液压混合动力车辆及其液压混合动力系统

摘要

本发明公开了一种液压混合动力车辆及其液压混合动力系统，该液压混合动力系统中发动机的输出轴直接连接第一传动齿轮组的输入轴，第一传动齿轮组的第一输出轴通过离合器连接/断开第二传动齿轮组的第一输入轴；第一传动齿轮组的第二输出轴连接液压泵的驱动轴，液压泵的液压油出口通过方向控制阀连通/断开液压泵/马达，液压泵/马达的输出轴连接第二传动齿轮组的第二输入轴；第二传动齿轮组的输出轴连接液压混合动力车辆的驱动桥；液压泵的出口主油路通过方向控制阀均可与液压泵/马达的进油口和出油口连通/断开；高压蓄能器的工作油口通过开关阀可连通/断开主油路，以便主油路中的液压油流入高压蓄能器或高压蓄能器中的液压油流入主油路；该动力系统具有比较高的可靠性，且能量回收率比较高。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆液压控制技术领域，特别涉及液压混合动力车辆 及其液压混合动力系统。

背景技术

液压混合动力车辆为一种通过液压、机械合理配置驱动的车辆， 目前已广泛应用于日常生活中，例如液压混合驱动式装载机、推土机 等工程机械式车辆。

请参考图1，图1为现有技术中一种液压混合动力车辆的液压混 合动力系统的结构示意图。

现有技术中液压混合动力系统包括液压变量泵1’、单向阀2’、中 央控制器3’、两位两通换向阀4’、高压液压蓄能器5’、制动器7’、行 星齿轮系8’、变速器9’、发动机10’、离合器11’、低压液压蓄能器 12’、液压泵/马达14’、驱动桥15’、传动轴16’组成。

发动机10’依次与离合器11’、变速器9’连接，行星齿轮系8’的输 入轴与变速器9’的输出轴连接，行星齿轮系8’的第一输出轴17’与传 动轴16’一端连接，传动轴16’的另一端与驱动桥15’的输入端连接， 行星齿轮系8’的第二输出轴13’与液压泵/马达14’连接，行星齿轮系8’ 的第三输出轴6’与液压变量泵1’连接，液压泵/马达14’的进油端口与 两位两通换向阀4’的进油端口、单向阀2’的出油端口连通，两位两通 换向阀4’的出油口与高压液压蓄能器5’的油口连通，单向阀2’的进油 端口与液压变量泵1’的出油端口连通，液压泵/马达14’的出油端口、 液压变量泵1’的进油端口与低压液压蓄能器12’的油路端口连通，两 位两通换向阀4’的控制输入端与中央控制器3’的第一控制输出端连 接。

当车辆启动或低速运行工况时，中央控制器控制液压泵/马达工作 与马达工况，同时控制两位两通换向阀开启，高压液压蓄能器为液压 泵/马达提供高压油源，此时发动机处于停机状态；当高压液压蓄能器 内的压力接近最低工作压力时，发动机1’启动，液压泵/马达不工作。

当车辆速度超过临界速度时，采用液压和机械联合驱动方式，发 动机与液压泵/马达共同驱动车辆行驶。中央控制器控制离合器结合， 发动机的机械能通过离合器、传动轴、驱动桥来驱动车辆；中央控制 器控制两位两通换向阀开启，液压蓄能器的能量驱动液压泵/马达、星 星齿轮系、传动轴、驱动桥来驱动车辆，实现混合驱动。

当车辆制动工况时，中央控制器发动控制信号给液压泵/马达，使 液压泵/马达工作于泵工况，同时开启两位两通换向阀，向高压蓄能器 回馈能量。

从以上描述可以看出，当高压蓄能器内没有压力时，低速时纯液 压起步功能将无法实现，严重影响车辆的正常运行。并且，系统仅能 回收车轮转动惯性的机械能量。

另外，系统中回收的制动能量仅能应用于车辆低速纯液压起步功 能，当回收的制动能量达到高压蓄能器的最高额度时，多余的能量无 法应用于工程机械的工作装置。

因此，如何改进现有技术中液压混合动力系统，该系统具有比较 高的可靠性，且能量回收率比较高，是本领域内技术人员亟待解决的 技术问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种液压混合动力车辆及其液压混合动力系 统，该动力系统具有比较高的可靠性，且能量回收率比较高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种液压混合动力系统，包括 发动机、液压泵/马达、液压泵、高压蓄能器，所述液压泵和所述液压 泵/马达之间设置有方向控制阀，还包括分动箱和动力耦合机构，

