车辆制动和转向的组合系统的制作方法

本发明涉及车辆领域，具体地，涉及一种车辆制动和转向的组合系统。

背景技术：

在现有的车辆中，尤其是电动车辆中，大多采用两台电机分别驱动空压机和转向油泵，空压机用于为整车制动系统提供气压，转向油泵为整车转向系统提供助力。通过这种方式，会较多地占用底盘上的布置空间，并且还会增加整车自重和制造成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种车辆制动和转向的组合系统，其能够解决现有技术中的相关问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种车辆制动和转向的组合系统，包括空压机、电机、转向油泵、控制器和第一减速箱，其中，所述电机的电机轴连接到所述减速箱的输入轴，所述减速箱的第一输出轴连接到所述转向油泵，第二输出轴通过电磁离合器连接到所述空压机，所述控制器用于控制所述电磁离合器接合或者分离。

通过上述技术方案，电机通过减速箱的第一输出轴连接到转向油泵，并通过第二输出轴和电磁离合器连接到空压机，所以整个组合系统结构紧凑，噪音小，并且传动效率和可靠性较高。另外，由于减速箱具有两个输出轴，可以采用设计转速更高、体积更小的电机，即可以提高电机的功率密度，减小电机体积，且可以降低成本。同时，两个输出轴可以分别根据空压机和转向油泵的需求而设计不同的减速比，即电机、转向油泵和空压机的转速可以 灵活设计，然后通过两个输出轴的减速比完成匹配。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明第一实施方式的组合系统的油路设计的原理示意图。

图2是根据本发明第二实施方式的组合系统的油路设计的原理示意图。

图3是根据本发明第三实施方式的组合系统的油路设计的原理示意图。

图4是根据本发明第四实施方式的组合系统的油路设计的原理示意图。

图5是根据本发明一种实施方式的组合系统的结构设计的原理示意图。

图6显示了根据本发明另一种实施方式的组合系统的结构设计的原理示意图。

图7显示了根据本发明再一种实施方式的组合系统的结构设计的原理示意图。

附图标记说明

10空压机

12单向阀 13排气阀

20电机 22电机壳体

30转向油泵 31转向进油路

32油泵安装壳体 33低压油罩

34低压油腔 35高压油腔

40控制器 50电磁离合器

60储气罐 61压力传感器

70转向器 71转向回油路

72转角传感器 80油箱

81吸油路 82过滤器

90散热器 91油温传感器

100减速箱 102减速箱壳体

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

组合系统

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，公开了一种车辆制动和转向的组合系统，包括空压机10、电机20、转向油泵30、减速箱100和控制器40，其中，所述电机20的电机轴连接到减速箱100的输入轴，减速箱100的第一输出轴连接到转向油泵30，第二输出轴通过电磁离合器50连接到空压机10，所述控制器40用于控制电磁离合器50接合或者分离。

具体地，电机轴通过减速箱100的第一输出轴连接到转向油泵30，用于驱动该转向油泵30工作，以向车辆的转向系统供油，为车辆的转向操作提供助力；减速箱200的第二输出轴通过电磁离合器50连接到空压机10，通过控制器40控制该电磁离合器50接合或者分离，可以选择性地驱动空压机10工作，并根据需要向车辆的制动系统提供气压。更具体地，转向油泵30用于向转向器70提供液压油，空压机10用于向储气罐60提供气压。另外，电机20通常也可以通过控制器40来控制。当然，电机20的运行也可以通过其他控制方式或者起停开关来控制。

通过这种实施方式，空压机10、电磁离合器50、电机20、转向油泵30和减速箱100可以紧密布置，因而整个组合系统结构紧凑，噪音小，并且传动效率和可靠性较高。另外，由于电机20通过减速箱100的两个输出轴驱动转向油泵30和空压机10，因此可以采用设计转速更高、体积更小的电机，即可以提高电机的功率密度，减小电机体积，且可以降低成本。同时，减速箱的两个输出轴可以分别根据空压机10和转向油泵30的需求而设计不同的减速比，即电机、转向油泵和空压机的转速可以灵活设计，然后通过两个输出轴的减速比完成匹配。

此外，电机20的电机壳体22、减速箱100的减速箱壳体102以及转向油泵30的油泵安装壳体32可以依次通过紧固件可拆卸地连接在一起以构成一个整体外壳，这样可以保证二者的结构更加紧凑，节省底盘的布置空间，并且装配方便。

