基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统及控制方法技术方案

本发明专利技术属于机电液混合动力和液压驱动技术领域，具体涉及一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统及控制方法，所述液压驱动系统包括主动力系统、副动力系统、中央控制单元。主动力系统包括发动机、电机、液压泵、主液压油路、离合器、制动锁止机构、固定速比传动箱、电机控制器、高压直流母线、动力电池和制动电阻等，用于实现大功率的液压负载驱动功能。副动力系统包括小功率电动机、电机控制器、固定速比传动箱、制动锁止机构、液压泵、副液压油路和单向阀等，用于在液压行程的末端对行程进行精确控制。中央控制单元中集成了本发明专利技术提出的控制方法，用以实现对液压驱动系统的工作模式和工作过程的协调控制。

【技术实现步骤摘要】
基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统及控制方法
本专利技术属于机电液混合动力和液压驱动
，具体涉及一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统及控制方法。
技术介绍
目前，大功率的液压驱动系统在交通运输、工程机械、军工国防等领域均得到了广泛应用，例如在自卸卡车、大型矿运车、导弹运输起竖发射车上。随着液压负载越来越大，以及对系统快速性的要求越来越高，所需要的液压驱动系统的瞬时功率也越来越大。现有的车载液压驱动系统主要以单一的内燃发动机或者电动机作为动力源，要在大功率需求的场合发挥作用，则必然要增大动力源的体积和重量，而这也将限制其在紧凑结构布置形式下的应用。随着车用混合动力技术的发展，其在交通运输、工程机械、军工国防运载工具等领域的应用也逐步推广，但主要还是集中在机械能和电能的混合。对于需要液压动力的场合，需要通过合理的系统设计和动力改造，将内燃机、电机和液压装置进行尽可能的集成，以更小的系统代价输出更高的液压功率提供给需求端使用，既可以节约成本，也便于进行灵活的动力布置。此外，具有瞬时大功率输出能力的液压系统通常对流量精度的控制较差，如何在保证瞬时大功率液压输出的同时，提升液压系统的控制精度和稳定性，也是一个普遍面临的问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统及控制方法。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其包括：主动力系统、副动力系统、中央控制单元；所述主动力系统包括：发动机1、电机3、第一液压泵7、主液压油路8、第一离合器2、第二离合器4、第一制动锁止机构6、第一固定速比传动箱5、第一电机控制器10、高压直流母线11、动力电池12和放电电阻13；所述电机3为穿轴结构，即电机转子的转轴同时从两侧端盖伸出；电机3的一侧输出轴与发动机1的曲轴通过第一离合器2实现动力的耦合和中断；电机3具有发电和电动两种工作模式，既可在发动机1的拖动下发电，也可与发动机1一起向外部输出动力；所述电机3的另一侧输出轴与第一固定速比传动箱5之间通过第二离合器4实现动力的传递或中断，动力经过第一固定速比传动箱5的匹配之后驱动第一液压泵7工作；第一液压泵7通过主液压油路8连接液压负载9；主动力系统中的第一液压泵7设置为可在两种工作模式之间切换：液压泵模式，将机械能转变为液压能，建立液压压力，驱动液压负载工作；液压马达模式，将液压能转变为机械能；所述第一制动锁止机构6用于在必要时锁止第一固定速比传动箱5的输出轴；所述电机3与高压直流母线11通过第一电机控制器10连接，高压直流母线11上连接有动力电池12；所述主动力系统用于：提供动力驱动液压负载9快速动作并达到预定的位置误差范围内；在液压负载9卸载时，通过电机3进行能量回收；所述副动力系统包括：电动机15、第二电机控制器14、第二固定速比传动箱17、第二制动锁止机构18、第二液压泵19、副液压油路20和单向阀21；所述第二电机控制器14通过电气连接挂载到高压直流母线11，用于驱动控制电动机15；电动机15驱动第二液压泵19工作，驱动副液压油路20对主液压油路8中的流量进行精确调整；主液压油路8与副液压油路20之间安装有单向阀21；第二制动锁止机构18在电动机15不工作时锁止传动箱输出轴，可与单向阀21之间实现功能互换；在液压负载9行程末段需要精确位置控制的情况下，通过副动力系统对主液压油路8的流量进行细微调节；所述中央控制单元16用于对主动力系统和副动力系统进行协调控制，其通过采集发动机、电机、动力电池、液压油路压力、液压负载行程的实时信号作为控制决策的依据，对整个液压动力系统进行高性能的协调控制，使主液压油路的流量按照所需要的曲线变化。其中，所述电动机15相对于主动力系统的电机3而言，其功率较小。其中，所述中央控制单元为独立的功能模块。其中，所述中央控制单元为：将其功能集成于整车控制器或混合动力系统控制器中。其中，所述发动机1的动力输出轴与大功率的电机3的转子转轴一侧输出轴之间通过第一离合器2连接，实现转矩的耦合；所述第一离合器2和第二离合器4的接合、分离动作快速，同时能够缓冲机械部件之间的冲击，机械效率在90％以上；所述第一固定速比传动箱5和第二固定速比传动箱17为固定速比，用于实现对电机外特性和液压泵输出特性之间的匹配，布置灵活；所述第一液压泵7设置为可正转或反转，具有液压泵和液压马达两种工作模式，用于实现液压能量和机械能量的相互转换；所述第一电机控制器10集成逆变器和整流器的功能，由中央控制单元16控制其工作在逆变器或整流器模式；所述第一电机控制器10的直流侧具有双输出接口，其中一个直流接口连接至高压直流母线11，另一个直流接口连接至放电电阻13。其中，所述发动机1与电机3之间的动力耦合有3种工作模式，各模式之间设置为可以自由切换：模式1：第一离合器2结合，第二离合器4分离，电机3工作在正转发电模式下，第一电机控制器10工作在整流器模式，即发电模式下，将电机3产生的交流电整流成为直流电，输送到高压直流母线11，给动力电池12充电或给高压直流母线11上的其他用电设备供电；模式2：第一离合器2和第二离合器4均结合，电机3工作在正转电动模式下，动力电池12通过高压直流母线11为电机3供电，第一电机控制器10工作在逆变器模式，即电动模式下，电机3输出动力，与发动机1的动力耦合之后，通过结合状态的第二离合器4传递到第一固定速比传动箱5，带动第一液压泵7工作，建立液压压力驱动液压负载9；模式3：第一离合器2分离，第二离合器4接合，主液压油路8泄压，液压油带动第一液压泵7反转；电机3工作在反转发电模式下，第一液压泵7工作在液压马达模式，将液压能量转换为机械能，带动电机3发电，第一电机控制器10工作在整流器模式，即发电模式下。