電動汽車液控泵／馬達助力系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種電動汽車液控泵/馬達助力系統，屬液壓傳動【技術領域】。它包括泵/馬達(5)和蓄能器(9)、(10)組成的主回路，液控比例閥(4)和助力缸(20)組成的助力控制回路及液控比例閥和制動缸(14)組成的制動控制回路。泵/馬達經分動器(3)與電機(2)及驅動橋嚙合。制動時車輛慣性驅動泵給蓄能器充液，泵則對車輛產生制動力矩。車輛起步時，蓄能器向馬達供油，輔助電機驅動，避免動力電池過載，從而延長其使用壽命。通過制動踏板(16)和“油門”踏板(22)可控制液控比例閥輸出油壓，調節泵/馬達的排量，從而控制液壓制動和助力的強度。本發明的特點是采用全液壓控制，具有環境適應性強，可靠性高的優點。
【專利說明】電動汽車液控泵/馬達助力系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動汽車液控泵/馬達助力系統，屬液壓傳動【技術領域】。
【背景技術】
[0002]為了節約能源保護環境，近年來，新能源汽車已成為世界各國汽車工業發展的戰略重點，其中，電動汽車作為主要技術方案而備受關注。目前發展電動汽車的主要技術障礙是動力蓄電池技術。作為汽車的動力源，容量是動力電池最為重要的性能指標。單體電池容量不是定數，它與電池的使用情況尤其是充放電倍率有關。過高的充放電倍率會明顯減小電池容量和循環使用壽命，因此，實際使用中電池的充放電倍率是被嚴格控制的，現有動力電池還不能很好的適應車輛啟動、爬坡等工況對瞬間大電流的要求。
[0003]目前，電動汽車在動力性、續駛里程等方面與燃油汽車相比仍有很大差距，只能用作城區或一些短途交通工具。城區路況的一個顯著特點是車輛啟停頻繁，這使車輛制動能回收利用成為可能。有研究者采用車輛反拖電機發電直接給蓄電池充電的方法回收制動能。此法的優點是硬件結構簡單，缺點是電池吸納瞬間大電流的效果不好，制動能回收率不高。也有學者利用超級電容吸收車輛制動時產生的瞬時大電流。單從技術性能上看，超級電容配合蓄電池確是一種理想的能源組合形式，但目前超級電容在價格和使用成本上仍缺乏競爭力，實現產業化尚待時日。針對上述不足，有學者提出電動汽車液壓助力方案。液壓傳動功率密度大，適合電動汽車啟停階段瞬時功率大的特點。車輛制動時可利用車輛慣性力驅動液壓泵將車輛動能轉化為液壓能儲存在液壓蓄能器中。車輛起步或加速時，再用蓄能器存儲的液壓能驅動液壓馬達給電機助力。因為有液壓輔助動力裝置在電力驅動和負載之間起功率緩沖作用，故可減小動力電池的瞬時充放電倍率。目前，液壓助力方案都是采用電液控制技術，其優點是自動化程度高，調節方便，缺點是系統復雜，故障環節多，對使用環境和維護要求較高。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明提出一種電動汽車液控泵/馬達液壓助力方案，其功能與上述采用電液控制的液壓助力系統大體相同，但沒有復雜的電控器，對環境溫度、濕度、灰塵及振動都不敏感，檢修難度也比較低。
[0005]本發明包括泵/馬達-蓄能器主回路，助力控制回路和制動控制回路。
