CN102303642A - 一种可调助力的液压助力转向系统及其助力转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调助力的液压助力转向系统及其助力转向控制方法。本发明的可调助力的液压助力转向系统包括与发动机相连的动力转向泵、与动力转向泵的出油口相连的动力转向器、采集系统油压的压力传感器、车速传感器以及ECU，所述动力转向泵压力油口还连接有与动力转向器并联并调节动力转向器液压助力的辅助电子助力缸，所述辅助电子助力缸包括助力油缸、以及与所述ECU控制相连用于驱动助力油缸的直流电动机。本发明能从根本上解决传统的液压助力转向系统在低速时转向系统轻便性不好、在高速时转向系统操纵性不好等问题。

Description

一种可调助力的液压助力转向系统及其助力转向控制方法

 

技术领域

本发明涉及一种液压助力转向系统，尤其涉及用于汽车转向的一种可调助力的液压助力转向系统及其助力转向控制方法。

背景技术

传统的齿轮齿条式液压助力转向系统由于动力转向泵和发动机曲轴通过多楔带传动直接相连，当发动机怠速或车速比较低时，由于发动机转速低，由发动机直接带动的动力转向泵转速也低，此时动力转向泵输出的转向液压强并不大，提供给齿条的助力也不大，而我们车辆需要在发动机怠速或车辆低速时，转向助力要尽量大些，以增加车辆的转向轻便性；当车辆在高速行驶时，发动机转速较高，由发动机直接带动的动力转向泵转速也高，此时动力转向泵输出的转向液压强比较大，提供给齿条的助力也比较大，导致高速时方向盘打飘，难以操控！而良好的汽车操纵性能需要保证：汽车低速或怠速时方向盘轻便，高速时方向盘不打飘。显然传统的液压助力转向系统并不能满足汽车良好操纵性能的要求。

后来电子液压助力转向系统能很好的解决此问题，但是这种电子液压助力转向系统需要一个功率比较大的电动机来驱动动力转向泵，并由ECU即电子控制单元直接控制电动机的转速，但此电动机体积较大。公开号为CN101233040A的中国专利公开了一种电动液压转向系统,该转向系统包括通过操作元件控制的转向装置,该转向装置用于为转向马达供给压力介质。根据对操作元件的操纵或者根据外部信号,通过转向阀为转向马达供给附加压力介质量。虽然这种电子液压助力转向系在附加压力介质流动线路中设有截止阀,该截止阀能够被置于截止位置,以截断流向转向马达的附加压力介质流动线路，但是它的电动机体积依然很大，给车辆整体布置带来麻烦，同时由于此电动机功率较大，造成车载蓄电池负载较大，影响车载蓄电池的使用寿命。

发明内容

本发明主要是提供了一种可调助力的液压助力转向系统及其助力转向控制方法，能从根本上解决传统的液压助力转向系统在低速时转向系统轻便性不好、在高速时转向系统操纵性不好等问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：它包括与发动机相连的动力转向泵、与动力转向泵的出油口相连的动力转向器、采集系统油压的压力传感器、车速传感器以及ECU,其特征在于，所述动力转向泵压力油口还连接有与动力转向器并联并调节动力转向器液压助力的辅助电子助力缸，所述辅助电子助力缸包括助力油缸、以及与所述ECU控制相连用于驱动助力油缸的直流电动机。发动机用于带动动力转向泵，动力转向泵将发动机传递的动能转化为动力转向器的转向油压，压力传感器、车速传感器将系统的转向油压强、发动机转速等信号传递到ECU进行综合分析，然后将控制信号传递到辅助电子助力缸中的电动机上，由电动机驱动助力油缸，通过助力油缸调节转向油压强，从而达到调节动力转向器液压助力的大小。

作为优选，所述电动机为正反转的直流电动机。本发明的电动机只是用来驱动助力油缸活塞进行增压或减压，所以不需要很大的功率，由于直流电动机体积小，质量轻，耗能小，采用直流电动机节省了能量、空间、减轻了车辆自重，为车辆的总布置带来极大的方便。

作为优选，所述动力转向器为齿轮齿条式液压助力转向器，所述齿轮齿条式液压助力转向器包括包括齿轮齿条结构、助力转向油缸与助力转向油缸相连的转阀。齿轮齿条式液压助力转向器通过齿轮带动齿条进行转向，助力转向油缸通过转阀与动力转向泵相连，借助转向液来带动助力转向油缸的推杆，从而推动或拉动齿条，为转向提供助力。转阀通过转动来控制转向液进入助力转向油缸的左腔或右腔。

