CN204527186U - 一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，包括动力电池组和混合动力车的电子制动踏板，以及依次连接的电机、第一液压泵马达机构、第二液压泵马达机构和车轮。通过电子制动踏板开度判断混合动力车是否处于制动状态；在混合动力车处于制动状态时，使电机工作在发电状态，为动力电池组进行充电，形成制动过程中以液压***反拖电机进行发电的制动能量回收结构，将液压能转化为电能储存到动力电池组中；并根据制动强度值对第一液压泵马达机构和第二液压泵马达机构的排量进行调节，保证电机在高效发电区内运转，实现制动能量最大限度的转化回收。

Description

一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***

技术领域

本实用新型涉及制动能量回收领域，尤其涉及一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***。

背景技术

随着石油、天然气等化石资源的日益枯竭和环境问题的日益严峻，各种车辆节能技术得到越来越多的发展和应用。制动能量回收是一种行之有效的车辆节能技术，它通过回收再利用车辆的制动能量来降低车辆行驶时的能量浪费，提高能量的有效转化率。通常使用的能量回收策略主要分为以下三种：1)拥有变速箱、CVT或液力变矩器的车辆制动时，通过传动***用车辆行驶的动能带动发电机发电，并将产生的电能存储于超级电容或蓄电池中；2)车辆制动时，将车辆的动能转化成为高速飞轮的动能储存起来；3)采用静压传动的车辆，在车辆制动时通过泵马达机构将车辆的动能转化成为压力势能储存于蓄能器中。

其中，方案1由于现有传动***的传动比可调范围较小，制动时难以使电机达到并维持较高的发电转速，进而导致不能及时将车辆动能转换成为电能进行存储。此外，这也导致发电***不能满足车辆的制动转矩需求而必须以机械制动进行辅助，这无形之中就浪费了大量制动能量，限制了车辆制动能量回收率的提升。CVT技术与液力变矩器技术的发展对这个问题有一定的改善，但也远不能达到令人满意的效果。静压传动车辆普遍采用方案3进行制动能量回收，蓄能器的功率密度大，在能量回收的初始阶段可以快速高效的进行能量回收，但是其能量密度有限，存储大量能量需要的蓄能器体积很大而且还会影响液压油箱体积，这在车辆的布局中是不允许的。因此，开发一套能够高效回收车辆制动能量的方案十分必要。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种能够快速高效的进行能量回收的基于静压传动的混合动力车制动能量回收***。

本实用新型制动能量回收***的技术方案是：

包括混合动力车上依次连接的电机、第一液压泵马达机构、第二液压泵马达机构和车轮，所述第一液压泵马达机构和第二液压泵马达机构分别与整车控制器电连接；整车控制器还分别与动力电池组、电机控制器和电子制动踏板电连接；其中：

电机用于在电驱动模式下为整车的行驶提供动力；在混合驱动模式下辅助混合动力车的发动机工作，为整车提供动力辅助；在行车充电与制动能量回收模式下，工作在发电状态，为动力电池组补充电量；

第一液压泵马达机构和第二液压泵马达机构用于实现混合动力车的静压传动，实现制动能量的高效回收；

电子制动踏板用于为整车控制器提供制动踏板开度信号以及开度变化率信号；

整车控制器用于实时获取电子制动踏板的开度信号与开度变化率信号，并判断混合动力车是否处于制动状态；在混合动力车处于制动状态时，整车控制器通过电机控制器控制电机工作在发电状态；整车控制器还用于获取电机和第二液压泵马达机构的转速信号，并将转速信号转化为车速信号，结合电子制动踏板的开度信号与开度变化率信号经过模糊推理得到当前的制动强度信号，再分别调整第一液压泵马达机构和第二液压泵马达机构的工作状态，使其带动电机发电并存储到动力电池组中，实现制动能量的回收；

电机控制器用于将整车控制器发出的控制信号发送给电机，根据控制信号控制电机的输出转速、转矩以及调整电机的工作模式。

所述动力电池组通过动力电池组SOC值传感器与整车控制器电连接，动力电池组SOC值传感器用于检测动力电池组的SOC值。

所述电机上设置有电机转速传感器，电机转速传感器用于将获得的电机转速信号传递给电机控制器，所述电机控制器与整车控制器之间采用CAN通讯方式。

所述第一液压泵马达机构包括A、B两个压力口，且分别设置有用于获取A压力口和B压力口的压力信号，并转化为电流信号输送到整车控制器的液压泵A口压力传感器和液压泵B口压力传感器。

