专利名称：基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种车辆传动混合动力驱动装置，特别是一种基于变压器、液压泵和多联液压马达的混合动力车辆驱动装置。
背景技术：
能源与环境问题已成为当今社会讨论的焦点，节能减排已上升到关乎人类生死存亡的问题。作为应对这些问题的重要手段之一，混合动力包括了电动混合动力、机械混合动力、液压混合动力。其中电动混合动力发展受电池技术的制约；机械混合动力难以维持飞轮长时间高效率运转；液压混合动力所需技术最为成熟，功率密度高，尤其适用于中、重型车辆。传统的液压混合动力车辆通常采用变排量泵、变排量马达，通过对液压元件排量的调节实现车辆动力输出的无级变速，同时使发动机工作在最佳燃油经济性区。然而单纯的依靠排量的变化来调节车辆动力输出，使得马达体积庞大，成本剧增，同时使得车辆在小负荷工况时变量液压马达效率低下，使得整车燃油经济性的提高大打折扣。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，通过液压变压器、定排量多联液压马达和定排量液压泵，大幅提高液压混合动力车辆动力性能和传动效率，克服传统液压混合动力驱动装置动力性差，变排量液压马达低排量时效率低下，成本高，体积大，重量大的问题。所述驱动装置包括发动机、高压蓄能器、定排量液压泵、单向阀、液压变压器，三位五通换向阀、两位三通换向阀、后桥、定排量多联液压马达、离合器、高压两位二通换向阀、低压两位低压蓄能器和低压蓄能器。所示定排量多联液压马达包括两个以上不同排量的定排量液压马达；每个液压马达配有独立的进油口和出油口，每个液压马达的出油口连接一个两位三通换向阀；所述每个液压马达的进油口和与之对应的两位三通换向阀的P 口连接。该驱动装置的连接关系为:所述定排量多联液压马达中的所有液压马达通过一根传动轴同轴连接，所述传动轴的一端与离合器连接，另一端与后桥相连；所述发动机与定排量液压泵的输入轴同轴连接，定排量液压泵的输出轴与离合器相连；所述后桥用于驱动车辆的两个后轮；所示定排量液压泵的进油口分别与低压蓄能器、高压两位二通高压换向阀的A 口和低压两位二通低压换向阀的A 口相连，定排量液压泵出油口与单向阀的进油口相连。所述单向阀的出油口分别与高压蓄能器、液压变压器的A 口和三位五通换向阀的Tl 口相连；所述液压变压器的B 口分别与三位五通换向阀的P 口和高压两位二通高压换向阀的B 口相连；液压变压器的T 口分别与低压两位二通低压换向阀的B 口和三位五通换向阀的T2 口连接。每个两位三通换向阀的B 口分别与三位五通换向阀的A 口连接，定排量多联液压马达中每个的液压马达出油口分别和与之对应的两位三通换向阀的A 口连接，同时定排量多联液压马达中每个的液压马达出油口均与三位五通换向阀的B口连接。
依据车辆的动力需求调节定排量多联液压马达中处于工作状态的液压马达的个数，以调节定排量多联液压马达的排量。
当所述离合器结合，定排量液压泵、定排量多联液压马达和液压变压器均停止工作时，该驱动装置处于纯机械驱动方式，由发动机驱动车辆。
当所述离合器结合，发动机驱动定排量液压泵，且通过液压变压器变压时，该驱动装置处于有液压变压器的混合驱动方式。
当所述离合器结合，发动机驱动定排量液压泵，液压变压器不工作时，该驱动装置处于无液压变压器的混合驱动方式。
当所述离合器分离，液压变压器工作时，该驱动装置处于有液压变压器的纯液压驱动方式。
当所述离合器分离，液压变压器停止工作时，该驱动装置处于无液压变压器的纯液压驱动方式。
有益效果
本发明的混合动力车辆驱动装置综合了机械传动的高效率、液压变压器的恒功率调节功能和定量液压马达的高效率。有效降低了液压马达的装机排量，扩展了液压混合动力车辆的动力输出调节范围，提高了驱动马达的传动效率，避免了传统液压混合动力系统变排量液压马达工作在低排量、低效率区间。
同时本发明采用发动机驱动液压定量泵为整车提供稳定的高压油源，能够根据车辆行驶负载的变化，控制离合器的结合与分离，控制三位五通阀的工作状态，使得车辆得以工作在不同的模式；当车辆工作在液压变压器调节状态时，变压器调节高压油液压力，结合定排量多联液压马达的控制，极大扩展了动力输出调节范围；当车辆工作在定排量多联液压马达单独调节时，车辆得以高效率运行，提高了车辆的燃油经济性。
图1为车辆在向前行驶且变压器工作时本实施例中驱动装置的示意图2为车辆在向前行驶且变压器不工作时本实施例中驱动装置的示意图3为车辆在制动且变压器工作时本实施例中驱动装置的示意图4为车辆在制动且变压器不工作时本本实施例中驱动装置的示意图。
