一种复合制动系统及工程车辆的制作方法

1.本发明涉及液压技术领域，具体而言，涉及一种复合制动系统及工程车辆。


背景技术：

2.闭式循环液压系统是一种封闭式系统，其工作介质经过执行结构后直接回到动力元件(泵)，形成一种闭式循环回路，具有工作效率高、结构小、重量轻等特点，在工程机械领域得到广泛应用。
3.当工程机械需要进行静液压制动时，首先需要增大马达排量，调整发动机转速至所需转速，然后再减小泵排量，使发动机变成负载，完成制动操作。在现有技术中，闭式系统通常采用大马达进行驱动和制动，以获得更好的启动速度和制动效果，但马达排量太大会使驱动轮与地面滑动，导致轮胎磨损严重，且大排量马达会导致闭式系统的静液压制动扭矩过大，通过松油门难以精确控制泵的排量变化，即难以精确控制制动力的大小，影响车辆的安全行驶。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何精确控制闭式循环液压系统的制动。
5.为解决上述问题，第一方面，本发明提供一种复合制动系统，包括闭式泵、发动机电子控制单元、驱动马达和制动踏板阀；
6.所述闭式泵包括斜盘，通过改变斜盘角度控制闭式系统中的工作介质的流动方向和流动速度；
7.所述发动机电子控制单元与所述闭式泵通信连接，用于在油门复位时控制减缓发动机转速的下降速度，以减小所述闭式泵中的所述工作介质的流动速度；
8.所述驱动马达的输入端与所述闭式泵驱动连接，输出端用于驱动驱动轮运动；
9.所述制动踏板阀与所述闭式泵通信连接，在所述制动踏板阀角度处于第一区间时，所述斜盘角度与所述制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，且所述斜盘角度大于0，在所述制动踏板阀角度处于第二区间时，所述斜盘角度为0，机械制动介入所述驱动轮，所述机械制动的制动力与所述制动踏板阀的角度呈正相关关系。
10.相对于现有技术，本发明设计了一种机械制动与静液压制动复合的制动系统，通过闭式泵的特点，在不需要太大制动力的工况下，松油门时通过发动机电子控制单元使发动机转速缓慢下降，从而使闭式泵的流量降低，进而使工程车辆在行驶阻力和闭式泵的静液压制动力共同作用下缓慢停止；在需要进一步减速的工况下，通过制动踏板阀的角度减小闭式泵中的斜盘的倾斜角度，进而减缓驱动马达的速度，以实现工程车辆的静液压制动；在需要更大的制动力矩时，制动踏板阀的角度进入第二区间时，斜盘角度归0，静液压制动力已处于最大，控制机械制动介入驱动轮，以获得更高的制动效果，两种制动力共同作用，使工程车辆快速制动，通过三种方式层层递进，保证驾驶员根据工况精确制动工程车辆。
11.可选地，在所述制动踏板阀角度进入第三区间的左端点时，所述机械制动的制动
力从0增大，并与所述制动踏板阀的角度呈线性正相关关系，斜盘角度与所述制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，在所述制动踏板阀落在所述第三区间的右端点时，所述斜盘角度为0，所述左端点在所述第一区间内，所述右端点在所述第二区间内。
12.可选地，在所述制动踏板阀角度大于所述第二区间的右端点时，机械制动力达到最大，其中，所述第二区间的右端点为26度。
13.可选地，所述复合制动系统还包括蓄能器，所述蓄能器包括充液阀和所述工作介质，当所述蓄能器内的所述工作介质的压力低于预设压力时，所述充液阀向所述蓄能器充入所述工作介质。
14.可选地，所述驱动马达包括至少一个前驱动马达和一个后驱动马达，所述前驱动马达用于和前轮驱动连接，所述后驱动马达用于和后轮驱动连接。
15.可选地，所述驱动马达通过预设方式驱动所述驱动轮，其中，所述预设方式包括当所述闭式系统内的系统压力大于或等于启动压力时，所述驱动马达的排量根据所述系统压力的增大而线性增大，当所述系统压力增大到预设的最大压力时，所述驱动马达的排量增加至最大值。
16.可选地，所述闭式泵的数量大于或等于1，当所述闭式泵的数量大于1时，每个所述闭式泵与对应的驱动马达形成闭式循环回路。
