，第二电机输出负扭矩并与第一电机输出的扭矩耦合后作用于驱动轮。同时，小部分制动能量可转化为电能储存进动力电池中，大部分直接以机械能形式储存进飞轮。

Description

一种电-液压复合驱动系统及驱动方法
技术领域
本发明涉及电动汽车及其周边配套设施技术领域，特别是涉及一种电-液压复合驱动系统及驱动方法。
背景技术
近年来，世界面临着能源危机，尤其是以石油能源为动力的传统汽车带来的能源短缺及大气环境污染问题日益严峻，因此大力发展节能环保的新能源汽车逐渐成为趋势，而纯电动汽车成为了研究主流。
汽车行驶过程中，高转速下，液压制动能量回收系统可提供的阻力矩较高，制动效果好，能量回收效率高；在低速时，液压制动能量回收系统提供的制动力矩不稳定，能量回收效率低。
制动能量回收系统，对在城市道路行驶中频繁制动的电动车，能够有效增加电动车续驶里程，提高电动车的动力。但现有的制动能量回收方案通常直接向电池充电，因制动过程通常较短，电池难以短时间内大功率充电，其次，制动能量回馈过程效率低，因动能经过发电机转化为电能，再通过电池转化为化学能，再利用时又由化学能转化为电能、动能，如此反复转化导致整车能量利用率较低。
因此，如何改变现有技术中，纯电动汽车制动能量回收效率较低的现状，同时提高车辆附加功率，优化起步和制动工况，进行负载滤波，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电-液压复合驱动系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高纯电动汽车制动能量回收效率，提高整车能量利用率，同时提高车辆附加功率，优化起步和制动工况。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种电-液压复合驱动系统，包括：
动力电池；
电驱动单元，所述电驱动单元包括第一电机，所述第一电机与所述动力电池相连；
液压驱动单元，所述液压驱动单元包括第二电机、飞轮、离合器、能量分配装置和液压泵/马达，所述第二电机与所述动力电池相连，所述第二电机的输出端与所述飞轮相连，所述飞轮利用所述能量分配装置与所述液压泵/马达相连，所述能量分配装置能够进行机械能和液压能的转化，所述离合器设置于所述飞轮与所述能量分配装置之间；
所述第一电机的输出端和所述液压泵/马达的输出端分别与车辆的驱动轮传动相连。
优选地，所述动力电池连接有电机控制器，所述第一电机和所述第二电机分别与所述电机控制器相连。
优选地，所述第一电机的输出端利用减速器与所述驱动轮传动相连。
优选地，所述液压泵/马达的数量与所述驱动轮的数量相一致且一一对应。
优选地，多个所述液压泵/马达并联设置。
本发明还提供一种电-液压复合驱动方法，包括如下步骤：
所述动力电池为所述第一电机和第二电机提供电力来源，所述第一电机驱动所述驱动轮转动；
车辆行驶时，根据车辆行驶状态，确定所述离合器的工作状态，所述离合器分离时，所述第二电机能够带动飞轮转动，储存能量；所述离合器闭合时，所述飞轮转动并能够利用所述能量分配装置驱动所述液压泵/马达运动，所述液压泵/马达驱动所述驱动轮转动；
车辆制动时，所述动力电池不供电，所述离合器闭合，所述飞轮转速增大，进行制动能量回收，所述第二电机输出负扭矩并与所述第一电机输出的扭矩耦合后作用于所述驱动轮；一部分制动能量经所述第二电机转化为电能储存进所述动力电池中，一部分制动能量直接以机械能行驶储存在所述飞轮中。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明的电-液压复合驱动系统，包括动力电池、电驱动单元和液压驱动单元，其中，电驱动单元包括第一电机，第一电机与动力电池相连；液压驱动单元包括第二电机、飞轮、离合器、能量分配装置和液压泵/马达，第二电机与动力电池相连，第二电机的输出端与飞轮相连，飞轮利用能量分配装置与液压泵/马达相连，能量分配装置能够进行机械能和液压能的转化，离合器设置于飞轮与能量分配装置之间；第一电机的输出端和液压泵/马达的输出端分别与车辆的驱动轮传动相连。
