液壓再生裝置制造方法
【專利摘要】描述了一種用于從運(yùn)動的車輛回收能量的具有高效率和精確控制從而允許最大量的能量被回收和再利用的液壓馬達(dá)/泵再生系統(tǒng)。三個(gè)固定排量泵/馬達(dá)被使用以使得系統(tǒng)能夠在大多數(shù)情況下以期望的高于70％的效率回收和再利用能量。由于使用更多的單元可以在一些驅(qū)動循環(huán)中進(jìn)一步提高效率，本發(fā)明不局限于使用三個(gè)固定排量液壓單元。通過選擇用于提供駕駛員需要的驅(qū)動軸(4d)扭矩的適當(dāng)?shù)谋?馬達(dá)單元組合，本發(fā)明的實(shí)施例在任一速度下產(chǎn)生高回收效率。
【專利說明】液壓再生裝置
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年3月5日由Daniel S.Johnson等提出的美國臨時(shí)專利申請61/606，556號“液壓再生裝置”的權(quán)益，該臨時(shí)申請的全部內(nèi)容被在本文中通過引用而特別地合并其公開和教導(dǎo)的全部。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體涉及液壓能量再生，并且更具體地涉及用于從車輛回收能量的固定排量泵/馬達(dá)的使用和利用該能量以補(bǔ)充主要發(fā)動機(jī)的動力以節(jié)省燃料。

【背景技術(shù)】
[0004]盡管近年來隨著總體上燃料和能量的成本增加，對于所有類別的車輛在改進(jìn)燃料經(jīng)濟(jì)性上的工作已經(jīng)擴(kuò)大，由于許多貨車已經(jīng)使用有效的柴油發(fā)動機(jī)，或許由于這些技術(shù)的更局限的可利用性和與這些車輛相關(guān)的重量限制，由貨車消耗的燃料已經(jīng)以比乘用車更高的速度增長。
[0005]典型的制動系統(tǒng)簡單地使車輛運(yùn)動的能量通過使車輛減慢的摩擦轉(zhuǎn)化為熱量。復(fù)雜的系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計(jì)用來回收這些能量中的一部分并且將回收的能量重新引入系統(tǒng)中以使得能量不被浪費(fèi)。用于實(shí)現(xiàn)回收能量的方法包括機(jī)械儲存系統(tǒng)諸如飛輪、電池中儲存電能和通過利用液壓流體壓縮氣體液壓氣動儲存能量。這些方法通常包括用于從系統(tǒng)吸取能量并且將該能量傳送到能量儲存裝置的變速器。在電氣系統(tǒng)中，變速器將來自系統(tǒng)的能量傳遞到給電池組充電的發(fā)電機(jī)。變速器被設(shè)計(jì)以優(yōu)化充電系統(tǒng)的效率并且適應(yīng)所述充電系統(tǒng)的特定功率密度。例如，電池組僅僅能夠以特定比率接受電能。作為實(shí)際的考慮，因?yàn)椴粩嘧兓漠?dāng)前的交通和道路狀況，車輛駕駛員必須控制車輛。因此，通過離散部件的能量回收的優(yōu)化變得困難并且能夠回收的能量的量的上限被迅速實(shí)現(xiàn)。機(jī)械和液壓回收系統(tǒng)也被這些系統(tǒng)的離散特性所困擾，因此優(yōu)化困難。能量回收系統(tǒng)需要在保持高轉(zhuǎn)換率的同時(shí)需要系統(tǒng)的高度可變性的能量回收率。
[0006]由于與貨車相關(guān)的大的質(zhì)量，在混合動力子系統(tǒng)中的顯著量的制動能量的再生和再利用能夠是高的，由于當(dāng)與電氣對手相比較時(shí)，液壓推進(jìn)和儲存部件特征在于更高的功率密度，這使得液壓推進(jìn)和儲存部件對于貨車應(yīng)用是有吸引力的。也就是，作為能量儲存裝置，液壓蓄能器具有接受高速和高頻充電/放電的能力，如所述的高速和高頻充電/放電都對電池不利。然而，液壓蓄能器的相對低的能量容量需要精心設(shè)計(jì)的控制策略以使得燃料經(jīng)濟(jì)性潛力能夠被實(shí)現(xiàn)。
[0007]目前實(shí)踐的液壓能量回收方法利用具有可變排量的液壓泵以使得流體從低壓源移動到高壓區(qū)域(諸如液壓氣動蓄能器)。對于常規(guī)的活塞型液壓泵和馬達(dá)，可變排量可以通過機(jī)械地和/或液壓地改變活塞的行程來實(shí)現(xiàn)。排量控制決定能量被從運(yùn)動的車輛回收或移除的比率。一旦足夠的能量被從系統(tǒng)回收，高壓液壓流體能夠被用來使得液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)并且將該能量重新輸送到系統(tǒng)以使得原動機(jī)不需要產(chǎn)生同樣多的動力。在特定的能量回收率下(通過泵的流速)，泵和馬達(dá)能夠有效地操作。然而，這些特定的回收率的小的變化可能影響回收效率；例如，在某個(gè)排量，泵和馬達(dá)能夠是容積和機(jī)械有效的，但是這些狀態(tài)的小的偏差可能導(dǎo)致泵內(nèi)側(cè)產(chǎn)生熱量和在低到高壓力界面處的流體損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的實(shí)施例通過提供一種用于獨(dú)立于輸入動力源而控制到車輛車輪的扭矩的能量回收系統(tǒng)克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和限制。
[0009]本發(fā)明的實(shí)施例的另一目標(biāo)是提供一種能量再生系統(tǒng)，所述能量再生系統(tǒng)用于減少瞬態(tài)運(yùn)行狀態(tài)并且避免導(dǎo)致能量在一定范圍的能量回收率下低效利用的機(jī)動車輛的負(fù)載狀態(tài)。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例的又一目標(biāo)是以此方式回收、儲存并且再利用運(yùn)動車輛的動能以使得車輛的原動機(jī)使用更少的能量以使得車輛加速。
[0011]本發(fā)明的再一目標(biāo)包括協(xié)調(diào)原動力源和補(bǔ)充動力源的操作以使得在滿足操作限制的同時(shí)使得燃料經(jīng)濟(jì)性最大。
[0012]本發(fā)明的額外的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和新穎性特征將部分地在下面的描述中陳述，并且將部分地通過下面的查閱對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯或可以通過本發(fā)明的實(shí)踐學(xué)習(xí)。本發(fā)明的目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以通過在附加的權(quán)利要求中特別指出的手段和組合實(shí)現(xiàn)和獲得。
[0013]為了實(shí)現(xiàn)前述和其他目標(biāo)并且根據(jù)如在本文中呈現(xiàn)和概括描述的本發(fā)明的目的，用于具有發(fā)動機(jī)、變速器和驅(qū)動軸的機(jī)動車輛的液壓再生裝置，所述再生裝置包括:至少兩個(gè)固定排量液壓泵/馬達(dá)；可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述變速器與所述驅(qū)動軸之間的中心齒輪；與所述中心齒輪嚙合連接的第一行星齒輪；與所述中心齒輪嚙合連接的第二行星齒輪；至少兩個(gè)液壓離合器元件，所述至少兩個(gè)離合器元件的第一液壓離合器元件用于使得所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第一個(gè)與所述第一行星齒輪可旋轉(zhuǎn)地接合，所述至少兩個(gè)離合器元件的第二液壓離合器用于使得所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第二個(gè)與所述第二行星齒輪接合；包含加壓流體的低壓液壓蓄能器；包含加壓流體的高壓液壓蓄能器；多功能液壓歧管，所述多功能液壓歧管用于將所述第一泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通并且用于將所述第二泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通，用于控制所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)到所述驅(qū)動軸的輸出扭矩，并且所述多功能液壓歧管用于控制由所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)從所述驅(qū)動軸吸收的扭矩；車輛節(jié)流裝置位置傳感器；制動踏板位置傳感器和用于從所述高壓蓄能器和低壓蓄能器接收壓力信息、制動踏板位置信息和節(jié)流裝置位置信息并且用于控制所述多功能液壓歧管的電子控制裝置。