作为优选，所述助力油缸包括一端开口的缸体及设置在缸体内的活塞，所述缸体上设有进油口和出油口，所述缸体的开口端连接有一导杆套，所述导杆套内设置有导杆孔，所述导杆孔内套接有导杆，所述导杆一端设置在活塞上，另一端与电动机的转轴螺纹连接。导杆套连接在缸体的开口端，导杆一端与活塞相对固定，另一端与电动机的转轴螺纹连接，这样通过电动机的正反转，能带动活塞前进或后退，同时当电动机停止时，电动机转轴和导杆之间还形成了自锁，使得活塞静止，进行保压。

作为优选，所述辅助电子助力缸上设有监控该油缸的活塞位移的行程开关，所述行程开关与ECU相连。使用行程开关，防止活塞与助力油缸、导杆套等部件接触导致损伤，对辅助电子助力缸内的部件进行保护。

作为优选，所述活塞上设置有T型槽，所述导杆的一端设置在T型槽内，并与T型槽小间隙配合。

作为优选，所述导杆孔为台阶孔,所述台阶孔的大孔端与活塞间隙配合，所述所述台阶孔的小孔端的内径小于活塞的外径。这样活塞可以在助力油缸和导杆套之间滑动，从而减少了助力油缸的长度，由此使得生产成本降低。

作为优选，所述动力转向泵的出油口的管路上设置有三通阀，该三通阀的三个端口分别与动力转向器、所述动力转向泵、所述辅助电子助力缸相连。

作为优选，所述电动机与车载蓄电池相连。车载蓄电池为电动机提供动力。

一种可调助力的液压助力转向系统的助力转向控制方法，包括：

助力补偿控制，ECU接收并对压力传感器、车速传感器传递的信号进行综合分析，计算出此时动力转向泵输出的转向液压强与设定值之间的偏差，向电动机发送一个正转或反转信号，电动机开始运转，从而推动助力油缸的活塞动作对转向液压强补偿，当转向液压强达到设定值时，ECU向电动机发送停止信号，电动机停止动作，助力油缸的活塞停止，进行保压；

助力过载保护控制，ECU接收并对压力传感器、车速传感器传递的信号进行综合分析，计算出此时动力转向泵输出的转向液压强与设定值之间的偏差，并判断出转向液压强过载时，向电动机发送一个快速反转泄压信号，助力油缸泄压。

本发明带来的有益效果是，本发明能从根本上解决传统的液压助力转向系统在低速时转向系统轻便性不好、在高速时转向系统操纵性不好等问题；且与现在的电子液压助力转向系统相比，没有大功率的电动机，即发明中直流电动机由于只是用来推动活塞前进或后退，所以不需要很大的力去驱动活塞，故此采用体积小、质量轻、耗能小的直流电动机，这样能节省了空间、节省了车辆自重，为车辆的总布置带来方便；另一方面由于现在的轿车转向系统多以齿轮齿条式液压助力转向系统为主，本发明可以在现有的结构、原理上进行升级改进，能利用现有的齿轮齿条式液压助力转向系统的生产设备，使用起来经济实惠、方便可靠。

附图说明

附图1是本发明的一种连接结构示意图；

附图2是本发明的辅助电子助力缸与ECU的一种连接结构示意图；

附图3是本发明的动力转向器的一种剖视结构示意图。

标号说明：1、动力转向器；1-1、齿轮；1-2齿条；1-3、扭杆；2、动力转向泵；3、转向储液罐；4、ECU；5、车速传感器；6、压力传感器；7、直流电动机；8、辅助电子助力缸；8-1、助力油缸； 8-2、助力油缸活塞；8-3、助力油缸进油口；8-4、助力油缸出油口；8-5、助力油缸缸体；9、导杆套；10、导杆；11、回位弹簧；12、行程开关一；13、行程开关二；14、三通阀；15、车载蓄电池。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本实施例的一种可调助力的液压助力转向系统如图1所示，包括转向储液罐3、动力转向泵2、与动力转向泵2的出油口相连的动力转向器1、采集系统油压的压力传感器6、车速传感器5以及ECU4, 动力转向泵2上的皮带轮与发动机曲轴驱动轮通过多楔带连接，动力转向泵2的压力油口通过三通阀14分别与辅助电子助力缸8、动力转向器1通过管路相连，辅助电子助力缸8包括助力油缸8-1、以及与ECU4相连用于驱动助力油缸8-1的正反转直流电动机7，该电动机通过车载蓄电池15驱动。ECU4编入了预先设计好的车速、转向系统压力与转向系统操纵力大小之间的关系。

