一種智能電液轉向系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種用于車輛的智能電液轉向系統(tǒng)，主要包括電動助力裝置、循環(huán)球式液壓助力轉向裝置，控制器和轉向油泵等，是一種集成液壓助力和電動助力的智能轉向系統(tǒng)。電動助力裝置布置在轉向盤和循環(huán)球式液壓助力轉向裝置之間，可實現(xiàn)三種工作模式，即液壓助力與電動助力同時工作模式、電動助力單獨工作模式和液壓助力單獨工作模式。通過控制電動助力裝置的助力特性可以實現(xiàn)隨車速變助力控制，并能實現(xiàn)自動泊車和主動回正的功能。還可根據(jù)智能輔助駕駛系統(tǒng)的指令，通過控制電動助力裝置進行車輛行駛方向的修正，實現(xiàn)車道輔助保持功能，通過控制電動助力裝置驅動轉向盤實現(xiàn)車輛無人智能駕駛。
【專利說明】一種智能電液轉向系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬汽車轉向領域，具體涉及一種將循環(huán)球式液壓助力轉向和電動助力轉向相結合的車輛智能轉向系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]對于車輛轉向系統(tǒng)，特別是前軸載荷較大的商用車，目前普遍采用的是液壓助力轉向(HPS)，這是因為液壓系統(tǒng)具有能量密度大，滯后時間短，轉向隨動特性好，抵抗路面沖擊強，轉向手力均勻平穩(wěn)等優(yōu)點。從易于駕駛和安全性方面考慮，理想的車輛轉向操縱是低速時轉向輕便，高速時有適當?shù)氖指?。對于傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)，其與車速無關的助力增益成為液壓助力轉向系統(tǒng)的一大缺點。為此人們開發(fā)出了電控液壓助力轉向系統(tǒng)，在液壓助力轉向的基礎上增設電磁閥、車速傳感器和電子控制單元(ECU)等，ECU檢測車速信號以控制電磁閥開度，使助力增益可調實現(xiàn)隨速變化。傳統(tǒng)液壓助力轉向系統(tǒng)的另一大缺點是轉向油泵在發(fā)動機點火后一直不停運轉，即使在怠速停車或直線行駛過程中不轉向的情況下，也存在一定的能量消耗，這種能量的寄生損失是一種能量的浪費。
[0003]隨著車輛轉向技術的發(fā)展，電動助力轉向(EPS)在車輛上的應用日益增多，它利用電機輸出轉矩直接提供助力，由轉向盤轉矩傳感器、車速傳感器、電子控制單元、助力電機及其減速機構等組成，駕駛員轉動轉向盤時，轉矩傳感器檢測轉向盤轉矩的大小和方向，電子控制單元根據(jù)轉向盤轉矩大小進行助力控制。該系統(tǒng)具有可隨車速控制助力大小、系統(tǒng)結構緊湊、不轉向基本不消耗能量等優(yōu)點，比較適用于軸荷較小的乘用車。
[0004]對于客車和載重貨車等前軸較大的商用車，由于轉向負荷大，電動助力轉向系統(tǒng)難以應用，基本還是采用傳統(tǒng)的液壓助力轉向系統(tǒng)。商用車的駕駛員一般為職業(yè)司機，長期從事車輛駕駛工作，必須能夠讓他們極為輕松舒適地操縱車輛，使得低速時轉向輕便，高速時穩(wěn)定安全。在商用車高速化、智能化的發(fā)展趨勢下，迫切需要一種安全、節(jié)能、舒適的智能電液轉向系統(tǒng)。現(xiàn)今在車輛上應用的助力轉向系統(tǒng)或者采用液壓助力，或者采用電動助力，還沒有既有液壓助力又有電動助力的轉向系統(tǒng)在車輛上得到采用。


【發(fā)明內容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明的目的在于為商用車輛提供一種能夠實現(xiàn)高效節(jié)能、助力可隨車速控制、主動回正、輔助駕駛及自動泊車的智能電液轉向系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的上述目的是通過這樣的技術方案實現(xiàn)的，即一種集成循環(huán)球式液壓助力轉向與電動助力轉向的智能電液轉向系統(tǒng)，主要包括:
