專利名稱：一種基于車速和載荷信號控制的電動液壓助力轉向系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采用電機驅動的工程機械車輛的液壓動力轉向系統(tǒng)，也適合其它汽車液壓動力轉向系統(tǒng)。
背景技術：
傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)驅動油泵的動力源來自發(fā)動機，利用液壓泵建立一定的壓力，由控制閥控制壓力流的流量，其助力大小根據車輛的行駛狀態(tài)由轉閥或滑閥來控制轉向系統(tǒng)。傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)由于使用發(fā)動機動力驅動，造成油泵輸出的流量不能調節(jié)與控制。如果設計的油液流量較大可滿足低速輕便性的要求，但會造成高速時手感變差，如果油液流量較小則反之，因此，很難協(xié)調轉向系統(tǒng)輕便性和手感的矛盾。油液流量大可滿足轉向動力響應快速性要求，但會造成穩(wěn)定性差，如果油液流量較小反之，這樣難于協(xié)調動力響應的穩(wěn)定性和快速性的矛盾。同時由于是發(fā)動機動力驅動，即使不轉向，油泵在發(fā)動機驅動下也一直在高速工作，增加了能量消耗。目前的轉向系統(tǒng)采用電動液壓控制系統(tǒng)，轉向控制單元采集外部輸入信號，控制液壓轉向系統(tǒng)的助力大小。但由于忽略了載荷對轉向的影響造成轉向助力控制精度不高， 造成能耗浪費。美國專利US596725考慮了載荷的影響，使用轉向負載傳感器、電機電流傳感器，分析電機電流的變化來判斷是否轉向，通過分析轉向負載的大小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，但該系統(tǒng)采用開環(huán)控制，沒有考慮駕駛員的力、角輸入。由于是通過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，很難準確判斷轉向的位置。工程車輛的載荷變化范圍比較寬，引起前軸承重載荷變化大。即使載荷不變時，由于車速的不同也會造成轉向助力的不同。車輛行駛時，車輛上部的空氣流動速度大于底部的空流動速度，造成汽車底部的氣壓大于上部，汽車產生一個向上的空氣升力，隨著車速的增大，空氣升力越大，轉向輪的承載壓力減小，造成轉向助力減小。而在一定的車速下，當車輛前軸載荷大時，轉向阻力矩大，要求車輛的轉向助力大；當車輛前軸載荷小時，轉向阻力矩小，要求車輛的助力轉向小?？梢姡┘拥杰囕v上的載荷改變使得控制單元操作不能根據外部信息而改變，造成轉向系統(tǒng)不穩(wěn)定。對于轉向系統(tǒng)來講，不僅車速對于轉向助力大小有影響，其垂直載荷對于轉向的助力大小也有影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于載荷和車速的電動液壓助力轉向的閉環(huán)控制系統(tǒng)，利用載荷和車速對助力轉向系統(tǒng)進行控制，通過信息反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，減少轉向過程中的能量損耗，提高轉向的控制精度。本發(fā)明采用的技術方案是包括一個轉向控制單元、一個直流電機、一個轉向液壓泵、一個貯油裝置和一個轉向助力油缸；轉向液壓泵與轉閥連接且連接于貯油裝置和直流電機之間，轉閥連接轉向助力油缸；直流電機通過驅動電路連接轉向控制單元；轉向助力