控制器40可以是本发明的组合系统专用的控制器，也可以采用整车控制器。

组合系统的控制方案

如图1所示，本发明的组合系统包括储气罐60，该储气罐60上设置有压力传感器61，空压机10通过气路连接到储气罐60，气路上设置有单向阀12，控制器40根据压力传感器61检测的气压值来控制电磁离合器50接合或者分离。

在此方案中，压力传感器61可以用来实时检测储气罐60中的气压值，并将该气压值的信号发送给控制器40，控制器40可以根据该气压值来判断是否需要接合电磁离合器50使空压机10工作。

通常，储气罐60具有第一设定气压值和第二设定气压值，第一设定气压值大于所述第二设定气压值。

当压力传感器61采集的气压值小于第二设定气压值时，控制器40控制电磁离合器50从分离状态切换到接合状态，电机20驱动空压机10工作，通过气路上的单向阀12向储气罐60中提供气压，以保证车辆的制动系统能够正常工作。

当压力传感器61采集的气压值达到所述第一设定气压值时，控制器40控制电磁离合器50从接合状态切换到分离状态，空压机10不再运转，停止向储气罐60继续提供气压。

在本发明中，在空压机10和单向阀12之间的气路上还旁接有排气阀13，控制器40用于控制排气阀13打开或者闭合。通过该排气阀13，可以对电磁离合器50的突然接合或者分离进行缓冲，不仅可以减小电磁离合器50的磨损，还能够缓冲由于空压机10突然工作或者停止而对转向器70的转向操作造成的冲击。

具体地，作为一种优选的实施方式，当压力传感器61采集的气压值小于第二设定气压值时，控制器40首先控制所述电磁离合器50从分离状态切换到接合状态，然后再控制排气阀13从打开状态切换到闭合状态。在电磁离合器50接合之前，排气阀13处于打开状态，因此电磁离合器50可以实现空载接合，从而可以减少对电磁离合器50的磨损。同时，在电磁离合器50接合之后，虽然空压机10开始运转，但是空压机10产生的气体将会通过气路上旁接的排气阀13排出，因而基本上并无负载，所以也不会对转向器70的转向操作造成明显的冲击。

进一步优选地，在电磁离合器50接合之后，所述控制器40控制所述排气阀13从打开状态缓慢地逐渐切换到闭合状态，即实现空压机10的缓慢加载，而不是突然加载，从而可以更好地缓冲对转向器70的转向操作造成的冲击，尽可能地减少对驾驶员转向操作过程中手感的不利影响。

排气阀13从打开状态缓慢切换到闭合状态的时间可以根据具体情况进 行调试，例如，空压机功率较大时，时间可以适当长一些，反之，空压机功率较小时，时间可以适当短一些。只要排气阀13的切换过程适当的缓慢一些，空压机10就可以逐渐加载，转向油泵30的运转情况不会突然发生变化，转向进油路31中的油压亦不会突然变化，从而不会对转向器70的转向操作造成明显冲击而影响转向操作手感。

上面对空压机10加载的控制过程进行了描述。同样地，在空压机10卸载时，也可以通过对排气阀13和离合器的合理控制来减小对转向器70的转向操作的冲击。

具体地，当压力传感器61采集的气压值达到第一设定气压值时，控制器40首先控制排气阀13从闭合状态切换到打开状态，然后再控制电磁离合器50从接合状态切换到分离状态。

由于在电磁离合器50分离之前，排气阀13已经打开，所以空压机10的载荷将通过排气阀13而得到释放，从而可以缓冲对转向器70的转向操作的冲击。之后，电磁离合器50在空压机10空载的情况下分离。

同样优选地，在电磁离合器50分离之前，控制器40也是优选控制排气阀13从闭合状态缓慢地逐渐切换到打开状态，即实现空压机10的缓慢卸载，而不是突然卸载，从而可以更好地缓冲对转向器70的转向操作的冲击，尽可能地减少对驾驶员转向操作过程中手感的不利影响。

因为排气阀13从闭合状态逐渐切换到打开状态，从而空压机10可以逐渐卸载，转向油泵30的运转情况不会突然发生变化，转向进油路31中的油压亦不会突然变化，从而不会对转向器70的转向操作造成明显冲击而影响转向操作手感。