[0014]在本發(fā)明的另一方面，并且根據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)和目的，一種用于具有發(fā)動機(jī)、變速器和驅(qū)動軸的機(jī)動車輛的液壓再生裝置，所述再生裝置包括:至少兩個(gè)固定排量液壓泵/馬達(dá)；可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述變速器與所述驅(qū)動軸之間的中心齒輪；用于將所述中心齒輪從所述驅(qū)動軸機(jī)械地分離的爪形離合器；用于使所述中心齒輪的旋轉(zhuǎn)速度匹配所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)速度的同步器板；與所述中心齒輪嚙合連接的用于可旋轉(zhuǎn)地接合所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第一個(gè)的第一行星齒輪；與所述中心齒輪嚙合連接的用于可旋轉(zhuǎn)地接合所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第二個(gè)的第二行星齒輪；包含加壓流體的低壓液壓蓄能器；包含加壓流體的高壓液壓蓄能器；多功能液壓歧管，所述多功能液壓歧管用于將所述第一泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通并且用于將所述第二泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通，用于控制所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)到所述驅(qū)動軸的輸出扭矩，并且所述多功能液壓歧管用于控制由所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)從所述驅(qū)動軸吸收的扭矩；車輛節(jié)流裝置位置傳感器；制動踏板位置傳感器和用于從所述高壓蓄能器和低壓蓄能器接收壓力信息、制動踏板位置信息和節(jié)流裝置位置信息并且用于控制所述多功能液壓歧管的電子控制裝置。
[0015]本發(fā)明的實(shí)施例的有益效果和優(yōu)點(diǎn)包括但不局限于提供一種用于以此方式回收、儲存和再利用運(yùn)動車輛的動能的裝置和方法以使得車輛的原動機(jī)使用更少的能量以使得車輛加速同時(shí)在需要的能量回收率的整個(gè)范圍以盡可能最大的效率操作、使得燃料經(jīng)濟(jì)性最大并且滿足性能限制(諸如制動和加速性能)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]被合并到本說明書并且形成本說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的實(shí)施例，并且附圖與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中:
[0017]圖1是本發(fā)明的液壓再生裝置的實(shí)施例的示意圖，該圖示出配合相關(guān)的車輛部件的液壓再生裝置的主要部件。
[0018]圖2是圖1的多功能液壓歧管的部件的示意圖。
[0019]圖3是滑道的立體頂視圖的示意圖，所述滑道用于保持本發(fā)明的液壓再生裝置的實(shí)施例的用于在車輛中以系統(tǒng)安裝或者從車輛移除的部件。
[0020]圖4是在此安裝在車輛中的圖3所示的滑道的立體頂視圖的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]簡單地，本發(fā)明的實(shí)施例包括具有寬范圍的應(yīng)用和用途的液壓再生的裝置和方法。本發(fā)明的實(shí)施例可以通過回收在其他的扭矩操縱裝置中通常浪費(fèi)的能量的能力而精確地控制軸扭矩。當(dāng)扭矩否則必須由能量源(諸如電動馬達(dá)或內(nèi)燃機(jī))產(chǎn)生時(shí)，回收的能量能夠被用來使扭矩返回系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例可以用在混合動力車輛中，并且適用于其中軸扭矩要被控制并且期望能量的回收和再分配的任何情況。包括制動系統(tǒng)、無級變速器和軸能量回收以及這些裝置的應(yīng)用。該液壓再生裝置大于其獨(dú)立部件(諸如泵、馬達(dá)和液壓氣動蓄能器)；更確切地說，該液壓再生裝置是能量傳遞裝置。
[0022]本發(fā)明的實(shí)施例包括協(xié)調(diào)原動力源(通常是內(nèi)燃機(jī))和補(bǔ)充動力源(諸如兩個(gè)或更多液壓馬達(dá))的操作以在滿足性能限制的同時(shí)使得燃料經(jīng)濟(jì)性最大，具有允許該裝置在所需要的回收率的整個(gè)范圍以大致同樣高的效率操作的目標(biāo)。液壓再生裝置的另一目標(biāo)是允許原動機(jī)的二次控制。無論原動機(jī)是電動馬達(dá)還是內(nèi)燃機(jī)，所述原動機(jī)的效率可以通過減少瞬態(tài)運(yùn)行狀況和避免導(dǎo)致能量低效利用的載荷狀態(tài)而增加。這是具有不斷增加的比率數(shù)量的無級變速器和自動變速器的目標(biāo)以允許原動機(jī)在限制范圍內(nèi)的速度和載荷操作。
[0023]允許動力儲存在或釋放到車輛的驅(qū)動軸中的本發(fā)明的實(shí)施例的液壓部件允許作出將改進(jìn)車輛的操作效率的其他改進(jìn)。一種這樣的改進(jìn)是增加經(jīng)由離合機(jī)構(gòu)直接連接到車輛的發(fā)動機(jī)的輔助液壓泵。通過這個(gè)增加，能夠儲存否則將被直接通過發(fā)動機(jī)浪費(fèi)的能量。例如，如果發(fā)動機(jī)在低的制動比扭矩和較高速度下運(yùn)行，不在道路上推動車輛的大量的燃料被使用。在這種情況下，輔助液壓泵能夠被連接到發(fā)動機(jī)以將流體從低壓蓄能器移動至高壓蓄能器從而儲存能量。然后該儲存的能量能夠被用來當(dāng)需要更大量的動力時(shí)給車輛提供動力。這個(gè)泵的增加還通過確?？偸怯凶钌倭康膬Υ娴哪芰恳栽试S車輛被通過液壓再生裝置推動足夠的時(shí)間以允許發(fā)動機(jī)關(guān)閉一段時(shí)間(諸如為了紅燈或者其他交通中斷)來簡化發(fā)動機(jī)關(guān)閉操作策略。
[0024]該液壓再生裝置的存在實(shí)現(xiàn)的另一改進(jìn)是能夠?qū)崿F(xiàn)與發(fā)動機(jī)驅(qū)動泵相同的操作目標(biāo)的渦輪動力泵。來自發(fā)動機(jī)的廢熱使得渦輪裝置旋轉(zhuǎn)，所述渦輪裝置通過離合器裝置使得附接到所述渦輪裝置上的泵轉(zhuǎn)動。再次，泵使得流體從低壓蓄能器移動到高壓蓄能器從而儲存能量，所述能量能夠在車輛操作期間在各個(gè)時(shí)間為了改進(jìn)整體效率或提高車輛性能的任何目的使用。
[0025]與高壓蓄能器的氮?dú)饽业呐懦龆丝谶B通的輔助氣瓶也可以被增加。這個(gè)輔助瓶的氣體體積補(bǔ)充在高壓蓄能器內(nèi)的氮?dú)饽业臍怏w體積，從而增加高壓蓄能器的可利用的液壓流體體積而不增加高壓蓄能器本身的體積。這個(gè)特征可以在液壓再生裝置被增加到具有有限空間的車輛的應(yīng)用中有用。
