本发明属于混合动力汽车技术领域，具体涉及一种基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统及控制方法。
背景技术：
液驱混合动力汽车主要由一套传统动力系统加上液压动力系统组成，液压泵把发动机和再生制动系统产生的液压能量贮存到高压蓄能器中。起步和加速这两个耗油最高的阶段，释放高压蓄能器中的能量，利用液压油推动液压马达辅助发动机进行驱动。制动时，将制动能量通过液压泵回收到高压蓄能器中，以备驱动时使用。
国内外主流的液压制动能量回收系统只是采用了一个单一的高压蓄能器回收制动能量。采用前单高压蓄能器的并联式液压混合动力车，能量回收率不高，并且在制动工况较紧急的工况下，液压制动效果不好，影响汽车行驶的安全性，不能兼顾制动特性和能量回收率。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统，包括制动单元、动力单元和控制单元；
所述制动单元包括液压再生制动单元和机械制动单元；
所述液压再生制动单元包括第一高压蓄能器、第二高压蓄能器、节流阀、单向阀、两位三通电磁换向阀、二次元件液压泵/马达、溢流阀和低压蓄能器，所述低压蓄能器与所述二次元件液压泵/马达的进油口及所述溢流阀的进油口相连，所述两位三通电磁换向阀的a口与所述二次元件液压泵/马达的出油口及所述溢流阀的出油口相连，所述两位三通电磁换向阀的p口与所述单向阀的入口相连，所述两位三通电磁换向阀的t口及所述单向阀的出口通过管路均由所述节流阀连接至所述第一高压蓄能器和第二高压蓄能器；
所述机械制动单元包括电气比例阀、主制动阀、储气罐、空气压缩机和电机，所述电机带动所述空气压缩机旋转，将高压气体储存在所述储气罐中，所述储气罐与所述主制动阀连接，所述主制动阀的出口通过管路分别连接非驱动轴的制动卡钳和所述电气比例阀，所述电气比例阀出口端连接驱动轴的制动卡钳；
所述动力单元包括主减速器、电磁离合器、转矩耦合器、变速箱和发动机，所述发动机产生的动力传递给所述变速箱的输入轴，所述变速箱的输出轴产生的动力传递给所述转矩耦合器的第一传动轴，所述二次元件液压泵/马达产生的动力经过所述电磁离合器传递给所述转矩耦合器的第二传动轴，所述转矩耦合器的第二传动轴产生的动力经由所述转矩耦合器的第一传动轴传递给所述主减速器驱动车轮行驶；
所述控制单元包括控制器、加速踏板角位移传感器、制动踏板角位移传感器、蓄能器压力传感器、发动机ecu、速度传感器和二次元件液压泵/马达压力传感器，所述蓄能器压力传感器安装在所述第一高压蓄能器和第二高压蓄能器与所述节流阀的连接管路上，所述速度传感器安装在非驱动轴上，所述二次元件液压泵/马达压力传感器安装在所述二次元件液压泵/马达和所述两位三通电磁换向阀的连接管路上。
优选地，所述控制器内部设置有数据采集模块、数据处理模块和执行模块；
所述数据采集模块实时接收各传感器的检测信号，并将检测信号发送给所述数据处理模块；
所述数据处理模块接收所述检测信号并对其进行处理得到处理信号，根据处理信号向所述执行模块发出控制命令；
所述执行模块接收所述数据处理模块发送的控制命令，按照控制策略将控制命令独立的传递给被控对象。
优选地，所述加速踏板角位移传感器、制动踏板角位移传感器、蓄能器压力传感器、速度传感器、二次元件液压泵/马达压力传感器、发动机、变速箱均与所述控制器的数据采集模块电连接；
所述节流阀、两位三通电磁换向阀、二次元件液压泵/马达、电磁离合器、发动机ecu、电气比例阀、主制动阀均与所述所述控制器的执行模块电连接；
所述发动机ecu与所述发动机电连接。
优选地，所述第一高压蓄能器的蓄能量大于所述第二高压蓄能器的蓄能量。
本发明的另一目的在于提供一种基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统控制方法，包括以下步骤：
步骤1：当汽车运行时，控制器随时接收加速踏板角位移传感器和制动踏板角位移传感器传递过来的角位移信号，经过所述控制器的计算，得到加速踏板开度信号和制动踏板开度信号，根据所述加速踏板开度信号和制动踏板开度信号判断此时汽车的工况，具体判断条件表示如下：
1a.当所述加速踏板开度信号大于0时，所述控制器判断此时汽车处于驱动工况，并发出控制命令使得节流阀全部打开，两位三通电磁换向阀的a口和t口接通、p口关闭，此时所述控制器根据加速踏板的开度进行判断，并接收发动机ecu传递过来的转速信号，通过发动机的map图，计算此时所述发动机输出的转矩以及此时的发动机功率，判断此时所述发动机是否工作在高效区，若工作在高效区，电磁离合器断开，此时所述发动机独立驱动车辆，若此时所述发动机没有工作在高效区，判断所述发动机是工作在低速高转矩状态还是高速低转矩状态；