[0006]所述泵/馬達-蓄能器主回路包括液壓泵/馬達、高壓蓄能器、低壓蓄能器、溢流閥、電磁換向閥、液控比例閥、液控單向閥、固定阻尼孔、節流閥、梭閥。其中液壓泵/馬達的傳動軸經分動器與動力電機、驅動橋連接，其進出油口分別與電磁換向閥的A、B油口連接。電磁換向閥的P、T油口分別與高壓及低壓蓄能器連接。溢流閥與液壓泵/馬達并聯。液控單向閥、固定阻尼孔、節流閥串接在高壓蓄能器和液壓泵/馬達控制油口之間。液控比例閥油口 P、A分別和高壓蓄能器及液壓泵/馬達的排量控制油口 K連接，油口 T與固定阻尼孔和節流閥之間的三通連接，控制油口 X與梭閥出油口及液控單向閥的控制油口連接。所述助力控制回路單向順序閥一、助力缸、位移傳感器、行程開關一及“油門”踏板機構。其中梭閥的左進油口接單向順序閥一的出油口，單向順序閥一的進油口接助力缸的出油口，位移傳感器與助力缸機械固定連接。助力缸柱塞外伸端與“油門”踏板機構鉸接。所述制動控制回路包括制動踏板機構、制動主缸、單向順序閥二及行程開關二。其中制動踏板與制動主缸柱塞外伸端鉸接。制動主缸出油口與單向順序閥二進油口及梭閥右進油口連接。單向順序閥出油口接汽車的制動輪缸。
[0007]所述液控比例閥包括絲堵、閥體、對中彈簧、閥芯、閥套、柱塞、螺釘、調整彈簧、彈簧套筒、密封套、推桿和調節螺釘。上述閥體中設有閥孔及五道沉割槽，沉割槽經油道從左至右依次與控制油口 X、進油口 P、出油口 A、回油口 T及閥口 Y連通形成五個油腔，依次為控制油腔、進油腔、出油腔、回油腔和彈簧腔。其中，出油口 A還經另外一條油道與閥口 Y連通。上述閥芯為兩臺肩結構，其中右臺肩兩端削邊，余下完整圓柱面比相應沉割槽略寬，形成兩條節流邊，即P-A節流邊和A-T節流邊，分別控制油口 P至出油口 A及出油口 A至回油口 T的阻尼。閥芯左端位于控制油腔，右端位于回油腔。回油腔與彈簧腔之間鑲有閥套，閥套中裝有柱塞，柱塞左端位于回油腔且與閥芯右端面抵觸，柱塞右端位于彈簧腔。閥孔左端用絲堵密封，右端有彈簧套筒密封。閥芯與閥孔，柱塞與閥套的配合間隙同普通滑閥。閥芯左端控制油腔內置彈簧，對閥芯產生右向推力。彈簧腔中的彈簧經柱塞對閥芯產生左向推力。當控制油口 X無有壓力時，閥芯及柱塞在兩端彈簧作用下保持在零位，除了出油口 A與閥口 Y始終連通外，其他油口互不相通，此時出油口 A沒有壓力油輸出。當控制油口 X有壓力油輸入時，閥芯左端控制油腔產生壓力，推動閥芯右移，上述P-A節流邊開啟，出油腔和彈簧腔壓力上升，出油口 A有壓力輸出。因閥芯兩端彈簧很軟，閥芯上的液動力有限，故作用于閥芯上的液壓力大體上是平衡的。若回油口 T油壓為零，則控制油口 X油壓與閥芯左端面積之乘積近似等于出油口 A油壓與柱塞橫截面之積，即輸出油壓與輸入油壓之比近似為柱塞截面積與閥芯截面積之比。
[0008]所述助力缸包括接頭、連接板、柱塞、導套、活塞、缸筒、缸蓋、彈簧、密封套、推桿、調節螺釘及位移傳感器等。所述缸筒的左端設有缸蓋、導套，導套中裝有柱塞，其結構與普通柱塞缸一樣。上述缸筒中還設有活塞，它將缸筒分為左右兩個油腔，左側為柱塞腔，右側為彈簧腔。活塞右側設置彈簧，彈簧右側為密封套，密封套中有推桿。缸筒、密封套及推桿同心裝配，間隙配合，用密封圈密封。推桿右側為缸蓋，缸蓋中心螺孔中設置調節螺釘，其左端與推桿右端面接觸。位移傳感器裝在缸筒外側，二者軸線平行。傳感器移動桿與柱塞外伸端用連接板固定連接。缸筒上設有油口 P和油口 L，油口 P通柱塞腔，油口 L通彈簧腔。當柱塞向內移動時，柱塞腔壓力油使活塞后退并壓縮彈簧，柱塞腔油壓緩慢上升。待活塞退至盡頭，若柱塞繼續向內移動，則油壓將快速上升。油口 L為彈簧腔的卸油口。
[0009]本發明的特點
