混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，包括雙驅動液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括用于采集車速和發(fā)動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。本實用新型的液壓系統(tǒng)由HPS和EHPS構成，助力轉向器的流量由HPS和EHPS的合流量控制，從而實現(xiàn)了助力轉向系統(tǒng)的高效利用，另外，由于整車速度越低時，打方向盤所需要轉向系統(tǒng)提供的助力越大；速度越高，打方向盤所需要轉向系統(tǒng)提供的助力越小，本實用新型系統(tǒng)的轉向助力大小由實際工況決定，從而實現(xiàn)了隨速助力和隨需助力，提供操縱輕便性同時避免轉向助力驅動機構為轉向系統(tǒng)提供多余的助力而駕駛員使打方向盤有發(fā)飄的感覺。
【專利說明】混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)和控制方法。
【背景技術】
[0002]電動液壓助力轉向系統(tǒng)，簡稱EHPS，廣泛應用于新能源汽車上，尤其是純電動汽車和深度混合動力汽車，只有應用了 EHPS，整車才能安全可靠實現(xiàn)發(fā)動機怠速停機功能，達到更高節(jié)能目的而不至于整車失去轉向助力。目前單獨的傳統(tǒng)HPS缺點:不能滿足發(fā)動機停機，優(yōu)點:具有可靠性高的傳統(tǒng)優(yōu)勢；單獨的EHPS的缺點:可靠性差，特別是電動部分故障，采用“跛行回廠“模式，整車無助力轉向系統(tǒng)，優(yōu)點:為發(fā)動機怠速停機創(chuàng)造條件，可以應用于任何電動客車。由于EHPS不夠成熟、故障率高、可靠性不及HPS (發(fā)動機液壓助力)，對目前混合動力系統(tǒng)車輛所用到電動液壓助力轉向油泵和轉向電機控制器進行整車運營FMEA分析，面臨的安全問題預防措施是:一旦“電動轉向液壓助力轉向油泵”或“轉向電機控制器”出現(xiàn)不能為轉向器提供轉向液壓助力的故障，整車控制器立即停止動力輸出，車輛會慢慢停下來。以上措施的安全隱患是:車輛正在轉彎同時路況又是下坡等特殊情況時，如果此時車輛轉向故障，整車速度不能立即降下來，有出現(xiàn)重大交通事故的隱患。
[0003]現(xiàn)有的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，如CN202193115U，公開了一種雙泵液壓助力轉向裝置，包括發(fā)動機轉向油泵、電機轉向油泵，兩油泵的油路通過梭型閥連接助力轉向器，實現(xiàn)混合動力汽車在燃油行駛和純電動行駛時分別適于不同的動力驅動的液壓助力轉向結構(【0005】段第6、7行)，該文件雖然設置了由不同動力驅動的兩種油路，但是兩種油路是不同時工作的，在燃油時使用發(fā)動機轉向油泵助力，在純電動時采用電機轉向油泵助力，整個系統(tǒng)的利用效率很低，而且如上一段所述，也存在轉向故障情況下系統(tǒng)失效的問題。
實用新型內容
[0004]考慮到HPS和E HPS各自的優(yōu)勢，因此開發(fā)出雙驅動助力轉向系統(tǒng)。本實用新型的目的是提供一種混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術缺乏相應的控制策略，系統(tǒng)利用效率低、穩(wěn)定性差的問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的方案包括:
[0006]混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，包括雙驅動液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括用于采集車速和發(fā)動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。
