阅读说明：本技术 具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆 (Vehicle with hydraulic braking energy and idling energy recycling power system ) 是由 孙传文 徐锟 张有军 第少华 宋晓宇 于 2018-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆,包括发动机、通过离合器与发动机相连接的变速箱、通过传动轴与变速箱相连接的减速器、与减速器相连接的驱动桥、及安装在驱动桥上的车轮,所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆还包括液压泵/马达、与液压泵/马达相连接的第一蓄能器、及与液压泵/马达相连接的第二蓄能器,所述变速箱上安装有动力输出装置,所述液压泵/马达与动力输出装置相连接。本具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆,能将制动能及怠速能量进行回收并利用,从而保证本车辆的能耗较低。(The invention provides a vehicle with a hydraulic braking energy and idling energy recycling power system, which comprises an engine, a gearbox connected with the engine through a clutch, a speed reducer connected with the gearbox through a transmission shaft, a drive axle connected with the speed reducer, wheels mounted on the drive axle, a hydraulic pump/motor, a first energy accumulator connected with the hydraulic pump/motor, and a second energy accumulator connected with the hydraulic pump/motor, wherein a power output device is mounted on the gearbox, and the hydraulic pump/motor is connected with the power output device. The vehicle with the hydraulic braking energy and idling energy recycling power system can recycle and utilize the braking energy and the idling energy, so that the energy consumption of the vehicle is low.)

具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆

技术领域

本发明涉及一种车辆，特别是涉及一种具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆。

背景技术

普通车辆的动力由发动机单独提供，而发动机工况完全由路况决定，一旦需要频繁加速、减速、急停，就会出现较大的负载波动，发动机的工作点也会产生较大波动，从而导致无法将发动机的工作点稳定在高效燃油区，燃油效率低，增加了油耗。此外，普通车辆对刹车制动能量以及怠速能量没有回收利用，导致这部分能量以热能形式耗散，还造成系统升温等缺陷。因此，在原车系统结构基本不变的情况下，开发一套具有能量回收功能的液压混合动力系统，不仅可以对发动机进行效率优化，提高燃油效率，而且可以实现车辆刹车过程、怠速过程中的能量回收、分配、再利用，从而达到节能的目的。

目前，液压混合动力系统在车辆上的应用拓扑结构主要有串联、并联和混联三种形式。串联系统的液压泵/马达需要提供车辆行驶过程中的全部能量，其所需输出的功率较大；而并联系统的液压泵/马达仅需提供部分能量，其所需输出的功率较小。因此串联系统的液压泵/马达排量比并联系统的大；另外串联系统需要单独的一个液压泵，进而导致串联系统体积大、系统较为复杂，且成本高。但在串联系统中，发动机不直接驱动负载，而是通过液压系统进行能量转换，间接的驱动负载，因此可通过液压系统能更好地对发动机的燃油效率进行优化，因此可达到更高的节能效率。串联系统主要应用于轻型车辆，而并联系统主要应用于重型车辆。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种能耗较低的具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆。

为实现上述目的，本发明提供本发明提供一种具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，包括发动机、通过离合器与发动机相连接的变速箱、通过传动轴与变速箱相连接的减速器、与减速器相连接的驱动桥、及安装在驱动桥上的车轮，所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆还包括液压泵/马达、与液压泵/马达相连接的第一蓄能器、及与液压泵/马达相连接的第二蓄能器，所述变速箱上安装有动力输出装置，所述液压泵/马达与动力输出装置相连接。

进一步地，所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括安装在制动踏板上的第一角位移传感器、及用于控制液压泵/马达的排量的控制器，所述第一角位移传感器与控制器相连接。

进一步地，所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括与第一蓄能器相连接的压力检测传感器，所述压力检测传感器与控制器相连接。

进一步地，所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括与控制器相连接的车速检测传感器、及与控制器相连接的发动机转速检测传感器，所述车速检测传感器用于检测车辆的行驶速度，所述发动机转速检测传感器用于检测发动机的转速。

进一步地，所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括安装在油门踏板上的第二角位移传感器，所述第二角位移传感器与控制器相连接。

进一步地，所述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括与液压泵/马达相连接的阀组，所述阀组与控制器相连接，且所述阀组与第一蓄能器和第二蓄能器相连接。

