液压混合型车辆 【技术领域】
本发明是一种独特的汽车动力系设计，该设计以较高的效率使用整体内燃机产生的能量。应用的领域是汽车动力系。背景技术
汽车日渐增多的使用使存在于大气中的多种污染物增加，所述污染物包括温室气体，例如二氧化碳。现有动力系的热效率通常平均约为15％。因此，需要提高汽车动力系利用燃料的效率的新方法。
传统的汽车动力系会导致大量的能量损失，使其很难有效地控制排放，并且提供用于改善汽车燃料经济性的能力有限。传统的动力系由一内燃机和一简单的机械传动装置构成，该传动机构具有许多独立的齿轮比。由于下述的低效率，该种系统消耗的燃料能量的约85％至90％以热量形式浪费。只有10％-15％的能量可用来克服路面负荷，大部分能量在制动中以热量形式耗散。
大部分能量损失是由于内燃机功率容量与平均功率需求之间的较差匹配。任何给定瞬间加于内燃机上的负荷直接由该瞬间总的路面负荷确定，该负荷在最高与最低负荷之间变化。为了满足加速要求，需要功率必须比平均路面负荷强许多倍的内燃机。内燃机的效率与负荷一起显著变化，它在接近峰值负荷地较高负荷处是最好的，在低负荷处是最差的。由于正常传动中受到的大多数路面负荷接近波谱的下端，因此内燃机在多数时间中必须以低效率(例如小于20％)运行，即使是峰值效率在35％至40％的范围中的传统内燃机也是如此。
能量损失的另一主要来源是在制动中。与需要向车轮传送能量的加速相比，制动需要从车轮移除能量。由于内燃机只能产生但不能回收能量，简单的齿轮传动装置只能传送能量，因此传统的动力系是一单向能量通道。可通过摩擦制动系统来实现制动，该系统通过将暂时不需要的动能转化为热量以使其无用。
由于需要内燃机在许多不同的燃烧条件下运行，因此传统动力系中的内燃机所经历的速度和负荷的广泛变化也会使其很难有效地控制排放。以较恒定的速度和/或负荷运行内燃机可使任何排放控制装置最优化，更有效的内燃机的整体设置可使移动每英里所燃烧的燃料变少。
除了在与气动阻力、重力和滚动阻力的改进相结合时，传统动力系提供致使汽车燃料经济性改善的能力有限。该种改良只能提供逐渐增加的效率改善，并且同样良好地应用于改进的动力系。
已经将混合型车辆系统作为减少上述低效的装置进行研究。混合型车辆系统在路面载荷需求与内燃机之间提供“缓冲”，以便减少内燃机经历的需用功率的变化。由于缓冲器可以接纳并储存能量，因此它还允许再生式制动。混合型车辆系统的有效性取决于它以峰值效率运行内燃机的能力、缓冲介质的容量和效率以及向驱动轮传送功率的传动系统的效率。通常缓冲介质包括蓄电池、机械飞轮和液压蓄能器。
为了将液压蓄能器用作缓冲器，将一液压泵/马达与系统相结合。泵/马达可互换地用作泵或马达。用作一泵时，内燃机的动力使一轴旋转，该轴将液压流体泵送到相对于气体(例如氮气)体积增压的蓄能器。用作一马达时，通过装置释放增压的流体，使轴旋转并且产生动力。参见诸如1980年9月23日授予Samual Shiber的美国专利4,223,532。
揭示该种混合型动力系的其它美国专利包括：
混合动力系车辆——1996年3月5日授权的US 5,495,912；
非锁定再生式制动系统——1996年4月9日授权的US 5,505,527；
蓄能器内燃机——1996年12月3日授权的US 5,579,640；
轻型安全液压动力系统及其运行方法——1996年4月16日授权的US 5,507,144；以及
连续平稳的传动装置——1999年3月30日授权的US 5,887,674。发明内容
本发明提供一种汽车动力系，它包括一对驱动轮和一液压线路，该液压线路包括至少一个蓄能器，该蓄能器用于接纳液压流体、储存压力和排放所储存的压力。液压线路还包括第一和第二泵/马达或与第二液压泵相结合的第一液压泵/马达。以其马达模式运行的第一液压泵/马达响应于液压流体的接纳以便驱动驱动轮，并且在泵模式中，响应于制动以便将液压流体泵送到蓄能器。第二液压泵或液压泵/马达具有固定在内燃机的曲轴上的一轴，该内燃机使第二液压泵/马达象泵一样运行，以便在第一液压泵/马达以马达模式运行时，将液压流体泵送到蓄能器和第一液压泵/马达中的至少一个。较佳的第一和第二液压泵或泵/马达是直列式活塞机械，更佳的第一和第二液压泵或泵/马达是弯轴式活塞机械。
