专利名称：液压式车辆变速传动节能系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于车辆类液压变速传动节能系统和部分工厂液压变速 传动系统以及实际生产等的各种液压变速传动领域，具体为一种新型的液压式车辆变速传 动节能系统。
背景技术：
如今市场上常见的齿轮或无极变速与轴结合的传动系统采用齿轮或无极变速箱、 传动轴、万向节、差速器和传动桥等构件组成；在齿轮或无极变速轴传动中，从发动机传来 的动力经过变速器得到所需扭矩的动力输出，通过传动轴和万向节传给差速器，差速器再 把动力通过传动桥分配给驱动轮；这样的齿轮或无极变速轴传动系统存在结构体系复杂、 零部件繁多、振动大、传动效率较低；并且该传动系统应用于轿车(下文均以轿车传动为例 说明)上大多实现的是前驱或者后驱，使得轿车的驱动能力存在一定的缺陷，同时轿车在 上坡、下坡或者水平路面行驶的过程中，由于人为换挡操作和控制油门不当等因素致使发 动机功率利用效率较低，以及机械损耗大等缺点。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服上述现有齿轮或者无极变速轴传动系统存在的不足， 提供一种性能更优、结构更简单、造价便宜、维修方便、发动机功率利用效率更高的、更节能 的，可适用于各类轿车和部分工厂变速传动系统以及实际生产等的各种变速传动领域的液 压式车辆变速传动节能系统。本实用新型是这样实现的液压式车辆变速传动节能系统，包括液压泵、液压马 达、控制泄液阀、控制变速阀、液压传感器和速度传感器以及微控制器，液压泵与液压马达 通过控制变速阀和导管组成了一个液体循环的系统，液压泵通过导管与控制变速阀相连， 控制变速阀通过导管与液压马达相连，控制变速阀和控制泄液阀的受控端与微控制器相 连；所述的微控制器与所述的两种传感器相连，所述的液压传感器安装在液压泵的输出口 的里面，所述的速度传感器分别与发动机的动力输出轴和液压马达的动力输出轴相连；所 述液压泵设置有动力驱动液体增压装置；所述的液压马达设置有液压动力转换装置；所述 的控制泄液阀和控制变速阀设计有控制液体流动的开关装置；所述的微控制器设置有相应 的程序，采集各个传感器的信号，通过算法处理得出控制信号而进行控制发动机的油门大 小和各个控制阀的关断。所述液压马达装置包括液压马达叶片、液压马达挡板和凸轮，液压马达叶片固定 设置在旋转轴上，液压马达挡板设置液压马达缸内，液压马达挡板内设置有液压马达挡板 顶凸轮部件，液压马达挡板内设置有控制液压马达挡板的凸轮，凸轮与动力输出轴固定连 接。所述液压泵装置包括液压泵叶片、液压泵挡板和凸轮，液压泵叶片固定设置在外 壳上，液压泵进油口和出油口设置在液压缸内，液压泵挡板内设置有液压泵叶片顶凸轮部件，液压泵挡板内设置有控制液压泵挡板的凸轮，凸轮与外壳连接，液压挡板和动力输入轴 固定连接。所述的受控的控制变速阀和控制泄液阀包括驱动电路、伺服电机和液体开关机 构，液体开关机构与伺服电机的输出端相连，其开与关受伺服电机控制。所述的液压传感器和速度传感器，两者分别对变化的物理量处理而得到变化的电 信号，传给微控制器。所述的微控制器通过信号采集程序对各种传感器获得有效的信息；所述的程序通 过对信息的滤波和拟合处理，得到各种控制信号，控制发动机的油门大小和各个控制阀的 关断。所述的受控的控制泄液阀与控制变速阀的结构相似，应用于泄压；其实现的功能 相当于现有离合器的功能。本实用新型液压式车辆变速传动节能系统具有完全不同于现有轿车齿轮或者无 极变速轴传动系统的设计结构，取消了齿轮或者无极变速箱、传动轴、万向节、差速器和传 动桥等构件，仅有由液压泵与液压马达通过控制变速阀和导管组成了一个液体循环的结 构，并结合传感器和伺服部件以及微控制器而实现的智能控制系统；使得液压式车辆变速 传动节能系统具有运作平稳、功率损耗小和结构紧凑等的特点。本液压式车辆变速传动节 能系统的实现方式是将发动机动力输出轴的机械运动转变成液压传动，再把液压传动转化 为轴输出的机械运动；液压泵与液压马达独立工作，在液压泵中进行的是液体增压过程； 在液压马达中进行的是液压转换为动力过程。