[0007]所述控制模塊為整車控制器；整車控制器連接發(fā)動機E⑶，以采集發(fā)動機轉速信號；整車控制器連接一個車速傳感器，以采集車速信號。
[0008]所述整車控制器還連接用于為轉向電機(7)供電的高壓儲能器的CMS，以采集高壓儲能器電量信號；整車控制器還連接制動踏板，以采集制動信號。
[0009]本實用新型的液壓系統(tǒng)由HPS和EHPS構成，助力轉向器的流量由HPS和EHPS的合流量(即發(fā)動機轉向油泵的流量和電機轉向油泵的合流量)控制，從而實現(xiàn)了助力轉向系統(tǒng)的高效利用，另外，由于整車速度越低時，打方向盤所需要轉向系統(tǒng)提供的助力越大；速度越高，打方向盤所需要轉向系統(tǒng)提供的助力越小，本實用新型系統(tǒng)的轉向助力大小由實際工況決定，從而實現(xiàn)了隨速助力和隨需助力，提供操縱輕便性同時避免轉向助力驅動機構為轉向系統(tǒng)提供多余的助力而駕駛員使打方向盤有發(fā)飄的感覺。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的系統(tǒng)構成結構圖；
[0011]圖2是本實用新型的帶有相關控制信號的系統(tǒng)結構圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0013]如圖1，雙驅動液壓系統(tǒng)包括助力轉向器14、由發(fā)動機8驅動的發(fā)動機轉向油泵
IO、由轉向電機7驅動的電機轉向油泵9，發(fā)動機轉向油泵IO、電機轉向油泵9的出油口分別通過對應的單向閥12、13連接一個三通19的兩個進油口，三通19的出油口連接助力轉向器14 ;還包括回油和抽油部分的油路，即助力轉向器出油口連接儲油罐11，儲油罐11分別連接發(fā)動機轉向油泵10、電機轉向油泵9的抽油口，抽油口與儲油罐之間還設有另一個三通20。助力轉向的方向盤機械傳動部分還包括傳動軸與轉向直拉桿15、角轉向器16、轉向管柱17、萬向節(jié)等18、方向盤19等部件，此部分屬于現(xiàn)有技術，與本實用新型的改進無關，在此不再贅述。
[0014]雙驅動助力轉向系統(tǒng)充分利用HPS和EHPS各自的優(yōu)勢，節(jié)能和可靠；實現(xiàn)了雙驅動助力轉向系統(tǒng)的HPS和EHPS的合理和平順切換，保證整車操縱輕便性和舒適性，研究并制定了合理的控制策略。
[0015]本實用新型的助力轉向系統(tǒng)，改進了控制系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)包括用于采集車速和發(fā)動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。
[0016]對應的控制方法如下:
[0017]由發(fā)動機驅動的發(fā)動機轉向油泵和由轉向電機驅動的電機轉向油泵共同為助力轉向器提供液壓助力；控制轉向電機轉速n2',使隨速轉向合流量qzndvdndvy n2':與n2、n/與Ill分別具有設定的比例關系(若為直接驅動，n2':與n2、n/與叫分別相等)；qs=f(n/ ) ;f(n')為設定的隨速助力函數(shù)，在η'增加時，f (η')減小，在n'減小時，f(n/ )增大；以上步驟中，V1為發(fā)動機轉向油泵的公稱排量，Ii1為發(fā)動機轉向油泵的轉速，1?為電機轉向油泵的轉速，V2為電機轉向油泵的公稱排量，η' ?為發(fā)動機實時轉速，η2'為轉向電機實時轉速，n'為實時車速。
[0018]考慮到整個油路的流量和功率損失，因此實際提供的合流量和合壓力都要大于整車轉向器實時所需要的流量和壓力。EHPS和HPS的合流量和合壓力必須滿足:
[0019]A.實時合流量足叫'+q2'。
[0020]B.實時合壓力需要滿足條件:Pc/+P2'，具體大小比例關系需要根據(jù)實際情況確定。