如上所述，本发明涉及的具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，具有以下有益效果：

本发明中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆的工作原理为：当车辆处于制动工况中，转动中车轮通过驱动桥、减速器、传动轴、变速箱及动力输出装置带动液压泵/马达动作，此时液压泵/马达作为泵使用，并使得第二蓄能器中的液压油经该液压泵/马达流入第一蓄能器中，从而将制动过程中车辆的动能、即制动能转化成液压能储蓄在第一蓄能器中，并实现对车轮及车辆的制动，以避免仅采用摩擦制动器制动车轮时导致该部分动能直接浪费掉，且造成摩擦制动器升温等；当车辆处于怠速工况中，运转中的发动机通过变速箱及动力输出装置带动液压泵/马达动作，此时液压泵/马达作为泵使用，并使得第二蓄能器中的液压油经该液压泵/马达流入第一蓄能器中，从而将怠速工况下发动机输出的机械能、即怠速能量转化成液压能储蓄在第一蓄能器中，以避免该部分能量能直接浪费掉；当需要提供动力以驱动车轮转动时，第一蓄能器中的液压油经液压泵/马达流入第二蓄能器中，并带动液压泵/马达动作，此时液压泵/马达作为马达使用，并通过动力输出装置驱动变速箱运转，变速箱再通过传动轴、减速器、及驱动桥驱动车轮转动，从而将储蓄在第一蓄能器中的液压能释放出来，并转化成车辆行驶的动能；进而实现对上述制动能及怠速能量的回收及利用，并使得本车辆的能耗较低。

附图说明

图1为本发明中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆的结构示意图。

元件标号说明

1 发动机 72 第一蓄能器

2 离合器 73 第二蓄能器

3 变速箱 741 第一角位移传感器

31 传动轴 742 压力检测传感器

32 动力输出装置 743 车速检测传感器

4 减速器 744 发动机转速检测传感器

5 驱动桥 745 第二角位移传感器

6 车轮 75 控制器

71 液压泵/马达 76 电液控制模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，本发明提供一种具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，包括发动机1、通过离合器2与发动机1相连接的变速箱3、通过传动轴31与变速箱3相连接的减速器4、与减速器4相连接的驱动桥5、及安装在驱动桥5上的车轮6。同时，本具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆还包括液压泵/马达71、与液压泵/马达71相连接的第一蓄能器72、及与液压泵/马达71相连接的第二蓄能器73，变速箱3上安装有动力输出装置32，液压泵/马达71与动力输出装置32相连接。本发明中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆的工作原理为：当车辆处于制动工况中，转动中车轮6通过驱动桥5、减速器4、传动轴31、变速箱3及动力输出装置32带动液压泵/马达71动作，此时液压泵/马达71作为泵使用，并使得第二蓄能器73中的液压油经该液压泵/马达71流入第一蓄能器72中，从而将制动过程中车辆的动能、即制动能转化成液压能储蓄在第一蓄能器72中，并实现对车轮6及车辆的制动，以避免仅采用摩擦制动器制动车轮6时导致该部分动能直接浪费掉，且造成摩擦制动器升温等；当车辆处于怠速工况中，运转中的发动机1通过变速箱3及动力输出装置32带动液压泵/马达71动作，此时液压泵/马达71作为泵使用，并使得第二蓄能器73中的液压油经该液压泵/马达71流入第一蓄能器72中，从而将怠速工况下发动机1输出的机械能、即怠速能量转化成液压能储蓄在第一蓄能器72中，以避免该部分能量能直接浪费掉；当需要提供动力以驱动车轮6转动时，第一蓄能器72中的液压油经液压泵/马达71流入第二蓄能器73中，并带动液压泵/马达71动作，此时液压泵/马达71作为马达使用，并通过动力输出装置32驱动变速箱3运转，变速箱3再通过传动轴31、减速器4、及驱动桥5驱动车轮6转动，从而将储蓄在第一蓄能器72中的液压能释放出来，并转化成车辆行驶的动能；进而实现对上述制动能及怠速能量的回收及利用，并使得本车辆的能耗较低。

本发明中上述液压泵/马达71、第一蓄能器72、及第二蓄能器73构成液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统。