在本发明中，排气阀13可以使用换向阀、比例阀、开关阀、阻尼孔等形式，只要能实现上述功能即可，本发明对此不作限制。另外，排气阀13的排气口一般可以直接通向大气。作为选择方案，排气阀13的排气口也可 以通向另外的储气罐或者其他需要的场所。

如图1所示，所述转向油泵30通过转向进油路31连接到转向器70，为转向器70的转向操作提供助力。转向器70上设置有转角传感器72，用来检测转向器70的转角信号，以判断转向器70是否处于转向状态。

作为一种优选实施方式，当压力传感器61采集的气压值达到第一设定气压值时，空压机10需要停止对储气罐60继续提供气压，在此之前，首先判断转向器70是否处于转向状态。

具体地，当通过转角传感器72检测到转向器70处于非转向状态时，控制器40可以控制排气阀13从闭合状态切换到打开状态，然后再控制电磁离合器50从接合状态切换到分离状态。此过程可以与上文描述的过程相同，不再赘述。

当通过转角传感器72检测到转向器70处于转向状态时，控制器40可以控制排气阀13从闭合状态切换到打开状态，然后等待转向器70回位到非转向状态之后，再控制电磁离合器50从接合状态切换到分离状态。通过这种控制方式，在转向器70处于转向状态时，电磁离合器50暂时并不分离，避免空压机10停止工作而影响转向操作手感。

另外需要说明的是，在此实施方式中，排气阀13的打开和闭合方式可以与上文中描述的情况相同，即缓慢地逐渐切换，以尽可能地减小对转向进油路31的冲击。

在本发明的另一种优选的实施方式中，储气罐60具有设定的最高气压值、次高气压值和最低气压值，次高气压值小于最高气压值并大于最低气压值。根据不同的情形，上文中的第一设定气压值可以选择最高气压值或者次高气压值。优选地，次高气压值可以选择为最高气压值的75％-85％。

具体地，当通过转角传感器72检测到转向器70处于非转向状态时，第一设定气压值为最高气压值，第二设定气压值为最低气压值；当通过转角传 感器72检测到转向器70处于转向状态时，第一设定气压值为次高气压值，第二设定气压值为最低气压值。

换言之，在转向器70处于非转向状态时，利用最高气压值和最低气压值来判断空压机10是否需要工作。而在转向器70处于转向状态时，则利用次高气压值和最低气压值来判断空压机10是否需要工作。

储气罐60中的气压越高，空压机10工作所需的功率也就越高，即载荷越大；另外，转向器70工作时转向速度越快、转角越大，所需的转向进油路31中的油压也就越高，即转向油泵30所需的功率也就越高。通过上述方案，可以使转向器70和空压机10彼此错开峰值功率进行工作，从而可以选择设计功率相对较小的电机20，从而可以降低成本。另外，在转向器70处于转向状态时，空压机10为储气罐60提供气压的条件是储气罐60中的次高气压值，而不是最高气压值，因此空压机10的负载变化也会更小一些，从而空压机的起停对转向进油路31中油压的冲击也会更小，可以最大限度的减小甚至消除对转向操作手感的不利影响。

上文中对组合系统的控制方案进行了详细说明。另外，对于电机20而言，其同样也可以通过本发明的控制器40进行控制，即，在优选的实施方式中，根据储气罐60中的气压值和转向器70的工作状态，控制器40不仅可以对排气阀13和电磁离合器50进行控制，还可以对电机20进行相应的控制，以通过一个控制器和一台电机实现车辆制动和转向的二合一，使得整个组合系统结构紧凑且设计灵活。

组合系统的油路设计

与组合系统的油路相关的，本发明的组合系统主要包括电机20、减速箱100、转向油泵30、油箱80、转向器70和控制器40。另外，还可以选择性地包括过滤器82、散热器90和油温传感器91。下面首先对组合系统的油路 进行概括说明。

所述油箱80中的油液通过转向油泵30提供给转向器70，为转向器70提供转向助力，并且该油液还可以经过控制器40、电机20和/或减速箱100，为其提供散热或润滑。在此实施方式中，为转向器70提供转向助力的油液还可以选择性地用来为控制器40、电机20和/或减速箱100提供散热或润滑，而不需要再为其提供额外的散热或润滑装置，从而使得整个组合系统在结构上更加紧凑，并能降低成本。