本液压式车辆变速传动节能系统的控制原理是将液压泵、液压马达、控制变速阀 和传感器以及微控制器组成一个闭环的系统，液压式车辆变速传动节能系统通过微控制器 通过传感器测得车的当前速度和对应的发动机速度以及输出液体的压力值；并在结合设定 的速度值的基础上，进行最佳的换挡和发动机油门的自动控制；即在满足当前路况行驶要 求的情况下，使得发动机输出功率最小，并且发动机处于待机模式的能量也能够得以利用， 使得系统轿车能够以最节能的模式工作，而达到节能的目的。本液压式车辆变速传动节能系统通过四轮驱动来起动，能够使得轿车得到最好的 起动效果；在低速时能够实现四轮驱动获得最佳的驱动效果；并在高速行驶时，转变为前 轮驱动，获得最佳的操控性能。本液压式车辆变速传动节能系统是通过开启与关断液体的导通与截止来实现换 挡的；故具有换挡灵活，且换挡过程中具有机械损耗小的特点；同时也使得轿车能够平稳 的换挡，不产生大的瞬间冲击。本液压式车辆变速传动节能系统的离合器是通过泄液阀装置来实现的；故不存在 直接的机械摩擦，结合本系统的特点，换挡的过程中离合器可以不工作，离合器只是在起动 的瞬间工作，所以本离合器的使用寿命能够再度延长。本液压式车辆变速传动节能系统的液压马达与动力输出轴是单向传动链接；驱动 每个轮的液压马达是独立工作的。本液压式车辆变速传动节能系统的倒档是通过倒档电机来实现的。本实用新型具有如下的优点零件少、重量轻、运转平稳、安全可靠；构造简单、造 价便宜、维修方便；并且发动机的功率利用效率得到很大的改善，整体性能较其他变速轴传动得到较大的提升。
图1为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统液压传动布局结构示意图；图2为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统控制电路布局示意图；图3为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统液压马达轴向纵截面结构示意 图；图4为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统液压马达剖切面与图3剖切面垂 直的径向纵截面结构示意图；图5为本实 用新型液压式车辆变速传动节能系统液压泵剖切面结构示意图；图6为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统处理器与各个接口连接示意图；图7为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统手动控制状态下的换挡电路示 意图；图8为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统自动控制状态下的速度控制旋 钮示意图；图9为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统的控制变速阀的标号示意图。图10为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统的控制变速阀的结构示意图。图11为本实用新型液压式车辆变速传动节能系统的在自动模式下的局部程序流 程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细的描述说明。液压式车辆变速传动节能系统，(以应用于轿车的底盘为例说明)如图1和图2 所示，包括轿车底盘、两个前轮和后轮(从底盘的前方看分别命名为左前轮D、右前轮A、左 后轮C、右后轮B，如图1所示)、液压泵14、液压马达2(图中标号2、3、8、9、10、11、16、17均 为液压马达)、控制变速阀4(图中标号4、7为相同左右对称的控制变速阀)、泄液控制阀 13 (即离合器)、液压传感器21和速度传感器18以及微控制器27，液压泵4与液压马达2 通过控制变度阀4组成了一个液体循环的系统，液压泵14通过液体导管5 (图中标号5、6 同为液体导管，相对于液压马达，其中5是液体输入导管，6为液体输出导管)与各个对应的 控制变速阀4相连，控制变速阀4通过导管4和6与液压马达2相连，各种控制阀的受控端 与微控制器27相连；所述的微控制器27与液压传感器21和速度传感器18分别相连，所述 的液压传感器21安装在液压马达的输入导管的里面，所述的速度传感器18分别与发动机 15的动力输出轴和液压马达2的动力输出轴相连；为微控制器27提供发动机15的速度和 轿车当前速度信息。