所述第二液压泵马达机构设置有用于采集其转速信号并传输至整车控制器的液压马达转速传感器。

所述第一液压泵马达机构为变排量型，第二液压泵马达机构为变排量型或定排量型。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过采用整车控制器获取混合动力车电子制动踏板的开度信号与开度变化率信号来判断制动状态，通过获取电机和第二液压泵马达机构的转速信号，并转换成车速信号，结合电子制动踏板的开度信号与开度变化率信号最终得到制动强度信号，再根据制动强度值调整第一液压泵马达机构和第二液压泵马达机构的排量，形成制动过程中以液压***反拖电机进行发电的制动能量回收结构，汽车制动时的能量，包括汽车动能以及下坡时的重力势能，直接通过第二液压泵马达机构转化为液压能进而驱动与电机连接的第一液压泵马达机构运转，与电机连接的第一液压泵马达机构带动电机运转将液压能转化为电能储存到动力电池组中，实现制动能量最大限度的转化回收。

进一步，本实用新型通过设置动力电池组SOC值传感器，用于检测动力电池组的SOC值，以辅助判断混合动力车当前应该处于的工作状态。当混合动力车处于制动状态而动力电池组电量饱和时，不再为电池组充电，防止发生电池过充，延长动力电池组使用寿命。

进一步，本实用新型通过设置液压泵A口压力传感器和液压泵B口压力传感器，实时获取第一液压泵马达机构的A压力口和B压力口的压力值，得出混合动力车当前的工作功率和效率，利于更快速高效地回收制动能量。

进一步，本实用新型中第一液压泵马达机构为变排量型，第二液压泵马达机构为变排量型或定排量型，可以根据制动强度的不同实时调节第一液压泵马达机构的排量值，若第二液压泵马达机构同样选用变排量型，则同时配合调节，两套液压泵马达机构共同实现混合动力车的液压无级调速功能；并能在混合动力车制动时，通过两套液压泵马达机构排量的实时调整保证电机始终处于其高效工作区，从而实现混合动力车在保证及时制动的前提下最大限度的回收制动能量。

进一步，本实用新型通过实时监控电机的转速，利于保证电机在高效发电区内运转，利于制动能量最大限度的转化回收。

附图说明

图1所示为本实用新型的总成结构图。

图2所示为本实用新型的逻辑控制原理图。

其中：1-电机；2-电机转速传感器；3-第一液压泵马达机构；4-液压泵B口压力传感器；5-液压泵A口压力传感器；6-第二液压泵马达机构；7-车轮；8-液压马达转速传感器；9-电子制动踏板；10-整车控制器；11-电机控制器；12-动力电池组。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下结合附图对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，本实用新型中的混合动力车采用油电混合型动力源，包括分别与整车控制器(ECU)10电连接的电机1、电机控制器11、液压泵马达机构以及相关液压阀件、电子制动踏板9、电机转速传感器2、液压马达转速传感器8、液压泵A口压力传感器5、液压泵B口压力传感器4、动力电池组12以及动力电池组SOC值传感器等，其中液压泵马达机构包括相互之间采用液压连接的第一液压泵马达机构3和第二液压泵马达机构6，第一液压泵马达机构3机械连接电机1且包括A、B两个压力口，第二液压泵马达机构6机械连接车轮7。其中：

电机1采用GM(generator/motor)电机，既可以做电动机又可以做发电机使用，主要用于在电驱动模式下为整车的行驶提供动力；在混合驱动模式下辅助发动机工作，为整车提供动力辅助；在行车充电与制动能量回收模式下，工作在发电状态，为动力电池组12补充电量。

