实现并联助力转向功能的系统的制作方法

1.本发明涉及新能源重卡助力转向系统技术领域，具体是指一种实现并联助力转向功能的系统。


背景技术：

2.新能源重卡越来越多应用于露天矿业，矿区路面通常为临时铺设的非道路，上下坡和弯道较多，路面坑洼不平，转向系统的可靠性要求更加重要。通常新能源重卡的液压助力转向动力来源为电动液压助力转向泵总成，由车辆系统的高压电源提供能源支持，一旦由于整车高压系统故障或电动液压助力转向泵故障导致助力转向能力失效，则会产生严重安全隐患，特别是车辆在行驶转弯时失去转向能力会导致重大车辆事故。关于并联备用助力转向技术在其它类型车辆上也有部分应用，比如客车上采用的应急电源转向系统、混合动力客车上采用的发动机助力转向与高压助力转向并联的方案等。矿区使用的新能源重卡采用纯电动方案时，发动机带动助力转向油泵的方案无法实施；在矿区复杂路况下，助力转向系统使用频繁、负载变化大且平均负载较高，希望能够优化助力转向系统的转换效率，而应急电源通常为低压电源，其通过应急逆变器与原转向电机控制器并联共同控制转向助力油泵电机工作，一是无法通过主电源和应急电源切换来提高电能转化效率，二是应急电源只能短时间工作。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足可靠性高、效率高、适用范围较为广泛的实现并联助力转向功能的系统。
4.为了实现上述目的，本发明的实现并联助力转向功能的系统如下：
5.该实现并联助力转向功能的系统，其主要特点是，所述的系统包括：
6.助力转向油壶总成，用于为转向油泵提供液压油和回流储存；
7.转向系统控制器，用于控制各个结构，并与其它车辆控制系统进行通信和协调控制；
8.机械式液压助力转向泵总成，与所述的助力转向油壶总成和变速箱的取力口相连，安装在变速箱上；
9.电动液压助力转向泵总成，与所述的助力转向油壶总成相连接，通过转向系统控制器控制电机带动液压油泵工作，为车辆提供转向液压助力；
10.液压储能系统，与所述的机械式液压助力转向泵总成、电动液压助力转向泵总成和转向系统控制器转向系统控制器相连接，用于存储和释放液压能。
11.较佳地，所述的机械式液压助力转向泵总成包括：
12.助力转向传动箱，用于传递和转换来自传动系统的机械动力，驱动第一助力转向油泵工作；
13.第一助力转向油泵，与所述的助力转向传动箱相连接，输入口与助力转向油壶总
成相连，用于提供平稳的液压动力；
14.第一单向阀，输入口与第一助力转向油泵相连，液流方向反向于第一助力转向油泵的出口，用于阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。
15.较佳地，所述的助力转向传动箱包括：
16.传动箱壳体，外部输入端与变速箱的取力口连接，外部输出端与第一助力转向油泵相连；
17.行星轮机构，安装在传动箱壳体内部，由太阳轮、行星轮、齿圈和行星架组成，齿圈与电磁制动器连接，齿圈和太阳轮通过电磁离合器连接；
18.电磁制动器，安装在传动箱壳体内部，与所述的行星轮机构和转向系统控制器相连，通过转向系统控制器实现解锁和闭锁，进而实现行星轮机构齿圈的自由旋转和停转制动；
19.电磁离合器，安装在传动箱壳体内部，与所述的行星轮机构和转向系统控制器相连，通过转向系统控制器实现结合或分离，所述的电磁离合器结合后，行星轮机构的太阳轮与行星轮机构的齿圈相连，行星轮机构的太阳轮、行星架、齿圈具有共同的转速。
20.较佳地，所述的电动液压助力转向泵总成包括：
21.转向电机控制器，与所述的转向系统控制器相连，接收转向系统控制器的控制指令，通过逆变器驱动转向助力电机工作；
22.转向助力电机，与所述的转向电机控制器相连，用于将电能转化为机械能，带动第二助力转向油泵工作；
23.第二助力转向油泵，与所述的转向助力电机相连，输入口与助力转向油壶总成相连，用于提供平稳的液压动力；
24.第二单向阀，输入口与第二助力转向油泵相连，液流方向反向于转向油泵出口，用于阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。
25.较佳地，所述的液压储能系统包括：
26.蓄能器，用于贮存液压能量和作为应急动力源；
