一種具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。具體可應(yīng)用但不僅應(yīng)用于SUV等大型商用車或重型汽車。
【背景技術(shù)】
[0002]線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有反應(yīng)速度快、舒適性好、控制精確、占用車內(nèi)空間少等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]容錯(cuò)控制技術(shù)和路感模擬技術(shù)是目前線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的兩大關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)容錯(cuò)控制，現(xiàn)有的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采取硬件及軟件的方法實(shí)現(xiàn)冗余功能，即通過(guò)對(duì)重要部件及易發(fā)生故障部件進(jìn)行備份，以及通過(guò)軟件控制進(jìn)行容錯(cuò)。但是備用一套轉(zhuǎn)向系統(tǒng)雖然能實(shí)現(xiàn)冗余功能，但其硬件布置復(fù)雜，成本較高，硬件利用率低。針對(duì)路感模擬，現(xiàn)有的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)多采取電機(jī)模擬路感，但方向盤回正力矩電機(jī)功率約50?80W，電源負(fù)荷較沉重。
[0004]本實(shí)用新型公布了一種以液壓為媒介的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。在具有線控轉(zhuǎn)向裝置可變傳動(dòng)比、易于布置、舒適性好等優(yōu)點(diǎn)同時(shí)，也具有液壓系統(tǒng)能夠緩和沖擊，作用力穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。可實(shí)現(xiàn)電子控制單元獨(dú)立地控制兩輪轉(zhuǎn)角的功能，減少轉(zhuǎn)向時(shí)輪胎的側(cè)滑。
[0005]本系統(tǒng)正常工作時(shí)的路感反饋通過(guò)液壓回路里的流量控制閥控制，相比傳統(tǒng)的反饋電機(jī)耗能較少，降低電池的負(fù)荷。而本系統(tǒng)的冗余容錯(cuò)功能則通過(guò)液壓系統(tǒng)直接將方向盤轉(zhuǎn)矩傳遞給轉(zhuǎn)向輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。且兩種功能的油路共用，通過(guò)電動(dòng)三通閥互相切換。在保證系統(tǒng)功能及可靠性的同時(shí)，精簡(jiǎn)了結(jié)構(gòu)，方便布置，提高了零件利用率。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下措施以實(shí)現(xiàn)汽車前轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度的獨(dú)立精確控制，及在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)故障發(fā)生時(shí)的冗余功能。為實(shí)現(xiàn)上述功能，在左、右轉(zhuǎn)向輪處分別獨(dú)立設(shè)置有液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)，其主要驅(qū)動(dòng)部件為電磁控制裝置(9)、活塞及執(zhí)行油缸(8)。當(dāng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時(shí)，駕駛員通過(guò)方向盤模塊(21)輸入轉(zhuǎn)角信號(hào)，信號(hào)輸入電子控制單元(12)之中分析、處理，并分別獨(dú)立控制活塞的行程，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)的移動(dòng)，完成轉(zhuǎn)向輪偏角的精確控制。而當(dāng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，在電動(dòng)三通閥(7)的控制作用下，通過(guò)油路的接通使方向盤(I)的動(dòng)力通過(guò)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)接入液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)中，直接對(duì)轉(zhuǎn)向輪進(jìn)行控制，以完成冗余功能的實(shí)現(xiàn)。
[0007]該具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其組成包括方向盤模塊
(21)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)、液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(I5)、電子控制模塊(I3)、方向盤(I)、轉(zhuǎn)向軸
(2)、齒輪(19)、齒條(3)、活塞(20)、液壓油缸(4)、油管(6)、流量控制閥(17)、電動(dòng)三通閥
(7)、執(zhí)行油缸(8)、電磁控制裝置(9)、補(bǔ)償油箱(10)、開關(guān)式控制閥(14)、轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)、電子控制單元(12)、轉(zhuǎn)角傳感器(22)、力矩傳感器(5)、電控線束(11)。方向盤模塊(21)與力矩傳感器(5)及轉(zhuǎn)角傳感器(22)連接，用以接受方向盤(I)輸入的角信號(hào)及力矩大小。力矩傳感器(5)及轉(zhuǎn)角傳感器(22)的信號(hào)通過(guò)電控線束(11)傳遞進(jìn)入電子控制單元(12)并進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而傳入液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)中，對(duì)其進(jìn)行控制，完成對(duì)左、右兩輪轉(zhuǎn)角的精確控制。方向盤模塊(21)與液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)通過(guò)活塞(20)與液壓油缸(4)的配合進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)液壓動(dòng)力的輸入。同時(shí)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)通過(guò)油管(6)與液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)連接。
[0008]在一些實(shí)施方式中，其中方向盤模塊(21)中，包括轉(zhuǎn)向軸(2)、齒輪(19)、齒條(3)、活塞(20);轉(zhuǎn)向軸(2)與齒輪(19)通過(guò)焊接工藝連接，齒輪(19)與齒條(3)相嚙合;左右兩個(gè)活塞(20)通過(guò)螺紋進(jìn)行連接，隨著齒輪(19)的轉(zhuǎn)動(dòng)，齒條(3)橫向位移，同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)活塞
(20)的左右運(yùn)動(dòng)。通過(guò)方向盤模塊(21)，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€方向的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)過(guò)程中信號(hào)、動(dòng)力的輸入及反饋受力的輸出。
[0009]在一些實(shí)施方式中，其中液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)為一閉合回路;液壓油路中通過(guò)油管
