專利名稱：液壓能量回收系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于回收能量的液壓回路，該回路包括至少一個(gè)液壓 馬達(dá)；兩個(gè)主管道，其用于將液體供給到所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)或?qū)⒁后w從 所述至少一個(gè)馬達(dá)中排出；低壓液體源；以及高壓蓄能器(accumulator)， 其形成高壓液體源；該回路適合于在能量回收模式及能量傳遞模式下運(yùn)行； 在能量回收模式下，供給主管道連接到低壓液體源，并且排出主管道連接到 高壓蓄能器；在能量傳遞模式下，供給主管道連接到高壓蓄能器，并且排出 主管道連接到低壓液體源。
背景技術(shù)：
公知地，這種回路能夠安裝到車輛上以限制能量消耗。這種車輛為"混 合動(dòng)力"車輛，每一個(gè)這樣的車輛都具有傳統(tǒng)的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)(propulsion
engine)(例如內(nèi)燃機(jī)類型的發(fā)動(dòng)機(jī))以及上述類型的回路，在該回路中可 以將(多個(gè))液壓馬達(dá)機(jī)械地連接到所述推進(jìn)裝置，例如連接到所述推進(jìn)裝 置的驅(qū)動(dòng)出口，或更確切地，連接到車輪。所述車輛在行駛速度(cruising speed)下由其常規(guī)的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)來正常地驅(qū)動(dòng)。能量回收發(fā)生在制動(dòng)過程中， 在能量回收過程中，液壓馬達(dá)由正被制動(dòng)的車輛的推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)，以使所述液 壓馬達(dá)類似于泵地運(yùn)行，并將液體供給到高壓蓄能器。特別地，能量傳遞發(fā) 生在加速階段，在能量傳遞過程中，車輛加速并再次致動(dòng)液壓馬達(dá)，且液壓 馬達(dá)被供給有來自該蓄能器的高壓液體，以便傳遞用于輔助推進(jìn)車輛的驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)矩。
公知地，這種"混合動(dòng)力"系統(tǒng)有利于減少燃料消耗。
傳統(tǒng)地，使用低壓蓄能器作為低壓液體源。然而，這種低壓蓄能器的形
狀和尺寸可能導(dǎo)致裝置不緊湊。
可選擇增壓泵作為低壓液體源，將增壓泵的供給端連接到大氣壓下的儲(chǔ)
液器，該儲(chǔ)液器的形狀限制相對(duì)較小，從而更易于結(jié)合到車輛上。增壓泵的尺寸被定制為可在能量回收期間、在流速為最大值時(shí)對(duì)(多個(gè))液壓馬達(dá)的
缸體進(jìn)行最優(yōu)增壓。這種泵通常具有固定的額定值(rating)，即，這種泵與 具有固定設(shè)定點(diǎn)(setpoint)的壓力限制器結(jié)合在一起，該壓力限制器將傳遞 的壓力限制為單一的預(yù)定值。
在能量回收階段利用(多個(gè))液壓馬達(dá)獲得靜壓制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并且在能量 傳遞階段由所述(多個(gè))液壓馬達(dá)傳遞的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于馬達(dá)的立體容積與高 壓蓄能器的高壓和增壓泵的低壓的壓力差的乘積。所述高壓由該蓄能器確 定，其隨著蓄能器的填充高度的變化而變化，同時(shí)，如上所述，所述低壓由 泵的固定的額定值設(shè)定。另外，如果馬達(dá)的立體容積是固定的，則不能夠調(diào) 節(jié)靜壓制動(dòng)轉(zhuǎn)矩或驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩以滿足實(shí)際需要。
為了在能量回收階段避免過于突然的制動(dòng)，或避免在能量傳遞階段的驅(qū) 動(dòng)助動(dòng)過于突然，(多個(gè))液壓馬達(dá)傾向于成為超尺寸的，從而使輸出的轉(zhuǎn) 矩相對(duì)受限。
因此，在能量回收階段存儲(chǔ)液體的可能性及在能量傳遞階段傳遞驅(qū)動(dòng)助 力的可能性相對(duì)受限，這無疑會(huì)對(duì)回路的效率造成不利影響，從而影響回路 的整體性能。換言之，并未使燃料消耗量的減少得到最優(yōu)化。
當(dāng)然，當(dāng)使用低壓蓄能器作為低壓液體源時(shí)，由于此時(shí)低壓是由低壓蓄 能器來確定的，不可能進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以也會(huì)遇到上述的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除上述缺點(diǎn)，或至少顯著地減弱上述缺點(diǎn)。
這一目的通過這樣的方案來實(shí)現(xiàn)所述低壓液體源包括高流速增壓泵， 該泵適合于在能量回收模式下當(dāng)至少一個(gè)液壓馬達(dá)處于最大速度時(shí)，以足以
將液體供給到所述液壓馬達(dá)中的液體流速從無壓儲(chǔ)液器傳送液體；所述低壓
液體源還包括可調(diào)節(jié)的壓力限制器，該壓力限制器適合于被控制為使得所述 低壓液體源的液體的壓力發(fā)生變化。
可理解的是，通過利用該可調(diào)節(jié)的壓力限制器而使低壓液體源的液體的 低壓變化，即使馬達(dá)的立體容積固定，仍可以改變馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩，所述轉(zhuǎn)矩是 所述立體容積與高壓和低壓之間的壓力差的乘積。在該方案中，該壓力限制 器為可調(diào)節(jié)的漸進(jìn)式闊，該閥的位置可以根據(jù)所需的壓力的變化而被精確地調(diào)節(jié)。因此，不管所使用的液壓馬達(dá)是何種類型，在能量回收階段和能量傳 遞階段，該可調(diào)節(jié)的壓力限制器都可以將低壓設(shè)定到調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩并避免氣 穴現(xiàn)象所必需的水平。