3缸連接轉向器垂臂，轉向器垂臂的另一端通過轉向直拉桿連接到轉向節(jié)臂，轉向節(jié)臂連接車輪；轉向器垂臂處設置車輪轉角傳感器，車輪處設置車速傳感器，左、右車輪的懸架底部連接處分別設置轉向軸載荷傳感器，方向盤下是方向盤輸入軸，方向盤輸入軸處設有方向盤轉角傳感器及轉矩傳感器，所述車輪轉角傳感器、車速傳感器、轉向軸載荷傳感器、方向盤轉角傳感器及轉矩傳感器均分別連接轉向控制單元。本發(fā)明采用上述技術方案后的有益效果是本發(fā)明是一種針對工程車輛前軸負荷變化對轉向效果的影響而采用隨載荷和車速等參數(shù)變化調節(jié)的輕便、節(jié)能型電動液壓助力轉向系統(tǒng)，整個控制系統(tǒng)將車速和載荷全部考慮在內，增加了載荷傳感器和車輪實際轉向傳感器信號，滿足了汽車行駛中由于載荷和車速的變化對轉向助力的影響，符合實際的轉向要求。轉向控制單元采用閉環(huán)反饋控制，防止由于信號采集不全而引起的引起轉向助力不足或過大，提高了轉向控制的精度，并達到節(jié)能的目的。


圖1是本發(fā)明電動液壓助力轉向系統(tǒng)的結構示意圖； 圖2是電動液壓助力轉向系統(tǒng)的控制單元部分原理圖中1、方向盤；2、轉矩傳感器；3、方向盤轉角傳感器；4、轉閥；5、轉向助力油缸；6、 貯油裝置；7、轉向液壓泵；8、直流電機；9、轉向控制單元；10、轉向軸載荷傳感器；11、車輪轉角傳感器；12、轉向器垂臂；13、轉向直拉桿；14、轉向節(jié)臂；15、車輪；16、方向盤輸入軸； 17、車速傳感器、18、驅動電路。
具體實施例方式參見圖1，本發(fā)明包括一個用于控制執(zhí)行機構的轉向控制單元9、一個直流電機8、 一個轉向液壓泵7、一個貯油裝置6和一個轉向助力油缸5。轉向液壓泵7連接于貯油裝置 6和直流電機8之間；轉向液壓泵7與轉閥4連接，轉閥4連接轉向助力油缸5，轉向液流過轉向閥4，轉向閥4由轉向控制單元9控制，轉向閥4控制轉向助力缸5的推動方向，實現(xiàn)方向不同的推動。直流電機8通過驅動電路18連接轉向控制單元9。貯油裝置6向轉向液壓泵7提供轉向液，驅動電路18控制直流電機8輸出軸的轉速，直流電機8的輸出軸與轉向液壓泵7連接，輸出軸的轉動帶動轉向液壓泵7轉動，直流電機8輸出軸轉動速度控制轉向液壓泵7驅動液壓的流量和壓力。轉向助力缸5連接轉向器垂臂12，在轉向器垂臂12處設置車輪轉角傳感器11，車輪轉角傳感器11連接轉向控制單元9，轉角傳感器11檢測轉向車輪15的角度，將檢測的信號傳遞給轉向控制單元9中。轉向器垂臂12的另一端通過轉向直拉桿13連接到轉向節(jié)臂 14，轉向節(jié)臂14連接車輪15，推動車輪15轉向。在車輪15處設置車速傳感器17，車速傳感器17連接轉向控制單元9，車速傳感器17檢測車輛的行駛車速，將檢測的信號傳遞給轉向控制單元9中。將兩個轉向軸載荷傳感器10分別放在左、右車輪15的懸架底部連接處，檢測轉向車輪實際所受的承受載荷，兩個轉向軸載荷傳感器10通過信號線均連接轉向控制單元9， 將檢測到的轉向車輪載荷信號傳遞給轉向控制單元9中。方向盤1下是方向盤輸入軸16，方向盤輸入軸16處設有方向盤轉角傳感器3及轉矩傳感器2，方向盤轉角傳感器3及轉矩傳感器2分別連接轉向控制單元9，當方向盤轉向時，方向盤轉角傳感器3及轉矩傳感器2分別檢測方向盤轉動的轉角和轉矩大小，并將各自檢測的信號值傳遞給轉向控制單元9中。轉向控制單元9通過方向盤轉角傳感器3的轉角信號，判斷出方向盤的旋轉方向。參見圖2，本發(fā)明根據采集得到的轉角、車速以及轉向軸載荷等外部輸入信號輸入到轉向控制單元中，轉向控制單元分析當前的車速、轉角和前軸承受載荷狀況，采用預先設定的控制策略，計算出轉向助力的大小，按著預定的控制策略輸出脈寬調制信號給轉向控制單元驅動電路驅動直流電機，改變直流電機輸出軸的轉速，從而控制液壓泵的輸出流量和壓力，實現(xiàn)車輛的助力轉向。具體是轉向控制單元9內預先寫入控制算法，轉向控制單元9采集車速傳感器17信號、轉向軸載荷傳感器10、方向盤轉角傳感器3信號、轉矩傳感器2、車輪轉角傳感器11信號得出車輛的行駛速度、轉向軸的承重載荷、方向盤的轉角、轉矩大小以及車輪轉角，通過檢測并計算出方向盤轉角信號3與車輪轉角傳感器11的差值， 輸出脈寬調制信號給驅動電路18，采用一定的智能控制方法對驅動電路18的脈寬調制信號進行修正，將修正數(shù)據輸入給直流電機8控制電機的旋轉。