17.可选地，所述复合制动系统还包括da控制阀，用于检测所述系统压力，当所述系统压力大于预设阈值时，所述斜盘角度归0。
18.可选地，所述复合制动系统还包括驻车控制阀，所述驻车控制阀与档位手柄连接，用于在驻车时与所述档位手柄互锁。
19.另一方面，本发明还提供一种工程车辆，包括如上所述的复合制动系统。
附图说明
20.图1为本发明实施例的复合制动系统的系统框图；
21.图2为本发明实施例的复合制动系统的制动踏板阀角度-制动力特性曲线。
具体实施方式
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
23.应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
24.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
25.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
26.如图1所示，本发明一实施例提供的一种复合制动系统，包括闭式泵、发动机电子控制单元、驱动马达和制动踏板阀；
27.所述闭式泵包括斜盘，通过改变斜盘角度控制闭式系统中的工作介质的流动方向和流动速度；
28.所述发动机电子控制单元与所述闭式泵通信连接，用于在油门复位时控制减缓发动机转速的下降速度，以减小所述闭式泵中的所述工作介质的流动速度；
29.所述驱动马达的输入端与所述闭式泵驱动连接，输出端用于驱动驱动轮运动；
30.所述制动踏板阀与所述闭式泵通信连接，在所述制动踏板阀角度处于第一区间时，所述斜盘角度与所述制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，且所述斜盘角度大于0，在所述制动踏板阀角度处于第二区间时，所述斜盘角度为0，机械制动介入所述驱动轮，所述机械制动的制动力与所述制动踏板阀的角度呈正相关关系。
31.在闭式系统中，闭式泵的进油管直接与执行元件的回油管相连，工作介质在系统的管路中进行封闭循环，闭式系统的机构较为紧凑，系统中不容易进入空气，故传动的平稳性较好，工作机构的变速和换相调节通过闭式泵或驱动马达的变量机构实现，在本发明中，闭式泵的变量机构为斜盘，通过斜盘的倾斜角度和倾斜方向实现工程车辆的控制，例如斜盘向某方向倾斜时，由于泵缸带动斜盘旋转，由于旋转斜盘倾斜表面的作用，柱塞在泵缸中往复运动，从而使斜盘倾斜两端形成压力差，从而驱动车辆，此时工作介质的流量与斜盘的倾斜角度正相关，当斜盘在当前倾斜方向倾斜角度变大时，闭式泵的缸体在单位时间内，排油窗口的排油量更高，在吸油窗口的吸油量也更高，流量也更高；在工程车辆匀速运动时，斜盘的倾斜角度一定，工作介质的流量也相对稳定，此时若降低斜盘的倾斜角度，则会使工作介质的流量降低，作用在工程车辆的驱动力也相应降低，使工程车辆在当前方向下的速度降低，当斜盘的倾斜角度为0，即不向任何方向倾斜时，由于闭式泵内部没有压力差，闭式泵内的工作介质停止流动，静液压制动力达到最大值。
32.在现有技术中，由于闭式液压驱动系统中的马达排量大，导致产生的减速度较大，对刹车踏板的角度变化感应灵敏，容易产生不可控的刹车情况，在马达排量较大时，因启动和制动的幅度过大，导致启动和刹车时驱动轮与地面发生滑动，导致轮胎磨损严重，在减小马达排量后，又会导致制动力过小，增加制动时间，制动效果较差。在不改变马达排量的情况下，减小泵的排量，会在发动机超速时导致无法承受发动机带来的流量。还有一些现有技术中采用低俗大扭矩定量马达，通过在需要制动时缓慢松油门来控制泵的排量，从而实现静液压制动的效果，该种方案由于马达处于大排量，静液压制动扭矩较大，通过松油门的方式会导致驾驶员无法精确控制制动的幅度，且效果不明显；另一些方案中采用变量泵搭配变量马达，通过节流的方式控制斜盘在松油门时的回摆速度，由于变量泵的斜盘摆动速度受到节流设备的影响，会在另一方面影响工程车辆在加速时的性能。
