一种直驱式电动工程车辆的制动系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种工程车辆的制动系统，特别涉及一种直驱式电动工程车辆的制动系统，属于工程机械技术领域。


背景技术：

2.我国是工程机械生产和使用大国，目前保有量约900万台，广泛用于基础建设、工业、电力、矿山、港口等领域。这些装备大部分以传统柴油内燃机作为动力，碳排放较大，而且作为生产资料的使用频率较高。工程机械领域中污染物的排放量占全部移动排放源排量的14%，已成为全球气候最为严重的污染源之一。因此，工程机械电动化已经成为工程机械行业发展的一个必然趋势。
3.目前行业内常用的行走驱动方式是电机带动行走泵，泵带动驱动马达，再由驱动马达驱动桥来实现车辆的行走。但是这种驱动方式存在传动效率低、能耗高的问题，并且只能采用传统的钳式制动方式，制动过程将制动能通过摩擦发热的形式将能量损耗掉，不利于制动能的回收利用，提高了电动整机的能耗。
4.液压驱动的工程车辆在挡位切换时，挡位处于中位时由于液压系统的阻尼作用会使得整机处于制动工况，但是此类液压制动无法对制动能量进行回收，并且会影响液压元件的使用寿命。


技术实现要素：

5.发明目的：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种直驱式电动工程车辆的制动系统及其控制方法，本发明通过驱动电机直接与驱动桥连接方式提高传动效率，并且制动过程中驱动桥反向驱动电机发电实现制动和制动能量的回收，降低了整机的能耗。
6.技术方案：一种直驱式电动工程车辆的制动系统，包括驱动桥、驱动电机和液压制动系统，所述液压制动系统包括制动卡钳、制动踏板、液压制动阀和蓄能器，所述制动卡钳安装在驱动桥上，所述蓄能器通过液压制动阀与制动卡钳连接，所述制动踏板控制液压制动阀的通断；所述驱动电机与驱动桥的输入端连接，所述驱动电机为电动发电机。
7.本发明通过驱动电机直接与驱动桥连接方式提高传动效率，所述驱动电机为电动发电机在制动工况时可以实现整机的制动和制动能量的回收，降低了整机的能耗。
8.优选项，为了进一步实现整机的制动和制动能量的回收，所述驱动电机连接有控制器总成，所述控制器总成包括控制器本体和电机控制器，所述控制器本体通过控制电机控制器控制驱动电机的工作模式，所述驱动电机处于制动模式时，驱动电机给整机蓄电池充电。
9.优选项，为了提高制动系统的智能化程度，所述液压制动系统包括与液压制动阀并联的电磁比例制动阀，所述液压制动阀与制动卡钳之间设有液控截止阀，所述电磁比例制动阀与制动卡钳之间设有联动截止阀；所述控制器本体控制电磁比例制动阀的通断及开
度大小；所述制动踏板同时控制液压制动阀和联动截止阀，未踩下制动踏板时，液压制动阀处于初始状态，液控截止阀所在油路断开，同时联动截止阀导通；踩下制动踏板时，联动截止阀切断电磁比例制动阀所在的供油油路，同时液控截止阀导通液压制动阀接通蓄能器与制动卡钳之间供油油路。
10.当驾驶人员主动采取制动措施时，踩下制动踏板，蓄能器通过液压制动阀和液控截止阀给制动卡钳供油，实现主动制动，同时切断电控制动油路；当制动工况下，驾驶人员未主动采取制动措施时，控制器本体控制电磁比例制动阀导通，蓄能器给制动卡钳供油，实现自动制动；在满足现有操作习惯的情况下，增加了自动制动方案，提高了制动系统的智能化程度。
11.优选项，为了确保蓄能器保持稳定的压力，所述液压制动系统包括充液阀总成，所述蓄能器通过充液阀总成与整机液压系统连接。通过引入整机液压系统的油液可以确保蓄能器能够获得稳定的压力，并且不需要另外增加专门用制动的液压系统，节省了成本。
12.优选项，为了提高整机的安全性，优先给制动系统供油，确保油蓄能器保持稳定的压力，所述充液阀总成包括优先阀、调压阀和单向阀，所述优先阀的主控油路与整机液压系统连接，所述优先阀一侧的控制油路与整机液压系统连接，另一侧控制油路经过调压阀与整机液压系统连接；所述蓄能器通过单向阀与整机液压系统连接；所述调压阀的控制油路与蓄能器连接，所述调压阀的设定压力值等于蓄能器的设定值，当调压阀的控制油路的压力值小于设定压力值时，调压阀连通优先阀两侧的控制油路，优先阀切断整机液压系统的油路，当调压阀的控制油路的压力值大于等于设定压力值时，优先阀与调压阀连接的一侧控制油路与油箱连接，优先阀连通整机液压系统的油路。
