CN1278494A - 全液压汽车液压传动与控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全液压汽车液压传动与控制系统,其特征在于高压动力系统与中低压控制系统各自独立,高压油泵输出的高压油流在各相关的控制阀的控制下驱动车轮执行前进、后退、空挡、变速、制动、原地转向动作,中低压油泵输出的中低压油流则在各相应控制阀的操控下分别驱动变速系统,转向装置,顶升装置工作,变速控制阀的阀芯表面及内部有轴向、周相及径向进回油道,各油道通过阀芯运动与外壳上的特定油路与马达相接。

Description

全液压汽车液压传动与控制系统

本发明涉及液压控制技术领域及汽车技术领域，特别是一种全液压汽车的液压传动与控制系统。

现有的汽车，无论是国内还是国外，实际采用的都是结构复杂、体积庞大、成本高昂、效率低下的机械传动以及相应的控制系统，这种传动与控制方式除这些缺点外，其能够提供给系统或汽车的性能也是十分勉强的，比如节能问题：无级变速问题：(原地)转向问题：野外维修问题以及防盗问题等等。尤其是无级变速问题，国家耗巨资攻关但收效甚微。

现有的成熟技术中也有采用无级变速的，但其技术核心是采用液力动力换挡。由于这种技术本身的效率十分低下；变速范围十分狭窄，并且使用它以后原本就十分复杂的汽车结构变得更加复杂。因此，这种技术迄今为止仅仅用在不惜代价追求性能的中高档小轿车中。

本发明的目的是提供一种依靠全液压内燃机(或传统内燃机加油泵)、各种控制阀、油路管道、独立的液压顶升系统、独立的液压转向系统及原地转向装置等有机组合而成并具有高性能、高效率、低成本的全液压汽车液压传动与控制系统。

本发明的目的是这样实现的，一种全液压汽车液压传动与控制系统，包括全液压内燃机或传统内燃机加中低压油泵、高压油泵、高压驱动进油路、回油路、空档与起步阀，高压驱动油路空档与起步控制阀、可控节流阀、溢流阀、制动阀连动泄压阀、前进与后退阀、蓄能器、缓冲器、一对驱动车轮的变速马达及换向安全阀、紧急机械制动装置，中低压进回油主油路、中低压转向装置、中低压顶升装置、中低压变速控制马达斜盘的进油路、回油路、控制马达单作用缸的进回油路及变速控制阀、中低压系统溢流阀、中低压回路空档与工作控制阀、调速电磁控制阀，其特征在于：高压动力系统与中低压控制系统各自独立，高压油泵输出的高压油经油路连接空挡与起步阀、可控节流阀、前进与后退阀、换向安全阀，再经高压驱动进回油路、与驱动车轮的马达连接，以驱动车轮执行前进、后退、空档、变速、制动、原地转向动作，中低压油泵输出的中低压油流经中低压进回油主油路、与中低压转向装置、中低压顶升装置连通，经变速控制阀、调速电磁控制阀及中低压变速控制马达斜盘进油路、回油路、控制马达单作用缸的进回油路与变速马达连接，变速控制阀由具有相对运动的外壳与阀芯构成，阀芯表面及内部有轴向、周相及径向进回油道与中低压进油管、回油管连通，各油道通过阀芯运动与外壳上的特定油路与变速马达连通。