例如，在能量回收階段，可以選擇將低壓液體源的出口壓力設(shè)定到用以 將液體供給到(多個(gè))液壓馬達(dá)(馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由常規(guī)的車輛推進(jìn)力決定)而 無氣穴現(xiàn)象的必要水平，從而使(多個(gè))馬達(dá)能夠泵送最大的液體量以便優(yōu) 化高壓蓄能器的再填充。在能量傳遞階段，可以選擇將低壓設(shè)定到最低水平， 以便獲得較高的助動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
有利地，該回路還包括用于使高流速增壓泵致動(dòng)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置，所 述裝置優(yōu)選為與防止液體朝向所述泵回流的單向閥結(jié)合。
這樣可以僅當(dāng)泵可用于回收能量時(shí)消耗驅(qū)動(dòng)所述泵所需要的能量，其他 時(shí)候則使所述泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
有利地，該回路還包括用于探測(cè)表明該回路狀態(tài)的至少一個(gè)指示參數(shù)
(indicator parameter)、并用于將可調(diào)節(jié)的壓力限制器控制為所述至少一個(gè) 參數(shù)的函數(shù)的裝置。例如，所述指示參數(shù)包括該高壓蓄能器的填充水平。
這些特征可以更精確地調(diào)節(jié)低壓，從而將制動(dòng)轉(zhuǎn)矩或輔助驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié) 為與由上述參數(shù)表明的實(shí)際需求相匹配。
例如，在能量回收模式下，該回路的高壓(該壓力為填充高壓蓄能器所 需的壓力)隨著該蓄能器的填充水平的升高而增大。從而在不調(diào)節(jié)低壓的情 況下，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與該蓄能器的填充水平一起增大。這并非總是理想的狀況， 特別是由于這種增大可能發(fā)生在車輛制動(dòng)階段的末尾，盡管車速已極大地降 低，還是要滿足恒定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的需要。
相反地，借助上述特征可以在高壓蓄能器的壓力增大的同時(shí)增大低壓液 體源的出口壓力，以便穩(wěn)定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
有利地，該回路還包括用于將該可調(diào)節(jié)的壓力限制器控制為運(yùn)行所述至
少一個(gè)液壓馬達(dá)的運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)的函數(shù)的裝置。例如，所述運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)與所述
至少一個(gè)馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
這樣尤其可以使(多個(gè))馬達(dá)在能量回收模式下運(yùn)行，從而再填充高壓
蓄能器，而所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻比較低，并且，對(duì)稱地，可以設(shè)定輔助驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn) 矩以避免推進(jìn)中的搖晃(jolting)，即使當(dāng)對(duì)轉(zhuǎn)矩的需求不是很高時(shí)也可以使(多個(gè))馬達(dá)在能量傳遞模式下運(yùn)行。因此能夠增大使用液壓助動(dòng)的機(jī)會(huì)，從而進(jìn)一步減小常規(guī)推進(jìn)驅(qū)動(dòng)的燃料消耗。


通過閱讀借助非限制性實(shí)例說明的實(shí)施例的下述詳細(xì)描述，能夠更充分地理解本發(fā)明，并且能夠更清楚地顯現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。該描述參照了如下的附圖
圖1A示出了處于待命結(jié)構(gòu)中的本發(fā)明的液壓回路的第一實(shí)施例；圖1B示出了相同的回路，該回路處于待命結(jié)構(gòu)與能量回收模式或能量傳遞模式之間的中間階段；
圖1C示出了處于能量傳遞模式下的該回路；
圖1D示出了處于能量回收階段末尾、但處于能量傳遞階段之前的該回
路；
圖1E示出了能量傳遞階段期間的該回路；圖2A示出了處于待命結(jié)構(gòu)中的回路的第二實(shí)施例；
圖2B、圖2C和圖2D示出了處于分別對(duì)應(yīng)圖1B、圖1C和圖1E中所示狀態(tài)的狀態(tài)中的回路；
圖3A、圖3B和圖3C示出了在能量傳遞期間的壓力、轉(zhuǎn)矩和速度的變化；以及
圖4A、圖4B、圖4C是就能量回收而言與圖3A、圖3B和圖3C類似的圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1A至圖1E中示出的回路包括液壓馬達(dá)10，該液壓馬達(dá)10具有兩個(gè)主管道12和14，用于將液體供給到所述馬達(dá)或?qū)⒁后w從所述馬達(dá)排出。該回路還包括由高流速增壓泵形成的低壓液體源16，該泵將液體從無壓儲(chǔ)液器R (處于大氣壓下的儲(chǔ)液器)泵送出來。所述泵選擇為在能量回收結(jié)構(gòu)中當(dāng)所述馬達(dá)處于最高速度時(shí)，適合于以足以將液體供給到所述液壓馬達(dá)中的速度來傳送液體。當(dāng)回路中具有多個(gè)馬達(dá)時(shí)，優(yōu)選使用相同的高流速增壓泵，其中所述增壓泵的尺寸定制為，當(dāng)所述馬達(dá)處于最高速度時(shí)，以足以將液體