其中，1-后轮；2_发动机；3_高压蓄能器；4_定排量液压泵；5_单向阀；6_液压变压器；7-三位五通换向阀；8_两位三通换向阀；9_后桥；10-定排量多联液压马达；11-离合器；12_高压两位二通换向阀；13_低压两位低压蓄能器；14_低压蓄能器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例提供的一种基于液压变压器、定排量多联液压马达和定排量液压泵的液压混合动力车辆驱动装置，如图1所示。包括发动机2、高压蓄能器3、定排量液压泵4、单向阀5、液压变压器6，三位五通换向阀7、两位三通换向阀8、后桥9、定排量多联液压马达10、离合器11、高压两位二通换向阀12、低压两位低压蓄能器13和低压蓄能器14。本实施例中的车辆为后驱车。其中本实施例中的定排量多联液压马达10由三个的不同排量的定排量液压马达通过一根通轴同轴连接后形成。每个液压马达配有独立的进油口、出油口，每个液压马达的出油口连接一个两位三通换向阀，实现对每个液压马达的独立控制，从而为整车提供多种驱动马达有效排量组合方式。所述每个液压马达的进油口和与之对应的两位三通换向阀的P 口连接。该驱动装置的连接关系为:发动机2与定排量液压泵4的输入轴同轴连接，定排量液压泵4的输出轴通过离合器11与定排量多联液压马达10输入端连接，定排量多联液压马达10的输出端通过后桥9驱动车辆的两个后轮。定排量液压泵4的进油口分别与低压蓄能器14、高压两位二通高压换向阀12的A 口和低压两位二通低压换向阀13的A 口相连，出油口与单向阀5的进油口相连。单向阀5的出油口分别与高压蓄能器、液压变压器6的A 口和三位五通换向阀7的Tl 口相连。液压变压器6的B 口分别与三位五通换向阀7的P口和高压两位二通高压换向阀12的B 口相连，液压变压器6的T 口分别与低压两位二通低压换向阀13的B 口和三位五通换向阀7的T2 口连接。每个两位三通换向阀的B 口分别同三位五通换向阀7的A 口连接，定排量多联液压马达10中每个的液压马达出油口与三位五通换向阀7的B 口和与之对应的两位三通换向阀的A 口连接。本实施例中，所述三位五通换向阀7工作在上位时，其B 口和Tl 口连通，A 口和T2口连通，P 口截止；工作在中位时，其A 口和Tl 口连通，B 口和T2 口连通，P 口截止；工作在下位时，其A 口和P 口连通，B 口和T2 口连通，Tl 口截止。所述两位三通换向阀工作在左位其时B 口截至，A 口和P 口连通；工作在右位时其A 口截止，B 口和P 口连通。所述两位二通低压换向阀工作在左位时A 口至B 口单向连通，工作在右位时A 口和B 口双向贯通。本实施例中定排量多联液压马达10通过三个两位三通换向阀和三个定排量液压马达能够实现8种排量的输出。该驱动装置的工作原理为:(一)当车辆向前行驶时，可以具体分为以下几个工况:(I)若车辆低负载起步，采用无液压变压器的纯液压驱动方式，离合器11分离；此时若高压蓄能器能量充足，则发动机2、定排量液压泵4及液压变压器6均不工作；三位五通换向阀7工作在中位，依据整车动力需求，确定工作在右位的两位三通换向阀的个数，从而控制定排量多联液压马达的排量。此时高压蓄能器3通过三位五通换向阀7和工作在右位的两位三通换向阀为定排量多联液压马达中处于工作状态的液压马达提供高压油，从而为整车提供动力源。当高压蓄能器中压力低于设定最低压力时，开启发动机2，驱动液定排量液压泵4为整车提供动力源。(2)若车辆高负载起步或爬坡，则离合器11分离，发动机2启动并工作在最佳燃油经济区间，液压变压器6工作且其控制角为正，三位五通换向阀工7作在下位，依据整车动力需求，确定工作在右位的两位三通换向阀的个数，从而控制定排量多联液压马达的排量。此时整车处于有液压变压器的纯液压驱动方式。(3)若车辆处于巡航状态，车速稳定，所需定排量多联液压马达的排量较小。此时离合器11结合，依据整车动力需求，调节液压变压器控制角及工作在右位的两位三通换向阀的个数，以调节发动机2工作区间并适应整车行驶负载的变化。当液压变压器控制角为正时，三位五通换向阀7工作在下位，此时整车处于有液压变压器的混合驱动方式；当液压变压器控制为零时，三位五通换向阀7工作在中位，此时整车处于无液压变压器的混合动力驱动方式。
(4)若车辆运行于高速工况，则采用纯机械驱动方式。此时离合器11结合，发动机2工作在最佳燃油经济区，两位五通换向阀7工作在中位，液压变压器6停止工作，定排量多联液压马达10停止工作，仅由发动机2驱动车辆，以提高车辆燃油经济性。