电机转速传感器2主要用于检测电机1的实时转速，并确定当前电机1转子的相应位置，然后将相关信号提供给电机控制器11和整车控制器10用以作出判断和具体控制。

液压泵马达机构以及相关液压阀件主要用于实现混合动力车的静压传动，液压泵马达机构的使用可以实现制动能量高效回收。

液压泵A口压力传感器5和液压泵B口压力传感器4主要用于检测第一液压泵马达机构3的A压力口和B压力口的压力值，并将压力值转化为电流信号输送到整车控制器10中，用以计算混合动力车当前的工作功率和效率。

液压马达转速传感器8主要用于检测第二液压泵马达机构6的实时转速，然后将相关信号提供给整车控制器10运算获得混合动力车的当前速度用以作出逻辑推断。

电子制动踏板9主要用于为整车控制器10提供驾驶员的制动需求信号，包括电子制动踏板9开度以及制动踏板开度变化率。

整车控制器10用于实时监测电机1转速、第一液压泵/马达机构3的A压力口和B压力口的压力、电子制动踏板9开度与开度变化率、动力电池组SOC值等相关参数，并依据这些参数进行相应的逻辑判断与运算，进而发出指令控制电机1、液压泵马达机构的工作状态以实现以提高混合动力车燃油经济性为目标的制动能量最大限度的回收。

电机控制器11主要用以接受整车控制器10指令，并根据指令控制电机1的输出转速、转矩以及调整电机1的工作模式。

动力电池组SOC值传感器主要用于检测动力电池组12的SOC值，并传输至整车控制器10，以辅助判断混合动力车当前应该处于的工作状态，当混合动力车处于制动状态而动力电池组12电量饱和时，不再为电池组充电，防止发生电池过充，延长动力电池组12使用寿命。

其中，电机1采用GM电机，且后端必须连接变排量型的第一液压泵马达机构3，而第二液压泵马达机构6可选择采用变排量型或定排量型，且第二液压泵马达机构6位于车轮7旁边，直接驱动车轮7转动；电子制动踏板9需能够直接或间接提供踏板开度以及开度变化率两路信号；动力电池组12的SOC值通过电池能量管理***(图中未标示)提供给整车控制器10；整车控制器10与电机控制器11之间通过CAN总线进行数据交互；图中液压***的其它附属结构，如补油、泄油回路，控制阀块，压力限制回路等因与本实用新型核心内容关联较小在图中未一一给出。

参照图2，本实用新型制动能量回收的过程及原理如下：

1、混合动力车启动后，整车控制器10实时检测电子制动踏板9的开度，当开度为“0”时，混合动力车正常启动行驶；当开度大于“0”时，说明混合动力车处于制动状态。

2、整车控制器10直接发出指令使电机1工作在发电状态，电机控制器11接通动力电池组12充电线路。

3、电子制动踏板9将实时测得的踏板开度信号与开度变化率信号送给整车控制器10，马达转速传感器8以脉冲方式将第二液压泵马达机构6的转速信号送给整车控制器10，电机转速传感器2以脉冲方式将第一液压泵马达机构3的转速信号送给电机控制器11并由电机控制器11经过CAN总线送给整车控制器10。

4、整车控制器10将第二液压泵马达机构6的转速信号转化为车速信号，包含一个以电子制动踏板9的开度信号与开度变化率信号以及车速信号作为输入，以制动强度作为输出的模糊逻辑控制器，可以将混合动力车的制动强度转化为(0，5]的数值，为第一液压泵马达机构3和第二液压泵马达机构6的排量值实时调整提供必要参数；

其中将强度信号范围(0，1]规定为轻缓制动区域；将(1，3.5]规定为中等制动强度区域；将(3.5，5]规定为紧急制动强度区域。

5、本实用新型根据对混合动力车液压***的分析提出了液压泵马达机构排量值的控制方程式，保障了制动能量回收的效率和效果。

5.1当处于(3.5，5]的紧急制动强度区域时，整车控制器10控制第二液压泵马达机构6排量调至最大值，并将第一液压泵马达机构3的排量按式(1)进行调节，电机控制器11将电机的发电功率调整至最大值。此时，第一液压泵马达机构3将高速运转并带动电机1以最大发电功率发电，从而为混合动力车提供较大的制动转矩，多余的混合动力车动能将通过产生液压溢流、泄露等方式以液压发热的方式进行耗散(因此可无机械制动辅助)。此方案下，混合动力车以在轮胎不抱死(因此混合动力车可以不依赖于防抱死***)的前提下尽快制动为主要控制目标。