本发明还提供了一种汽车动力系，它包括：一对驱动轮；一内燃机，该内燃机具有一用于功率输出的曲轴；以及一液压动力线路。液压动力线路包括至少一个蓄能器，该蓄能器用于接纳液压流体、储存压力和排放所储存的压力。一齿轮组用来将动力从至少一个液压泵/马达传送到驱动轮。在一较佳实施例中，合并成液压动力线路的两个传动液压泵/马达位于齿轮组的一个齿轮的相对两侧，并且共用一具有安装在其上的一个齿轮的公共输入/输出轴。这些第一和第二液压泵/马达可以马达模式运行以便通过齿轮轴驱动该对驱动轮，或者以泵模式运行以便响应于驱动轮的制动将液压流体泵送入蓄能器。由内燃机驱动的一第三液压泵或泵/马达用于将液压流体泵送到蓄能器和/或第一和第二液压泵/马达，以驱动那些处于马达模式的泵/马达，藉此为车辆提供动力。再次，较佳的泵和/或泵/马达是直列式活塞机械，最佳的泵和/或泵/马达是弯轴式活塞机械。如本发明的以上方面所述，第三液压泵或泵/马达具有一固定在内燃机的曲轴上的传动轴。
本发明还提供了用于控制上述类型的动力系中的液压流体的液压控制逻辑。更具体地说，本发明提供了一种汽车动力系，它包括：一对驱动轮；一内燃机，该内燃机通过一曲轴进行功率输出；以及一液压传动线路。在以马达模式运行时，一第一泵/马达响应于从高压管线接纳高压流体以便驱动所述驱动轮，并且响应于驱动轮的制动以泵模式运行以便将高压流体传送到高压管线。液压线路还包括：一高压蓄能器，该高压蓄能器用于通过高压管线和低压管线接纳和排放高压流体；以及一低压蓄能器，该低压蓄能器用于通过低压管线接纳和排放低压流体。液压控制逻辑包括使第一泵/马达的一侧分别并联连接到所述高压和低压管线的第一和第二并联管线，第一并联管线具有一第一阀，打开第一阀以使高压流体从高压管线正向驱动到第一泵/马达的一侧。第二并联管线具有一第二阀，打开第二阀以使低压流体从低压管线反向驱动到第一泵/马达的一侧。第三和第四并联管线用于使第一泵/马达的第二侧分别并联连接到高压和低压管线。第三并联管线具有一第三阀，打开第三阀以使低压流体从低压管线正向驱动到第一泵/马达的第二侧。第四并联管线具有一第四阀，打开第四阀以使高压流体从高压管线反向驱动到第一泵/马达的第二侧。类似的控制逻辑可提供第二泵/马达或者第三泵/马达的控制操作。第一和第三泵/马达共用一具有减速齿轮装置的一个齿轮的公共轴，所述减速齿轮装置可作为上述本发明的特征。
本发明还提供了一种汽车动力系，如同本发明的其它方面那样，它包括：一对驱动轮；一内燃机，该内燃机通过一曲轴进行功率输出；以及一液压传动线路。液压传动线路包括：高压和低压管线，以及一可运行超出中心的第一泵/马达，在马达模式中，该第一泵/马达响应从高压管线接纳高压流体以便驱动所述驱动轮，并且响应于驱动轮的制动以泵模式运行以便将高压流体传送到高压管线。液压传动线路还包括一第二泵/马达，该第二泵/马达的运行可超出中心并且被内燃机驱动，它以泵模式运行以便将高压流体传送到高压管线。液压传动线路还包括：高压和低压蓄能器以及一液压控制逻辑。这里，液压控制逻辑包括第一和第二并联管线，它们使第一泵/马达的一侧分别并联连接到高压和低压管线。第一并联管线具有一第一阀，打开第一阀以使高压流体从高压管线流到第一泵/马达的一侧。第二并联管线具有一阀，该阀防止流体从高压管线直接流到低压管线。在该液压传动线路中，第一泵/马达的第二侧与低压管线直接相连。第二和任选的第三泵/马达设有类似的液压控制逻辑。
本发明的液压混合性车辆动力系是一种独特的动力系，它可完成传统动力系的所有功能，但具有更高级别的能量效率。这种新颖的动力系在车辆减速(即制动)时，可将运动车辆的动能有效地转化成势能，并且将该能量储存在车辆上以便随后的再次使用。动力系采用一种能量和成本效率操作所必需的多种传统和新颖构件的独特的集成设计。同样，采用一种独特的液压流体流动线路和独特的操作控制逻辑以达到完全能量效率改进，所述改进可通过这种新的动力系得以实现。这种新的动力系的许多独特特征也可应用在电混合型动力系中。附图说明
在附图中：
图1是本发明的动力系的较佳实施例的框图；
图2是液压控制线路的第一较佳实施例的线路图；
图3是用于本发明的动力系的泵/马达的较佳设置的示意图；
图4示出了用于特定速度的泵/马达的排量设定的表格；
图5是液压控制逻辑的第二较佳实施例的线路图；
图6示出了利用加速踏板的控制模式；
图7是控制程序的较佳实施例的流程图；
图8是图1的实施例的修改部分的示意图；以及
图9是图1的一部分传动系统的又一修改的示意图。具体实施方式
