CN103552598A - 智能电控液压助力转向系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能电控液压助力转向系统，驱动电机与转向油泵相连接，液压油箱的出油口与转向油泵的进油口相连接；智能控制系统接入车辆检测传感器的检测信号，智能控制系统还与驱动电机和步进电机相连接，由步进电机控制步进节流阀；转向油泵的出油口与步进节流阀和控制主阀相连接；步进节流阀的出油口与液压油箱的回油口相连接，控制转向油泵为控制主阀提供的输油量；控制主阀与转向助力缸相连接，转向油泵输入给控制主阀的液压油进入转向助力缸。本发明的智能电控液压助力转向系统，具有可满足不同车速下获得不同的转向要求、使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力、提高驾驶的舒适性和安全性等优点。

Description

智能电控液压助力转向系统
技术领域
本发明涉及一种智能电控液压助力转向系统，尤其是一种用于汽车转向控制的智能电控液压助力转向系统。
背景技术
目前，汽车转向系统普遍采用传统的电控液压助力转向系统，其结构形式如图4所示。这种传统的电控液压助力转向系统包括：驱动电机1、电磁离合器13、转向油泵2、控制器14、液压油箱5、电磁阀15、控制主阀7和转向助力缸8；液压油箱的出油口与所述转向油泵的进油口相连接，所述驱动电机和电磁离合器相连接，所述电磁离合器与所述转向油泵和所述控制器相连接；所述转向油泵的出油口与所述电磁阀和所述控制主阀相连接并为这两个阀门提供液压油；所述控制器与所述电磁阀相连接，用于控制电磁阀的开关，以实现回油；所述转向油泵为所述控制主阀提供液压油，然后液压油通过控制主阀进入转向助力缸，由转向助力缸在液压油的控制下实现汽车的转向助力控制。
传统的电控液压助力转向系统设置了电磁阀和控制器。该电控液压助力转向系统的电磁阀由于电磁特性的限制，环境温度不能超过80℃，而汽车发动机室的环境温度往往超过80℃，这就造成了传统的电控液压助力转向系统在实际使用过程中存在有故障率高、可靠性差等缺陷。
发明内容
本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种智能电控液压助力转向系统，以满足不同车速下获得不同的转向要求、使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力。
本发明为解决技术问题采用以下技术方案。
智能电控液压助力转向系统，其结构特点是，包括驱动电机、转向油泵、智能控制系统、步进电机、液压油箱、步进节流阀、控制主阀和转向助力缸；所述驱动电机与所述转向油泵相连接，所述液压油箱的出油口与所述转向油泵的进油口相连接；所述智能控制系统接入车辆检测传感器的检测信号，所述智能控制系统还与所述驱动电机和所述步进电机相连接，由步进电机控制步进节流阀；所述转向油泵的出油口与所述步进节流阀和所述控制主阀相连接并为所述步进节流阀和所述控制主阀提供液压油；所述步进节流阀的出油口与所述液压油箱的回油口相连接，以通过回油量的控制来控制转向油泵为控制主阀提供的输油量；所述控制主阀与所述转向助力缸相连接，转向油泵输入给所述控制主阀的液压油进入所述转向助力缸，为汽车提供转向助力。
本发明的智能电控液压助力转向系统的结构特点也在于：
所述智能控制系统包括微处理器、驱动电机控制电路和步进电机控制电路，所述微处理器与车辆检测传感器相连接；所述车辆检测传感器包括车速传感器、扭矩传感器、汽车轴重传感器和驱动电机电流传感器。
所述智能控制系统采用模糊控制系统。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
本发明的智能电控液压助力转向系统，针对不同车速给出不同的助力特性,既满足了低速工况下的大助力需求，又保证了高速工况下的路感，是当前液压助力转向系统的发展趋势。传统的电控液压助力转向系统都采用电磁阀来调节系统的油压和流量，而本发明采用新型的步进节流阀来调节系统提供给转向助力缸的油压和流量。与电磁阀相比，步进阀有如下特点:提高了滑阀的位置精度；以固定车速行驶时，执行机构不消耗电力；行驶过程中，向执行机构供给的电流被中断时，转向力不会因为滑阀位置的变动而发生快速变化，即系统出故障的情况下稳定性好。