1b.若此时所述发动机工作在低速高转矩状态，所述电磁离合器结合，此时所述控制器根据接收的二次元件液压泵/马达压力传感器的压力信号判断所述二次元件液压泵/马达两端的压力，若此时所述二次元件液压泵/马达两端的压力高于液压再生制动单元的最低工作压力，则此时液压再生制动单元和所述发动机联合驱动整车，此时调整所述发动机工作在最佳工作点，液压再生制动单元做动力补充，保证汽车的正常行驶；
1c.若此时所述发动机工作在高速低转矩状态，所述电磁离合器结合，此时所述控制器根据接收的二次元件液压泵/马达压力传感器的压力信号判断所述二次元件液压泵/马达两端的压力，若此时所述二次元件液压泵/马达两端的压力高于液压再生制动单元能够独立驱动整车的最低压力，则此时所述发动机不工作，液压再生制动单元独立工作驱动整车；若此时所述二次元件液压泵/马达两端的压力低于液压再生制动单元独立驱动整车的最低压力，则此时所述发动机独立驱动整车，所述发动机富余的动力将用来为蓄能器充能；
步骤2：当所述制动踏板开度信号即制动强度大于0时，所述控制器判断汽车处于制动减速工况，并发出控制命令使得两位所述三通电磁换向阀的a口与p口接通，t口关闭，具体判断条件表示如下；
2a.当所述制动强度z＞0.7时，所述控制器判断此时制动工况为紧急制动工况，并发出控制命令使得所述电磁离合器断开、电气比例阀全开，此时为了保证制动系统安全性，液压再生制动单元不再参与工作，机械制动单元提供全部制动扭矩，所述控制器根据此时的制动强度调节主制动阀(16)的开度进行制动，此时不回收制动能量；
2b.当所述制动强度z≤0.7时,所述电磁离合器结合，所述控制器接收第一高压蓄能器管路上的蓄能器压力传感器压力信号，根据所述二次元件液压泵/马达的排量，计算出此时液压再生制动单元能提供的最大可再生制动力，并与在此制动制动强度下所需制动扭矩进行比较，若此时可再生制动力能够满足制动要求，则所述控制器判断为轻度制动工况，所述电气比例阀和主制动阀关闭，与所述第一高压蓄能器连接的节流阀打开，与第二高压蓄能器连接的节流阀关闭，此时由所述第一高压蓄能器回收制动能量，机械制动单元不参与工作；若此时的第二高压蓄能器提供的可再生制动扭矩不能够满足制动要求，则所述控制器判断此时的制动工况为中度制动工况，与所述第二高压蓄能器连接的节流阀打开，与所述第一高压蓄能器连接的节流阀关闭，此时由所述第二高压蓄能器回收制动能量，最大限度的使用液压再生制动单元，通过所述控制器计算，通过调节所述电气比例阀的开度来调节机械制动力与可再生制动力的比例，最大限度的回收制动能量。
优选地，所述制动单元采用的是基于线控制动系统技术的最优能量回收再生制动回收策略，最优能量回收策略以制动能量回收最大化为目标，改变驱动轮上的机械制动力，不改变非驱动轮上的机械制动力；在轻度制动时，驱动轮上采用纯再生制动，此时由所述第一高压蓄能器回收制动能量；中度制动时采用复合制动，在复合制动时，驱动轮上最大限度的发挥再生制动力，制动力不足的部分由机械制动单元补充，此时由所述第二高压蓄能器回收制动能量；在紧急制动时，为保证制动的安全性，液压再生制动单元不参与工作，制动力全部由机械制动单元提供。
本发明提供的基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统及控制方法具有以下有益效果：
(1)有效改善了液压再生制动单元制动力不足和能量回收率低的短板；合理分配发动机的转矩和液压再生制动单元的转矩，使发动机工作在高效区；
(2)加装改造简单，只需要在传统汽车上安装一套液压再生制动单元即可，不改变原车制动管路，成本较低；
(3)汽车动力得到了显著的提升并降低了油耗和排放；
(4)当液压再生制动系统失效后，传统机械制动单元可继续使用，保证制动过程中的安全性和稳定性；
(5)系统噪声小，真正做到了节能环保，不污染环境。
附图说明
图1为本发明实施例1的基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统的结构示意图；
图2为本发明实施例1的基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统控制方法的驱动控制策略框图；
图3为本发明实施例1的基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统控制方法的制动时控制策略框图。
