技术领域
[0001] 本
发明属于
汽车驱动装置技术领域，具体涉及一种混联式液驱混合动力车辆动力总成系统。
背景技术
[0002] 随着我国汽车保有量的不断升高，石油资源日趋短缺，城市交通拥挤严重，车辆尾气排放严重超标，上述问题对人们的日常生活及社会
能源环境造成了严重威胁。纵观汽车发展历史可知，传统的车辆
传动系统主要由
发动机、变速箱、
传动轴、
差速器以及
车轮等组成，当车辆处于减速或
制动工况时，通常由制动器与车轮依靠摩擦使其减速或制动，这样将制
动能完全转化为
热能损失掉，同时，该发动机驱动
主轴与负载断开，造成发动机瞬间
失速，导致发动机不能处于最佳燃油经济区，造成
能量损失，为此，节能型车辆系统一直是国内外研究机构及世界各国生产厂商的关注重点。
[0003] 目前，在汽车节能技术方面，液压驱动混合动力技术作为混合动力技术的重要分支之一，由于其优越的节能潜力，已经引起了国内外学者的重视，根据其动力源构成形式主要分为
串联式混合动力车辆传动系统、并联式混合动力车辆传动系统和混联式混合动力车辆传动系统。其中，串联式混合动力车辆传动系统主要由发动机、高压
蓄能器和低压蓄能器构成，该系统总能耗较大，节能效果不明显，故在应用方面一直受影响；并联式混合动力车辆传动系统主要由两个可相互独立驱动负载车辆的动力源发动机、
高压蓄能器、低压蓄能器以及大量
基础液压元件构成，由于该系统液压元件较多，且在调控过程中的磨损严重，很难保证发动机精确控制的要求，故此该系统在应用方面也有一定限制；混联式混合动力车辆传动系统主要是串、并联式系统的综合应用，该种传动系统没有能量回收部分，造成能量的浪费，其结构形式复杂，控制难度较大以及制造成本高等因素，限制了此项技术的研发与推广。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提出一种混联式液驱混合动力车辆动力总成系统，解决
现有技术存在的结构形状复杂、控制难度大以及制造成本高的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明的混联式液驱混合动力车辆动力总成系统包括前桥负载车轮传动部分、后桥负载车轮传动部分、车辆总
控制器、发动机、制动控制器、传动轴和液压传动系统；制动控制器的输出端分别与前桥负载车轮传动部分的前桥
摩擦制动器Ⅰ和前桥摩擦制动器Ⅱ以及后桥负载车轮传动部分的后桥摩擦制动器Ⅱ和后桥摩擦制动器Ⅰ连接，发动机的输出端与传动轴连接，车辆总控制器通过接收前桥负载车轮传动部分的前桥
扭矩传感器和后桥负载车轮传动部分的后桥扭矩传感器的扭矩值，对发动机的输出功率进行控制，以及对液压传动系统的输出功率进行匹配调节。
[0006] 所述液压传动系统包括湿式
多片离合器Ⅰ、单向
阀Ⅰ、高压蓄能器、
伺服阀控缸系统Ⅰ、液压
变压器、低压蓄能器、前桥负载车轮Ⅰ、前桥摩擦制动器Ⅰ、湿式
多片离合器Ⅱ、前桥扭矩传感器、前桥差速器、湿式多片离合器Ⅲ、前桥
液压泵或
马达、溢流阀Ⅰ、溢流阀Ⅱ、
过滤器Ⅰ、前桥摩擦制动器Ⅱ、前桥负载车轮Ⅱ、
单向阀Ⅱ、过滤器Ⅱ、过滤器Ⅲ、油箱、变速箱、湿式多片离合器Ⅳ、变量
液压泵或马达和伺服阀控缸系统Ⅱ；所述伺服阀控缸系统Ⅰ包括电液伺服阀Ⅰ和液压油缸Ⅰ，电液伺服阀Ⅰ的A端口和B端口分别与液压油缸Ⅰ的进油口和出油口连通，所述液压油缸Ⅰ的
活塞杆与液压变压器的配油盘铰接，所述伺服阀控缸系统Ⅱ包括液压油缸Ⅱ和电液伺服阀Ⅱ，电液伺服阀Ⅱ的A端口和B端口分别与液压油缸Ⅱ的进油口和出油口连通，所述液压油缸Ⅱ的
