CN101863284A - 汽车及其电动液压助力转向系统、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动液压助力转向系统，其中，液压泵泵取储油罐内的油液并输出压力油液至转向系统压力油路；保压阀包括与方向盘输入轴同轴且内外嵌套设置的保压阀芯和保压阀套，且保压阀的进油口与系统压力油路连通、回油口与所述储油罐连通；双作用助力缸的活塞两侧的腔室分别与保压阀的两个控制油口连通，且双作用助力缸的活塞通过传动机构与方向盘输入轴连接；蓄能器的油口与系统压力油路连通；检测装置用于获取转向参数信号，并输出至控制装置；控制装置接收检测装置获取的转向参数信号，并根据预设条件确定是否输出控制信号至液压泵的电驱动装置。在此基础上，本发明还提供一种应用该电动液压助力转向系统的汽车以及控制方法。

Description

汽车及其电动液压助力转向系统、控制方法

技术领域

本发明涉及汽车转向控制技术领域，具体涉及一种汽车及其电动液压助力转向系统、控制方法。

背景技术

众所周知，助力转向系统在现代汽车技术中得以广泛的应用，以协助驾驶员进行汽车行驶方向的调整，大大减轻了驾驶员操作方向盘时的用力强度。

传统的液压助力转向系统一般由液压泵、油管、压力流量控制阀体、V型传动皮带、储油罐等部件构成；其助力特性由转向伺服转阀及油泵供油量所确定。无论车辆是否需要转向助力，助力转向系统均处于工作状态；实际工作过程中，发动机需要始终驱动液压泵工作，从而无法实现电动汽车的怠速停机状态。显然，液压助力转向系统存在着浪费发动机有用功的缺陷；此外，由于液压泵的工作压力较大，极易损害系统中各部件的使用寿命。

电机驱动式液压助力转向技术将油泵由发动机驱动改为电动机驱动，从而使得油泵的运行状态与发动机脱离并可单独控制，有效克服了传统液压助力转向系统所存在的浪费发动机有用功的问题。具体而言，现有的电机驱动式液压助力转向系统的主要动力源是电动机，通过联轴机构直接驱动液压泵；车辆行驶过程中，电动机始终处于工作状态，控制单元根据实时检测车辆行驶速度和方向盘的转矩大小，调整电动机的电源电压和电流大小以间接控制液压泵的输出流量和压力，从而不断补充油压至转向系统提供一个符合实际需要的最理想的助推力。但是，该系统的电动机始终处于工作状态，节能效果也不理想。

有鉴于此，亟待针对现有电动液压助力转向技术进行优化设计，以期在满足能够提供符合实际需要的助力的基础上，提高系统的工作效率及节能效果。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种电动液压助力转向系统，以在满足提供实际所需助力的基础上，有效提高系统的工作效率及节能效果。在此基础上，本发明还提供一种应用该电动液压助力转向系统的汽车以及控制方法。

本发明提供的电动液压助力转向系统，包括储油罐、液压泵、具有保压阀的转向器、双作用助力缸、蓄能器、检测装置和控制装置；所述液压泵泵取所述储油罐内的油液并输出压力油液至转向系统压力油路；所述保压阀包括与方向盘输入轴同轴且内外嵌套设置的保压阀芯和保压阀套，且所述保压阀的进油口与系统压力油路连通、回油口与所述储油罐连通；所述双作用助力缸的活塞两侧的腔室分别与所述保压阀的两个控制油口连通，且所述双作用助力缸的活塞通过传动机构与所述方向盘输入轴连接；所述蓄能器的油口与系统压力油路连通；所述检测装置用于获取转向参数信号，并输出至控制装置；所述控制装置接收所述检测装置获取的转向参数信号，并根据预设条件确定是否输出控制信号至所述液压泵的电驱动装置。

优选地，所述检测装置具体为：用于获取方向盘转矩的转矩传感器、用于获取车速的车速传感器和用于获取蓄能器内油压的油压传感器；所述预设条件具体为：实时根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。

