專利名稱：：一種電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)及其控制轉向的方法
技術領域：
：本發(fā)明專利涉及商用車輛的動力轉向系統(tǒng)，特指一種電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)及控制該液壓轉向系統(tǒng)的方法。
背景技術：
：目前應用于大客車的動力轉向系統(tǒng)主要為液壓助力轉向系統(tǒng)，驅(qū)動油泵的動力來自發(fā)動機，其助力大小主要由轉閥或滑閥來控制。這種液壓助力轉向系統(tǒng)主要存在著以下問題(1)對于一個給定的液壓助力轉向系統(tǒng)，由于使用發(fā)動機動力驅(qū)動，油泵輸出液壓油流量不能夠調(diào)節(jié)與控制，如果設計的油液流量較大則可以滿足低速時輕便性的要求但是這樣會造成高速時手感變差，油液流量較小則反之，這樣難于協(xié)調(diào)轉向系統(tǒng)輕便性和手感的矛盾；如果油液流量較大則可以滿足快速轉向時動力響應快速性的要求，但是會造成穩(wěn)定性變差，如果油液流量較小則反之，這樣難于協(xié)調(diào)動力響應的穩(wěn)定性和快速性的矛盾；(2)存在能量損失，由于是發(fā)動機動力驅(qū)動，即使不轉向，油泵在發(fā)動機驅(qū)動下也一直在高速工作，增加了能量消耗；(3)通常大客車采用發(fā)動機后置的布置方式，轉向器在前軸上，因此造成轉向系統(tǒng)布置不方便。為了彌補目前液壓轉向系統(tǒng)自身存在的缺陷，美國專利局NO.6920753提出了一種方法，在發(fā)動機和轉向油泵之間加裝一個離合器，在車輛沒有轉向行駛時，斷開離合器，從而降低轉向系統(tǒng)的能量消耗，這種方法雖然能提高轉向系統(tǒng)的節(jié)能性能，但是難以滿足突然轉向躲避障礙物時助力快速響應的問題，并且對轉向性能的改善沒有任何幫助。專利申請?zhí)枮?200320118460"、名稱為"汽車電控液壓助力轉向系統(tǒng)"的專利文獻中也提出了一種結構，即在進油管路和回油管路之間并聯(lián)一個電磁閥，通過控制電磁閥的開度來改變轉向系統(tǒng)液壓油流量，從而提高系統(tǒng)的轉向性能，但是這種方法對降低轉向系統(tǒng)能耗沒有作用。為了同時改善轉向系統(tǒng)的節(jié)能性能和轉向性能，一個有效的辦法就是切斷轉向系統(tǒng)與發(fā)動機的聯(lián)系，改由電動機驅(qū)動，通過控制電動機來控制轉向系統(tǒng)，在控制方法方面國外許多公司都做了大量探索，但是目前還局限在轎車上。例如美國專利局NO.5967253，它使用了轉向負載傳感器、電機電流傳感器，通過分析電機電流的變化來判斷是否轉向，并通過分析轉向負載的大小來計算需要提供的助力大小，從而控制電機電流提供足夠大的助力幫助駕駛員轉向。但它只是一個開環(huán)控制系統(tǒng)，不考慮駕駛員的力輸入或角輸入，同時由于根據(jù)電機電流的變化來判斷是否轉向，這樣就造成當車輛高速行駛時，地面阻力很小，對準確判斷轉向造成困難，而且只有兩種控制模式即汽車直線行駛和轉向行駛，難以滿足車輛復雜轉向工況的要求。美國專利局NO.7164978作出了重大改進，使這種轉向系統(tǒng)趨于成熟，它使用了車速傳感器、方向盤轉角傳感器和方向盤轉矩傳感器，通過方向盤轉矩信號是否超過一預先設定的值，來判斷是否發(fā)生轉向，同時引入了駕駛員的輸入，駕駛員根據(jù)實際情況作出一定的反應，控制系統(tǒng)根據(jù)駕駛員的意圖控制電動機，這種控制策略構成了一種閉環(huán)控制，相比以前的產(chǎn)品極大地提高了轉向系統(tǒng)的性能，但是由于是根據(jù)方向盤轉矩信號控制電機，因此很難保證轉向的穩(wěn)定性，手力波動相對較嚴重。