[发明专利]一种混合动力装载机的能量回收与再利用系统及其控制策略有效

专利信息
申请号: 202010015469.8 申请日: 2020-01-07
公开(公告)号: CN111173069B 公开(公告)日: 2022-03-01
发明(设计)人: 杨树军;李路兴;李学良;穆俊宇;韩斌;庞雨;马贺龙 申请(专利权)人: 燕山大学
主分类号: E02F9/22 分类号: E02F9/22
代理公司: 大连东方专利代理有限责任公司 21212 代理人: 李馨
地址: 066004 河北省*** 国省代码: 河北;13
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摘要:
搜索关键词: 一种 混合 动力 装载 能量 回收 再利用 系统 及其 控制 策略
【权利要求书】:

1.一种混合动力装载机的能量回收与再利用系统,包括,发动机,其特征在于,还包括:

控制器,其用于判断装载机所处工况,控制能量控制阀组内各阀转变状态;

能量控制阀组,其由若干阀组合而成,其用于基于控制器传递的指令,控制液压油的进、出方向以及高压蓄能器的储能或放能状态;

高压蓄能器,其用于储存预设工况下余出的能量并在另一预设工况下输出存储的能量;

变量液压泵/马达,其用于在制动工况中作为泵使用并充当制动元件,为装载机提供液压制动力,在驱动工况中作为马达使用,并能够单独为驱动装载机起步、作业提供附加动力;

所述发动机的输出端通过常啮合齿轮与转向油泵、工作油泵相连,还通过该常啮合齿轮与第一离合器与分动器相连,所述分动器通过转矩耦合器第一输出端与前传动轴、前驱动桥相连,通过转矩耦合器第二输出端与第二离合器、变量液压泵/马达相连,所述变量液压泵/马达一端连接低压油箱,另一端依次连接能量控制阀组、高压蓄能器;转向油泵、工作油泵一端与低压油箱相连,另一端与能量控制阀组相连;

所述能量控制阀组包括二位二通阀、电磁三位四通先导阀、第一液动开关阀、第二液动开关阀、溢流阀和二位三通电液阀,所述二位二通阀的一端与动臂缸相连,另一端与所述高压蓄能器相连,所述二位二通阀与高压蓄能器相连的管路上设置第一液动开关阀和第二液动开关阀,二者均与所述电磁三位四通先导阀相连,所述第一液动开关阀与二位三通电液阀相连,所述第二液动开关阀与溢流阀相连,所述二位三通电液阀还与工作阀组相连、与工作油泵相通,所述第二液动开关阀与溢流阀之间的管路与所述变量液压泵/马达相连;

所述分动器还通过后传动轴与后驱动桥相连,后传动轴通过后驱动桥与后轮相连,前传动轴通过前驱动桥与前轮相连,使得液压制动力作用于前轮;

所述溢流阀与低压油箱相连,转向油泵、工作油泵均与低压油箱相连,所述低压油箱为密闭式,其具有一定压力,用于改善变量液压泵/马达自吸能力不足的缺点、还用于冷却液压油,降低油温,所述溢流阀具有保压作用,其用于维持系统制动力所需压力;

所述控制器基于各传感器传递的参数综合判断装载机所处工况,参数包括车速、发动机转速、油门开度、高压蓄能器压力、制动踏板行程和工作装置操纵杆位置信息。

2.根据权利要求1所述混合动力装载机的能量回收与再利用系统的能量回收控制策略,其特征在于,所述控制器判断装载机的所处工况包括:

A、主动充能模式:装载机低负载行车或停车怠速且高压蓄能器压力处于预设的中等压力及以下时,通过发动机带动常啮合齿轮、第一离合器和转向油泵、工作油泵,通过能量控制阀组给高压蓄能器充能,具体地,转向油泵、工作油泵通过优先阀合流后,二位三通电液阀、电磁三位四通先导阀、第一液动开关阀之间能够形成通路,主动为高压蓄能器充能,通过调节转向油泵、工作油泵的排量从而控制充能负载大小;

B、回收制动能量模式:处于制动过程中,以制动踏板行程确定制动强度,计算所需目标制动转矩,通过前驱动桥带动转矩耦合器、第二离合器和变量液压泵/马达给高压蓄能器充能,直至变量液压泵/马达制动转矩达到所需目标制动转矩;

C、回收势能模式:装载机动臂下落时,高压蓄能器压力小于动臂缸压力,动臂缸下部高压油通过二位二通阀与高压蓄能器相连,将动臂缸的液压油通往高压蓄能器,直至高压蓄能器压力不小于动臂缸压力;

所述回收制动能量模式中,以制动踏板行程确定制动强度具体包括:判断计算的制动强度与第一预设强度Z1和第二预设强度Z2的关系,

若装载机制动强度Z<Z1,则选用纯液压制动,变量液压泵/马达通过第二液动开关阀、电磁三位四通先导阀与高压蓄能器接通,根据制动强度和变量液压泵/马达两端压力差,调节变量液压泵/马达的排量,产生需求制动力矩;

若装载机制动强度Z1<Z<Z2,则选用液压制动与机械制动结合的联合制动,此时,第一液动开关阀、第二液动开关阀均开启,转向油泵和工作油泵合流后与变量液压泵/马达共同为高压蓄能器充能;在达到所需高压蓄能器压力前,不足的制动力由机械制动补充;

若装载机制动强度Z2<Z,则判断为紧急制动,第一液动开关阀、第二液动开关阀均关闭,不进行制动能量回收;

能量再利用控制策略:

所述控制器判断装载机的所处工况包括:

D、起步利用能量模式:装载机起步时,高压蓄能器通过电磁三位四通先导阀、第二液动开关阀与变量液压泵/马达接通,变量液压泵/马达产生力矩通过第二离合器、转矩耦合器和前驱动桥启动装载机到达一定车速,再由发动机、第一离合器、液力变矩器、变速箱和分动器带动装载机继续工作,通过改变变量液压泵/马达的排量可以控制扭矩输出大小;

E、铲掘、加速工作模式:铲掘、加速工作时,通过高压蓄能器将高压油通过能量控制阀组和变量液压泵/马达流入低压油箱,变量液压泵/马达产生力矩通过第二离合器、转矩耦合器和前驱动桥克服铲掘、加速阻力,通过改变变量液压泵/马达的排量可以控制扭矩输出大小;

F、动臂上升利用能量模式:在装载机动臂举升时,判断高压蓄能器压力是否大于动臂缸压力,若是,则打开二位二通阀,高压蓄能器与动臂缸下部相连,将液压能转变为势能,提高能量利用率。

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