按本发明提供的全液压汽车液压传动与控制系统，具有独立的液压顶升系统、液压转向系统及原地转向装置，性能高、效率高、能耗低、结构简单成本低。

本发明有如下附图：

图1为本发明采用专利申请号为99117319．8的变速液压马达时的系统结构原理图；

图2为本发明中阀芯作轴向运动的变速控制阀轴向剖面示意图；

图3为本发明中阀芯作轴向运动的变速控制阀径向剖面示意图；

图4为本发明中阀芯既可轴向运动又可用向运动的变速控制阀轴向剖面示意图；

图5为本发明中阀芯既可轴向运动又可周向运动的变速控制阀径向剖面示意图；

图6为本发明中阀芯既可轴向运动又可周向运动的变速控制局部柱面展开示意图。

图7为本发明中阀芯既可轴向运动又可周向运动的变速控制阀的阀芯运动轨迹示意图；

图8为本发明中用于取代变速控制阀的三个二位三通阀组合示意图；

图9为本发明采用专利申请号为99117320．1的变速液压马达时的系统结构原理图；

下面参照附图进一步说明本发明的实施方案，全液压汽车液压传动与控制系统，如图1所示，包括全液压内燃机或传统内燃机加中低压油泵18、高压油泵19、高压驱动进油路3、回油路1、空档与超步阀9，高压驱动油路空档与起步控制阀11、可控节流阀13、溢流阀15、制动阀连动泄压阀16、前进与后退阀29、蓄能器8、缓冲器32、一对驱动车轮的变速马达2及换向安全阀30、紧急机械制动装置31，中低压进回油主油路26、27、中低压转向装置22、中低压顶升装置(25)、中低压变速控制马达斜盘的进油路4、回油路6、控制马达单作用缸的进回油路5及变速控制阀7、中低压系统溢流阀14、中低压回路空档与工作控制阀21、调速电磁控制阀23，高压动力系统与中低压控制系统各自独立，高压油泵19输出的高压油经油路连接空挡与起步阀9、可控节流阀13、前进与后退阀29、换向安全阀30，再经高压驱动进回油路3、1与驱动车轮的变速马达2连接，以驱动车轮执行前进、后退、空档、变速、制动、原地转向动作，中低压油泵18输出的中低压油流经中低压进回油主油路26、27与中低压转向装置22、中低压顶升装置25连通，经变速控制阀7、调速电磁控制阀23及中低压变速控制马达斜盘进油路4、回油路6、控制马达单作用缸的进回油路5与变速马达2连接，变速控制阀7由具有相对运动的外壳与阀芯构成，阀芯表面及内部有轴向、周相及径向进回油道与中低压进油管26、回油管27连通，各油道通过阀芯运动与外壳上的特定油路与变速马达2连通。

阀芯作轴向运动变速控制如图2、图3所示，变速控制阀7由端盖、阀体、阀芯及控制杆、定位器37、导向销40等组成，阀体上开设有进油孔36、回油孔39分别与阀芯表面上开设的进油槽34、回油槽38连通，阀体上开设的供、回油口35(a、b、c三个)根据变速的需要通过轴向移动阀芯有选择地与阀芯上开设的与油槽34连通的供油孔wxyz连通，分别或同时锁定驱动马达中的工作柱塞而使汽车变速，变速控制阀7的图示状态为阀体上的供、回油口39全部与回油槽38相通的回油道33连通，马达因柱塞全部释放而工作在最低速状态，随着阀芯向右逐步移动，马达的转速将产生有级变化。但体积较大则是该阀的最大弱点。

阀芯既可轴向运动又可周向运动的变速控制阀7如图4、5、6、7所示。图中变速控制阀7的结构与阀芯轴向运动的变速调节阀相当，所不同者主要是阀芯的运动方式由单一的轴向运动变为既可轴向运动也可周向运动，此外，阀芯上的供、回油通道的设置也有区别。图中水平线以上表示阀体及其供、回油口；水平线以下则表示阀芯及其供、回油(虚线表示)通道，图示位置为阀体a、b、c三油口均处于供油即马达最高速状态。由图6不难看出，当阀芯按图7所示轨迹自8点向1点顺次转动或移动时，马达的转速即从最高速变为最低速。

变速控制阀7为长方体，相应的阀芯可作纯平面运动，阀芯上开有轨迹槽，外壳上有定位销。空档与起步阀9为三位五通阀，其前的进、回油路上有液控单向阀10，液控单向阀10的启闭油路与高压油泵19的油路相通。前进与后退阀29的进、回油路与空档与起步阀9的控制油路相通，控制油路与变速马达2的高压驱动进、回油路3、1相通。用以控制汽车正向行驶和倒车。空挡与起步阀9之前设有汽车熄火滑行过程中制动时的补油油路28及其上的单向阀、粗滤器17。高压驱动油路中高压油泵19与空档与起步阀9进油路及补油油路28间设有防逆动单向阀20。以避免蓄能器释放能量及汽车上坡起步时使油泵或内燃机逆向动作。变速马达2的控制油路上接有安全换向阀30，其进、回油路与高压驱动进油路3、回油路1相接。使汽车可以根据需要原地转向，需要时该换向安全阀30可以锁定马达2，起到安全保护即防止溜行的作用。空档与起步阀9、可控单向阀11回油路接有可控节流阀13。高压回油路上设有蓄能器8。蓄能阀8在制动时积蓄液压能。调速电磁控制阀23与变速马达2的马达斜盘进油路4、回油路6及变速控制阀7相连。控制马达2的斜盘倾角和变速控制阀7动作，使汽车无级变速。中低压油泵18与中低压进回油主油路26、27间设有中低压油路空档与工作控制阀21经中低压进回油主油路26、27与中低压转向装置22、中低压顶升装置25、调速电磁控制阀23及变速控制阀7相连接。控制整个中低压供、回油系统的工作状态。中低压顶升装置25与中低压进回油主油路26、27间接有顶升装置控制阀24。顶升汽车便于维修及撤换轮胎。换向安全阀30的高压动力油路的回油路上设有缓冲器32。用以吸收汽车运动中换档瞬间的冲击压力。变速控制阀7还可采用互相独立的三个二位三通电磁阀组成变速控制阀。如图8所示，该变速控制阀组由三个二位三通阀组成，可用于取代变速控制阀7。图中下方两条油路为中低压供、回油油路；上方三条油路则分别连接马达上的单作用油缸。驱动车轮的马达采用高压油路控制变速的马达时，采用互相独立的三个Y型电磁阀组成变速控制阀组，采用连体的三路电磁阀组成换向安全阀，三个Y型电磁阀的进回油路与前进与后退阀29相连，连体的三路电磁阀进回油路分别与三个Y型电磁阀相连。如图9所示，系统所采用高压油路控制变速的马达，由于马达的变速原理不同故系统的结构也有相应的变化。从图9以及其所示的系统元件编号可以看出，图1中的有级变速控制油路5被取消，而有级变速的控制则转移到高压供、回油油路中并且用″变速Y型控制阀组7″取代了变速控制阀7。此外，图1中的换向安全阀7应使用三路阀，而缓冲器32的数量也需要增加为6个。除此以外，系统的结构与图1所示完全相同。高压油泵19与补油油路28间接有制动连动泄压阀16。用以对汽车制动时为内燃机卸载。