请参见图1，首先使内燃机11起动，然后驱动泵/马达12。高压蓄能器13通过管线14、通过液压控制线路15、通过管线16向用作一马达的泵/马达12供应高压液压流体，以使内燃机11起动。从用作一马达的泵/马达12通过管线19、通过液压控制线路15、通过管线18将低压流体排放到低压蓄能器17。在起动时，内燃机11驱动处于其泵模式的泵/马达12。
电子控制线路10接收多种信号，包括传感器9发出的指示加速踏板90的位置的信号，以及传向液压控制线路15的输出控制信号。
低压蓄能器17通过管线18、通过液压控制线路15以及通过管线16向用作一泵的泵/马达12供应低压液压流体。象泵一样运行的泵/马达12通过管线19、通过液压控制线路15以及通过管线14将高压流体排放到高压蓄能器13。如果需要动力来驱动车轮20，高压流体也将通过任何一条或两条管线23和24流到象马达一样运行的传动泵/马达21和22中的一个或两个。从一个或两个用作马达的泵/马达21和22通过一条或两条管线25和26、通过控制线路15、通过管线18将低压流体排放到低压蓄能器17。当高压蓄能器13中的压力到达一预定的最大值时，通过空转或关机使内燃机11停止向用作一泵的泵/马达12传送动力。当高压蓄能器13中的压力到达一预定的最小值时，内燃机11将恢复传送动力。
当车辆制动变为必需时，通过一条或两条管线23和24供应低压流体，以及通过一条或两条管线25和26、通过控制线路15、通过管线14将高压流体排放到高压蓄能器13，以使一个或两个传动泵/马达21和22象泵一样运行，从而获得来自车轮20的动力。以后将更全面地叙述控制线路15以及控制的设计和作用。
图2示出了液压控制线路15的细节，对于该第一实施例，其中，泵/马达不会超出中心(overcenter)，即在泵/马达的输出轴继续沿相同方向旋转的同时，泵/马达不会提供液压流体的反向流动。在该实施例中，阀42-45、32、35、52和55各自作为处于“关闭”(止回)位置的止回阀那样运行。阀42、44、32和52总是使高压流体从泵/马达12、21和22流入高压管线14，阀43、45、35和55总是使低压流体从泵/马达12、21和22流入低压管线18。
中间分支线路31控制流体通过管线16和19流入和流出泵/马达12。中间分支线路通过管线16使泵/马达12的一侧分别通过(第一和第二)并联管线36和37连接于高压管线14和低压管线18。同样，泵/马达12的第二侧通过管线19分别通过并联管线38和39并联地连接于高压管线14和低压管线18。为了使高压流体从高压管线14通过管线16流到用作一马达的泵/马达12以使内燃机11起动，将阀32打开。止回阀33和34防止高压流体直接流入低压管线。在为使流体流过用作一马达的泵/马达12并且通过低压管线18向低压蓄能器17排放流体而打开阀32时，还必须打开阀35(如图2所示)。
当内燃机11已经起动时，泵/马达12的排量将迅速降低到零，阀32返回到图2所示的关闭或止回位置。如果泵/马达12的排量不绝对为零，或者如果泵/马达12发生渗漏的话，止回阀33会使低压流体从低压管线18流到管线37、流到管线16，来自泵/马达12的流体将通过管线19、通过打开的阀35和并联管线39流到低压管线18，从而防止泵/马达12发生空化作用的可能性，并且建立一用于泵/马达12的低摩擦、中性旋转(neutral spinning)的中性环路。如果泵/马达12略微超出中心的话，处于其关闭位置的阀32象止回阀那样运行以防止液压阻塞或过压。在内燃机冷起动以后，必须使泵/马达12中性旋转，以使内燃机在需要转矩之前充分预热。在准备好和需要时，内燃机11驱动用作一泵的泵/马达12。阀35首先旋转到关闭(或止回)位置，并且使泵/马达12的排量增加。低压流体从管线18通过止回阀33和并联管线37、通过管线16流到用作一泵的泵/马达12。高压流体离开泵/马达12，通过管线12、通过并联管线38和止回阀34流到高压管线14。流体将只流到高压蓄能器13、流到高压蓄能器13和用作马达的泵/马达21和22中的一个或两个或者只流到用作马达的泵/马达21和22中的一个或两个。
