CN104002857B - 插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统及其控制方法，本系统充分利用插电式混合动力客车的特点，将发动机转向泵助力转向系统与电动助力转向系统实现机电耦合，有效地解决了车辆运营安全、整车节能以及动力电池失效模式下的公交运营需求问题。此方法充分利用插电式混合动力客车配置结构特点，将传统发动机助力转向系统与电动助力转向系统有效耦合，实现了双通道助力转向，所采用的控制方法，可确保传统助力转向与电动助力转向适时合理工作，提高了整车的可靠性，降低了能耗，并满足批量化生产的要求。

Description

插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统及其控制方法。

背景技术

插电式混合动力客车由于有纯电动和混合动力两种工作模式，因此，有必要安装电动助力转向系统，以保证在纯电动模式下的转向要求。

目前，国内对于传统客车产品的助力转向一般由发动机驱动的液压泵提供液压动力，电动客车的助力转向由动力电池驱动的液压泵提供液压动力。而对于插电式混合动力客车，上述两种方式似乎都可行。但如果仍旧采用发动机传统助力转向系统，那么即使车辆在纯电驱动的模式下，发动机也必须处于怠速工况，仍然消耗燃油，不能充分利用动力电池的电量，节能效果会降低；如果一直采用电动助力，则动力电池电量除了要满足一定的续驶里程外，还需要提供部分能量供给助力电机，动力电池能量变大，整车成本增加。同时，若此时电动助力失效，如无备用助力系统，则会产生一定的安全隐患。受制于电池技术的壁垒，插电式混合动力客车产品在动力电池失效或暂时取消的情况下，公交企业若仍需要车辆运营，则必须仍能够通过传统助力实现车辆运行。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统及其控制方法，该方法将发动机转向泵助力转向系统与电动助力转向系统实现机电耦合，有效地解决了车辆运营安全、整车节能以及动力电池失效模式下的公交运营需求问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统，包括助力油壶，助力油壶连接电动泵的进油口和发动机转向泵的进油口，电动泵的出油口、发动机转向泵的出油口连接转向机，转向机连接助力油壶的回油口；所述发动机转向泵连接发动机，发动机与ISG电机连接，控制ISG电机的电动机控制器连接电池，控制所述发动机的发动机控制器与整车控制器连接，整车控制器连接变频器的控制端，所述变频器与电动泵连接。

所述助力油壶通过低压油管连接三通的一个接口，三通的另外两个接口分别连接电动泵的进油口和发动机转向泵的进油口。

所述发动机转向泵的出油口连接梭阀具有单向阀的进油口一端，梭阀的进油口另一端连接电动泵的出油口，梭阀的出油口连接转向机的进油口。

所述梭阀的出油口与转向机的进油口之间设有减压阀。

所述电动泵连接转速传感器，转速传感器通过导线与整车控制器连接。

采用插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统的控制方法，具体为：

(1)由电动泵工作状态切换到发动机转向泵工作时，电动泵等待T1时间后再停止工作，T1为发动机转向泵建立压力的时间；

(2)由发动机转向泵工作状态切换到电动泵工作时，发动机转向泵等待T2时间后再停止工作，T2为电动泵转速从0到n的时间，其中n为电动泵建立转向压力时的转速；

(3)纯电动助力模式失效，传统助力模式即时切入。

所述步骤(1)的具体方法为：整车控制器发送高压启动发动机总线信号给电机控制器，电机控制器接收信号后，启动扭矩，使发动机的转速从零到怠速，由于发动机转向泵与发动机机械连接，因此，发动机转向泵开始工作，整车控制器输出物理线控制信号，变频器停止工作，进而电动泵停止工作；整车控制器发送高压启动发动机总线信号到发动机启动至怠速的时间，为发动机转向泵建立压力的时间，即T1。

所述步骤(2)的具体方法为：整车控制器输出物理控制信号给变频器，变频器开始软启动直至输出驱动电源稳定，电动泵转速从0至转速n，n为电动泵建立转向压力时的转速，当转速到达n后，转速传感器传输信号给整车控制器，整车控制器发送发动机停机总线信号给发动机控制器，发动机控制器控制发动机停止工作，整车控制器输出物理控制信号到电动泵转速达到n过程的时间，即为T2。