本发明的工作原理或过程叙述如下：

如图1或图9所示，第一步启动：高压驱动油路空挡与起步控制阀9及低压油路空挡与工作控制阀21处于图示或空挡位置；液压顶升装置25的活塞收回并锁定时启动全液压内燃机(或传统内燃机并带动高压与中低压油泵)，待运转正常后接通电气系统(图中未表示)并接通控制阀21使变速系统可以工作、转向装置置获得助力；操作变速控制阀7到图示最低速(1挡)；操作调速阀23使马达斜盘处于最小倾角态。第二步起步：操作汽车前进与倒退控制阀29处于需要状态；在接通换向安全阀30后手动慢速接通空挡与工作控制阀9，实现汽车的缓慢起步。第三步变速：根据车况、路况等情况，直接或通过调速阀23操作变速控制阀7；使汽车速度按需要改变。实际上，本发明可以通过两种途径获得汽车的无级变速，其一是通过计算机及反馈电路优化和稳定内燃机的工作频率，使输出的液压油流量相对稳定，然后通过调速阀23使汽车速度作小范围的无级变化，当车速升高或降低到相邻挡位设定速度时，计算机用电磁方式自动控制变速控制阀7有序动作到达相邻的上或下一挡位，同时，计算机用电磁方式控制马达斜盘自动复位，上述变速过程重新开始从而使得汽车的速度不断地升高或降低。此变速控制方式下，传统意义上的油门实际上是由计算机控制的。其二是取消马达的斜盘及其控制油路即直接使用有级变速马达，用控制内燃机的工作频率即输出液压油流量大小的方式作为马达级与级之间的过渡，变速控制阀7的有序动作仍然依靠计算机来完成。此方式下，驾驶员右脚下控制的仍然是传统的油门。以上变速方式还可以通过适当的电路及油路组织和控制后由驾驶员按照传统习惯，根据路况、车况等情况，依靠经验人工手动控制车速。第四步制动及停车：右脚离开油门并踏在刹车踏板上，此踏板控制可调节流阀13节流，其节流的程度视需要而定，大致可分为三种状态：一般的减速节流；防抱死制动；完全制动。当节流动作开始时，与节流阀13连动的泄压阀16自动到达汇压位置为内燃机卸载，切断马达的动力源，同时，因为节流阀13的动作，高压供、回油系统回油路上的压力升高，迫使汽车减速，减速程度与节流程度是对应的，当节流达到防抱死制动程度时，变速控制阀7在计算机控制下自动返回最低速即一挡位置，节流阀13完全关闭而可控单向阀11在设定的压力值下开启蓄能器蓄能并在回油路压力降低后重新关闭并不断重复此二动作直到汽车完全停止为止。当然，如果需要的话，也可以在节流阀13完全关闭的情况下关闭单向阀11，使汽车处于完全制动状态。汽车停止后，计算机控制下的所有控制阀自动复位到汽车起步以前的位置。本系统倒车时的工作过程与前述工作过程基本相同，唯一的区别是汽车起步前需操作控制阀29进入倒车位置，其余不再赘述。蓄能器能量积蓄到设计程度(用仪表、限压装置自动或人工控制)以后，在汽车正常行驶过程中关闭内燃机，蓄能器能量释放控制阀10将自动开启，蓄能器的能量释放并驱动汽车前进或后退，达到节能的目的。在汽车停止而内燃机空挡运行时，分别操作两个换向安全阀30和起步阀9，可以驱动两马达相向旋转从而使汽车原地转向。由于换向安全阀在汽车停车时处于锁定位置，因此，在任何有坡度的地方都可以放心停放汽车。紧急机械制动装置可以在汽车失控如油管爆裂时对汽车制动，此外，汽车正常制动或坡道停车时，该装置也可以起辅助制动或防溜行的作用。本系统所采用的液压顶升装置25包括一个控制转阀和四个安装在车轮附近并带有液压锁的液压油缸支腿，其作用是当汽车处于停车状态时可以顶升汽车；悬空车轮以便于更换车轮，同时也可以起到防盗的作用。该装置与转向装置22一样，都是现有的成熟技术，此处不再叙述其工作原理。