上述國外專利提到的在轎車使用的電動液壓助力轉向系統(tǒng)均采用整體式結構，這是由于一般轎車前軸載荷較小，轉向系統(tǒng)液壓油流量較低，轉向油泵的體積較小，所以轉向油泵與電動機設計成整體式裝置有足夠的空間布置，而對于大客車而言，與轎車相比其前軸負載要大的多，那么它要求得液壓油流量就要大得多，造成轉向油泵的體積很大，很難有足夠得空間來布置。萬向節(jié)傳動裝置是汽車驅(qū)動系統(tǒng)的"關節(jié)"部件，是實現(xiàn)變角度動力傳遞的常用機件，用于需要改變傳動軸線方向的位置，由萬向節(jié)與傳動軸組合而成。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種適用于大客車的由電機驅(qū)動的液壓轉向系統(tǒng)，能夠協(xié)調(diào)轉向系統(tǒng)輕便性和手感的矛盾以及動力響應的穩(wěn)定性和快速性的矛盾問題。本發(fā)明的另一目的在于提供一種該液壓轉向系統(tǒng)控制轉向的方法，通過一種多工況的控制方法控制轉向系統(tǒng)的液壓油流量，可同時提高動力轉向系統(tǒng)轉向性能和節(jié)約能耗水平。本發(fā)明電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)采用的技術方案是包括方向盤連接轉閥、循環(huán)球式動力轉向器助力缸分別與轉閥和轉向器垂臂相連接、垂臂的另一端通過轉向直拉桿連接到轉向節(jié)臂、儲液罐分別連接轉向油泵和轉閥，電動機與轉向油泵是分體式連接結構且采用萬向傳動裝置連接；將接于方向盤的轉角傳感器、接于電動機的驅(qū)動電路的電流傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、車輛行駛速度傳感器分別連接控制器。電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)控制轉向的方法釆用的技術方案是依次包括如下步驟(一)通過控制器讀取車輛行駛速度信號、方向盤轉速信號、發(fā)動機轉速信號和電動機電流信號，經(jīng)判斷分析將車輛行駛的工況分為六種，即城區(qū)行駛工況、鄉(xiāng)村行駛工況、崎嶇道路行駛工況、高速公路行駛工況、駐車工況和停車工況；(二)通過計算得到一定時間段內(nèi)的平均車速、轉向頻率、平均轉向盤轉角、電動機電流波動頻率判斷車輛行駛工況；(三)根據(jù)不同轉向工況，對不同車速段，油泵輸出的油液流量隨方向盤轉速的變化分成兩段進行控制，即助力段和響應段，助力段和響應段的調(diào)整是通過改變?nèi)齻€端點的坐標來實現(xiàn)，各個工況中A點坐標是車速的函數(shù)，它隨車速連續(xù)變化；在各個工況下B點、C點的坐標在不同車速段間作階躍變化。本發(fā)明采用電機與油泵分開放置，提高了系統(tǒng)安裝布置的靈活性。通過轉角傳感器來判斷駕駛員的轉向意圖，并結合其它信號來判斷車輛轉向工況，利用一種多工況控制方法來控制轉向系統(tǒng)液壓油的流量即電機轉速，使得本發(fā)明輕便性和手感或者動力響應的快速和穩(wěn)定兼得，在滿足轉向性能要求的同時盡可能的減少了能量消耗。下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖1是電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)的結構組成示意圖。圖2、圖3是電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)的多工況控制的流程圖。圖4是不同工況下車輛未發(fā)生轉向行駛時，電機怠速轉速與車速關系的曲線圖。