所述发动机的输出轴直接连接所述分动箱的输入轴，所述分动箱 的第一输出轴通过离合器连接/断开所述动力耦合机构的第一输入轴；

所述分动箱的第二输出轴连接液压泵的驱动轴，所述液压泵的液 压油出口通过所述方向控制阀连通/断开所述液压泵/马达，所述液压 泵/马达的输出轴连接所述动力耦合机构的第二输入轴；

所述动力耦合机构的输出轴连接液压混合动力车辆的驱动桥；

所述液压泵的出口主油路通过方向控制阀均可与所述液压泵/马 达的进油口和出油口连通/断开；

所述高压蓄能器的工作油口通过开关阀可连通/断开所述主油路， 以便主油路中的液压油流入高压蓄能器或高压蓄能器中的液压油流入 主油路。

优选地，还包括多路阀组，所述主油路通过所述多路阀组连通/ 断开所述液压混合动力车辆的转向油缸或/和工作油缸；

当所述混合动力车辆处于制动状态时，所述液压泵/马达的出口经 所述主油路可通过所述多路阀组连通所述液压混合动力车辆的转向油 缸或/和工作油缸的工作油腔，以实现车辆转向或作业工作；

所述转向油缸用于车轮转向；所述工作油缸用于驱动所述液压混 合动力车辆的工作装置动作。

优选地，所述液压泵的出口经所述主油路可通过所述多路阀组连 通所述转向油缸或/和所述工作油缸的工作油腔，以实现车辆转向或作 业工作。

优选地，所述转向油缸或/和工作油缸的工作油腔进一步通过所述 多路阀组连通/断开所述高压蓄能器的工作油口；

当所述转向油缸或/和工作油缸的工作油腔回油时，所述转向油缸 或/和工作油缸的工作油腔连通所述高压蓄能器的工作油口。

优选地，连通所述主油路与所述高压蓄能器的工作油口的管路包 括第一管路和第二管路，开关阀包括第一开关阀和第二开关阀；所述 第一开关阀设于所述第一管路，所述第二开关设于所述第二管路；

液压油分别通过所述第一管路和所述第二管路流出和流入所述 高压蓄能器的内部。

优选地，所述第一管路和所述第二管路上分别设置有第一单向阀 和第二单向阀。

优选地，还包括变速箱，所述变速箱设于所述离合器和所述动力 耦合机构之间。

优选地，所述液压泵为变量液压泵，所述液压泵/马达为变量液压 泵/马达。

优选地，所述方向控制阀为三位四通换向阀，当所述三位四通换 向阀位于第一工作位置时，所述高压蓄能器、所述液压泵可通过所述 三位四通换向阀与所述液压泵/马达的进油口连通，所述液压泵/马达 的出油口通过所述三位四通换向阀连通回油油路；当所述三位四通换 向阀位于第二工作位置时，所述液压泵/马达的进油口与所述回油油路 连通，所述出油口通过所述三位四通换向阀连通所述高压蓄能器；当 所述三位四通换向阀处于中位时，所述液压泵/马达的出油口和进油口 连通。

本发明中的液压混合动力系统中发动机可以通过分动箱、离合 器、动力耦合机构将动力传递于驱动桥，驱动车轮动作，完成整车的 前进或后退；发动机也可以通过分动箱、液压泵、动力耦合机构将动 力先转化为液压能，液压泵通过主油路驱动液压泵/马达转动，液压泵 /马达再将液压能转换为机械能传递于驱动桥，驱动车轮动作，完成整 车的前进或后退；当然，发动机的动力也可以同时经以上两途径传递 于车轮。

当对运动中的车轮进行制动时，断开离合器，车轮的运动动能通 过动力耦合机构传递到液压泵/马达，此时液压泵/马达以泵的方式工 作，可以对整机起到制动作用；同时连通液压泵/马达的出口连通主油 路，可以经主油路进入高压蓄能器，即液压泵/马达将液压油从低压回 油油路泵送至高压蓄能器内，将能量存储起来。

本动力系统当在车辆启动初期检测到高压蓄能器内的能量不能 满足驱动液压泵/马达时，发动机可以驱动液压泵向液压泵/马达供油， 增加系统工作的可靠性。

当然，在动力系统中的液压导通油路上可以增加单向阀、换向阀、 等部件增加系统的可靠性，具体设置方式本文不做详述。

在一种具体的实施方式中，主油路通过所述多路阀组连通/断开所 述液压混合动力车辆的转向油缸或/和工作油缸；当所述混合动力车辆 处于制动状态时，所述主油路可通过所述多路阀组连通所述液压混合 动力车辆的转向油缸或/和工作油缸的工作油腔；

