本发明涉及一种车辆驱动系统，具体涉及到一种车辆电液混合驱动系统。
背景技术：
电动车具备零排放、低噪声等优点，发展电动车技术能够有效解决汽车能源与环境污染等问题，有利于我国节能减排目标的实现。虽然纯电动车技术发展迅速、日趋完善，但现阶段仍然存在续航里程差、低速工况时效率较低等问题。用于城市货物运输的电动厢式货车，还存在启停频繁的特点，而电机启动时产生的冲击电流是额定电流的5—8倍，会严重危害电机、蓄电池等电气元件的使用寿命。同时，电动厢式货车较传统的燃油货车而言，整车动力性能较差，不能很好地满足城市货运要求。
技术实现要素：
本发明提供了一种车辆电液混合驱动系统，主要解决现有电动厢式运输车所存在的低速工况传动效率低、整车动力性能较差、电机峰值功率过高以及制动能量浪费等问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种车辆电液混合驱动系统，包括串联构成的电力驱动子系统、液压驱动子系统和后轮驱动子系统；所述液压驱动子系统包括闭式回路、补油溢流模块和液压辅助模块；所述闭式回路为主油路；所述补油溢流模块用于限定主油路的安全压力和为主油路补充油液；所述液压辅助模块用于完成驱动电机的辅助启动和整个车辆的重载加速以及制动能量的再生功能；还包括控制系统，所述控制系统控制整个驱动系统中传感器信号的收集和控制各变量元件。
根据上述方案，所述电力驱动子系统包括依次连接的蓄电池、逆变器、驱动电机、第一转速扭矩传感器和第一电磁离合器。
根据上述方案，所述闭式回路的变量泵与第一电磁离合器相连，变量泵的第二油口连接到主变量马达的第二油口，主变量马达的第一油口连接到第五二位二通电磁换向阀的p口，第五二位二通电磁换向阀的a口连接到第四二位二通电磁换向阀的p口，第四二位二通电磁换向阀的a口连接到变量泵的第一油口。
根据上述方案，所述补油溢流模块的补油电机驱动补油泵，补油泵的进油口与油箱相连，补油泵的出油口与滤油器的进油口相连，滤油器的出油口同时与补油溢流阀的进油口、第一单向阀的进油口、第一溢流阀的出油口、第二单向阀的进油口、第二溢流阀的出油口、第一二位二通电磁换向阀的p口、辅助变量马达的第一油口相连，补油溢流阀的出油口与油箱相连。
根据上述方案，所述液压辅助模块的蓄能器的油口同时与第二二位二通电磁换向阀的a口、减压阀的进油口、第三二位二通电磁换向阀的a口油相连；第二二位二通电磁换向阀的p口同时与变量泵的第二油口、第二单向阀的出油口、第二溢流阀的进油口、第一二位二通电磁换向阀的a口、主变量马达的第二油口相连；减压阀的出油口、第三二位二通电磁换向阀的p口同时连接到三位三通比例换向阀的p口；三位三通比例换向阀的a口与辅助变量马达的第二油口相连，三位三通比例换向阀的b口同时与第四二位二通电磁换向阀的p口、第五二位二通电磁换向阀的a口相连；辅助变量马达的第一油口同时与补油溢流阀的进油口、滤油器的出油口、第一单向阀的进油口、第一溢流阀的出油口、第二单向阀的进油口、第二溢流阀的出油口、第一二位二通电磁换向阀的p口相连。
根据上述方案，所述后轮驱动子系统的合动箱的两个输入端分别与第二电磁离合器、第三电磁离合器相连，第二电磁离合器的另一端与主变量马达相连，第三电磁离合器的另一端与辅助变量马达相连；合动箱的输出端与第二转速扭矩传感器、单级减速器、后轮轮对依次连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利于液压能辅助驱动以降低电机峰值扭矩及功率，从而减轻驱动电机的重量及体积，提高车辆续航里程；利用液压能储能实现电机启动，消除电机启动电流，对提升电气元件的寿命有积极影响；利用液压能实现货车制动能量的再生，提高能量利用率。
附图说明