如图1所示，本实施例中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括安装在制动踏板上的第一角位移传感器741、与第一蓄能器72相连接的压力检测传感器742、及用于控制液压泵/马达71的排量的控制器75，第一角位移传感器741和压力检测传感器742均与控制器75相连接，且液压泵/马达71与控制器75相连接。第一角位移传感器741用于检测制动踏板的角位移、即制动踏板的转动角度，并将制动踏板的转动角度信号反馈给控制器75。压力检测传感器742用于检测第一蓄能器72中液压油的压力，并将该压力值信号反馈给控制器75。在制动工况中，当驾驶员踩下制动踏板时，第一角位移传感器741检测到制动踏板的转动角度，并将该转动角度信号传递给控制器75，控制器75依次判断出车辆处于制动工况中；同时若压力检测传感器742反馈给控制器75的压力值、即第一蓄能器72中液压油的压力低于设定的最高压力，则控制器75允许第一蓄能器72回收能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为非零，使得液压泵/马达71能作为泵使用，此时转动中车轮6将通过驱动桥5、减速器4、传动轴31、变速箱3及动力输出装置32带动液压泵/马达71动作，液压泵/马达71作为泵使用，并使得第二蓄能器73中的液压油经该液压泵/马达71流入第一蓄能器72中，从而将车辆的动能转化成液压能储蓄在第一蓄能器72中，即制动能的回收，并实现对车轮6及车辆的制动，且控制器75通过控制液压泵/马达71的排量来决定回收能量的多少；同时若压力检测传感器742反馈给控制器75的压力值达到设定的最高压力值，则控制器75不允许第一蓄能器72回收能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为零，使得液压泵/马达71无法作为泵使用，此时机械摩擦制动器单独提供制动力，以实现车轮6及车辆的制动。本实施例将制动工况按所需制动力大小分为三种模式：轻微制动、常规制动、紧急制动。在轻微制动工况中，上述液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统单独提供动力；在常规制动工况中，液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统与机械摩擦制动器共同提供制动力；在紧急制动工况中，由机械摩擦制动器单独提供制动力。具体实现方法是在制动踏板上设置空行程。当驾驶员踩下制动踏板在该空行程范围内转动时，车辆处于轻微制动工况中，制动踏板将不会触发机械摩擦制动器动作，此时机械摩擦制动器将不会提供制动力，但控制器75会因第一角位移传感器741检测到制动踏板具有转动角度而将液压泵/马达71排量置为非零，进而由上述压式制动能及怠速能量回收利用动力系统单独提供制动力。当驾驶员踩下制动踏板，并使得制动踏板的转动角度超出上述空行程范围且小于设定角度时，车辆处于常规制动工况中，制动踏板将触发机械摩擦制动器动作，此时机械摩擦制动器将提供制动力，同时控制器75会因第一角位移传感器741检测到制动踏板具有转动角度而将液压泵/马达71排量置为非零，进而由上述压式制动能及怠速能量回收利用动力系统和机械摩擦制动器共同提供制动力。当驾驶员踩下制动踏板，并使得制动踏板的转动角度超出上述空行程且超出设定角度时，车辆处于紧急制动工况中，制动踏板将触发机械摩擦制动器动作，并提供制动力，但控制器75将因第一角位移传感器741检测到制动踏板的转动角度超出设定值，而将液压泵/马达71排量置为零，从而实现仅由机械摩擦制动器提供制动力。在制动工况中，上述液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统主要回收车辆行驶过程中的动能。

如图1所示，本实施例中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括与控制器75相连接的车速检测传感器743、及与控制器75相连接的发动机转速检测传感器744，车速检测传感器743用于检测车辆的行驶速度，发动机转速检测传感器744用于检测发动机1的转速。在怠速工况中，控制器75接收到车速检测传感器743反馈的车辆行驶速度为零，但控制器75接收到发动机转速检测传感器744反馈的发动机1转速不为零，同时若控制器75将接收到压力检测传感器742反馈的压力值低于设定最高压力值，则控制器75允许第一蓄能器72回收能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为非零，使得液压泵/马达71能作为泵使用，发动机1将通过离合器2、变速箱3、及动力输出装置32带动液压泵/马达71动作，液压泵/马达71作为泵使用，并使得第二蓄能器73中的液压油经该液压泵/马达71流入第一蓄能器72，从而将发动机1输出的机械能、即怠速能量转化成液压能储蓄在第一蓄能器72中，并实现怠速能量的回收，且控制器75通过控制液压泵/马达71的排量来决定回收能量的多少；同时，若控制器75接收到压力检测传感器742反馈的压力值达到设定最高压力值，则控制器75不允许第一蓄能器72回收能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为零，此时液压泵/马达71无法作为泵使用，且无法回收发动机1的怠速能量。在上述怠速工况中，液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统主要回收发动机1怠速状态下空转损耗的机械能。