[0010]①采用自制液控比例閥。該閥在結構上能夠保證輸入輸出壓力間的比例關系，還能對高壓蓄能器的壓力波動進行補償，性能符合使用要求，結構簡單成本低于電液比例閥。
[0011]②采用自制助力缸和制動主缸。其共同特點是在缸內設有壓力緩沖裝置，使缸的壓力輸出特性比較平緩。缸的壓力特性還可根據控制要求或路感加以調節。
[0012]③全液壓系統自動化程度不及電液系統，但沒有復雜的電控器，故障環節少，系統對環境溫度、濕度、灰塵及振動都不敏感，檢修難度也低。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為電動汽車液控泵/馬達助力系統原理圖
[0014]圖中標記:1.變速器，2.電機，3.分動器，4.液控比例閥，5.液壓泵/馬達，6.溢流閥，7.電磁換向閥，8.液控單向閥，9.高壓蓄能器，10.低壓蓄能器，11.固定阻尼孔，12.節流閥，13.單向順序閥二，14.制動主缸，15.行程開關二，16.制動踏板機構，17.梭閥，18.單向順序閥一，19.位移傳感器，20.助力缸，21.行程開關一，22.“油門”踏板機構
[0015]圖2為液控比例閥結構示意圖
[0016]圖中標記:25.絲堵，26.閥體，27.對中彈簧，28.閥芯，29.閥套，30.柱塞，31.螺釘，32.調整彈簧，33.彈簧套筒，34.密封套，35.推桿，36.調節螺釘
[0017]圖3為助力缸結構示意圖
[0018]圖中標記:40.接頭，41.連接板，42.柱塞，43.防塵圈，44.密封圈，45.導套，46.缸筒，47.活塞，48.彈簧，49.密封套，50.推桿，51.調節螺釘，52.右缸蓋，53.鎖緊螺母，55.左端蓋，19.位移傳感器
[0019]圖4為制動主缸結構示意圖
[0020]圖中標記:60.接頭，62.柱塞，63.防塵圈，64.密封圈，65.導套，66.活塞，67.彈簧，68.密封套，69.推桿，70.調節螺釘，71.右缸蓋，72.鎖緊螺母，73.左端蓋，
[0021]圖5液控泵/馬達斜盤零位示意圖
[0022]圖中標記:90.缸體，91斜盤，92.活塞，93.調壓彈黃，94柱塞
[0023]圖6液控泵/馬達斜盤最大擺角示意圖
【具體實施方式】
[0024]本發明包括泵/馬達-蓄能器主回路，助力控制回路和制動控制回路。
[0025]如圖1，所述泵/馬達-蓄能器主回路包括液壓泵/馬達5、高壓蓄能器9、低壓蓄能器10、溢流閥6、電磁換向閥7、液控比例閥4、液控單向閥8、固定阻尼孔11、節流閥12、梭閥17。其中液壓泵/馬達5的傳動軸經分動器3與電機2、驅動橋連接，其進出油口分別與電磁換向閥7的A、B油口連接。電磁換向閥7的P、T油口分別與高壓蓄能器9及低壓蓄能器10連接。溢流閥6與液壓泵/馬達5并聯。液控單向閥8、固定阻尼孔11、節流閥12串接在高壓蓄能器9和液壓泵/馬達5的控制油口之間。液控比例閥4的油口 P、A分別和高壓蓄能器9及液壓泵/馬達5的排量控制油口 K連接，油口 T與固定阻尼孔11和節流閥12之間的三通連接，控制油口 X與梭閥17出油口及液控單向閥8的控制油口連接。所述助力控制回路包括單向順序閥一 18、助力缸20、位移傳感器19、行程開關一 21及“油門”踏板機構22。其中梭閥17的左進油口接單向順序閥一 18的出油口，單向順序閥一 18的進油口接助力缸20的出油口，位移傳感器19與助力缸20機械固定連接。助力缸柱塞42外伸端與“油門”踏板機構22絞接。所述制動控制回路包括制動踏板機構16、制動王缸14、單向順序閥二 13及行程開關二 15。其中制動踏板機構16與制動主缸柱塞外伸端鉸接。制動主缸14出油口與單向順序閥二 13進油口及梭閥17右進油口連接。單向順序閥二 13出油口接汽車的制動輪缸。