13.优选项，为了避免压力值突变对蓄能器和整机液压系统造成冲击，所述优先阀为三位两通阀，两侧分别为截止位和连通位，中位设有节流阀。从截止位到连通位中间设置一个节流位，可以有效降低冲击，提高液压元件的使用寿命，提高整机操作的舒适性。
14.优选项，为了实现对制动工况的判定，所述制动卡钳的压力油输入口设有压力传感器，所述制动踏板下方设有检测制动踏板位移的位移传感器，所述压力传感器和位移传感器分别与控制器本体连接。
15.一种直驱式电动工程车辆的制动系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、制动工况判定，根据整机所处挡位初步判定，当整机处于非行车挡位时，再结合位移传感器检测到的制动踏板的制动信号进一步判定当前是否处于制动工况；步骤二、整机蓄电池soc监测，所述控制器本体实时监测整机蓄电池soc的值；步骤三、制动模式选择，步骤一中整机判定为制动工况的情况下，根据步骤二监测的整机蓄电池soc值以及压力传感器和位移传感器的信号选择制动模式，制动模式包括电机制动模式、液压制动模式和紧急制动模式。
16.所述电机制动模式的判定条件为整机处于非行车挡位，位移传感器无位移信号，同时整机蓄电池soc的值小于1时，驱动桥带动驱动电机发电，并且给整机蓄电池充电。
17.所述液压制动模式包括踏板制动模式和电控制动模式，所述踏板制动模式为驾驶人员踩下制动踏板时，联动截止阀切断电磁比例制动阀所在的供油油路，同时液控截止阀导通液压制动阀接通蓄能器与制动卡钳之间供油油路；所述电控制动模式为制动工况，位移传感器无位移信号，同时整机蓄电池soc的值
等于1时，控制器本体控制电磁比例制动阀给制动卡钳供油。
18.所述紧急制动模式的判定条件为控制器本体根据位移传感器测得位移量的变化速度判定当前制动模式是否为紧急制动模式，当位移量的变化速度大于设定值时，判定为紧急制定模式，否则为液压制动模式；紧急制动模式时，驾驶人员踩下制动踏板, 蓄能器通过液压制动阀给制动卡钳供油；同时压力传感器的测得的制动压力值控制驱动电机减速，当制动压力值达到设定值时，整机蓄电池停止向驱动电机供电。
19.有益效果：本发明通过驱动电机直接与驱动桥连接方式提高传动效率，所述驱动电机为电动发电机在制动工况时可以实现整机的制动和制动能量的回收，降低了整机的能耗；在满足现有操作习惯的情况下，增加了自动制动方案，提高了制动系统的智能化程度。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明液压原理图；图3为本发明电气原理图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
25.如图1所示，一种直驱式电动工程车辆的制动系统，包括驱动桥1、驱动电机2和液压制动系统3，所述液压制动系统3包括制动卡钳31、制动踏板32、液压制动阀33和蓄能器34，所述制动卡钳31安装在驱动桥1上，所述蓄能器34通过液压制动阀33与制动卡钳31连接，所述制动踏板32控制液压制动阀33的通断；其特征在于：所述驱动电机2与驱动桥1的输
入端连接，所述驱动电机2为电动发电机。
26.本发明通过驱动电机2直接与驱动桥1连接方式提高传动效率，所述驱动电机2为电动发电机在制动工况时可以实现整机的制动和制动能量的回收，降低了整机的能耗。
27.如图3所示，为了进一步实现整机的制动和制动能量的回收，所述驱动电机2连接有控制器总成4，所述控制器总成4包括控制器本体41和电机控制器42，所述控制器本体41通过控制电机控制器42控制驱动电机2的工作模式，所述驱动电机2处于制动模式时，驱动电机2给整机蓄电池充电。
28.如图2所示，为了提高制动系统的智能化程度，所述液压制动系统3包括与液压制动阀33并联的电磁比例制动阀35，所述液压制动阀33与制动卡钳31之间设有液控截止阀36，所述电磁比例制动阀35与制动卡钳31之间设有联动截止阀37；所述控制器本体41控制电磁比例制动阀35的通断及开度大小；所述制动踏板32同时控制液压制动阀33和联动截止阀37，未踩下制动踏板32时，液压制动阀33处于初始状态，液控截止阀36所在油路断开，同时联动截止阀37导通；踩下制动踏板32时，联动截止阀37切断电磁比例制动阀35所在的供油油路，同时液控截止阀36导通液压制动阀33接通蓄能器34与制动卡钳31之间供油油路。
