CN113415336B - 一种电传动转向控制系统及装载机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电传动转向控制系统及装载机，包括发动机、发电机、控制器、四轮独立驱动系统和转向系统，所述转向系统包括手柄，所述控制器能够根据手柄的输出信号，控制发电机向四轮独立驱动系统输出功率，同时控制转向系统转向。本发明能够使得电传动在行驶时，实现精准转向功能，以满足驾驶员转向需求。

Description

一种电传动转向控制系统及装载机

技术领域

本发明涉及一种电传动转向控制系统及装载机，属于装载机技术领域。

背景技术

传统装载机转向系统采用方向盘控制转向器，由转向器控制多路阀，最后由转向缸推动车架实现整体铰接转向，前后轮、以及左右轮胎的内外转速差由驱动桥中央差速器实现差速转向。而电传动为未来无人自动驾驶发展趋势，并没有传统的驱动桥，因此无法通过驱动桥的差速器来实施精确的转向。

为了精确控制整机的转向需求，本发明提供一种电传动转向控制系统，可解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电传动转向控制系统及装载机，能够使得电传动在行驶时，实现精准转向功能，以满足驾驶员转向需求。

为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：

一方面，本发明提供一种电传动转向控制系统，包括发动机、与发动机连接的发电机、控制器、四轮独立驱动系统和转向系统；

所述转向系统包括手柄，所述控制器能够根据手柄的输出信号，控制发电机向四轮独立驱动系统输出功率，同时控制转向系统转向。

进一步的，所述控制器包括用于控制四轮独立驱动系统驱动的第一控制器、用于控制转向系统转向的第二控制器和CAN总线，所述第一控制器、第二控制器通过CAN总线实现信号传输。

进一步的，所述四轮独立驱动系统包括分别设有两个独立驱动总成的前桥驱动和后桥驱动，所述第一控制器能够根据手柄输出的转向信号，控制发电机向四个独立驱动总成输出不同功率。

进一步的，所述独立驱动总成包括牵引电机和减速机，所述第一控制器能够控制发电机向牵引电机输出功率，以使牵引电机驱动减速机行走。

进一步的，所述独立驱动总成还包括传感器，所述传感器用于向第一控制器输出信号。

进一步的，所述转向系统还包括转向泵、优先阀、转向阀、单向阀、溢流阀和转向缸，所述转向泵通过优先阀、转向阀、单向阀和溢流阀向转向缸供油，所述第二控制器能够根据手柄的输出信号控制转向缸转向。

进一步的，还包括分动箱，所述分动箱分别与发电机、转向泵连接。

进一步的，还包括油门踏板，所述第一控制器能够根据油门踏板的输出信号控制发电机向四轮独立驱动系统输送功率。

进一步的，所述转向泵为变量电控液压泵，所述优先阀、转向阀为电控比例阀。

另一方面，本发明提供一种装载机，包括所述的电传动转向控制系统。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明提供一种电传动转向控制系统，包括发动机、发电机、控制器、四轮独立驱动系统和转向系统，所述转向系统包括手柄，所述控制器能够根据手柄的输出信号，控制发电机向四轮独立驱动系统输出功率，同时控制转向系统转向。本发明能够使得电传动在行驶时，实现精准转向功能，以满足驾驶员转向需求。

2、由于电传动为超大吨位（额定载荷12吨以上）整机，传统的超大吨位整机的驱动桥成本过高，与现有技术相比，本发明提供的电传动转向控制系统，成本低廉。本发明采用四轮独立驱动实现转向的方案，仅需要配套相应的驱动电机和减速机以及控制器，取消了中央差速器、主减伞齿轮、半轴以及庞大尺寸的桥壳等，成本优势显著。

3、本发明还提供一种装载机，采用所述的电传动转向控制系统。当整机需要进行转向时，驾驶员转动手柄，整机能够执行转向动作，同时，第一控制器能够通过CAN总线检测到对应的手柄的转向信号后，向四个独立驱动总成输出不同的功率，以确保外侧驱动总成和内侧独立驱动总成的动态差速转向接近于纯滚动状态，实现整机的转向角度状态和手柄的角度成正相关，满足驾驶员的动态转向需求。