图1为本发明一种车辆电液混合驱动系统结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：1-蓄电池，2-逆变器，3-驱动电机，4-第一转速扭矩传感器，5-第一电磁离合器；6-变量泵，7-油箱，8-补油溢流阀，9-补油电机，10-补油泵，11-滤油器，12-第一单向阀，13-第一溢流阀，14-第二单向阀，15-第二溢流阀，16-第一二位二通电磁换向阀，17-控制系统，18-第二二位二通电磁换向阀，19-蓄能器，20-减压阀，21-第三二位二通电磁换向阀，22-三位三通比例换向阀，23-第四二位二通电磁换向阀，24-第五二位二通电磁换向阀，25-辅助变量马达，26-主变量马达；27-第二电磁离合器，28-第三电磁离合器，29-合动箱，30-第二转速扭矩传感器，31-单级减速器，32-后轮轮对。
本发明主要由电力驱动子系统、液压驱动子系统和后轮驱动子系统串联构成。
所述电力驱动子系统包括依次连接的蓄电池1、逆变器2、驱动电机3、第一转速扭矩传感器4和第一电磁离合器5。蓄电池1为整个系统提供动力，逆变器2用来调节驱动电机3的转速。
所述液压驱动子系统包括变量泵6、油箱7、补油溢流阀8、补油电机9、补油泵10、滤油器11、第一单向阀12、第一溢流阀13、第二单向阀14、第二溢流阀15、第一二位二通电磁换向阀16、第二二位二通电磁换向阀18、蓄能器19、减压阀20、第三二位二通电磁换向阀21、三位三通比例换向阀22、第四二位二通电磁换向阀23、第五二位二通电磁换向阀24、辅助变量马达25和主变量马达26。
所述液压驱动子系统包括闭式回路、补油溢流模块和液压辅助模块；
所述闭式回路为本驱动系统的主油路，包括依次串联的变量泵6、第四二位二通电磁换向阀23、第五二位二通电磁换向阀24、主变量马达26。变量泵6与第一电磁离合器5相连，变量泵6的第二油口连接到主变量马达26的第二油口，主变量马达26的第一油口连接到第五二位二通电磁换向阀24的p口，第五二位二通电磁换向阀24的a口连接到第四二位二通电磁换向阀23的p口，第四二位二通电磁换向阀23的a口连接到变量泵6的第一油口。
通过改变变量泵6和主变量马达26的排量可实现车速调节。
所述补油溢流模块包括油箱7、补油溢流阀8、补油电机9、补油泵10、滤油器11、第一单向阀12、第一溢流阀13、第二单向阀14、第二溢流阀15。补油电机9驱动补油泵10，补油泵10的进油口与油箱7相连，补油泵10的出油口与滤油器11的进油口相连，滤油器11的出油口同时与补油溢流阀8的进油口、第一单向阀12的进油口、第一溢流阀13的出油口、第二单向阀14的进油口、第二溢流阀15的出油口、第一二位二通电磁换向阀16的p口、辅助变量马达25的第一油口相连，补油溢流阀8的出油口与油箱7相连。补油溢流模块主要用于限定主油路的安全压力和为主油路补充油液。
所述液压辅助模块包括第二二位二通电磁换向阀18、蓄能器19、减压阀20、第三二位二通电磁换向阀21、三位三通比例换向阀22、辅助变量马达25。蓄能器19的油口同时与第二二位二通电磁换向阀18的a口、减压阀20的进油口、第三二位二通电磁换向阀21的a口油相连，第二二位二通电磁换向阀18的p口同时与变量泵6的第二油口、第二单向阀14的出油口、第二溢流阀15的进油口、第一二位二通电磁换向阀16的a口、主变量马达26的第二油口相连，减压阀20的出油口、第三二位二通电磁换向阀21的p口同时连接到三位三通比例换向阀22的p口；三位三通比例换向阀22的a口与辅助变量马达25的第二油口相连，三位三通比例换向阀22的b口同时与第四二位二通电磁换向阀23的p口、第五二位二通电磁换向阀24的a口相连，辅助变量马达25的第一油口同时与补油溢流阀8的进油口、滤油器11的出油口、第一单向阀12的进油口、第一溢流阀13的出油口、第二单向阀14的进油口、第二溢流阀15的出油口、第一二位二通电磁换向阀16的p口相连。液压辅助模块用于完成驱动电机3的辅助启动、整个车辆的重载加速以及制动能量的再生等功能。