活塞杆与变量液压泵或马达的
斜盘铰接；前桥负载车轮传动部分的前桥液压泵或马达的端口A和后桥负载车轮传动部分的后桥液压泵或马达的端口A与液压变压器的B端口连通，高压蓄能器的端口、液压变压器的端口A和电液伺服阀Ⅱ出油端口P与单向阀Ⅰ的出油端口连通，单向阀Ⅱ的出油端口、后桥液压泵或马达的端口B和前桥液压泵或马达的端口B与液压变压器的T端口连通，变量液压泵或马达的端口A和溢流阀Ⅱ的进油端口与单向阀Ⅰ的进油端口连通，变量液压泵或马达(28)的B、电液伺服阀Ⅱ(34)的出油口O、单向阀Ⅱ的进油口和电液伺服阀Ⅰ的出油口O通过过滤器Ⅲ与油箱连通；发动机
输出轴通过湿式多片离合器Ⅰ和湿式多片离合器Ⅱ与前桥扭矩传感器连通；低压蓄能器的出口与溢流阀Ⅰ的进口连通；溢流阀Ⅰ的出口通过过滤器Ⅰ与变量液压泵或马达的B端口连通，溢流阀Ⅱ的出口通过过滤器Ⅱ与变量液压泵或马达的B端口连通；变量液压泵或马达通过湿式多片离合器Ⅳ与变速箱连通。
[0007] 所述前桥负载车轮传动部分包括前桥负载车轮Ⅰ、前桥摩擦制动器Ⅰ、前桥扭矩传感器、前桥差速器、湿式多片离合器Ⅲ、前桥液压泵或马达、前桥摩擦制动器Ⅱ和前桥负载车轮Ⅱ；前桥负载车轮Ⅰ、前桥负载车轮Ⅱ通过轴与前桥差速器连接；前桥差速器通过湿式多片离合器Ⅲ与前桥液压泵或马达连接。
[0008] 所述后桥负载车轮传动部分包括后桥负载车轮Ⅰ、后桥摩擦制动器Ⅱ、湿式多片离合器Ⅴ、后桥液压泵或马达、后桥差速器、后桥扭矩传感器、后桥摩擦制动器Ⅰ和后桥负载车轮Ⅱ；后桥负载车轮Ⅱ、后桥负载车轮Ⅰ通过轴与后桥差速器连接；后桥差速器通过湿式多片离合器Ⅴ与后桥液压泵或马达(36)连接。
[0009] 当湿式多片离合器Ⅱ断开时，发动机输出功率经变速箱由电液伺服阀Ⅱ调节变量液压泵或马达，使发动机赘余能量存储到高压蓄能器中。
[0010] 本发明的有益效果为：本发明的混联式液驱混合动力车辆动力总成系统主要是通过车辆总控制器通过接收前桥扭矩传感器和后桥扭矩传感器的扭矩值，对发动机的输出功率进行控制，以及液压系统的输出功率进行匹配调节，达到即能满足车辆正常行驶基本要求，又能使发动机工作在最佳燃油经济区工作的目的，从而节能减排。该系统包含了发动机能量回收系统、液压变压器调节系统以及制动能回收系统，发动机能量回收系统主要是由发动机、湿式多片离合器Ⅰ、溢流阀Ⅱ、变速箱、湿式多片离合器Ⅳ、变量液压泵或马达、伺服阀控缸系统Ⅱ构成；液压变压器调节系统主要由伺服阀控缸系统Ⅰ、电液伺服阀Ⅰ、液压油缸Ⅰ、液压变压器构成；制动能回收系统主要由高压蓄能器、低压蓄能器、前桥液压泵或马达、后桥液压泵或马达、前桥差速器、后桥差速器、湿式多片离合器Ⅲ、湿式多片离合器Ⅴ、前桥扭矩传感器、后桥扭矩传感器、溢流阀Ⅰ、前桥摩擦制动器Ⅰ、前桥摩擦制动器Ⅱ、后桥摩擦制动器Ⅱ、后桥摩擦制动器Ⅰ构成，通过发动机能量回收系统、液压变压器调节系统和制动能回收系统实现能量的回收。
[0011] 混联式液驱混合动力车辆动力总成系统具有合理匹配动力源发动机和液压传动系统功率的能力，同时由于应用液压变压器关键元件对车辆启动、
加速、减速以及制动过程中的压力进行有效控制，不仅可以使发动机始终工作在最佳燃油经济区，而且可以使车辆的制动能回收最大化，大大增强了该车辆系统的能量回收率，以及动力系统传动效率。当该车辆系统减速或制动过程时，可通过调节变量液压泵或马达，不仅使发动机始终工作在最佳燃油经济区，而且将发动机的输出功率完全存储到高压蓄能器中，同时通过调节液压变压器将车轮的制动能以能量回收最大化的形式存储于高压蓄能器中，提高了系统的整体效率。同时，车辆在二次启动或加速过程中，通过调节液压变压器，使回收到的液压能二次有效利用，大大改善了多工况行驶条件下的燃油经济性，降低了有害气体的排放。同时，由于液压变压器的应用，大大降低了混联式混合动力车辆系统的基本结构，减少了大量的调控系统元件，降低了制造成本，并减少液压系统调节过程中的能量损失。