如果需要动力来驱动车轮20，高压流体将从任何一条或两条分支线路41和51通过一条或两条管线23和24流到一个或两个用作马达的传动泵/马达21和22。在题为“连续平稳的传动装置”的美国专利No.5中叙述了是否使用分支线路41、分支线路51或者分支线路41和51的判定，本文将援引该专利的主旨作为参考。分支线路41具有通过管线23与泵/马达21的一侧相连的管线46和47，管线46和47分别与高压管线14和低压管线18并联。分支线路41通过管线25与泵/马达21的第二侧相连，该分支线路分别通过并联管线48和49与高压管线14和低压管线18并联。如果命令分支线路41向管线23供应高压流体，则打开阀42(在图2中以关闭或止回状态示出)，高压流体从管线14通过阀42和并联管线46流向管线23。如果命令用作一马达的泵/马达21向车轮20提供转矩，泵/马达21的排量将从零增加到所需程度，高压流体流过管线23、流过泵/马达21，并且通过管线25、通过管线49中的阀45(图2所示的阀已经打开)以及通过管线18以低压返回到低压蓄能器17。阀43和44处于关闭或止回位置(如图2所示)，以防止高压流体流向低压侧。如果阀42处于关闭位置，则阀43的止回位置可防止泵/马达21的空化作用。
同样，分支线路51具有通过管线24与泵/马达22的一侧相连的管线56和57，管线56和57分别与高压管线14和低压管线18并联。分支线路51通过管线26与泵/马达22的第二侧相连，该分支线路分别通过并联管线58和59与高压管线14和低压管线18并联。如果命令分支线路51向管线24供应高压流体，则打开阀52(在图2中以关闭或止回状态示出)，高压流体从管线14通过阀52流向管线24。如果命令用作一马达的泵/马达22向车轮20提供转矩，泵/马达22的排量将会从零增加到所需程度，高压流体流过管线24、流过泵/马达22，并且通过管线26、通过阀55(图2所示的阀已经打开)以及通过管线18以低压返回到低压蓄能器17。阀53和54处于止回位置(如图2所示)，以防止高压流体流向低压侧。如果阀52处于关闭位置，则阀53的止回位置可防止泵/马达21的空化作用。
当车辆制动变为必需时，通过一条或两条管线23和24供应低压流体，利用一个或两个分支线路41和51，以使一个或两个传动泵/马达21和22象泵一样运行，从而获得来自车轮20的动力。如果命令分支线路41向管线23供应低压流体，阀45将旋转到关闭或止回位置(图2所示的阀处于打开位置)。所有其它的阀(42、43和44)保持在同样如图2所示的关闭或止回位置中。与制动踏板(图中未示出)的压下成比例，命令泵/马达21增加其排量，使低压流体从管线18中流出，通过阀43和并联管线47、通过管线23以及通过泵/马达21，并且使高压流体通过管线25、通过阀44和并联管线48以及通过管线14流到高压蓄能器13。如果命令分支线路51向管线24供应低压流体，阀55将旋转到关闭或止回位置(图2所示的阀处于打开位置)。所有其它的阀(52、53和54)保持在图2所示的关闭或止回位置中。与分支线路41和泵/马达21一样，与制动踏板的压下成比例，命令泵/马达22增加其排量，使低压流体从管线18中流出，通过阀53和并联管线57、通过管线24以及通过泵/马达22，并且使高压流体通过管线26、通过阀54和并联管线58以及通过管线14流到高压蓄能器13。
虽然单个分支线路可以为一个、两个或多个传动泵/马达服务(如同后面将叙述的那样，分支线路41的设计最好还可为车轮20提供反向驱动)，但成对的单个分支线路和单个传动泵/马达可将流向未被命令提供正或负的(制动)转矩的泵/马达的高压流体切断。通过显著减少通过泵/马达渗漏到低压侧的流体，切断流向泵/马达的高压可使效率提高。当离合器未被用于使泵/马达脱离传动系时，泵/马达的旋转转矩/摩擦和流体的可压缩性损失在车辆移动时也显著减少。
在命令车辆方向反转时，利用了分支线路41。打开阀44和43(图2所示的阀处于关闭或止回位置中)，关闭阀45(图2所示的阀是打开的)，并且使阀42保持在图2所示的关闭/止回位置中。与“加速踏板”(图中未示出)的压下成比例，命令泵/马达21增加其排量，使高压流体从管线14流过阀44和并联管线48、流过管线25以及流过泵/马达21，并且使低压流体通过管线23、通过阀43和并联管线47以及通过管线18流到低压蓄能器17。通过反转泵/马达21的高和低压侧，使泵/马达沿相反方向旋转。如果所需反向转矩较高，可将分支线路51构造成分支线路41和泵/马达22也可用来提供反向转矩。
前面的较佳实施例包括与内燃机曲轴构成一体的内燃机的泵/马达12。泵/马达的活塞直接作用在曲轴的端部上。由于泵/马达的输出轴已经变为内燃机曲轴，因此只能使用一组共用的轴承，例如锥形滚柱轴承127，选择用于套筒在泵/马达12中移动的泵/马达平面，以提供使内燃机活塞施加在曲轴上的作用减轻的力，以减少轴承力和轴承摩擦。