$P_{\mathrm{bj}}=1.2P_{b\min }-0.2\×P_{b\min }\×{\left[\frac{3\×(B_{\mathrm{zd}}-3.5)}{2}\right]}^2\}---\left(1\right)$

式中，P_bj为紧急制动时第一液压泵马达机构3的排量值；P_bmin为第一液压泵马达机构3能够保持正常运转的最小排量值，防止车轮抱死；B_zd为经过整车控制器10模糊推理得到的制动强度值。

5.2当制动强度处于中等(1，3.5]时，整车控制器10首先将第二液压泵马达机构6的排量调至其可调范围最大值的2/3。然后将第一液压泵马达机构3的排量值按下式(2)进行调节：

$p_b=\frac{P_{\mathrm{lbgr}}\×v_{\mathrm{lb}}\×{\mathrm{\η}}_{\mathrm{lbg}}}{v_{\mathrm{bef}}\×{\mathrm{\η}}_b\×\{1+{\left[\frac{5\×(B_{\mathrm{zd}}-1)}{2}\right]}^2(F_v-1)\}}$

式中，p_b为第一液压泵马达机构3的排量值；P_lbgr为第二液压泵马达机构6排量可调范围最大值的2/3；v_lb为第一液压泵马达机构3实时检测到的转速值；η_lbg为实时查表所得第二液压泵马达机构6的容积效率；v_bef为通过查电机MAP图所得电机最高发电效率区所对应的转速范围中间值；B_zd为经过整车控制器10模糊推理得到的制动强度值；F_v为根据不同混合动力车参数制定的第一液压泵马达机构3的排量修正系数，根据混合动力车对制动速度与强度的不同需求，排量修正系数F_v的取值范围在(1,2]，具体为需求越大，则取值越高。η_b为实时查表所得第一液压泵马达机构3的容积效率。

此排量调节方程可以控制混合动力车在保证及时制动的前提下，尽可能的让电机1工作在高效区，并尽可能多的依靠电机1发电所产生的制动转矩进行制动。

5.3当混合动力车处于轻缓制动强度(0，1]时，整车控制器10同样首先将第二液压泵马达机构6的排量调至其可调范围最大值的2/3。然后将第一液压泵马达机构3的排量值按如下方程(3)进行调节：

$P_b^{\′}=\frac{P_{\mathrm{lbgr}}\×v_{\mathrm{lb}}\×{\mathrm{\η}}_{\mathrm{lbg}}}{v_{\mathrm{bef}}\×{\mathrm{\η}}_b}---\left(3\right)$

式中，P_b'为第一液压泵马达机构3的排量值；P_lbgr为第二液压泵马达机构6排量可调范围最大值的2/3；v_lb为第二液压泵马达机构6实时检测到的转速值；η_lbg为实时查表所得第二液压泵马达机构6的容积效率；v_bef为通过查电机MAP图所得电机最高发电效率区所对应的转速范围中间值；η_b为实时查表所得第一液压泵马达机构3的容积效率。

此方程可以控制电机1在整个制动过程中均工作于高效发电区域内，使混合动力车以最高的效率将混合动力车的动能通过电机1转化为电能储存在动力电池组12中。

以上调节过程是按照第一液压泵马达机构3和第二液压泵马达机构6均为变排量型的情况进行的，如果第二液压泵马达机构6采用定排量型，则分别按以上公式只调节第一液压泵马达机构3。

本实用新型形成了区别于一般机械传动与静压传动混合动力车的能量回收***，汽车制动时的能量，包括汽车动能以及下坡时的重力势能，直接通过第二液压泵马达机构6转化为液压能进而驱动与电机1连接的第一液压泵马达机构3运转，与电机1连接的第一液压泵马达机构3带动电机1运转将液压能转化为电能储存到动力电池组12中，所以本实用新型创新的提出了一种制动时以液压***反拖电机1进行发电的制动能量回收***与方法。本实用新型可以不依赖于机械制动的辅助，不受蓄能器能量密度低的限制，还可以根据制动强度的不同实时的调节液压***的排量值，使电机1与液压泵马达机构尽量运转于高效工作区域内，实现制动能量最大限度的转化回收。本实用新型还可以在无ABS***的前提下避免制动时轮胎被抱死的危险，提高混合动力车的制动安全性。