优选地，还包括设置在所述保压阀的进油口处的止回阀。

优选地，还包括设置在所述液压泵的出液口处的溢流阀。

优选地，所述传动机构具体为相啮合的齿条和齿轮，其中，所述齿条与所述活塞同步位移，所述齿轮与所述方向盘输入轴同轴转动。

本发明提供的一种汽车，包括便于操作方向盘的助力转向系统，所述助力转向系统如前所述。

优选地，所述汽车具体为纯电动汽车或者混合动力汽车。

本发明提供的电动液压助力转向控制方法，采用蓄能器提供工作压力油液至系统压力油路；且，实时获取转向参数信号并根据预设条件确定是否输出控制信号至所述液压泵的电驱动装置。

优选地，所述转向参数信号具体为方向盘转矩、车速和蓄能器内油压；所述预设条件具体为：实时地根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。

优选地，所述所需油压阈值为范围值；若比较结果表征所述蓄能器内油压低于所述油压阈值的下限值，则输出控制信号启动所述液压泵的电驱动装置；若比较结果表征所述蓄能器内油压高于所需油压阈值的上限值，则输出控制信号关停所述液压泵的电驱动装置。

本发明提供的电动液压助力转向系统有效利用蓄能器与保压阀的配合，将系统能量贮存于蓄能器。控制过程中，实时获取转向参数信号并根据预设条件确定是否输出控制信号至所述液压泵的电驱动装置。也就是说，根据预设条件确定，当蓄能器内的压力油液不能满足实际助力要求时，启动液压泵输出压力油液至系统压力油路，同时将高压油液泵出输送至蓄能器；进行转向操作时，保压阀芯和保压阀套产生相对运动，压力油液从蓄能器的油腔进入活塞一侧的腔室，使活塞两侧的腔室产生压力差，从而产生助力，与此同时，活塞另一个腔室的低压油液被压出后流回储油罐。与现有技术相比，本方案采用蓄能器作为工作油压储备元件，因而液压泵无需实时处于工作状态；这样，本方案中的液压泵可根据需要而间歇启动，大大提高了系统的工作效率。

此外，该系统为闭环控制系统，具有效率高、节能的特点；应用于电动汽车和混合动力汽车中，可实现怠速停机的目的，并提高系统的燃油经济性。

在本明的优选方案中，检测装置具体为：用于获取方向盘转矩的转矩传感器、用于获取车速的车速传感器和用于获取蓄能器内油压的油压传感器；控制装置实时根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。实际工作过程中，由于根据方向盘转矩信号和车速信号计算所需油压阈值，可有效保证转向助力的实际需要，进而有效控制能量的损失。同时，本方案可根据车速提供不同的转向力，这样，在低速行驶时，较高的油压阈值使得驾驶员仅需较小的转向操纵力就能灵活地进行转向操作；在高速行驶时，较低的油压阈值，使操作力逐渐增大，从而优化了转向操纵，确保行驶的稳定性和安全性。

附图说明

图1是具体实施方式中所述纯电动汽车的整体结构示意图。

图2是具体实施方式中所述电控液压助力转向系统的结构示意图；

图3是具体实施方式中所述电动液压助力转向控制方法的流程框图。

图中：

储油罐1、液压泵2、保压阀3、保压阀芯31、保压阀套32、转向器4、双作用助力缸5、活塞51、蓄能器6、检测装置、控制装置7、方向盘8、方向盘输入轴81、齿条91、齿轮92、电动机10、转矩传感器11、车速传感器12、油压传感器13、止回阀14、溢流阀15、电控阀装置16、车轮17。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电动液压助力转向系统，有效利用蓄能器和保压阀的配合，将系统能量贮存于蓄能器，液压泵无需实时处于工作状态，从而在满足提供实际所需助力的基础上，有效提高系统的工作效率及节能效果。