在先前的较佳实施例中，用螺栓将内燃机11直接固定在传动壳体上。传动装置因而包括内燃机泵/马达和致动器，以及先前所述的动力传送控制所必需的所有流动线路和阀门，较佳实施例的两个传动泵/马达和致动器与齿轮减速部分(定位套筒移动的平面以减轻齿轮力)的传动轴构成一体，减速所需的齿轮与差动组件构成一体。传动装置具有两个初级液压管线连接，一个连接于高压蓄能器(高压管线14)，一个连接于低压蓄能器(低压管线18)。传动装置具有两个次级液压油管连接，一个将低压润滑油供应到泵/马达和齿轮减速/差动组件，一个使润滑油和任何泵/马达壳体渗漏的油返回到储存罐以便重新使用。
图3更详细地示出了液压混合型车辆的动力系传动装置的较佳实施例的关键构件。内燃机的泵/马达12与内燃机曲轴的输出凸缘123构成一体。内燃机的斜轴式泵/马达12的活塞124作用在旋转板125上，该旋转板直接附连在(或者可以是其自身)曲轴凸缘123上。由于泵/马达的输出轴与内燃机曲轴结合成单轴126，因此一组共用的轴承127可供曲轴后主轴承和泵/马达的传动轴承使用。箭头129表示通过泵/马达12的液压流体的流动路径。
较佳实施例的两个传动泵/马达21和22与齿轮减速组件214的传动轴213构成一体，所述齿轮减速组件驱动两个传动齿轮225中较小的一个。齿轮225驱动两个传动齿轮325中较大的一个。将齿轮325安装在传动轴326上，该传动轴则附连在一传统差动组件(图中未示出)上，该差动组件以传统的方式连接通过传统的传动轴(图中未示出)以驱动车轮。传动泵/马达的活塞216和226作用在旋转板217和227上，所述旋转板直接附连于小型齿轮传动轴213的相对两端。由于泵/马达的输出轴已经与小型齿轮传动轴一体构成一单轴213，因此若干组共用的轴承218和228可供小型齿轮传动轴轴承和泵/马达传动轴承使用。箭头219和215表示分别通过泵/马达21和22的液压流体的流动路径，所述泵/马达是直列式活塞机械，或者更具体地说，是弯轴式活塞机械。
液压混合型车辆的动力系采用操作控制逻辑，以使效率和性能特征最大化。通过管理车辆内燃机，可使泵/马达通过其相关的排量致动器、流动控制阀、断流阀和车辆的其它构件。电子控制系统接收多种输入，包括传动转矩需求(加速踏板位置)、车辆速度和液压流体的压力，以确定诸如泵/马达的排量、阀的位置等输出信号。电子控制系统主要响应于液压系统压力、传动转矩要求和车辆速度以控制内燃机。
操作控制逻辑与美国专利5,495,912的主旨一致，本文将援引该专利的主旨作为参考，后面将结合图6来叙述用于本发明的附加的独特控制逻辑。请再次参见图1，通过调整马达的排量、考虑液压系统压力和车辆速度，以使一个或两个泵/马达21和22向车轮20传送响应于加速踏板90位置的正(或零)转矩。响应于传感器7发出的信号以相同方式传送负转矩(即制动)，该信号可检测制动踏板8用于制动踏板压下的第一部分的位置，而传统摩擦制动器(图中未示出)中的制动踏板压下阶段的第二部分与美国专利5,505,527的主旨一致，本文将援引该专利的主旨作为参考。正、零或负转矩指令可满足供转矩指令使用的传动泵/马达的最高效率的排量设置，这与美国专利5,887,674的主旨一致，本文将援引该专利的主旨作为参考。如同先前所解释的那样，切断通向任何设置为零排量的泵/马达的高压液压流体以减少效率损失。对于所有传动泵/马达、对于每条可能的传动转矩指令，用于最佳排量设定(即，最高的整体效率)的数值是基于液压系统压力和车辆速度的单一解。电子控制装置10根据传感器9发出的信号以及传向液压控制装置15的输出指令信号，从诸如图4所示的储存在内存中的相关等式或查找表格中获得排量设定。
本发明的第二实施例采用超出中心的泵/马达，并且用一液压控制线路10(图5)来代替液压控制线路15(图2)，但其它构件如图1所示。阀62、72和82提供一在其“关闭”(止回)位置起作用的止回阀，藉此使来自泵/马达的高压流体总是流入所述高压管线。在该第二较佳实施例中，无需使阀在高压和低压之间转换。因而，当用作一马达的泵/马达12已经使内燃机11起动，并且传动泵/马达12开始用作一泵时，泵/马达的排量控制机构(图中未示出)将活塞冲程装置移出中心，并且使流过泵/马达的液压流体反转。因此，当泵/马达12象泵一样运行时，低压蓄能器17通过管线18、通过控制线路10(见图5)、通过管线19向用作一泵的泵/马达12供应低压液压流体。用作一泵的泵/马达12通过管线16、通过控制线路10(见图5)、通过管线14将高压流体排放到高压蓄能器13。如果需要动力来驱动车轮20，高压流体也将通过任何一条或两条管线23和24流到任何一个或两个用作马达的传动泵/马达21和22。从一个或两个用作马达的泵/马达21通过一条或两条管线25和26、通过控制线路10、通过管线18将低压流体排放到低压蓄能器17。
