一种军用越野车机电液复合驱动系统及其驱动方法

本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体为一种军用越野车机电液复合驱动系统及其驱动方法。

背景技术：

当前军用越野车仍然存在应对复杂军用工况适应能力差、能耗高、后勤补给难等一系列问题，因此，探索解决上述问题的军用越野车新型驱动系统，对推动我国国防现代化建设与深化改革具有重要意义。混合动力技术的发展为军用越野车的技术革新创造了必要条件，军用越野车的混合动力化能有效提升整车动力性与通过性，进而保证军车应对复杂工况的适应能力，同时可以有效改善整车燃油经济性，进而提升军用越野车的续航能力，增大作战半径，减小后勤补给压力，提高作战保障能力。此外，混合动力汽车的纯电动行驶能力，也为战场静默行驶提供可能，可增加军车隐蔽性，并增强其打击能力，混合动力系统也将成为野外作战的移动供电站，满足现代化战争对电能需求不断增强的要求。

当前混合动力军用越野车技术普遍采用“串联式混合动力+电动轮分布式驱动”技术相结合的系统方案，可以充分发挥串联混合动力系统与电动轮驱动技术隐蔽性强、具有移动电站、无级变速与原地转向、牵引力控制易实现等优势。然而，电动轮驱动技术也存在一定的缺点：轮毂电机输出转矩较低，其体积小质量轻的高功率等级需求与现实存在矛盾，使得簧下质量较重严重影响操纵性能，且目前国内轮毂电机技术还不太成熟、散热性不好、复杂工况下的可靠性较差等，上述缺点成为制约当前分布式电动轮毂驱动军用越野车技术发展的瓶颈问题。

本发明提出的一种军用越野车机电液复合驱动系统综合行星混联式混合动力技术、轮毂液压驱动技术以及电动轮驱动技术，可增强军用越野车应对军用复杂行驶工况的适应性，提高整车通过性、机动性和经济性。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种军用越野车机电液复合驱动系统及其驱动方法，可根据不同行驶工况的特性和驾驶需求切换至相应的驱动模式，充分发挥轮毂液压马达驱动系统低速大转矩的高通过性优势、轮毂电机动态响应快与静默行驶优势以及行星混合动力系统低油耗性与控制灵活优势，可提高军用越野车的工况适应性、通过性、续航能力以及隐蔽性。

所述的军用越野车机电液复合驱动系统，包括发动机5、取力器6、行星混合动力系统、轮毂液压马达驱动系统、轮毂电机系统；所述发动机5与取力器6机械连接，所述取力器6输出轴a与行星混合动力系统连接，所述取力器6输出轴b与轮毂液压马达系统连接。

所述行星混合动力系统包括行星齿轮结构、发电机20、电动机12、一号逆变器16、一号电池17、行星排输出轴13、第四驱动轴15和第五驱动轴14；所述行星齿轮结构包括行星架18、行星轮19、太阳轮9、齿圈10；所述行星架18与取力器6输出轴a机械连接，所述发电机20套装在取力器6输出轴a上并与太阳轮9机械连接，所述电动机12套装在行星排输出轴13上并与齿圈10和行星排输出轴13机械连接，所述一号电池17与一号逆变器16电连接，所述一号逆变器16与发电机20和电动机12电连接，所述第四驱动轴15和第五驱动轴14与行星排输出轴13机械连接。

所述轮毂液压马达驱动系统包括变量液压泵2、高压蓄能器23、低压蓄能器3、第一驱动轴左轮轮毂马达1和第一驱动轴右轮轮毂马达25；所述变量液压泵2的机械传动轴与取力器6输出轴b机械连接，所述高压蓄能器23串联在所述变量液压泵2的高压油出口，所述低压蓄能器3串联在所述变量液压泵2的低压油进口，所述变量液压泵2的高压油出口和高压蓄能器23与第一驱动轴左右轮轮毂马达的高压油进口连接，所述变量液压泵2的低压油进口和低压蓄能器3与第一驱动轴左右轮轮毂马达的低压油出口连接。

所述轮毂电机系统包括一号电池17、二号逆变器22、第二驱动轴右轮轮毂电机24、第三驱动轴右轮轮毂电机21、二号电池11、三号逆变器7、第二驱动轴左轮轮毂电机4、第三驱动轴左轮轮毂电机8；所述一号电池17与二号逆变器22电连接，所述二号逆变器22与第二驱动轴右轮轮毂电机24、第三驱动轴右轮轮毂电机21电连接，所述二号电池11与三号逆变器7电连接，所述三号逆变器7与第二驱动轴左轮轮毂电机4、第三驱动轴左轮轮毂电机8电连接。

根据本发明提供的军用越野车机电液复合驱动系统的驱动方法，包括蠕行模式、纯电动模式、行星混联单独驱动模式、行星混联和轮毂电机联合驱动模式、全驱模式、再生制动模式、机械制动模式七种工作模式。