27.电磁阀，与所述的转向系统控制器相连，两路接口的一路与所述的蓄能器相连接，另一路与压力管路相连；
28.第三单向阀，输入口连接在压力管路上，输出口与蓄能器的入口相连，用于阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。
29.较佳地，所述的助力转向传动箱通过控制电磁制动器和电磁离合器的状态，实现助力动力的速比调整；
30.所述的电磁制动器和电磁离合器在常开的模式下，第一转向助力油泵不工作；
31.所述的电磁制动器闭锁，电磁离合器分离，由所述的行星架输入动力，太阳轮输出动力；
32.所述的电磁制动器解锁，电磁离合器结合，所述的行星架的齿圈与太阳轮相对固定，传递输入的转速和转矩。
33.较佳地，所述的系统根据车速切换机械式液压助力转向泵总成和电动液压助力转向泵总成的工作。
34.较佳地，所述的电动液压助力转向泵出现故障的情况下，根据变速箱取力口的动
力传递模式控制驱动机械式液压助力转向泵工作。
35.采用了本发明的实现并联助力转向功能的系统，实现纯电重卡助力转向系统的并联冗余，大大提高车辆行进间助力转向系统的可靠性。同时在车辆行驶中液压助力转向由机械式液压助力转向泵提供，可降低在转向负载大范围频繁变化时转向电机控制器电能转换为机械能带来的效率损失，提高了转向系统的能效。
附图说明
36.图1为本发明的实现并联助力转向功能的系统的结构示意图。
37.附图标记：
[0038]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
助力转向油壶总成
[0039]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
助力转向传动箱
[0040]2‑1ꢀꢀꢀꢀ
传动箱壳体
[0041]2‑2ꢀꢀꢀꢀ
行星轮机构
[0042]2‑3ꢀꢀꢀꢀ
电磁制动器
[0043]2‑4ꢀꢀꢀꢀ
电磁离合器
[0044]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一助力转向油泵
[0045]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
第一单向阀
[0046]5ꢀꢀꢀꢀꢀ
第二单向阀
[0047]6ꢀꢀꢀꢀꢀ
电动液压助力转向泵总成
[0048]6‑1ꢀꢀꢀ
转向电机控制器
[0049]6‑2ꢀꢀꢀ
转向助力电机
[0050]6‑3ꢀꢀꢀ
第二助力转向油泵
[0051]7ꢀꢀꢀꢀꢀ
第三单向阀
[0052]8ꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁阀
[0053]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
蓄能器
[0054]
10
ꢀꢀꢀꢀ
转向系统控制器
具体实施方式
[0055]
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
[0056]
本发明的该实现并联助力转向功能的系统，其中包括：
[0057]
助力转向油壶总成，用于为转向油泵提供液压油和回流储存；
[0058]
转向系统控制器，用于控制各个结构，并与其它车辆控制系统进行通信和协调控制；
[0059]
机械式液压助力转向泵总成，与所述的助力转向油壶总成和变速箱的取力口相连，安装在变速箱上；
[0060]
电动液压助力转向泵总成，与所述的助力转向油壶总成相连接，通过转向系统控制器控制电机带动液压油泵工作，为车辆提供转向液压助力；
[0061]
液压储能系统，与所述的机械式液压助力转向泵总成、电动液压助力转向泵总成
和转向系统控制器转向系统控制器相连接，用于存储和释放液压能。
[0062]
作为本发明的优选实施方式，所述的机械式液压助力转向泵总成包括：
[0063]
助力转向传动箱，用于传递和转换来自传动系统的机械动力，驱动第一助力转向油泵工作；
[0064]
第一助力转向油泵，与所述的助力转向传动箱相连接，输入口与助力转向油壶总成相连，用于提供平稳的液压动力；
[0065]