[0026]所述液控比例閥如圖2，包括絲堵25、閥體26、對中彈簧27、閥芯28、閥套29、柱塞30、螺釘31、調整彈簧32、彈簧套筒33、密封套34、推桿35和調節螺釘36。上述閥體中設有閥孔及五道沉割槽，沉割槽經油道從左至右依次與控制油口 X、進油口 P、出油口 A、回油口 T及閥口 Y連通形成五個油腔，依次為控制油腔、進油腔、出油腔、回油腔和彈簧腔。其中，出油口 A還經另外一條油道與閥口 Y連通。上述閥芯28為兩臺肩結構，其中右臺肩兩端削邊，余下完整圓柱面比相應沉割槽略寬，形成兩條節流邊，即P-A節流邊和A-T節流邊，分別控制油口 P至出油口 A及出油口 A至回油口 T的阻尼。閥芯28左端位于控制油腔，右端位于回油腔。回油腔與彈簧腔之間鑲有閥套29，閥套中裝有柱塞30，其左端位于回油腔且與閥芯28右端面抵觸，柱塞30右端位于彈簧腔。閥孔左端用絲堵25密封，右端有彈簧套筒33密封。閥芯28與閥孔，柱塞30與閥套29的配合間隙同普通滑閥。閥芯28左端控制油腔內置彈簧27，對閥芯28產生右向推力。彈簧腔中的彈簧32經柱塞30對閥芯28產生左向推力。當控制油口 X無有壓力時，閥芯28及柱塞30在兩端彈簧作用下保持在零位，除了出油口 A與閥口 Y始終連通外，其他油口互不相通，此時出油口 A沒有壓力油輸出。當控制油口 X有壓力油輸入時，閥芯28左端控制油腔產生壓力，推動閥芯28右移，上述P-A節流邊開啟，出油腔和彈簧腔壓力上升，出油口 A有壓力輸出。因閥芯28兩端彈簧很軟，閥芯上的液動力有限，故作用于閥芯28上的液壓力大體上是平衡的。若回油口 T油壓為零，則控制油口 X輸入油壓與閥芯28左端面積之乘積近似等于出油口 A輸出油壓與柱塞30橫截面之積，即輸出油壓與輸入油壓之比近似為柱塞30截面積與閥芯28截面積之比。
[0027]所述助力缸如圖3，包括接頭40、連接板41、柱塞42、防塵圈43、密封圈44、導套45、缸筒46、活塞47、彈簧48、密封套49、推桿50、調節螺釘51、右缸蓋52、鎖緊螺母53、左端蓋55、位移傳感器19。所述缸筒46的左端設有柱塞42，導套45、左缸蓋55及密封件43、44,其結構與普通柱塞缸一樣。上述缸筒中還設有活塞47,它將缸筒分為左右兩個油腔,左側為柱塞腔，右側為彈簧腔。活塞右側設置彈簧48，彈簧右側為密封套49，密封套49中有推桿50。缸筒46、密封套49及推桿50同心裝配，間隙配合,用密封圈密封。推桿50右側為右缸蓋52，右缸蓋52中心螺孔中設置調節螺釘51，其左端與推桿50右端面接觸。位移傳感器19裝在缸筒46外側，二者軸線平行。傳感器移動桿與柱塞42外伸端用連接板41固定連接。缸筒46上設有油口 P和油口 L，油口 P通柱塞腔，油口 L通彈簧腔。當柱塞42向內移動時，柱塞腔壓力油使活塞47后退并壓縮彈簧48，柱塞腔油壓緩慢上升。待活塞47退至盡頭，若柱塞42繼續向內移動，則油壓將快速上升。油口 L為彈簧腔的卸油口。
[0028]所述液壓泵/馬達5可采用國產MYCY-14系列產品，但要對其變量機構進行改造。圖5和圖6為改造后原產品在變量機構控制壓力為零時排量處于最大位置，排量隨控制壓力升高而減小。變量機構改造后，當控制壓力為零時，排量亦為零，排量隨控制壓力升高而升高。