[0007](一 )電動助力轉向裝置:用于根據(jù)轉向盤轉矩大小控制循環(huán)球式液壓助力轉向器的輸入轉矩，并在循環(huán)球式液壓助力轉向不工作時提供電動助力；
[0008](二)循環(huán)球式液壓助力轉向裝置:輸入端與電動助力轉向裝置輸出端聯(lián)接，根據(jù)電動助力轉向裝置的輸出扭矩通過液壓控制閥控制液壓助力的大??；
[0009](三)電子控制單元(ECU):用于根據(jù)采集到的轉向盤轉矩、車速等信號，控制助力電機電流；
[0010](四)轉向油泵:是循環(huán)球式液壓助力轉向系統(tǒng)的動力源。
[0011]其中，所述電動助力轉向裝置由助力電機、蝸輪蝸桿減速機構、扭矩與轉角傳感器裝置等組成；其中，助力電機為有刷直流電機或交流同步電機，電壓制式為DC12V或DC24V ；蝸輪蝸桿減速機構起減速增扭的作用，主動件即可以是蝸桿，也可以是蝸輪，即蝸輪蝸桿機構可以雙向傳動，減速機構的輸入端與助力電機連接，電機的輸出轉矩經(jīng)過蝸輪蝸桿減速機構傳遞到循環(huán)球式液壓助力轉向裝置的輸入端；扭矩傳感器裝置布置在電動助力轉向裝置的輸入端，用于測量輸入扭矩的大小，該轉矩傳感裝置中設有一扭桿，經(jīng)一個傳感器將扭桿的變形轉換成電信號。
[0012]所述循環(huán)球式液壓助力轉向裝置由液壓控制閥、扭桿、螺桿、螺母、齒扇、循環(huán)鋼球、搖臂及搖臂軸等零件組成，工作原理與傳統(tǒng)循環(huán)球式液壓助力轉向器相同。
[0013]所述電子控制單元主要由MCU、信號采集與處理電路、驅動電路、監(jiān)測電路等組成。其中MCU為單片機或數(shù)字信號處理器(DSP)。電機驅動電路中設置有電子開關(如繼電器)，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可切斷開關保證系統(tǒng)安全。
[0014]所述轉向油泵由發(fā)動機或電動機驅動，為循環(huán)球式液壓助力轉向系統(tǒng)提供一定流量的液壓油，轉向油泵輸出端布置有電磁離合器，通電時電磁離合器吸合，斷電時電磁離合器吸合。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，將電動助力裝置布置在轉向盤和循環(huán)球式液壓助力轉向裝置的之間，循環(huán)球式液壓助力轉向裝置可以提供大部分的助力，電動助力裝置也可以提供部分的助力，當車輛在原地轉向或低速行駛轉向需要較大轉向助力時，液壓助力和電動助力共同克服轉向阻力；當車輛高速行駛需要較小轉向助力時，液壓助力停止，僅由電動助力克服轉向阻力，從而可以減小轉向系統(tǒng)的能量消耗，達到節(jié)能的目的。通過控制電動助力裝置的助力特性可以實現(xiàn)隨車速變助力控制，并能實現(xiàn)自動泊車和主動回正的功能。當車輛高速直線行駛時由于側向風或路面不平導致車輛偏離直線行駛方向時，可根據(jù)道路圖像識別系統(tǒng)，通過控制電動助力裝置進行車輛行駛方向的主動修正，實現(xiàn)車道輔助保持功能；同時當車輛進入無人智能駕駛模式時，也可以根據(jù)上位機的指令通過控制電動助力裝置實現(xiàn)車輛無人智能駕駛。除上述優(yōu)點外，由于電動助力可以提供部分的助力，所以液壓助力油缸的缸徑可以設計得更小。
[0016]該智能轉向器根據(jù)液壓助力與電動助力的功率分配共有三種工作模式:
[0017]I)液壓助力與電動助力同時工作模式。當汽車低速或原地轉向時，轉向阻力矩非常大，需要液壓助力與電動助力共同來提供助力以滿足轉向輕便性要求。
[0018]2)電動助力單獨工作模式。汽車在中速或高速轉向時,轉向阻力矩較小,助力電機獨立工作即可滿足轉向需求，此時與常用的電動助力轉向系統(tǒng)情況類似。
[0019]3)液壓助力單獨工作模式。當汽車高壓供電系統(tǒng)正常斷電或出現(xiàn)故障斷電時電機不能正常工作，可由液壓助力單獨提供轉向助力，此時與常用的液壓助力轉向系統(tǒng)情況類似。