[0026]本發(fā)明的實(shí)施例在從車輛回收動能和使用回收的能量補(bǔ)充原動機(jī)的動力以節(jié)省燃料方面是有效的。至少兩個(gè)固定排量的泵/馬達(dá)被使用以使得系統(tǒng)能夠在大多數(shù)情況下以期望的高于70%的效率回收并且再利用能量。需要注意的是，通過使用多于一個(gè)液壓泵/馬達(dá)，該裝置的總液壓排量能夠由控制系統(tǒng)通過使用機(jī)械離合器將泵/馬達(dá)機(jī)械地或液壓地連接到驅(qū)動軸或通過液壓地卸載泵/馬達(dá)中的一個(gè)或多個(gè)而改變。這些泵/馬達(dá)的總體機(jī)械和液壓效率通常在一定范圍的泵/馬達(dá)的操作速度和壓差下高于90%以確保系統(tǒng)的最大總體效率。固定排量泵/馬達(dá)的成本也比具有相同最大排量的可變排量泵/馬達(dá)低得多。而且，固定排量裝置能夠?qū)崿F(xiàn)更高的旋轉(zhuǎn)速度，這允許來自相對小的液壓裝置的高的總體排量和扭矩常數(shù)。因此，使用固定排量泵/馬達(dá)允許本發(fā)明是用于再循環(huán)能量的成本效率的解決方案。
[0027]然而，由于使用更多泵/馬達(dá)可以在一些驅(qū)動循環(huán)中進(jìn)一步提高效率，本發(fā)明不局限于使用任何具體數(shù)量的固定排量液壓單元。相似的控制理論適用于大于一個(gè)的任何數(shù)量的固定排量泵/馬達(dá)單元。由于盡管可變單元能夠在吸收和再利用模式中提供貫穿速度范圍的無級扭矩值，當(dāng)調(diào)節(jié)扭矩被施加到驅(qū)動軸時(shí)，效率可能較低，因此固定排量泵/馬達(dá)被使用。通過選擇固定排量泵/馬達(dá)單元的合適的組合來提供駕駛員所需的驅(qū)動軸扭矩量，本發(fā)明的實(shí)施例在任一速度產(chǎn)生高回收效率。
[0028]本發(fā)明使用可變預(yù)充算法以考慮到變化的驅(qū)動循環(huán)和變化的車輛質(zhì)量以使得總是以高效率實(shí)現(xiàn)能量回收。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)，高和低壓系統(tǒng)稍微大于在滿載荷下最高效率所需的高和低壓系統(tǒng)。通過在加速階段之后調(diào)節(jié)在高壓蓄能器中的剩余流體的量，能夠切實(shí)可行地調(diào)節(jié)預(yù)充。例如，具有1850鎊/平方英寸的氣體預(yù)充的十五加侖蓄能器可以像具有2775鎊/平方英寸預(yù)充的十加侖蓄能器一樣運(yùn)轉(zhuǎn)而不改變在囊中的氮?dú)饬?。如果，例如，五加侖液壓流體被泵送到具有1850psi初始?xì)鈮旱?5加侖(氣體體積)蓄能器中，根據(jù)Boyle的理想氣體定律，在最終狀態(tài)的氣壓和因此流體壓力將是2775鎊/平方英寸。也就是，Pl=1850鎊/平方英寸，Vl = 15加侖，V2 = 10加侖，則P2為2775鎊/平方英寸。由于減速度或加速度與施加到車輪上的扭矩和車輛質(zhì)量成比例，能夠施加到驅(qū)動軸上的最小扭矩量的值變得重要。如果當(dāng)制動啟動時(shí)蓄能器中的流體壓力過高，驅(qū)動器將具有比所需的制動扭矩更大的制動扭矩并且由于制動將比期望的更劇烈，驅(qū)動器將不能夠有效地利用液壓能量回收系統(tǒng)。相反，如將在下文中描述的，如果初始流體壓力過低，驅(qū)動器將具有不足夠的制動扭矩，并且驅(qū)動器將需要使用由液壓能量回收系統(tǒng)和車輛的基礎(chǔ)制動裝置供應(yīng)的扭矩的混合。在任何一種情況下都沒有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大潛力。
[0029]因此，根據(jù)駕駛員的指令，1850磅/平方英寸的初始流體壓力可以提供正確量的扭矩以使得10000鎊車輛停止并且以高的比率回收能量。然而，如果車輛變?yōu)楦氐?000鎊，當(dāng)駕駛員發(fā)起制動事件時(shí)，1850磅/平方英寸的初始流體壓力可能不足以使車輛停止。因此，本發(fā)明連續(xù)地監(jiān)測在具體的壓力下泵/馬達(dá)提供怎樣的加速效果并且求解車輛質(zhì)量。在車輛操作期間車輛變得更重的情況下(例如，接人的公共汽車)，液壓能量回收裝置的電子控制系統(tǒng)需要更多流體被儲存在高壓蓄能器中以使得當(dāng)制動事件開始時(shí)壓力更大。一旦成功停止或直到控制系統(tǒng)檢測到車輛質(zhì)量已經(jīng)減小，該裝置將在更高的壓力下操作，這導(dǎo)致該裝置具有獨(dú)立于車輛質(zhì)量的在車輛上的相同加速效果。
[0030]因此，如果車輛駕駛員壓下加速器踏板，將在下文中更詳細(xì)討論的電子控制單元利用踏板位置來確定需要的扭矩值。電子控制單元利用來自高壓和低壓蓄能器的瞬時(shí)壓力值以確定液壓泵/馬達(dá)的入口和出口之間的壓力差將是多少。儲存在電子控制單元軟件中的矩陣包含由選擇的泵的排量和各個(gè)泵到驅(qū)動軸的固定機(jī)械傳動比確定的每個(gè)可能的泵/馬達(dá)單元組合的扭矩常數(shù)作為查詢表。電子控制單元將踏板位置轉(zhuǎn)換為駕駛員所需的扭矩值，所述扭矩值被與在矩陣中的查詢表比較。電子控制單元然后選擇泵/馬達(dá)單元的組合，所述泵/馬達(dá)單元的組合具有當(dāng)乘以跨過高壓和低壓蓄能器的壓力差時(shí)將提供略小于駕駛員所需要的扭矩的扭矩常數(shù)以使得然后被連接到驅(qū)動系的泵/馬達(dá)能夠不需要節(jié)流而操作。在選擇的比例壓力控制閥上進(jìn)行試驗(yàn)以保證如果馬達(dá)在100%的所需要壓力下操作，將幾乎沒有跨過控制閥的電力損失。以此方式，泵在其真正的無節(jié)流效率下操作。
[0031]加速器位置由電子控制單元監(jiān)測并且根據(jù)能夠通過液壓系統(tǒng)供應(yīng)的能量的量，修改的信號被從電子控制單元發(fā)送到發(fā)動機(jī)。由于控制系統(tǒng)選擇提供比駕駛員需要的扭矩略小的扭矩的泵組合，電子控制系統(tǒng)利用泵/馬達(dá)單元將輸送的扭矩與駕駛員需要的扭矩之間的扭矩差，車輛發(fā)動機(jī)控制單元產(chǎn)生用于引導(dǎo)發(fā)動機(jī)在滿功率的百分比下操作的節(jié)流信號。電子控制單元連續(xù)地監(jiān)測車速關(guān)于時(shí)間的變化以確定車輛加速度，并且，在駕駛期間連續(xù)地將車輛的加速度與電子控制單元從發(fā)動機(jī)和液壓系統(tǒng)命令的扭矩的量比較。從已知的關(guān)于車輛的驅(qū)動輪直徑和后端比，電子控制單元中的軟件基于從計(jì)算的扭矩值得到的加速度計(jì)算車輛質(zhì)量。
[0032]如上所述，對于貨運(yùn)車輛和客運(yùn)車輛，在整個(gè)車輛路線中具有大的質(zhì)量變化是常見的。如果不補(bǔ)償這些質(zhì)量變化，能量回收將變得非常低效。加速度和減速度限制被預(yù)先編程到電子控制單元軟件中并且用來調(diào)節(jié)高壓和低壓蓄能器的最小壓力。例如，如果城市公交車停止并且上車2000鎊質(zhì)量的人和其行李，電子控制系統(tǒng)中的軟件將計(jì)算在下列再生循環(huán)期間的車輛質(zhì)量?；趯?shí)時(shí)車輛質(zhì)量，電子控制單元確定為了實(shí)際安全駕駛最小的所需扭矩應(yīng)該是多少。如果質(zhì)量增加，電子控制單元將在下個(gè)制動事件后命令高壓蓄能器中更高的壓力。因此，如果車輛被計(jì)算為10000鎊重，電子控制單元將允許多功能液壓岐管向液壓單元施加流量直到在高壓蓄能器中達(dá)到某個(gè)最小壓力(例如，2200磅/平方英寸)。如果在下次停止期間，控制系統(tǒng)確定車輛質(zhì)量已經(jīng)增加到12000鎊質(zhì)量，電子控制單元將命令多功能液壓岐管中斷監(jiān)測高壓蓄能器(在2600磅/平方英寸)。在下個(gè)制動事件期間，在最低的高壓蓄能器壓力值下可利用的最大扭矩常數(shù)將足夠高以維持與當(dāng)車輛重為小于2000鎊質(zhì)量時(shí)對于駕駛員相同的制動感覺。同樣，由于車輛制動將從更高的初始值建立壓力，最終壓力也將更高，這允許液壓系統(tǒng)在加速期間向系統(tǒng)施加更大的扭矩，這進(jìn)一步允許發(fā)動機(jī)扭矩的百分比更小。這對于維持高的能量回收效率是重要的。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例的部件可以被放置在模塊化滑道上，所述模塊化滑道允許整個(gè)液壓再生系統(tǒng)作為單元安裝在車輛中或者如果需要維護(hù)和修理從車輛移除。模塊化滑道還允許系統(tǒng)在車輛平臺外側(cè)完全交付使用(commiss1ned)。通常，車輛需要小的修改以與液壓滑道接口，所述修改包括定制驅(qū)動軸尺寸以與將在下文描述的動力傳遞模塊接口并且制動踏板的替代也在下文中討論。