Claims (16)

1．一种全液压汽车液压传动与控制系统，包括全液压内燃机或传统内燃机加中低压油泵(18)、高压油泵(19)、高压驱动进油路(3)、回油路(1)、空档与起步阀(9)，高压驱动油路空档与起步控制阀(11)、可控节流阀(13)、溢流阀(15)、制动阀连动泄压阀(16)、前进与后退阀(29)、蓄能器(8)、缓冲器(32)、一对驱动车轮的变速马达(2)及换向安全阀(30)、紧急机械制动装置(31)，中低压进回油主油路(26)、(27)、中低压转向装置(22)、中低压顶升装置(25)、中低压变速控制马达斜盘的进油路(4)、回油路(6)、控制马达单作用缸的进回油路(5)及变速控制阀(7)、中低压系统溢流阀(14)、中低压回路空档与工作控制阀(21)、调速电磁控制阀(23)，其特征在于：高压动力系统与中低压控制系统各自独立，高压油泵(19)输出的高压油经油路连接空挡与起步阀(9)、可控节流阀(13)、前进与后退阀(29)、换向安全阀(30)，再经高压驱动进回油路(3)、(1)与驱动车轮的变速马达(2)连接，以驱动车轮执行前进、后退、空档、变速、制动、原地转向动作，中低压油泵(18)输出的中低压油流经中低压进回油主油路(26)、(27)与中低压转向装置(22)、中低压顶升装置(25)连通，经变速控制阀(7)、调速电磁控制阀(23)及中低压变速控制马达斜盘进油路(4)、回油路(6)、控制马达单作用缸的进回油路(5)与变速马达(2)连接，变速控制阀(7)由具有相对运动的外壳与阀芯构成，阀芯表面及内部有轴向、周相及径向进回油道与中低压进油管(26)、回油管(27)连通，各油道通过阀芯运动与外壳上的特定油路与变速马达(2)连通。

2．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于变速控制阀(7)为长方体，相应的阀芯可作纯平面运动，阀芯上开有轨迹槽，外壳上有定位销。

3．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于空档与起步阀(9)为三位五通阀，其前的进、回油路上有液控单向阀(10)，液控单向阀(10)的启闭油路与高压油泵(19)的油路相通。

4．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于前进与后退阀(29)的进、回油路与空档与起步阀(9)的控制油路相通，控制油路与变速马达(2)的高压驱动进、回油路(3)、(1)相通。

5．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于空挡与起步阀(9)之前设有汽车熄火滑行过程中制动时的补油油路(28)及其上的单向阀、粗滤器(17)。

6．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在高压驱动油路中高压油泵(19)与空档与起步阀(9)进油路及补油油路(28)间设有防逆动单向阀(20)。

7．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于变速马达(2)的控制油路上接有安全换向阀(30)，其进、回油路与高压驱动进油路(3)、回油路(1)相接。

8．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在空档与起步阀(9)、可控单向阀(11)回油路接有可控节流阀(13)。

9．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在高压回油路上设有蓄能器(8)。

10．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于设有调速电磁控制阀(23)与变速马达(2)的马达斜盘进油路(4)、回油路(6)及变速控制阀(7)相连。

11．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在中低压油泵(18)与中低压进回油主油路(26)、(27)间设有中低压油路空档与工作控制阀(21)经中低压进回油主油路(26)、(27)与中低压转向装置(22)、中低压顶升装置(25)、调速电磁控制阀(23)及变速控制阀(7)相连接。

12．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在中低压顶升装置(25)与中低压进回油主油路(26)、(27)间接有顶升装置控制阀(24)。

13．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在换向安全阀(30)的高压动力油路的回油路上设有缓冲器(32)。

14．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于所说的变速控制阀(7)还可采用互相独立的三个二位三通电磁阀组成变速控制阀。

15．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于所说的驱动车轮的马达采用高压油路控制变速马达时，采用互相独立的三个Y型电磁阀组成变速控制阀组，采用连体的三路电磁阀组成换向安全阀，三个Y型电磁阀的进回油路与前进与后退阀(29)相连，连体的三路电磁阀进回油路分别与三个Y型电磁阀相连。

16．按权利要求1所述的全液压传动与控制系统，其特征在于在高压油泵(19)与补油油路(28)间接有制动连动泄压阀(16)。

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