本发明还提供一种电-液压复合驱动方法，利用上述电-液压复合驱动系统，动力电池为第一电机和第二电机提供电力来源，第一电机驱动驱动轮转动；车辆行驶时，根据车辆行驶状态，确定离合器的工作状态，离合器分离时，第二电机能够带动飞轮转动，储存能量；离合器闭合时，飞轮转动并能够利用能量分配装置驱动液压泵/马达运动，液压泵/马达驱动驱动轮转动；车辆制动时，动力电池不供电，离合器闭合，飞轮转速增大，进行大部分制动能量的回收，第二电机输出负扭矩并与第一电机输出的扭矩耦合后作用于驱动轮；一小部分制动能量经第二电机转化为电能储存进动力电池中。
本发明的电-液压复合驱动系统及驱动方法，利用飞轮高效回收制动能量，提高整车能量利用率，辅助车辆制动；在车辆需求转矩大时可通过飞轮、液压泵/马达和第一电机共同驱动车辆行驶，增加附加机械功率，克服行车阻力；调节负载波动工况，使第一电机始终高效率工作；液压驱动单元工作还能够辅助车辆散热，延长车辆使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电-液压复合驱动系统的结构示意图；
图2为本发明的电-液压复合驱动方法的流程图；
图3为本发明的电-液压复合驱动系统的能量转化示意图；
其中，1为动力电池，2为第一电机，3为第二电机，4为飞轮，5为离合器，6为能量分配装置，7为液压泵/马达，8为电机控制器，9为减速器，10为驱动轮。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种电-液压复合驱动系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高纯电动汽车制动能量回收效率，提高整车能量利用率，同时提高车辆附加功率，优化起步和制动工况。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-3，其中，图1为本发明的电-液压复合驱动系统的结构示意图，图2为本发明的电-液压复合驱动方法的流程图，图3为本发明的电-液压复合驱动系统的能量转化示意图。
本发明提供一种电-液压复合驱动系统，包括：
动力电池1；
电驱动单元，电驱动单元包括第一电机2，第一电机2与动力电池1相连；液压驱动单元，液压驱动单元包括第二电机3、飞轮4、离合器5、能量分配装置6和液压泵/马达7，第二电机3与动力电池1相连，第二电机3的输出端与飞轮4相连，飞轮4利用能量分配装置6与液压泵/马达7相连，能量分配装置6能够进行机械能和液压能的转化，离合器5设置于飞轮4与能量分配装置6之间；需要解释说明的是，本发明中的液压泵/马达7同时具备液压泵和液压马达的功能，而并非指液压泵或马达。
第一电机2的输出端和液压泵/马达7的输出端分别与车辆的驱动轮10传动相连。
本发明的电-液压复合驱动系统，利用飞轮4高速旋转时瞬时高功率输出和输入，实现机械能的存储和释放；通过飞轮4、液压泵/马达7和第一电机2共同驱动车辆行驶，增加附加机械功率，克服行车阻力；在汽车制动时，通过液压泵/马达7和飞轮4进行制动能量的回收，制动能量直接转化为机械能储存在飞轮4中，提高了能量利用率，辅助车辆制动；当负载波动时，可通过飞轮4使第一电机2工作在最佳高效区；同时，液压泵/马达7还可利用液压油的循环，辅助驱动轮10散热，延长车辆使用寿命的作用。此处需要说明的是，驱动轮10内置驱动机构，液压能和机械能能够共同利用驱动机构带动驱动轮10运动。
其中，动力电池1连接有电机控制器8，第一电机2和第二电机3分别与电机控制器8相连，电机控制器8能够控制第一电机2和第二电机3的工作状态。
另外，第一电机2的输出端利用减速器9与驱动轮10传动相连，第一电机2与减速器9相连，减速器9的输出端与驱动轮10所连接的车轴相连，从而使第一电机2能够顺利带动驱动轮10转动。