7供給到不同馬達(dá)而不產(chǎn)生氣穴的速度來傳遞液體。
泵16由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該發(fā)動(dòng)機(jī)可以為車輛的常規(guī)推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)。該回路設(shè)置有用于使泵16致動(dòng)或停止的裝置。在本實(shí)例中，該回路配備有電磁離
合器18。
該回路還包括由蓄能器20形成的高壓液體源。
馬達(dá)10為可接合及可分離的類型。例如，馬達(dá)IO可以是具有徑向活塞和固定立體容積的液壓馬達(dá)。為了可以使馬達(dá)的活塞進(jìn)入分離位置，即將馬達(dá)的活塞朝馬達(dá)缸體的端壁回推，馬達(dá)殼體的內(nèi)部空間處于壓力下，而馬達(dá)的主管道連接到無壓室(enclosure)(儲(chǔ)液器)，即不具有額外的壓力或具有顯著低于馬達(dá)殼體壓力的室。為此，將連接到壓力源的管道22通入該殼體的內(nèi)部空間內(nèi)。在本實(shí)例中，所用的壓力源為如下所述的泵24，該泵24也是離合器液體源，馬達(dá)殼體的內(nèi)部空間經(jīng)由設(shè)置在管道22中的壓縮器26連接到所述離合器液體源。
該回路包括液壓閥30，該液壓閥30包括具有內(nèi)部孔34的閥本體32，滑塊36可滑動(dòng)地安裝在該內(nèi)部孔34中。
閥本體32具有連接到供給主管道12的供給端口 VA、連接到排出主管道14的排出端口 VE、連接到所述低壓液體源16的低壓連接端口 VB、連接到高壓蓄能器20的高壓連接端口 VH、以及連接到輔助管道的輔助端口 VX。液壓閥30還包括連接到第一控制端口 VC1的第一控制室38A和連接到第二控制端口 VC2的第二控制室38B。
在圖1A中，滑塊36示為處于空檔位置。該滑塊36由彈簧40連續(xù)推回到空檔位置中，以便當(dāng)控制室38A和38B中的液體壓力相等或基本相等時(shí)，該滑塊占據(jù)空檔位置。
因此，如圖1A、圖1B及圖1D中所示，當(dāng)該滑塊位于空檔位置時(shí)，該滑塊位于閥體32的中心位置。在圖1C中所示的能量回收結(jié)構(gòu)中，通過增大控制室38A的壓力，增大控制室38A的體積，使該滑塊移動(dòng)到第一端部位置(在本實(shí)例中為向右)。
相反地，在圖1E中所示的能量傳遞結(jié)構(gòu)中，通過向控制室38B供給液體，增大控制室38B的體積，使滑塊移動(dòng)到另一個(gè)端部位置(在本實(shí)施例中為向左)。電磁閥裝置使滑塊移動(dòng)，并使液壓馬達(dá)被接合/分離。
在本實(shí)例中，在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，所述電磁閥裝置包括第一先導(dǎo)
型電磁閥44，該第一先導(dǎo)型電磁閥44具有第一端口44A，連接到第一控制端口VC1;第二端口44B，連接到泵24;以及第三端口44C，連接到儲(chǔ)液器R。當(dāng)該第一先導(dǎo)型電磁閥44位于如圖1A中所示的靜止位置時(shí)，其端口44A和44C互聯(lián)，以使第一控制室38A連接到儲(chǔ)液器R，而端口 44B被隔離(isolated)。
當(dāng)接收到由電子控制單元ECU發(fā)送到線路L44中的第一控制信號(hào)時(shí)，電磁閥44進(jìn)入致動(dòng)位置，在該位置，端口 44B和44A互聯(lián)而端口 44C被隔離，以將來自泵24的加壓液體供給到控制室38A。由此，滑塊移動(dòng)到第一端部位置，如圖1C中所示。
所述電磁閥裝置還包括第二先導(dǎo)型電磁閥46，該第二先導(dǎo)型電磁閥46具有第一端口46A，其連接到第二控制端口 VC2;第二端口46B，其連接到泵24;以及第三端口46C，其連接到儲(chǔ)液器R。
當(dāng)電磁閥46位于如圖1A中所示的靜止位置時(shí)，所述端口 46A和46C互聯(lián)，以使第二控制室38B連接到儲(chǔ)液器R。當(dāng)接收到由電子控制單元ECU發(fā)送到控制線路L46中的第二控制信號(hào)時(shí)，電磁閥46占據(jù)致動(dòng)位置，在該致動(dòng)位置，端口46A和46B互聯(lián)，以便能夠通過泵24將液體供給到控制室38B。由此，滑塊進(jìn)入第二端部位置，如圖1E中所示。
該回路還包括分離電磁閥48，該電磁閥48具有第一端口48A，其連接到閥30的輔助端口 VX;第二端口 48B，其連接到泵24;以及第三端口48C，其連接到儲(chǔ)液器R。當(dāng)閥48處于分離位置時(shí)(在本實(shí)例中該位置就是閥48的靜止位置)，端口48A和48C互聯(lián)，同時(shí)與端口48B隔離，以使閥38的輔助端口 VX連接到儲(chǔ)液器。當(dāng)電磁閥48處于接合位置(在本實(shí)例中該接合位置就是電磁閥48的致動(dòng)位置，該電磁閥48通過由電子控制單元ECU發(fā)送到控制線路L48中的控制信號(hào)而進(jìn)入致動(dòng)位置)時(shí)，該電磁閥的端口 48A和48B互聯(lián)，以使閥30的輔助端口 VX連接到泵24。
有利地，為了減少馬達(dá)接合時(shí)間，在泵24與所述閥的端口 44B、 46B和48B之間的連接線路的支路上設(shè)置了低容量(并由此緊湊)的蓄能器50。
能夠理解的是，在所示的回路中，泵24既用于使滑塊36移動(dòng)，也用于由此使馬達(dá)10被接合/分離。
蓄能器20內(nèi)的任何過壓都能夠被調(diào)劑到儲(chǔ)液器R內(nèi)，所述蓄能器經(jīng)由壓力限制器21連接到該儲(chǔ)液器R。