所述转向油缸用于车轮转向；所述工作油缸用于驱动所述液压混 合动力车辆的工作装置动作，以装载机为例，装载机的工作装置为铲 斗，工作油缸为与铲斗连接的推动油缸。

本实施方式中车辆制动时回收的能量可以直接用于控制转向油 缸或工作油缸，以实现车辆的转向或工作装置的动作，无需回收至蓄 能器存储起来再利用，这样使得制动回收能量的利用效率更高。并且， 制动回收能量不仅可以存储于高压蓄能器，用来驱动车辆行驶，而且 还可以控制工作装置动作或转向，使得回收能量的利用范围更广。

另外，上述动力系统中的液压泵在一定程度上可以用来为工作油 缸和转向油缸供油，以满足工作油缸和转向油缸的工作所需，可以取 消现有技术中原有独立的转向泵和工作装置泵，降低车辆使用成本。

在上述液压混合动力系统的基础上，本发明还提供了一种液压混 合动力车辆，包括车轮以及控制所述车轮的液压混合动力系统，所述 液压混合动力系统为上述任一项所述的液压混合动力系统。

因本发明中的液压混合动力车辆具有上述液压混合动力系统，故 该液压混合动力车辆也具有液压混合动力系统的上述技术效果。

附图说明

图1为现有技术中一种液压混合动力车辆的液压混合动力系统的 结构示意图；

图2为本发明一种具体实施例中液压混合动力系统的结构示意 图。

其中，图1中附图标记和部件名称之间的一一对应关系如下所示：

液压变量泵1’、单向阀2’、中央控制器3’、两位两通换向阀4’、 高压液压蓄能器5’、制动器7’、行星齿轮系8’、变速器9’、发动机 10’、离合器11’、低压液压蓄能器12’、液压泵/马达14’、驱动桥15’、 传动轴16’、第一输出轴17’。

其中，图2中部件名称和附图标记之间的一一对应关系如下所示：

发动机1、多路阀组2、分动箱3、液压泵4、单向阀5、第一开 关阀6、第一单向阀7、第二单向阀24、动力总成控制器8、高压蓄能 器9、溢流阀10、液压泵/马达11、转向油缸12、离合器13、变速箱 14、低压油箱15、动力耦合机构16、驱动桥17、三位四通换向阀18、 主轴20、主油路21、工作油缸22、第二开关阀23。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种液压混合动力车辆及其液压混合动力系 统，该动力系统具有比较高的可靠性，且能量回收率比较高。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结 合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图2，图2为本发明一种具体实施例中液压混合动力系统 的结构示意图。

本发明提供了一种液压混合动力系统，包括发动机1、液压泵/马 达11、液压泵4、高压蓄能器9，液压泵/马达11是一种根据使用需要， 既可以做泵使用，将机械旋转的动力转变成液压的压力，也可以作为 马达使用，将液压能转变成机械旋转的动力。

本发明中的液压泵4和液压泵/马达11之间还设置有方向控制阀， 方向控制阀可以根据使用需要，控制液压泵4、液压/马达之间液压油 的流向。本发明还包括分动箱3和动力耦合机构16，发动机1的输出 轴直接连接分动箱3的输入轴，分动箱3的第一输出轴通过离合器13 连接/断开动力耦合机构16的第一输入轴；分动箱3的第二输出轴连 接液压泵4的驱动轴，液压泵4的液压油出口通过方向控制阀连通/ 断开液压泵/马达11，液压泵/马达11的输出轴连接动力耦合机构16 的第二输入轴；动力耦合机构16的输出轴连接液压混合动力车辆的驱 动桥17，驱动桥17带动主轴20动作。

本发明中液压泵4的出口主油路21通过方向控制阀均可与液压 泵/马达11的进油口和出油口连通/断开；高压蓄能器9的工作油口通 过开关阀可连通/断开主油路21。

在图2中给出了一种具体的方向控制阀，该方向控制阀为三位四 通换向阀18，当三位四通换向阀18位于第一工作位置时，主油路21 可通过三位四通换向阀18与液压泵/马达11的进油口连通，液压泵/ 马达11的出油口通过三位四通换向阀18连通回油油路；当三位四通 换向阀18位于第二工作位置时，液压泵/马达11的进油口与回油油路 连通，出油口通过三位四通换向阀18连通主油路21；当三位四通换 向阀18处于中位时，液压泵/马达11的出油口和进油口连通。

本发明中的液压混合动力系统中发动机1可以通过分动箱3、离 合器13、动力耦合机构16将动力传递于驱动桥17，驱动车轮动作， 完成整车的前进或后退；发动机1也可以通过分动箱3、液压泵4动 力耦合机构16将动力先转化为液压能，液压泵4通过主油路将能量存 储于高压蓄能器，高压蓄能器再通过主油路供液压泵/马达动作，将液 压能转换为机械能传递于驱动桥17，驱动车轮动作，完成整车的前进 或后退；当然，发动机1的动力也可以同时经以上两途径传递于车轮。