智能电控液压助力转向系统是汽车的重要组成部分，是为保证汽车在最适宜的状态下调节驱动电机和步进节流阀，从而达到汽车液压助力转向系统工作在最低能耗上，这对驾驶舒适性和安全性都有较大的影响。
本发明的智能电控液压助力转向系统，具有可满足不同车速下获得不同的转向要求、使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力、提高驾驶的舒适性和安全性等优点。
附图说明
图1为本发明的智能电控液压助力转向系统的结构框图。
图2为本发明的智能电控液压助力转向系统的智能控制系统的结构框图。
图3为本发明的智能电控液压助力转向系统的智能控制系统采用模糊控制系统时的控制原理图。
图4为现有技术的电控液压助力转向系统的结构框图。
图1～图4中标号为；1驱动电机，2转向油泵，3智能控制系统，31微处理器，32驱动电机控制电路，33步进电机控制电路，4步进电机，5液压油箱，6步进节流阀，7控制主阀，8转向助力缸，9车速传感器，10扭矩传感器，11汽车轴重传感器，12驱动电机电流传感器，13电磁离合器，14控制器，15电磁阀。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见附图1～附图4，智能电控液压助力转向系统，其包括驱动电机1、转向油泵2、智能控制系统3、步进电机4、液压油箱5、步进节流阀6、控制主阀7和转向助力缸8；所述驱动电机1与所述转向油泵2相连接，所述液压油箱5的出油口与所述转向油泵2的进油口相连接；所述智能控制系统3接入车辆检测传感器的检测信号，所述智能控制系统3还与所述驱动电机1和所述步进电机4相连接，由步进电机4控制步进节流阀6；所述转向油泵2的出油口与所述步进节流阀6和所述控制主阀7相连接并为所述步进节流阀6和所述控制主阀7提供液压油；所述步进节流阀6的出油口与所述液压油箱5的回油口相连接，以通过回油量的控制来控制转向油泵2为控制主阀7提供的输油量；所述控制主阀7与所述转向助力缸8相连接，转向油泵2输入给所述控制主阀7的液压油进入所述转向助力缸8，为汽车提供转向助力。
所述智能控制系统包括微处理器31、驱动电机控制电路32和步进电机控制电路33，所述微处理器31与车辆检测传感器相连接；所述车辆检测传感器包括车速传感器9、扭矩传感器10、汽车轴重传感器11和驱动电机电流传感器12。
所述智能控制系统3采用模糊控制系统。
车速传感器9、扭矩传感器10、汽车轴重传感器11和驱动电机电流传感器12将测得的汽车的运行参数发送给微控制器31，由微控制器根据运行参数产生相应的控制信号，从而控制转向油泵为控制主阀和转向助力缸提供的输油量，进而实现助力特性的调节和供给。
本发明的智能电控液压助力转向系统，针对不同车速给出不同的助力特性，既满足了低速工况下的大助力需求，又保证了高速工况下的路感，是当前电控液压助力转向系统的发展趋势。现行的电控液压助力转向系统都采用电磁阀来调节系统的油压和流量，而本发明的电控液压助力转向系统推出了一种采用步进电机控制的节流阀的阀特性式的系统。与电磁阀相比，步进节流阀有如下特点：提高了滑阀的位置精度；以固定车速行驶时，执行机构不消耗电力；行驶过程中，向执行机构供给的电流被中断时，转向力不会因为滑阀位置的变动而发生快速变化，即系统出故障的情况下稳定性好。传统电控液压助力转向系统的电磁阀由于电磁特性的限制，环境温度不能超过800℃，而汽车发动机室的环境温度往往超过800℃，这就造成了实际使用中故障率高、可靠性差等缺陷。而步进节流阀能够在1200℃以下的环境温度中正常工作。由步进电机转动停留的位置，定义步进阀各阀口的导通状态。本发明的智能电控液压助力转向系统，具有结构简单、性能稳定、抗干扰能力强、环境温度达到1200℃，能满足车辆要求，并可轻易实现闭环控制，取代电液伺服阀控制器可靠性差、成本高等缺陷。
本发明对其控制器采用了智能化控制系统，是以车速、扭距传感器为被控制量，以传感器所获得的车速、扭距状态为检测信号，以驱动电机和步进阀为被控器件。本发明改变传统电控液压助力转向系统的工作模式，通过驱动电机和步进阀自动调整和控制液压系统的压力、流量，确保方向盘在最佳的状态下工作，能满足不同车速下获得不同的转向要求，并解决了汽车液压助力转向装置将不受汽车发动机布局的限制，可彻底改变大型客车后置式发动机转向系统布置难题。