33.相对于现有技术，本发明设计了一种机械制动与静液压制动复合的制动系统，在制动时分为三个阶段，第一阶段为松油门阶段，此阶段不需要过大的制动力，适合在需要缓
慢减速的工况下，通过发动机电子控制单元减缓松油门时发动机转速的下降速度，保证闭式泵的排量不会迅速回落到0，使车辆能根据惯性，以一定的速度继续滑行；第二阶段适用于需要一定制动效果的阶段，在松油门后，踩下制动踏板，使制动踏板阀角度处于第一区间，斜盘角度由松油门时的既有角度像0度复位，具体的复位角度与制动踏板阀角度在第一区间的数值呈负相关关系，此时工程车辆的制动力随制动踏板的角度增大而增大，因斜盘角度逐渐减小，静液压制动力随斜盘角度的减小而逐渐增大，保证在需要制动力时先通过静液压系统输出制动力，静液压系统的制动可以满足一部分制动场景，但当工程车辆所需制动力超过静液压系统提供的制动力时，通过第三阶段进行进一步地制动；当制动踏板阀角度处于第三阶段时，斜盘角度已经归0，此时静液压系统提供的制动力最大，但还不能满足工程车辆所需制动力，此时机械制动开始介入，通过输出压力到制动腔活塞，活塞运动压紧刹车片产生机械制动力，在此过程中，机械制动力与制动踏板阀的角度呈正相关，即制动踏板阀角度越大，机械制动力越大。在第三阶段，机械制动与静液压制动共同作用，保证满足工程车辆所需制动力，使工程车辆能够快速停止。本发明根据三种不同的制动场景，将制动分为三个阶段，分别满足不同场景的不同需求，使驾驶员能根据需求精确控制车辆进行制动，并在紧急情况下通过静液压制动和机械制动共同作用，保证车辆能快速停止，具有更好的制动效果，另一方面还可以保护刹车片，尽量减轻刹车片的磨损。
34.可选地，在所述制动踏板阀角度进入第三区间的左端点时，所述机械制动的制动力从0增大，并与所述制动踏板阀的角度呈线性正相关关系，斜盘角度与所述制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，在所述制动踏板阀落在所述第三区间的右端点时，所述斜盘角度为0，所述左端点在所述第一区间内，所述右端点在所述第二区间内。
35.可选地，在所述制动踏板阀角度大于所述第二区间的右端点时，机械制动力达到最大，其中，所述第二区间的右端点为26度。
36.如图2所示，在一实施例中，p
inch
表示斜盘的角度随制动踏板的角度(即脚踏板)的变化关系，p
brake
表示机械制动的压力随制动踏板的角度变化关系，第一区间为实线p
brake
为0的左侧区间，此时斜盘的角度随制动踏板阀角度的增大而减小，静液压制动的压力随制动踏板的增加而增加，在第一阶段，只有闭式泵参与制动；第二区间为虚线与横坐标相交的右侧区间，此时斜盘的角度已经归0，静液压制动力已经达到最大，当制动阀踏板角度继续增大时，机械制动介入系统，机械制动的制动力随制动阀踏板角度的增加而增加，直至制动阀踏板角度到达最大值26度，此时p
brake
也达到最大值100bar；第三区间为第一区间和第二区间之间的交叉部分，此时斜盘角度还未归0，即静液压制动力还未达到最大，机械制动开始介入，但机械制动力总体介入不大，充当缓冲的作用，避免在斜盘角度归0时机械制动力未参与制动导致的制动力突变或制动力不变，进而磨损轮胎的情况，也避免制动力未按预期变化导致的未知异常情况，保证驾驶员安全。
37.优选地，制动踏板阀角度区间为[7,9]时，斜盘角度为0，静液压制动力达到最大，制动踏板阀角度区间为[6,8]时，机械制动开始介入，在斜盘角度归0前，机械制动开始介入，例如，当制动踏板阀角度为8度时，斜盘角度为0，在此实施例中，制动踏板阀角度为7度时机械制动已经开始介入。
[0038]
可选地，制动踏板阀角度还具有第四区间，所述第四区间包括在制动踏板阀角度小于预设的角度时，斜盘角度不变，为静液压制动保留一定虚位，防止误触制动踏板导致的
意外刹车。
[0039]
可选地，所述复合制动系统还包括蓄能器，所述蓄能器包括充液阀和所述工作介质，当所述蓄能器内的所述工作介质的压力低于预设压力时，所述充液阀向所述蓄能器充入所述工作介质。
[0040]