不失一般性，下面以纯电动汽车为主体结合说明书附图具体说明本实施方式。

本文中所涉及上、下、左、右等方位词是以驾驶员的视角作为基准定义的，应当理解，前述方位词的使用并不限制本申请请求保护的范围。

请参见图1，该图是本实施方式中所述纯电动汽车的整体结构示意图。

该电动汽车包括由电力驱动系统、电源系统和辅助系统等三个主要部分组成。需要说明的是，前述电力驱动系统、电源系统和辅助系统的基本构成及其相互配合作用原理与现有技术相同，本领域的普通技术人员基于现有技术完全可以实现，故本文不再赘述。为详细说明辅助系统中的动力转向系统，即本方案的发明点所在，请一并参见图2，该图为所述电控液压助力转向系统的结构示意图。

如图2所示，电动液压助力转向系统包括储油罐1、液压泵2、具有保压阀3的转向器4、双作用助力缸5、蓄能器6、检测装置和控制装置7。

与现有技术相同的是，液压泵2泵取储油罐1内的油液并输出压力油液至转向系统压力油路；转向器4置于方向盘8的下方，其保压阀3包括与方向盘输入轴81同轴且内外嵌套设置的保压阀芯31和保压阀套32，其进油口与系统压力油路连通，其回油口与储油罐1连通；双作用助力缸5的活塞51两侧的腔室分别与保压阀3的两个控制油口连通。工作过程中，操纵方向盘8左转向时，压力油液经进油口进入保压阀3后经一控制油口进入活塞51的右侧腔室，并推动活塞51左移；与此同时，活塞51左侧腔室的油液经另一控制油口进入保压阀3后经回油口流回储油罐1；反之亦然。也就是说，仅当转向动作发生时，双作用助力缸5的活塞51两侧腔室内的油液才构成回路。需要说明，保压阀的具体结构原理与现有技术完全相同，本文不再赘述。

双作用助力缸5的活塞51通过传动机构与方向盘输入轴81连接，从而在左转向或者右转向操作过程中，通过传动机构带动方向盘输入轴81同步转动，实用转向助力的基本功能。本方案中，该传动机构具体为相啮合的齿条91和齿轮92，其中，齿条91与活塞51同步位移，齿轮92与方向盘输入轴81同轴转动，从而将活塞51的直线位移转化为与方向盘输入轴81同轴的转动。实际上，传动机构也可以实际需要采用其他结构形式，只要能够满足使用需要均可，当然，齿轮齿条机构的结构简单、工作可靠，油液的压力能转化为机械能推动齿条91工作，实现助力转向的目的，故为最优方案。

蓄能器6的油口与系统压力油路连通，以在液压泵2处于非工作状态时，提供压力油液至系统。蓄能器6作为能量储蓄装置，将电动机的机械能转变为压缩能储存，当系统需要时将压缩能转变为液压能而释放，重新补供给转向系统。

检测装置用于获取转向参数信号，并输出至控制装置7；控制装置7接收检测装置获取的转向参数信号，并根据预设条件确定是否输出控制信号至液压泵2的驱动装置。即根据预设条件确定，当蓄能器内的压力油液不能满足实际助力要求时，启动液压泵输出压力油液至系统压力油路和蓄能器；这样，液压泵可根据需要而间歇启动，大大提高了系统的工作效率，并有效控制了能量的损失。

其中，本方案中驱动装置为电动机10，其可以采用与液压泵2为分体式设计，也可以与液压泵2集成为一体。本方案中，控制装置只需控制电动机是否处于工作状态，无需对电动机的电流、电压以及工作频率等参数进行调整，结构简单、效率高，可有效提高车辆的节油率。实际上，基于本发明的设计思想，也可以通过控制电动机的电流、电压或者工作频率等参数获得更进一步的控制精度，应当理解，只要应用本发明所涉及的控制方案均在本申请请求保护的范围内。

