CN102267487B

CN102267487B - 一种基于车速和载荷信号控制的电动液压助力转向系统

Info

Publication number: CN102267487B
Application number: CN2011101199930A
Authority: CN
Inventors: 何仁; 陈勇; 刘文光
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2011-05-11
Filing date: 2011-05-11
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2031-05-11
Also published as: CN102267487A

Abstract

本发明公开一种基于车速和载荷信号控制的工程机械车辆的电动液压助力转向系统，其转向液压泵与转阀连接且连接于贮油装置和直流电机之间，转阀连接转向助力油缸；直流电机通过驱动电路连接转向控制单元；转向助力缸连接转向器垂臂，转向器垂臂的另一端通过转向直拉杆连接到转向节臂，转向节臂连接车轮；车轮转角传感器、车速传感器、转向轴载荷传感器、方向盘转角传感器及转矩传感器均分别连接转向控制单元；整个控制系统将车速和载荷全部考虑在内，转向控制单元采用闭环反馈控制，防止由于信号采集不全而引起的引起转向助力不足或过大，提高了转向控制的精度，并达到节能的目的。

Description

一种基于车速和载荷信号控制的电动液压助力转向系统

技术领域

本发明涉及采用电机驱动的工程机械车辆的液压动力转向系统，也适合其它汽车液压动力转向系统。

背景技术

传统的液压助力转向系统驱动油泵的动力源来自发动机，利用液压泵建立一定的压力，由控制阀控制压力流的流量，其助力大小根据车辆的行驶状态由转阀或滑阀来控制转向系统。传统的液压助力转向系统由于使用发动机动力驱动，造成油泵输出的流量不能调节与控制。如果设计的油液流量较大可满足低速轻便性的要求，但会造成高速时手感变差，如果油液流量较小则反之，因此，很难协调转向系统轻便性和手感的矛盾。油液流量大可满足转向动力响应快速性要求，但会造成稳定性差，如果油液流量较小反之，这样难于协调动力响应的稳定性和快速性的矛盾。同时由于是发动机动力驱动，即使不转向，油泵在发动机驱动下也一直在高速工作，增加了能量消耗。

目前的转向系统采用电动液压控制系统，转向控制单元采集外部输入信号，控制液压转向系统的助力大小。但由于忽略了载荷对转向的影响造成转向助力控制精度不高，造成能耗浪费。美国专利US596725考虑了载荷的影响，使用转向负载传感器、电机电流传感器，分析电机电流的变化来判断是否转向，通过分析转向负载的大小计算需要提供的助力大小，从而控制电机电流提供足够大的助力帮助驾驶员转向，但该系统采用开环控制，没有考虑驾驶员的力、角输入。由于是通过电机电流的变化来判断是否转向，这样就造成当车辆高速行驶时，地面阻力很小，很难准确判断转向的位置。

工程车辆的载荷变化范围比较宽，引起前轴承重载荷变化大。即使载荷不变时，由于车速的不同也会造成转向助力的不同。车辆行驶时，车辆上部的空气流动速度大于底部的空流动速度，造成汽车底部的气压大于上部，汽车产生一个向上的空气升力，随着车速的增大，空气升力越大，转向轮的承载压力减小，造成转向助力减小。而在一定的车速下，当车辆前轴载荷大时，转向阻力矩大，要求车辆的转向助力大；当车辆前轴载荷小时，转向阻力矩小，要求车辆的助力转向小。可见，施加到车辆上的载荷改变使得控制单元操作不能根据外部信息而改变，造成转向系统不稳定。对于转向系统来讲，不仅车速对于转向助力大小有影响，其垂直载荷对于转向的助力大小也有影响。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于载荷和车速的电动液压助力转向的闭环控制系统，利用载荷和车速对助力转向系统进行控制，通过信息反馈的闭环控制系统，减少转向过程中的能量损耗，提高转向的控制精度。