当车辆制动变为必需时，通过驱动一个或两个泵/马达21和22超过中心，以使一个或两个用作泵的传动泵/马达21和22运行，从而获得来自车轮20的动力，并且使流体的流动方向反转。低压流体将流过一条或两条管线25和26，并且通过一条或两条管线23和24、通过控制线路10、通过管线14将高压流体排放到高压蓄能器13。
图5示出了使用超出中心的泵/马达的第二实施例的控制线路10的细节。进出控制线路10的管线与图1相同，并且以相同方式作标记。在图5的第二实施例中，中间分支线路60具有通过管线16与泵/马达12的一侧相连的管线64和65，管线64和65分别与高压管线14和低压管线18并联。分支线路60使泵/马达12的第二侧直接(没有阀门的介入)连接到低压管线18。中间分支线路60控制流体流入和流出泵/马达12。为了使高压流体从高压管线14通过管线16流到用作一马达的泵/马达12以使内燃机11起动，将阀门62打开。从用作一马达的泵/马达12通过低压管线19、通过低压管线18将低压流体排放到低压蓄能器17。
当内燃机11已经起动时，泵/马达12的排量将迅速降低到零，管线64中的阀62返回到图5所示的关闭或止回位置。如果泵/马达12的排量不绝对为零，或者如果泵/马达发生渗漏的话，并联管线65中的选用止回阀63可使低压流体流到泵/马达12，以防止泵/马达12发生空化作用的可能性，并且建立一用于泵/马达12的低摩擦、中性旋转的中性环路。在准备好和需要时，内燃机11驱动用作一泵的泵/马达12。泵/马达的冲程超出中心，并且使沿超出中心方向的排量增加。低压流体从管线19中流出，通过用作一泵的泵/马达12。将高压流体排入管线16、并联管线64，并且通过阀62流到管线14。
如果需要动力来驱动车轮20，高压流体将从任何一条或两条分支线路70和80通过一条或两条管线23和24流到一个或两个用作马达的传动泵/马达21和22。
控制传动泵/马达21的分支线路70具有通过管线23与泵/马达21的一侧相连的管线74和75，管线74和75分别与高压管线14和低压管线18并联。分支线路70也使泵/马达21的第二侧，直接(没有阀门的介入)连接到低压管线18。如果命令分支线路70向管线23供应高压流体，阀72将打开，高压流体从管线14通过并联管线74和阀72流到管线23。如果命令用作一马达的泵/马达21向车轮20提供转矩，泵/马达21的排量从零增加到所需程度，并且使高压流体流过管线23、流过泵/马达21并且通过管线25、通过管线18以低压返回到低压蓄能器17。如果阀72处于关闭位置，并联管线75中的任意止回阀73可防止泵/马达21的空化作用。如果命令分支线路80向管线24供应高压流体，其作用以及阀82和任选的回阀83与分支线路70所述的相同，包括低压流体通过管线26返回流到管线18。
当车辆制动变为必需时，通过象泵一样运行一个或两个泵/马达21和22，从而获得来自车轮20的动力。如果命令分支线路70象泵一样运行泵/马达21，致动器使泵/马达的冲程超出中心并且达到所需的排量。低压流体从低压蓄能器17通过管线18、通过管线25并且流入用作一泵的泵/马达21。将高压流体排入管线23，并且流过并联管线74、流过阀72、流过管线14并且流入高压蓄能器13。如果命令分支线路80象泵一样运行泵/马达22，其作用以及阀82和任选的止回阀83与分支线路70所述的相同。
在命令反向车辆驱动时，利用一个或两个泵/马达21和22以及分支线路70和80。由于分支线路70和80的运行相同，因此分支线路70可单独用于所述反向车辆驱动的操作。将阀72打开，并且以与用作一泵的泵/马达21的冲程用于再生式制动时相同的方式使泵/马达21的冲程超出中心以达到命令排量。高压流体从管线14通过管线74、通过阀72、通过管线23并且沿相反方向流入用作一马达的泵/马达21。将低压流体排入管线25，通过管线18并且流入低压蓄能器17。