1)蠕行模式：发动机5通过取力器6驱动变量液压泵2，变量液压泵2和高压蓄能器23通过液压能驱动第一驱动轴左右轮轮毂马达转动；

2)纯电动模式：一号电池17通过二号逆变器22将电能传递到第二驱动轴右轮轮毂电机24和第三驱动轴右轮轮毂电机21，二号电池11通过三号逆变器7将电能传递到第二驱动轴左轮轮毂电机4和第三驱动轴左轮轮毂电机8，一号电池17通过一号逆变器16将电能传递到电动机12转化为机械能，再通过行星排输出轴13将机械能传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；

3)行星混联单独驱动模式：发动机5通过取力器6将机械能传递到行星架18，再将一部分机械能通过太阳轮9传递到发电机20，发电机20通过一号逆变器16将能量储存在一号电池17中，另一部分能量通过齿圈10传递到行星排输出轴13，进而传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；发动机5输出能量与需求能量之差传递到电动机12，通过一号逆变器16将多余能量储存在一号电池17中，需求能量与发动机5输出之差由一号电池17通过逆变器将不足能量传递到电动机12，电动机12输出能量与发动机5通过齿圈10输出的部分能量耦合传递到行星排输出轴13，再传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；

4)行星混联和轮毂电机联合驱动模式：发动机5通过取力器6、行星架18将一部分能量传递到齿圈10，一号电池17通过一号逆变器16将能量传递到电动机12，齿圈10输出能量与电动机12输出能量耦合传递到行星排输出轴13，再传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；同时，一号电池17通过二号逆变器22将电能传递到第二驱动轴右轮轮毂电机24和第三驱动轴右轮轮毂电机21，二号电池11通过三号逆变器7将电能传递到第二驱动轴左轮轮毂电机4和第三驱动轴左轮轮毂电机8；

5)全驱模式：发动机5一部分能量通过取力器6驱动变量液压泵2，变量液压泵2和高压蓄能器23通过液压能驱动第一驱动轴左右轮轮毂马达转动；发动机5另一部分能量通过取力器6、行星齿轮结构传递到齿圈10，一号电池17通过一号逆变器16将能量传递到电动机12，齿圈10输出能量与电动机12输出能量耦合传递到行星排输出轴13，再传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；同时，一号动力电池、二号动力电池分别通过二号逆变器22、三号逆变器7将动力传递到轮毂电机系统中的四个轮毂电机来驱动车轮转动；

6)再生制动模式：电动机12工作在发电状态，通过一号逆变器16将第四驱动轴15和第五驱动轴14上的动能转化为电能储存在一号动力电池中；第二驱动轴右轮轮毂电机24和第三驱动轴右轮轮毂电机21通过二号逆变器22将动能转化为电能储存在一号动力电池中，第二驱动轴左轮轮毂电机4和第三驱动轴左轮轮毂电机8通过三号逆变器7将动能转化为电能储存在二号动力电池中；第一驱动轴左轮轮毂马达1和第一驱动轴右轮轮毂马达25利用第一驱动轴上的动能将低压蓄能器3中的工作油压入高压蓄能器23中，进而转化为液压能储存在高压蓄能器中。

所述的军用越野车机电液复合驱动系统的驱动模式判别具体步骤为：

步骤一：根据滑转率等参数识别路面条件是否恶劣，若路面条件恶劣，切换至蠕行模式；否则，进入步骤二；

步骤二：判断制动踏板的开度是否大于0，若制动踏板开度大于0，整车处于制动模式，则进入步骤三；否则，整车处于驱动模式，则进入步骤四；

步骤三：整车处于制动模式，进一步判断动力电池与蓄能器的soc状态，若动力电池的socbat小于设定最大阈值sochigh或蓄能器的socha小于1，则进入再生制动模式；否则，进入机械制动模式；

步骤四：整车处于驱动模式，进一步判断是否有静默行驶需求，若整车需求静默行驶，切换至纯电动模式；否则，进入步骤五；

步骤五：进一步判断整车车速v是否大于轮毂液压系统工作的最大车速v1，若v大于v1，则轮毂液压系统停止工作，进入步骤六；否则，液压系统能够继续工作，进入步骤七；

步骤六：进一步判断需求功率ppre是否大于行星混联系统最大输出功率pmax，若ppre大于pmax，则切换至行星混联和轮毂电机联合驱动模式；否则，进入行星混联单独驱动模式；

步骤七：进一步判断油门踏板开度pedal是否大于给定阈值pedalthre；若pedal大于给定阈值pedalthre，则进入全驱模式；否则，进入步骤六。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统及其驱动方法具备行星混合动力系统，并且各驱动轴均可通过再生制动模式回收制动能量，有效改善了整车燃油经济性，进而提升军用越野车的续航能力，增大作战半径，减小后勤补给压力，提高作战保障能力；