圖5是圖2中在城區(qū)行駛時，電機轉速與方向盤轉速在不同車速段關系的曲線圖。圖6是圖2中在崎嶇道路行駛時，電機轉速與方向盤轉速在不同車速段關系的曲線圖。圖7是圖2中在鄉(xiāng)村行駛時，電機轉速與方向盤轉速在不同車速段關系的曲線圖。圖8是圖2中在高速公路行駛時，電機轉速與方向盤轉速在不同車速段關系的曲線圖。圖9是圖2中在車輛駐車時，電機轉速與方向盤轉速關系的曲線圖。具體實施方式如圖i所示，將方向盤1連接轉閥3，方向盤1與轉閥3間連接轉角傳感器2，循環(huán)球式動力轉向器助力缸4分別與轉閥3和轉向器垂臂5相連接、垂臂5的另一端通過轉向直拉桿6連接到轉向節(jié)臂7、儲液罐13分別連接轉向油泵12和轉閥3。電動機9與轉向油泵12是分體式連接結構且采用萬向傳動裝置11連接;將接于方向盤1的轉角傳感器2、接于電動機9的驅(qū)動電路8和電流傳感器10、發(fā)動機轉速傳感器14、車輛行駛速度傳感器15分別連接控制器16。液壓轉向系統(tǒng)控制轉向的方法具體實施是通過針對某一大客車的算例給出如圖5至圖9中所示的AB段和BC段，AB段是助力段，滿足各種車速下的對轉向輕便性和手感的要求，AB段越高輕便性越好，AB段越低則手感越好；BC段是響應段，滿足各種車速下的對轉向時助力響應的穩(wěn)定性和快速性的要求，BC段越高動力響應越快，BC段越低動力響應越穩(wěn)定。這樣可以根據(jù)各種工況不同的側重點修改A，B，C三點的坐標，A點在不同工況下的位置由圖4確定，在圖5至圖9的y軸上移動，B和C在不同工況下的位置由査表確定。這樣AB段的無級變化和BC段的有級變化相結合，既實現(xiàn)了助力特性隨車速變化而變化，兼顧輕便性和手感，又實現(xiàn)了當方向盤轉速較大時，對助力響應的穩(wěn)定性和快速性的要求。當車輛未發(fā)生轉向時，如圖4所示，通過控制不同工況下電機的怠速轉速降低能耗，并且在滿足轉向性能要求的前提下，盡量壓低A，B，C三點的縱坐標，進一步降低能耗。如圖2、3所示，首先進行系統(tǒng)工況判斷，然后針對不同的系統(tǒng)工況分別進行控制，系統(tǒng)工況包括1.城區(qū)行駛工況在城區(qū)行駛，由于人多車多，交通狀況復雜，所以平均車速相對較低，一般在30km/h以內(nèi)，需要經(jīng)常躲避障礙物，轉向頻率高，轉速快，轉角大，因此應重視輕便性和響應速度。如圖4所示，在城區(qū)行駛未發(fā)生轉向時，電機怠速轉速很高，那么圖5中A點縱坐標大，與其它工況相比在城區(qū)行駛AB段較高，即提供充足的流量保證轉向輕便，隨著車速增大AB段逐漸降低，越來越側重手感；與其它工況相比在城區(qū)行駛BC段較高，響應快，滿足經(jīng)常躲避障礙物的要求。假設大客車以速度v(30km/h〈v〈60km/h)在城區(qū)行駛，由圖4電機怠速轉速與車速的關系可知，當未發(fā)生轉向時電機怠速轉速"=2000-^一-15);查表可知當發(fā)生轉向時此時B點坐標為(400，2400)和C點坐標為(750，4000)，那么此時電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系為w-O-750)15)(w-400)當cyS400。/s當400。/s〈6^750。/s當w〉750。/s如圖5所示的四條曲線即分別為設大客車速度為0〈v<5、5〈vK30、30<v〈60、v>60時所得的電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系變化曲線。2.崎嶇道路工況在崎嶇道路上行駛，車輛基本上處于中速，平均車速在30km/h以上，經(jīng)常連續(xù)過彎轉向頻繁，轉向頻率很高，轉速很快，轉角很大，應該重視轉向穩(wěn)定性，盡量消除轉向抖動，使轉向平順。