第一单向阀，输入口与第一助力转向油泵相连，液流方向反向于第一助力转向油泵的出口，用于阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。
[0066]
作为本发明的优选实施方式，所述的助力转向传动箱包括：
[0067]
传动箱壳体，外部输入端与变速箱的取力口连接，外部输出端与第一助力转向油泵相连；
[0068]
行星轮机构，安装在传动箱壳体内部，由太阳轮、行星轮、齿圈和行星架组成，齿圈与电磁制动器连接，齿圈和太阳轮通过电磁离合器连接；
[0069]
电磁制动器，安装在传动箱壳体内部，与所述的行星轮机构和转向系统控制器相连，通过转向系统控制器实现解锁和闭锁，进而实现行星轮机构齿圈的自由旋转和停转制动；
[0070]
电磁离合器，安装在传动箱壳体内部，与所述的行星轮机构和转向系统控制器相连，通过转向系统控制器实现结合或分离，所述的电磁离合器结合后，行星轮机构的太阳轮与行星轮机构的齿圈相连，行星轮机构的太阳轮、行星架、齿圈具有共同的转速。
[0071]
作为本发明的优选实施方式，所述的电动液压助力转向泵总成包括：
[0072]
转向电机控制器，与所述的转向系统控制器相连，接收转向系统控制器的控制指令，通过逆变器驱动转向助力电机工作；
[0073]
转向助力电机，与所述的转向电机控制器相连，用于将电能转化为机械能，带动第二助力转向油泵工作；
[0074]
第二助力转向油泵，与所述的转向助力电机相连，输入口与助力转向油壶总成相连，用于提供平稳的液压动力；
[0075]
第二单向阀，输入口与第二助力转向油泵相连，液流方向反向于转向油泵出口，用于阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。
[0076]
作为本发明的优选实施方式，所述的液压储能系统包括：
[0077]
蓄能器，用于贮存液压能量和作为应急动力源；
[0078]
电磁阀，与所述的转向系统控制器相连，两路接口的一路与所述的蓄能器相连接，另一路与压力管路相连；
[0079]
第三单向阀，输入口连接在压力管路上，输出口与蓄能器的入口相连，用于阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。
[0080]
作为本发明的优选实施方式，所述的助力转向传动箱通过控制电磁制动器和电磁离合器的状态，实现助力动力的速比调整；
[0081]
所述的电磁制动器和电磁离合器在常开的模式下，第一转向助力油泵不工作；
[0082]
所述的电磁制动器闭锁，电磁离合器分离，由所述的行星架输入动力，太阳轮输出动力；
[0083]
所述的电磁制动器解锁，电磁离合器结合，所述的行星架的齿圈与太阳轮相对固定，传递输入的转速和转矩。
[0084]
作为本发明的优选实施方式，所述的系统根据车速切换机械式液压助力转向泵总成和电动液压助力转向泵总成的工作。
[0085]
作为本发明的优选实施方式，所述的电动液压助力转向泵出现故障的情况下，根据变速箱取力口的动力传递模式控制驱动机械式液压助力转向泵工作。
[0086]
本发明的具体实施方式中，提供了一种并联助力转向系统，由助力转向油壶总成、转向系统控制器和3个子系统构成，其中3个子系统能够为车辆提供助力转向动力源。
[0087]
机械式液压助力转向泵总成：安装在变速箱上，由助力转向传动箱、助力转向油泵和第一单向阀构成，能量来源为传动系统机械能，输出液压能；
[0088]
电动液压助力转向泵总成：由转向电机控制器、转向助力电机、助力转向油泵和第二单向阀构成，能量来源为车辆高压电池电能，输出液压能；
[0089]
液压储能系统：由蓄能器、电磁阀和单向阀构成，存储和释放液压能。
[0090]
1、助力转向油壶总成，包含散热、过滤、储液、补液等功能，为转向油泵提供液压油和回流储存。
[0091]
2、助力转向传动箱，用于传递和转换来自传动系统的机械动力，安装在变速箱取力口上，驱动助力转向油泵工作，内含两档变速。
[0092]2‑
1传动箱壳体。内部安装、支承行星轮机构和电磁制动器，外部输入端与变速箱取力口连接，外部输出端与助力转向油泵连接。
[0093]2‑
2行星轮机构。标准的行星齿轮传动机构，包括太阳轮、行星轮、齿圈和行星架。行星轮机构的齿圈与电磁制动器连接，齿圈和太阳轮可通过电磁离合器连接。