图6和7示出了用于传动泵/马达的操作控制，该种控制用于促使车辆司机的驱动更加高效。在图6所示的控制中，根据传感器9检测到的加速踏板90的位置来控制传动泵/马达21、22的操作。加速踏板移动的区域1对应只有最小的传动泵/马达22运行的按压。在区域1中有四个按压分区。第一分区是一“死区”，控制逻辑将泵/马达保持为零排量，以避免非常低效、非常低的排量(步骤310)。因此，如果按压踏板19(步骤300中的“是”)的话，图7的控制例行程序将进行步骤310，其中踏板出现在分区1中不会导致排量指令信号。检测第二分区中的位置(步骤320)会导致在零排量与某些可接受效率最低的排量之间运行泵/马达的指令信号的输出，这里可认为是1/3排量。然后确定踏板是被按压还是被释放入分区2(步骤321)。当司机将踏板按压到该第二分区中的位置时，控制逻辑向排量指令提供慢响应(例如，冲程从零达到仅小于1/3排量的指令需要2秒)(步骤323)。由于来自这些指令的转矩输出极小，因此如果需要更迅速地增加转矩，司机将进一步按压踏板，从而使实际花费的时间减少到少于1/3排量。当司机将踏板90释放到分区2中的位置时，控制逻辑将尽可能快地使排量变为零(步骤322)。如果将踏板90再次按压在分区2中，控制逻辑将以如前所述的慢速增加排量。第三分区是1/3到全排量，电子控制装置10(图1)将如先前所述的那样确定的排量信号尽可能快地发送到指令阀(步骤331)。第四分区是一第二“死区”(也就是说，即使踏板按压建议一“稍大一些”的转矩，泵/马达也将停留在全排量处)，以使泵/马达22尽可能长地保持在有效的全排量处。如果司机将踏板按压入区域2(步骤350)，第二传动泵/马达21开始提供转矩，使第二个较大的泵/马达21达到1/3排量以上的排量设定(对于该示例来说)，并且同时使最小的泵/马达22到达零排量。在区域2中，随着较大的泵/马达21在1/3与全排量之间运行(步骤351)，电子控制装置尽可能快地向指令阀发送用于其排量的信号，以及使泵/马达22变为零排量(步骤352)的指令信号。如果司机将踏板90按压入区域3(步骤360)，泵/马达21和22接受指令(步骤361、362)，以最有效的合成排量设定提供转矩，满足两个泵/马达高达全排量的指令转矩。显然，如果使用多于两个传动泵/马达，相同的逻辑将继续用于另外的泵/马达，直至以全排量使用所有的泵/马达。类似的逻辑控制将应用于再生式制动，对制动踏板的按压尤为关键。
图8示出了本发明的另一实施例，该实施例提供了在典型的机动车辆运行的转矩指令的较大范围内的有效转矩，而且不需要传动泵/马达与驱动轮之间的多路传动泵/马达或变速传动装置，该实施例还在接受指令时将可能的最高转矩提供给可供使用的传动泵/马达。在图8的实施例中，高压管线94代替图1实施例中的高压管线14，并且以与其代替高压管线14时相同的方式连接于控制线路15。图8所示的其它构件取代了高压蓄能器13，但包括图1所示的未经改变的其余结构，尽管它们在图8中未被示出。图8的实施例将“阀出(valve out)”(用关闭阀门隔离出)高压蓄能器，并且在命令高转矩时以直接流体静力的模式运行。在低和中等转矩指令中，传动泵/马达以先前所述的方式运行。对于比瞬间系统压力下的传动泵/马达的全排量所能提供的更高的转矩指令而言，高压蓄能器被“阀出”液压线路，内燃机供应足够的液压动力以使系统压力升高到指令转矩。以该种方式，以最高效率(即，最佳排量和压力)运行传动泵/马达可满足指令转矩，直至与最大的额定系统压力下的最大排量对应的转矩。
现在将结合车辆以低速运行并收到用于最大加速(即，最大转矩)的指令时的运行来叙述图8的动力系的运行。在低车速和最大系统额定压力以下的液压系统压力下，内燃机可传送的功率大于传动泵/马达能使用的功率。即使传动泵/马达处于全排量，若高压蓄能器93打开，内燃机11也可将液压流体泵送入高压蓄能器。如果系统额定压力是5000磅/平方英寸，瞬时系统压力是2500磅/平方英寸，传动泵/马达21、22也只能提供在5000磅/平方英寸时可供使用的转矩(和功率)的一半。因此，从液压线路中移除高压蓄能器93将使系统压力立即增加到(对于该示例)5000磅/平方英寸，并且向车轮提供最大的可能转矩(和功率)。请参见图8，关闭阀91使通过高压管线94流入高压蓄能器93的流体终止。在非常低的车速时必须设法使内燃机的功率对应与液压流体通过泵/马达21、22的流动速率相关的功率，以避免超过最大系统额定压力。还可将一选用的小型辅助高压蓄能器95(小于蓄能器93)加入图8所示的线路，以便在较大的高压蓄能器93无法接纳流体时缓和系统压力。