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。
实施例1
本发明提供了一种基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统，具体如图1所示，包括制动单元、动力单元和控制单元；
制动单元包括液压再生制动单元和机械制动单元；
液压再生制动单元包括第一高压蓄能器4、第二高压蓄能器5、节流阀7、单向阀8、两位三通电磁换向阀9、二次元件液压泵/马达10、溢流阀11和低压蓄能器20，低压蓄能器20与二次元件液压泵/马达10的进油口及溢流阀11的进油口相连，两位三通电磁换向阀9的a口与二次元件液压泵/马达10的出油口及溢流阀11的出油口相连，两位三通电磁换向阀9的p口与单向阀8的入口相连，两位三通电磁换向阀9的t口及单向阀8的出口通过管路均由节流阀7连接至第一高压蓄能器4和第二高压蓄能器5；
机械制动单元包括电气比例阀15、主制动阀16、储气罐17、空气压缩机18和电机19，电机19带动空气压缩机18旋转，将高压气体储存在储气罐17中，储气罐17与主制动阀16连接，主制动阀16的出口通过管路分别连接非驱动轴的制动卡钳26和电气比例阀15，电气比例阀15出口端连接驱动轴的制动卡钳27；
动力单元包括主减速器12、电磁离合器13、转矩耦合器14、变速箱22和发动机23，发动机23产生的动力传递给变速箱22的输入轴，变速箱22的输出轴产生的动力传递给转矩耦合器14的第一传动轴，二次元件液压泵/马达10产生的动力经过电磁离合器13传递给转矩耦合器14的第二传动轴，转矩耦合器14的第二传动轴产生的动力经由转矩耦合器14的第一传动轴传递给主减速器12驱动车轮行驶；
控制单元包括控制器1、加速踏板角位移传感器2、制动踏板角位移传感器3、蓄能器压力传感器6、发动机ecu21、速度传感器24和二次元件液压泵/马达压力传感器25，蓄能器压力传感器6安装在第一高压蓄能器4和第二高压蓄能器5与节流阀7的连接管路上，速度传感器24安装在非驱动轴上，二次元件液压泵/马达压力传感器25安装在二次元件液压泵/马达10和两位三通电磁换向阀9的连接管路上。
进一步地，本实施例中控制器1内部设置有数据采集模块、数据处理模块和执行模块；
数据采集模块实时接收各传感器的检测信号，并将检测信号发送给数据处理模块；
数据处理模块接收检测信号并对其进行处理得到处理信号，根据处理信号向执行模块发出控制命令；
执行模块接收数据处理模块发送的控制命令，按照控制策略将控制命令独立的传递给被控对象。
具体的控制信号连接关系为：加速踏板角位移传感器2、制动踏板角位移传感器3、蓄能器压力传感器6、速度传感器24、二次元件液压泵/马达压力传感器25、发动机23、变速箱22均与控制器1的数据采集模块电连接；
节流阀7、两位三通电磁换向阀9、二次元件液压泵/马达10、电磁离合器13、发动机ecu21、电气比例阀15、主制动阀16均与控制器1的执行模块电连接；发动机ecu21与发动机23电连接。
本实施例中，第一高压蓄能器4的蓄能量大于第二高压蓄能器5的蓄能量。
本实施例的另一目的在于提供一种基于双蓄能器的液压混合动力再生制动系统控制方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：
步骤1：当汽车运行时，控制器1随时接收加速踏板角位移传感器2和制动踏板角位移传感器3传递过来的角位移信号，经过控制器1的计算，得到加速踏板开度信号和制动踏板开度信号，根据加速踏板开度信号和制动踏板开度信号判断此时汽车的工况，具体判断条件表示如下：
1a.当加速踏板开度信号大于0时，控制器1判断此时汽车处于驱动工况，并发出控制命令使得节流阀7全部打开，两位三通电磁换向阀9的a口和t口接通、p口关闭，此时控制器1根据加速踏板的开度进行判断，并接收发动机ecu21传递过来的转速信号，通过发动机23的map图，计算此时发动机23输出的转矩以及此时的发动机功率，判断此时发动机23是否工作在高效区，若工作在高效区，电磁离合器13断开，此时发动机23独立驱动车辆，若此时发动机23没有工作在高效区，判断发动机23是工作在低速高转矩状态还是高速低转矩状态；
1b.若此时发动机23工作在低速高转矩状态，电磁离合器13结合，此时控制器1根据接收的二次元件液压泵/马达压力传感器25的压力信号判断二次元件液压泵/马达25两端的压力，若此时二次元件液压泵/马达25两端的压力高于液压再生制动单元的最低工作压力，则此时液压再生制动单元和发动机23联合驱动整车，此时调整发动机23工作在最佳工作点，液压再生制动单元做动力补充，保证汽车的正常行驶；