其中，工作介质包括矿物质液压油等可以用于液压系统的液体。
[0041]
在一实施例中，充液阀的作用是在适当时机给蓄能器冲液蓄能，满足机械制动的快速响应要求，在车辆故障失去动力时，将能量转变为液压释放出来，重新补给系统，当系统瞬间压力增大时，可以吸收多余的能量，以保证整个系统压力正常。
[0042]
可选地，所述驱动马达包括至少一个前驱动马达和一个后驱动马达，所述前驱动马达用于和前轮驱动连接，所述后驱动马达用于和后轮驱动连接。
[0043]
在另一些实施例中，驱动马达可以为多组，以满足实际工程需求。
[0044]
可选地，所述驱动马达通过预设方式驱动所述驱动轮，其中，所述预设方式包括当所述闭式系统内的系统压力大于或等于启动压力时，所述驱动马达的排量根据所述系统压力的增大而线性增大，当所述系统压力增大到预设的最大压力时，所述驱动马达的排量增加至最大值。
[0045]
可选地，所述闭式泵的数量大于或等于1，当所述闭式泵的数量大于1时，每个所述闭式泵与对应的驱动马达形成闭式循环回路。
[0046]
在一实施例中，闭式泵的数量可以为多个，以满足实际工程需求。
[0047]
可选地，所述复合制动系统还包括da控制阀，用于检测所述系统压力，当所述系统压力大于预设阈值时，所述斜盘角度归0。
[0048]
闭式系统的系统压力包括闭式泵的压力，闭式泵与发动机输出轴连接，使用带有压力检测功能的闭式泵组成静压自动变速机构，通过加大发动机转速使其提高至设定的起调转速时，闭式泵开式输出流量，泵排量随发动机转速的提高而提高，可以降低工程车辆的启动负载，同时，闭式泵的输出功率曲线接近发动机功率曲线，保证发动机能更加地发挥出动力。当系统压力到达一定值时，工作压力使斜盘朝小排量的角度摆动，以限制系统的最大输出功率，保证驾驶员安全在行驶过程中，当行驶阻力增大时，闭式泵调节输出流量，从而控制对车辆的动力输出，进而实现控制行驶速度，使之与发动机的功率相匹配，防止发动机过载或熄火。当系统压力达到预设的压力阈值时，斜盘角度归0，油路卸荷，在车辆加速或减速时，阻止高压溢流阀长时间开启，高压溢流阀仅对斜盘快速回摆过程中的压力峰值进行卸荷，保证系统压力安全的同时降低系统发热量。
[0049]
可选地，所述复合制动系统还包括驻车控制阀，所述驻车控制阀与档位手柄连接，用于在驻车时与所述档位手柄互锁。
[0050]
复合制动系统的工作过程包括：在发动机启动后，解除驻车控制阀与档位手柄的互锁，并通过档位手柄挂挡后，踩下油门踏板，车辆即可开始行驶。当工程车辆需要停车时，首先松开油门踏板，通过发动机电子控制单元检测油门踏板的开度变化，在识别松油门的信号后，通过发动机电子控制单元向发动机发送信号，使发动机转速以较低的斜率下降，在此过程中由于闭式泵的排量随发动机转速的下降而下降，使系统压力缓慢减小，制动马达也以较小的排量工作，静液压制动力矩也较小，此时车辆在行驶阻力和静液压制动力的共同作用下减速滑行。在另一些场景中，需要增大静液压制动力矩时，松油门之后缓慢踩下制
动踏板，制动踏板阀的角度处于第一区间时，闭式泵中的斜盘的角度随制动踏板阀角度的增加而减小，闭式泵的排量也随之线性减小，静液压制动力线性增大，在制动踏板阀角度到8度时斜盘角度归0，静液压制动力最大，在此之前，机械制动已经开始介入，但由于机械制动力随制动踏板阀的角度线性增加，故机械制动力在当前状态下介入不多，车辆因静液压的制动力缓慢停止。在另一些场景中，需要更大的制动力，驾驶员继续踩下制动踏板，制动踏板阀角度进一步增高，此时静液压制动力已经达到最高，机械制动力随制动踏板阀角度的增加而增大，二者同时起作用，直至制动踏板阀角度的到达26度最大角度，输出最大机械制动力和液压制动力，三个阶段共同作用，保证驾驶员能根据工况确定制动策略，使制动可控，且延长刹车片的寿命。
[0051]
本发明另一实施例提供的一种工程车辆包括如上任一项所述的复合制动系统。
[0052]
所述工程车辆相对于现有技术与所述复合制动系统所具有的有益效果相同，在此不再赘述。
[0053]
