一种电传动控制系统及装载机的制作方法

1.本发明涉及一种电传动控制系统及装载机，属于工程机械技术领域。


背景技术：

2.传统装载机传动系统采用发动机、变矩器、变速箱、驱动桥传递驱动力，以满足整机行驶，并通过变速箱设置取力口向工作泵输出驱动力，以满足液压功率需求。
3.由于变矩器高效区间较窄，装载机的工作效率大部分低于70%，另外超过30%的能量以发热的形式浪费掉，装载机的能源利用效率不高，同时为了满足复合动作（行走、驱动以及转向）的功率需求，发动机的功率选型普遍偏大，以防止功率不足导致熄火，但是大功率发动机导致与发动机配套的后处理装置、散热器、减振附件以及油耗等综合成本偏高，且噪声较大。
4.针对上述问题，本发明提供一种电传动控制系统及装载机。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电传动控制系统及装载机，能够使isg电机根据发动机的输出功率协调四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统的运行状态，提高能源利用率，达到节能降耗的目的。
6.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控制系统，包括isg电机、发动机、发电机、蓄电池、控制器、四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统；所述控制器判断发动机的输出功率是否在目标区间内，并根据判断结果协调四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统工作；当发动机的输出功率不在目标区间时，控制器控制isg电机向蓄电池充电；当发动机的输出功率在目标区间时，控制器控制蓄电池和isg电机向驱动系统、工作系统和转向系统输出额外的功率增量。
7.优选地，所述控制器包括第一控制器、第二控制器和can总线，所述第一控制器能够通过can总线读取第二控制器的输出信号。
8.优选地，所述工作系统包括工作泵、多路阀、举升缸和第一手柄，所述工作泵通过多路阀向举升缸供油，所述第二控制器能够根据第一手柄的输出信号控制举升缸升降。
9.优选地，所述转向系统包括转向泵、优先阀、转向阀、转向缸和第二手柄，所述转向泵通过优先阀和转向阀向转向缸供油，所述第二控制器能够根据第二手柄的输出信号控制转向缸转向。
10.优选地，所述四轮独立驱动系统包括四个独立驱动总成，四个所述独立驱动总成包括牵引电机、与牵引电机连接的减速机和用于向第一控制器输出信号的传感器。
11.优选地，还包括分动箱，所述分动箱分别与发电机、工作泵、转向泵连接。
12.优选地，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电能。
13.优选地，所述发电机包括异步发电机、同步发电机。
14.优选地，所述目标区间为发动机对外输出的最大功率的0.98~1倍。
15.另一方面，本发明提供一种装载机，包括所述电传动控制系统。
16.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控制系统，包括isg电机、发动机、发电机、蓄电池、第一控制器、第二控制器、can总线、四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统，所述控制器判断发动机的输出功率是否在目标区间内，并根据判断结果协调四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统工作，当发动机的输出功率不在目标区间时，第一控制器控制发电机向蓄电池充电，同时向四轮独立驱动系统输送电能；当发动机的输出功率在目标区间时，第二控制器通过can总线向第一控制器输出信号，使第一控制器控制蓄电池和isg电机向工作系统和转向系统输出额外的功率增量。本发明能够使isg电机根据发动机的输出功率协调三系统的运行状态，以提高能源利用率，达到节能降耗，节约成本的目的。