[0020]考慮不同車輛的不同轉向需求可以對于液壓系統(tǒng)和電力系統(tǒng)進行匹配，設計不同型號的系列產(chǎn)品；考慮傳統(tǒng)車輛與電動車輛的區(qū)別亦可以把轉向油泵用電動油泵代替，進一步優(yōu)化系統(tǒng)特性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021 ] 本發(fā)明的上述結構可以通過附圖作進一步說明。
[0022]圖1是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)結構圖；
[0023]圖2是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)中的電動助力轉向裝置；
[0024]圖3是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)所用扭矩傳感器；
[0025]圖4是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)所用循環(huán)球式液壓助力轉向器剖面圖；
[0026]圖5是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)的整體式結構示意圖。
[0027]圖6是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)的分置式結構示意圖。
[0028]圖7是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)的原理框圖。
[0029]圖8是本發(fā)明智能電液轉向系統(tǒng)的轉向盤角度控制原理框圖。
[0030]上述圖1中，I為扭桿；2為扭矩傳感器輸入軸；3為電液裝置連接殼體；4為閥芯(扭矩傳感器輸出軸)；5為轉閥扭桿；6為轉向螺桿(轉閥閥套)；7為轉向螺母(助力活塞)；8為齒扇(轉向搖臂)；9為電動機；10為扭矩傳感器。
[0031]圖2中，11為蝸輪；12為蝸桿。

【具體實施方式】
[0032]如圖1所示，當駕駛員轉動轉向盤時，電動助力轉向裝置中的扭矩傳感器的扭桿I將產(chǎn)生變形，該變形由分別與輸入軸2和輸出軸4相連的扭矩傳感器10測得，經(jīng)計算后獲得扭矩大小。電機9的輸出力矩經(jīng)蝸桿12和蝸輪11輸出到電動助力轉向裝置的輸出軸上與駕駛員的手力耦合后傳遞到循環(huán)球式液壓助力轉向裝置的輸入軸上，蝸輪蝸桿傳動副為可逆?zhèn)鲃?。結合圖4所示，該智能電液轉向系統(tǒng)的機械部分以循環(huán)球式液壓動力轉向裝置為基礎，轉向器殼體相當于液壓缸，轉向螺母7作為液壓活塞集成設計于轉向器中。循環(huán)球式液壓動力轉向裝置中扭桿的變形使分別連接于扭桿兩端的閥芯與閥套產(chǎn)生相對轉動，從而控制液壓油道的通、斷及流動方向，扭矩依次經(jīng)螺桿-鋼球-螺母傳動副和齒條-齒扇傳動副輸出至轉向搖臂8。轉向阻力由三個力來克服:駕駛員手力、電機助力、液壓助力，并且液壓助力的大小由駕駛員手力和電機助力共同確定。
[0033]附圖2為電動助力裝置與減速機構的裝配圖，采用蝸輪蝸桿傳動副，具有較大的傳動比，該傳動副為可逆?zhèn)鲃?，防止電機不工作時蝸桿鎖住蝸輪而影響轉向功能。
[0034]附圖3為轉向盤轉矩與轉角傳感器，它能夠根據(jù)電動助力裝置中的扭桿變形量測量出扭矩大小，即把模擬量轉化為數(shù)字量傳遞給電子控制單元(ECU)。
[0035]附圖5為智能電液轉向系統(tǒng)的整體式結構示意，電動助力轉向裝置直接布置在循環(huán)球式液壓助力轉向裝置的輸入端，構成整體式結構。
[0036]附圖6為智能電液轉向系統(tǒng)的分置式結構示意，電動助力轉向裝置布置在轉向管柱上，與循環(huán)球式液壓助力轉向裝置分開布置，構成分置式結構。