在本具体实施方式中，液压泵/马达7的数量与驱动轮10的数量相一致且一一对应，液压泵/马达7与驱动轮10传动相连，能够将扭矩作用于驱动轮10上。
具体地，多个液压泵/马达7并联设置，避免液压泵/马达7之间相互影响。此处需要强调的是，能量分配装置6与液压泵/马达7能够进行机械能和液压能的相互转化，但是在实际应用中，至少设置两个液压泵/马达7，为了保证车辆顺利形式，能量分配装置6能够根据各个驱动轮10的目标转矩对与之相连的液压泵/马达7分配相应的能量。
本发明还提供一种电-液压复合驱动方法，包括如下步骤：
动力电池1为第一电机2和第二电机3提供电力来源，第一电机2驱动驱动轮10转动；
车辆行驶时，根据车辆行驶状态，确定离合器5的工作状态，离合器5分离时，第二电机3能够带动飞轮4转动，储存能量；离合器5闭合时，飞轮4转动并能够利用能量分配装置6驱动液压泵/马达7运动，液压泵/马达7带动驱动轮10转动；
车辆制动时，动力电池1不供电，离合器5闭合，飞轮4转速增大，进行制动能量回收，第二电机3输出负扭矩并与第一电机2输出的扭矩耦合后作用于驱动轮10；同时，制动能量小部分经第二电机3转化为电能储存进动力电池1中，大部分直接以机械能形式储存进飞轮4。
下面通过车辆实际行驶过程，对本发明的电-液压复合驱动方法，进行进一步地解释说明：
起步模式：动力电池1通过电机控制器8，驱动第一电机2，驱动驱动轮10；同时，电机控制器8驱动第二电机3，使飞轮4具有初始动能，保证后续工况正常进行。该模式下，动力电池1的电能通过第一电机2转化为机械能，经减速器9到达驱动轮10；同时，动力电池1通过第二电机3转化为机械能储存在飞轮4内；影响动力电池1状态因素主要有SOC和温度；影响第一电机2和第二电机3状态因素主要有扭矩、转速和功率；影响飞轮4状态因素主要有扭矩和转速。
低速模式：车辆处于低速行驶模式，车速较低，需求转矩小，车辆行驶转矩由第一电机2提供，此时离合器5分离，飞轮4不对外输出功率。该模式下，动力电池1的电能通过第一电机2转化为机械能，经减速器9到达驱动轮10。
加速模式：车辆需求转矩增大，车速增大，此时，离合器5闭合，飞轮4释放能量通过能量分配装置6分别将动能输出给驱动轮10上的液压泵/马达7，同时与第一电机2输出的力矩协同，共同驱动车辆。该模式下，动力电池1的电能通过第一电机2转化为机械能，经减速器9到达驱动轮10；同时，储存在飞轮4内部的机械能通过离合器5、能量分配装置6，转化为驱动液压泵/马达7的液压能，驱动车辆。
负载波动模式：当路况、车速、负载等发生变化时，为了保证第一电机2不受负载波动的影响，使其工作在最佳稳态工况，可通过电机控制器8调节飞轮4的转速，通过离合器5和能量分配装置6来补充驱动轮10处的需求转矩，或者根据电机控制器8指令，对驱动轮10的机械能进行回收，储存在飞轮4内，稳定第一电机2负载的波动。该模式下，动力电池1的电能通过第一电机2转化为机械能，经减速器9到达驱动轮10；若驱动轮10需求转矩大，储存在飞轮4内部的机械能根据电机控制器8指令，通过离合器5、能量分配装置6，转化为驱动液压泵/马达7的液压能，为车辆进行转矩补充；若驱动轮10的需求转矩小，驱动轮10的机械能转化为液压泵/马达7的液压能，输出机械能储存在飞轮4内部。
高速模式：车辆行驶转矩全部由第一电机2提供，离合器5分离，飞轮4在动力电池1维持下，保持一定转速储存能量，供给超车和加速模式使用。该模式下，动力电池1的电能通过第一电机2转化为机械能，经减速器9到达驱动轮10；同时电能转化为机械能储存在飞轮4内部。