4、本发明提供的装载机，能量效率较高，节能显著。由于减少了变速箱、驱动桥等传动件，使得整机重量减轻，因而减少了整机转向时的行驶阻力，相应地，可以减少转向系统消耗的功率。采用本发明技术方案，可以使得装载机的转向控制更为精确，控制器在检测到手柄的转动的输出信号后，能够根据手柄角度以及方向，向内侧和外侧的独立驱动总成输出不同的功率，使整机的轮胎接近纯滚动模式实现转向，从而实现更为精确的转向控制。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种电传动转向控制系统的工作原理图；

图中：1、油门踏板；2、发动机；3、第一控制器；4、发电机；5、CAN总线；6、分动箱；7、第二控制器；8、转向泵；9、优先阀；10、手柄；11、转向阀；12、单向阀；121、单向阀A；122、单向阀B；13、溢流阀；131、溢流阀A；132、溢流阀B；14、转向缸；15、传感器；16、前桥驱动；161、前桥驱动R；162、前桥驱动L；17、后桥驱动；171、后桥驱动R；172、后桥驱动L。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一：

本发明提供一种电传动转向控制系统，其工作原理图请参见图1， 包括发动机2、发电机4、分动箱6、控制器、四轮独立驱动系统和转向系统，需要说明的是，图中，虚线为电连接线路，双实线为机械连接线路，实线为转向系统连接线路，溢流阀13中的虚线为控制油路线路。

具体地，所述发动机2、发电机4、分动箱6通过联轴器连接，作为一种优选实施方式，所述发动机2的飞轮、发电机4以及分动箱6的输入轴三者轴心线重合。本实施例中，本发明所述发电机4为交流发电机4，包括现有的异步发电机4、同步发电机4等，但不局限于此。

所述转向系统包括手柄10，所述控制器能够根据手柄10的输出信号，控制发电机4向四轮独立驱动系统输出功率，同时控制转向系统转向。本发明所述转向系统还包括转向泵8、优先阀9、转向阀11和转向缸14，油源经转向泵8流向优先阀9后，从优先阀9流向转向阀11，最终进入转向缸14中，即油液从优先阀9的出油口L流向转向阀11的进油口Q后，流至转向缸14内。需要说明的是，所述转向阀11上还设有回油口N、进油口R、进油口S，所述优先阀9上还设有M口。本实施例中，所述进油口R为右转向回路，所述进油口S为左转向回路，所述回油口N用于接油箱，所述转向阀11的进油口R、进油口S分别连接两个转向缸14。所述优先阀9的作用是为了确保整机优先转向动作，当整机不需要转向时，此时转向泵8排量为0，也可以通过优先阀9的M口向其他系统输出流量。

本实施例中，以本发明原理图为例，当向右操纵手柄10时，整机执行向右转动作；当向左操纵手柄10时，整机执行向左转动作。需要说明的是，所述手柄10的角度信号与第二控制器7向转向泵8、优先阀9和转向阀11发送的信号强弱正相关，即与转向泵8、优先阀9和转向阀11的阀芯的开度正相关，与整机的转向角度正相关，也就是说，当所述手柄10的转动角度越大，其输出的角度信号也越大，在此情况下，第二控制器7向转向泵8、优先阀9和转向阀11发送的信号越强，相应地，转向泵8的输送油液流量也越大，优先阀9和转向阀11的阀芯的开度也越大，从而使得整机的转向角度也更大。

优选地，所述转向系统还包括单向阀12和溢流阀13，所述转向泵8通过优先阀9、转向阀11、单向阀12和溢流阀13向转向缸14供油，当整机受外力冲击导致出现转向动作，假设向右转时，此时手柄10、转向泵8并没有输出信号，转向缸14的进油腔会通过单向阀A 121从油箱中进行补油，而转向缸14的压力腔会通过溢流阀B132溢流并回到油箱中来实现转向缸14的动作。同样地，当整机受外力冲击导致出现向右转转向动作时，转向缸14的进油腔会通过单向阀B 122从油箱中进行补油，而转向缸14的压力腔会通过溢流阀A 131溢流并回到油箱中来实现转向缸14的动作。