[0094]2‑
3电磁制动器。常开式，通电闭锁。可通过转向系统控制器实现解锁和闭锁功能，从而实现行星轮机构齿圈的自由旋转和停转制动。
[0095]2‑
4电磁离合器。常开式，通电闭锁。可通过转向系统控制器实现结合或分离功能，当此离合器结合后，相当于行星轮机构的太阳轮与行星轮机构的齿圈连接，结果就是整个行星轮机构的太阳轮、行星架、齿圈三者拥有共同的转速。
[0096]
3、第一助力转向油泵。常流式液压油泵，车辆转向的液压动力源，用于提供平稳的液压动力，输入口连接液压油箱，自带泄压保护功能。
[0097]
4、第一单向阀。阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。输入口连接第一助力转向油泵，液流方向反向于转向油泵出口。
[0098]
5、第二单向阀。阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。输入口连接第二助力转向油泵，液流方向反向于转向油泵出口。
[0099]
6、电动液压助力转向泵总成。为车辆提供转向液压助力，连接车辆上的高压电源，通过控制器控制电机带动液压油泵工作，子系统构成：
[0100]6‑
1转向电机控制器。电能来自于车辆高压电源，通过逆变器驱动转向助力电机工作，响应来自转向系统控制器的控制指令。
[0101]6‑
2转向助力电机。电能转化为机械能，带动第二助力转向油泵工作，通常与第二助力转向油泵装配成总成件。
[0102]6‑
3第二助力转向油泵。常流式液压油泵，车辆转向的液压动力源，用于提供平稳
的液压动力，输入口连接液压油箱，自带泄压保护功能。
[0103]
7、第三单向阀。阻止液压油逆向回流或逆向压力传递。输入口连接在压力管路上，输出口与蓄能器入口相连。
[0104]
8、电磁阀。两位两通阀，常闭式。两路接口一路连接与蓄能器，另一路连接与压力管路。
[0105]
9、蓄能器。用于贮存液压能量和作为应急动力源。
[0106]
10、转向系统控制器。并联转向系统的总控系统，能够控制电动液压助力转向泵、电磁制动器、电磁离合器和电磁阀，并具备与其它车辆控制系统形成通信和协调控制的功能。
[0107]
系统中的3个转向助力液压源，机械式液压助力转向泵高压出口通过单向阀与电动液压助力转向泵的高压出口并联；在并联的高压管路上并联液压储能系统，即蓄能器通过单向阀和常闭式两位两通电磁阀的并联关系连接到高压并联管路上，用于储能和液压能释放；通过转向系统控制器协调控制三个液压助力来源的工作。
[0108]
机械式液压助力转向泵总成的安装与取力：
[0109]
在变速箱上增加安装取力口，变速箱取力口的动力传递设计有两种方案：一种是取力来自于变速箱输出轴，即取力动力传递与车辆传动轴形成固定速比耦合方式，这种耦合关系与车速始终线性相关；另一种是取力来自于变速箱中间轴，即取力动力传递与驱动电机形成固定速比耦合方式，这种耦合关系与车速不直接相关，是通过不同挡位的传动比相关，且可以通过空挡而不相关。这两种取力动力传递设计方式影响机械式液压助力转向泵的转速输入范围，需要通过控制助力转向传动箱内传动比来调节输出转速的范围，从而满足助力转向油泵的转速范围要求。
[0110]
助力转向传动箱的速比控制，电磁制动器和电磁离合器为常开式，在这种模式下，转向助力油泵是不工作的。电磁制动器闭锁，电磁离合器分离。在此模式下，动力由行星架输入，太阳轮输出，增速传递动力，在较低车速即可驱动助力转向油泵提供液压动力。电磁制动器解锁，电磁离合器结合。在此模式下，齿圈与太阳轮相对固定，行星轮机构失去原有功能，直接传递输入的转速和转矩，适合于车速较高时通过变速箱取力口驱动助力转向油泵提供液压动力。变速箱取力口的动力传递方案是直接来自变速箱输出轴还是来自中间轴，这影响助力转向传动箱的速比调整的时机，即助力转向油泵的转速范围要求。禁止电磁制动器和电磁离合器同时闭锁和结合，控制策略上二者的通电控制逻辑为互斥关系。
[0111]
助力转向传动箱的速比的调整控制：
[0112]
