車輛制動和轉向的組合系統的制作方法

本發明涉及車輛領域，具體地，涉及一種車輛制動和轉向的組合系統。

背景技術：

在現有的車輛中，尤其是電動車輛中，大多采用兩臺電機分別驅動空壓機和轉向油泵，空壓機用于為整車制動系統提供氣壓，轉向油泵為整車轉向系統提供助力。通過這種方式，會較多地占用底盤上的布置空間，并且還會增加整車自重和制造成本。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種車輛制動和轉向的組合系統，其能夠解決現有技術中的相關問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種車輛制動和轉向的組合系統，包括空壓機、電機、轉向油泵、控制器和第一減速箱，其中，所述電機的電機軸連接到所述減速箱的輸入軸，所述減速箱的第一輸出軸連接到所述轉向油泵，第二輸出軸通過電磁離合器連接到所述空壓機，所述控制器用于控制所述電磁離合器接合或者分離。

通過上述技術方案，電機通過減速箱的第一輸出軸連接到轉向油泵，并通過第二輸出軸和電磁離合器連接到空壓機，所以整個組合系統結構緊湊，噪音小，并且傳動效率和可靠性較高。另外，由于減速箱具有兩個輸出軸，可以采用設計轉速更高、體積更小的電機，即可以提高電機的功率密度，減小電機體積，且可以降低成本。同時，兩個輸出軸可以分別根據空壓機和轉向油泵的需求而設計不同的減速比，即電機、轉向油泵和空壓機的轉速可以 靈活設計，然后通過兩個輸出軸的減速比完成匹配。

本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是根據本發明第一實施方式的組合系統的油路設計的原理示意圖。

圖2是根據本發明第二實施方式的組合系統的油路設計的原理示意圖。

圖3是根據本發明第三實施方式的組合系統的油路設計的原理示意圖。

圖4是根據本發明第四實施方式的組合系統的油路設計的原理示意圖。

圖5是根據本發明一種實施方式的組合系統的結構設計的原理示意圖。

圖6顯示了根據本發明另一種實施方式的組合系統的結構設計的原理示意圖。

圖7顯示了根據本發明再一種實施方式的組合系統的結構設計的原理示意圖。

附圖標記說明

10空壓機

12單向閥 13排氣閥

20電機 22電機殼體

30轉向油泵 31轉向進油路

32油泵安裝殼體 33低壓油罩

34低壓油腔 35高壓油腔

40控制器 50電磁離合器

60儲氣罐 61壓力傳感器

70轉向器 71轉向回油路

72轉角傳感器 80油箱

81吸油路 82過濾器

90散熱器 91油溫傳感器

100減速箱 102減速箱殼體

具體實施方式

以下結合附圖對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。

組合系統

如圖1所示，根據本發明的一種實施方式，公開了一種車輛制動和轉向的組合系統，包括空壓機10、電機20、轉向油泵30、減速箱100和控制器40，其中，所述電機20的電機軸連接到減速箱100的輸入軸，減速箱100的第一輸出軸連接到轉向油泵30，第二輸出軸通過電磁離合器50連接到空壓機10，所述控制器40用于控制電磁離合器50接合或者分離。

具體地，電機軸通過減速箱100的第一輸出軸連接到轉向油泵30，用于驅動該轉向油泵30工作，以向車輛的轉向系統供油，為車輛的轉向操作提供助力；減速箱200的第二輸出軸通過電磁離合器50連接到空壓機10，通過控制器40控制該電磁離合器50接合或者分離，可以選擇性地驅動空壓機10工作，并根據需要向車輛的制動系統提供氣壓。更具體地，轉向油泵30用于向轉向器70提供液壓油，空壓機10用于向儲氣罐60提供氣壓。另外，電機20通常也可以通過控制器40來控制。當然，電機20的運行也可以通過其他控制方式或者起停開關來控制。