需要说明的是，所述分动箱6与转向泵8通过花键连接，也就是说，所述发动机2后依次串联有发电机4、分动箱6和转向泵8。本发明所述转向泵8为变量电控液压泵，用于根据第二控制器7输入的电信号来调节泵的排量。本发明所述优先阀9、转向阀11均为电控比例阀，用于根据第二控制器7输入的电信号调节阀芯的开度。

所述控制器包括第一控制器3、CAN总线5和第二控制器7，具体地，所述第一控制器3用于控制四轮独立驱动系统驱动，所述第二控制器7用于控制转向系统转向，所述第一控制器3、第二控制器7通过CAN总线5实现信号传输。更具体地，所述第二控制器7根据手柄10的输出信号控制转向缸14转向。

本实施例中，所述四轮独立驱动系统包括前桥驱动16和后桥驱动17，所述前桥驱动16和后桥驱动17上分别设有两个独立驱动总成，即所述四轮独立驱动系统上共设有四个独立驱动总成，详细地，所述第一控制器3能够根据手柄10输出的转向信号，控制发电机4向四个独立驱动总成输出不同功率。更详细地，所述独立驱动总成包括牵引电机和减速机，所述第一控制器3能够控制发电机4发电，以向牵引电机输出功率，使牵引电机驱动减速机行走。

为了使得第一控制器3能够了解独立驱动总成的运行状态，所述独立驱动总成上还设有传感器15，所述传感器15用于向第一控制器3输出独立驱动总成的转速、扭矩、功率、电流、电压等信号。所述独立驱动总成包括牵引电机和减速机，所述第一控制器3能够控制发电机4向牵引电机输出功率，以使牵引电机驱动减速机行走。

当第一控制器3检测到某一驱动出现滑转时，假设是前桥驱动R 161出现滑转，即可通过增加或减小该独立驱动总成的输出功率来减小或消除滑转状态，使该轮胎接近纯滚动模式。本领域技术人员可以理解，当第一控制器3检测到前桥驱动L 162出现滑转时，也可通过增加或减小相应的独立驱动总成的输出功率来减小或消除滑转状态，使该轮胎接近纯滚动模式。在此情况下，当第一控制器3检测到后桥驱动R 171或后桥驱动L 172出现滑转时，同样可以通过增加或减小相应的独立驱动总成的输出功率来减小或消除滑转状态，使该轮胎接近纯滚动模式。

为了进一步使得所述第一控制器3能够控制发电机4向四轮独立驱动系统输送功率，所述电传动转向控制系统还包括油门踏板1，所述第一控制器3的输入端口与油门踏板1连接，所述第一控制器3能够根据油门踏板1的输出信号控制发电机4向四轮独立驱动系统输送功率。当驾驶员踩下油门踏板1后，第一控制器3根据油门踏板1的角度向发动机2输出功率增加或减小的信号，发动机2带动发电机4发电，并经第一控制器3向独立驱动总成的牵引电机输出电能，以驱动整机行走。

本领域技术人员应当理解，所述油门踏板1的角度与第一控制器3向发动机2输出的信号强弱以及发动机2的转速大小成正相关，与发动机2的转速和发电机4的发电量成正相关，与发电量和牵引电机的功率正相关，与牵引电机的输出扭矩和/或转速与整机行走速度正相关。也就是说，当油门踏板1的角度越大，其向第一控制器3输出的信号就越强，相应地，第一控制器3向发动机2输出的信号也越大，发动机2的转速也随之增大，当发动机2的转速增大后，发电机4的发电量也相应升高，从而使得其向牵引电机的输出功率变大，最终牵引电机的输出扭矩和/或转速增大，从而使得整机行走速度正变快。