[0021]其中:?/、q/、q2'分別為轉向器、發(fā)動機轉向油泵、電機轉向油泵的實時流量；Pc/、p/、PZ分別為轉向器、發(fā)動機轉向油泵、電機轉向油泵的實時壓力。
[0022]C.此外，最大壓力需要滿足條件=P1 ^ P。、P2 ^ P0, Ρ0>Ρ!>Ρ2分別為轉向器發(fā)動機轉向油泵、電機轉向油泵的最大壓力。
[0023]上述隨速助力函數(shù)qs = f (n')應保證在一定的工況(特定車速）下，略大于相應 工況下的q/，f(n')可以根據(jù)需要人為設定，比如設定為一個負斜率的函數(shù)。在某一特定 工況下運行，轉向系統(tǒng)所需要的轉向器實時流量q/和P/為定值，n2'與n/成一次函數(shù) 關系，由于n/與發(fā)動機轉速相關，不受控，本實用新型的控制對象是n2'，對于轉向電機 控制器來說，通過控制轉向電機的實時電流I'，來實現(xiàn)對轉向電機進行調速。在車輛速度 增加/減小時，所需要的總助力減小/增大，即qs = f(n')減小/增大，同時根據(jù)f(n') 和n' p結合公Sqs = nfvi+ndv；^，確定所需要的轉向電機油泵轉速n2，根據(jù)轉向電機的實 時電流r，控制轉向電機實時轉速iV，從而控制雙驅動轉向助力系統(tǒng)的助力大小。
[0024]目前大多數(shù)混合動力公交車都采用了發(fā)動機快速啟停技術，目的是為了更好的節(jié) 能。但是發(fā)動機要停止就不得不采用EHPS，而沒有充分利用HPS的優(yōu)勢。本實用新型的雙驅 動助力轉向系統(tǒng)的控制策略，可以理解為EHPS和HPS的結合，發(fā)動機怠速停機采用EHPS，采 用傳統(tǒng)的HPS是充分利用效率高和故障率低的優(yōu)勢，它能最大限度降低轉向系統(tǒng)的能耗。 綜合了 EHPS和HPS的優(yōu)勢。
[0025]城市公交平均車速一般不超過50km/h,此時發(fā)動機轉速在一般1500r/min左后， 發(fā)動機直接驅動的發(fā)動機轉向油泵沒有出現(xiàn)溢流，沒有出現(xiàn)能量損失，因此公交車采用了 傳統(tǒng)的HPS更具有節(jié)能和可靠性高的優(yōu)勢。EHPS的能量源又多了一次轉化，能量轉化效率 降低。所以本實用新型更適用于公交車。經過對城市公交路況的采集和詳細的計算：發(fā)動 機直接驅動的發(fā)動機轉向油泵(效率為85%)比電機轉向油泵(效率為73%)的效率高，因為 混合動力公交上電機轉向油泵的能量多了一次轉化，因而效率比HPS要低。（傳統(tǒng)轉向系統(tǒng) 能量轉化：發(fā)動機一油泵，電動液壓轉向系統(tǒng)能量轉化：發(fā)動機一ISG發(fā)電機一高壓儲能器 —轉向電機一油泵)。
[0026]城市公交平均車速一般不超過50km/h，因此HPS轉向油泵幾乎很少達到溢流狀 態(tài)，因此雙驅動助力轉向系統(tǒng)應用于城市公交車是節(jié)能的；當發(fā)動機轉速較低時，HPS提供 的助力轉向較小時，EHPS作為轉向助力補充。
[0027]雙驅動助力轉向系統(tǒng)工作模式分為四種轉向驅動狀態(tài)：
[0028]1.發(fā)動機停機狀態(tài)下，由轉向電機獨立驅動轉向系統(tǒng)；
[0029]2.發(fā)動機正常工作時，由發(fā)動機獨立驅動轉向系統(tǒng)；
[0030]3.純電驅動轉向系統(tǒng)逐步向發(fā)動機驅動切換；
[0031]4.發(fā)動機驅動轉向系統(tǒng)逐步向純電驅動切換。
[0032]上述控制模塊可以采用獨立控制器，作為一種優(yōu)選方式，可以直接采用整車控制 器2，如圖1、2所示，整車控制器連接發(fā)動機E⑶，由于EOT本身能夠獲取發(fā)動機轉速信號， 整車控制器可以直接獲得發(fā)動機轉速信號；整車控制器連接一個車速傳感器1，從而實現(xiàn) 車速信號的采集。車速傳感器1可以采用編碼器或者其他類型的車速傳感器。
