一種裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種裝載機(jī)，具體涉及一種裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置及 控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裝載機(jī)是一種廣泛用于公路、鐵路、建筑、水電、港口、礦山等建設(shè)工程的土石方施 工機(jī)械，以并聯(lián)式液壓混合動力裝載機(jī)應(yīng)用最為普遍，該類型的裝載機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括柴油 機(jī)、液力變矩器、變速箱、液壓泵/馬達(dá)、液壓蓄能器、動臂油缸、扭矩耦合器、翻斗油缸。柴 油機(jī)是驅(qū)動系統(tǒng)的動力源，柴油機(jī)輸出的功率一部分通過液力變矩器和變速器驅(qū)動行駛機(jī) 構(gòu)，實現(xiàn)裝載機(jī)行駛；柴油機(jī)輸出的功率另一部分通過油泵驅(qū)動油缸，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向和裝載工 作。而液壓泵/馬達(dá)、液壓蓄能器等構(gòu)成液壓再生系統(tǒng)：裝載機(jī)制動時，提供再生制動轉(zhuǎn) 矩，系統(tǒng)吸收制動能，并存儲在蓄能器中；裝載機(jī)啟動時，蓄能器釋放液壓能，實現(xiàn)能量回 收；裝載機(jī)鏟掘時，提供提供輔助牽引功率，避免發(fā)動機(jī)掉轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使其工作于最佳燃油經(jīng) 濟(jì)區(qū)。
[0003] -般的能量回收再生裝置只有一個蓄能器，從而導(dǎo)致這種類型的裝載機(jī)僅能適應(yīng) 一種類型的制動能量工況。目前，也存在采用兩個蓄能器結(jié)合電磁閥、溢流閥構(gòu)建能量回收 再生裝置。雖然解決了不同制動工況不要不同容積的蓄能器的問題，但是在車輛啟動、制 動的平穩(wěn)性以及柔順性方面的性能較差，主要原因在于控制閥是開關(guān)閥，只有開和關(guān)兩種 狀態(tài)，當(dāng)控制閥打開或關(guān)閉時，泵馬達(dá)的扭矩有一個明顯的沖擊，影響車輛的平穩(wěn)性和柔順 性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置 及控制方法，有效地消除前述這種泵、馬達(dá)上的扭矩沖擊，使裝載機(jī)在行駛以及制動過程中 更加平穩(wěn)、柔順，車輛操控性能夠得到提高，同時，減少故障點減少，降低裝置成本。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置，包括控制器，信號監(jiān)測模塊，液壓輔助驅(qū) 動模塊，制動模塊，控制器通過通訊電纜與信號監(jiān)測模塊、液壓輔助驅(qū)動模塊、制動模塊以 及裝載機(jī)其它模塊連接，用于接收來自信號監(jiān)測模塊采集的狀態(tài)信號，結(jié)合控制器內(nèi)部程 序處理所采集到的狀態(tài)信號并產(chǎn)生控制指令，通過控制指令使液壓輔助驅(qū)動模塊、制動模 塊、行走系統(tǒng)以及其它模塊執(zhí)行相應(yīng)動作；液壓輔助驅(qū)動模塊為裝載機(jī)行走制動能量回收 輔助驅(qū)動裝置的核心組成部分，液壓輔助驅(qū)動模塊通過離合器與裝載機(jī)行駛機(jī)構(gòu)連接。
[0006] 液壓輔助驅(qū)動模塊包括泵/馬達(dá)、三通流量閥、小型蓄能器、大型蓄能器、溢流閥 2-1，溢流閥2-2,其中，泵/馬達(dá)通過離合器與裝載車的行駛機(jī)構(gòu)連接，泵/馬達(dá)帶有泵/ 馬達(dá)電磁鐵用于控制泵/馬達(dá)的工作方式，泵/馬達(dá)入口安裝有油箱，出口安裝有三通流量 閥；其中，三通流量閥有兩個壓力油出口，一個出口連接有小型蓄能器和溢流閥2-1，小型 蓄能器與溢流閥2-1并聯(lián)連接；另外一個出口連接有大型蓄能器和溢流閥2-2,大型蓄能器 與溢流閥2-2并聯(lián)連接，并且三通流量閥工作狀態(tài)由電磁鐵A、電磁鐵B控制。
[0007] 制動模塊產(chǎn)生的制動信號通過通訊電纜發(fā)送至控制器。