所述第二控制器7向CAN总线5发送信号，所述第一控制器3通过CAN总线5读取信号后，控制发电机4发电，以向第一控制器3输出电能，第一控制器3将该电能同时输出给四个独立驱动总成。当第一控制器3通过CAN总线5检测到第二控制器7的转向信号后，此处以向左转向为例，向四个独立驱动总成输出不同的功率，即左边内侧两个独立驱动总成的功率偏小，而右边外侧两个独立驱动总成的功率偏大，以确保外侧独立驱动总成和内侧独立驱动总成的动态差速转向接近于纯滚动状态，减小驱动总成的滑转功率消耗。

驾驶员通过手柄10进行整机转向操作，第二控制器7检测到转向信号后，向转向泵8、优先阀9和转向阀11同时输出信号，转向泵8排量的输出、优先阀9阀芯的开度、以及转向阀11阀芯的开度与手柄10的角度正相关，转向泵8通过优先阀9和转向阀11向转向缸14进行供油，实施整机的转向动作。当驾驶员停止转向后，手柄10复位，此时整机的前后车架仍然具有一定的角位移，即整机并非对中/对直状态，此时，第二控制器7切断优先阀9和转向阀11的信号，但是对转向泵8仍然具有信号，即转向缸14停止转向动作，优先阀9复位，转向泵8通过优先阀9向其它系统供油。

本实施例中，所述第一控制器3的输入端口分别接发动机2、发电机4、CAN总线5、四轮独立驱动系统等，所述第一控制器3的输出端口分别接发动机2、发电机4、驱动总成、CAN总线5等；所述第二控制器7的输入端口接手柄10，所述第二控制器7的输出端口接CAN总线5、转向泵8、优先阀9和转向阀11。所述发动机2、发电机4、驱动总成的牵引电机以及整机的运行等状态参数通过第一控制器3向CAN总线5输出信号，并能够在CAN总线5显示，所述手柄10、转向泵8、优先阀9、转向阀11等状态信息通过第二控制器7向CAN总线5输出信号，并在CAN总线5进行显示，驾驶员可以通过CAN总线5读取相关信号，了解整机运行状态。

本发明提供一种电传动转向控制系统，包括发动机2、发电机4、控制器、四轮独立驱动系统和转向系统，所述转向系统包括手柄10，所述控制器能够根据手柄10的输出信号，控制发电机4向四轮独立驱动系统输出功率，同时控制转向系统转向。本发明能够使得电传动在行驶时，实现精准转向功能，以满足驾驶员转向需求。

实施例二：

本发明还提供一种装载机，具体地，采用实施例一中所述的电传动转向控制系统。

整机进行转向动作时，其工作状态如下：

当整机正常行驶时，发动机2带动发电机4、分动箱6以及转向泵8进行运转，发电机4通过第一控制器3向四轮独立驱动系统输送电能，驱动整机行走。驾驶员可以通过踩踏油门踏板1控制整机行走状态，当驾驶员踩踏油门踏板1时，油门踏板1输出角度信号，第一控制器3接受信号后，控制发动机2带动发电机4运行，使发电机4发电后，向第一控制器3输送电能，第一控制器3将发电机4输出的电能输送给四轮独立驱动系统，以驱动整机前进或倒退。

当整机需要进行转向时，驾驶员转动手柄10，手柄10转动后输出信号，第二控制器7接受信号后，向转向泵8、优先阀9、转向阀11输出信号，以使得转向泵8油液流量增大，优先阀9和转向阀11同时开启，从而向转向缸14供油。

同时，第一控制器3通过CAN总线5检测到对应的手柄10的转向信号后，向四个独立驱动总成输出不同的功率，若手柄10向左转时，整车需要执行向左转动作，此时，第一控制器3通过CAN总线5检测到手柄10的左转向信号后，向内侧两个独立驱动总成的功率偏小，而外侧两个独立驱动总成的功率偏大，以确保外侧驱动总成和内侧独立驱动总成的动态差速转向接近于纯滚动状态，实现整机的转向角度状态和手柄10的角度成正相关，满足驾驶员的动态转向意愿需求。