1c.若此时发动机23工作在高速低转矩状态，电磁离合器13结合，此时控制器1根据接收的二次元件液压泵/马达压力传感器25的压力信号判断二次元件液压泵/马达25两端的压力，若此时二次元件液压泵/马达25两端的压力高于液压再生制动单元能够独立驱动整车的最低压力，则此时发动机23不工作，液压再生制动单元独立工作驱动整车；若此时二次元件液压泵/马达25两端的压力低于液压再生制动单元独立驱动整车的最低压力，则此时发动机23独立驱动整车，发动机23富余的动力将用来为蓄能器充能；
步骤2：当制动踏板开度信号即制动强度大于0时，控制器1判断汽车处于制动减速工况，并发出控制命令使得两位三通电磁换向阀9的a口与p口接通，t口关闭，具体判断条件表示如下；
2a.当制动强度z＞0.7时，控制器1判断此时制动工况为紧急制动工况，并发出控制命令使得电磁离合器13断开、电气比例阀15全开，此时为了保证制动系统安全性，液压再生制动单元不再参与工作，机械制动单元提供全部制动扭矩，控制器1根据此时的制动强度调节主制动阀16的开度进行制动，此时不回收制动能量；
2b.当制动强度z≤0.7时,电磁离合器13结合，控制器1接收第一高压蓄能器4管路上的蓄能器压力传感器6压力信号，根据二次元件液压泵/马达10的排量，计算出此时液压再生制动单元能提供的最大可再生制动力，并与在此制动制动强度下所需制动扭矩进行比较，若此时可再生制动力能够满足制动要求，则控制器1判断为轻度制动工况，电气比例阀15和主制动阀16关闭，与第一高压蓄能器4连接的节流阀7打开，与第二高压蓄能器5连接的节流阀7关闭，此时由第一高压蓄能器4回收制动能量，机械制动单元不参与工作；若此时的第二高压蓄能器5提供的可再生制动扭矩不能够满足制动要求，则控制器1判断此时的制动工况为中度制动工况，与第二高压蓄能器5连接的节流阀7打开，与第一高压蓄能器4连接的节流阀7关闭，此时由第二高压蓄能器5回收制动能量，最大限度的使用液压再生制动单元，通过控制器1计算，通过调节电气比例阀15的开度来调节机械制动力与可再生制动力的比例，最大限度的回收制动能量。
本实施例中，制动单元采用的是基于线控制动系统技术的最优能量回收再生制动回收策略，最优能量回收策略以制动能量回收最大化为目标，改变驱动轮上的机械制动力，不改变非驱动轮上的机械制动力；在轻度制动时，驱动轮上采用纯再生制动，此时由第一高压蓄能器4回收制动能量；中度制动时采用复合制动，在复合制动时，驱动轮上最大限度的发挥再生制动力，制动力不足的部分由机械制动单元补充，此时由第二高压蓄能器5回收制动能量；在紧急制动时，为保证制动的安全性，液压再生制动单元不参与工作，制动力全部由机械制动单元提供。
采用大小体积不同的第一高压蓄能器4、第二高压蓄能器5回收制动能量，其工作原理如下公式：
根据气体状态方程：
p0v0n＝p1v1n＝p2v2n＝pvn＝c
式中p0－－蓄能器的充气压力(mpa)；
v0——蓄能器中气体的初始容积(l)；
p1——蓄能器中气体的最低工作压力(mpa)；
v1——压力为p1时气体的体积(l)；
p2——蓄能器中气体的最高工作压力(mpa)；
v2——压力为p2时气体的体积(l)；
p——任意时刻蓄能器气体压力(mpa)；
τ——任意时刻蓄能器气体体积(l)；
n——气体多变指数，将此过程视为绝热过程，n取1.4；
c——常数。
制动时液压泵向蓄能器压入油的体积δv，则：
式中δv——泵马达像蓄能器压入油液体积(l)。
蓄能器工作在最低工作压力p1、最高工作压力p2之间，气囊体积在对应v1、v2之间，充入δv体积的液压油之后，气囊中气体体积v(单位l)为：
v＝v1-δv
蓄能器充放油过程为绝热过程，依气体状态方程制动过程中压力p为：
液压再生制动单元提供的制动扭矩t为：
蓄能器内回收的能量e为:
当第一高压蓄能器4、第二高压蓄能器5最低工作压力p1一定时，假设汽车在制动的过程中，二次元件泵/马达10全负荷工作，故在同样的时间内充入第一高压蓄能器4、第二高压蓄能器5的油液δv相同，由以上公式可知，第二高压蓄能器5内压力的建立比第一高压蓄能器1内压力建立的要快，故能在短时间内提供更大的制动扭矩且能够回收制动能量。这样就弥补了大体积单高压蓄能器在制动强度较高的情况下提供的可再生制动力小且回收制动能量低的缺点。
图2和图3中，液压系统即为液压再生制动单元。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。