[0029]工作原理
[0030]待機工況
[0031]車輛靜止或正常運行時液壓助力系統不參與工作，處于待機狀態。此時，助力缸20壓力較低，制動主缸14沒有壓力，單向順序閥一 18和單向順序閥二 13都未開啟，液控比例閥4的輸出壓力為零，液壓泵/馬達5控制油壓為零，斜盤91傾角為零，排量為零，如圖5。此時，電磁換向閥7處于中位，液壓泵/馬達5由分動器3帶動空運轉。液控單向閥8將高壓蓄能器9封閉。[0032]?制動工況
[0033]車輛制動時踩下制動踏板16，制動主缸柱塞62向右移動，行程開關二 15發出位移信號，經繼電器使電磁鐵DT3得電，如圖4。電磁換向閥7換向，液壓泵/馬達5的I油口、O油口分別與低壓蓄能器10、高壓蓄能器9連接，液壓泵/馬達5處于泵工況，如圖1。踏板16帶動制動主缸柱塞62向右移動，缸內油壓上升，壓力油推動活塞66右移壓縮彈簧67，缸內油壓平緩上升。壓力油經梭閥17到達液控比例閥4的控制油口 X，在閥芯28左端產生壓力。制動主缸輸出壓力油也使液控單向閥8導通，高壓蓄能器9中的壓力油經液控單向閥8、固定阻尼孔11、節流閥12流向低壓蓄能器10，在節流閥12上產生壓降，該壓降對液控比例閥4油口 T形成背壓，并在閥芯28右端產生壓力，如圖2。閥芯28在左右兩端壓力作用下向右移動，P-A閥口開啟，油口 A壓力升高，并經閥中油道傳導至彈簧腔，作用于柱塞30上。柱塞30向左推動閥芯，使閥口關小，油口 A壓力隨之減小。閥芯28在左右兩端壓力及柱塞30的作用下趨于平衡。若不考慮油口 T背壓的補償作用，油口 A的壓力與控制油口 X的壓力比約等于閥芯28的端面積與柱塞橫截面積之比，故液控比例閥4輸出壓力與制動主缸14輸出壓力成比例，即與制動主缸柱塞62的位移成比例。如圖5，液壓泵/馬達5排量控制活塞92的位移與液控比例閥4輸出壓力成比例，故液壓泵/馬達5排量與制動主缸柱塞62位移成比例，即與制動踏板16行程成比例。液壓泵/馬達5排量增大使其輸入扭矩增大，因其轉軸經分動器3與驅動橋嚙合，故使汽車的行駛阻力增加。
[0034]液壓泵/馬達5從低壓蓄能器10吸入低壓油泵入高壓蓄能器9，就是把車輛的動能轉化為液壓能存儲在液壓蓄能器中。
[0035]若遇緊急情況用力深踩制動踏板，則制動主缸14的壓力會急劇升高。當壓力達到單向順序閥13的調定壓力時，順序閥開啟，壓力油進入制動輪缸。此時，由液壓泵/馬達5產生的制動力和制動輪缸制動力同時作用形成復合制動。制動過程結束，松開制動踏板，制動主缸柱塞62復位， 制動輪缸釋放，液控比例閥4、電磁換向閥7均復位，液壓泵/馬達5排量回零，制動力消失，液控單向閥8關閉。
[0036]液壓泵/馬達5的扭矩與其排量和工作壓力成正比，在其排量一定時，若高壓蓄能器9的壓力降低，則液壓泵/馬達5的扭矩便會減小。前述液控比例閥4油口 T的背壓隨高壓蓄能器9壓力降低而減小，液控比例閥4的出口壓力則隨其油口 T背壓的減小而增大，見圖1、圖2，故由前述可知，當高壓蓄能器9壓力降低時，液壓泵/馬達5的排量會增加，這樣便可補償高壓蓄能器9壓力降低所引起的制動扭矩下降。通過節流閥12可調節壓力補償的強度。
[0037]?助力工況