其中，所述主液压油路8与副液压油路20并联；所述副动力系统仅在驱动液压负载9的过程末端工作，用于精确控制液压负载的行程；此时主液压油路8压力维持稳定、流量降低，电动机15通过动力电池12供电，驱动第二液压泵19；第二液压泵19带有第二锁止机构18，在电动机15不工作时锁止第二固定速比传动箱17的输出轴，防止影响主液压油路8压力；所述第二锁止机构18可通过在副液压油路20中安装单向阀21进行替代。其中，所述放电电阻13设置有两种配置方案；方案一：放电电阻13单独配备，同时配备散热风扇；方案二：放电电阻与车辆混合动力系统中的原有放电电阻共用，以实现系统的精简；其中，所述动力电池12具有大功率充放电的能力，短时间输出电功率可在较高水平，也可与车辆混合动力系统中原有的动力电池共用。此外，本专利技术还提供一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动控制方法，其基于所述的驱动系统来实施，所述方法包括如下步骤：步骤1：在主液压油路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，其包括：主动力系统、副动力系统、中央控制单元；/n所述主动力系统包括：发动机(1)、电机(3)、第一液压泵(7)、主液压油路(8)、第一离合器(2)、第二离合器(4)、第一制动锁止机构(6)、第一固定速比传动箱(5)、第一电机控制器(10)、高压直流母线(11)、动力电池(12)和放电电阻(13)；/n所述电机(3)为穿轴结构，即电机转子的转轴同时从两侧端盖伸出；电机(3)的一侧输出轴与发动机(1)的曲轴通过第一离合器(2)实现动力的耦合和中断；电机(3)具有发电和电动两种工作模式，既可在发动机(1)的拖动下发电，也可与发动机(1)一起向外部输出动力；/n所述电机(3)的另一侧输出轴与第一固定速比传动箱(5)之间通过第二离合器(4)实现动力的传递或中断，动力经过第一固定速比传动箱(5)的匹配之后驱动第一液压泵(7)工作；第一液压泵(7)通过主液压油路(8)连接液压负载(9)；/n主动力系统中的第一液压泵(7)设置为可在两种工作模式之间切换：液压泵模式，将机械能转变为液压能，建立液压压力，驱动液压负载工作；液压马达模式，将液压能转变为机械能；/n所述第一制动锁止机构(6)用于在必要时锁止第一固定速比传动箱(5)的输出轴；/n所述电机(3)与高压直流母线(11)通过第一电机控制器(10)连接，高压直流母线(11)上连接有动力电池(12)；/n所述主动力系统用于：提供动力驱动液压负载(9)快速动作并达到预定的位置误差范围内；在液压负载(9)卸载时，通过电机(3)进行能量回收；/n所述副动力系统包括：电动机(15)、第二电机控制器(14)、第二固定速比传动箱(17)、第二制动锁止机构(18)、第二液压泵(19)、副液压油路(20)和单向阀(21)；/n所述第二电机控制器(14)通过电气连接挂载到高压直流母线(11)，用于驱动控制电动机(15)；电动机(15)驱动第二液压泵(19)工作，驱动副液压油路(20)对主液压油路(8)中的流量进行精确调整；主液压油路(8)与副液压油路(20)之间安装有单向阀(21)；第二制动锁止机构(18)在电动机(15)不工作时锁止传动箱输出轴，可与单向阀(21)之间实现功能互换；在液压负载(9)行程末段需要精确位置控制的情况下，通过副动力系统对主液压油路(8)的流量进行细微调节；/n所述中央控制单元(16)用于对主动力系统和副动力系统进行协调控制，其通过采集发动机、电机、动力电池、液压油路压力、液压负载行程的实时信号作为控制决策的依据，对整个液压动力系统进行高性能的协调控制，使主液压油路的流量按照所需要的曲线变化。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，其包括：主动力系统、副动力系统、中央控制单元；
所述主动力系统包括：发动机(1)、电机(3)、第一液压泵(7)、主液压油路(8)、第一离合器(2)、第二离合器(4)、第一制动锁止机构(6)、第一固定速比传动箱(5)、第一电机控制器(10)、高压直流母线(11)、动力电池(12)和放电电阻(13)；
所述电机(3)为穿轴结构，即电机转子的转轴同时从两侧端盖伸出；电机(3)的一侧输出轴与发动机(1)的曲轴通过第一离合器(2)实现动力的耦合和中断；电机(3)具有发电和电动两种工作模式，既可在发动机(1)的拖动下发电，也可与发动机(1)一起向外部输出动力；
所述电机(3)的另一侧输出轴与第一固定速比传动箱(5)之间通过第二离合器(4)实现动力的传递或中断，动力经过第一固定速比传动箱(5)的匹配之后驱动第一液压泵(7)工作；第一液压泵(7)通过主液压油路(8)连接液压负载(9)；
主动力系统中的第一液压泵(7)设置为可在两种工作模式之间切换：液压泵模式，将机械能转变为液压能，建立液压压力，驱动液压负载工作；液压马达模式，将液压能转变为机械能；
所述第一制动锁止机构(6)用于在必要时锁止第一固定速比传动箱(5)的输出轴；
所述电机(3)与高压直流母线(11)通过第一电机控制器(10)连接，高压直流母线(11)上连接有动力电池(12)；
所述主动力系统用于：提供动力驱动液压负载(9)快速动作并达到预定的位置误差范围内；在液压负载(9)卸载时，通过电机(3)进行能量回收；
所述副动力系统包括：电动机(15)、第二电机控制器(14)、第二固定速比传动箱(17)、第二制动锁止机构(18)、第二液压泵(19)、副液压油路(20)和单向阀(21)；
所述第二电机控制器(14)通过电气连接挂载到高压直流母线(11)，用于驱动控制电动机(15)；电动机(15)驱动第二液压泵(19)工作，驱动副液压油路(20)对主液压油路(8)中的流量进行精确调整；主液压油路(8)与副液压油路(20)之间安装有单向阀(21)；第二制动锁止机构(18)在电动机(15)不工作时锁止传动箱输出轴，可与单向阀(21)之间实现功能互换；在液压负载(9)行程末段需要精确位置控制的情况下，通过副动力系统对主液压油路(8)的流量进行细微调节；
所述中央控制单元(16)用于对主动力系统和副动力系统进行协调控制，其通过采集发动机、电机、动力电池、液压油路压力、液压负载行程的实时信号作为控制决策的依据，对整个液压动力系统进行高性能的协调控制，使主液压油路的流量按照所需要的曲线变化。