本实用新型用于静压传动混合动力车的制动能量回收时，是制动时以液压***反拖电机进行发电的，能够使刹车可以不依赖机械制动的辅助，不受蓄能器能量密度低的限制，并能够使电机根据驾驶员的制动意图在接近制动全程的时间内达到并维持较高的发电转速，将混合动力车的制动能量最大限度的转化为电能，实现了制动能量最大限度的回收，本实用新型还可以在无ABS***的前提下避免制动时轮胎被抱死的危险，提高混合动力车的制动安全性。本实用新型通过将混合动力车的制动强度转化为具体数值，为泵马达机构排量值实时整定控制方程式提供必要参数。本实用新型中根据对混合动力车液压***的分析提出了泵马达机构排量值的控制方程式，保障了制动能量回收的效率和效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而己，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进包括对排量调解方程的改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：包括混合动力车上依次连接的电机(1)、第一液压泵马达机构(3)、第二液压泵马达机构(6)和车轮(7)，所述第一液压泵马达机构(3)和第二液压泵马达机构(6)分别与整车控制器(10)电连接；整车控制器(10)还分别与动力电池组(12)、电机控制器(11)和电子制动踏板(9)电连接；其中：

电机(1)用于在电驱动模式下为整车的行驶提供动力；在混合驱动模式下辅助混合动力车的发动机工作，为整车提供动力辅助；在行车充电与制动能量回收模式下，工作在发电状态，为动力电池组(12)补充电量；

第一液压泵马达机构(3)和第二液压泵马达机构(6)用于实现混合动力车的静压传动，实现制动能量的高效回收；

电子制动踏板(9)用于为整车控制器(10)提供制动踏板开度信号以及开度变化率信号；

整车控制器(10)用于实时获取电子制动踏板(9)的开度信号与开度变化率信号，并判断混合动力车是否处于制动状态；在混合动力车处于制动状态时，整车控制器(10)通过电机控制器(11)控制电机(1)工作在发电状态；整车控制器(10)还用于获取第二液压泵马达机构(6)的转速信号，并将转速信号转化为车速信号，结合电子制动踏板(9)的开度信号与开度变化率信号得到制动强度信号，再分别调整第一液压泵马达机构(3)和第二液压泵马达机构(6)的工作状态，使其带动电机(1)发电并存储到动力电池组(12)中，实现制动能量的回收；

电机控制器(11)用于将整车控制器(10)发出的控制信号发送给电机(1)，根据控制信号控制电机(1)的输出转速、转矩以及调整电机(1)的工作模式。

2.根据权利要求1所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述动力电池组(12)通过动力电池组SOC值传感器与整车控制器(10)电连接，动力电池组SOC值传感器用于检测动力电池组的SOC值。

3.根据权利要求1所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述电机(1)上设置有电机转速传感器(2)，电机转速传感器(2)用于将获得的电机转速信号传递给电机控制器(11)，所述电机控制器(11)与整车控制器(10)之间采用CAN通讯方式。

4.根据权利要求1所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述第一液压泵马达机构(3)包括A、B两个压力口，且分别设置有用于获取A压力口和B压力口的压力信号，并转化为电流信号输送到整车控制器(10)的液压泵A口压力传感器(5)和液压泵B口压力传感器(4)。

5.根据权利要求1或4所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述第二液压泵马达机构(6)设置有用于采集其转速信号并传输至整车控制器(10)的液压马达转速传感器(8)。

6.根据权利要求5所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述第一液压泵马达机构(3)为变排量型，第二液压泵马达机构(6)为变排量型或定排量型。

7.根据权利要求1所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述整车控制器(10)与用于以电子制动踏板(9)的开度信号与开度变化率信号以及车速信号作为输入，以制动强度信号作为输出的模糊逻辑控制器相交互。

8.根据权利要求1或7所述的一种基于静压传动的混合动力车制动能量回收***，其特征在于：所述整车控制器(10)还用于获取电机(1)的转速。