專利名稱：重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外汽車制造企業(yè)生產(chǎn)的重型車輛均采用具有固定助力特性的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，此類轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力特性由伺服轉(zhuǎn)閥的結(jié)構(gòu)參數(shù)及油泵的供油量決定，無法解決低速轉(zhuǎn)向輕便性和高速轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性之 間的矛盾；而且液壓助力系統(tǒng)的耗能較大，約占整車油耗的3%。近年來，隨著電子技術(shù)在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的不斷應(yīng)用，出現(xiàn)了電控液壓助力轉(zhuǎn)向、電動液壓轉(zhuǎn)向和電動助力轉(zhuǎn)向等新型轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。專利“汽車電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”(CN200320118460.1)采用步進電機來調(diào)節(jié)旁通閥的節(jié)流孔大小，以控制進入轉(zhuǎn)向控制閥的液壓油流量，這種方案一定程度上解決了汽車高速轉(zhuǎn)向盤“發(fā)飄”的問題，但是由于在汽車運行過程中轉(zhuǎn)向油泵始終在運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能耗不能降低；專利“電機驅(qū)動式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制裝置”(CN200720034596. 2)采用直流電機直接驅(qū)動油泵，根據(jù)轉(zhuǎn)角和車速信號控制油泵轉(zhuǎn)速，該裝置能在汽車高速的時候降低轉(zhuǎn)向油缸的工作壓力，減少轉(zhuǎn)向助力，可保證高速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性，而且不轉(zhuǎn)向時，油泵以很低的速度運轉(zhuǎn)，能耗很低，但由于該裝置所需的大功率電動泵技術(shù)瓶頸和高成本問題難以解決，故不適用于重型車輛；專利“電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)”(CN200680051114.2)采用電動機直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向器助力，助力的大小由轉(zhuǎn)向盤輸入扭矩和車速決定，該方案能很好地兼顧輕便性和操穩(wěn)性，而且按需助力即有輸入扭矩時才助力，所以能耗也很低，此系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于乘用車，但是重型車輛的轉(zhuǎn)向輪負(fù)荷很大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)向阻力矩也很大，如果采用電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所需的大功率助力電動機存在技術(shù)瓶頸，而且重型車輛的24V電氣系統(tǒng)也不能支持大功率的電動機，因此限制了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在重型車輛上的應(yīng)用。綜上所述，現(xiàn)有轉(zhuǎn)向系統(tǒng)存在如下技術(shù)問題液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能兼顧轉(zhuǎn)向輕便性和操縱穩(wěn)定性且能耗高，基于旁通閥節(jié)流孔調(diào)節(jié)的電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能解決能耗高的問題，基于電動泵的電動液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不能滿足重型車輛對高轉(zhuǎn)向功率的要求。有鑒于此，有必要提出了一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明的一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次連接的發(fā)動機、轉(zhuǎn)差式電磁離合器、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向閥和動力缸，所述轉(zhuǎn)向閥通過轉(zhuǎn)角傳感器與轉(zhuǎn)向盤相連，所述系統(tǒng)還包括與轉(zhuǎn)差式電磁離合器和轉(zhuǎn)角傳感器相連的電子控制單元。作為本發(fā)明的進一步改進，所述轉(zhuǎn)差式電磁離合器包括主動軸、位于主動軸上的主動輪、從動軸、位于從動軸上的從動輪，所述從動輪上設(shè)有若干線圈，所述從動軸上設(shè)有電刷和霍爾傳感器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述發(fā)動機上設(shè)有曲軸皮帶輪，所述轉(zhuǎn)向油泵上設(shè)有輸入軸，所述發(fā)動機的曲軸皮帶輪與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的主動輪相連，所述轉(zhuǎn)向油泵的輸入軸與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的從動軸剛性連接。