制动能量回收模式：当车辆缓速下坡或制动减速时，液压泵/马达7和第一电机2为输入，飞轮4和动力电池1为输出。动力电池1不对外供电，飞轮4转速增加，进行制动能量回收，第二电机3输出负扭矩，与第一电机2输出的扭矩通过减速器9耦合后输出给驱动轮10，提供部分制动力矩；同时，制动能量小部分经第二电机3转化为电能储存进动力电池1中，大部分直接以机械能形式储存进飞轮4，同时车速降低；另外液压泵/马达7的工作，使液压驱动单元中液压油开始循环，辅助第一电机2和第二电机3散热；若飞轮4达到设定最高转速，车辆停止制动能量回收，飞轮4的转速不再升高。该模式下，驱动轮10中的机械能经减速器9、第一电机2，转化为电能储存在电池中；同时，液压泵/马达7将驱动轮10的机械能转化为飞轮4的机械能，储存在飞轮4内，小部分经过第二电机3，转化为电能储存到动力电池1中。
爬坡或超车模式：此时车辆转矩需求大，液压泵/马达7和第一电机2共同驱动驱动轮10，并且飞轮4、液压泵/马达7作为主要输出，第一电机2作为不足目标转矩的补充部分；该模式下，动力电池1的电能通过第一电机2转化为机械能，经减速器9到达驱动轮10；同时，储存在飞轮4内部的机械能通过离合器5、能量分配装置6，转化为驱动液压泵/马达7的液压能，驱动车辆。
本发明的电-液压复合驱动系统及驱动方法，利用飞轮4高效回收制动能量，同时提高整车能量利用率，液压驱动单元工作还能够辅助车辆散热，延长车辆使用寿命，同时提高车辆附加功率，优化起步和制动工况。
在本发明的其他具体实施方式中，设置信号采集模块、控制模块和执行操作模块，信号采集模块能够采集整车系统工作状态，包括车速、加速度、负载、动力电池1和飞轮4的状态，以及液压泵/马达7的转速信号，并将采集到的信号发送给控制模块进行分析计算；控制模块根据得到的采集信息判断车辆运行工况，计算当前运行工况下各个驱动轮10的目标转矩，分配在该工况下驱动驱动轮10的液压泵/马达7和第一电机2的输出转矩；执行操作模块接收控制模块发送的指令，控制第一电机2输出转矩以及液压泵/马达7的工作状态。工作流程图参见图2，大大提高了整车能量利用率。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种电-液压复合驱动系统，其特征在于，包括：
动力电池；
电驱动单元，所述电驱动单元包括第一电机，所述第一电机与所述动力电池相连；
液压驱动单元，所述液压驱动单元包括第二电机、飞轮、离合器、能量分配装置和液压泵/马达，所述第二电机与所述动力电池相连，所述第二电机的输出端与所述飞轮相连，所述飞轮利用所述能量分配装置与所述液压泵/马达相连，所述能量分配装置能够进行机械能和液压能的转化，所述离合器设置于所述飞轮与所述能量分配装置之间；
所述第一电机的输出端和所述液压泵/马达的输出端分别与车辆的驱动轮传动相连。
2.根据权利要求1所述的电-液压复合驱动系统，其特征在于：所述动力电池连接有电机控制器，所述第一电机和所述第二电机分别与所述电机控制器相连。
3.根据权利要求1所述的电-液压复合驱动系统，其特征在于：所述第一电机的输出端利用减速器与所述驱动轮传动相连。
4.根据权利要求1所述的电-液压复合驱动系统，其特征在于：所述液压泵/马达的数量与所述驱动轮的数量相一致且一一对应。
5.根据权利要求4所述的电-液压复合驱动系统，其特征在于：多个所述液压泵/马达并联设置。
6.一种电-液压复合驱动方法，利用上述权利要求1-5任一项所述的电-液压复合驱动系统，其特征在于，包括如下步骤：
所述动力电池为所述第一电机和第二电机提供电力来源，所述第一电机驱动所述驱动轮转动；
车辆行驶时，根据车辆行驶状态，确定所述离合器的工作状态，所述离合器分离时，所述第二电机能够带动飞轮转动，储存能量；所述离合器闭合时，所述飞轮转动并能够利用所述能量分配装置驱动所述液压泵/马达运动，所述液压泵/马达驱动所述驱动轮转动；
车辆制动时，所述动力电池不供电，所述离合器闭合，所述飞轮转速增大，进行制动能量回收，所述第二电机输出负扭矩并与所述第一电机输出的扭矩耦合后作用于所述驱动轮；一部分制动能量经所述第二电机转化为电能储存进所述动力电池中，一部分制动能量直接以机械能行驶储存在所述飞轮中。
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