[0037]附圖7所示，ECU根據(jù)車速和轉向盤轉矩判斷車輛的行駛狀態(tài)，并依據(jù)嵌入的轉向助力特性曲線數(shù)據(jù)確定所需的助力大小，由目標助力進一步判斷決定系統(tǒng)的工作模式。當汽車低速或原地轉向時，轉向阻力矩非常大，液壓助力與電動助力同時工作，電機可以根據(jù)車輛行駛狀態(tài)調整電機本身的助力大小以及液壓助力的大??；汽車在中速或高速轉向時，轉向阻力矩較小，電動助力單獨工作；當電動助力轉向裝置出現(xiàn)故障斷電時，液壓助力單獨工作也能保證一定的轉向助力。此外，電子控制單元可根據(jù)自動泊車系統(tǒng)上位機的指令控制電動助力轉向裝置上的電機作動，完成車輛自動泊車；根據(jù)智能輔助駕駛系統(tǒng)上位機的指令控制電動助力轉向裝置上的電機作動，完成車輛直線行駛輔助保持以及智能駕駛。
[0038]附圖8為自動泊車或智能輔助駕駛時，轉向盤位置控制邏輯框圖，采用位置環(huán)和電流環(huán)雙閉環(huán)控制，ECU根據(jù)轉向盤實際角度反饋和目標角度指令的差值，進行目標參考電流的計算，然后依據(jù)實際電流反饋，進行電機驅動占空比的計算，實現(xiàn)對轉向盤位置的閉環(huán)控制。
【權利要求】
1.一種智能電液轉向系統(tǒng)，其特征在于:該車輛轉向系統(tǒng)同時集成有電動助力轉向裝置和循環(huán)球式液壓助力轉向裝置，通過控制電動助力轉向裝置實現(xiàn)節(jié)能、隨車速變助力特性控制、自動泊車、主動回正、直線行駛輔助保持以及智能駕駛。
2.根據(jù)權利要求1所述智能電液轉向系統(tǒng)，其特征在于:電動助力轉向裝置布置在轉向盤和循環(huán)球式液壓助力轉向裝置之間，電動助力裝置根據(jù)轉向盤輸入力矩控制電動助力大小，電動助力作用到循環(huán)球式液壓助力轉向裝置的輸入軸上，使循環(huán)球式液壓助力轉向裝置中的控制閥打開產(chǎn)生液壓助力。
3.根據(jù)權利要求1所述智能電液轉向系統(tǒng)，其特征在于:電動助力轉向裝置可布置在轉向管柱上，與循環(huán)球式液壓助力轉向裝置分開布置，構成分置式結構；電動助力轉向裝置也可直接布置在循環(huán)球式液壓助力轉向裝置的輸入端，構成整體式結構。
4.根據(jù)權利要求1所述的智能電液轉向系統(tǒng)，還包含有電子控制單元，其特征在于:電子控制單元采集轉向盤轉矩與轉角信號、車速信號、電機電流信號，通過控制電機電流實現(xiàn)對電機輸出力矩和轉向盤主動回正的調節(jié)。
5.根據(jù)權利要求1所述的智能電液轉向系統(tǒng)，還包含有轉向油泵，其特征在于:轉向油泵上設有電磁離合器，通過控制電磁離合器的吸合與分離，控制轉向油泵的啟停；轉向油泵可由發(fā)動機通過皮帶驅動，也可由電機直接驅動。
6.根據(jù)權利要求1所述智能電液轉向系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)車輛行駛狀態(tài)有液壓助力與電動助力同時工作、電動助力單獨工作、液壓助力單獨工作三種模式。
7.根據(jù)權利要求1所述智能電液轉向系統(tǒng)，其特征在于:電子控制單元可根據(jù)自動泊車系統(tǒng)上位機的指令控制電動助力轉向裝置上的電機作動，完成車輛自動泊車。
8.根據(jù)權利要求1所述智能電液轉向系統(tǒng)，其特征在于:電子控制單元可根據(jù)智能輔助駕駛系統(tǒng)上位機的指令控制電動助力轉向裝置上的電機作動，完成車輛直線行駛輔助保持以及智能駕駛。
9.根據(jù)權利要求1所述的電助力轉向裝置，其特征在于:助力電機采用永磁有刷直流電動機或永磁交流電機，電壓制式為DC12V或DC24V。
10.根據(jù)權利要求1所述的電動助力轉向裝置，其特征在于:電機輸出力矩經(jīng)可逆?zhèn)鲃拥奈佪單仐U傳動副傳遞到電動助力轉向裝置的轉出軸上。
【文檔編號】B62D5/00GK104401388SQ201410566065
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權日:2014年10月23日
【發(fā)明者】張寶義, 施國標, 王帥 申請人:北京奧特尼克科技有限公司