[0034]現(xiàn)在將詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出。在附圖中，相似的結(jié)構(gòu)將使用相同的附圖標(biāo)記表示。將理解，這些附圖是為了描述本發(fā)明的特別的實(shí)施例的目的并且不旨在將本發(fā)明限制于此?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，圖1示出了本發(fā)明的液壓再生裝置的實(shí)施例的示意圖。在本文的圖2示出多功能液壓歧管(圖1的附圖標(biāo)記3a)的實(shí)施例的部件。在圖1中，具有字母“a”的附圖標(biāo)記表示液壓部件；具有字母“b”的附圖標(biāo)記表示動力傳遞部件，所述動力傳遞部件是統(tǒng)稱為PTM(動力傳遞模塊)30b的部件的一部分；具有字母“c”的附圖標(biāo)記表示系統(tǒng)微控制器和相關(guān)的驅(qū)動器的部件；并且具有字母“d”的附圖標(biāo)記表示本發(fā)明的實(shí)施例可以被用于的任一車輛的部分的部件，例如，用“d”表示的部件是現(xiàn)代汽車的共同部件。需要注意的是，本裝置是現(xiàn)有車輛傳動系的補(bǔ)充；也就是，本裝置不妨礙車輛傳動系的正常操作。
[0035]在現(xiàn)有的汽車和貨車中，旋轉(zhuǎn)動力由原動機(jī)Id (諸如內(nèi)燃機(jī)作為示例)產(chǎn)生，所述原動機(jī)Id通過扭矩變換器2d將動力傳遞到自動變速器3d，所述自動變速器3d調(diào)節(jié)扭矩和輸入旋轉(zhuǎn)與輸出旋轉(zhuǎn)之間的速度比。自動變速器2d的輸出旋轉(zhuǎn)被機(jī)械地附加到驅(qū)動軸4d，所述驅(qū)動軸4d將來自變速器3d的輸出的旋轉(zhuǎn)動力傳遞到差速器5d。差速器5d轉(zhuǎn)而將旋轉(zhuǎn)動力傳遞到車輪6d以使得車輛根據(jù)驅(qū)動軸4d的旋轉(zhuǎn)方向向前運(yùn)動或向相反方向運(yùn)動。當(dāng)車輛向前或向后運(yùn)動時(shí)，車輪也通過軸向差速器5d傳遞旋轉(zhuǎn)動力并且從差速器5d向驅(qū)動軸4d傳遞旋轉(zhuǎn)動力。現(xiàn)代的自動變速器被以此方式設(shè)計(jì)以使得由變速器吸收的旋轉(zhuǎn)動力的量最小，并且轉(zhuǎn)而由內(nèi)燃機(jī)Id吸收的旋轉(zhuǎn)動力最小。這通常由防止通過變速器經(jīng)由扭矩變換器到發(fā)動機(jī)的反向動力流動來實(shí)現(xiàn)。在未修改的車輛中，車輪6d的旋轉(zhuǎn)動力可以通過使用向剛性固定到車輪6d的鼓或盤施加摩擦力的盤式或鼓式制動器被消耗以使車輛減慢。這是用來使得車輛的向前或反向運(yùn)動減慢或停止的有效方法，但是就產(chǎn)生動力以使得車輛加速到一定向前或向后的速度的原動機(jī)而言，簡單地通過常規(guī)的制動系統(tǒng)將車輛的動能轉(zhuǎn)為熱能是浪費(fèi)的。
[0036]需要提到的是，當(dāng)參考該液壓再生裝置的實(shí)施例的各個(gè)部件的監(jiān)測壓力時(shí)，使用現(xiàn)有技術(shù)已知的液壓壓力傳感器作出這樣的測量。
[0037]如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例的目的是回收車輛運(yùn)動的動能并且利用能夠被捕獲并且儲存用于車輛的隨后的加速的初始動能中的任何一部分而不需要通過燃燒燃料產(chǎn)生額外的動力。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，本發(fā)明的實(shí)施例與車輛的傳動系并行操作。
[0038]現(xiàn)在將說明驅(qū)動器輸入被減少為引向多功能控制歧管的命令的方式和產(chǎn)生影響車輪的命令的那些系統(tǒng)操作。驅(qū)動器通過再生裝置的電子控制單元Ic具有基本上兩種輸入該液壓再生裝置的輸入方式。為了在制動期間影響車輪處的扭矩，車輛的制動踏板被修改或替換。與上述的加速器踏板相似，制動踏板包括在踏板行程頂部處的行程部分，在該部分處，制動踏板的運(yùn)動能夠被監(jiān)測(該部分被稱為死區(qū))以使得該運(yùn)動不影響車輛的現(xiàn)有基礎(chǔ)制動的操作。也就是，盡管這樣的死區(qū)可以通過若干方式實(shí)現(xiàn)，死區(qū)可以具有足夠的行程以使得有用于調(diào)整要由回收系統(tǒng)滿足的制動需求的部分的良好的解決，但是未達(dá)到基礎(chǔ)制動的正常操作被顯著影響或者難以使用的情況。車輛動力和駕駛員反饋通常允許在死區(qū)中達(dá)一英寸的移動。死區(qū)還可以是使得在死區(qū)行程的終點(diǎn)處，踏板是剛性的并且至少與未修改的踏板一樣機(jī)械地堅(jiān)固。為了本發(fā)明的目的，死區(qū)行程可以通過旋轉(zhuǎn)或線性電位計(jì)或者提供與踏板被按壓到死區(qū)內(nèi)的距離成線性比例的輸出信號的任何其他裝置感測(32c)。踏板可以具有當(dāng)駕駛員的腳從踏板移開時(shí)回位到零位置的機(jī)械彈簧并且最大信號對應(yīng)于到達(dá)死區(qū)的終點(diǎn)并且進(jìn)一步移動影響車輛的基礎(chǔ)制動的踏板位置，踏板的實(shí)際位置由電位計(jì)或電子控制單元每秒至少采樣十次的其他傳感器感測。這已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)是用于合適的車輛響應(yīng)的充足的采樣率。電子控制單元使測量的踏板位置與系統(tǒng)安全提供的最大制動扭矩的百分比相關(guān)。
[0039]還需要提到的是，上述裝置允許車輛的基礎(chǔ)制動在任何給定的時(shí)間使用。如果液壓再生系統(tǒng)不在使用中，踏板起到與未修改的踏板大致相同的作用。如果制動被快速地壓下(如在緊急停止中)控制器將迅速改變的制動信號解釋為危險(xiǎn)事件并且防止液壓再生裝置作用以使得操作者不會失去車輛的控制。同樣需要提到的是，簡單地需要制動踏板在允許控制器檢測踏板位置的同時(shí)具有與現(xiàn)有的踏板相似的感覺。為了可接受的能量回收效率，踏板行程的死區(qū)應(yīng)該完全不影響基礎(chǔ)制動的操作，同時(shí)保持與剩余踏板行程相同的感覺。這能夠通過電伺服馬達(dá)、電液壓機(jī)械彈簧或者通過這些裝置的某種組合來實(shí)現(xiàn)。
[0040]制動扭矩的上限可以通過裝置軟件中的變化調(diào)整，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)制動扭矩的上限與車輛質(zhì)量與大約0.2g的減速度上限的乘積成比例。顯著高于這個(gè)閾值減速度值的值可能導(dǎo)致駕駛員失去車輛的控制并且基礎(chǔ)制動系統(tǒng)更適合于提供制動功能。液壓再生系統(tǒng)可以提供的最小制動作用力不是由高壓蓄能器壓力決定的，而是由制動壓力減壓閥項(xiàng)(圖2的6f)的命令壓力設(shè)定決定的。需要的制動扭矩值通過將由控制系統(tǒng)感測的制動行程相對于在死區(qū)中的完全行程的百分比乘以由在O到0.2g之間范圍的減速度的選定值得到。減速度值然后乘以車輪直徑和后端比并且液壓系統(tǒng)應(yīng)該提供的需要的扭矩值被計(jì)算。由于泵/馬達(dá)是固定排量裝置，當(dāng)泵/馬達(dá)被發(fā)信號以泵送時(shí)，所述泵/馬達(dá)能夠吸收的扭矩的量與這個(gè)排量值和所述泵的入口與出口之間的壓力勢差有關(guān)。泵排量乘以泵的效率和幾何因素以產(chǎn)生稱為泵扭矩常數(shù)的值。這個(gè)常數(shù)然后乘以泵的行星齒輪與中心齒輪之間的齒數(shù)比以產(chǎn)生稱為泵扭矩效應(yīng)的值。在本發(fā)明示出的實(shí)施例中的三個(gè)泵中的每個(gè)的扭矩效應(yīng)被連同從一次接合兩個(gè)或三個(gè)泵的任一組合導(dǎo)出的那些扭矩效應(yīng)儲存在查詢表陣列中。