所述液压马达设置有液压转换为动力装置，可以为现有的齿轮式、叶片式、柱塞式 和其它型式的液压马达替代。本实用新型仅提供一种环体式液压马达，如图3和图4所示， 环体式液压马达2包括液压马达叶片39、液压马达挡板41和凸轮36和37，(其中37为旋 转凸轮，36为液压挡板凸轮)液压马达叶片39固定设置在旋转轴33上，液压马达挡板41 设置液压马达缸内，液压马达挡板41内设置有液压马达挡板顶凸轮部件，液压马达挡板41内设置有控制液压马达挡板41的凸轮37，旋转凸轮37与动力输出轴33固定连接；液压马 达叶片39与液压马达缸体形成密封的空间，当输油口 40输入高压油时，液压马达叶片39 受到高压油的作用力作相对于轴心的圆周运动，在液压马达叶片39即将碰到液压马达挡 板41时，液压马达挡板41在旋转凸轮37与液压挡板凸轮36的控制下向里缩进，液压马达 叶片39经过液压马达挡板41之后液压马达挡板41马上弹回，伴随在本周期的液压油从输 出口 38排出，完成环体液压马达中的一个工作循环。所述液压泵增压装置可以为现有的齿轮式、叶片式、柱塞式和其它型式的液压泵 替代。本实用新型仅提供一种环体式液压泵(如图1所示的标号14)；所述环体式液压泵 装置有动力驱动液体增压装置；如图5所示，包括环体式液压泵叶片56、环体式液压泵挡板 54和凸轮52，环体式液压泵叶片56设置在动力输入部件59上，环体式液压泵挡板54设置 在环体式液压缸外壳57内，环体式液压泵叶片56内设置有环体式液压泵叶片顶凸轮部件 61和控制环体式液压泵叶片56的凸轮52，凸轮52与外壳固定连接(其中52为固定凸轮， 61为液压泵挡板凸轮)；环体式液压泵叶片56与环体式液压泵缸体形成密封的空间，当发 动机输入转矩时，环体式液压泵挡板54与转轴链接为一体，相对于轴心作圆周运动，在环 体式液压泵叶片56即将碰到环体式液压泵挡板54时，环体式液压泵挡板54在固定凸轮52 与液压泵挡板凸61的控制下向里缩进，环体式液压泵叶片56经过环体式液压泵挡板54之 后环体式液压泵挡板54马上弹回，伴随在本周期的液压油由输入口 53经过叶片和挡板的 作用从输出口 55排出，完成环体液压泵中的一个工作循环。如图10所示，所述的控制速度阀设计有控制液体流动的开关装置；所述的受控的 泄压控制阀包括驱动电路、伺服电机65和液体开关63机构，液体开关机构与伺服电机的输 出端64相连(62为液体输出端，66为液体输入端，通过伺服电机控制构件63的左右移动而 实现液体的开关)；如图1中标号12所示其开与关受伺服电机控制，应用于泄压；其实现 的功能相当于现有离合器的功能；所述的受控的控制变速阀与泄压控制阀的结构相似，由 其开与关来实现换挡的。在图3中的微控制器27设置有相应的程序，进行控制发动机的油门大小和各个控 制阀的关断；所述的微控制器27的外围链接线路如图6所示，其功能实现原理通过信号采 集程序对各种传感器获得有效的信息，经过控制程序对信息的滤波和拟合处理，得到各种 控制信号，控制发动机的油门大小和相应控制阀的关断。所述的液压传感器21和速度传感器18，两者分别对变化的物理量的得到变化的 电信号，传给微控制器27。在一个控制周期内(这里以轿车的应用为例论述，并结合本实用新型特点将驾 驶者需要驾驶的速度定义为理想速度，将轿车实际的行驶速度定义实际速度)。下面以自动控制驾驶和手动控制驾驶两种状态分别论述手动控制驾驶的状态手动控制驾驶状态是以操作员为控制终端，实现手动控制离合器和手动控制油门 的一种控制模式；此模式不存在智能自动控制，具体操作是人为控制，即本系统不启动自动 控制功能，而是作执行机构，此时系统将同步显示操作系统所执行的动作，并显示操作不合 理的提示和危险警告；其手动控制方式大致如图6所示，分为一至四挡和倒挡；同时设置了 手动和自动挡的切换开关；(其电路原理图和处理器引脚以及挡的设置为其中的一种实现方式，可根据具体情况而改变)处理器相关引脚如图5所示。