进一步地，如图2所示，检测装置具体为：用于获取方向盘转矩的转矩传感器11，设置在方向盘输入轴81处；用于获取车速的车速传感器12，设置在车轮17处；用于获取蓄能器内油压的油压传感器13，设置在蓄能器6的油口处；并且，预设条件具体为：实时根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。

当车速调整时，本方案可根据不同的车速提供不同的转向力，这样，在低速行驶时，较高的油压阈值使得驾驶员仅需较小的转向操纵力就能灵活地进行转向操作；在高速行驶时，较低的油压阈值，使得操作力逐渐增大，从而优化了转向操纵，确保行驶的稳定性和安全性。可以理解的是，对于最高车速较低的车型而言，可以仅根据方向盘转矩信号计算确定所需油压阈值。当然，根据车速信号和方向盘转矩信号或者仅根据方向盘转矩信号计算获得所需油压阈值的方法与现有技术完全相同，本文不再赘述。

在保压阀3的进油口3A处的止回阀14，以避免保压阀3内油液自进油口3A返流，确保系统运行的可靠性。并且，在液压泵2的出液口处设置有溢流阀15，以避免损害系统中各部件的使用寿命。

另外，蓄能器6的油口处设置有电控阀装置16，该电控阀装置16的控制端口与控制装置7的控制信号输出端连接，以控制蓄能器6与系统压力油路之间的导通关系。这样，非工作状态下，可通过控制装置7控制蓄能器6与系统压力油路之间处于非导通状态。

本方案所述电动液压助力转向系统可按以下的方式工作。

在非转向工况，保压阀芯31和保压阀套32之间没有相对运动，油液停留在保压阀芯31和保压阀套32之间的间隙中不构成回路，双作用助力缸5的活塞51两侧的油液没有压差，此时电动机10和液压泵2均处于非工作状态。

在转向工况，且蓄能器6中的油压保持在阈值范围内。在方向盘输入轴81的带动下转动，转向器4的保压阀芯31和保压阀套32之间发生相对运动：操纵方向盘8左转向时，压力油液经进油口进入保压阀3后经一控制油口进入活塞51的右侧腔室，并推动活塞51左移；与此同时，活塞51左侧腔室的油液经另一控制油口进入保压阀3后经回油口流回储油罐1；反之亦然。

在转向工况，随着蓄能器6中油量的减少，其气囊的体积变大，蓄能器6中的油压下降。当油压降低到油压阈值范围的下限时，电动机10启动带动液压泵2将储油罐1中的油液通过进油管向蓄能器6补充，提高蓄能器6的油压；当油压超过油压阈值范围的上限时，电动机10和液压泵2均停止工作。在这个过程中，方向盘8的转向需求依然使转向器4的保压阀芯31和保压阀套32相互运动，高压油液从蓄能器6经保压阀流向储油罐1。

当转向需求结束时，保压阀芯31和保压阀套32相互运动停止，高压油路和低压油路被保压阀芯阻断，电动机10和液压泵2停止工作。

基于前述电动液压助力转向系统，本发明还提供一种电动液压助力转向控制方法，采用蓄能器6提供工作压力油液至系统压力油路；且，实时获取转向参数信号并根据预设条件确定是否输出控制信号至液压泵2的驱动装置。

其中，转向参数信号具体为方向盘转矩、车速和蓄能器内油压；所述预设条件具体为：实时地根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。优选地，所述所需油压阈值为范围值；若比较结果表征所述蓄能器内油压低于所述油压阈值的下限值，则输出控制信号启动所述液压泵的电驱动装置；若比较结果表征所述蓄能器内油压高于所需油压阈值的上限值，则输出控制信号关停所述液压泵的电驱动装置。

该方法的基本控制原理是：首先控制装置7实时地根据检测到车速和所需扭矩信号，计算出合适的油压阈值。若确定启动液压泵2，则在电动机10的带动下，液压泵2将高压油液从储油罐1中泵出输送到蓄能器6，通过压力油路进入保压阀3，配合转向操作。当蓄能器6内油压低于油压阈值范围的下限时，电动机10工作带动液压泵2向蓄能器6补充高压油液，使蓄能器6的气囊体积缩小，油压增大；当油压超过油压阈值范围的上限时，电动机10停止工作。