图1显示了根据本发明第一实施方式的组合系统的油路的原理示意图。

如图1所示，转向油泵30通过吸油路81连接到油箱80，并通过转向进油路31连接到转向器70，转向器70通过转向回油路71依次经过控制器40、电机20和减速箱100而连接到油箱80，其中，在油箱80和转向油泵30之间的吸油路81上还可以设置过滤器82，在转向器70和控制器40之间的转向回油路71上还可以设置散热器90。

优选地，在散热器90和控制器40之间的转向回油路81上还可以设置油温传感器91，控制器40可以根据该油温传感器91检测的油温信号来控制散热器90运转，如控制散热器90中的风扇的转速或者风扇的起停等。

过滤器82可以用来过滤油液中的杂质，以保护转向油泵30和转向器70。当然，在本发明的技术方案中，过滤器82并非必不可少的，假如油液的纯度较高而无需过滤，则过滤器82也可以省略。

从转向器70中流出的油液温度相对较高，而控制器40对冷却油液的温度要求较高(一般需小于70度)，因此，散热器90优选设置在控制器40的转向回油路71的上游以对油液进行冷却。油温传感器91可以设置在散热器90和控制器40之间，对经过散热器90冷却的油液的温度进行检测，当检测的油温较高时，可以通过控制器40控制散热器提高散热能力，如提高散热器90中风扇的转速；反之，若检测的油温较低时，可以通过控制器40控制 散热器90降低其散热能力，甚至停止工作。在下文描述的其他实施方式中，同样可以设置该油温传感器91，本发明对此不再赘述。

从控制器40流出的油液进入电机20中，为电机20提供散热，当然，也可以同时为电机20提供润滑。油液经过控制器40后温度会有所上升，但由于电机20的耐高温能力较强，所以足以满足电机20的散热要求。然后，从电机20中流出的油液可以流入到减速箱100中，为减速箱100中的齿轮提供润滑。最后，从减速箱100中流出的油液可以返回到油箱80中。

在此实施方式中，来自油箱80的油液不仅用来为转向器70提供助力，而且还可以用来为控制器40和电机20提供散热，同时还可以为减速箱100提供润滑，因此整个组合系统结构简单、紧凑，设计构思巧妙，可以显著降低成本。

图2显示了根据本发明第二实施方式的组合系统的油路的原理示意图。

如图2所示，转向油泵30可以通过吸油路81连接到油箱80，并通过转向进油路31连接到转向器70，所述转向器70通过转向回油路71经过控制器40而连接到油箱80，其中，在油箱80和转向油泵30之间的吸油路81上设置有过滤器82，在转向器70和控制器40之间的转向回油路71上设置有散热器90，电机20和减速箱100位于转向油泵30的进油口和过滤器82之间的吸油路81上。

在这种实施方式中，来自油箱80的油液首先经过减速箱100进入电机20，为电机20提供散热，因此电机的散热效果更好。然后，油液在电机20中循环后回流到减速箱100中，减速箱100的润滑效果能得到充分保障。最后，油液再从减速箱100流入转向油泵30，经过转向油泵30提供给转向器70。

图3显示了根据本发明第三实施方式的组合系统的油路的原理示意图。

如图3所示，所述转向油泵30通过吸油路81连接到所述油箱80，并通 过转向进油路31连接到所述转向器70，所述转向器70通过转向回油路71依次经过所述控制器40和电机20而连接到油箱80，其中，在油箱80和转向油泵30之间的吸油路81上设置有过滤器82，在转向器70和控制器40之间的转向回油路71上设置有散热器90，所述减速箱100的内部单独储存有油液以用于润滑。

在这种实施方式中，从电机20中流出的油液直接返回到油箱80，而不再经过减速箱100。另外，减速箱100的内部可以单独储存油液以用于润滑。因为减速箱100中储存有单独的油液用于润滑，该油液通常位于减速箱壳体的底部，因而可以减小减速箱中的齿轮在转动时产生的搅油损耗。

图4显示了根据本发明第四实施方式的组合系统的油路的原理示意图。

如图4所示，所述油箱80还可以形成于所述减速箱100中，例如由减速箱100的壳体的下部储存油液，作为油箱80使用。

所述转向油泵30通过吸油路81连接到所述油箱80，即减速箱100中，并通过转向进油路31连接到所述转向器70，转向器70通过转向回油路71依次经过所述控制器40和电机20而连接到油箱80，其中，在油箱80和转向油泵30之间的吸油路81上设置有过滤器82，该过滤器82也可以直接布置在减速箱100中。另外，在转向器70和控制器40之间的转向回油路71上可以设置有散热器90。