如上所述，高流速泵16配備有電磁離合器18，該電磁離合器18可以僅在必要時(shí)，尤其是在能量回收階段中致動(dòng)該泵。離合器18由電子控制單元ECU發(fā)送到控制線路L18中的控制信號(hào)來控制。因此，泵在不需要時(shí)不運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣可以節(jié)約能量。
該回路包括可調(diào)節(jié)的壓力限制器52，用于改變低壓連接端口 VB中的壓力。在本實(shí)例中，所述壓力限制器52設(shè)置在泵16的輸出孔(delivery orifice)和儲(chǔ)液器R之間的連線上。在本實(shí)例中，該可調(diào)節(jié)的壓力限制器是電控的，該限制器52為電磁閥類型，并經(jīng)由控制線路L52連接到該控制單元ECU。
在能量回收階段，低壓連接端口 VB用于將液體供給到馬達(dá)IO，因此期望將泵16的出口處的壓力調(diào)節(jié)到必要的水平，以便將液體供給(多個(gè))液壓馬達(dá)而無氣穴現(xiàn)象。相反，在能量傳遞階段，連接到馬達(dá)排出管的連接端口 VB必需向無壓儲(chǔ)液器排出液體，因此，優(yōu)選地將壓力限制器52調(diào)節(jié)到最小壓力水平，或甚至調(diào)節(jié)到零壓力。優(yōu)選地，在所述能量傳遞階段，泵16停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并且止回閥58防止由馬達(dá)10傳送的液體朝向泵16返回，以使低壓的調(diào)節(jié)由限制器58來執(zhí)行。
馬達(dá)10的殼體的內(nèi)部空間連接到低容量的輔助蓄能器54，該輔助蓄能器可以待命地維持足以在任何需要的時(shí)候快速分離馬達(dá)10的液體壓力。這種連接是經(jīng)由馬達(dá)的泄漏回流管道來實(shí)現(xiàn)的，壓力限制器56設(shè)置在該管道上，位于蓄能器54與所述管道15的連接點(diǎn)的下游。
可以看到，壓力限制器43以傳統(tǒng)方式連接到泵24的出口。這樣可以限定接合和導(dǎo)向壓力(clutch and pilot pressure)。
所述回路的運(yùn)轉(zhuǎn)過程如下
如圖1A中所示，當(dāng)所述回路處于待命結(jié)構(gòu)時(shí)，閥30的滑塊36處于空檔位置沒有控制信號(hào)發(fā)送到分別處于靜止位置的閥44和46，以使控制室38A和38B未處于壓力下，從而通過彈簧40的回復(fù)作用到達(dá)空檔位置。
供給端口 VA、排出端口 VE和輔助端口 VX經(jīng)由凹槽37A、37B和37C，并經(jīng)由滑塊中的軸向孔37D彼此連通?；瑝K的第四凹槽37E與前述各凹槽隔VB與其他端口隔離。
電子控制單元ECU通過信息I獲悉車輛的運(yùn)行狀況，尤其是車輛的減速
或加速的狀況，以及由此引起的需要能量回收或需要能量傳遞的狀況。當(dāng)該
信息顯示適用于使能量能夠回收的減速時(shí)，電子控制單元ECU將接合信號(hào) 發(fā)送到線路L48中，從而使電磁閥48進(jìn)入致動(dòng)位置，由此可以將液體供給 到輔助端口 VX。馬達(dá)的供給主管道12和排出主管道14此時(shí)處于相同的壓 力下(以使馬達(dá)不再產(chǎn)生任何大的扭矩)，但是由泵24傳遞以及可能由蓄 能器50傳遞的壓力大大高于馬達(dá)殼體中的主要壓力，從而將馬達(dá)的活塞推 回而抵靠在其凸輪上。由此，馬達(dá)被接合。
圖1B示出了馬達(dá)接合過程中的狀態(tài)?？梢钥闯?，滑塊保持在空檔位置， 端口 VA、 VE和VX之間仍然互聯(lián)或端口 VB仍然隔離，但是電磁閥48處 于接合位置。
為了使能量回收階段可以通過像泵一樣運(yùn)轉(zhuǎn)的馬達(dá)10的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)蓄 能器20的供給，泵16需要通過其離合器18致動(dòng)，尤其是通過電子控制單 元ECU發(fā)送到線路L18中的接合控制信號(hào)來致動(dòng)。
在馬達(dá)被接合以及泵被致動(dòng)時(shí)，電子控制裝置ECU將第一控制信號(hào)發(fā) 送到線路L44中，用于使電磁閥44進(jìn)入致動(dòng)位置，從而通過將液體供給到 控制室38A而使滑塊移動(dòng)到其第一端部位置。
下面是圖1C中所示的情況?？梢钥闯?，閥30的端口 VA和VB此時(shí)經(jīng) 由滑塊36的凹槽37E互聯(lián)，同時(shí)與其他端口隔離。端口VE經(jīng)由滑塊的凹 槽37'B、中心孔37D以及凹槽37A連接到端口 VH。端口VX與其他端口隔 離。
可調(diào)節(jié)的壓力限制器52此時(shí)設(shè)置到其期望的水平，其調(diào)節(jié)將在下文對(duì) 圖4A的說明中詳述。例如，該水平為通過由電子控制單元ECU發(fā)送到線路 L52中的、用于控制壓力限制器52的控制信號(hào)所獲得的水平。在這種情況下， 通過將馬達(dá)10機(jī)械地連接到車輛的推進(jìn)器上來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)10旋轉(zhuǎn)，并且，通 過將來自泵16的液體供給到高壓蓄能器20而使馬達(dá)10像泵一樣運(yùn)轉(zhuǎn)。由 于壓力傳感器N探測(cè)到蓄能器20內(nèi)的壓力水平(即該蓄能器的填充水平)， 并且該信息經(jīng)由線路LN傳遞至電子控制單元ECU，所以ECU獲悉了這些 再填充需求。在能量回收階段，電子控制單元ECU可被參數(shù)化以確保蓄能器20的高 壓與由泵16傳遞的低壓之間的壓力差保持恒定，從而獲得恒定的靜壓制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩，或者，尤其是通過傳遞朝向減速階段的末尾減小的靜壓制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使
得電子控制單元ECU可以確保所述壓力差的變化遵從確定的變化關(guān)系，即
隨著實(shí)際靜壓制動(dòng)轉(zhuǎn)矩需求的變化而變化。