如圖6所示，與城區(qū)工況相比，BC段較低，降低了快速轉動方向盤時的液壓油流量，提高了轉向穩(wěn)定性。假設大客車以速度v(30km/h<v〈60km/h)行駛，由圖4電機怠速轉速與車速的關系可知，當未發(fā)生轉向時電機怠速轉速"=2000-25(v-15);査表可知當發(fā)生轉向時此時B點坐標為(420，2100)和C點坐標為(770，4000)，那么此時電機轉速與方向盤轉速的'100+25(v-15)函數(shù)關系為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>當^420。/s當420。/s〈6^770。/s當cy〉770。/s如圖6所示的四條曲線即分別為設大客車速度為0<v〈5、5<v〈30、30<v<60、v>60時所得的電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系變化曲線。3.鄉(xiāng)村行駛工況車輛和行人相對城區(qū)都較少，路面情況較差，車輛基本上處于中速,平均車速在30km/h以上，轉向頻率低，所以相對重視轉向輕便性和穩(wěn)定性。如圖7所示，它的AB段和BC段基本介于城區(qū)工況和崎嶇道路工況之間。假設大客車以速度v(30km/h〈v<60km/h)行駛，由圖4電機怠速轉速與車速的關系可知，當未發(fā)生轉向時電機怠速轉速w-2000-20(v-15);査表可知當發(fā)生轉向時此時B點坐標為(420，2200)和C點坐標為(760，4000)，那么此時電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系為n=<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>當^420。/當420。/s〈^760。/s當w〉760。/s如圖7所示的三條曲線即分別為設大客車速度為0<v〈5、5<v〈30、30<i/〈60時所得的電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系變化曲線。4.高速公路工況在高速公路上行駛，車速非常高，平均車速在60km/h以上，很少轉向，轉向頻率很低，轉速很慢，轉角很小，因此應重視路感，增加駕駛員轉向時的安全感。如圖8所示，它的AB段在各種工況下是最低的，提高轉向手感；而它的BC段相對較高，加快迅速轉向時的助力響應速度。假設大客車以速度v(v〉60km/h)在高速公路行駛，由圖4電機怠速轉速與車速的關系可知，當未發(fā)生轉向時電機怠速轉速"=1000-，(^-55);查表可知當發(fā)生轉向時此65時B點坐標為(300,1200)和C點坐標為(650，4000)，那么此時電機轉速與方向盤轉200+翌(v-55)1200+-^-O—300)當6j^300。/s300速的函數(shù)關系為"=4000+^^0-650)當300。/s〈w^650。/s3504000當w〉650。/s如圖8所示的曲線為大客車以三種車速(均大于60km/h)行駛，電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系變化曲線。5.駐車工況發(fā)動機轉速不為零，但是車輛行駛速度為零。此時主要滿足輕便性。如圖9所示，它的AB段在各種工況下是最高的，提高了轉向輕便性；而它的BC段相對較低，因為迅速轉向時的助力響應速度在駐車時不是非常重要。假設大客車駐車時，電機以2000rev/miri怠速運轉；査表可知當發(fā)生轉向時此時B點坐標為(150，3500)和C點坐標為(510，4000)，那么此時電機轉速與方向盤轉速'3500+10(w—150)當w^150。/s的函數(shù)關系為m-4000+，(《國510)當150。/s〈w^510。