通過這種實施方式，空壓機10、電磁離合器50、電機20、轉向油泵30和減速箱100可以緊密布置，因而整個組合系統結構緊湊，噪音小，并且傳動效率和可靠性較高。另外，由于電機20通過減速箱100的兩個輸出軸驅動轉向油泵30和空壓機10，因此可以采用設計轉速更高、體積更小的電機，即可以提高電機的功率密度，減小電機體積，且可以降低成本。同時，減速箱的兩個輸出軸可以分別根據空壓機10和轉向油泵30的需求而設計不同的減速比，即電機、轉向油泵和空壓機的轉速可以靈活設計，然后通過兩個輸出軸的減速比完成匹配。

此外，電機20的電機殼體22、減速箱100的減速箱殼體102以及轉向油泵30的油泵安裝殼體32可以依次通過緊固件可拆卸地連接在一起以構成一個整體外殼，這樣可以保證二者的結構更加緊湊，節省底盤的布置空間，并且裝配方便。

控制器40可以是本發明的組合系統專用的控制器，也可以采用整車控制器。

組合系統的控制方案

如圖1所示，本發明的組合系統包括儲氣罐60，該儲氣罐60上設置有壓力傳感器61，空壓機10通過氣路連接到儲氣罐60，氣路上設置有單向閥12，控制器40根據壓力傳感器61檢測的氣壓值來控制電磁離合器50接合或者分離。

在此方案中，壓力傳感器61可以用來實時檢測儲氣罐60中的氣壓值，并將該氣壓值的信號發送給控制器40，控制器40可以根據該氣壓值來判斷是否需要接合電磁離合器50使空壓機10工作。

通常，儲氣罐60具有第一設定氣壓值和第二設定氣壓值，第一設定氣壓值大于所述第二設定氣壓值。

當壓力傳感器61采集的氣壓值小于第二設定氣壓值時，控制器40控制電磁離合器50從分離狀態切換到接合狀態，電機20驅動空壓機10工作，通過氣路上的單向閥12向儲氣罐60中提供氣壓，以保證車輛的制動系統能夠正常工作。

當壓力傳感器61采集的氣壓值達到所述第一設定氣壓值時，控制器40控制電磁離合器50從接合狀態切換到分離狀態，空壓機10不再運轉，停止向儲氣罐60繼續提供氣壓。

在本發明中，在空壓機10和單向閥12之間的氣路上還旁接有排氣閥13，控制器40用于控制排氣閥13打開或者閉合。通過該排氣閥13，可以對電磁離合器50的突然接合或者分離進行緩沖，不僅可以減小電磁離合器50的磨損，還能夠緩沖由于空壓機10突然工作或者停止而對轉向器70的轉向操作造成的沖擊。

具體地，作為一種優選的實施方式，當壓力傳感器61采集的氣壓值小于第二設定氣壓值時，控制器40首先控制所述電磁離合器50從分離狀態切換到接合狀態，然后再控制排氣閥13從打開狀態切換到閉合狀態。在電磁離合器50接合之前，排氣閥13處于打開狀態，因此電磁離合器50可以實現空載接合，從而可以減少對電磁離合器50的磨損。同時，在電磁離合器50接合之后，雖然空壓機10開始運轉，但是空壓機10產生的氣體將會通過氣路上旁接的排氣閥13排出，因而基本上并無負載，所以也不會對轉向器70的轉向操作造成明顯的沖擊。

進一步優選地，在電磁離合器50接合之后，所述控制器40控制所述排氣閥13從打開狀態緩慢地逐漸切換到閉合狀態，即實現空壓機10的緩慢加載，而不是突然加載，從而可以更好地緩沖對轉向器70的轉向操作造成的沖擊，盡可能地減少對駕駛員轉向操作過程中手感的不利影響。

排氣閥13從打開狀態緩慢切換到閉合狀態的時間可以根據具體情況進 行調試，例如，空壓機功率較大時，時間可以適當長一些，反之，空壓機功率較小時，時間可以適當短一些。只要排氣閥13的切換過程適當的緩慢一些，空壓機10就可以逐漸加載，轉向油泵30的運轉情況不會突然發生變化，轉向進油路31中的油壓亦不會突然變化，從而不會對轉向器70的轉向操作造成明顯沖擊而影響轉向操作手感。