該能量回收階段可以在整個(gè)減速過程中持續(xù)，或者如果傳感器N探測(cè)到 了蓄能器20已經(jīng)填充到了最高水平，則能量回收階段可在減速結(jié)束之前終 止。其他類型的信息也可表明能量回收階段的結(jié)束，例如壓力限制器21的 打開。
一旦能量回收階段終結(jié)，就停止線路L44中的控制信號(hào)，以使電磁閥44 返回到靜止位置，從而使第一控制室38A連接到儲(chǔ)液器R?；瑝K36此時(shí)返 回到空檔位置，由此實(shí)現(xiàn)圖1D中所示的結(jié)構(gòu)。除蓄能器20中的液位增高以 外，該結(jié)構(gòu)與圖1B中所示的結(jié)構(gòu)類似。
圖1D的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于平衡階段，在所述平衡階段中，馬達(dá)的主管道12和 14彼此連通。電磁閥48在所述平衡階段的第一時(shí)期可以保持在接合位置， 以保持馬達(dá)接合，從而使馬達(dá)可以在需要時(shí)非常迅速地進(jìn)入能量傳遞階段， 或者如果制動(dòng)重新開始則重新開始能量回收階段。為了使馬達(dá)分離，停止接 合信號(hào)就夠了，由此使電磁閥48能夠轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)分離的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中， 輔助端口 VX連接到儲(chǔ)液器R。
當(dāng)馬達(dá)被接合以便轉(zhuǎn)換到能量傳遞階段時(shí)，將第二控制信號(hào)發(fā)送到線路 L46中就足以轉(zhuǎn)換到能量傳遞階段。該回路此時(shí)處于圖1E中所示的結(jié)構(gòu)， 在該結(jié)構(gòu)中可以看到，電磁閥46處于致動(dòng)位置，以便可以將液體供給到控 制室38B中，由此使滑塊36移動(dòng)到第二端部位置。
當(dāng)滑塊處于該位置時(shí)，閥30的供給端口 VA和高壓端口 VH經(jīng)由滑塊 36的凹槽37A、孔37D以及凹槽37C互聯(lián)，同時(shí)與其他端口隔離。排出端 口 VE和低壓端口 VB經(jīng)由滑塊的凹槽37E互聯(lián)，同時(shí)與其他凹槽隔離，并 且輔助端口VX與其他凹槽隔離。在該能量傳遞階段，被供給有來自蓄能器 20的高壓的馬達(dá)10參與車輛的驅(qū)動(dòng)傳遞。這樣尤其可以在推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)己經(jīng) 關(guān)閉之后再次打開時(shí)或在低速加速時(shí)節(jié)省能量。例如當(dāng)傳遞到電子控制單元 ECU的信息I表明車輛己經(jīng)到達(dá)足夠的速度時(shí)或當(dāng)加速停止時(shí)，能量傳遞階
12段的結(jié)束由電子控制單元ECU來確定。同樣，當(dāng)蓄能器20不再具有足夠的
液體壓力時(shí)，尤其是當(dāng)傳感器N表明所述蓄能器處于低壓水平時(shí)，能量傳遞
階段也會(huì)停止。
為了傳遞最大的液壓輔助驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將壓力限制器52設(shè)定到最小壓力 或甚至為零壓力，例如當(dāng)線路L52中的信號(hào)終止時(shí)可以實(shí)現(xiàn)該設(shè)定。還應(yīng)注 意到，當(dāng)平衡階段開始時(shí)或至少所述平衡階段的第一時(shí)期結(jié)束時(shí)，有利地， 將壓力限制器52設(shè)置到最小壓力水平。為了在加速階段使低壓最小化，可 通過適當(dāng)?shù)目刂浦噶罨蛲ㄟ^在控制線路L18中不出現(xiàn)控制信號(hào)來使泵16停 止運(yùn)轉(zhuǎn)。該低壓此時(shí)僅由壓力限制器52來設(shè)定。
應(yīng)注意的是，電子控制單元ECU接收的信息I可以與裝備有該回路的車 輛的運(yùn)行狀況相關(guān)，這樣可以使電子控制單元ECU確定(多個(gè))液壓馬達(dá) 的運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)并可以相應(yīng)地控制壓力限制器52以便獲得期望的低壓。例如 當(dāng)致動(dòng)助動(dòng)時(shí)，可期望對(duì)液壓馬達(dá)漸進(jìn)地供能以避免搖晃。例如，確定設(shè)定 點(diǎn)時(shí)可以考慮期望的加速水平和車速，該加速水平是由加速器踏板被壓下的 幅度或加速器杠桿("操縱桿")被移動(dòng)的幅度來表示的。
運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)尤其與(多個(gè))液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)，因此可通過在能 量傳遞階段開始時(shí)使該輸出轉(zhuǎn)矩快速增大、在該階段的中間將該輸出轉(zhuǎn)矩保 持在固定水平、并在所述階段的末尾使該轉(zhuǎn)矩減小，來將該轉(zhuǎn)矩選擇為漸進(jìn) 方式。
為了伺服控制壓力限制器52，有效的低壓水平可通過傳感器N'來探測(cè)， 并經(jīng)由線路LN'傳遞至電子控制單元ECU。
以下是對(duì)圖2A至圖2D的描述，其中與圖1A到1E相關(guān)的、未變動(dòng)的 部件以相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示。
在閥130中，同一個(gè)端口 VX'既是輔助端口又是將液體供給到控制室 138B的第二控制端口 (也可以是供給到室138A的端口)。通過閥130的本 體132中的孔133，閥130的端口 VA通向閥130的孔134的兩個(gè)不同位置 VA1和VA2處，所述兩個(gè)位置VA1和VA2沿滑塊移動(dòng)的方向彼此分開。 所述滑塊具有三個(gè)橫向孔137A、 137B和137C，所述三個(gè)橫向孔經(jīng)由通向控 制室138B中的盲孔137D而連接在一起。該盲孔通向連接所述輔助端口的控 制室中(本實(shí)例中為控制室138B)。閥44和46的第一端口 44A和46A分別連接到控制室138A和138B其