[0041]控制器在踏板位置讀取的大致間隔期間監(jiān)測在高壓和低壓蓄能器中的壓力并且控制器軟件將這個(gè)壓力差與扭矩效應(yīng)常數(shù)陣列中的值相乘以確定三個(gè)泵中的任何一個(gè)泵或者任何組合將在車輛傳動系上具有什么扭矩效應(yīng)。被轉(zhuǎn)換為需要的扭矩變量的踏板位置被然后與陣列中的值比較以確定哪個(gè)泵或泵的組合將提供與由駕駛員下壓制動踏板所需要的扭矩量最接近的扭矩量。然后系統(tǒng)電子控制單元命令連接選擇的泵的離合器接合傳動系。一旦離合器接合并且泵開始旋轉(zhuǎn)，泵通過從低壓蓄能器吸入流體并且將流體泵入高壓蓄能器中而吸收動力，在所述高壓蓄能器處，流體壓縮囊中的氣體并且儲存能量。如果駕駛員需要比系統(tǒng)能夠提供的最小值更小的制動，制動可以被液壓地完成，但是圖2的制動泄壓閥6f和/或7f被調(diào)節(jié)到這樣的壓力設(shè)定，當(dāng)所述壓力設(shè)定值乘以最低的泵/馬達(dá)扭矩效應(yīng)常數(shù)時(shí)，產(chǎn)生的扭矩對應(yīng)于由駕駛員需要的扭矩。在制動泄壓閥被設(shè)置到低于高壓蓄能器值的壓力值時(shí)，由泵移動的所有壓力將回到泵的入口并且盡管制動作用力仍然能夠被控制也不會儲存能量。在駕駛員需要十分小的制動扭矩或者需要的扭矩大于涉及車輛控制和動力學(xué)回收是安全的那些情況下，能量不被回收。本發(fā)明的實(shí)施例的另一方面是泵速度可以通過控制器中的軟件限制。泵速度可以通過任何常規(guī)的裝置監(jiān)測用來確定旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速。泵/馬達(dá)不應(yīng)該在高于其額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速下操作以避免對于泵/馬達(dá)的損壞。如果直接監(jiān)測泵/馬達(dá)速度是不合實(shí)際的，泵/馬達(dá)速度可以從車輛的總體速度推導(dǎo)出。
[0042]如上所述，駕駛員具有的其他輸入是加速器踏板。這個(gè)踏板不具有死區(qū)，但是需要節(jié)流開度的伺服控制。在許多現(xiàn)代的車輛中，這是這樣的情況，其中氣體踏板向發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送信號，所述信號命令固定到發(fā)動機(jī)的節(jié)流開度閥的伺服馬達(dá)與駕駛員的加速器踏板位置成比例地打開。在本發(fā)明中，將加速器踏板位置34c轉(zhuǎn)給發(fā)動機(jī)控制單元的信號線纜被重新定向到液壓能量回收系統(tǒng)控制單元并且被通過液壓能量回收系統(tǒng)控制單元監(jiān)測，并且來自液壓能量回收系統(tǒng)的單獨(dú)的輸出線被引向發(fā)動機(jī)控制單元，所述發(fā)動機(jī)控制單元定向節(jié)流開度伺服以朝向命令的位置移動。除此之外，加速器踏板位置被以與修改的制動踏板相同的方式使用以控制發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動力量和由液壓能量回收系統(tǒng)增加多少動力。在這種情況下，當(dāng)踏板在零位置時(shí)，加速器踏板位置關(guān)聯(lián)到驅(qū)動軸上的零扭矩并且當(dāng)踏板被完全壓下時(shí)，加速器踏板位置關(guān)聯(lián)到最大扭矩。由在滿功率下在任何檔位發(fā)動機(jī)能夠引向驅(qū)動軸扭矩的量決定的扭矩的最大量被選擇。液壓能量再生系統(tǒng)的電子控制單元Ic不斷地監(jiān)測車輛的CAN(控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò))總線36d并且根據(jù)適當(dāng)?shù)牟蓸勇蚀_定當(dāng)前的檔位選擇。因此，當(dāng)駕駛員壓下加速器時(shí)，電子控制單元參考與在制動情況下相同的陣列并且再次將該陣列乘以低壓與高壓蓄能器之間的壓力差。再次，根據(jù)駕駛員需要用于加速的扭矩的大小，選擇適當(dāng)?shù)谋?馬達(dá)組合。對應(yīng)于被選擇的泵/馬達(dá)單元的適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)壓力控制閥(圖2的8f和9f)被定向以隨著到這些對應(yīng)的單元的離合器被接合而增大到那些泵/馬達(dá)單元的入口壓力。
[0043]在加速和制動的兩種情況下，如果需要的扭矩值變化，控制系統(tǒng)連續(xù)地尋求泵的更好的組合以使用。然而，為了駕駛性能和部件磨損，在調(diào)節(jié)該組合之前允許一定量的踏板行程。
[0044]本發(fā)明的實(shí)施例具有駕駛-恢復(fù)原位故障模式安全特征以使得如果有能量回收系統(tǒng)的嚴(yán)重故障，該系統(tǒng)能夠被停用并且車輛將以正常方式操作無再生功能。在這種情況下，爪形離合器(圖1的8b)或者相似的裝置可以被停用并且在此示出的本發(fā)明的實(shí)施例的所有部件將從現(xiàn)有的車輛傳動系完全隔離。抵抗不期望的加速的三個(gè)級別的保護(hù)也包括在本發(fā)明的實(shí)施例中。首先，為了泵/馬達(dá)向車輛傳動系增加動力，泵/馬達(dá)各自的離合器必須被定向到開狀態(tài)。控制離合器接合的閥是常閉閥以使得如果閥失去液壓或電動的動力，閥將關(guān)閉或者處于低能量狀態(tài)并且因此將不會使得泵/馬達(dá)連接到其各自的行星齒輪。第二級保護(hù)是高壓蓄能器開/關(guān)閥(圖2的3f)，所述高壓蓄能器開/關(guān)閥也是常閉閥以使得需要控制信號來使得所述高壓蓄能器開/關(guān)閥打開。在動力故障模式中，這個(gè)高壓蓄能器開/關(guān)閥不能夠打開。抵抗不期望的運(yùn)動的第三層保護(hù)包括馬達(dá)壓力控制閥。如果離合器在接合狀態(tài)卡滯并且高壓開/關(guān)閥在其打開狀態(tài)發(fā)生故障，馬達(dá)壓力控制閥(圖2的8f和9f)的默認(rèn)狀態(tài)是最小壓力設(shè)置或零壓力。這不允許壓力被施加到泵/馬達(dá)的入口，這將不會導(dǎo)致泵/馬達(dá)以馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。同一系統(tǒng)防止不期望的制動扭矩施加到該系統(tǒng)。控制系統(tǒng)內(nèi)的錯(cuò)誤檢查防止在所有時(shí)刻錯(cuò)誤的節(jié)流和制動信號。
[0045]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，能夠通過爪形離合器Sb將該裝置從傳動系機(jī)械地隔離。離合器元件5b和6b不是必須的并且可以省略。當(dāng)中心齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，泵/馬達(dá)5a和6a也旋轉(zhuǎn)，同時(shí)所述泵/馬達(dá)的制動效果由多功能液壓岐管中的制動泄壓閥控制。爪形離合器可以將動力傳遞模塊中的中心齒輪從驅(qū)動軸分離以使得當(dāng)爪形離合器脫離時(shí)僅僅驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)而再生裝置中的部件都不運(yùn)動。這樣做是為了減少當(dāng)車輛在行駛中并且液壓再生裝置沒有主動運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的齒輪損失。爪形離合器可以與同步器板接合以使得同步器板速度使得在載荷施加到行星齒輪之前中心齒輪與驅(qū)動軸匹配。爪形離合器僅僅當(dāng)該系統(tǒng)被用來制動或加速時(shí)接合并且在車輛的路上操作期間，當(dāng)再生裝置不被使用時(shí)，再生裝置通過爪形離合器從傳動系分離以避免向整個(gè)系統(tǒng)引入損失。
[0046]如上所述，輔助氣瓶38a、輔助液壓泵40a、用于將液壓泵40a接合到發(fā)動機(jī)Id和從發(fā)動機(jī)Id分離的離合器41a和渦輪動力泵42a可以被增加到本液壓再生裝置的實(shí)施例以提尚其效率。