上面對空壓機10加載的控制過程進行了描述。同樣地，在空壓機10卸載時，也可以通過對排氣閥13和離合器的合理控制來減小對轉向器70的轉向操作的沖擊。

具體地，當壓力傳感器61采集的氣壓值達到第一設定氣壓值時，控制器40首先控制排氣閥13從閉合狀態切換到打開狀態，然后再控制電磁離合器50從接合狀態切換到分離狀態。

由于在電磁離合器50分離之前，排氣閥13已經打開，所以空壓機10的載荷將通過排氣閥13而得到釋放，從而可以緩沖對轉向器70的轉向操作的沖擊。之后，電磁離合器50在空壓機10空載的情況下分離。

同樣優選地，在電磁離合器50分離之前，控制器40也是優選控制排氣閥13從閉合狀態緩慢地逐漸切換到打開狀態，即實現空壓機10的緩慢卸載，而不是突然卸載，從而可以更好地緩沖對轉向器70的轉向操作的沖擊，盡可能地減少對駕駛員轉向操作過程中手感的不利影響。

因為排氣閥13從閉合狀態逐漸切換到打開狀態，從而空壓機10可以逐漸卸載，轉向油泵30的運轉情況不會突然發生變化，轉向進油路31中的油壓亦不會突然變化，從而不會對轉向器70的轉向操作造成明顯沖擊而影響轉向操作手感。

在本發明中，排氣閥13可以使用換向閥、比例閥、開關閥、阻尼孔等形式，只要能實現上述功能即可，本發明對此不作限制。另外，排氣閥13的排氣口一般可以直接通向大氣。作為選擇方案，排氣閥13的排氣口也可 以通向另外的儲氣罐或者其他需要的場所。

如圖1所示，所述轉向油泵30通過轉向進油路31連接到轉向器70，為轉向器70的轉向操作提供助力。轉向器70上設置有轉角傳感器72，用來檢測轉向器70的轉角信號，以判斷轉向器70是否處于轉向狀態。

作為一種優選實施方式，當壓力傳感器61采集的氣壓值達到第一設定氣壓值時，空壓機10需要停止對儲氣罐60繼續提供氣壓，在此之前，首先判斷轉向器70是否處于轉向狀態。

具體地，當通過轉角傳感器72檢測到轉向器70處于非轉向狀態時，控制器40可以控制排氣閥13從閉合狀態切換到打開狀態，然后再控制電磁離合器50從接合狀態切換到分離狀態。此過程可以與上文描述的過程相同，不再贅述。

當通過轉角傳感器72檢測到轉向器70處于轉向狀態時，控制器40可以控制排氣閥13從閉合狀態切換到打開狀態，然后等待轉向器70回位到非轉向狀態之后，再控制電磁離合器50從接合狀態切換到分離狀態。通過這種控制方式，在轉向器70處于轉向狀態時，電磁離合器50暫時并不分離，避免空壓機10停止工作而影響轉向操作手感。

另外需要說明的是，在此實施方式中，排氣閥13的打開和閉合方式可以與上文中描述的情況相同，即緩慢地逐漸切換，以盡可能地減小對轉向進油路31的沖擊。

在本發明的另一種優選的實施方式中，儲氣罐60具有設定的最高氣壓值、次高氣壓值和最低氣壓值，次高氣壓值小于最高氣壓值并大于最低氣壓值。根據不同的情形，上文中的第一設定氣壓值可以選擇最高氣壓值或者次高氣壓值。優選地，次高氣壓值可以選擇為最高氣壓值的75％-85％。