中之一。
在圖2A中，滑塊處于空檔位置，而且可以看出端口 VA和VE彼此連 通，而且端口 VA和VE經(jīng)由滑塊中的孔137A到137D與端口 VX'連通。在 這種情況下，電磁閥46此時(shí)處于空檔位置，在該位置，電磁閥46將端口 VX'連接到儲(chǔ)液室R，馬達(dá)10的主管道12和14此時(shí)都連接到儲(chǔ)液室，從而 使馬達(dá)分離。
可以使馬達(dá)10接合的選擇信號(hào)包括由電子控制單元ECU分別發(fā)送到線 路L44和L46中的第一控制信號(hào)，該信號(hào)用于使兩個(gè)電磁閥44和46進(jìn)入致 動(dòng)位置。在這樣的情況下，控制室138A和138B都連接到泵24的出口，以 使這兩個(gè)控制室中的壓力相同，從而使滑塊保持在空檔位置，在該位置中， 滑塊由彈簧40連續(xù)推動(dòng)返回。但是，在這樣的情況下，只要也作為將液體 供給到控制室138B的控制端口的輔助端口 VX'連接到泵24的出口，則馬達(dá) 的管道12和14中的公共壓力(commonpressure)增加，由此可以接合馬達(dá)。 這就是圖2B中所示的情況。
為了從這種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到能量回收狀態(tài)，將第一控制信號(hào)繼續(xù)發(fā)送到控制 線路L44中，以將液體繼續(xù)供給到第一控制室138A，但是控制信號(hào)停止發(fā) 送到線路L46中，所以閥46返回到靜止位置，在此靜止位置閥46連接端口 VX'，從而將第二控制室138B連接到儲(chǔ)液器R。在這樣的情況下，導(dǎo)致滑塊 進(jìn)入第一端部位置(在本實(shí)例中為向左)。在這樣的情況下，供給端口 VA 經(jīng)由滑塊136的凹槽137E連接到低壓端口 VB，所述凹槽137E與端口 VA 的孔VA2和端口 VB對(duì)準(zhǔn)。端口 VA和VB與其他端口隔離。端口VE經(jīng)由 滑塊的凹槽137F連接到端口 VH。端口VX'與其他端口隔離。這就是圖2C 中所示的情況。
為了在該平衡階段開始時(shí)使馬達(dá)保持接合，電子控制單元ECU再次將 控制信號(hào)發(fā)送到線路L46中，由此致動(dòng)電磁閥46，從而使液體從泵24供給 到控制室138B中，由此使該控制室處于與控制室138A相同的壓力下。除了 蓄能器20中的液位增高了之外，該情況此時(shí)與圖2B中的情況相同。為了使 馬達(dá)分離，電子控制單元ECU停止將控制信號(hào)發(fā)送到線路L44和L46中， 所以閥44和46返回到空檔位置，由此回復(fù)到圖2A中的結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中，供給管道12和排出管道14連接到儲(chǔ)液器。
能量傳遞階段是通過使該回路處于圖2D中所示的結(jié)構(gòu)來執(zhí)行的，圖2D 中所示的結(jié)構(gòu)是通過僅將閥46設(shè)置在制動(dòng)位置，以經(jīng)由端口 VX'僅對(duì)控制室 138B供給液體，從而使滑塊移動(dòng)到第二端部位置(在該實(shí)例中為向右)來 實(shí)現(xiàn)的。
當(dāng)滑塊處于該位置時(shí)，端口 VA與端口 VH經(jīng)由滑塊的凹槽137F連通， 該凹槽與端口 VH對(duì)準(zhǔn)，并且與端口 VA的第一孔VA1對(duì)準(zhǔn)。該端口的第二 孔借助該滑塊封閉。端口 VE與端口 VB經(jīng)由凹槽137E連通，該凹槽137E 與這兩個(gè)端口對(duì)準(zhǔn)，而端口 VX'與其他端口隔離。
利用圖2A到2D的回路，因?yàn)槭褂秒姶砰y46使馬達(dá)接合或分離，所以 當(dāng)省略電磁閥48時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)與圖1A到1E的回路相同的結(jié)構(gòu)。
電子控制單元ECU適用于接收來自不同傳感器的信息。具體地，能夠 使電子控制單元ECU觸發(fā)能量回收階段和能量傳遞階段的信息I可以基于不 同傳感器的測(cè)量，特別是與車輛制動(dòng)或加速水平有關(guān)的測(cè)量，所述傳感器用 于感測(cè)由主推進(jìn)裝置傳遞的驅(qū)動(dòng)扭矩，在這些測(cè)量的基礎(chǔ)上，并且基于記錄 數(shù)據(jù)的計(jì)算和比較，電子控制單元ECU確定是否需要觸發(fā)這些階段以及所 期望的低壓水平，以相應(yīng)地調(diào)節(jié)壓力限制器52。如上所述，有利地，蓄能器 20的填充水平也要考慮到該確定過程中，以便尤其當(dāng)蓄能器被填充到最大值 時(shí)避免觸發(fā)能量回收階段。該電子控制單元ECU包括適于執(zhí)行其功能的任 何存儲(chǔ)區(qū)、和任何計(jì)算機(jī)或比較器裝置。該電子控制單元ECU與各傳感器 (電子控制單元ECU從各傳感器接收數(shù)據(jù))之間的連接以及所述電子控制 單元及其控制的各構(gòu)件之間的連接可以是有線連接或無線連接。
圖3A、圖3B和圖3C通過實(shí)例示出了在能量回收階段作為從蓄能器輸 出并供給到(多個(gè))液壓馬達(dá)的累積體積Vs的函數(shù)的壓力P、(多個(gè))液壓 馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)矩CM以及車速Vh的變化。
在圖3A中，曲線Ca和Cb分別示出作為體積Vs的函數(shù)的蓄能器20中 的高壓(供給壓力)的變化以及由壓力限制器52設(shè)定的低壓(排出壓力) 的變化。圖3B示出作為所述體積Vs的函數(shù)的(多個(gè))液壓馬達(dá)傳遞的驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)矩的變化，圖3C的曲線示出作為所述體積Vs的函數(shù)的車速的變化。所述 速度是由駕駛員指定的設(shè)定點(diǎn)(車輛的加速器踏板或杠桿移動(dòng)經(jīng)過的幅度)來設(shè)定的。上述曲線被相互調(diào)節(jié)為具有相同的橫坐標(biāo)值。