29.当驾驶人员主动采取制动措施时，踩下制动踏板32，蓄能器34通过液压制动阀33和液控截止阀36给制动卡钳31供油，实现主动制动，同时切断电控制动油路；当制动工况下，驾驶人员未主动采取制动措施时，控制器本体41控制电磁比例制动阀35导通，蓄能器34给制动卡钳31供油，实现自动制动；在满足现有操作习惯的情况下，增加了自动制动方案，提高了制动系统的智能化程度。
30.为了确保蓄能器34保持稳定的压力，所述液压制动系统3包括充液阀总成38，所述蓄能器34通过充液阀总成38与整机液压系统连接。通过引入整机液压系统的油液可以确保蓄能器34能够获得稳定的压力，并且不需要另外增加专门用制动的液压系统，节省了成本。
31.为了提高整机的安全性，优先给制动系统供油，确保油蓄能器34保持稳定的压力，所述充液阀总成38包括优先阀381、调压阀382和单向阀383，所述优先阀381的主控油路与整机液压系统连接，所述优先阀381一侧的控制油路与整机液压系统连接，另一侧控制油路经过调压阀382与整机液压系统连接；所述蓄能器34通过单向阀383与整机液压系统连接；所述调压阀382的控制油路与蓄能器34连接，所述调压阀382的设定压力值等于蓄能器34的设定值，当调压阀382的控制油路的压力值小于设定压力值时，调压阀382连通优先阀381两侧的控制油路，优先阀381切断整机液压系统的油路，当调压阀382的控制油路的压力值大于等于设定压力值时，优先阀381与调压阀382连接的一侧控制油路与油箱连接，优先阀381连通整机液压系统的油路。
32.为了避免压力值突变对蓄能器34和整机液压系统造成冲击，所述优先阀381为三位两通阀，两侧分别为截止位和连通位，中位设有节流阀。从截止位到连通位中间设置一个节流位，可以有效降低冲击，提高液压元件的使用寿命，提高整机操作的舒适性。
33.为了实现对制动工况的判定，所述制动卡钳31的压力油输入口设有压力传感器5，所述制动踏板32下方设有检测制动踏板32位移的位移传感器6，所述压力传感器5和位移传感器6分别与控制器本体41连接。
34.一种直驱式电动工程车辆的制动系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一、制动工况判定，根据整机所处挡位初步判定，当整机处于非行车挡位时，
再结合位移传感器6检测到的制动踏板32的制动信号进一步判定当前是否处于制动工况；步骤二、整机蓄电池soc监测，所述控制器本体41实时监测整机蓄电池soc的值；步骤三、制动模式选择，步骤一中整机判定为制动工况的情况下，根据步骤二监测的整机蓄电池soc值以及压力传感器5和位移传感器6的信号选择制动模式，制动模式包括电机制动模式、液压制动模式和紧急制动模式。
35.所述电机制动模式的判定条件为整机处于非行车挡位，位移传感器6无位移信号，同时整机蓄电池soc的值小于1时，驱动桥1带动驱动电机2发电，并且给整机蓄电池充电。
36.所述液压制动模式包括踏板制动模式和电控制动模式，所述踏板制动模式为驾驶人员踩下制动踏板32时，联动截止阀37切断电磁比例制动阀35所在的供油油路，同时液控截止阀36导通液压制动阀33接通蓄能器34与制动卡钳31之间供油油路；所述电控制动模式为制动工况，位移传感器6无位移信号，同时整机蓄电池soc的值等于1时，控制器本体41控制电磁比例制动阀35给制动卡钳31供油。
37.所述紧急制动模式的判定条件为控制器本体41根据位移传感器6测得位移量的变化速度判定当前制动模式是否为紧急制动模式，当位移量的变化速度大于设定值时，判定为紧急制定模式，否则为液压制动模式；紧急制动模式时，驾驶人员踩下制动踏板32, 蓄能器34通过液压制动阀33给制动卡钳31供油；同时压力传感器5的测得的制动压力值控制驱动电机2减速，当制动压力值达到设定值时，整机蓄电池停止向驱动电机2供电。
38.紧急制动模式时，驾驶人员踩下制动踏板, 蓄能器通过液压制动阀给制动卡钳供油；同时压力传感器的测得的制动压力值控制驱动电机减速，当制动压力值达到设定值时，整机蓄电池停止向驱动电机供电。
39.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
40.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。