附图说明
[0012] 图1为本发明的混联式液驱混合动力车辆动力总成系统结构示意图；
[0013] 图2为图1中的I局部放大图；
[0014] 图3为图1中的II局部放大图；
[0015] 其中：1、制动控制器，2、湿式多片离合器Ⅰ，3、单向阀Ⅰ，4、高压蓄能器，5、伺服阀控缸系统Ⅰ，6、电液伺服阀Ⅰ，7、液压油缸Ⅰ，8、液压变压器，9、低压蓄能器，10、前桥负载车轮Ⅰ，11、前桥摩擦制动器Ⅰ，12、湿式多片离合器Ⅱ，13、前桥扭矩传感器，14、前桥差速器，15、湿式多片离合器Ⅲ，16、前桥液压泵或马达，17、溢流阀Ⅰ，18、溢流阀Ⅱ，19、过滤器Ⅰ，20、前桥摩擦制动器Ⅱ，21、前桥负载车轮Ⅱ，22、单向阀Ⅱ，23、过滤器Ⅱ，24、过滤器Ⅲ，25、油箱，26、变速箱，27、湿式多片离合器Ⅳ，28、变量液压泵或马达，29、伺服阀控缸系统Ⅱ，30、后桥负载车轮Ⅰ，31、后桥摩擦制动器Ⅱ，32、车辆总控制器，33、液压油缸Ⅱ，34、电液伺服阀Ⅱ，35、湿式多片离合器Ⅴ，36、后桥液压泵或马达，37、后桥差速器，38、后桥扭矩传感器，39、发动机，40、后桥摩擦制动器Ⅰ，41、后桥负载车轮Ⅱ。
具体实施方式
[0016] 下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0017] 本发明的混联式液驱混合动力车辆动力总成系统包括前桥负载车轮传动部分、后桥负载车轮传动部分、车辆总控制器、发动机、制动控制器、传动轴和液压传动系统；制动控制器1的输出端分别与前桥负载车轮传动部分的前桥摩擦制动器Ⅰ11和前桥摩擦制动器Ⅱ20以及后桥负载车轮传动部分的后桥摩擦制动器Ⅱ31和后桥摩擦制动器Ⅰ40连接，发动机的输出端与传动轴连接，车辆总控制器32通过接收前桥负载车轮传动部分的前桥扭矩传感器13和后桥负载车轮传动部分的后桥扭矩传感器38的扭矩值，对发动机39的输出功率进行控制，以及对液压传动系统的输出功率进行匹配调节。
[0018] 参见附图1、附图2和附图3，所述液压传动系统包括湿式多片离合器Ⅰ2、单向阀Ⅰ3、高压蓄能器4、伺服阀控缸系统Ⅰ5、液压变压器8、低压蓄能器9、前桥负载车轮Ⅰ10、前桥摩擦制动器Ⅰ11、湿式多片离合器Ⅱ12、前桥扭矩传感器13、前桥差速器14、湿式多片离合器Ⅲ15、前桥液压泵或马达16、溢流阀Ⅰ17、溢流阀Ⅱ18、过滤器Ⅰ19、前桥摩擦制动器Ⅱ20、前桥负载车轮Ⅱ21、单向阀Ⅱ22、过滤器Ⅱ23、过滤器Ⅲ24、油箱25、变速箱26、湿式多片离合器Ⅳ27、变量液压泵或马达28和伺服阀控缸系统Ⅱ29；所述伺服阀控缸系统Ⅰ5包括电液伺服阀Ⅰ6和液压油缸Ⅰ7，电液伺服阀Ⅰ6的A端口和B端口分别与液压油缸Ⅰ7的进油口和出油口连通，所述液压油缸Ⅰ7的活塞杆与液压变压器8的配油盘铰接，车辆总控制器32控制电液伺服阀Ⅰ6，使液压油缸Ⅰ7的活塞杆伸缩来改变液压变压器8的配油盘倾
角，从而改变液压变压器8的变压比，所述伺服阀控缸系统Ⅱ29包括液压油缸Ⅱ33和电液伺服阀Ⅱ34，电液伺服阀Ⅱ34的A端口和B端口分别与液压油缸Ⅱ33的进油口和出油口连通，所述液压油缸Ⅱ33的活塞杆与变量液压泵或马达28的斜盘铰接，车辆总控制器32控制电液伺服阀Ⅱ34，使液压油缸Ⅱ33的活塞杆伸缩来改变变量液压泵或马达28的斜盘倾角，从而改变变量液压泵或马达28