进一步地，请一并参见图3，该图示出所述电动液压助力转向控制方法的流程框图。

S1.判断储油罐1中的油液是否正常；

若是，则执行步骤S2；

若否，则执行步骤S3：缺油报警，直至油液正常；

S2.判断是否转向，即转矩传感器11是否检测到方向盘转矩；

若是，则执行步骤S4；

S4.根据方向盘转矩信号和车速信号计算所需油压阈值；

S5.判断蓄能器内油压是否低于所需油压阈值范围的下限；

若是，则输出控制信号启动液压泵2的驱动装置，执行步骤S6；

若否，则执行步骤S7：由蓄能器6提供压力油液至系统压力油路；

S6.电动机10带动液压泵2工作；

S8.判断蓄能器内油压是否高于所需油压阈值范围的上限；

若是，则输出控制信号关停液压泵2的驱动装置，执行步骤S9；

若否，则执行步骤S10，液压泵2提供压力油液至系统压力油路；

S9.电动机10停止工作。

特别说明是，本方案所述电动液压助力转向系统、控制方法即可应用于纯电动汽车，也可以应用于混合动力汽车。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.电动液压助力转向系统，包括：

储油罐；

液压泵，泵取所述储油罐内的油液并输出压力油液至转向系统压力油路；

具有保压阀的转向器，该保压阀包括与方向盘输入轴同轴且内外嵌套设置的保压阀芯和保压阀套，且所述保压阀的进油口与系统压力油路连通、回油口与所述储油罐连通；和

双作用助力缸，其活塞两侧的腔室分别与所述保压阀的两个控制油口连通；且所述双作用助力缸的活塞通过传动机构与所述方向盘输入轴连接；其特征在于，还包括：

蓄能器，其油口与系统压力油路连通；

检测装置，用于获取转向参数信号，并输出至控制装置；和

控制装置，接收所述检测装置获取的转向参数信号，并根据预设条件确定是否输出控制信号至所述液压泵的电驱动装置。

2.根据权利要求1所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，所述检测装置具体为：用于获取方向盘转矩的转矩传感器、用于获取车速的车速传感器和用于获取蓄能器内油压的油压传感器；所述预设条件具体为：实时根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。

3.根据权利要求1或2所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，还包括设置在所述保压阀的进油口处的止回阀。

4.根据权利要求3所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，还包括设置在所述液压泵的出液口处的溢流阀。

5.根据权利要求1或2所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，所述传动机构具体为相啮合的齿条和齿轮，其中，所述齿条与所述活塞同步位移，所述齿轮与所述方向盘输入轴同轴转动。

6.一种汽车，包括便于操作方向盘的助力转向系统，其特征在于，所述助力转向系统具体为权利要求1至5中任一项所述的电动液压助力转向系统。

7.根据权利要求6所述的汽车，其特征在于，所述汽车具体为纯电动汽车或者混合动力汽车。

8.电动液压助力转向控制方法，其特征在于，采用蓄能器提供工作压力油液至系统压力油路；且，实时获取转向参数信号并根据预设条件确定是否输出控制信号至所述液压泵的电驱动装置。

9.根据权利要求8所述的电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述转向参数信号具体为方向盘转矩、车速和蓄能器内油压；所述预设条件具体为：实时地根据车速信号和方向盘转矩信号计算所需油压阈值，比较所需油压阈值和蓄能器内油压，并获得是否输出控制信号的判断结果。

10.根据权利要求9所述的电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述所需油压阈值为范围值；若比较结果表征所述蓄能器内油压低于所述油压阈值的下限值，则输出控制信号启动所述液压泵的电驱动装置；若比较结果表征所述蓄能器内油压高于所需油压阈值的上限值，则输出控制信号关停所述液压泵的电驱动装置。

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