本发明提供的装载机，采用所述的电传动转向控制系统。当整机需要进行转向时，驾驶员转动手柄10，整机能够执行转向动作，同时，第一控制器3能够通过CAN总线5检测到对应的手柄10的转向信号后，向四个独立驱动总成输出不同的功率，以确保外侧驱动总成和内侧独立驱动总成的动态差速转向接近于纯滚动状态，实现整机的转向角度状态和手柄10的角度成正相关，满足驾驶员的动态转向需求。

由于电传动为超大吨位（额定载荷12吨以上）整机，传统的超大吨位整机的驱动桥成本过高，与现有技术相比，本发明提供的电传动转向控制系统，成本低廉。本发明采用四轮独立驱动实现转向的方案，仅需要配套相应的驱动电机和减速机以及控制器，取消了中央差速器、主减伞齿轮、半轴以及庞大尺寸的桥壳等，成本优势显著。

此外，本发明提供的装载机，能量效率较高，节能显著。由于减少了变速箱、驱动桥等传动件，使得整机重量减轻，因而减少了整机转向时的行驶阻力，相应地，可以减少转向系统消耗的功率。采用本发明技术方案，可以使得装载机的转向控制更为精确，控制器在检测到手柄10的转动的输出信号后，能够根据手柄10角度以及方向，向内侧和外侧的独立驱动总成输出不同的功率，使整机的轮胎接近纯滚动模式实现转向，从而实现更为精确的转向控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种电传动转向控制系统，其特征在于，包括发动机、与发动机连接的发电机、控制器、四轮独立驱动系统和转向系统；所述转向系统包括手柄，所述控制器能够根据手柄的输出信号，控制发电机向四轮独立驱动系统输出功率，同时控制转向系统转向；

所述控制器包括用于控制四轮独立驱动系统驱动的第一控制器、用于控制转向系统转向的第二控制器和CAN总线，所述第一控制器、第二控制器通过CAN总线实现信号传输；

所述四轮独立驱动系统包括分别设有两个独立驱动总成的前桥驱动和后桥驱动，所述第一控制器能够根据手柄输出的转向信号，控制发电机向四个独立驱动总成输出不同功率；所述独立驱动总成包括牵引电机和减速机，所述第一控制器能够控制发电机向牵引电机输出功率，以使牵引电机驱动减速机行走；所述独立驱动总成还包括传感器，所述传感器用于向第一控制器输出信号；

所述转向系统还包括转向泵、优先阀、转向阀、单向阀、溢流阀和转向缸，所述转向泵通过优先阀、转向阀、单向阀和溢流阀向转向缸供油，所述第二控制器能够根据手柄的输出信号控制转向缸转向；

所述电传动转向控制系统还包括分动箱和油门踏板，所述分动箱分别与发电机、转向泵连接；所述第一控制器能够根据油门踏板的输出信号控制发电机向四轮独立驱动系统输送功率；所述转向泵为变量电控液压泵，所述优先阀、转向阀为电控比例阀；所述分动箱与转向泵通过花键连接；

所述发动机、发电机、分动箱通过联轴器连接，所述发动机的飞轮、发电机以及分动箱的输入轴三者轴心线重合；所述转向阀上还设有回油口N、进油口R、进油口S，所述优先阀上还设有M口；所述进油口R为右转向回路，所述进油口S为左转向回路，所述回油口N用于接油箱，所述转向阀的进油口R、进油口S分别连接两个转向缸；所述手柄的角度信号与第二控制器向转向泵、优先阀和转向阀发送的信号强弱正相关，与整机的转向角度正相关；所述油门踏板的角度与第一控制器向发动机输出的信号强弱以及发动机的转速大小成正相关，与发动机的转速和发电机的发电量成正相关，与发电量和牵引电机的功率正相关，与牵引电机的输出扭矩和/或转速与整机行走速度正相关。

2.一种装载机，其特征在于，包括权利要求1所述的电传动转向控制系统。

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