本发明采用的技术方案是：包括一个转向控制单元、一个直流电机、一个转向液压泵、一个贮油装置和一个转向助力油缸；转向液压泵与转阀连接且连接于贮油装置和直流电机之间，转阀连接转向助力油缸；直流电机通过驱动电路连接转向控制单元；转向助力缸连接转向器垂臂，转向器垂臂的另一端通过转向直拉杆连接到转向节臂，转向节臂连接车轮；转向器垂臂处设置车轮转角传感器，车轮处设置车速传感器，左、右车轮的悬架底部连接处分别设置转向轴载荷传感器，方向盘下是方向盘输入轴，方向盘输入轴处设有方向盘转角传感器及转矩传感器，所述车轮转角传感器、车速传感器、转向轴载荷传感器、方向盘转角传感器及转矩传感器均分别连接转向控制单元。

本发明采用上述技术方案后的有益效果是：本发明是一种针对工程车辆前轴负荷变化对转向效果的影响而采用随载荷和车速等参数变化调节的轻便、节能型电动液压助力转向系统，整个控制系统将车速和载荷全部考虑在内，增加了载荷传感器和车轮实际转向传感器信号，满足了汽车行驶中由于载荷和车速的变化对转向助力的影响，符合实际的转向要求。转向控制单元采用闭环反馈控制，防止由于信号采集不全而引起的引起转向助力不足或过大，提高了转向控制的精度，并达到节能的目的。

附图说明

图1是本发明电动液压助力转向系统的结构示意图；

图2 是电动液压助力转向系统的控制单元部分原理图；

图中：1、方向盘；2、转矩传感器；3、方向盘转角传感器；4、转阀；5、转向助力油缸；6、贮油装置；7、转向液压泵；8、直流电机；9、转向控制单元；10、转向轴载荷传感器；11、车轮转角传感器；12、转向器垂臂；13、转向直拉杆；14、转向节臂；15、车轮；16、方向盘输入轴；17、车速传感器、18、驱动电路。

具体实施方式

参见图1，本发明包括一个用于控制执行机构的转向控制单元9、一个直流电机8、一个转向液压泵7、一个贮油装置6和一个转向助力油缸5。转向液压泵7连接于贮油装置6和直流电机8之间；转向液压泵7与转阀4连接，转阀4连接转向助力油缸5，转向液流过转向阀4，转向阀4由转向控制单元9控制，转向阀4控制转向助力缸5的推动方向，实现方向不同的推动。直流电机8通过驱动电路18连接转向控制单元9。贮油装置6向转向液压泵7提供转向液，驱动电路18控制直流电机8输出轴的转速，直流电机8的输出轴与转向液压泵7连接，输出轴的转动带动转向液压泵7转动，直流电机8输出轴转动速度控制转向液压泵7驱动液压的流量和压力。

转向助力缸5连接转向器垂臂12，在转向器垂臂12处设置车轮转角传感器11，车轮转角传感器11连接转向控制单元9，转角传感器11检测转向车轮15的角度，将检测的信号传递给转向控制单元9中。转向器垂臂12的另一端通过转向直拉杆13连接到转向节臂14，转向节臂14连接车轮15，推动车轮15转向。在车轮15处设置车速传感器17，车速传感器17连接转向控制单元9，车速传感器17检测车辆的行驶车速，将检测的信号传递给转向控制单元9中。

将两个转向轴载荷传感器10分别放在左、右车轮15的悬架底部连接处，检测转向车轮实际所受的承受载荷，两个转向轴载荷传感器10通过信号线均连接转向控制单元9，将检测到的转向车轮载荷信号传递给转向控制单元9中。

方向盘1下是方向盘输入轴16，方向盘输入轴16处设有方向盘转角传感器3及转矩传感器2，方向盘转角传感器3及转矩传感器2分别连接转向控制单元9，当方向盘转向时，方向盘转角传感器3及转矩传感器2分别检测方向盘转动的转角和转矩大小，并将各自检测的信号值传递给转向控制单元9中。转向控制单元9通过方向盘转角传感器3的转角信号，判断出方向盘的旋转方向。

