[發明專利]一種混合動力裝載機的能量回收與再利用系統及其控制策略

有效

• 申請號: 202010015469.8
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111173069B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 楊樹軍;李路興;李學良;穆俊宇;韓斌;龐雨;馬賀龍
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: E02F9/22
• 分類號: E02F9/22
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

1.一種混合動力裝載機的能量回收與再利用系統，包括，發動機，其特征在于，還包括：

控制器，其用于判斷裝載機所處工況，控制能量控制閥組內各閥轉變狀態；

能量控制閥組，其由若干閥組合而成，其用于基于控制器傳遞的指令，控制液壓油的進、出方向以及高壓蓄能器的儲能或放能狀態；

高壓蓄能器，其用于儲存預設工況下余出的能量并在另一預設工況下輸出存儲的能量；

變量液壓泵/馬達，其用于在制動工況中作為泵使用并充當制動元件，為裝載機提供液壓制動力，在驅動工況中作為馬達使用，并能夠單獨為驅動裝載機起步、作業提供附加動力；

所述發動機的輸出端通過常嚙合齒輪與轉向油泵、工作油泵相連，還通過該常嚙合齒輪與第一離合器與分動器相連，所述分動器通過轉矩耦合器第一輸出端與前傳動軸、前驅動橋相連，通過轉矩耦合器第二輸出端與第二離合器、變量液壓泵/馬達相連，所述變量液壓泵/馬達一端連接低壓油箱，另一端依次連接能量控制閥組、高壓蓄能器；轉向油泵、工作油泵一端與低壓油箱相連，另一端與能量控制閥組相連；

所述能量控制閥組包括二位二通閥、電磁三位四通先導閥、第一液動開關閥、第二液動開關閥、溢流閥和二位三通電液閥，所述二位二通閥的一端與動臂缸相連，另一端與所述高壓蓄能器相連，所述二位二通閥與高壓蓄能器相連的管路上設置第一液動開關閥和第二液動開關閥，二者均與所述電磁三位四通先導閥相連，所述第一液動開關閥與二位三通電液閥相連，所述第二液動開關閥與溢流閥相連，所述二位三通電液閥還與工作閥組相連、與工作油泵相通，所述第二液動開關閥與溢流閥之間的管路與所述變量液壓泵/馬達相連；

所述分動器還通過后傳動軸與后驅動橋相連，后傳動軸通過后驅動橋與后輪相連，前傳動軸通過前驅動橋與前輪相連，使得液壓制動力作用于前輪；

所述溢流閥與低壓油箱相連，轉向油泵、工作油泵均與低壓油箱相連，所述低壓油箱為密閉式，其具有一定壓力，用于改善變量液壓泵/馬達自吸能力不足的缺點、還用于冷卻液壓油，降低油溫，所述溢流閥具有保壓作用，其用于維持系統制動力所需壓力；

所述控制器基于各傳感器傳遞的參數綜合判斷裝載機所處工況，參數包括車速、發動機轉速、油門開度、高壓蓄能器壓力、制動踏板行程和工作裝置操縱桿位置信息。

2.根據權利要求1所述混合動力裝載機的能量回收與再利用系統的能量回收控制策略，其特征在于，所述控制器判斷裝載機的所處工況包括：

A、主動充能模式：裝載機低負載行車或停車怠速且高壓蓄能器壓力處于預設的中等壓力及以下時，通過發動機帶動常嚙合齒輪、第一離合器和轉向油泵、工作油泵，通過能量控制閥組給高壓蓄能器充能，具體地，轉向油泵、工作油泵通過優先閥合流后，二位三通電液閥、電磁三位四通先導閥、第一液動開關閥之間能夠形成通路，主動為高壓蓄能器充能，通過調節轉向油泵、工作油泵的排量從而控制充能負載大小；

B、回收制動能量模式：處于制動過程中，以制動踏板行程確定制動強度，計算所需目標制動轉矩，通過前驅動橋帶動轉矩耦合器、第二離合器和變量液壓泵/馬達給高壓蓄能器充能，直至變量液壓泵/馬達制動轉矩達到所需目標制動轉矩；

C、回收勢能模式：裝載機動臂下落時，高壓蓄能器壓力小于動臂缸壓力，動臂缸下部高壓油通過二位二通閥與高壓蓄能器相連，將動臂缸的液壓油通往高壓蓄能器，直至高壓蓄能器壓力不小于動臂缸壓力；

所述回收制動能量模式中，以制動踏板行程確定制動強度具體包括：判斷計算的制動強度與第一預設強度Z₁和第二預設強度Z₂的關系，

若裝載機制動強度Z＜Z₁，則選用純液壓制動，變量液壓泵/馬達通過第二液動開關閥、電磁三位四通先導閥與高壓蓄能器接通，根據制動強度和變量液壓泵/馬達兩端壓力差，調節變量液壓泵/馬達的排量，產生需求制動力矩；

若裝載機制動強度Z₁＜Z＜Z₂，則選用液壓制動與機械制動結合的聯合制動，此時，第一液動開關閥、第二液動開關閥均開啟，轉向油泵和工作油泵合流后與變量液壓泵/馬達共同為高壓蓄能器充能；在達到所需高壓蓄能器壓力前，不足的制動力由機械制動補充；

若裝載機制動強度Z₂＜Z，則判斷為緊急制動，第一液動開關閥、第二液動開關閥均關閉，不進行制動能量回收；

能量再利用控制策略：

所述控制器判斷裝載機的所處工況包括：

D、起步利用能量模式：裝載機起步時，高壓蓄能器通過電磁三位四通先導閥、第二液動開關閥與變量液壓泵/馬達接通，變量液壓泵/馬達產生力矩通過第二離合器、轉矩耦合器和前驅動橋啟動裝載機到達一定車速，再由發動機、第一離合器、液力變矩器、變速箱和分動器帶動裝載機繼續工作，通過改變變量液壓泵/馬達的排量可以控制扭矩輸出大小；

E、鏟掘、加速工作模式：鏟掘、加速工作時，通過高壓蓄能器將高壓油通過能量控制閥組和變量液壓泵/馬達流入低壓油箱，變量液壓泵/馬達產生力矩通過第二離合器、轉矩耦合器和前驅動橋克服鏟掘、加速阻力，通過改變變量液壓泵/馬達的排量可以控制扭矩輸出大小；

F、動臂上升利用能量模式：在裝載機動臂舉升時，判斷高壓蓄能器壓力是否大于動臂缸壓力，若是，則打開二位二通閥，高壓蓄能器與動臂缸下部相連，將液壓能轉變為勢能，提高能量利用率。