具體地，當通過轉角傳感器72檢測到轉向器70處于非轉向狀態時，第一設定氣壓值為最高氣壓值，第二設定氣壓值為最低氣壓值；當通過轉角傳 感器72檢測到轉向器70處于轉向狀態時，第一設定氣壓值為次高氣壓值，第二設定氣壓值為最低氣壓值。

換言之，在轉向器70處于非轉向狀態時，利用最高氣壓值和最低氣壓值來判斷空壓機10是否需要工作。而在轉向器70處于轉向狀態時，則利用次高氣壓值和最低氣壓值來判斷空壓機10是否需要工作。

儲氣罐60中的氣壓越高，空壓機10工作所需的功率也就越高，即載荷越大；另外，轉向器70工作時轉向速度越快、轉角越大，所需的轉向進油路31中的油壓也就越高，即轉向油泵30所需的功率也就越高。通過上述方案，可以使轉向器70和空壓機10彼此錯開峰值功率進行工作，從而可以選擇設計功率相對較小的電機20，從而可以降低成本。另外，在轉向器70處于轉向狀態時，空壓機10為儲氣罐60提供氣壓的條件是儲氣罐60中的次高氣壓值，而不是最高氣壓值，因此空壓機10的負載變化也會更小一些，從而空壓機的起停對轉向進油路31中油壓的沖擊也會更小，可以最大限度的減小甚至消除對轉向操作手感的不利影響。

上文中對組合系統的控制方案進行了詳細說明。另外，對于電機20而言，其同樣也可以通過本發明的控制器40進行控制，即，在優選的實施方式中，根據儲氣罐60中的氣壓值和轉向器70的工作狀態，控制器40不僅可以對排氣閥13和電磁離合器50進行控制，還可以對電機20進行相應的控制，以通過一個控制器和一臺電機實現車輛制動和轉向的二合一，使得整個組合系統結構緊湊且設計靈活。

組合系統的油路設計

與組合系統的油路相關的，本發明的組合系統主要包括電機20、減速箱100、轉向油泵30、油箱80、轉向器70和控制器40。另外，還可以選擇性地包括過濾器82、散熱器90和油溫傳感器91。下面首先對組合系統的油路 進行概括說明。

所述油箱80中的油液通過轉向油泵30提供給轉向器70，為轉向器70提供轉向助力，并且該油液還可以經過控制器40、電機20和/或減速箱100，為其提供散熱或潤滑。在此實施方式中，為轉向器70提供轉向助力的油液還可以選擇性地用來為控制器40、電機20和/或減速箱100提供散熱或潤滑，而不需要再為其提供額外的散熱或潤滑裝置，從而使得整個組合系統在結構上更加緊湊，并能降低成本。

圖1顯示了根據本發明第一實施方式的組合系統的油路的原理示意圖。

如圖1所示，轉向油泵30通過吸油路81連接到油箱80，并通過轉向進油路31連接到轉向器70，轉向器70通過轉向回油路71依次經過控制器40、電機20和減速箱100而連接到油箱80，其中，在油箱80和轉向油泵30之間的吸油路81上還可以設置過濾器82，在轉向器70和控制器40之間的轉向回油路71上還可以設置散熱器90。

優選地，在散熱器90和控制器40之間的轉向回油路81上還可以設置油溫傳感器91，控制器40可以根據該油溫傳感器91檢測的油溫信號來控制散熱器90運轉，如控制散熱器90中的風扇的轉速或者風扇的起停等。

過濾器82可以用來過濾油液中的雜質，以保護轉向油泵30和轉向器70。當然，在本發明的技術方案中，過濾器82并非必不可少的，假如油液的純度較高而無需過濾，則過濾器82也可以省略。

從轉向器70中流出的油液溫度相對較高，而控制器40對冷卻油液的溫度要求較高(一般需小于70度)，因此，散熱器90優選設置在控制器40的轉向回油路71的上游以對油液進行冷卻。油溫傳感器91可以設置在散熱器90和控制器40之間，對經過散熱器90冷卻的油液的溫度進行檢測，當檢測的油溫較高時，可以通過控制器40控制散熱器提高散熱能力，如提高散熱器90中風扇的轉速；反之，若檢測的油溫較低時，可以通過控制器40控制 散熱器90降低其散熱能力，甚至停止工作。在下文描述的其他實施方式中，同樣可以設置該油溫傳感器91，本發明對此不再贅述。