17.2、本发明提供一种电传动控制系统，具有能量效率较高，节能显著等特点。由于减少了变矩器、变速箱、驱动桥等传动件，即减少了整个电传动控制系统的发热能量消耗，能够使得系统整体发热减小，能量利用率能够提高15%
‑
25%。
18.3、本发明提供一种装载机，包括所述电传动控制系统，所述电传动控制系统能够降低发动机的功率和扭矩需求，与现有的大功率、大尺寸、大排量发动机相比，本发明采用isg电机对系统进行功率补偿，能够降低现有发动机的功率，能够节约成本，提高工作效率。同时，本发明装载机的灵活性更好，适应性更加广泛。isg电机既可以对负载进行功率输出，也可以对蓄电池进行充电，可在需要的时候进行高效协作作业，也可在不需要的时候进行充电节能，因而具有更好的适应性和灵活性。
附图说明
19.图1是本发明实施例一提供的一种电传动控制系统的结构原理图；图中：1、油门踏板；2、蓄电池；3、发动机；4、第一控制器；5、isg电机；6、发电机；7、can总线；8、分动箱；9、第二控制器；10、工作泵；11、第一手柄；12、多路阀；13、举升缸；14、传感器；15、独立驱动总成；16、转向泵；17、优先阀；18、第二手柄；19、转向阀；20、转向缸。
具体实施方式
20.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。
21.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。
22.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。
23.实施例一：本发明提供一种电传动控制系统，其结构原理图请参见图1，具体包括isg电机5、发动机3、发电机6、蓄电池2、第一控制器4、第二控制器9、can总线7、四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统。
24.本实施例中，所述第一控制器4的输入端口分别与发动机3、蓄电池2、isg电机5、发电机6、can总线7和四轮独立驱动系统连接，所述第一控制器4的输出端口分别与发动机3、蓄电池2、isg电机5、发电机6、四轮独立驱动系统、can总线7连接，所述第二控制器9的输出端口分别与can总线7、工作系统和转向系统连接，所述第二控制器9通过can总线7与第一控制器4连接，所述第一控制器4、第二控制器9能够根据发动机3的输出功率协调四轮独立驱动系统、工作系统和转向系统工作。
25.具体地，所述四轮独立驱动系统包括四个独立驱动总成15，四个所述独立驱动总成15包括牵引电机、减速机和传感器14，所述减速机与牵引电机电连接，所述传感器14能够用于向第一控制器4输出信号，应当理解，所述传感器14的输出信号包括独立驱动总成15的转速、扭矩、功率、电流、电压等。所述电传动控制系统还包括油门踏板1，所述第一控制器4能够根据油门踏板1的输出信号控制发电机6向四轮独立驱动系统输送电能，所述发电机6能够同时向四个独立驱动系统输送电能。本发明所述发电机6为交流发电机6，所述交流发电机6包括交流异步发电机6、永磁同步发电机6等，所述发电机6发电后，经第一控制器4整流、调压、逆变后向独立驱动总成15的牵引电机输送电能，在此情形下，所述牵引电机能够驱动减速机进行行走。
26.本实施例中，所述工作系统包括工作泵10、多路阀12、举升缸13和第一手柄11，所述第一手柄11与第二控制器9的输入端口连接，所述工作泵10、多路阀12和举升缸13之间采用油路连接的方式连接，油源经工作泵10流向多路阀12后，又流入举升缸13中以对举升缸13供油，所述举升缸13用于连接举升动臂，所述工作泵10为变量电控液压泵，可以根据输入的电信号来调节泵的排量。所述多路阀12为电控多路阀12，可根据输入的电信号调节的阀芯开度。本领域技术人员应当理解，所述举升缸13包括大腔和小腔，所述举升缸13设有两个，所述多路阀12分别与两举升缸13的大腔和小腔连接，油液从多路阀12流出后，流向举升缸13的大腔中，小腔受压后，油液再经多路阀12回转至到油箱中。所述第二控制器9能够根据第一手柄11的输出信号控制举升缸13的举升和下降，即通过控制举升缸13来控制举升动臂的举升和下降。