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种复合制动系统，其特征在于，包括闭式泵、发动机电子控制单元、驱动马达和制动踏板阀；所述闭式泵包括斜盘，通过改变斜盘角度控制闭式系统中的工作介质的流动方向和流动速度；所述发动机电子控制单元与所述闭式泵通信连接，用于在油门复位时控制减缓发动机转速的下降速度，以减小所述闭式泵中的所述工作介质的流动速度；所述驱动马达的输入端与所述闭式泵驱动连接，输出端用于驱动驱动轮运动；所述制动踏板阀与所述闭式泵通信连接，在所述制动踏板阀角度处于第一区间时，所述斜盘角度与所述制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，且所述斜盘角度大于0，在所述制动踏板阀角度处于第二区间时，所述斜盘角度为0，机械制动介入所述驱动轮，所述机械制动的制动力与所述制动踏板阀的角度呈正相关关系。2.根据权利要求1所述的复合制动系统，其特征在于，在所述制动踏板阀角度进入第三区间的左端点时，所述机械制动的制动力从0增大，并与所述制动踏板阀的角度呈线性正相关关系，所述斜盘角度与所述制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，在所述制动踏板阀落在所述第三区间的右端点时，所述斜盘角度为0，所述左端点在所述第一区间内，所述右端点在所述第二区间内。3.根据权利要求2所述的复合制动系统，其特征在于，在所述制动踏板阀角度大于所述第二区间的右端点时，机械制动力达到最大，其中，所述第二区间的右端点为26度。4.根据权利要求1所述的复合制动系统，其特征在于，还包括蓄能器，所述蓄能器包括充液阀和所述工作介质，当所述蓄能器内的所述工作介质的压力低于预设压力时，所述充液阀向所述蓄能器充入所述工作介质。5.根据权利要求1所述的复合制动系统，其特征在于，所述驱动马达包括至少一个前驱动马达和一个后驱动马达，所述前驱动马达用于和前轮驱动连接，所述后驱动马达用于和后轮驱动连接。6.根据权利要求4所述的复合制动系统，其特征在于，所述驱动马达通过预设方式驱动所述驱动轮，其中，所述预设方式包括当所述闭式系统内的系统压力大于或等于启动压力时，所述驱动马达的排量根据所述系统压力的增大而线性增大，当所述系统压力增大到预设的最大压力时，所述驱动马达的排量增加至最大值。7.根据权利要求1所述的复合制动系统，其特征在于，所述闭式泵的数量大于或等于1，当所述闭式泵的数量大于1时，每个所述闭式泵与对应的所述驱动马达形成闭式循环回路。8.根据权利要求1所述的复合制动系统，其特征在于，还包括da控制阀，用于检测所述系统压力，当所述系统压力大于预设阈值时，所述斜盘角度归0。9.根据权利要求1所述的复合制动系统，其特征在于，还包括驻车控制阀，所述驻车控制阀与档位手柄连接，用于在驻车时与所述档位手柄互锁。10.一种工程车辆，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的复合制动系统。

技术总结
本发明提供了一种复合制动系统及工程车辆，包括闭式泵、发动机电子控制单元、驱动马达和制动踏板阀；闭式泵包括斜盘，通过改变斜盘角度控制闭式系统中的工作介质的流动方向和流动速度；发动机电子控制单元与闭式泵通信连接，用于在油门复位时控制减缓发动机转速的下降速度，以减小闭式泵中的工作介质的流动速度；驱动马达与闭式泵驱动连接，输出端用于驱动驱动轮运动；制动踏板阀与闭式泵通信连接，在制动踏板阀角度处于第一区间时，斜盘角度与制动踏板阀的角度呈线性负相关关系，在制动踏板阀角度处于第二区间时，斜盘角度为0，机械制动介入驱动轮，机械制动力与所述制动踏板阀的角度呈正相关关系，保证精确控制闭式循环液压系统的制动。系统的制动。系统的制动。


技术研发人员：杨德清 郭剑锋 刘渊 胡雪兵 周娇 张铁风
受保护的技术使用者：航天重型工程装备有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/4