所述变量泵6的第一油口同时与第一单向阀12的出油口、第一溢流阀13的进油口相连，变量泵6的第二油口同时与第二单向阀14的出油口、第二溢流阀15的进油口、第一二位二通电磁换向阀16的a口、第二二位二通电磁换向阀18的p口以及主变量马达26的第二油口相连；第一二位二通电磁换向阀16的p口同时与补油溢流阀8的进油口、滤油器11的出油口、第一单向阀12的进油口、第一溢流阀13的出油口、第二单向阀14的进油口、第二溢流阀15的出油口、辅助变量马达25的第一油口相连。
所述后轮驱动子系统包括第二电磁离合器27、第三电磁离合器28、合动箱29、第二转速扭矩传感器30、单级减速器31以及后轮轮对32。所述合动箱29的两个输入端分别与第二电磁离合器27、第三电磁离合器28相连，第二电磁离合器27的另一端与主变量马达26相连，第三电磁离合器28的另一端与辅助变量马达25相连，合动箱29的输出端与第二转速扭矩传感器30、单级减速器31、后轮轮对32依次连接。合动箱29的作用是将主变量马达26与辅助变量马达25输出的动力进行线性叠加。
整个驱动系统中传感器信号的收集、各变量元件的控制均由控制系统17完成。
下面以厢式货车的运行工况来说明本发明的具体实施方式。
车辆启动时，蓄电池1先不给电机3通电，第一电磁离合器5闭合，第二电磁离合器27和第三电磁离合器28断开，液压系统中第一二位二通电磁换向阀16右位工作，第二二位二通电磁换向阀18下位工作，第三二位二通电磁换向阀21左位工作，第四二位二通电磁换向阀23下位工作，第五二位二通电磁换向阀24上位工作，三位三通比例换向阀22处于右位开口状态。蓄能器19释放的高压油液经减压阀20、三位三通比例换向阀22、第四二位二通电磁换向阀23后进入变量泵6的第一油口从而驱动变量泵6，变量泵6通过闭合的离合器5带动电机3加速启动，变量泵6第一油口出口的低压油液经由第一二位二通电磁换向阀16、补油溢流阀8回到油箱7。待第一转速扭矩传感器4检测到驱动电机3的转速达到目标转速后，控制系统17给出信号，让三位三通电磁换向阀22中位工作，接通驱动电机3的电气回路，蓄电池1给驱动电机3供电，使驱动电机3直接从目标转速开始工作。用液压储能辅助启动驱动电机3不仅能够消除启动冲击电流，而且能提高电气系统和蓄电池1的使用寿命，通过调节三位三通比例换向阀22开口大小可调节驱动电机3的启动时间。
完成驱动电机3的辅助启动后，控制系统17根据目标车速计算变量泵6与主变量马达26的排量，保证变量泵6与主变量马达26工作在一个较高的排量比以确保高效传动。当液压子系统不能同时满足车速和效率的要求时，先确保变量泵6与主变量马达26工作在一个高排量比，然后再通过调节驱动电机3的转速来达到目标车速。通过这种电、液联合调速在实现车辆无极调速的同时确保了驱动电机3、变量泵6、主变量马达26具备较高的传动效率，从而保证整个驱动系统具有较高的效率。
货车加速时，根据目标车速计算出变量泵3、主变量马达26的排量后，先通过增大变量泵6的排量比来增大车速，然后再通过减小主变量马达26的排量比来增大车速至目标值。在整个加速过程中，第一二位二通电磁换向阀16左位工作，第二二位二通电磁换向阀18下位工作，第三二位二通电磁换向阀21左位工作，三位三通比例换向阀22处于左位开口的状态，第四二位二通电磁换向阀23下位工作，第五二位二通电磁换向阀24下位工作。变量泵6第二油口的油液经主变量马达26、第五二位二通电磁换向阀24、第四二位二通电磁换向阀23回到变量泵6的第一油口。蓄能器19中的油液经减压阀20、三位三通比例换向阀22、辅助变量马达25、补油溢流阀8回到油箱7。加速过程中系统的补充油液从油箱7经补油泵10、滤油器11、第一单向阀12流入闭式回路中。第二溢流阀15用于限定闭式回路的最高工作压力，主变量马达26与辅助变量马达25的输出扭矩经合动箱29叠加后共同驱动货车行驶。由于辅助变量马达25承担了一部分加速扭矩，主变量马达26的输出扭矩减小，所以驱动电机3输出的峰值功率和扭矩也将减小，这有利于减小驱动电机3的体积与重量。同时，由于驱动电机3功率减小从而使加速中耗能减小，有利于提高货车的续航里程。