在这种实施方式中，油箱80直接形成于减速箱100中，过滤器82也可以直接设置在减速箱100中，因此整体结构更加紧凑，有利于节省底盘空间，降低成本。另外，减速箱100中的油液还可以同时为其中的齿轮提供润滑。

组合系统的结构设计

在本发明中，作为一种优选实施方式，还可以对电机20、转向油泵30和减速箱100的结构进行优化设计，下面对此进行详细描述。

图5显示了根据本发明一种实施方式的组合系统的结构设计的原理示意图。该实施方式的结构中所显示的油路方向为图1所示实施方式中的油路方向，其也可以应用于其他实施方式中的油路方向，本发明对此不再重复描述。

如图5所示，作为一种实施方式，转向油泵30包括油泵安装壳体32和位于该油泵安装壳体32外侧的低压油罩33，该低压油罩33和油泵安装壳体32之间形成为低压油腔34，所述油泵安装壳体32的内侧形成为高压油腔35。

在工作中，低压油腔34可以与转向油泵30的进油口连通，内部将含有或者充满低压油液，即在转向油泵泵送之前而与油箱连通的油液。通过这种方式，可以有效利用油液，结构简单，容易实现。作为一种选择，低压油腔34中也可以单独封装有低压油液。通过这种方式，由于低压油液单独封装在低压油腔34中，而不参与循环流动，因此滤波隔音效果更好。

类似地，在工作中，高压油腔35可以与转向油泵30的出油口连通，因此内部将含有或者充满高压油液，即在转向油泵泵送之后而与转向器连通的油液。作为一种选择，高压油腔35中也可以单独封装有高压油液。

通过这种方式，转向油泵30工作时产生的噪音将依次经过高压油腔35中的高压油液、油泵安装壳体32、低压油腔34中的低压油液和低压油罩33的多重吸收阻隔，从而传播到外界的噪音将大大降低。同时，由于转向油泵30输出的油液一般都会有脉动，高压油腔35的存在可以有效缓冲和抑制油液的脉动，使得提供给转向器70的油压更加稳定，有利于转向器70的转向操作。

另外，作为一种优选实施方式，电机20包括电机壳体22，减速箱100包括减速箱壳体102。电机壳体22、减速箱壳体102和油泵安装壳体32可以依次从左到右(图5中所示的方向)连接在一起，例如通过紧固件可拆卸地连接在一起。通过这种实施方式，整个结构更加紧凑，可以节省布置空间。

图6显示了根据本发明另一种实施方式的组合系统的结构设计的原理示 意图。该实施方式的结构中所显示的油路方向也是采用图1所示实施方式中的油路方向，但也可以应用于其他实施方式中的油路方向，本发明对此不再重复描述。

如图6所示，减速箱壳体102和油泵安装壳体32连接在一起，低压油罩33可以罩在减速箱壳体102和油泵安装壳体32的外侧。换言之，低压油罩33不仅包裹转向油泵30，而且还包裹减速箱100，因此不仅可以降低转向油泵30运转时传递到外部的噪音，而且还能够降低减速箱100运转时传递到外部的噪音，尤其是在电机20转速较高时，对减速箱100的降噪效果更加明显。

图7显示了根据本发明另一种实施方式的组合系统的结构设计的原理示意图。该实施方式的结构中所显示的油路方向为图4所示实施方式中的油路方向，其也可以应用于其他实施方式中的油路方向，本发明对此不再重复描述。

如图7所示，该实施方式不同的地方在于，将油箱80形成于减速箱100中，同时可以将过滤器82布置在减速箱100中。另外，在此实施方式中，低压油腔34可以与油箱80连通，以利用油箱80中的油液。通过这种方式，可以有效利用油液，结构简单，容易实现。作为一种选择，即图7中所示的方案，低压油腔34中也可以单独封装有低压油液。通过这种方式，由于低压油液单独封装在低压油腔34中，而不参与循环流动，因此滤波隔音效果更好。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必 要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，例如，针对组合系统的控制方案的多种实施方式、组合系统的油路设计的多种实施方式以及组合系统的结构设计的多种实施方式，在不产生矛盾的情况下均可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。