在所述能量回收階段將泵16分離，并通過控制壓力限制器52來設(shè)定低壓。
注意到在能量傳遞階段，當(dāng)蓄能器排出液體時(shí)并當(dāng)車速Vh增大時(shí)，蓄 能器內(nèi)的壓力(曲線Ca)減小。
在所論述的該實(shí)例的階段l中，在能量回收階段結(jié)束之后、能量傳遞階 段開始的瞬間，蓄能器20被充分地填充，并且其壓力處于最大值(Pmaxi)， 從而供給管道12 (連接到所述蓄能器的出口)內(nèi)的壓力處于所述最大值 Pmaxi。此時(shí)調(diào)節(jié)限制器52，以使排出管道14 (連接到低壓液體源)內(nèi)的壓 力也等于或略小于該最大值Pmaxi。從而在該時(shí)刻，液壓輔助驅(qū)動(dòng)力矩(見 前文，其等于兩個(gè)管道之間的壓力差與馬達(dá)的立體容積的乘積)為零或很低， 以便在液壓助動(dòng)開始時(shí)避免晃動(dòng)。
排出管道內(nèi)的壓力此時(shí)很快地下降，以便快速提高驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩CM，如圖 3B中所示，直至到達(dá)階段2為止，在該階段2達(dá)到了所要求的、與期望加 速度對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Cd。
其后，通過在降低排出壓力的同時(shí)一并降低蓄能器出口處的壓力來保持 該加速度水平，直至到達(dá)階段3為止，以便在階段2和階段3之間獲得基本 恒定的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
在階段3，排出管道的壓力到達(dá)最小臨界值并在該值處保持不變。然而， 由于該回路仍處于能量傳遞階段，因此液體繼續(xù)從蓄能器排出，所以所述蓄 能器出口處的供給壓力減小，從而使高壓和低壓之間的壓力差減小，導(dǎo)致液 壓輔助驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。
在階段4，蓄能器出口處的壓力到達(dá)其臨界值Pmini (該蓄能器內(nèi)的液體 體積到達(dá)較低水平)，并且液壓輔助驅(qū)動(dòng)力矩已充分下降，以使液壓助動(dòng)可 以停止而不產(chǎn)生任何晃動(dòng)。為此，可考慮在液壓助動(dòng)停止的時(shí)刻非常輕微地 增大低壓。
圖4A、圖4B和圖4C通過實(shí)例示出在能量回收階段、作為輸入蓄能器 20的液體的累積體積Ve的函數(shù)的相同量值(magnitude)的變化，此時(shí)馬達(dá) 的輸出轉(zhuǎn)矩CM成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
如圖4A中所示，蓄能器內(nèi)的壓力(曲線Ca)在階段1等于臨界值Pmini，階段1就是能量傳遞階段已經(jīng)完全排出該蓄能器中的液體使該蓄能器達(dá)到其 最小體積之后、能量回收開始的時(shí)刻。在該階段，將壓力限制器52調(diào)節(jié)為
使低壓液體源的出口處的壓力等于或稍微小于Pmini，以使液壓馬達(dá)的制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩為零或很低，從而避免制動(dòng)時(shí)的晃動(dòng)。
在能量回收階段開始時(shí)，由壓力限制器52設(shè)定的低壓快速下降，直至 階段2 (曲線Cb)時(shí)為止，以使制動(dòng)轉(zhuǎn)矩能夠快速提高。在階段2所達(dá)到的 低壓水平是考慮到此刻馬達(dá)的轉(zhuǎn)速時(shí)用以使馬達(dá)增壓而無氣穴現(xiàn)象的必要 水平，此刻馬達(dá)的轉(zhuǎn)速是由車輛的推進(jìn)力所確定的。該低壓水平是作為馬達(dá) 速度的函數(shù)而由電子控制單元ECU計(jì)算得出的。
在階段2和階段3之間，車輛減速，從而液壓馬達(dá)的速度降低。使低壓 增壓由壓力限制器設(shè)定到剛好足以繼續(xù)以避免氣穴現(xiàn)象的水平。只要再填充 蓄能器20，曲線Ca的高壓比曲線Cb的低壓更快速地增大，從而液壓制動(dòng) 轉(zhuǎn)矩增大。
在階段3達(dá)到了期望的制動(dòng)水平，從而期望將液壓制動(dòng)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定在所要 求的轉(zhuǎn)矩值Cd。為此，在階段3和階段4之間，由低壓液體源傳遞的低壓 更快速地增大(這種增大至少基本上等于蓄能器20內(nèi)的壓力的增大)，從 而使液壓制動(dòng)轉(zhuǎn)矩停滯在所要求的水平。
在階段4時(shí)，蓄能器中達(dá)到了最大壓力水平(Pmaxi)，并且能量回收 可以停止。
權(quán)利要求
1. 一種用于回收能量的液壓回路，該液壓回路包括至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)；兩個(gè)主管道(12，14)，所述主管道(12，14)用于將液體供給到所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)或?qū)⒁后w從所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)中排出；低壓液體源(16，52，R)；以及高壓蓄能器(20)，所述高壓蓄能器(20)形成高壓液體源；該液壓回路適合于以能量回收模式及能量傳遞模式運(yùn)行，在能量回收模式下，供給主管道(12)連接到該低壓液體源(16，52，R)，并且排出主管道(14)連接到該高壓蓄能器(20)，而在能量傳遞模式下，該供給主管道(12)連接到該高壓蓄能器(20)，并且該排出主管道(14)連接到該低壓液體源(16，52，R)；在該液壓回路中，所述低壓液體源包括高流速增壓泵(16)，該泵適合于在能量回收模式下當(dāng)所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)處于最大速度時(shí)，以足以將液體供給到所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)中的流速從無壓儲(chǔ)液器(R)傳送液體；所述液壓回路的特征在于，所述低壓液體源還包括可調(diào)節(jié)的壓力限制器(52)，該壓力限制器(52)適合于被控制為使得所述低壓液體源處的液體壓力發(fā)生變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓回路，其特征在于，該液壓回路還包括 