自动锁定速度控制驾驶的状态结合图8所示，自动锁定速度控制驾驶的状态是以设定的速度值为参考基准并结 合实际速度和发动机转速以及液压值等信息，经过系统处理得出相应的控制信号，从而实 现离合器自动闭与合、自动换挡和自动控制发动机油门的一种智能、自动锁定速度控制模 式；在微控制器中识别当前驾驶员设定的速度、车实际行驶的速度和发动机转速以及液压 缸的液体的压力值等信息，即感应到设定速度、车实际速度、发动机转速、压力值；根据已经 设置好的程序，进行控制；其控制的策略是这里分四种情况论述情况一静止起动此情况下轿车为静止状态，当发动机起动后，微控制器的默认的初始状态是开启 一挡，变速控制阀全部开启、即所有的液压马达处于工作的状态，泄压控制阀开启，即离合 器松开；当给了一个设定的速度值时，此刻车实际速度为Okm/h，此时速度差为最大值，此 时微控制器输出相应的控制信号；而相应的执行动作是开启所有的液压马达、发动机油门 加大、泄压控制阀关闭(即离合器闭合)；当压力值达到一定时，汽车起动；当车起动后，车 实际速度不为零，转化为加速的情况。情况二 加速行驶此情况下汽车为加速状态，当汽车起动后，相应的执行动作是开启所有的液压马 达、发动机油门加大、泄压控制阀关闭(即离合器闭合)；当速度达到一挡的设定速度时，微 控制器将判断液压值是否低于设定一挡的液压值；假如液压值低于设定一挡的液压值的判 断成立，程序将会控制执行部件进行以下的动作在换挡的瞬间稍微减小发动机的油门，完 成之后，开启二挡，关闭前轮各一个控制液压马达，即关闭A和B的两组液压马达(如图7 所示)，系统减少了两个液压马达工作，在发动机输出功率不变，即液压泵输出高压的液体 一定时，被分配到其他正在工作的液压马达的液体流量会增大，使得每一个工作中的液压 马达转速增大，换挡完成后将会依据设定速度的值来控制油门的大小，从而实现汽车加速 的过程。当在二挡加速完成时，微控制器将感应到液体压力值小于二挡设定的压力值，当 判断成立时，微控制器将自动实现换挡操作，即换为三挡，其过程与一挡换二挡的控制过程 相似，三挡换为四档的过程也是与一挡换二挡的控制过程相似，在判断是否要从二挡换为 三挡或者从三挡换四档时，其判断的设定压力值不同；所述的各个压力值是经过试验测得。情况三保速行驶此情况下汽车为保速最节能状态，也是本设计实现节能的工作原理，即轿车加速 完了后，达到了设定速度的范围内而使得发动机输出功率最小的一种状态；相应的执行动 作是根据液体压力值、发动机转速、车实际速度、设定速度值等变量而定的，具体是依设定 的速度和压力值来控制发动机油门和所用的传动挡；当设定的速度较大时，微控制器优先 选用高的挡；若此时压力值大于其相应设定的压力值时，微控制器将退一个挡，若此时压力 值大于此挡设定的压力值时，将再退一档，直到满足设定要求；反之，若液体压力值小于该 挡的设定压力值时，微控制器将会提高挡，当处于最高档时，微控制器将采用控制油门而实 现所要达到的速度；当实际速度大于设定的速度范围时，微控制器将发出减小发动机油门的信号，使发动机处于怠机模式或使发动机输出满足设定速度所需要的功率，以达到节能 的目的。情况四减速行驶此情况下轿车为减速状态，即输入停车或减速信号，系统将会执行减速的模式，其 过程延续至车静止为止；相应的执行动作是增加液压马达的工作数量或关闭所有的液压马 达、发动机油门减小，从而实现转速减小，或到怠速模式，此时泄压阀打开(即离合器松开) 并启动发电机存蓄能量；从而实现轿车减速的过程。在正常的工作状态下，发动机15转动，驱动液压泵14工作，使得液压泵里的液体 按图中的箭头方向流动；即如图1所示，导管5相对于液压泵为高压液体输出导管，导管6 为低压输入导管，其中4、7为控制变速阀。汽车在静止时，系统首选1挡启动，当系统接收到启动信号时，泄压控制阀13闭 合，即离合器 闭合，接着处理器检测设定的速度值、车的实际速度值；通过数据处理，得出控 制信号；若设定的速度大于实际速度，系统会自动的提高挡，其挡的控制优先原则如表1所 示，并且遵循从低挡到高挡的过度原则，过度的快慢取决于过度程度系数。