作為本發(fā)明的進一步改進，所述霍爾轉(zhuǎn)速傳感器包括若干與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的從動軸同步轉(zhuǎn)動的若干磁極和固定設(shè)置的霍爾元件。作為本發(fā)明的進一步改進，所述電子控制單元包括相連的PID運算器和驅(qū)動器。作為本發(fā)明的進一步改進，所述動力缸內(nèi)設(shè)有齒條或齒扇搖臂軸、以及活塞，所述齒條或齒扇搖臂軸與轉(zhuǎn)向閥相連。相應(yīng)地，一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，所述方法為
電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度和車速信號計算出油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
將油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速與油泵實際轉(zhuǎn)速的差值送入PID運算器；
PID運算器的運算結(jié)果控制轉(zhuǎn)差式電磁離合器中線圈電流大小，從而控制轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)速。作為本發(fā)明的進一步改進，所述方法還包括
電子控制單元實時采集轉(zhuǎn)向油泵的實際轉(zhuǎn)速，用于閉環(huán)控制。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法在車輛原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時，使電磁離合器完全接合，轉(zhuǎn)向油泵隨發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，從而提供較大的助力，滿足低速轉(zhuǎn)向輕便性的要求；在車輛高速轉(zhuǎn)向時，電磁離合器部分接合，轉(zhuǎn)向油泵低速運轉(zhuǎn)，提供較小的助力，滿足高速時的操縱穩(wěn)定性要求，此時發(fā)動機的負(fù)荷降低，其功耗也有所降低；在不轉(zhuǎn)向時，ECU輸出極小電流，使轉(zhuǎn)向油泵以極低的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而大大地降低發(fā)動機的功耗。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法很好地兼顧了重型車輛低速轉(zhuǎn)向的輕便性和高速轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性，而且使高速轉(zhuǎn)向和不轉(zhuǎn)向時的發(fā)動機功耗大大降低，可以提高重型車輛的安全、節(jié)能和環(huán)保性能。由于轉(zhuǎn)差式電磁離合器主、從動部件間無任何機械連接，無磨損消耗，無沖擊，調(diào)整勵磁電流就可以改變轉(zhuǎn)速，因此，本發(fā)明具有良好的可控性，維護簡單，能保證電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有良好的工作可靠性。


圖1為本發(fā)明一實施方式中重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明一實施方式中轉(zhuǎn)差式電磁離合器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明一實施方式中重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法示意圖。圖4為本發(fā)明一實施方式中轉(zhuǎn)向特性曲線。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖所示的各實施方式對本發(fā)明進行詳細(xì)描述。但這些實施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
參圖1所示為本發(fā)明一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該系統(tǒng)包括依次連接的發(fā)動機、轉(zhuǎn)差式電磁離合器、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向閥和動力缸I，其中轉(zhuǎn)向閥通過轉(zhuǎn)角傳感器與轉(zhuǎn)向盤相連，與轉(zhuǎn)差式電磁離合器和轉(zhuǎn)角傳感器還連接設(shè)有電子控制單元ECU。優(yōu)選地，動力缸I內(nèi)還設(shè)有齒條或齒扇搖臂軸3、以及活塞2，齒條或齒扇搖臂軸3與轉(zhuǎn)向閥相連。參圖2所示，本實施例中的轉(zhuǎn)差式電磁離合器包括主動軸8、位于主動軸8上的主動輪9、從動軸4、位于從動軸4上的從動輪10，從動輪10上設(shè)有若干線圈7，從動軸4上設(shè)有電刷5和霍爾轉(zhuǎn)速傳感器6。發(fā)動機上設(shè)有曲軸皮帶輪，轉(zhuǎn)向油泵上設(shè)有輸入軸，發(fā)動機的曲軸皮帶輪與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的主動輪9相連，傳遞發(fā)動機輸送的功率；轉(zhuǎn)向油泵的輸入軸與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的從動軸4剛性連接。