直流電機8通過聯(lián)軸機構驅動轉向液壓泵7，控制轉向液壓泵7的油液流量和壓力，油液通過轉向閥4推動轉向助力缸 5內活塞的移動。轉向助力缸5經機械傳動裝置推動轉向器垂臂12、轉向節(jié)臂14和轉向直拉桿13的轉動，實現(xiàn)車輪15的轉向。當行駛速度較低時，轉向液壓泵7應輸出足夠的壓力，以保證轉向輕便性；當行駛速度較高時，為保持較好的路感，轉向液壓泵7輸出的壓力變小。當方向盤1的轉角小時，轉向阻力矩小，轉向液壓泵7輸出的壓力小；當方向盤1的轉角大時，轉向阻力矩大，轉向液壓泵7輸出的壓力大。轉向軸的承重載荷大時，轉向阻力矩大，轉向液壓泵7輸出的壓力大； 當轉向軸的承重載荷小時，轉向阻力矩小，轉向液壓泵7輸出的壓力小。根據以上分析，采用模糊控制的方法將影響因素進行計算，得出目標的車輪轉向值，與車輪轉角傳感器11信號進行差值比較，采用PID控制的方法，不斷調整輸出脈寬調制信號給驅動電路，實現(xiàn)轉向的閉環(huán)控制。
權利要求
1.一種基于車速和載荷信號控制的電動液壓助力轉向系統(tǒng)，包括一個轉向控制單元 (9)、一個直流電機(8)、一個轉向液壓泵(7)、一個貯油裝置(6)和一個轉向助力油缸(5)； 其特征是轉向液壓泵(7)與轉閥(4)連接且連接于貯油裝置(6)和直流電機(8)之間，轉閥(40連接轉向助力油缸(5);直流電機(8)通過驅動電路(18)連接轉向控制單元(9);轉向助力缸(5)連接轉向器垂臂(12)，轉向器垂臂(12)的另一端通過轉向直拉桿(13)連接到轉向節(jié)臂(14)，轉向節(jié)臂(14)連接車輪(15)；轉向器垂臂(12)處設置車輪轉角傳感器(11)， 車輪(15)處設置車速傳感器(17)，左、右車輪(15)的懸架底部連接處分別設置轉向軸載荷傳感器(10)，方向盤(1)下是方向盤輸入軸(16)，方向盤輸入軸(16)處設有方向盤轉角傳感器(3)及轉矩傳感器(2)，所述車輪轉角傳感器(11)、車速傳感器(17)、轉向軸載荷傳感器(10 )、方向盤轉角傳感器(3 )及轉矩傳感器(2 )均分別連接轉向控制單元(9 )。
2.根據權利要求1所述的一種基于車速和載荷信號控制的電動液壓助力轉向系統(tǒng)，其特征是轉向控制單元(9)內預先寫有控制算法，計算方向盤轉角信號(3)與車輪轉角傳感器(11)的差值，對驅動電路(18)的脈寬調制信號進行修正，將修正數(shù)據傳遞給直流電機 (8)，驅動直流電機(8)控制轉向液壓泵(7)內油液的壓力和流量，油液通過轉向閥(4)輸入轉向助力缸(5)，推動車輪(15)轉向。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于車速和載荷信號控制的工程機械車輛的電動液壓助力轉向系統(tǒng)，其轉向液壓泵與轉閥連接且連接于貯油裝置和直流電機之間，轉閥連接轉向助力油缸；直流電機通過驅動電路連接轉向控制單元；轉向助力缸連接轉向器垂臂，轉向器垂臂的另一端通過轉向直拉桿連接到轉向節(jié)臂，轉向節(jié)臂連接車輪；車輪轉角傳感器、車速傳感器、轉向軸載荷傳感器、方向盤轉角傳感器及轉矩傳感器均分別連接轉向控制單元；整個控制系統(tǒng)將車速和載荷全部考慮在內，轉向控制單元采用閉環(huán)反饋控制，防止由于信號采集不全而引起的引起轉向助力不足或過大，提高了轉向控制的精度，并達到節(jié)能的目的。
文檔編號B62D6/00GK102267487SQ20111011999
公開日2011年12月7日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權日2011年5月11日
發(fā)明者何仁, 劉文光, 陳勇 申請人:江蘇大學