[0008] 信號監(jiān)測模塊包括油門踏板角度傳感器、制動踏板角度傳感器、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感 器、蓄能器壓力傳感器，其中，油門踏板角度傳感器用于監(jiān)測油門踏板角度；制動踏板角度 傳感器用于監(jiān)測制動踏板的角度；發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器用于監(jiān)測發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，蓄能器壓力 傳感器用于蓄能器的壓力。
[0009] 進(jìn)一步地，溢流閥與蓄能器并聯(lián)連接，且溢流閥中安裝有壓力傳感器用于向控制 器傳送壓力反饋信號。
[0010] 裝載機(jī)制動時，控制器接收到制動腳踏板角度信號，控制器控制離合器斷開，同 時，控制器發(fā)送泵/馬達(dá)控制指令，液壓泵/馬達(dá)工作于"泵"工況，向制動模塊提供再生制 動轉(zhuǎn)矩，控制制動過程中，裝載車的平穩(wěn)性，同時吸收制動能，并存儲于蓄能器中，制動模式 有兩種： a、 小型蓄能器工作，適應(yīng)小的制動能量工況，同時吸收制動能并存儲于小型蓄能器； b、 大型蓄能器工作，適應(yīng)中等制動能量工況，同時吸收制動能并存儲在大型蓄能器 中； 當(dāng)裝載機(jī)啟動時，液壓泵/馬達(dá)則工作于"馬達(dá)"工況，釋放液壓能為裝載機(jī)提供輔助 功率，實現(xiàn)余能的再次利用。
[0011] 當(dāng)裝載機(jī)鏟掘時，液壓泵/馬達(dá)工作于"馬達(dá)"工況，提供輔助牽引功率，避免發(fā)動 機(jī)掉轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使其工作于最佳燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)。
[0012] 本發(fā)明同時提供一種裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置控制方法，包括泵馬 達(dá)控制步驟、三通流量閥控制步驟： 泵馬達(dá)控制步驟： 裝載機(jī)啟動時，控制器接收到來自裝載機(jī)動力單元發(fā)出的啟動信號，控制器通過處理、 運算產(chǎn)生離合器控制電流、泵/馬達(dá)控制電流、電磁鐵控制電流，離合器閉合，泵/馬達(dá)工作 在"馬達(dá)"工況，電磁鐵A或電磁鐵B得電，小型蓄能器或大型蓄能器與馬達(dá)連通，并釋放液 壓能，液壓能使液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動，通過離合器，為行駛機(jī)構(gòu)提供輔助功率，為裝載機(jī)行走提供 輔助動力； 裝載機(jī)制動時，控制器接收到來自裝載機(jī)制動模塊發(fā)出的制動信號，控制器通過處理、 運算產(chǎn)生離合器控制電流、泵馬達(dá)控制電流、電磁鐵控制電流，離合器斷開，泵/馬達(dá)工作 在"泵"工況，"泵"一方面產(chǎn)生的液壓能用于裝載機(jī)制動；另外一方面，電磁鐵A或電磁鐵B 得電，三通流量閥動作，小型蓄能器或大型蓄能器與泵連通，將多余的液壓能存儲在小型蓄 能器或大型蓄能器中； 裝載機(jī)鏟掘時，控制器接收到來自裝載機(jī)傳動系統(tǒng)發(fā)出的信號，控制器通過處理、運算 產(chǎn)生離合器控制電流、泵/馬達(dá)控制電流、電磁鐵控制電流，離合器閉合，泵/馬達(dá)工作在 "馬達(dá)"工況，通過離合器提供輔助牽引功率，避免發(fā)動機(jī)掉轉(zhuǎn)現(xiàn)象，使發(fā)動機(jī)工作于最佳燃 油經(jīng)濟(jì)區(qū)。
[0013] 三通流量閥控制步驟： 控制器通過采集到油門踏板角度、制動踏板角度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、蓄能器壓力信號，按照 控制算法，計算出泵馬達(dá)控制電流、電磁鐵A、電磁鐵B控制電流值： a.如果泵/馬達(dá)控制電流大于設(shè)定值，離合器斷開，泵/馬達(dá)工作在"泵"工況； 同時，電磁鐵A控制電流大于設(shè)定值巧，電磁鐵A得電，三通流量閥動作，小型蓄能器與 泵/馬達(dá)連通，儲存液壓能，否則，電磁鐵不得電，三通流量閥不動作；或，電磁鐵B控制電流 大于設(shè)定值％，電磁鐵B得電，三通流量閥動作，大型蓄能器與泵連通，儲存液壓能，否則， 電磁鐵不得電，三通流量閥不動作。
[0014] b.如果泵/馬達(dá)控制電流小于設(shè)定值％，離合器閉合，泵/馬達(dá)工作在"馬達(dá)"工 況； 同時，電磁鐵A控制電流大于設(shè)定值q，電磁鐵A得電，三通流量閥動作，蓄能器與泵 /馬達(dá)連通，釋放液壓能，否則，電磁鐵不得電，三通流量閥不動作；或，電磁鐵B控制電流大 于設(shè)定值％，電磁鐵B得電，三通流量閥動作，大型蓄能器與泵/馬達(dá)連通，儲存液壓能，否 貝1J，電磁鐵不得電，三通流量閥不動作； c.在步驟a、步驟b中，電磁鐵A得電，三通流量閥動作，小型蓄能器與泵/馬達(dá)連通的 情況下，控制器判斷溢流閥的壓力反饋信號，如果溢流閥因壓力過大打開，電磁鐵B得電， 電磁鐵A失電，大型蓄能器與泵馬達(dá)連通，否則，保持原狀態(tài)不變。