[0033]在以上控制方法的基礎上，還可以進一步完善，加入對為轉向電機供電的高壓儲 能器的控制，根據(jù)高壓電量和制動信號，控制轉向系統(tǒng)的功率分配，提高了整車的能量回收 率以及制動的穩(wěn)定和可靠性。為檢測高壓儲能器的電量，可以通過檢測電壓來近似判斷電 量(如下方式)，為了更加準確，也可以采用其它檢測電量的方式。
[0034]CMS (高壓儲能器的管理系統(tǒng)，具有電壓、電量、溫度檢測保護等功能）檢測到高壓儲能器電壓達到90% (根據(jù)具體控制策略設定一個合適的閾值)時，同時檢測到有制動回饋電能信號時(即整車控制器檢測到制動踏板信號)，則電機轉向油泵作為一個高壓耗能元件，控制電機轉向油泵的啟動，即優(yōu)先使用電能，避免回饋到儲能器(比如超級電容)的電能被充滿，制動時電剎不靈敏，該種特殊控制方式及工況特別適用于整車下長坡路況，儲能器電能因下長坡回饋充滿電時，轉向電機啟動，多回饋的電能(超出高壓儲能器容量而回饋的電能)補充轉向電機消耗的電能，目的是增強了整車制動的舒適性，也消除了:因高壓儲能器充滿電而能量回收(電剎)中斷導致制動電剎的不靈敏現(xiàn)象。特殊說明:(此時如果提供多余的助力能量，則以溢流方式消耗)。當CMS檢測到高壓儲能器電壓小于90%時，同時檢測到有制動回饋電能信號時，根據(jù)節(jié)能策略以及上述雙驅動助力轉向系統(tǒng)的控制策略控制轉向電機啟停和轉速，即按照四種驅動方式控制轉向助力的功率分配。完善該特殊工況對應的控制策略主要目的是，利用雙驅動助力轉向系統(tǒng)可以帶來以下優(yōu)勢:在保證整車安全性外，最大限度的將整車制動時的機械能轉化為電能儲存到高壓儲能器，將更多的電動力用于整車主電動驅動，延長發(fā)動機的停機時間，減少發(fā)動機的燃料消耗，對節(jié)能做出貢獻。以及提高了能量回收率以及制動的穩(wěn)定和可靠性。
[0035]為了實施以上方法，如圖2給出了實施方式，整車控制器還連接用于為轉向電機供電的高壓儲能器的CMS4，以采集高壓儲能器5電量信號；整車控制器還連接制動踏板，以采集制動信號。
[0036]雙驅動助力轉向系統(tǒng)具有雙重功效，因此策略設計有失效模式控制功能:在失效模式下，即整車電動部分或者EHPS如果出現(xiàn)故障，根據(jù)控制策略，發(fā)動機立即取消怠速停機，在200ms內重新恢復助力轉向功能，此時轉向完全切換為傳統(tǒng)的HPS，不至于整車沒有助力轉向而發(fā)生事故，比如在跛行模式下能保證整車正常具有轉向助力。
【權利要求】
1.混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，包括雙驅動液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括用于采集車速和發(fā)動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。
2.根據(jù)權利要求1所述的混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊為整車控制器；整車控制器連接發(fā)動機E⑶，以采集發(fā)動機轉速信號；整車控制器連接一個車速傳感器，以采集車速信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的混合動力車的雙驅動助力轉向系統(tǒng)，其特征在于，所述整車控制器還連接用于為轉向電機(7)供電的高壓儲能器的CMS，以采集高壓儲能器電量信號；整車控制器還連接制動踏板，以采集制動信號。
【文檔編號】B62D6/00GK203450199SQ201320541778
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權日:2013年8月30日
【發(fā)明者】陳運來, 李高鵬, 萬小明, 李振山, 王浩宇, 何黎明 申請人:鄭州宇通客車股份有限公司