27.当需要对举升动臂进行举升时，驾驶员需调整第一手柄11的转动角度，所述第二控制器9在检测到举升缸13的举升信号后，向工作泵10和多路阀12输出比例信号，以使举升动臂进行举升动作。需要说明的是，所述工作泵10的排量输出、多路阀12的阀芯开度与第一手柄11的转动角度正相关，当第一手柄11的转动角度越大，工作泵10的排量输出就越多，多
路阀12的阀芯开度，相应地也越大，因而举升缸13带动动臂举升的速度就越快。本实施例中，当所述第一手柄11向右转动时举升缸13举升，当第一手柄11向左转动时举升缸13下降，本领域技术人员可以将第一手柄11向右转动设置为举升缸13下降，向左转动时举升缸13举升，本发明在此不作限制。
28.所述转向系统包括转向泵16、优先阀17、转向阀19、转向缸20和第二手柄18，所述第二手柄18与第二控制器9的输入端口连接，所述转向泵16、优先阀17、转向阀19和转向缸20之间也采用油路连接的方式连接，具体地，所述转向泵16通过优先阀17和转向阀19向转向缸20供油，具体地，所述转向泵16通过优先阀17的工作油口l与转向阀19的工作油口q连接，所述转向阀19的工作油口r和工作油口s分别与两个转向缸20连接，所述转向缸20的回油经转向阀19的工作油口n后回到油箱，其中，所述转向阀19的工作油口r用于进油，为右转向回路，所述转向阀19的工作油口s用于进油，为左转向回路。所述第二控制器9能够根据第二手柄18的输出信号控制转向缸20转向。需要说明的是，所述转向泵16为变量电控液压泵，可以根据输入的电信号来调节泵的排量。所述优先阀17和转向阀19均为电控比例阀，可根据输入的电信号调节得阀芯的开度。
29.当需要进行转向动作时，驾驶员调整第二手柄18的转动角度，所述第二控制器9检测到转向信号后，同时向转向泵16、优先阀17和转向阀19输出信号，以进行转向动作。需要说明的是，转向泵16的排量输出、优先阀17的阀芯开度以及转向阀19的阀芯开度与第二手柄18的转动角度正相关。当第二手柄18的转动角度越大，转向泵16的排量输出越多、优先阀17和转向阀19的阀芯开度越大，整机的转向角度也越大。本实施例中，所述第一手柄11向右转动时转向缸20执行右转动作，向左转动时转向缸20执行左转动作，本领域技术人员可以将第二手柄18向右转动设置为转向缸20执行左转动作，向左转动时转向缸20执行右转动作。
30.作为一种优选实施方式，所述优先阀17与多路阀12连接，也就是说，油源可以同时向工作系统和转向系统供油，具体地，所述优先阀17的工作油口m与多路阀12的进油口连接。本领域技术人员在了解本发明的实质内容后，应当理解，所述第一控制器4、第二控制器9能够根据工作系统和转向系统的工作状态对其进行调整。当电传动控制系统需要进行转向动作时，优先阀17优先确保转向缸20进行转向动作，当不需要进行转向时，优先阀17中的油液与多路阀12进行合流。
31.当驾驶员停止转向后，第二手柄18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。此时如果第一手柄11仍然在举升位置，那么第二控制器9切断优先阀17和转向阀19的信号，但是对转向泵16仍然具有信号，即转向缸20停止转向动作，优先阀17复位，转向泵16通过优先阀17向多路阀12的进油口进行供油，即工作泵10和转向泵16同时向多路阀12供油（双泵合流），举升缸13的举升速度加快，明显能提升工作效率，与现有技术相比，由于整个系统中不具有变矩器、变速箱、驱动桥等传动件，即减少了整个电传动控制系统的发热能量消耗，能够使得系统整体发热减小，电传动控制系统的利用率能够提高15%
‑
25%。
32.所述电传动控制系统还包括分动箱8，所述分动箱8分别与发电机6、工作泵10连接。本实施例中，所述发动机3后依次串联isg电机5、发电机6、分动箱8、工作泵10和转向泵16。具体地，所述分动箱8通过联轴器与发电机6、isg电机5和发动机3机械连接，所述分动箱
8通过花键与工作泵10、转向泵16机械连接，优选地，所述发动机3的飞轮、isg电机5、发电机6以及分动箱8的输入轴之间的轴心线重合。