用于使該高流速增壓泵(16)致動(dòng)或停止運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置(18)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液壓回路，其特征在于，該液壓回路還 包括用于探測(cè)表明該液壓回路的狀態(tài)的至少一個(gè)指示參數(shù)、并用于將該可調(diào) 節(jié)的壓力限制器(52)控制為所述至少一個(gè)指示參數(shù)的函數(shù)的裝置(N，ECU)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液壓回路，其特征在于，所述至少一個(gè)指示 參數(shù)包括該高壓蓄能器(20)的填充水平。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的液壓回路，其特征在于，該液 壓回路還包括用于將該可調(diào)節(jié)的壓力限制器(52)控制為用于運(yùn)行所述至少 一個(gè)液壓馬達(dá)(10)的運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)的函數(shù)的裝置(ECU)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的液壓回路，其特征在于，該運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)與所 述至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)的輸出轉(zhuǎn)矩相關(guān)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的液壓回路，其特征在于，該可調(diào)節(jié)的壓力限制器(52)是電控的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的液壓回路，其特征在于，該液壓回路還包括 電子控制單元(ECU)，該電子控制單元(ECU)適合于將該可調(diào)節(jié)的壓力 限制器(52)控制為在能量回收模式下運(yùn)行，以將所述低壓液體源(16， 52， R)的出口壓力設(shè)定到將液體供給到所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)而無 氣穴現(xiàn)象所需要的水平；以及在能量傳遞模式下運(yùn)行，以將所述低壓設(shè)定到 最低水平。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3和7、以及根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的液壓 回路，其特征在于，該液壓回路還包括用于將與表明該液壓回路的狀態(tài)的指 示參數(shù)相關(guān)的信息傳輸?shù)皆撾娮涌刂茊卧?ECU)的裝置(N， LN);并且 所述電子控制單元適合于將該可調(diào)節(jié)的壓力限制器(52)的控制確定為所述 信息的函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5和7、以及根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的液 壓回路，其特征在于，該電子控制單元(ECU)適合于將所述運(yùn)行設(shè)定點(diǎn)確 定為裝備有該液壓回路的車輛的運(yùn)行狀況的函數(shù)，并適合于將該可調(diào)節(jié)的壓 力限制器(52)的控制確定為所述設(shè)定點(diǎn)的函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及液壓能量回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)；兩個(gè)主管道(12，14)，用作所述至少一個(gè)液壓馬達(dá)的供給管道或排出管道；低壓液體源(16，52，R)；及高壓蓄能器(20)，形成高壓液體源。該系統(tǒng)可在能量回收模式及能量釋放模式下運(yùn)行，在能量回收模式，供給主管道(12)連接到低壓液體源(16，52)，排出主管道(14)連接到高壓蓄能器(20)，在能量釋放模式連接方式相反。低壓液體源包括高流速增壓泵(16)和可調(diào)節(jié)的壓力限制器(52)，在能量回收模式下當(dāng)馬達(dá)以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)增壓泵可傳送足夠液流，以將液體供給到至少一個(gè)液壓馬達(dá)(10)；可控制壓力限制器改變低壓液體源出口處的液體壓力。
文檔編號(hào)F16H61/40GK101484731SQ200780025266
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2007年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月3日
發(fā)明者吉勒·勒邁爾, 讓·赫倫 申請(qǐng)人:波克萊恩液壓工業(yè)公司