[0047]如圖3所示，該液壓再生系統(tǒng)的實(shí)施例的部件可以被固定到滑道44b，所述滑道44b允許該裝置被容易地安裝到車輛上?；腊ㄌ峁┯糜谝簤涸偕b置的所有部件的安裝點(diǎn)的框架46b?；揽梢员粡能囕v增加或移除，從而形成液壓再生裝置在用于車輛的改裝系統(tǒng)上的螺栓?；肋€允許系統(tǒng)在車輛平臺外側(cè)完全地交付使用。這在該裝置在無車輛情況下使用是有幫助的并且當(dāng)在該裝置被用于車輛的情況下，該系統(tǒng)能夠被交付使用并且能夠在安裝之前離開車輛而被試驗(yàn)。需要注意的是，所有的軟管布線、線纜和其他組件都完全在滑道上并且與車輛分離。
[0048]圖4示出安裝在車輛底盤上的滑道。通常，車輛需要小的修改以接口到液壓滑道，所述小的修改可以包括按一定尺寸制造驅(qū)動軸以與PTM 30b接口和如下文中描述的制動踏板的替換。適合于機(jī)動車輛的特別的底盤的滑道允許液壓再生系統(tǒng)簡單的安裝到車輛。為了對現(xiàn)有底盤的小的修改，滑道可以使用U形螺栓48b緊固到車輛底盤。在由于車輛干涉而使得U形螺栓不能夠被安裝的某些情況下，滑道可以被直接栓固到底盤。如果需要維護(hù)和修理，該滑道還允許液壓再生系統(tǒng)容易地并快速地移除。由于車輛可以被容易地重新構(gòu)造成車輛原始的形式，這允許在系統(tǒng)故障的情況下最少的客戶故障時(shí)間。
[0049]已經(jīng)總體上描述了本發(fā)明的實(shí)施例，下面的示例提供額外的細(xì)節(jié)。
[0050]示例I
[0051]本發(fā)明的實(shí)施例可以在三個(gè)模式中的一個(gè)模式中操作。在第一模式中，系統(tǒng)的液壓部件通過液壓致動離合器5b和6b完全從現(xiàn)有的傳動系分離。在這個(gè)模式中，系統(tǒng)中有效的部件僅僅是中心齒輪Ib和兩個(gè)行星齒輪2b和4b。在所述的構(gòu)造中，驅(qū)動軸4d旋轉(zhuǎn)的任何時(shí)刻，中心齒輪Ib和行星齒輪2b和4b也將旋轉(zhuǎn)。如果包括高扭矩爪形離合器8b，在在限制本發(fā)明的效果的故障事件中或者需要長途公路行進(jìn)而不停止和啟動的情況下，所述高扭矩爪形離合器將系統(tǒng)的機(jī)械部件從現(xiàn)有的傳動系分離。其中僅僅中心齒輪和行星齒輪轉(zhuǎn)動的模式被稱為液壓空轉(zhuǎn)模式。如果離合器5b和6b被接合，液壓泵/馬達(dá)5a和6a也將旋轉(zhuǎn)。而且，如果該裝置構(gòu)造有爪形離合器而不是兩個(gè)單獨(dú)的離合器5b和6b，泵/馬達(dá)5a和6a也將在爪形離合器被接合的任何時(shí)間旋轉(zhuǎn)。為了實(shí)現(xiàn)液壓中性狀態(tài)，連接到泵馬達(dá)的出口的制動泄壓閥6f和7f將需要通過控制器Ic設(shè)置成最小設(shè)置。制動泄壓閥6f和7f的出口被連接到低壓蓄能器Ia并且因此被固定到液壓泵/馬達(dá)的入口，因此，制動泄壓閥6f和7f的出口被連接到低壓蓄能器Ia并且因此被結(jié)合到液壓泵/馬達(dá)的入口，因此實(shí)際上沒有穿過泵/馬達(dá)的壓力變化并且泵/馬達(dá)將不會向系統(tǒng)施加扭矩。
[0052]示例2
[0053]當(dāng)一個(gè)泵/馬達(dá)單元或者所有泵/馬達(dá)單元中的某個(gè)組合吸收從車輪6d通過差速器5d通過驅(qū)動軸4d到中心齒輪Ib傳遞的動力時(shí)，被稱為制動模式的第二模式發(fā)生。當(dāng)駕駛員壓下制動踏板時(shí)，系統(tǒng)的電子控制單元Ic測量制動踏板位置并確定駕駛員需要多大的減速度。這個(gè)減速度值被轉(zhuǎn)換為通過測量低壓蓄能器Ia與高壓蓄能器4a之間的壓力差計(jì)算的期望的扭矩值。然后控制系統(tǒng)Ic通過泵/馬達(dá)的固定機(jī)械傳動比確定哪個(gè)泵/馬達(dá)5a或6a或者通過多個(gè)泵/馬達(dá)各自的機(jī)械傳動比確定泵/馬達(dá)5a和/或6a的哪個(gè)組合將提供駕駛員需要的合適的負(fù)制動扭矩。一旦已經(jīng)作出適當(dāng)?shù)倪x擇，系統(tǒng)的電子控制單元Ic命令多功能液壓歧管3a接合適當(dāng)?shù)碾x合器5b和/或6b并且開始使得適當(dāng)?shù)谋?馬達(dá)5a和/或6a轉(zhuǎn)動。在爪形離合器代替單獨(dú)的行星離合器使用時(shí)，制動泄壓閥6f必須被用來卸載不用于提供即時(shí)制動作用力的液壓馬達(dá)。在這種情況下，制動泄壓閥被設(shè)置到其最低的可能的設(shè)置以使得泵/馬達(dá)的入口與出口之間的壓力差是最小的并且因此制動泄壓閥在驅(qū)動軸上的扭矩效應(yīng)是最小的。泵/馬達(dá)被通過多功能液壓歧管3a液壓地連接到高壓和低壓蓄能器Ia和4a。
[0054]圖2示出包括圖1的多功能液壓歧管3a的液壓回路。當(dāng)系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)Ic選擇正確的泵的組合時(shí)，所述電子控制系統(tǒng)Ic打開圖2的適當(dāng)?shù)碾x合器致動閥25f和/或26f0
[0055]現(xiàn)在將說明允許離合器接合的液壓回路的整體功能。離合器單元5b和6b是當(dāng)通過機(jī)油加壓時(shí)接合的常開離合器。離合器僅僅需要150磅/平方英寸以致動并執(zhí)行最大可允許扭矩。因此，來自低壓蓄能器的流體被通過減壓/泄壓閥22f饋送以調(diào)節(jié)到離合器的機(jī)油壓力并且避免對離合器的損壞。減壓/泄壓閥22f的出口具有到離合器控制閥25f和26f的流體連接。因此，在閥25f和26f的入口總是有壓力調(diào)節(jié)的機(jī)油。當(dāng)電子控制系統(tǒng)命令離合器被致動時(shí)，電子控制系統(tǒng)使得分別供給離合器5b或6b加壓機(jī)油的閥25f或26f打開并且適當(dāng)?shù)碾x合器接合。
[0056]當(dāng)相關(guān)的離合器被接合時(shí)，由于泵/馬達(dá)被連接的方式，液壓泵/馬達(dá)單元默認(rèn)像泵一樣作用。如果泵/馬達(dá)5a或6a中的任何一個(gè)通過離合器5b或6b與其各自的行星齒輪2b或4b接合，所述泵/馬達(dá)5a或6a中的任何一個(gè)將通過圖2的各自的入口止回閥Ilf或12f將流體從圖1的低壓蓄能器Ia吸引。泵/馬達(dá)然后通過出口止回閥13f或14f中的任何一個(gè)推動流體。入口和出口止回閥允許泵/馬達(dá)的任一組合被在泵或馬達(dá)狀態(tài)下使用而不影響其他單元的操作。泵/馬達(dá)出口被引向圖2的多功能液壓歧管3a、6f、7f和14f內(nèi)側(cè)的用于每個(gè)馬達(dá)/泵的兩個(gè)閥。在圖2中，閥6f和7f是制動泄壓閥，并且閥13f和14f是分別用于泵/馬達(dá)5a和6a的出口止回閥。一旦流體經(jīng)過出口止回閥13f或14f，所述流體被捕獲或儲存在高壓蓄能器4a中。如果流體通過高壓旁路閥6f或7f，該流體返回到低壓蓄能器la。高壓旁路閥6f和7f的先導(dǎo)階段的壓力設(shè)置最終控制在泵出口處的壓力，并且因此如果泵/馬達(dá)在低于高壓蓄能器流體壓力的壓力下泵送，控制泵/馬達(dá)將產(chǎn)生的制動作用力。電子控制系統(tǒng)Ic連續(xù)地監(jiān)測在高壓蓄能器4a中的流體壓力和在泵/馬達(dá)單元5a和6a的出口處的壓力。
[0057]以此方式，接合的泵/馬達(dá)單元的扭矩貢獻(xiàn)被控制。只要可能，電子控制系統(tǒng)Ic在保證泵移動的流體被從低壓蓄能器Ia傳遞到高壓蓄能器4a的同時(shí)選擇用于滿足駕駛員需要的制動的泵/馬達(dá)組合?？刂葡到y(tǒng)Ic分別基于高壓和低壓蓄能器4a和Ia中的壓力選擇將提供略小于駕駛員所需求的制動作用力的泵或泵組合。高壓旁路閥6f和7f僅在需要時(shí)被使用以當(dāng)將流動引向高壓蓄能器4a中不實(shí)際時(shí)允許液壓系統(tǒng)進(jìn)行非常輕的制動。如果控制系統(tǒng)Ic需要不同的泵/馬達(dá)選擇，高壓旁路閥6f和7f也被簡單地使用。在這種情況下，最終在制動期間控制液壓系統(tǒng)的扭矩貢獻(xiàn)的高壓旁路閥6f和7f能夠被使用以匹配泵的兩個(gè)不同組合的扭矩貢獻(xiàn)。在制動期間系統(tǒng)中的所有其他值保持其默認(rèn)狀態(tài)。