通过控制电磁制动器和电磁离合器的状态，实现助力动力的速比调整。电磁制动器和电磁离合器的状态调整时必须是每一个动作完成后才能进行另一个动作的控制，即二者的动作控制过程不允许时间上的重叠，以防止出现传动干涉导致部件磨损。所以，每次调整速比都会出现一个空档期，即电磁制动器解锁和电磁离合器分离，此时助力转向油泵是无法提供液压动力的。为了防止出现转向动力中断，控制策略上是在进行助力转向传动箱的速比调整时，需要同时打开蓄能器的电磁阀，用于补偿速比调整过程中转向液压动力的短时缺失，当助力转向传动箱的速比调整完成后，关闭蓄能器的电磁阀，蓄能器在正常转向过程中继续储备液压能。
[0113]
节能模式的控制：
[0114]
机械式液压助力转向泵和电动液压助力转向泵的工作切换根据车速进行。在车辆刚起动或停车状态下，由于车辆传动系统没有运动或车速极低，传动系统无法通过变速箱带动机械式液压助力转向泵工作，此时需要电动液压助力转向泵工作以提供整车转向助力。当车速超过一定的低速限值并持续一个时间限值后，即可切换助力转向由机械式液压助力转向泵提供。由于机械式液压助力转向泵的动力来源于动力系统，这就意味着在驱动时，其动力与驱动电机动力来源相同，提高了驱动负载率和驱动效率；在制动时，利用车辆制动机械能驱动助力转向油泵工作，节省了电能。当车速从高速重新低于一定的低速限值，立即打开电磁阀以开启储能系统提供液压能并同时重新启动电动液压助力转向泵，当电动液压助力转向泵正常工作后，关闭蓄能器的电磁阀，蓄能器在正常转向过程中继续储备液压能。通过以上控制策略，只要车辆运行在车速的设定低速限值以上，就可以使用机械式液压助力转向泵提供转向助力，提高了转向系统能效。
[0115]
故障模式的控制：
[0116]
车辆低速下强制转换为机械式液压助力转向泵工作的控制策略由变速箱取力口的动力传递方案决定。当电动液压助力转向泵出现故障无法提供转向助力时，通过助力转向传动箱的速比控制驱动机械式液压助力转向泵工作。这里可分成两种情况：一是变速箱取力口的动力传递与输出轴耦合，由于其与车速线性相关。当车速较高时，机械式液压助力转向泵完全可满足助力转向的需求，当车速低于一定程度后，助力转向油泵由于转速的下降而导致助力转向能力下降，此时需要立即打开电磁阀以开启储能系统提供液压能，这能够为车辆在较低车速直至停车过程中提供短时间内的助力转向；二是变速箱取力口的动力传递与中间轴耦合，这种情况下如果驱动系统也由于高压失效导致无法工作，则变速箱挡位调整至结合状态，控制策略与第一种情况相同。如果驱动系统还可以继续工作，则采用类似于传统车怠速的概念进行控制，即车速较高时，机械式液压助力转向泵完全可满足助力转向的需求，当车速低于一定程度后，控制变速箱至空挡位，驱动电机保持一定转速带动机械式液压助力转向泵工作，直至安全停车。
[0117]
本发明为了提高矿区作业的纯电动重卡的转向系统可靠性冗余度、提高助力转向系统的能量转换效率，发明了一种并联助力转向系统。
[0118]
本发明至少有一种是机械式驱动的助力转向系统，且这种助力转向系统的动力来源需要与车辆的传动系统耦合，以保证在车辆运动时助力转向系统功能不完全丧失。同时增加的机械式助力转向系统要能够容易集成到原有的传动系统中，不能过多影响车辆的原有结构设计。
[0119]
本发明并联的助力转向系统独立且互不干扰。助力转向系统均能够独立完成提供助力转向所需液压动力的功能。
[0120]
本发明并联的助力转向系统可相互配合。即在矿区工作场景下，能够根据各自助力转向系统的特点，提供能效较高的助力转向方案；在出现故障时，能够提供可靠的备用助力转向功能。
[0121]
本发明通过在纯电重卡amt变速箱的输出端面上增加一个取力口，用于连接和安装机械式液压助力转向泵总成，将转向油泵高压出口通过单向阀与电动液压助力转向泵的高压出口并联，同时在并联的高压管路上增加可控液压储能系统，最终通过转向系统控制器协调控制三个液压来源的工作实现并联助力转向功能。
[0122]
本发明通过在纯电重卡上增加一套机械式液压助力转向泵总成并与电动液压助力转向泵总成进行并联，可实现纯电重卡助力转向系统的并联冗余，大大提高车辆行进间助力转向系统的可靠性。同时在车辆行驶中液压助力转向由机械式液压助力转向泵提供，可降低在转向负载大范围频繁变化时转向电机控制器电能转换为机械能带来的效率损失，提高了转向系统的能效。
[0123]
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。