如图1、3所示，动力转向器1为齿轮齿条式液压助力转向器，齿轮齿条式液压助力转向器包括齿轮齿条结构、助力转向油缸以及与助力转向油缸相连并控制助力转向油缸缸体进油方向的转阀，齿轮齿条结构包括与方向盘连接的扭杆1-3，扭杆1-3下端装有齿轮1-1，该齿轮1-1与齿条1-2相连，齿条1-2一端安装有助力转向油缸，助力转向油缸的推杆与方向盘相连并与齿条1-2相对固定。压力传感器6安装在动力转向泵2与动力转向器1进油口之间，测出进入动力转向器1的转阀内的高压转向液的压强，反馈给ECU4。

如图1、2所示助力油缸8-1包括一端开口的助力油缸缸体8-5及安装在助力油缸缸体8-5内的助力油缸活塞8-2，助力油缸活塞8-2和助力油缸缸体8-5之间安装有回位弹簧11，助力油缸缸体8-5上制有助力油缸进油口8-3和助力油缸出油口8-4，动力转向泵2的压力油口与助力油缸缸体8-5的助力油缸进油口8-3相连，助力油缸缸体8-5的开口端连接有一导杆套9，导杆套9内制有台阶型导杆孔，导杆孔内套接有导杆10，导杆孔的大孔端与助力油缸活塞8-2的外径相配合，导杆孔的小孔端的内径小于助力油缸活塞8-2的外径，导杆10一端安装在助力油缸活塞8-2上制有的T型槽内并与T型槽小间隙配合，另一端制有内螺纹与电动机的转轴螺纹连接，此时导杆10只能通过电动机转轴带动后而进行前后移动，不能转动。安装时，保证助力油缸缸体8-5、助力油缸活塞8-2、导杆10、导杆套9、直流电动机7的转轴同心。当发动机未启动时，助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2位于初始位置，回位弹簧11未受力，助力油缸活塞8-2位于导杆套9一端，此时助力油缸8-1的助力油缸进油口8-3打开，助力油缸出油口8-4关闭。当直流电动机7或ECU4失效后，由于助力油缸活塞8-2位置一直留在初始位置，不会造成转向系统内压力的卸压，此时汽车可以通过齿轮齿条式液压助力转向器工作，设定助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2这样的初始位置使得系统的可靠性提高。

如图2所示，辅助电子助力缸8上还安装有与ECU4相连的行程开关一12和行程开关二13，其中行程开关一12安装在助力油缸8-1一端的内侧壁上，行程开关二13安装在T型导杆孔的大孔端，并且该行程开关露出于大孔端的内孔壁。当助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2运动接触到行程开关一12时，为了防止打爆缸体，此时行程开关给ECU4一个信号，ECU4判定助力油缸活塞8-2已到极限位置，此是ECU4命令直流电动机7停止转动；当助力油缸活塞8-2运动接触到行程开关二13时，为了防止助力油缸活塞8-2碰到导套，此时直流电动机7也将停止转动。

一种可调助力的液压助力转向系统的助力转向控制方法，包括助力补偿控制和助力过载保护控制，其中助力补偿控制包括助力正补控制和助力负补控制。

1）助力正补控制：当发动机怠速或车辆低速行驶时，此时发动机转速低，由于动力转向泵2的皮带轮与发动机曲轴驱动轮通过多楔带传动，此时动力转向泵2转速低，动力转向泵2输出的转向液压强低，此时车速传感器5和压力传感器6将各自的信号传给ECU4,ECU4将收到的车速信息、转向液压力信息进行综合分析，判定此时动力转向泵2输出的转向液压强过低，此时ECU4给直流电动机7一个正转信号，直流电动机7旋转，由于直流电动机7与导杆10之间为螺纹连接，且导杆10只能移动，不能转动，直流电动机7的旋转必将带动导杆10前移，导杆10前移推动助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2前移，随着助力油缸活塞8-2的前移，助力油缸8-1的助力油缸缸体8-5工作腔的体积逐渐减小，此时转向液被压缩，转向液的压强逐渐增大，当增大到设定值时，压力传感器6给ECU4一个信号，ECU4收到信号并判定此时系统压力已经足够，ECU4传递给直流电动机7一个信号，命令直流电动机7停止转动，此时直流电动机7停转，由于导杆10与电动机之间的螺纹连接为自锁结构，故直流电动机7停转后，导杆10不能移动，助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2和导杆10通过T型槽连接，也不能移动，此时转向系统压力保持一个定值不变，此时相当于转向系统保压过程。