33.当需要执行行走动作时，驾驶员踩下油门踏板1后，第一控制器4根据油门踏板1的转动角度向发电机6输出信号，同时向四轮独立驱动系统中的牵引电机输出电能。此时，整机正常行驶，发动机3带动isg电机5、发电机6、分动箱8、工作泵10以及转向泵16进行运转，isg电机5通过第一控制器4向蓄电池2充电，同时，发电机6通过第一控制器4向四轮独立驱动系统输送电能，以驱动整机行走。
34.需要说明的是，所述油门踏板1的踩踏角度和第一控制器4向发动机3输出的信号强弱以及发动机3的转速大小成正相关，当油门踏板1的踩踏角度越大，所述发动机3的转速和发电机6的发电量也越大，相应地，所述牵引电机的功率也越大，在此情形下，整机行走速度也越快或者越有劲。
35.当不需要执行行走动作而执行举升动作时，驾驶员不踩油门踏板1，而通过向右转动第一手柄11控制举升缸13举升，此时，电传动控制系统仅仅工作泵10和转向泵16消耗功率（双泵合流），而发动机3的输出功率充足.因此，第一控制器4向发电机6发送停止发电的信号，相应地，发电机6处于空转状态，发电机6不向第一控制器4输送电能。当举升动臂举升到顶后，驾驶员松开第一手柄11，第一手柄11复位，举升缸13举升动作停止；当整机仅仅进行驱动行驶时，发动机3的输出功率充足，第一控制器4向蓄电池2和isg电机5发送发电信号，由isg电机5向蓄电池2充电。
36.当不需举升动臂而是进行满载运输时，第二控制器9不向can总线7输出信号，相应地，第一控制器4检测不到can检测到第二控制器9的输出信号，在此情形下，第一控制器4检测到发动机3的输出功率不在目标区间，因而向蓄电池2和isg电机5输出发电信号，由isg电机5向蓄电池2充电。
37.当第一控制器4通过can检测到第二控制器9的转向信号后（此处以向左转向为例），向四个独立驱动总成15输出不同的功率，即左边内侧两个独立驱动总成15的功率偏小，而右边外侧两个独立驱动总成15的功率偏大，以确保外侧独立驱动总成15和内侧独立驱动总成15的动态差速转向接近于纯滚动状态，减小四轮独立驱动系统的滑转功率消耗。
38.本实施例中，电传动控制系统在单独进行举升动作，或者驱动行走，或者转向动作时，发动机3的输出功率都满足要求，且输出功率都不在目标区间，且电传动控制系统不会出现熄火情况，整机运行效率高。当驱动、转向、举升三个动作同时进行时，此时，整机满载进行举升动臂、驱动行走以及转向复合动作作业，发动机3为了满足负载的扭矩和功率需求，转速下降较多，因此，发动机3的输出功率就接近或达到最大值，此时，需要启动isg电机5功率输出，由发动机3和isg电机5共同向负载输出功率。当驱动、转向、举升三个动作同时进行时，各系统的工作状态如下：整机举升：转动第一手柄11，第二控制器9接收第一手柄11的转动角度输出信号，并根据第一手柄11的转动角度输出信号控制工作泵10、多路阀12运行，工作泵10和多路阀12同时开启，向举升缸13进行供油；整机行走：踩动油门踏板1，第一控制器4接收油门踏板1的转动角度输出信号，并根据油门踏板1的转动角度输出信号控制发电机6进行发电，并通过第一控制器4向四个独立驱动总成15输出不同的功率，以驱动四轮独立驱动系统运行，实现前进或倒退目的。
39.整机转向：转动第二手柄18，第二控制器9接收第二手柄18的转动角度输出信号，并根据第二手柄18的转动角度输出信号控制转向泵16、优先阀17、转向阀19运行，此时，转向泵16、优先阀17和转向阀19同时开启，向转向缸20进行供油。同时，第一控制器4通过can总线7检测到第二控制器9输出的对应转向信号后，向四个独立驱动总成15输出不同的功率值，即内侧两个独立驱动总成15的功率偏小，而外侧两个独立驱动总成15的功率偏大，确保外侧独立驱动总成15和内侧独立驱动总成15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第二手柄18的角度成正相关，以满足驾驶员的动态转向意愿需求。