工况(2)和工况(3)中所述的有液压变压器的混合驱动方式下的驱动路线为:
此时低压两位二通换向阀13工作在右位，高压两位二通换向阀12工作在左位；本实施例中，选择工作在两个两位三通换向阀工作在右位，一个工作在左位；整个驱动装置如图1所示。发动机2驱动定排量液压泵4工作，定排量液压泵4将存储在低压蓄能器14中的低压油液泵至高压蓄能器3。高压蓄能器3中的高压油通过液压变压器6变压，变压后的压力油通过三位五通换向阀7 (P 口至A 口)和工作在右位的两位三通换向阀(B 口至P 口)流入对应的液压马达10。定排量多联液压马达10中液压马达的出油口流出的低压油液通过三位五通换向阀7 (B 口至T2 口)和低压两位二通换向阀13流回低压蓄能器14，由此形成低压油路。同时工作在左位的两位三通换向阀使得定排量多联液压马达10中对应液压马达的进油口接通低压油路，使其空转不做功。最后定排量多联液压马达10输出轴通过后桥9驱动车轮I。
工况(3)中所述的无液压变压器的混合驱动方式下的驱动路线为:
此时低压两位二通换向阀13工作在右位，高压两位二通换向阀12工作在右位；本实施例中，选择工作在两个两位三通换向阀工作在右位，一个工作在左位；此时整个驱动装置如图2所示。发动机2驱动定排量液压泵4工作，定排量液压泵4将存储在低压蓄能器14中的低压油液泵至高压蓄能器3，高压蓄能器3中的高压油通过三位五通换向阀7 (Tl口至A 口)和工作在右位的两位三通换向阀流入对应液压马达10。定排量多联液压马达10出油口流出的低压油液通过三位五通换向阀7 (B 口至T2 口)和低压两位二通换向阀13流回低压蓄能器14，由此形成低压油路。工作在左位的两位三通换向阀使得定排量多联液压马达10中对应的液压马达的进油口接通低压油路，使其空转不做功，最后定排量多联液压马达10输出轴通过后桥9驱动车轮I。
(二)当车辆制动时，离合器11分离，发动机2和定排量液压泵4停止工作；
(5)若车辆缓慢制动，则液压变压器6停止工作，其控制角为零，三位五通换向阀7工作在上位，低压两位二通换向阀13工作在左位，高压两位二通换向阀12工作在右位。工作在右位的两位三通换向阀个数依据车辆动力需求而定，本实施例中，车辆制动时选择工作在一个两位三通换向阀工作在右位，两个工作在左位；此时整个驱动装置如图4所示。
此时低压蓄能器14中的低压油通过低压两位二通换向阀13、三位五通换向阀7和工作在右位的两位三通换向阀8流入对应液压马达10的进油口，车辆拖动定排量多联液压马达10，使其工作在泵工况。定排量多联液压马达10中液压马达出油口流出的高压油通过三位五通换向阀7 (B 口至Tl 口)流回高压蓄能器3，形成高压油路，并实现制动能量回收。三位五通换向阀7使得定排量多联液压马达10的出油口与高压蓄能器3相连并维持在高压状态。工作在左位的两位三通换向阀8使得定排量多联液压马达10中对应的液压马达进油口接通高压油路，使其空转不做功，最后定排量多联液压马达10输出轴通过后桥9实现车辆的制动。(6)若车辆快速制动，则液压变压器6工作且控制角为负，则三位五通换向阀7工作在下位,低压两位二通换向阀13工作在左位，高压两位二通换向阀12工作在左位。工作在右位的两位三通换向阀个数依据车辆动力需求而定，本实施例中，车辆制动时选择工作在一个两位三通换向阀工作在右位，两个工作在左位；此时整个驱动装置如图3所示。低压蓄能器14中的低压油通过高压两位二通换向阀12、三位五通换向阀7 (P 口至A 口)和工作在右位的两位三通换向阀流入对应液压马达的进油口，车辆拖动定排量多联液压马达10，使其工作在泵工况。定排量多联液压马达10中液压马达出油口流出的高压油液通过三位五通换向阀7 (B 口至T2 口)流经液压变压器6的T 口，液压变压器6改变高压油液的压力，变压后的高压油液经液压变压器6的A 口流回高压蓄能器3，形成高压油路，实现制动能量回收。三位五通换向阀7和低压两位二通换向阀13使得定排量多联液压马达10出油口与液压变压器6的T 口相连并维持在高压状态。工作在左位的两位三通换向阀使得定排量多联液压马达10中对应的液压马达进油口接通高压油路，使其空转不做功。最后定排量多联液压马达10输出轴通过后桥9实现车辆的制动。