2）助力负补控制：随着发动机转速的提高，动力转向泵2的转速也跟着提高，动力转向泵2输出的高压转向液压强提高，此时车速传感器5将车速信号传给ECU4、压力传感器6将压力信号传给ECU4,ECU4经过综合分析，判定此时转向系统压力过大、车速过快，ECU4给直流电动机7一个信号，命令直流电动机7反转，此时导杆10后退，助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2跟着导杆10后退，助力油缸8-1的助力油缸缸体8-5工作腔体积增大，转向系统压力减小，进入动力转向器1转阀的工作压力减小，从而使得进入动力转向器1助力转向油缸左腔或右腔的压力减小，动力转向器1提供的助力减小，此时方向盘变的沉重，方向盘操纵性变好。

3）助力过载保护控制：当发动机转速提高过快，如深踩油门急加速时，动力转向泵2转速提高过快，动力转向泵2输出的转向液压强升高过快，压力传感器6、车速传感器5将检测到的信号传给ECU4，ECU4经过综合分析，判定转向系统油压过大，命令直流电动机7快速反转，此时导杆10快速后退，助力油缸8-1的助力油缸活塞8-2也快速后退至将助力油缸8-1的助力油缸出油口8-4与助力油缸活塞8-2的圆周壁上制有的泄压孔连通，高压的转向液通过助力油缸缸体8-5的助力油缸出油口8-4直接流向转向储液罐3，此是转向系统快速泄压，保证了在高速和急加速时，转向系统的操纵性。

Claims (10)

1. 一种可调助力的液压助力转向系统，包括与发动机相连的动力转向泵、与动力转向泵的出油口相连的动力转向器、采集系统油压的压力传感器、车速传感器以及ECU,其特征在于，所述动力转向泵压力油口还连接有与动力转向器并联并调节动力转向器液压助力的辅助电子助力缸，所述辅助电子助力缸包括助力油缸、以及与所述ECU控制相连用于驱动助力油缸的直流电动机。

2.根据权利要求1所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述电动机为正反转的直流电动机。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述动力转向器为齿轮齿条式液压助力转向器，所述齿轮齿条式液压助力转向器包括齿轮齿条结构、助力转向油缸与助力转向油缸相连的转阀。

4.根据权利要求1所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述助力油缸包括一端开口的缸体及设置在缸体内的活塞，所述缸体上设有进油口和出油口，所述缸体的开口端连接有一导杆套，所述导杆套内设置有导杆孔，所述导杆孔内套接有导杆，所述导杆一端设置在活塞上，另一端与电动机的转轴螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述辅助电子助力缸上设有监控该油缸的活塞位移的行程开关，所述行程开关与ECU相连。

6.根据权利要求4所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述活塞上设置有T型槽，所述导杆的一端设置在T型槽内，并与T型槽小间隙配合。

7.根据权利要求4或5或6所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述导杆孔为台阶孔,所述台阶孔的大孔端与活塞间隙配合，所述所述台阶孔的小孔端的内径小于活塞的外径。

8.根据权利要求1或4或5或6所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述动力转向泵的出油口的管路上设置有三通阀，该三通阀的三个端口分别与动力转向器、所述动力转向泵、所述辅助电子助力缸相连。

9.根据权利要求1或4或5或6所述的一种可调助力的液压助力转向系统，其特征在于，所述电动机与车载蓄电池相连。

10.一种基于权利要求1所述的可调助力的液压助力转向系统的助力转向控制方法，其特征在于，包括：

助力补偿控制，ECU接收并对压力传感器、车速传感器传递的信号进行综合分析，计算出此时动力转向泵输出的转向液压强与设定值之间的偏差，向电动机发送一个正转或反转信号，电动机开始运转，从而推动助力油缸的活塞动作对转向液压强补偿，当转向液压强达到设定值时，ECU向电动机发送停止信号，电动机停止动作，助力油缸的活塞停止，进行保压；

助力过载保护控制，ECU接收并对压力传感器、车速传感器传递的信号进行综合分析，计算出此时动力转向泵输出的转向液压强与设定值之间的偏差，并判断出转向液压强过载时，向电动机发送一个快速反转泄压信号，助力油缸泄压。

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