[0038]車輛正常行駛時只需輕踏“油門”踏板，此時與助力缸柱塞42固聯的位移傳感器發出信號使動力電機2運轉。車輛啟動加速時，需用力深踩“油門”踏板，當柱塞42達到一定行程時，動力電機2電流接近限定值，踏板機構觸發行程開關21動作，使繼電器切換，電磁鐵DT2得電，電磁換向閥7換向，液壓泵/馬達5的O油口、I油口分別與低壓蓄能器10、高壓蓄能器9連接，液壓泵/馬達5變為馬達工況。因用力深踩油門，助力缸20壓力迅速上升，當壓力達到單向順序閥18設定壓力時，單向順序閥18開啟，其輸出壓力油經梭閥17使液控比例閥4開啟，液壓泵/馬達5排量從零開始增加。液壓泵/馬達5排量和液控比例閥4出口壓力成比例，因而與助力缸20壓力成比例即與“油門”踏板行程成比例。馬達排量增加使其輸出扭矩增加，車輛動力增加，電機2負荷因此減小，驅動電流減小。啟動過程結束，放松“油門”，助力缸壓20壓力下降，單向順序閥18關閉，液控比例閥4復位，液壓泵/馬達5排量回零，車輛由電機單獨驅動。液壓馬達驅動車輛過程中，儲存在高壓蓄能器9中的高壓油返回低壓蓄能器，車輛制動時回收的能量被釋放，高壓蓄能器9排空，為下一次制動蓄能做準備。
【權利要求】
1.一種電動汽車液控泵/馬達液壓助力系統，其特征在于: 包括泵/馬達-蓄能器主回路，助力控制回路和制動控制回路。 所述泵/馬達-蓄能器主回路包括液壓泵/馬達(5)、高壓蓄能器(9)、低壓蓄能器(10)、溢流閥(6)、電磁換向閥(7)、液控比例閥(4)、液控單向閥(8)、固定阻尼孔(11)、節流閥(12)、梭閥(17)。其中液壓泵/馬達(5)的傳動軸經分動器(3)與電機(2)、驅動橋連接，其進出油口分別與電磁換向閥⑵的A、B油口連接。電磁換向閥(7)的P、T油口分別與高壓蓄能器(9)及低壓蓄能器(10)連接。溢流閥(6)與液壓泵/馬達(5)并聯。液控單向閥(8)、固定阻尼孔(11)、節流閥(12)串接在高壓蓄能器(9)和液壓泵/馬達(5)的控制油口之間。液控比例閥(4)的油口 Ρ、Α分別和高壓蓄能器(9)及液壓泵/馬達(5)的排量控制油口 K連接，油口 T與固定阻尼孔(11)和節流閥(12)之間的三通連接，控制油口X與梭閥(17)出油口及液控單向閥(8)的控制油口連接。所述助力控制回路包括單向順序閥一(18)、助力缸(20)、位移傳感器(19)、行程開關一(21)及“油門”踏板機構(22)。其中梭閥(17)的左進油口接單向順序閥一(18)的出油口，單向順序閥一(18)的進油口接助力缸(20)的出油口，位移傳感器(19)與助力缸(20)機械固定連接。助力缸柱塞(42)外伸端與“油門”踏板機構(22)鉸接。所述制動控制回路包括制動踏板機構(16)、制動主缸(14)、單向順序閥二(13)及行程開關二(15)。其中制動踏板機構(16)與制動主缸柱塞外伸端鉸接。制動主缸(14)出油口與單向順序閥二(13)進油口及梭閥(17)右進油口連接。單向順序閥二(13)出油口接汽車的制動輪缸。
2.根據權利要求1所述電動汽車液壓助力系統，其特征在于:所述液控泵/馬達(5)為經過改造的定級變量泵/馬達，它與液控比例閥(4)配合使用能實現無級變量；其特點在于當控制壓力為零時，泵/馬達的排量為零，當控制壓力增加時排量隨控制壓力增大而增大；普通泵/馬達的排量隨控制壓力增大而減小。
【文檔編號】B60L7/20GK103950389SQ201410024996
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年1月20日 優先權日:2014年1月20日
【發明者】呂云嵩, 丁左武, 鄒政耀, 郭均政, 施明松 申請人:南京工程學院