從控制器40流出的油液進入電機20中，為電機20提供散熱，當然，也可以同時為電機20提供潤滑。油液經過控制器40后溫度會有所上升，但由于電機20的耐高溫能力較強，所以足以滿足電機20的散熱要求。然后，從電機20中流出的油液可以流入到減速箱100中，為減速箱100中的齒輪提供潤滑。最后，從減速箱100中流出的油液可以返回到油箱80中。

在此實施方式中，來自油箱80的油液不僅用來為轉向器70提供助力，而且還可以用來為控制器40和電機20提供散熱，同時還可以為減速箱100提供潤滑，因此整個組合系統結構簡單、緊湊，設計構思巧妙，可以顯著降低成本。

圖2顯示了根據本發明第二實施方式的組合系統的油路的原理示意圖。

如圖2所示，轉向油泵30可以通過吸油路81連接到油箱80，并通過轉向進油路31連接到轉向器70，所述轉向器70通過轉向回油路71經過控制器40而連接到油箱80，其中，在油箱80和轉向油泵30之間的吸油路81上設置有過濾器82，在轉向器70和控制器40之間的轉向回油路71上設置有散熱器90，電機20和減速箱100位于轉向油泵30的進油口和過濾器82之間的吸油路81上。

在這種實施方式中，來自油箱80的油液首先經過減速箱100進入電機20，為電機20提供散熱，因此電機的散熱效果更好。然后，油液在電機20中循環后回流到減速箱100中，減速箱100的潤滑效果能得到充分保障。最后，油液再從減速箱100流入轉向油泵30，經過轉向油泵30提供給轉向器70。

圖3顯示了根據本發明第三實施方式的組合系統的油路的原理示意圖。

如圖3所示，所述轉向油泵30通過吸油路81連接到所述油箱80，并通 過轉向進油路31連接到所述轉向器70，所述轉向器70通過轉向回油路71依次經過所述控制器40和電機20而連接到油箱80，其中，在油箱80和轉向油泵30之間的吸油路81上設置有過濾器82，在轉向器70和控制器40之間的轉向回油路71上設置有散熱器90，所述減速箱100的內部單獨儲存有油液以用于潤滑。

在這種實施方式中，從電機20中流出的油液直接返回到油箱80，而不再經過減速箱100。另外，減速箱100的內部可以單獨儲存油液以用于潤滑。因為減速箱100中儲存有單獨的油液用于潤滑，該油液通常位于減速箱殼體的底部，因而可以減小減速箱中的齒輪在轉動時產生的攪油損耗。

圖4顯示了根據本發明第四實施方式的組合系統的油路的原理示意圖。

如圖4所示，所述油箱80還可以形成于所述減速箱100中，例如由減速箱100的殼體的下部儲存油液，作為油箱80使用。

所述轉向油泵30通過吸油路81連接到所述油箱80，即減速箱100中，并通過轉向進油路31連接到所述轉向器70，轉向器70通過轉向回油路71依次經過所述控制器40和電機20而連接到油箱80，其中，在油箱80和轉向油泵30之間的吸油路81上設置有過濾器82，該過濾器82也可以直接布置在減速箱100中。另外，在轉向器70和控制器40之間的轉向回油路71上可以設置有散熱器90。

在這種實施方式中，油箱80直接形成于減速箱100中，過濾器82也可以直接設置在減速箱100中，因此整體結構更加緊湊，有利于節省底盤空間，降低成本。另外，減速箱100中的油液還可以同時為其中的齒輪提供潤滑。