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:包括发动机(2)、高压蓄能器(3)、定排量液压泵(4)、单向阀(5)、液压变压器(6)，三位五通换向阀(7)、两位三通换向阀(8)、后桥(9)、定排量多联液压马达(10)、离合器(11)、高压两位二通换向阀(12)、低压两位低压蓄能器(13)和低压蓄能器(14); 所示定排量多联液压马达(10)包括两个以上不同排量的定排量液压马达；每个液压马达配有独立的进油口和出油口，每个液压马达的出油口连接一个两位三通换向阀；所述每个液压马达的进油口和与之对应的两位三通换向阀的P 口连接； 该驱动装置的连接关系为:所述定排量多联液压马达(10)中的所有液压马达通过一根传动轴同轴连接，所述传动轴的一端与离合器(11)连接，另一端与后桥(9)相连；所述发动机(2)与定排量液压泵(4)的输入轴同轴连接，定排量液压泵(4)的输出轴与离合器(11)相连；所述后桥(9)用 于驱动车辆的两个后轮；所示定排量液压泵(4)的进油口分别与低压蓄能器(14)、高压两位二通高压换向阀(12)的A 口和低压两位二通低压换向阀(13)的A 口相连，定排量液压泵(4)出油口与单向阀(5)的进油口相连；所述单向阀(5)的出油口分别与高压蓄能器、液压变压器(6)的A 口和三位五通换向阀(7)的Tl 口相连；所述液压变压器(6)的B 口分别与三位五通换向阀(7)的P 口和高压两位二通高压换向阀(12)的B 口相连；液压变压器(6)的T 口分别与低压两位二通低压换向阀(13)的B 口和三位五通换向阀(7)的了2 口连接；每个两位三通换向阀的B 口分别与三位五通换向阀(7)的A 口连接，定排量多联液压马达(10)中每个的液压马达出油口分别和与之对应的两位三通换向阀的A 口连接，同时定排量多联液压马达(10)中每个的液压马达出油口均与三位五通换向阀(7)的B 口连接。
2.根据权利要求1所述的基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:依据车辆的动力需求调节定排量多联液压马达(10)中处于工作状态的液压马达的个数，以调节定排量多联液压马达(10)的排量。
3.根据权利要求1所述的基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:当所述离合器(11)结合，定排量液压泵(4)、定排量多联液压马达(10)和液压变压器(6)均停止工作时，该驱动装置处于纯机械驱动方式，由发动机(2)驱动车辆。
4.根据权利要求1所述的基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:当所述离合器(11)结合，发动机(2)驱动定排量液压泵(4)，且通过液压变压器(6)变压时，该驱动装置处于有液压变压器的混合驱动方式。
5.根据权利要求1所述的基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:当所述离合器(11)结合，发动机(2)驱动定排量液压泵(4)，液压变压器(6)不工作时，该驱动装置处于无液压变压器的混合驱动方式。
6.根据权利要求1所述的基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:当所述离合器(11)分离，液压变压器(6)工作时，该驱动装置处于有液压变压器的纯液压驱动方式。
7.根据权利要求1所述的基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，其特征在于:当所述离合器(11)分离，液压变压器(6)停止工作时，该驱动装置处于无液压变压器的纯液压驱动方式。
全文摘要
本发明提供一种基于变压器、液压泵和多联马达的混合动力车辆驱动装置，包括发动机、定排量液压泵、离合器、定排量多联液压马达、单向阀、高压蓄能器、低压蓄能器、三位五通换向阀和两位二通换向阀。其中定排量多联液压马达由两个以上定排量的液压马达组成，每个马达通过一个两位三通换向阀独立控制，从而调节定排量多联液压马达的排量。该种形式的驱动装置能够保证发动机工作在最佳燃油经济区，提高传动效率，实现车辆的无级变速和制动能量回收，并提供纯机械传动、无液压变压器的混合动力传动、有液压变压器的混合动力传动、无液压变压器的纯液压传动、有液压变压器的纯液压传动共5种驱动形式。即可提高车辆的动力性能，又能降低整车燃油消耗率。
文档编号B60K6/12GK103213487SQ20131006536
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者吴维, 蒋忠林, 苑士华, 荆崇波 申请人:北京理工大学