[0058]示例3
[0059]第三系統(tǒng)模式是馬達(dá)驅(qū)動(motoring)模式，其中流體從高壓蓄能器4a流到低壓蓄能器Ia并且向車輛驅(qū)動軸施加正的加速扭矩。通過向泵/馬達(dá)單元的入口引入高壓流體，單元產(chǎn)生扭矩，所述扭矩通過液壓致動離合器5b和/或6b從泵/馬達(dá)單元5a和/或6a分別傳遞到行星齒輪2b和4b，所述扭矩通過驅(qū)動軸4d傳遞到中心齒輪Ib并傳遞到差速器5d并且最終傳遞到車輪6d。在這個(gè)操作模式中，系統(tǒng)電子控制單元Ic再次監(jiān)測圖1的高壓蓄能器4a與圖1的低壓蓄能器Ia之間的流體壓力差?？刂葡到y(tǒng)Ic計(jì)算從高壓和低壓蓄能器之間的壓力差可利用的能量的量和哪個(gè)泵/馬達(dá)組合可以被使用以滿足駕駛員的需求。在這個(gè)模式中，控制系統(tǒng)Ic連續(xù)地監(jiān)測制動和加速器踏板位置。如果系統(tǒng)電子控制單元Ic檢測到任何制動踏板位置，該系統(tǒng)將鎖定離開馬達(dá)驅(qū)動模式。
[0060]如果駕駛員同時(shí)壓下加速器踏板和制動踏板，系統(tǒng)將進(jìn)入馬達(dá)驅(qū)動模式。在這種情況下，系統(tǒng)電子控制系統(tǒng)Ic利用加速器踏板位置來計(jì)算期望的扭矩值并且基于高壓和低壓蓄能器之間的壓力差估算可以從液壓系統(tǒng)利用多少能量。由于固定排量泵/馬達(dá)的總機(jī)械和液壓效率很大程度上由速度決定，控制系統(tǒng)Ic還連續(xù)地監(jiān)測泵/馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度以計(jì)算用于泵/馬達(dá)單元的大致效率值并且修正可利用的扭矩值。然后選擇被需要滿足由駕駛員設(shè)定的扭矩需求的適當(dāng)?shù)谋?馬達(dá)組合。控制系統(tǒng)Ic打開高壓開/關(guān)導(dǎo)向級閥4f。這向高壓開/關(guān)主級閥施加導(dǎo)向壓力并且導(dǎo)致高壓開/關(guān)主級閥打開，這允許高壓流體移動到馬達(dá)壓力控制閥8f和9f。馬達(dá)壓力控制閥由壓力補(bǔ)償孔、導(dǎo)向級和主級構(gòu)成。由于泵入口與出口之間的壓力差決定泵/馬達(dá)單元能夠提供的正加速扭矩的量，這個(gè)壓力差被使用馬達(dá)壓力控制閥控制。入口止回閥Ilf和12f防止高壓流體從馬達(dá)壓力控制閥8f和9f的出口回到低壓蓄能器la。入口止回閥允許當(dāng)泵/馬達(dá)在制動模式運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)流體進(jìn)入泵/馬達(dá)5a和6a的入口。一旦高壓開/關(guān)主級閥已經(jīng)打開，馬達(dá)壓力控制閥被調(diào)整到略高于低壓蓄能器壓力的壓力。高壓旁路閥6f也被調(diào)整到略高于選擇的泵/馬達(dá)單元的馬達(dá)壓力控制閥的設(shè)置的某個(gè)壓力。這保證了馬達(dá)不旋轉(zhuǎn)，但是低壓止回閥Ilf和12f關(guān)閉。此時(shí)，控制系統(tǒng)Ic命令適當(dāng)?shù)碾x合器開/關(guān)閥25f和/或26f開，將適當(dāng)?shù)谋?馬達(dá)單元離合到其各自的行星齒輪?？刂葡到y(tǒng)作出泵/馬達(dá)選擇以使得略小于由駕駛員要求的期望扭矩被液壓系統(tǒng)供應(yīng)。
[0061]剩余扭矩被通過圖1的車輛原動機(jī)Id供應(yīng)。這被進(jìn)行以使得馬達(dá)單元和車輛的發(fā)動機(jī)能夠在最佳效率操作。只要可能，然后，馬達(dá)壓力控制閥被用來使得馬達(dá)接合平滑并且在馬達(dá)驅(qū)動期間改變泵/馬達(dá)組合。系統(tǒng)電子控制單元Ic使用算法以將發(fā)動機(jī)動力與由液壓系統(tǒng)提供的動力混合。隨著在高壓蓄能器中的高壓流體被用盡，系統(tǒng)電子控制單元Ic命令車輛發(fā)動機(jī)通過將節(jié)流信號線纜從加速器踏板運(yùn)行到系統(tǒng)電子控制單元Ic中來增加更多動力，所述系統(tǒng)電子控制單元Ic具有向通過車輛供應(yīng)的發(fā)動機(jī)控制單元發(fā)送信號的單獨(dú)的線。所有的錯(cuò)誤檢查被使得完好無缺的以使得發(fā)動機(jī)不能夠被供應(yīng)錯(cuò)誤控制信號。如果液壓單元能夠供應(yīng)駕駛員需要的所有要求動力，發(fā)動機(jī)將空轉(zhuǎn)直到高壓流體供應(yīng)已經(jīng)用盡并且動力需要由原動機(jī)補(bǔ)充。
[0062]使用這三個(gè)模式，整個(gè)本發(fā)明在回收車輛動能和將回收的動能再利用到該系統(tǒng)是有效、平滑的。
[0063]本發(fā)明的前面的描述已經(jīng)為了示出和說明的目的呈現(xiàn)并且不旨在詳盡的或者將本發(fā)明限制為所公開的精確形式，并且明顯地，鑒于上述教導(dǎo)，許多修改和變體是可能的。實(shí)施例被選擇并且描述以最佳說明本發(fā)明的原理和其實(shí)際應(yīng)用從而使得本領(lǐng)域技術(shù)人員在各個(gè)實(shí)施例中最佳利用本發(fā)明并且具有如適合于預(yù)期的特別用途的各種變體。本發(fā)明的范圍旨在由本文附加的權(quán)利要求限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于具有發(fā)動機(jī)、變速器和驅(qū)動軸的機(jī)動車輛的液壓再生裝置，所述再生裝置包括:至少兩個(gè)固定排量液壓泵/馬達(dá)；可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述變速器與所述驅(qū)動軸之間的中心齒輪；與所述中心齒輪嚙合連接的第一行星齒輪；與所述中心齒輪嚙合連接的第二行星齒輪；至少兩個(gè)液壓離合器元件，所述至少兩個(gè)離合器元件的第一液壓離合器元件用于使得所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第一個(gè)與所述第一行星齒輪可旋轉(zhuǎn)地接合，所述至少兩個(gè)離合器元件的第二液壓離合器用于使得所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第二個(gè)與所述第二行星齒輪接合；包含加壓流體的低壓液壓蓄能器；包含加壓流體的高壓液壓蓄能器；多功能液壓歧管，所述多功能液壓歧管用于將所述第一泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通并且用于將所述第二泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通，用于控制所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)到所述驅(qū)動軸的輸出扭矩，并且用于控制由所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)從所述驅(qū)動軸吸收的扭矩；車輛節(jié)流裝置位置傳感器；制動踏板位置傳感器；和用于接收來自所述高壓蓄能器和低壓蓄能器的壓力信息、制動踏板位置信息和節(jié)流裝置位置信息并且用于控制所述多功能液壓歧管的電子控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，其中所述電子控制系統(tǒng)引導(dǎo)從車輛運(yùn)動回收來自所述驅(qū)動軸的動能以儲存為在所述高壓蓄能器中的流體的增大壓力并且引導(dǎo)在所述高壓蓄能器中回收的能量到所述驅(qū)動軸的可利用性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，其中所述再生裝置與所述機(jī)動車輛的傳動系并行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