組合系統的結構設計

在本發明中，作為一種優選實施方式，還可以對電機20、轉向油泵30和減速箱100的結構進行優化設計，下面對此進行詳細描述。

圖5顯示了根據本發明一種實施方式的組合系統的結構設計的原理示意圖。該實施方式的結構中所顯示的油路方向為圖1所示實施方式中的油路方向，其也可以應用于其他實施方式中的油路方向，本發明對此不再重復描述。

如圖5所示，作為一種實施方式，轉向油泵30包括油泵安裝殼體32和位于該油泵安裝殼體32外側的低壓油罩33，該低壓油罩33和油泵安裝殼體32之間形成為低壓油腔34，所述油泵安裝殼體32的內側形成為高壓油腔35。

在工作中，低壓油腔34可以與轉向油泵30的進油口連通，內部將含有或者充滿低壓油液，即在轉向油泵泵送之前而與油箱連通的油液。通過這種方式，可以有效利用油液，結構簡單，容易實現。作為一種選擇，低壓油腔34中也可以單獨封裝有低壓油液。通過這種方式，由于低壓油液單獨封裝在低壓油腔34中，而不參與循環流動，因此濾波隔音效果更好。

類似地，在工作中，高壓油腔35可以與轉向油泵30的出油口連通，因此內部將含有或者充滿高壓油液，即在轉向油泵泵送之后而與轉向器連通的油液。作為一種選擇，高壓油腔35中也可以單獨封裝有高壓油液。

通過這種方式，轉向油泵30工作時產生的噪音將依次經過高壓油腔35中的高壓油液、油泵安裝殼體32、低壓油腔34中的低壓油液和低壓油罩33的多重吸收阻隔，從而傳播到外界的噪音將大大降低。同時，由于轉向油泵30輸出的油液一般都會有脈動，高壓油腔35的存在可以有效緩沖和抑制油液的脈動，使得提供給轉向器70的油壓更加穩定，有利于轉向器70的轉向操作。

另外，作為一種優選實施方式，電機20包括電機殼體22，減速箱100包括減速箱殼體102。電機殼體22、減速箱殼體102和油泵安裝殼體32可以依次從左到右(圖5中所示的方向)連接在一起，例如通過緊固件可拆卸地連接在一起。通過這種實施方式，整個結構更加緊湊，可以節省布置空間。

圖6顯示了根據本發明另一種實施方式的組合系統的結構設計的原理示 意圖。該實施方式的結構中所顯示的油路方向也是采用圖1所示實施方式中的油路方向，但也可以應用于其他實施方式中的油路方向，本發明對此不再重復描述。

如圖6所示，減速箱殼體102和油泵安裝殼體32連接在一起，低壓油罩33可以罩在減速箱殼體102和油泵安裝殼體32的外側。換言之，低壓油罩33不僅包裹轉向油泵30，而且還包裹減速箱100，因此不僅可以降低轉向油泵30運轉時傳遞到外部的噪音，而且還能夠降低減速箱100運轉時傳遞到外部的噪音，尤其是在電機20轉速較高時，對減速箱100的降噪效果更加明顯。

圖7顯示了根據本發明另一種實施方式的組合系統的結構設計的原理示意圖。該實施方式的結構中所顯示的油路方向為圖4所示實施方式中的油路方向，其也可以應用于其他實施方式中的油路方向，本發明對此不再重復描述。

如圖7所示，該實施方式不同的地方在于，將油箱80形成于減速箱100中，同時可以將過濾器82布置在減速箱100中。另外，在此實施方式中，低壓油腔34可以與油箱80連通，以利用油箱80中的油液。通過這種方式，可以有效利用油液，結構簡單，容易實現。作為一種選擇，即圖7中所示的方案，低壓油腔34中也可以單獨封裝有低壓油液。通過這種方式，由于低壓油液單獨封裝在低壓油腔34中，而不參與循環流動，因此濾波隔音效果更好。

以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必 要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，例如，針對組合系統的控制方案的多種實施方式、組合系統的油路設計的多種實施方式以及組合系統的結構設計的多種實施方式，在不產生矛盾的情況下均可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。