排量；前桥负载车轮传动部分的前桥液压泵或马达16的端口A和后桥负载车轮传动部分的后桥液压泵或马达36的端口A与液压变压器8的B端口连通，高压蓄能器4的端口、液压变压器8的端口A和电液伺服阀Ⅱ34出油端口P与单向阀Ⅰ3的出油端口连通，单向阀Ⅱ22的出油端口、后桥液压泵或马达36的端口B和前桥液压泵或马达16的端口B与液压变压器8的T端口连通，变量液压泵或马达28的端口A和溢流阀Ⅱ18的进油端口与单向阀Ⅰ3的进油端口连通，变量液压泵或马达28的B、电液伺服阀Ⅱ34的出油口O、单向阀Ⅱ22的进油口和电液伺服阀Ⅰ6的出油口O通过过滤器Ⅲ24与油箱25连通；发动机(38)输出轴通过湿式多片离合器Ⅰ2和湿式多片离合器Ⅱ12与前桥扭矩传感器13连通；低压蓄能器9的出口与溢流阀Ⅰ17的进口连通；溢流阀Ⅰ17的出口通过过滤器Ⅰ19与变量液压泵或马达28的B端口连通，溢流阀Ⅱ18的出口通过过滤器Ⅱ23与变量液压泵或马达28的B端口连通；变量液压泵或马达28通过湿式多片离合器Ⅳ27与变速箱26连通。
[0019] 所述前桥负载车轮传动部分包括前桥负载车轮Ⅰ10、前桥摩擦制动器Ⅰ11、前桥扭矩传感器13、前桥差速器14、湿式多片离合器Ⅲ15、前桥液压泵或马达16、前桥摩擦制动器Ⅱ20和前桥负载车轮Ⅱ21；前桥负载车轮Ⅰ10、前桥负载车轮Ⅱ21通过轴与前桥差速器14连接；前桥差速器14通过湿式多片离合器Ⅲ15与前桥液压泵或马达16连接。
[0020] 所述后桥负载车轮传动部分包括后桥负载车轮Ⅰ30、后桥摩擦制动器Ⅱ31、湿式多片离合器Ⅴ35、后桥液压泵或马达36、后桥差速器37、后桥扭矩传感器38、后桥摩擦制动器Ⅰ40和后桥负载车轮Ⅱ41；后桥负载车轮Ⅱ41、后桥负载车轮Ⅰ30通过轴与后桥差速器37连接；后桥差速器37通过湿式多片离合器Ⅴ35与后桥液压泵或马达36连接。
[0021] 当湿式多片离合器Ⅱ12断开时，发动机39输出功率经变速箱26由电液伺服阀Ⅱ34调节变量液压泵或马达28，使发动机39赘余能量存储到高压蓄能器4中。
[0022] 本发明的混联式液驱混合动力车辆动力总成系统在以下四种工况的具体工作状态如下：
[0023] （一）车辆处于启动或加速工况；当车辆安装后初次使用时，由于高压蓄能器4中没有液压能量存储，此时发动机39可联通湿式多片离合器Ⅰ2和湿式多片离合器Ⅳ27，断开湿式多片离合器Ⅱ12，将发动机39输出功率通过传动轴到达变速箱26，并经变量液压泵或马达将机械能转化为液压能存储到高压蓄能器4中，当液压能存储量超过其额定容量时，可
安全阀18将会自动打开，卸荷掉多余能量。
[0024] 此后，车辆再次启动或加速时，发动机39和高压蓄能器4可以同时驱动车轮，即车辆总控制器32通过接收前桥扭矩传感器13和后桥扭矩传感器38的扭矩值，对发动机39的输出功率进行燃油经济性能优化控制，并通过主轴将发动机输出功率流经变速箱26、前桥差速器14作用于前桥负载车轮Ⅰ10，同时，车辆总控制器32，根据发动机39的输出功率，通过控制电液伺服阀Ⅰ6，使液压油缸Ⅰ7的活塞杆伸缩来改变液压变压器8的配油盘倾角，从而改变液压变压器8的变压比进行调节，使高压蓄能器4内的液压能，可经液压变压器8升压作用进行功率放大，从而将液压能经前桥液压泵或马达16和后桥液压泵或马达36驱动前后轮，使车辆启动或加速，实现了高压蓄能器4中存储能量的再利用。