而如果所述液壓再生裝置不起作用，所述機(jī)動車輛的基礎(chǔ)制動器提供制動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，其中所述多功能液壓歧管包括至少兩個(gè)液壓流體回路，所述至少兩個(gè)液壓流體回路中的每個(gè)包括至少兩個(gè)止回閥和至少兩個(gè)壓力控制閥，用于引導(dǎo)所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)以將流體從所述低壓蓄能器泵送到所述高壓蓄能器或者從所述高壓蓄能器接收流體以給所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)提供動力以向所述驅(qū)動軸供應(yīng)扭矩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，其中所述多功能液壓歧管向所述至少兩個(gè)液壓離合器元件中的所述第一離合器提供液壓流體并且向所述至少兩個(gè)液壓離合器元件中的所述第二離合器提供液壓流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括:用于將所述中心齒輪從所述驅(qū)動軸機(jī)械隔離的爪形離合器；和用于使得所述中心齒輪的旋轉(zhuǎn)速度與所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)速度匹配的同步器板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括與所述高壓蓄能器氣體連通的輔助氣瓶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括:第一常閉閥，液壓流體通過所述第一常閉閥供應(yīng)以引起所述第一液壓離合器元件的接合；和第二常閉閥，液壓流體通過所述第二常閉閥供應(yīng)以引起所述第一液壓離合器元件的接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括常閉閥，液壓流體通過所述常閉閥供應(yīng)到所述高壓蓄能器和從所述高壓蓄能器離開。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括滑道，所述再生裝置被固定到所述滑道，所述滑道適合于被可逆地安裝在所述機(jī)動車輛上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括:輔助液壓泵；和離合器元件，所述離合器元件用于使得所述輔助液壓泵接合到所述機(jī)動車輛的所述發(fā)動機(jī)和從所述機(jī)動車輛的所述發(fā)動機(jī)分離，用于將液壓流體從所述低壓蓄能器移動到所述高壓蓄能器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓再生裝置，還包括渦輪驅(qū)動泵，用于利用來自所述發(fā)動機(jī)的廢熱將液壓流體從所述低壓蓄能器移動到所述高壓蓄能器。
13.一種用于具有發(fā)動機(jī)、變速器和驅(qū)動軸的機(jī)動車輛的液壓再生裝置，所述再生裝置包括:至少兩個(gè)固定排量液壓泵/馬達(dá)；可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述變速器與所述驅(qū)動軸之間的中心齒輪；用于將所述中心齒輪從所述驅(qū)動軸機(jī)械地隔離的爪形離合器；用于使所述中心齒輪的旋轉(zhuǎn)速度匹配所述驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)速度的同步器板；與所述中心齒輪嚙合連接用于可旋轉(zhuǎn)地接合所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第一個(gè)的第一行星齒輪；與所述中心齒輪嚙合連接用于可旋轉(zhuǎn)地接合所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)中的第二個(gè)的第二行星齒輪；包含加壓流體的低壓液壓蓄能器；包含加壓流體的高壓液壓蓄能器；多功能液壓歧管，所述多功能液壓歧管用于將所述第一泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通并且用于將所述第二泵/馬達(dá)置于與所述低壓蓄能器和所述高壓蓄能器流體連通，用于控制所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)到所述驅(qū)動軸的輸出扭矩并且用于控制由所述第一泵/馬達(dá)和所述第二泵/馬達(dá)從所述驅(qū)動軸吸收的扭矩；車輛節(jié)流裝置位置傳感器；制動踏板位置傳感器；和用于接收來自所述高壓蓄能器和低壓蓄能器的壓力信息、制動踏板位置信息和節(jié)流裝置位置信息并且用于控制所述多功能液壓歧管的電子控制系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，其中所述電子控制系統(tǒng)引導(dǎo)從車輛運(yùn)動回收來自驅(qū)動軸的動能以儲存為在所述高壓蓄能器中的流體的增大壓力并且引導(dǎo)在所述高壓蓄能器中回收的能量到所述驅(qū)動軸的可利用性。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，其中所述再生裝置與所述機(jī)動車輛的傳動系并行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而如果所述液壓再生裝置不起作用，所述機(jī)動車輛的基礎(chǔ)制動器提供制動。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，其中所述多功能液壓歧管包括至少兩個(gè)液壓流體回路，所述至少兩個(gè)液壓流體回路中的每個(gè)包括至少兩個(gè)第一止回閥和至少兩個(gè)第一壓力控制閥，用于接合所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)以將流體從所述低壓蓄能器泵送到所述高壓蓄能器或者以從所述高壓蓄能器接收流體以給所述至少兩個(gè)泵/馬達(dá)提供動力以向所述驅(qū)動軸供應(yīng)扭矩。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，還包括與所述高壓蓄能器氣體連通的輔助氣瓶。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，還包括:第一常閉閥，液壓流體通過所述第一常閉閥供應(yīng)以引起所述第一液壓離合器元件的接合；和第二常閉閥，液壓流體通過所述第二常閉閥供應(yīng)以引起所述第一液壓離合器元件的接合。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，還包括常閉閥，液壓流體通過所述常閉閥供應(yīng)到所述高壓蓄能器和從所述高壓蓄能器離開。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，還包括滑道，所述再生裝置被固定到所述滑道，所述滑道適合于被可逆地安裝到所述機(jī)動車輛。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，還包括:輔助液壓泵；和離合器元件，所述離合器元件用于將所述輔助液壓泵接合到所述機(jī)動車輛的所述發(fā)動機(jī)和從所述機(jī)動車輛的所述發(fā)動機(jī)分離，用于將液壓流體從所述低壓蓄能器移動到所述高壓蓄能器。
22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的液壓再生裝置，還包括渦輪驅(qū)動泵，所述渦輪驅(qū)動泵用于利用來自所述發(fā)動機(jī)的廢熱將液壓流體從所述低壓蓄能器移動到所述高壓蓄能器。
【文檔編號】F16D65/28GK104487728SQ201380023595
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】D·S·約翰遜, D·J·小許貝爾, J·L·雷諾茲 申請人:閃電混合動力公司