参见图2，本发明根据采集得到的转角、车速以及转向轴载荷等外部输入信号输入到转向控制单元中，转向控制单元分析当前的车速、转角和前轴承受载荷状况，采用预先设定的控制策略，计算出转向助力的大小，按着预定的控制策略输出脉宽调制信号给转向控制单元驱动电路驱动直流电机，改变直流电机输出轴的转速，从而控制液压泵的输出流量和压力，实现车辆的助力转向。具体是：转向控制单元9内预先写入控制算法，转向控制单元9采集车速传感器17信号、转向轴载荷传感器10、方向盘转角传感器3信号、转矩传感器2、车轮转角传感器11信号得出车辆的行驶速度、转向轴的承重载荷、方向盘的转角、转矩大小以及车轮转角，通过检测并计算出方向盘转角信号3与车轮转角传感器11的差值，输出脉宽调制信号给驱动电路18，采用一定的智能控制方法对驱动电路18的脉宽调制信号进行修正，将修正数据输入给直流电机8控制电机的旋转。直流电机8通过联轴机构驱动转向液压泵7，控制转向液压泵7的油液流量和压力，油液通过转向阀4推动转向助力缸5内活塞的移动。转向助力缸5经机械传动装置推动转向器垂臂12、转向节臂14和转向直拉杆13的转动，实现车轮15的转向。

当行驶速度较低时，转向液压泵7应输出足够的压力，以保证转向轻便性；当行驶速度较高时，为保持较好的路感，转向液压泵7输出的压力变小。当方向盘1的转角小时，转向阻力矩小，转向液压泵7输出的压力小；当方向盘1的转角大时，转向阻力矩大，转向液压泵7输出的压力大。转向轴的承重载荷大时，转向阻力矩大，转向液压泵7输出的压力大；当转向轴的承重载荷小时，转向阻力矩小，转向液压泵7输出的压力小。根据以上分析，采用模糊控制的方法将影响因素进行计算，得出目标的车轮转向值，与车轮转角传感器11信号进行差值比较，采用PID控制的方法，不断调整输出脉宽调制信号给驱动电路，实现转向的闭环控制。

Claims

1.一种基于车速和载荷信号控制的电动液压助力转向系统，包括一个转向控制单元（9）、一个直流电机（8）、一个转向液压泵（7）、一个贮油装置（6）和一个转向助力油缸（5）；其特征是：转向液压泵（7）与转阀（4）连接且连接于贮油装置（6）和直流电机（8）之间，转阀（4）连接转向助力油缸（5）；直流电机（8）通过驱动电路（18）连接转向控制单元（9）；转向助力油缸（5）连接转向器垂臂（12），转向器垂臂（12）的另一端通过转向直拉杆（13）连接到转向节臂（14），转向节臂（14）连接车轮（15）；转向器垂臂（12）处设置车轮转角传感器（11），车轮（15）处设置车速传感器（17），左、右车轮（15）的悬架底部连接处分别设置转向轴载荷传感器（10），方向盘（1）下是方向盘输入轴（16），方向盘输入轴（16）处设有方向盘转角传感器（3）及转矩传感器（2），所述车轮转角传感器（11）、车速传感器（17）、转向轴载荷传感器（10）、方向盘转角传感器（3）及转矩传感器（2）均分别连接转向控制单元（9）。

2.根据权利要求1所述的一种基于车速和载荷信号控制的电动液压助力转向系统，其特征是：转向控制单元（9）内预先写有控制算法，计算方向盘转角传感器（3）信号与车轮转角传感器（11）信号的差值，对驱动电路（18）的脉宽调制信号进行修正，将修正数据传递给直流电机（8），驱动直流电机（8）控制转向液压泵（7）内油液的压力和流量，油液通过转阀（4）输入转向助力油缸（5），推动车轮（15）转向。