如图2为智能控制系统的框图。微处理器采用采用TI公司的运动控制专用芯片TMS320LF2407为核心控制CPU。
LF2407型DSP芯片是一款高性能16位定点DSP，该系列DSP控制器将实时信号处理能力和控制器外设功能集于一身，特别适合于工业控制应用。其芯片供电电压为3.3V，降低了控制器的功耗。高达40M1PS的执行速度(工作最高频率为40MEz)，片内有32K字的Flash程序存贮器，544字的DARAM和2K字的SARAM，可以外扩存贮器总共有：194K字空间，片内集成了看门狗(WDT)；提供多达16路模拟输入的10位A/D，最小转换时间为375ns；高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚。具有低成本、低功耗、高速运算能力和高性能处理能力的优点；同时有专用于电机控制的两个事件管理模块EVA与EVB模块，非常适合于电机控制除此这外，LF2407还带有CAN总线模块，适合于汽车对数据传送的要求。因此，该DSP芯片可以满足作为此系统主控芯片的要求。
如图3，检测部分由车速传感器、扭矩传感器、重量传感器构成。控制部分包括：1）LF2407及外围电路；2）两个变频控制电路：驱动电机的变频电路及步进节流阀的变频电路，两个电路均由驱动电路及主电路组成，主电路均采用IGBT。在实际应用中，以LF2407的事件管理器EVA用以控制驱动电机的调速、以事件管理器EVB用以控制步进阀。以车速、转向盘转矩为被控制量，以传感器所获得的车速、汽车轴重、转向盘转矩状态为检测信号，以驱动电机和步进阀为被控器件。
智能控制系统可采用模糊控制系统。模糊控制系统由模糊化、模糊推理、去模糊化三部分组成。采用模糊控制系统时，汽车液压助力转向系统模糊控制方式如图3所示。模糊控制系统的输入有四个：转向盘转矩信号、汽车车速信号、汽车轴重信号、电机电流信号。
本发明的种智能电控液压助力转向系统，可解决大中型汽车转向轻便性和灵敏性的矛盾，使驾驶员在汽车低速行驶时获得较大助力，高速行驶时获得较强的路感。本系统可根据车速传感器提供的信号，经处理后输出PWM的占空比来控制步进阀，以达到控制反力室压力的目的。另外，在电机与动力转向泵之间取消了电磁离合器，由电机控制电路根据转向盘转矩信号控制其驱动电机的变频电路（LF2407的事件管理器EVA用以控制驱动电机的调速），使动力转向泵在不需要助力时停止工作，降低了能量消耗。试验表明该系统能满足不同车速下获得不同的转向要求，解决了我国汽车转向系统制造业的难点。

Claims (3)

1.智能电控液压助力转向系统，其特征是，包括驱动电机（1）、转向油泵（2）、智能控制系统（3）、步进电机（4）、液压油箱（5）、步进节流阀（6）、控制主阀（7）和转向助力缸（8）；所述驱动电机（1）与所述转向油泵（2）相连接，所述液压油箱（5）的出油口与所述转向油泵（2）的进油口相连接；所述智能控制系统（3）接入车辆检测传感器的检测信号，所述智能控制系统（3）还与所述驱动电机（1）和所述步进电机（4）相连接，由步进电机（4）控制步进节流阀（6）；所述转向油泵（2）的出油口与所述步进节流阀（6）和所述控制主阀（7）相连接并为所述步进节流阀（6）和所述控制主阀（7）提供液压油；所述步进节流阀（6）的出油口与所述液压油箱（5）的回油口相连接，以通过回油量的控制来控制转向油泵（2）为控制主阀（7）提供的输油量；所述控制主阀（7）与所述转向助力缸（8）相连接，转向油泵（2）输入给所述主控制阀（7）的液压油进入所述转向助力缸（8），为汽车提供转向助力。
2.根据权利要求1所述的智能电控液压助力转向系统，其特征是，所述智能控制系统（3）包括微处理器（31）、驱动电机控制电路（32）和步进电机控制电路（33），所述中央处理器（31）与车辆检测传感器相连接；所述车辆检测传感器包括车速传感器（9）、扭矩传感器（10）、汽车轴重传感器（11）和驱动电机电流传感器（12）。
3.根据权利要求1和2所述的智能电控液压助力转向系统，其特征是，所述智能控制装置（3）采用模糊控制系统。
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