本實施例中，主動輪的結(jié)構(gòu)類似于異步電機的鼠籠式轉(zhuǎn)子，當(dāng)從動輪上的線圈通電后形成磁場，主動輪轉(zhuǎn)動時，就會在鼠籠式轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流，電流在磁場中會形成磁力矩，從而推動從動輪跟隨主動輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)然從動輪的轉(zhuǎn)速只能低于主動輪的轉(zhuǎn)速，只要調(diào)節(jié)線圈中電流的大小就可以得到主動輪和從動輪不同的轉(zhuǎn)速差。電刷的作用與直流電機中的電刷作用相似，給從動輪中的線圈持續(xù)同方向供電，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器由兩部分組成(轉(zhuǎn)子和定子)，轉(zhuǎn)子是與從動輪同步轉(zhuǎn)動的6對磁極，定 子是固定不動的霍爾元件，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的磁極從霍爾元件上面轉(zhuǎn)過時，霍爾元件就會輸出高低電平交替出現(xiàn)的方波信號，電子控制單元ECU只要檢測出方波信號的頻率就可以換算出當(dāng)前從動輪的轉(zhuǎn)速即油泵的轉(zhuǎn)速。參圖3所示，本發(fā)明一實施方式中重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，該方法為
電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度和車速信號計算出油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
將油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速與油泵實際轉(zhuǎn)速的差值送入PID運算器；
PID運算器的運算結(jié)果控制轉(zhuǎn)差式電磁離合器中線圈電流大小，從而控制轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)速。進一步地，電子控制單元ECU實時采集轉(zhuǎn)向油泵的實際轉(zhuǎn)速，用于閉環(huán)控制。當(dāng)汽車點火啟動后，電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)ECU檢測發(fā)動機的轉(zhuǎn)速信號是否穩(wěn)定，一旦穩(wěn)定后，閉合繼電器給ECU上電，程序進入自檢過程，如果有故障則輸出故障報警信號，如果無故障則輸出小電流給電磁離合器的線圈，這時電磁離合器的主動輪感應(yīng)出小電流，從動輪就會以很低的轉(zhuǎn)速跟隨主動輪轉(zhuǎn)動，以維持油路中液壓油的流動，以免出現(xiàn)突然轉(zhuǎn)向來不及建立液壓的情況，接下來程序進入等待狀態(tài)，一旦有轉(zhuǎn)角和車速信號輸入，程序就會進入中斷服務(wù)子程序，運算出當(dāng)前所需的電流值。油泵轉(zhuǎn)速信號是用作閉合控制的，由轉(zhuǎn)向角速度ω和車速信號V計算出的油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速nt與油泵實際轉(zhuǎn)速nf相比較，差值送入PID運算器，運算結(jié)果決定ECU輸出電流的大小1-控制程序中用到的是轉(zhuǎn)向角速度，所以要先把轉(zhuǎn)角求導(dǎo)算出角速度。油泵轉(zhuǎn)速目標(biāo)值可以根據(jù)轉(zhuǎn)向特性曲線得到，轉(zhuǎn)向特性如圖4所示，其中，％為轉(zhuǎn)向油泵最小轉(zhuǎn)速，nfflax為轉(zhuǎn)向油泵最大轉(zhuǎn)速，Vtl為零車速，Vmax為最高車速，Otl為臨界轉(zhuǎn)向角速度。從圖4中可以看出，隨著轉(zhuǎn)向角速度的增加油泵轉(zhuǎn)速上升，隨著車速增加油泵轉(zhuǎn)速減小。助力特性曲線的上部和下部有兩條水平線段，下部較短的水平線段表示死區(qū)，即轉(zhuǎn)向盤以極低的速度轉(zhuǎn)動或不轉(zhuǎn)動時，油泵以很低的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，上部較長的水平線段表示轉(zhuǎn)向盤速度持續(xù)增大時油泵的轉(zhuǎn)速達到飽和，飽和油泵轉(zhuǎn)速的設(shè)計原則是保證在急轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能提供足夠的助力。由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法在車輛原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時，使電磁離合器完全接合，轉(zhuǎn)向油泵隨發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，從而提供較大的助力，滿足低速轉(zhuǎn)向輕便性的要求；在車輛高速轉(zhuǎn)向時，電磁離合器部分接合，轉(zhuǎn)向油泵低速運轉(zhuǎn)，提供較小的助力，滿足高速時的操縱穩(wěn)定性要求，此時發(fā)動機的負(fù)荷降低，其功耗也有所降低；在不轉(zhuǎn)向時，ECU輸出極小電流，使轉(zhuǎn)向油泵以極低的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而大大地降低發(fā)動機的功耗。該轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法很好地兼顧了重型車輛低速轉(zhuǎn)向的輕便性和高速轉(zhuǎn)向的穩(wěn)定性，而且使高速轉(zhuǎn)向和不轉(zhuǎn)向時的發(fā)動機功耗大大降低，可以提高重型車輛的安全、節(jié)能和環(huán)保性能。由于轉(zhuǎn)差式電磁離合器主、從動部件間無任何機械連接，無磨損消耗，無沖擊，調(diào)整勵磁電流就可以改變轉(zhuǎn)速，因此，本發(fā)明具有良好的可控性，維護簡單，能保證電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有良好的工作可靠性。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括依次連接的發(fā)動機、轉(zhuǎn)差式電磁離合器、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向閥和動力缸，所述轉(zhuǎn)向閥通過轉(zhuǎn)角傳感器與轉(zhuǎn)向盤相連， 所述系統(tǒng)還包括與轉(zhuǎn)差式電磁離合器和轉(zhuǎn)角傳感器相連的電子控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)差式電磁離合器包括主動軸、 位于主動軸上的主動輪、從動軸、位于從動軸上的從動輪，所述從動輪上設(shè)有若干線圈，所述從動軸上設(shè)有電刷和霍爾傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)動機上設(shè)有曲軸皮帶輪，所述轉(zhuǎn)向油泵上設(shè)有輸入軸，所述發(fā)動機的曲軸皮帶輪與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的主動輪相連，所述轉(zhuǎn)向油泵的輸入軸與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的從動軸剛性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述霍爾轉(zhuǎn)速傳感器包括若干與轉(zhuǎn)差式電磁離合器的從動軸同步轉(zhuǎn)動的若干磁極和固定設(shè)置的霍爾元件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制單元包括相連的PID運算器和驅(qū)動器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于，所述動力缸內(nèi)設(shè)有齒條或齒扇搖臂軸、以及活塞，所述齒條或齒扇搖臂軸與轉(zhuǎn)向閥相連。
7.—種如權(quán)利要求1所述的重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法為電子控制單元根據(jù)轉(zhuǎn)向角速度和車速信號計算出油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速；將油泵目標(biāo)轉(zhuǎn)速與油泵實際轉(zhuǎn)速的差值送入PID運算器；PID運算器的運算結(jié)果控制轉(zhuǎn)差式電磁離合器中線圈電流大小，從而控制轉(zhuǎn)向油泵轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述方法還包括電子控制單元實時采集轉(zhuǎn)向油泵的實際轉(zhuǎn)速，用于閉環(huán)控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了重型車輛電控液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及其控制方法，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)包括依次連接的發(fā)動機、轉(zhuǎn)差式電磁離合器、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向閥和動力缸，轉(zhuǎn)向閥通過轉(zhuǎn)角傳感器與轉(zhuǎn)向盤相連，還包括與轉(zhuǎn)差式電磁離合器和轉(zhuǎn)角傳感器相連的電子控制單元(ECU)。本發(fā)明在車輛原地轉(zhuǎn)向或低速轉(zhuǎn)向時，使電磁離合器完全接合，轉(zhuǎn)向油泵隨發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)，從而提供較大的助力，滿足低速轉(zhuǎn)向輕便性的要求；在車輛高速轉(zhuǎn)向時，電磁離合器部分接合，轉(zhuǎn)向油泵低速運轉(zhuǎn)，提供較小的助力，滿足高速時的操縱穩(wěn)定性要求，此時發(fā)動機的負(fù)荷降低，其功耗也有所降低；在不轉(zhuǎn)向時，ECU輸出極小電流，使轉(zhuǎn)向油泵以極低的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，從而大大地降低發(fā)動機的功耗。
文檔編號B62D113/00GK103010298SQ201210489799
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月27日
發(fā)明者唐斌, 江浩斌, 陳龍, 耿國慶, 徐哲 申請人:江蘇大學(xué)