当货车爬大坡道时所需要的驱动扭矩较大，因此也可以采用液压能辅助驱动，此时液压子系统中各个元件的调节参照辅助加速工况。
货车制动时，驱动电机3断电，连接第二电磁离合器27，断开第三电磁离合器28，液压子系统中第一二位二通电磁换向阀16右位工作，第二二位二通电磁换向阀18下位工作，第三二位二通电磁换向阀21右位工作，三位三通比例换向阀22处于右位开口状态，第四二位二通电磁换向阀23上位工作，第五二位二通电磁换向阀24下位工作。后轮轮对32反驱主变量马达26转动，主变量马达26处于泵工况，液压油从油箱7经补油泵10、滤油器11、第一二位二通电磁换向阀16进入主变量马达26的第二油口，主变量马达26的第一油口出口的高压油液经第五二位二通电磁换向阀24、三位三通比例换向阀22、第三二位二通电磁换向阀21流进蓄能器19中。通过调节三位三通比例换向阀22开口大小可调节车辆制动时间的长短。采用液压能再生制动能够将制动时的货车机械能转换为液压能储存在蓄能器19中，避免传统制动时货车的机械能以摩擦热的形式浪费掉，提高了能量利用率。
货车下坡时，为了平稳匀速下坡，也需要实时制动，因此也可以采取液压再生制动，实现车辆匀速下坡的同时，回收下坡机械能，驱动系统中各元件的调节参照货车制动工况。
当货车处于闲时工况需要向蓄能器19冲液压时，第一电磁离合器5闭合，液压子系统中第一二位二通电磁换向阀16左位工作，第二二位二通电磁换向阀18上位工作，第三二位二通电磁换向阀21左位工作，三位三通比例换向阀22处于中位，第四二位二通电磁换向阀23上位工作，第五二位二通电磁换向阀24下位工作。驱动电机3带动变量泵6工作，油箱7中的油液经补油泵10、滤油器11、第一单向阀12流入变量泵6，变量泵6出口的高压油液经第二二位二通电磁换向阀18流入蓄能器19中。蓄能器19的最高工作压力由第二溢流阀15调定。待第一转速扭矩传感器4检测到变量泵6的输出扭矩达到目标值(由溢流压力与泵排量决定)后，停止第二二位二通电磁换向阀18的电磁铁的供电，使其工作在下位，同时停止驱动电机3的供电，结束蓄能器19的充液工作。
本发明针对城市电动厢式货车提出了一种新型的电液混合驱动系统，能够保证整个驱动系统在全速范围内具有较高的传动效率。基于电、液混合驱动采用电液联合调速策略，代替了传动电动厢式货车采用的变频调速策略，保证驱动电机工作在额定转速附近，能够避免驱动电机因转速低而导致效率差的问题，同时，保证变量泵6、主变量马达26工作在高的排量比范围内，从而保证整个驱动系统具备较高的效率。
基于液压能辅助启动电机，能够消除驱动电机3启动时的冲击电流。驱动电机3启动时，先不接通驱动电机3的电气回路，利用液压能储能反驱使驱动电机3启动，待驱动电机3转速达到目标转速后再接通驱动电机3的电气回路，从而有效地避免了驱动电机3启动电流的产生，对提高电机、蓄电池等元件的寿命有积极的影响，同时也能够降低电机启动时的电能消耗，对提高电动货车的续航里程也有所助益。
基于液压能辅助加速或爬坡，能够降低重载工况下电机的峰值扭矩和功率。车辆启动或爬大坡道时往往需要较大的驱动扭矩和功率，而在电、液混合驱动系统中，负载扭矩可通过主变量马达26和辅助变量马达25共同驱动，主变量马达25输出扭矩减小，驱动电机3所需提供的峰值扭矩和峰值功率也减少，这对减小驱动电机3的体积、提高电池蓄能里程有益。
基于液压能再生制动，能够回收制动机械能，实现车辆匀速下坡，避免能量浪费，提高能源利用率。车辆制动时，利用负载反驱主变量马达26，实现制动的同时能够将制动机械能转换为液压能储存在蓄能器19中，避免车辆制动机械能以摩擦热能的形式而被浪费掉。