[0025] （二）车辆处于正常行驶工况；当车辆处于匀速行驶时，车辆总控制器32通过控制湿式多片离合器Ⅲ15和湿式多片离合器Ⅴ35断开，保证发动机39输出转速小负荷恒定输出，使发动机39始终工作在最佳燃油经济区及其附近。此时，车辆总控制器32可通过接收来自前桥扭矩传感器13和后桥扭矩传感器38的扭矩值，实时监测发动机39的输出功率。若此时发动机39提供扭矩刚好能平衡车辆行驶所需要的扭矩，则湿式多片离合器Ⅲ15、湿式多片离合器Ⅲ27和湿式多片离合器Ⅴ35始终断开。若此时发动机39提供的输出扭矩大于车辆行驶所需要的扭矩时，湿式多片离合器Ⅲ27立即联通，将多余发动机输出功率通过变速箱26驱动变量液压泵或马达28工作，给高压蓄能器4补充能量。相反，当发动机39提供的扭矩小于车辆行驶所需要的扭矩，湿式多片离合器Ⅲ15和湿式多片离合器Ⅴ35立即联通，并且车辆总控制器32通过控制伺服阀控缸系统Ⅰ5和伺服阀控缸系统Ⅱ29，对液压变压器8进行调节控制，使高压蓄能器4内的液压能，通过前桥液压泵或马达16和后桥液压泵或马达36，向车辆行驶所需要的扭矩补充动力，此时高压蓄能器4处于放能状态。
[0026] （三）车辆处于减速或制动工况；当车辆处于制动或减速时，湿式多片离合器Ⅲ12断开，湿式多片离合器Ⅲ15、湿式多片离合器Ⅲ27和湿式多片离合器Ⅴ35始终联通，发动机39的输出功率，可经过变速箱26驱动变量液压泵或马达28向高压蓄能器4充能，此时车辆总控制器32根据前桥扭矩传感器13和后桥扭矩传感器38扭矩值的监控数据，通过伺服阀控缸系统Ⅱ29，即控制电液伺服阀Ⅱ34使液压油缸Ⅱ33的活塞杆伸缩变化，改变变量液压泵或马达28的斜盘倾角，对变量液压泵或马达28的排量进行控制，从而使发动机39始终工作在最佳燃油经济区。另外，由于前桥负载车轮Ⅰ10、前桥负载车轮Ⅱ21、后桥负载车轮Ⅰ30、后桥负载车轮Ⅱ41的惯性作用，将带动前桥液压泵或马达16和后桥液压泵或马达36以泵工况的形式工作，向液压变压器8供液压能，此时车辆总控制器32通过伺服阀控缸系统Ⅰ5改变液压变压器8
配流盘倾角，改变液压变压器8的变压比，使车辆减速时的制动能，通过前桥液压泵或马达16和后桥液压泵或马达36转化为液压能，并经液压变压器8功率放大调节控制，将制动能存储到高压蓄能器4中，实现制动能回收最大化。
[0027] （四）车辆处于紧急制动工况；当车辆处于紧急制动工况时，制动控制器1使前桥摩擦制动器Ⅰ11、前桥摩擦制动器Ⅱ20、后桥摩擦制动器Ⅱ31、后桥摩擦制动器Ⅰ40执行工作，完全抱死前后桥车轮，使其紧急停车。同时，湿式多片离合器Ⅲ12断开，湿式多片离合器Ⅲ15、湿式多片离合器Ⅲ27和湿式多片离合器Ⅴ35始终联通，发动机39的输出功率，可经过变速箱26驱动变量液压泵或马达28向高压蓄能器4充能，此时车辆总控制器32根据前桥扭矩传感器13和后桥扭矩传感器38扭矩值的监控数据，通过伺服阀控缸系统Ⅱ29，即控制电液伺服阀Ⅱ34使液压油缸Ⅱ33的活塞杆伸缩变化，改变变量液压泵或马达28的斜盘倾角，对变量液压泵或马达28的排量进行控制，从而使发动机39始终工作在最佳燃油经济区。另外，由于前桥负载车轮Ⅰ10、前桥负载车轮Ⅱ21、后桥负载车轮Ⅰ30、后桥负载车轮Ⅱ41的惯性作用，将带动前桥液压泵或马达16和后桥液压泵或马达36以泵工况的形式工作，向液压变压器8供液压能，此时车辆总控制器32通过伺服阀控缸系统Ⅰ5改变液压变压器8配流盘倾角，改变液压变压器8的变压比，使车辆减速时的制动能，通过前桥液压泵或马达16和后桥液压泵或马达36转化为液压能，并经液压变压器8功率放大调节控制，将制动能存储到高压蓄能器4中，实现制动能回收最大化。