以下的数据为其中的一种实施方案 表 1在遵循挡的控制优先原则的前提下，当实际速度达不到设定速度时，系统首先调 节的是油门的大小，来缩小实际速度与设定速度的差距；当在油门可调的范围内依然实现 不了设定速度，当液压值大于该挡的设定值，系统会自动的执行退挡操作；否则系统会自动 的执行提高挡操作；以至于在保证系统安全的前提下尽可能的使实际速度与设定速度的差 距降到最小。当实际速度大于设定速度时，系统将会降低油门的操作；变挡过程与控制变速阀 的工作情况，其对应的液压马达标号如图9所示1挡对应的控制变速阀开启情况是控制变速阀全都打开，即所有液压马达处于 工作的状态。2挡对应的控制变速阀开启情况是控制变速阀A、B关闭，即前轮分别关闭一个液 压马达，使得减少两个液压马达的工作。3挡对应的控制变速阀开启情况是控制变速阀A、B、C、D关闭，即每个轮各关闭一 个液压马达，使得减少四个液压马达的工作。4挡对应的控制变速阀开启情况是控制变速阀A、B、C、D、E、F关闭，即前轮分别 关闭一个液压马达和后轮全部液压马达关闭，使得只剩下两个前轮各一个液压马达工作。参考图11所示，其示出了一种在自动模式下的局部程序大致流程。
权利要求液压式车辆变速传动节能系统，其特征在于包括液压泵、液压马达、泄压控制阀、变速控制阀、液压传感器、速度传感器以及微控制器，液压泵与液压马达通过导管和变速控制阀组成了一个液体循环的系统；所述的液压传感器安装在液压泵输出口的里面，所述的速度传感器分别与发动机的动力输出轴和液压马达的动力输出轴相连；所述液压泵设置有动力驱动液体增压装置；所述的液压马达设置有液压转换为动力装置；所述的泄压控制阀和变速控制阀设计有控制液体流动的开关装置；所述的微控制器设置有相应的程序。
2.如权利要求1所示的液压式车辆变速传动节能系统，其特征在于所述液压泵与液 压马达通过变速控制阀组成了一个液体循环的系统；其系统的组成是液压泵通过液体导 管与变速控制阀相连，变速控制阀通过液压导管与液压马达相连，变速控制阀的受控端与 微控制器相连；所述的微控制器与所述的两种传感器相连。
3.如权利要求1所示的液压式车辆变速传动节能系统，其特征在于所述的液压马达 所设置的液压转换为动力装置包括液压马达叶片、液压马达挡板和凸轮，液压马达叶片固 定设置在旋转轴上，液压马达挡板设置液压马达缸内，液压马达挡板内设置有液压马达挡 板顶凸轮部件，液压马达挡板内设置有控制液压马达挡板的凸轮，凸轮与动力输出轴固定 连接。
4.如权利要求1所示的液压式车辆变速传动节能系统，其特征在于所述液压泵所设 置的动力驱动液体增压装置包括液压泵叶片、液压泵挡板和凸轮，液压泵叶片固定设置在 动力输入轴上，液压泵挡板设置在液压缸内，液压泵挡板内设置有液压泵挡板顶凸轮部件， 液压泵挡板内设置有控制液压泵挡板的凸轮，凸轮与动力输入轴固定连接。
5.如权利要求1所示的液压式车辆变速传动节能系统，其特征在于所述的微控制器 设置有相应的程序，进行控制发动机的油门大小和各个控制阀的关断；所述的微控制器通 过程序对各种传感器获得有效的信息，经过对信息的滤波和拟合处理，得到各种控制信号， 控制发动机的油门大小和控制阀的关断。
专利摘要本实用新型涉及一种液压式车辆变速传动节能系统，其包括液压泵、液压马达、泄压控制阀、变速控制阀、液压传感器和速度传感器以及微控制器，液压泵与液压马达通过导管和变速控制阀组成了一个液体循环的系统；所述的液压传感器安装在液压泵输出口的里面，所述的速度传感器分别与发动机的动力输出轴和液压马达的动力输出轴相连；所述液压泵设置有动力驱动液体增压装置；所述的液压马达设置有液压转换为动力装置；所述的泄压阀设计有控制液体流动的开关装置；所述的微控制器设置有相应的程序。本实用新型优点为零件少、传动效率高、运转平稳、安全可靠、造价便宜、维修方便；整体性能较现有的(轿车)齿轮变速与轴传动系统得到较大的提升。
文档编号F15B11/02GK201610870SQ20102011929
公开日2010年10月20日 申请日期2010年2月12日 优先权日2010年2月12日
发明者廖荣龙 申请人:廖荣龙