如图1所示，本实施例中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括安装在油门踏板上的第二角位移传感器745，第二角位移传感器745与控制器75相连接。第二角位移传感器745用于检测油门踏板的角位移、即转动角度。在起步工况中，当驾驶员踩下油门踏板时，第二角位移传感器745将检测到油门踏板的角位移，并将该角位移信号传递给控制器75，控制器75依据该角位移低于设定值，判定车辆处于起步工况中。同时，若控制器75接收到的压力检测传感器742反馈的压力值高于设定压力值，则控制器75允许第一蓄能器72释放能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为非零，第一蓄能器72中的液压油经液压泵/马达71流入第二蓄能器73，且液压油驱动液压泵/马达71动作，液压泵/马达71作为马达使用，液压泵/马达71通过动力输出装置32、变速箱3、传动轴31、减速器4、及驱动桥5驱动车轮6转动，从而将动力传递到车轮6，且实现将第一蓄能器72中的液压能释放出来并转化成动能。控制器75通过控制液压泵/马达71的排量来控制第一蓄能器72释放能量的多少。同时，若控制器75接收到的压力检测传感器742反馈的压力值低于设定压力值，则控制器75不允许第一蓄能器72释放能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为零，此时由发动机1提供车辆行驶所需动力。本实施例中油门踏板上设置有空行程，在起步工况中，驾驶员踩下油门踏板，且油门踏板在该空行程中转动，发动机1将不会提供驱动力，这样，在第一蓄能器72的压力值高于设定值时，仅由液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统提供动力。在加速工况和爬坡工况中，当驾驶员踩下油门踏板，油门踏板转动范围超出空行程，此时发动机1将提供动力，且控制器75根据第二角位移传感器745检测到的油门踏板的角位移判定车辆处于加速工况或爬坡工况中，同时，若控制器75接收到压力检测传感器742反馈的压力值高于设定压力值时，控制器75允许第一蓄能器72释放能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为非零，第一蓄能器72中的液压油经液压泵/马达71流入第二蓄能器73，并驱动泵/马达动作，驱动泵/马达作为马达使用，并通过动力输出装置32、变速箱3、传动轴31、减速器4、及驱动桥5驱动车轮6转动。第一蓄能器72中的液压能释放出来，并转化成车辆行驶的动能。控制器75通过控制液压泵/马达71的排量决定第一蓄能器72释放能量的多少；此时车辆行驶所需动力由发动机1和液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统共同提供。发动机1的动力和液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的动力通过上述动力输出装置32和变速箱3耦合，并共同通过传动轴31、减速器4、及驱动桥5驱动车轮6转动。在加速工况或爬坡工况中，若控制器75接收到压力检测传感器742反馈的压力值低于设定压力值时，则控制器75不允许第一蓄能器72释放能量，控制器75将液压泵/马达71的排量置为零，此时仅由发动机1提供车辆行驶所需动力。在上述起步、加速及爬坡工况中，液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统将制动和怠速工况中回收的能量释放出来，实现能量的再利用。

如图1所示，本实施例中具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆，还包括与液压泵/马达71相连接的阀组，阀组与控制器75相连接，且阀组与第一蓄能器72和第二蓄能器73相连接。本实施例中控制器75通过控制阀组动作实现对液压泵/马达71排量的控制，并实现对液压油在第一蓄能器72、第二蓄能器73、及液压泵/马达71间流动方向的控制，从而实现对液压泵/马达71作为泵或是马达使用的控制，并实现对第一蓄能器72能否回收、或释放能量的控制。