当对运动中的车轮进行制动时，断开离合器13，车轮的运动动能 通过动力耦合机构16传递到液压泵/马达11，此时液压泵/马达11以 泵的方式工作，可以对整机起到制动作用；同时液压泵/马达11将液 压油从低压回油油路泵送至高压蓄能器9内，将能量存储起来。

另一方面，发动机1在转动惯性的作用下，仍可带动液压泵4转 动，从而液压泵4可将液压油泵送至高压蓄能器9内，将该部分能量 存储起来，进一步提高了能量回收率。

本动力系统当在车辆启动初期检测到高压蓄能器9内的能量不能 满足驱动液压泵/马达11时，发动机1可以驱动液压泵4向液压泵/马 达11供油，增加系统工作的可靠性。

当然，在动力系统中的液压导通油路上可以增加单向阀、换向阀、 等部件增加系统的可靠性，具体设置方式本文不做详述。

在一种具体的实施方式中，主油路21通过多路阀组2连通/断开 液压混合动力车辆的转向油缸12或/和工作油缸22；当混合动力车辆 处于制动状态时，主油路21可通过多路阀组2连通液压混合动力车辆 的转向油缸12或/和工作油缸22的工作油腔；

转向油缸12用于车轮转向；工作油缸22用于驱动液压混合动力 车辆的工作装置动作，以装载机为例，装载机的工作装置为铲斗，工 作油缸22为与铲斗连接的推动油缸。

本实施方式中车辆制动时回收的能量可以直接用于控制转向油 缸12或工作油缸22，以实现车辆的转向或工作装置的动作，无需回 收至蓄能器存储起来再利用，这样使得制动回收能量的利用效率更高。 并且，制动回收能量不仅可以存储于高压蓄能器9，用来驱动车辆行 驶，而且还可以控制工作装置动作或转向，使得回收能量的利用范围 更广。

另外，上述动力系统中的液压泵4在一定程度上可以用来为工作 油缸22和转向油缸12供油，以满足工作油缸22和转向油缸12的工 作所需，可以取消现有技术中原有独立的转向泵和工作装置泵，降低 车辆使用成本。

在一种具体实施方式中，转向油缸12或/和工作油缸22的工作油 腔可以进一步通过多路阀组2连通/断开高压蓄能器9的工作油口；当 转向油缸12或/和工作油缸22的工作油腔回油时，转向油缸12或/和 工作油缸22的工作油腔连通高压蓄能器9的工作油口。

这样，转向油缸12或/和工作油缸22的工作油腔内的液压油可以 流入高压蓄能器9，也就是说，该动力系统中的高压蓄能器9在可回 收车辆行车制动的能量的基础上，还可以回收转向的制动能量、工作 装置的工作制动能量，制动能量回收面更加广。

连通主油路21与高压蓄能器9的工作油口的管路包括第一管路 和第二管路，开关阀包括第一开关阀6和第二开关阀23；第一开关阀 6设于第一管路，第二开关设于第二管路。

液压油分别通过第一管路和第二管路流出和流入高压蓄能器9的 内部；这样，液压油分别通过不同的通道流入和流出高压蓄能器9， 可以提高系统工作的可靠性。

另外，可以在第一管路和第二管路上均设置有通断阀，通断阀定 义为第一单向阀7和第二单向阀24，液压泵出口主油路上设置单向阀 5，保证液压油单向开启。

上述各实施例中的液压混合动力系统还可以包括变速箱14，变速 箱14设于离合器13和动力耦合机构16之间。

上述各实施例中的液压泵4可以为变量液压泵4，液压泵/马达11 为变量液压泵/马达11。

上述各实施例中的分动箱3和动力耦合机构16可以为多级传动 齿轮组，根据具体使用环境设置。

另外，上述各实施例中的主油路21上还可以设有溢流阀10，主 油路21通过溢流阀10连通低压油箱15，进一步保证了系统工作的可 靠性。

上述各实施例中，多路阀组2的结构可以由多种形式，只要能够 实现上述技术效果即可。

以上各部件动作的控制可以由动力总成控制器8控制。

在上述液压混合动力系统的基础上，本发明还提供了一种液压混 合动力车辆，包括车轮以及控制车轮的液压混合动力系统，液压混合 动力系统为上述任一项的液压混合动力系统。

液压混合动力车辆的其他部分资料请参考现有技术，在此不做赘 述。

因本发明中的液压混合动力车辆具有上述液压混合动力系统，故 该液压混合动力车辆也具有液压混合动力系统的上述技术效果。

以上对本发明所提供的一种液压混合动力车辆及其液压混合动 力系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实 施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方 法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰， 这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。