2.本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统及其驱动方法具备轮毂电机系统，具备纯电动行驶模式，通过静默行驶可增加军车隐蔽性；

3.本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统及其驱动方法具备轮毂液压马达驱动系统，其高功率密度与低速大转矩的特点使整车具有的高通过性优势，并且轮毂液压马达体积与质量相比于同功率等级的轮毂电机会显著降低，可以尽量避免由于簧下质量的增加对车辆操纵性能的影响；

4、轮毂液压驱动存在高速能力不足的缺点，但可与电动轮毂驱动与行星混动驱动形成优势互补，共同满足军用越野车的复杂工况的适应性。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统的结构原理图；

图2为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统的不同驱动模式切换规则示意图；

图3为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统蠕行模式下的动力路线传递图；

图4为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统纯电动模式下的动力路线传递图；

图5为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统行星混联单独驱动模式下的动力路线传递图；

图6为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统行星混联和轮毂电机联合驱动模式下的动力路线传递图；

图7为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统全驱模式下的动力路线传递图；

图8为本发明所述的一种军用越野车机电液复合驱动系统再生制动模式下的动力路线传递图。

图中标号说明：1.第一驱动轴左轮轮毂马达，2.变量液压泵，3.低压蓄能器，4.第二驱动轴左轮轮毂电机，5.发动机，6.取力器，7.三号逆变器，8.第三驱动轴左轮轮毂电机，9.太阳轮，10.齿圈，11.二号电池，12.电动机，13行星排输出轴，14.第五驱动轴，15.第四驱动轴，16.一号逆变器，17.一号电池，18.行星架，19.行星轮，20.发电机，21.第三驱动轴右轮轮毂电机。22.二号逆变器，23.高压蓄能器，24.第二驱动轴右轮轮毂电机，25.第一驱动轴右轮轮毂马达。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的物理量或具有相同或类似意义的物理量。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参阅图1，所述的军用越野车机电液复合驱动系统，包括发动机5、取力器6、行星混合动力系统、轮毂液压马达驱动系统、轮毂电机系统；所述发动机5与取力器6机械连接，所述取力器6输出轴a与行星混合动力系统连接，所述取力器6输出轴b与轮毂液压马达系统连接。

所述行星混合动力系统包括行星齿轮结构、发电机20、电动机12、一号逆变器16、一号电池17、行星排输出轴13、第四驱动轴15和第五驱动轴14；所述行星齿轮结构包括行星架18、行星轮19、太阳轮9、齿圈10；所述行星架18与取力器6输出轴a机械连接，所述发电机20套装在取力器6输出轴a上并与太阳轮9机械连接，所述电动机12套装在行星排输出轴13上并与齿圈10和行星排输出轴13机械连接，所述一号电池17与一号逆变器16电连接，所述一号逆变器16与发电机20和电动机12电连接，所述第四驱动轴15和第五驱动轴14与行星排输出轴13机械连接。

所述轮毂液压马达驱动系统包括变量液压泵2、高压蓄能器23、低压蓄能器3、第一驱动轴左轮轮毂马达1和第一驱动轴右轮轮毂马达25；所述变量液压泵2的机械传动轴与取力器6输出轴b机械连接，所述高压蓄能器23串联在所述变量液压泵2的高压油出口，所述低压蓄能器3串联在所述变量液压泵2的低压油进口，所述变量液压泵2的高压油出口和高压蓄能器23与第一驱动轴左右轮轮毂马达的高压油进口连接，所述变量液压泵2的低压油进口和低压蓄能器3与第一驱动轴左右轮轮毂马达的低压油出口连接。

所述轮毂电机系统包括一号电池17、二号逆变器22、第二驱动轴右轮轮毂电机24、第三驱动轴右轮轮毂电机21、二号电池11、三号逆变器7、第二驱动轴左轮轮毂电机4、第三驱动轴左轮轮毂电机8；所述一号电池17与二号逆变器22电连接，所述二号逆变器22与第二驱动轴右轮轮毂电机24、第三驱动轴右轮轮毂电机21电连接，所述二号电池11与三号逆变器7电连接，所述三号逆变器7与第二驱动轴左轮轮毂电机4、第三驱动轴左轮轮毂电机8电连接。

参阅图2，所述的军用越野车机电液复合驱动系统的驱动模式判别具体步骤为：

步骤一：根据滑转率等参数识别路面条件是否恶劣，若路面条件恶劣，切换至蠕行模式；否则，进入步骤二；

步骤二：判断制动踏板的开度是否大于0，若制动踏板开度大于0，整车处于制动模式，则进入步骤三；否则，整车处于驱动模式，则进入步骤四；

步骤三：整车处于制动模式，进一步判断动力电池与蓄能器的soc状态，若动力电池的socbat小于设定最大阈值sochigh或蓄能器的socha小于1，则进入再生制动模式；否则，进入机械制动模式；