40.综上可知，整机复合作业时，所述第一控制器4自动检测发动机3的输出功率、扭矩和转速，整机同时进行举升、行走和转向动作，发动机3的输出功率在目标区间时，第二控制器9能够通过can总线7向第一控制器4输出信号，使第一控制器4能够控制蓄电池2和isg电机5向工作系统和转向系统输出额外的功率，确保发动机3对外输出功率为最大值，从而使发动机3在接近最大功率点工作的同时，由isg电机5提供额外的负载功率，以满足高效作业需求，不需要通过减小驱动功率来满足举升、转向动作以实现三系统协调工作。因此，本发明能够根据发动机3的输出功率协调三系统的运行状态，以提高能源利用率，达到节能降耗，节约成本的目的。
41.需要说明的是，所述发动机3的输出功率的目标区间指的是，接近或达到最大值的区间：98%最大功率值≤a≤最大功率值。即所述目标区间为发动机对外输出的最大功率的0.98~1倍。也就是说，当发动机对外输出的功率达到最大功率的98%时，所述第一控制器4就会启动isg电机5功率输出信号。
42.当发动机3的输出功率不在目标区间时，第一控制器4能够控制发电机6向蓄电池2充电，同时能够向四轮独立驱动系统输送电能；当发动机3的输出功率在目标区间时，第二控制器9能够通过can总线7向第一控制器4输出信号，使第一控制器4能够控制蓄电池2和isg电机5向工作系统和转向系统输出额外的功率增量。
43.为了方便驾驶员了解整机运行状态，所述发动机3、发电机6、isg电机5、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4向can总线7发送信号，所述工作泵10、多路阀12、第一手柄11、转向泵16、优先阀17、转向阀19以及第二手柄18等状态信息通过第二控制器9向can总线7发送信号，所述can总线7接受的第一控制器4输出信号和第二控制器9输出信号能够在can总线7上显示，驾驶员可以通过can总线7读取相关信号，了解整机运行状态。
44.实施例二：本发明还提供一种装载机，包括实施例一中所述电传动控制系统，所述电传动控制系统设于所述装载机上。
45.当驾驶员进行重载复合动作时，即装载机上工作系统、四轮独立驱动系统和转向系统同时进行作业时，第一控制器4会自动检测发动机3的输出功率、扭矩和转速，第二控制器9通过can总线7向第一控制器4输出信号，第一控制器4检测发动机3的输出功率后与设定的目标区间进行比较，当发动机3的输出功率在目标区间时，第一控制器4会向蓄电池2和isg电机5发送功率输出信号，通过蓄电池2向isg电机5输出额外的功率增量，即采用isg电机5和发动机3共同向装载机的驱动系统、工作系统和转向系统输出功率，从而减轻发动机3的功率负载，进而提高或者维持发动机3的转速，保证发动机3可输出接近于或等于最大输
出功率，进而提高整机的作业效率，降低装载机整机油耗。
46.当发动机3的输出功率不在目标区间时，例如装载机进行空载、轻载、或者是非联合作业，或者联合作业模式的程度不大，即油门轻踩、或者举升动臂的第一手柄11转动角度很小等，此时发动机3的功率并未发挥到最大，因此isg电机5并不参与功率输出，而是以发电机6发电的方式通过第一控制器4向蓄电池2充电。
47.当装载机空载行驶或者轻载作业时，第一控制器4检测到发动机3的输出功率不在目标区间，在此情形下，第一控制器4向蓄电池2和isg电机5发送发电信号，由isg电机5向蓄电池2充电。
48.驾驶员可以根据工况需求对装载机进行控制，例如进行转向、行走及举升操作，不需要通过减小驱动功率来满足举升、转向动作以实现三系统协调工作，因此，所述电传动控制系统能够用于协调三系统的运行状态。
49.本发明提供一种装载机，与现有的大功率、大尺寸、大排量发动机3相比，采用isg电机5对系统进行功率补偿，能够降低现有发动机3的功率，节约成本，同时提高工作效率。同时，本发明提供的装载机的灵活性更好，适应性更加广泛。isg电机5既可以对负载进行功率输出，也可以对蓄电池2进行充电，可在需要的时候进行高效协作作业，也可在不需要的时候进行充电节能，因而具有更好的适应性和灵活性。
50.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。