随着车速和泵/马达12的速度增加(图1)，发生另外的流动并且从内燃机供应更大的功率。该情况将继续到内燃机11的最大功率输出。超过与最大内燃机功率输出相关的车速，传动泵/马达21、22的排量将减少，同时继续使用来自内燃机11的可供使用的最大功率，直至来自车辆司机的最大加速速率指令停止(即，直至减少加速踏板的按压)。在系统压力与高压蓄能器93中的压力相等时，通过打开阀91使高压蓄能器93再次返回到液压线路，并且使“正常”运行(即，如先前所述的运行)恢复。将选用止回阀92加入线路，以使高压蓄能器93重新加入系统的过渡过程平滑。当系统压力落在压力蓄能器93中的压力以下时，流体开始从高压蓄能器93通过止回阀92再次流到液压线路。由于确保系统中的压力与高压蓄能器93相等，因此可以打开阀91而不会在系统中产生任何压力峰值。
图9示出了本发明的又一实施例，通过如刚才所述的那样“阀出”高压蓄能器，以直接流体静力的操作模式运行该实施例。在图9中，用相同的标号描述与图1相同的构件，与管线16、18、19、23、24、25和26相连的构件与图1相同。该实施例提供在某些低和中等转矩指令以及在命令高转矩时以直接流体静力的模式运行。将结合车辆以任何速度并收到用于低或中等转矩的指令时的运行来叙述该实施例的作用，但瞬时系统压力足够高，使产生的传动泵/马达的排量很低，以致其以低于预期的效率运行。关闭阀105以使从高压蓄能器13通过高压管线104的流体终止(线路中未包括选用阀106和选用止回阀107和108)。内燃机功率输出降低到车辆所需的功率，并且使系统压力降低到特定的最小值，从而允许/需要传动泵/马达21、22增加排量以保持指令转矩，并藉此以增加的效率运行。如先前所述，对于直接流体静力的运行模式而言，较高的转矩指令易于满足。然而，在收到一转矩指令会导致内燃机功率输出处于为内燃机11限定的最低有效功率输出水平以下的车速时，则必须将高压蓄能器13重新加入液压线路，并因而必须打开阀105。为了避免系统的液压压力峰值，必须将系统压力升高到打开阀105之前的高压蓄能器的压力。然后，通过将液压流体泵送入高压蓄能器13，内燃机11可继续以最低有效功率水平运行，或者如果系统压力在对该车速的目标水平以上，可以关闭内燃机11，同时通过蓄能器13供应车辆动力。为使系统压力与打开阀105之前的高压蓄能器压力的精确配合的困难最小，可将选用阀106以及选用止回阀107和108加入线路。在不使用直接流体静力的运行模式时，阀105和阀106都是打开的。在期望系统压力高于来自高压蓄能器13的可供使用的瞬时压力时，关闭阀105并且使先前所述的高转矩流体静力的运行模式有效。在期望系统压力低于来自高压蓄能器13的可供使用的瞬时压力时，关闭阀106可提供用于某些低和中等转矩指令的直接流体静力的运行模式。当系统压力升高到高压蓄能器13中的压力以上时，流体开始从系统通过止回阀108再次流入高压蓄能器13。然后将阀106打开，由于确保系统中的压力与高压蓄能器13相等，因此不会在系统中产生任何压力峰值。
图9所示的实施例还包括一小型辅助蓄能器109，可使用该蓄能器以使内燃机11起动。在使用包括以低系统压力运行的控制逻辑时，作为马达运行的内燃机的泵/马达12必须足够大，以使具有最低允许系统压力的内燃机起动。这将导致泵/马达大于作为泵运行所需或所期望(对于最佳效率来说)的泵/马达。图9所示的实施例可以使用明显较小的内燃机的泵/马达12。由于系统压力在低值与高值之间循环，因此置于所述辅助蓄能器109和所述高压管线14之间的止回阀110可使流体进入辅助蓄能器109，并且被加压达到自上次内燃机起动以来的最高压力。自上次内燃机运行以来，旁路管线112中的阀111已经处于关闭位置。当起动内燃机变为必需时，将阀111打开，高压流体通过旁路管线112流到泵/马达12，并且使泵/马达12作为马达运行以使内燃机11起动。当内燃机11起动时，阀111再次关闭并且使泵/马达12作为泵运行。图2所示的阀32和管线36无法使用在该实施例中。
另一可能的修改以机械方式使内燃机和内燃机的泵/马达与较佳实施例中的其余传送装置分离。通过重新设置泵/马达和其它构件来完成其它修改。
在不背离本发明的精神或实质特征的情况下，可将其体现在其它特定形式中。因此，本实施例在各个方面都可被认为是示意性的，而不是限制性的，通过所附的权利要求书而不是通过以上叙述来表明本发明的范围，因此在权利要求书的等价含义和范围内的所有改变都被包括在其中。