另外，在巡航工况中，本车辆工作模式与传统车辆的工作模式相同，此时由发动机1单独提供动力，控制器75将液压泵/马达71的排量置零。

上述动力输出装置32的英文简称为PTO。上述变速箱3为自动变速箱。上述减速器4为主减速器。上述第一蓄能器72为一种高压蓄能器，第二蓄能器73为一种低压蓄能器，高低压蓄能器实现流量自动补偿。发动机1的输出轴与离合器2的输入轴相连，离合器2的输出轴与带上述PTO的自动变速箱的输入轴相连，自动变速箱的转速与发动机1的转速一致。自动变速箱的输出轴与传动轴31相连，传动轴31与主减速器相连，主减速器与驱动桥5相连，驱动桥5再与车轮6相连。本实施例中驱动桥5具体与后车轮相连。上述阀组属于电液控制模块76中的一部分。第一蓄能器72分别控制器75与电液控制模块76相连，第二蓄能器73与电液控制模块76相连。电液控制模块76与控制器75相连。本实施例控制器75采用PLC。

本实施例中上述具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆为一种并联式的液压混合动力车辆。本车辆通过液压系统回收利用制动能及怠速能量，并将回收的能量对发动机1的燃油效率进行优化，从而达到更高的节能效率。本具备液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统的车辆完美地将液压混合动力技术应用于重型车辆上，且在现有原车基础上增加的元器件较少，结果较为紧凑，能够最大限度地对车辆在减速、制动、以及怠速过程中的动能进行回收再利用，节能效果好，相比现有的油电混合动力汽车，本车辆的能量回收利用率高，生产成本降低。本实施例中上述发动机1为主动力源；液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统构成一种辅助动力源，两种动力源采用并联结构，且两者都可以独立控制。不仅可以保持原车结构基本不变，而且控制灵活、方便；同时，利用变速箱3上的PTO，实现了辅助动力源与主动力源的扭矩耦合联结，形成并联式的液压混合动力系统。同时，本车辆使用液压蓄能器作为能量存储单元，与使用蓄电池和超级电容的混合动力汽车相比，能量转化环节少，同等条件下短时间内可以提供更大的辅助动力，且本车辆整体结构简单，使用寿命长。另外，本车辆在使用时，由控制器75通过调节液压泵/马达71的排量、以及发动机1油门大小，进行主、辅动力源分配，从而可以优化发动机1工作效率，将发动机1的工作点稳定在高效燃油区，以提高燃油经济性，节省车辆油耗。本实施例中能量存储装置采用大容量的高压蓄能器与小容量的低压蓄能器相结合的方式，此种结合方式解决了储能装置体积过大、液压泵/马达71自吸能力不足、液压油泄漏造成油量不足及油温升高等问题。

本车辆有能量回收和能量再利用两种工作状态。当车辆刹车制动或怠速时，本车辆处于能量回收工作状态，此时液压泵/马达71作为泵使用，通过电液控制模块76从第二蓄能器73吸油，并向第一蓄能器72充油，实现刹车制动能量与车辆怠速能量的回收。当车辆启动、加速或爬坡时，本车辆处于能量再利用工作状态，此时液压泵/马达71作为马达使用，通过电液控制模块76、PTO及变速箱3，与发动机1一起或单独驱动车辆，减少了发动机1的输出率，达到节能的目的。

上述电液控制模块76为辅助动力源控制模块，控制器75通过控制电液控制模块76实现对液压泵/马达71的排量的控制，并实现对液压泵/马达71作为泵或是马达使用的工作状态切换的控制，以及第一蓄能器72储能或放能的控制。上述液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统实现将制动过程中动能的回收，且将回收的能量以液压能的形式存储在第一蓄能器72中，并以扭矩形式输出，与输出的发动机1扭矩耦合，形成扭矩耦合的液压混合动力系统，实现能量回收与液压混合动力一体化功能。本实施例中电液控制模块76采用阀组模块化及插装式阀组的设计，优化了油路布局。该电液控制模块76主要包括全液压的液压泵控制单元、液压马达工作模式自动切换液压控制单元、液压油自动交换单元、及液压马达安全溢流控制单元，该电液控制模块76解决了液压油温度升高、老化等问题。

本实施例中车辆，在保持传统的车辆结构，包括发动机1、变速箱3等零部件结构、配置均不变的基础上，增加了一套上述液压式制动能及怠速能量回收利用动力系统，与原有动力系统形成并联结构。相比传统车辆增加的元器件较小，结构较为紧凑，成本较低。同时，本车辆不仅可以实现能量的回收、再利用，且可以使发动机1的燃油效率得到优化，使发动机1始终工作在高效燃油区，达到节能减排的效果。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。