步骤四：整车处于驱动模式，进一步判断是否有静默行驶需求，若整车需求静默行驶，切换至纯电动模式；否则，进入步骤五；

步骤五：进一步判断整车车速v是否大于轮毂液压系统工作的最大车速v1，若v大于v1，则轮毂液压系统停止工作，进入步骤六；否则，液压系统能够继续工作，进入步骤七；

步骤六：进一步判断需求功率ppre是否大于行星混联系统最大输出功率pmax，若ppre大于pmax，则切换至行星混联和轮毂电机联合驱动模式；否则，进入行星混联单独驱动模式；

步骤七：进一步判断油门踏板开度pedal是否大于给定阈值pedalthre；若pedal大于给定阈值pedalthre，则进入全驱模式；否则，进入步骤六。

所述的军用越野车机电液复合驱动系统的驱动方法，包括蠕行模式、纯电动模式、行星混联单独驱动模式、行星混联和轮毂电机联合驱动模式、全驱模式、再生制动模式、机械制动模式七种工作模式。

参阅图3，所述的军用越野车机电液复合驱动系统在蠕行模式下，发动机5通过取力器6驱动变量液压泵2，变量液压泵2和高压蓄能器23通过液压能驱动第一驱动轴左右轮轮毂马达转动。

参阅图4，所述的军用越野车机电液复合驱动系统在纯电动模式下，一号电池17通过二号逆变器22将电能传递到第二驱动轴右轮轮毂电机24和第三驱动轴右轮轮毂电机21，二号电池11通过三号逆变器7将电能传递到第二驱动轴左轮轮毂电机4和第三驱动轴左轮轮毂电机8，一号电池17通过一号逆变器16将电能传递到电动机12转化为机械能，再通过行星排输出轴13将机械能传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14。

参阅图5，所述的军用越野车机电液复合驱动系统在行星混联单独驱动模式下，发动机5通过取力器6将机械能传递到行星架18，再将一部分机械能通过太阳轮9传递到发电机20，发电机20通过一号逆变器16将能量储存在一号电池17中，另一部分能量通过齿圈10传递到行星排输出轴13，进而传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；发动机5输出能量与需求能量之差传递到电动机12，通过一号逆变器16将多余能量储存在一号电池17中，需求能量与发动机5输出之差由一号电池17通过逆变器将不足能量传递到电动机12，电动机12输出能量与发动机5通过齿圈10输出的部分能量耦合传递到行星排输出轴13，再传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14。

参阅图6，所述的军用越野车机电液复合驱动系统在行星混联和轮毂电机联合驱动模式下，发动机5通过取力器6、行星架18将一部分能量传递到齿圈10，一号电池17通过一号逆变器16将能量传递到电动机12，齿圈10输出能量与电动机12输出能量耦合传递到行星排输出轴13，再传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；同时，一号电池17通过二号逆变器22将电能传递到第二驱动轴右轮轮毂电机24和第三驱动轴右轮轮毂电机21，二号电池11通过三号逆变器7将电能传递到第二驱动轴左轮轮毂电机4和第三驱动轴左轮轮毂电机8。

参阅图7，所述的军用越野车机电液复合驱动系统在全驱模式下，发动机5一部分能量通过取力器6驱动变量液压泵2，变量液压泵2和高压蓄能器23通过液压能驱动第一驱动轴左右轮轮毂马达转动；发动机5另一部分能量通过取力器6、行星齿轮结构传递到齿圈10，一号电池17通过一号逆变器16将能量传递到电动机12，齿圈10输出能量与电动机12输出能量耦合传递到行星排输出轴13，再传递到第四驱动轴15和第五驱动轴14；同时，一号动力电池、二号动力电池分别通过二号逆变器22、三号逆变器7将动力传递到轮毂电机系统中的四个轮毂电机来驱动车轮转动。

参阅图8，所述的军用越野车机电液复合驱动系统在再生制动模式下，电动机12工作在发电状态，通过一号逆变器16将第四驱动轴15和第五驱动轴14上的动能转化为电能储存在一号动力电池中；第二驱动轴右轮轮毂电机24和第三驱动轴右轮轮毂电机21通过二号逆变器22将动能转化为电能储存在一号动力电池中，第二驱动轴左轮轮毂电机4和第三驱动轴左轮轮毂电机8通过三号逆变器7将动能转化为电能储存在二号动力电池中；第一驱动轴左轮轮毂马达1和第一驱动轴右轮轮毂马达25利用第一驱动轴上的动能将低压蓄能器3中的工作油压入高压蓄能器23中，进而转化为液压能储存在高压蓄能器中。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。