2.如权利要求1所述的基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，所述电动机(15)相对于主动力系统的电机(3)而言，其功率较小。


3.如权利要求1所述的基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，所述中央控制单元为独立的功能模块。


4.如权利要求1所述的基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，所述中央控制单元为：将其功能集成于整车控制器或混合动力系统控制器中。


5.如权利要求1所述的基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，所述发动机(1)的动力输出轴与大功率的电机(3)的转子转轴一侧输出轴之间通过第一离合器(2)连接，实现转矩的耦合；
所述第一离合器(2)和第二离合器(4)的接合、分离动作快速，同时能够缓冲机械部件之间的冲击，机械效率在90％以上；
所述第一固定速比传动箱(5)和第二固定速比传动箱(17)为固定速比，用于实现对电机外特性和液压泵输出特性之间的匹配，布置灵活；
所述第一液压泵(7)设置为可正转或反转，具有液压泵和液压马达两种工作模式，用于实现液压能量和机械能量的相互转换；
所述第一电机控制器(10)集成逆变器和整流器的功能，由中央控制单元(16)控制其工作在逆变器或整流器模式；所述第一电机控制器(10)的直流侧具有双输出接口，其中一个直流接口连接至高压直流母线(11)，另一个直流接口连接至放电电阻(13)。


6.如权利要求5所述的基于混合动力的多模式大功率液压驱动系统，其特征在于，所述发动机(1)与电机(3)之间的动力耦合有3种工作模式，各模式之间设置为可以自由切换：
模式1：第一离合器(2)结合，第二离合器(4)分离，电机(3)工作在正转发电模式下，第一电机控制器(10)工作在整流器模式，即发电模式下，将电机(3)产生的交流电整流成为直流电，输送到高压直流母线(11)，给动力电池(12)充电或给高压直流母线...

【专利技术属性】
技术研发人员：帅志斌，王涛，贺帅，盖江涛，周广明，李春明，李耀恒，李勇，张颖，陈尧，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11