/s360、乂4000當w〉510。/s如圖9所示的曲線為大客車駐車時，電機轉速與方向盤轉速的函數(shù)關系變化曲線。6.停車工況發(fā)動機轉速為零，同時車輛行駛速度也為零。停止電機運行。在上述不同工況下，經(jīng)上述計算得出電機的目標轉速n，通過控制電機電壓使電機以轉速n運行，電機通過萬向連接裝置驅(qū)動液壓齒輪油泵，輸出一定流量液壓油，由于轉向阻力的存在，液壓油在助力缸中產(chǎn)生壓力幫助駕駛員轉向。在不同工況下各個車速段所對應的B，C點坐標的實例如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權利要求1.一種電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)，包括方向盤(1)連接轉閥(3)、循環(huán)球式動力轉向器助力缸(4)分別與轉閥(3)和轉向器垂臂(5)相連接、垂臂(5)的另一端通過轉向直拉桿(6)連接到轉向節(jié)臂(7)、儲液罐(13)分別連接轉向油泵(12)和轉閥(3)，其特征在于電動機(9)與轉向油泵(12)是分體式連接結構且采用萬向傳動裝置(11)連接；將接于方向盤(1)的轉角傳感器(2)、接于電動機(9)的驅(qū)動電路(8)和電流傳感器(10)、發(fā)動機轉速傳感器(14)、車輛行駛速度傳感器(15)分別連接控制器(16)。2.—種電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)控制轉向的方法，其特征在于依次包括如下步驟(一)通過控制器(16)讀取車輛行駛速度信號、方向盤(1)轉速信號、發(fā)動機轉速信號和電動機(9)電流信號，經(jīng)判斷分析將車輛行駛的工況分為六種，即城區(qū)行駛工況、鄉(xiāng)村行駛工況、崎嶇道路行駛工況、高速公路行駛工況、駐車工況和停車工況；(二)通過計算得到一定時間段內(nèi)的平均車速、轉向頻率、平均轉向盤轉角、電動機電流波動頻率判斷車輛行駛工況；(三)根據(jù)不同的轉向工況，對不同車速段，油泵(12)輸出的油液流量隨方向盤(1)轉速的變化分成兩段進行控制，即助力段和響應段，助力段和響應段的調(diào)整是通過改變?nèi)齻€端點的坐標來實現(xiàn)，各個工況中A點坐標是車速的函數(shù)，隨車速連續(xù)變化；在各個工況下B點、C點的坐標在不同車速段間作階躍變化。3.根據(jù)權利要求2所述的電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)控制轉向的方法其特征在于所述步驟(三)中當車輛在不同工況下直線行駛時，自動調(diào)整各種工況時電動機(9)的怠速轉速隨著車輛行駛速度變化。全文摘要本發(fā)明公開了一種電機驅(qū)動的大客車液壓轉向系統(tǒng)及其控制轉向的方法，電動機與轉向油泵是分體式連接結構且采用萬向傳動裝置連接；將轉角傳感器、驅(qū)動電路和電流傳感器、發(fā)動機轉速傳感器、車輛行駛速度傳感器連接控制器；先通過控制器讀取車輛行駛速度信號、方向盤轉速信號、發(fā)動機轉速信號和電動機電流信號，經(jīng)判斷分析將車輛行駛的工況分為六種，再通過計算得到率判斷車輛行駛工況；最后根據(jù)不同轉向工況，對不同車速段進行控制，本發(fā)明提高了系統(tǒng)安裝布置的靈活性，利用一種多工況控制方法來控制轉向系統(tǒng)液壓油的流量即電機轉速，輕便性和手感或者動力響應的快速和穩(wěn)定兼得，在滿足轉向性能要求的同時盡可能的減少了能量消耗。文檔編號B62D5/065GK101239625SQ200810019629公開日2008年8月13日申請日期2008年3月10日優(yōu)先權日2008年3月10日發(fā)明者仁何,宇周申請人:江蘇大學