(6)將液壓油缸(4)，電動(dòng)三通閥(7)、流量控制閥(17)進(jìn)行串聯(lián);通過(guò)該裝置完成了兩種功能的實(shí)現(xiàn):當(dāng)獨(dú)立控制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時(shí)，方向盤(I)轉(zhuǎn)動(dòng)，使齒輪(19)帶動(dòng)齒條(3)推動(dòng)活塞(20)移動(dòng)。在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)中的回路中建立油壓，液壓油在其中流動(dòng)。這時(shí)，通過(guò)電子控制單元(12)對(duì)流量控制閥(17)的開度的控制，對(duì)油壓阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)，提供反饋手力。當(dāng)線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，控制電動(dòng)三通閥(7)，使液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)接入液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(I5)中，由于方向盤(I)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)回路中建立有油壓，動(dòng)力直接輸入執(zhí)行油缸(8)中，完成對(duì)轉(zhuǎn)向輪的控制，保證系統(tǒng)繼續(xù)安全工作。
[0010]在一些實(shí)施方式中，其中液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)包括左、右兩個(gè)執(zhí)行油缸(8)。油缸中裝配有活塞并將其分為兩個(gè)部分，其中活塞頭部所對(duì)應(yīng)部分的執(zhí)行油缸中充滿液壓油。電磁控制裝置(9)與活塞頭通過(guò)螺紋連接，兩者橫向移動(dòng)的位移相同。電磁控制裝置(9)的原理為:當(dāng)通過(guò)電磁控制裝置(9)的電流變化時(shí)，裝置中電磁鐵的吸力大小、方向發(fā)生變化，使裝置的行程發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)可調(diào)的功能。電子控制單元(12)通過(guò)電控線束(11)與電磁控制裝置(9)連接，運(yùn)算得到的最佳偏轉(zhuǎn)角及最佳行程通過(guò)其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并輸入電磁控制裝置(9)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的精確控制。
[0011]左、右兩執(zhí)行油缸上接有補(bǔ)償油箱(10)。在執(zhí)行油缸(8)與補(bǔ)償油箱(10)之間連接開關(guān)式控制閥(14)。隨著活塞沿執(zhí)行油缸(8)中的移動(dòng)，補(bǔ)償油箱(10)中的液壓油進(jìn)出油缸，以補(bǔ)償油缸中液壓油的體積變化；當(dāng)冗余功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，開關(guān)式控制閥(14)關(guān)閉，補(bǔ)償油箱(10)的補(bǔ)償作用消失，執(zhí)行油缸(8)中的活塞被油壓推動(dòng)，使行程發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。
[0012]在一些實(shí)施方式中，其中液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)，活塞中的活塞桿通過(guò)球鉸與轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)連接；同時(shí)轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)與轉(zhuǎn)向節(jié)臂通過(guò)球鉸進(jìn)行連接；當(dāng)活塞桿橫向移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)移動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向過(guò)程。當(dāng)冗余功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，為使轉(zhuǎn)向的過(guò)程中更加平順，設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)的位置、轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)的長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的長(zhǎng)度應(yīng)按阿克曼轉(zhuǎn)向幾何設(shè)計(jì)，使其在線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效時(shí)保持較為理想的內(nèi)外輪轉(zhuǎn)角關(guān)系。
[0013]在一些實(shí)施方式中，其中電子控制模塊(13)，當(dāng)獨(dú)立控制線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正常工作時(shí)，電子控制單元(12)接受來(lái)自轉(zhuǎn)角傳感器(22)及力矩傳感器(5)的信號(hào);通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)角傳感器(22)信號(hào)的處理，及已有數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，得到液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)的電磁控制裝置
(9)的行程，并對(duì)其進(jìn)行控制，進(jìn)而完成轉(zhuǎn)向輪偏轉(zhuǎn)角度獨(dú)立精確控制;通過(guò)對(duì)力矩傳感器
(5)信號(hào)的處理，通過(guò)分析計(jì)算得到駕駛員手力反饋力矩的大小，控制流量控制閥(17)開度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)中的油壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)反饋手力進(jìn)行模擬。
【附圖說(shuō)明】
[0014]附圖給出了一種具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理示意圖。
[0015]圖1是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的總體示意圖。
[0016]圖2是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的三維圖。
[0017]圖3是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊的三維圖。
[0018]圖4是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中線控裝置工作示意圖。
[0019]圖5是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下的油路示意圖。
[0020]圖6是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在冗余功能下的油路不意圖。
[0021]圖7是本實(shí)用新型具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中電子控制單元的控制路線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照附圖1及附圖2所示，本實(shí)用新型為一種具有冗余功能的汽車前輪獨(dú)立控制液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。該系統(tǒng)由方向盤模塊(21)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)(18)、液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)、電子控制模塊(13)、方向盤(I)、轉(zhuǎn)向軸(2)、齒輪(19)、齒條(3)、活塞(20)、液壓油缸(4)、油管
(6)、流量控制閥(17)、電動(dòng)三通閥(7)、執(zhí)行油缸(8)、電磁控制裝置(9)、補(bǔ)償油箱(10)、開關(guān)式控制閥(14)、轉(zhuǎn)向橫拉桿(16)、電子控制單元(12)、轉(zhuǎn)角傳感器(22)、力矩傳感器(5)、電控線束(11)組成。其中電動(dòng)三通閥，開關(guān)式控制閥(14)，轉(zhuǎn)角傳感器，力矩傳感器可以從市場(chǎng)上直接購(gòu)買并應(yīng)用。
[0023]參照附圖3所示，為液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)的三維圖。液壓轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊(15)由執(zhí)行油缸(8)、油管(6)、補(bǔ)償油箱(10)、電磁控制裝置(9)、活塞組成。如附圖3，油管(6)的一端與補(bǔ)償油箱(10)相連