[0015] 本方案所述的系統(tǒng)是在裝載機(jī)原車系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加的一個系統(tǒng)，原系統(tǒng)與新 增系統(tǒng)之間通過離合器連接或斷開.當(dāng)裝載機(jī)制動時，控制器首先控制離合器閉合，連 接傳統(tǒng)系統(tǒng)與新增系統(tǒng).此時，車輛慣性通過離合器（閉合狀態(tài)）帶動液壓泵馬達(dá)工作， 此時液壓泵馬達(dá)處于泵工況，新增系統(tǒng)按照前述過程進(jìn)行工作；控制器會在車速降低到 某一個速度時斷開離合器，離合器斷開后，泵馬達(dá)不再工作，與蓄能器連接的電磁閥也對 應(yīng)斷開.當(dāng)車輛再次啟動時，控制器再次控制離合器閉合，此時，蓄能器中的液壓油通 過電磁閥（打開狀態(tài)）驅(qū)動泵馬達(dá)，此時泵馬達(dá)處于馬達(dá)工況，泵馬達(dá)通過離合器（閉合 狀態(tài)）驅(qū)動車輪進(jìn)行行走驅(qū)動.當(dāng)車速到某一速度時控制器再斷開離合器.也就是說， 只要新增系統(tǒng)是工作的，那么離合器一定處于閉合狀態(tài).只有當(dāng)離合器處于分離狀態(tài)時， 新增系統(tǒng)與原系統(tǒng)斷開而不工作.在離合器閉合時，新增系統(tǒng)工作時的能量流動鏈條是： 制動工況的能量流： 車輛慣性一車輪一元件(行駛機(jī)構(gòu)）一離合器一泵馬達(dá)一電磁閥一大小蓄能器 驅(qū)動工況的能量流： 大小蓄能器一電磁閥一泵馬達(dá)一尚合器一兀件(行駛機(jī)構(gòu)）一車輪一車輛加速。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：通過三通流量閥的流量可以比例控制，相比于現(xiàn)有方案的 開關(guān)控制方式，比例控制的流量可以消除泵馬達(dá)上扭矩的突變，從而使得車輛在行駛和制 動過程中更加平穩(wěn)、更加柔順，車輛具有更好的操控性能。
[0017] 三通流量閥集成度更高，將傳統(tǒng)的多個開關(guān)閥集成為一個三通流量閥，減少了故 障點，降低了成本。
[0018]
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明裝載車行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明蓄能器連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明控制流程圖； 圖1中標(biāo)記為：1.小型蓄能器；2.溢流閥2-1 ;3.大型蓄能器；4.溢流閥2-2 ;5.控制 器；6.制動模塊；7.動力單元；8.傳動系統(tǒng)；9.行駛機(jī)構(gòu)；10.離合器；11.泵/馬達(dá)；12.三 通流量閥。
【具體實施方式】
[0020] 以下結(jié)合附圖和【具體實施方式】，對本發(fā)明作詳細(xì)描述。
[0021] 如圖1所示，一種裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置，包括控制器5,信號監(jiān) 測模塊，液壓輔助驅(qū)動模塊，制動模塊6,控制器5通過通訊電纜與信號監(jiān)測模塊、液壓輔助 驅(qū)動模塊、制動模塊6以及裝載機(jī)其它模塊連接，用于接收來自信號監(jiān)測模塊采集的狀態(tài) 信號，結(jié)合控制器5內(nèi)部程序處理所采集到的狀態(tài)信號并產(chǎn)生控制指令，通過控制指令使 液壓輔助驅(qū)動模塊、制動模塊6、行駛機(jī)構(gòu)9以及其它模塊執(zhí)行相應(yīng)動作；液壓驅(qū)動模塊為 裝載機(jī)行走制動能量回收輔助驅(qū)動裝置的核心組成部分，液壓驅(qū)動模塊通過離合器10與 裝載機(jī)行駛機(jī)構(gòu)9連接。
[0022] 液壓輔助驅(qū)動模塊包括泵/馬達(dá)11、三通流量閥12、小蓄能器1、大蓄能器3、溢流 閥2-1、溢流閥2-2,其中，泵/馬達(dá)11通過離合器10與裝載機(jī)的行駛機(jī)構(gòu)9連接，泵/馬 達(dá)11帶有泵馬達(dá)電磁鐵用于控制泵馬達(dá)的工作方式，泵/馬達(dá)11入口安裝有油箱，出口安 裝有三通流量閥12 ;其中，三通流量閥12有兩個壓力油出