所述步骤(3)的具体方法为：整车控制器通过总线实时读取变频器高压输入、输出端电流数据，若在标定的T3时间内未接收到电流数据，则立即通过ISG电机或传统起动机启动发动机进入混合动力模式，恢复传统助力，同时切断电动助力控制。

所述时间T1、T2为发动机泵与电动泵同时工作的重叠时间，此时间的标定既要保证梭阀输出油管不至于过压损坏又不至于压力过大使转向短时间(0.1秒至5秒)内过于灵活。

本发明的工作原理为：

发动机转向泵工作时，液压油依次通过助力油壶-三通-发动机转向泵-梭阀-减压阀-转向机-助力油壶；电动泵工作时，液压油依次通过助力油壶-三通-电动泵-梭阀-减压阀-转向机-助力油壶；电动泵和发动机转向泵短时同时工作时，(1)若发动机转向泵输出端压力高于电动泵输出端压力，则液压油通过发动机转向泵与电动泵输出到梭阀；(2)若发动机转向泵输出端压力低于电动泵输出端压力，则液压油通过电动泵输出，发动机转向泵输出端截止。

在上述电动泵与发动机转向泵同时工作时，情况(1)易导致输出压力过大，使得梭阀输出端压力长时间承受过压导致其使用寿命缩短甚至爆管；情况(2)可能会导致发动机转向泵堵转，对发动机转向泵不利。因此，加装减压阀，在过压时及时泄压，同时控制电动泵与发动机转向泵只能短时间同时工作，既保证安全可靠，也保证两泵在切换时对驾驶员的舒适度没有影响。

本发明的有益效果为：

1、助力油壶、发动机转向泵、转向机组成传统助力转向系统；助力油壶、电动泵、转向机组成电动助力转向系统；两个系统通过一个三通、一个梭阀、一个减压阀及液压油管耦合在一起，形成机电耦合助力转向系统，将传统发动机助力转向系统与电动助力转向系统有效耦合，实现了双通道助力转向；

2、所述的耦合助力系统及控制方法，针对插电式混合动力，即动力电池电量可通过外接充电或车辆滑行及制动得以补充，不需要通过发动机燃油能量进行补充，助力转向电机电源直接来自于动力电池，能量损失低。与采用发动机驱动的ISG发电机给高压储能器补充电量，再将能量供给给转向助力电机相比，其效率损失大大减少，能耗降低；

3、所采用的电动助力失效模式下的控制方法，可确保传统助力转向及时切入，提高了整车的安全可靠性；

4、所采用的助力耦合系统，可满足公交运营企业在无动力电池模式下，车辆仍可以以传统车使用，不影响公交企业的正常运营。

附图说明

图1为本发明的转向系统结构示意图。

其中：1、助力油壶；2、三通；3、电动泵；4、发动机转向泵；5、梭阀；6、减压阀；7、转向机；8、液压油管；9、高压电池；10、电机控制器；11、ISG电机；12、发动机；13、变频器；14、整车控制器；15、转速传感器；16、发动机控制器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示一种插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统，包括1、助力油壶；2、三通；3、电动泵；4、发动机转向泵；5、梭阀；6、减压阀；7、转向机；8、液压油管；9、高压电池；10、电机控制器；11、ISG电机；12、发动机；13、变频器；14、整车控制器；15、转速传感器；16、发动机控制器。其中助力油壶1、发动机转向泵4、转向机7组成传统助力转向系统；助力油壶1、电动泵3、转向机7组成电动助力转向系统。两者通过一个三通2、一个梭阀5、一个减压阀6及液压油管8耦合在一起，形成机电耦合助力转向系统。高压电池9、变频器13、电动泵3、整车控制器14、转速传感器15组成电动泵控制系统；高压电池9、电机控制器10、ISG电机11、发动机12、发动机控制器16、发动机转向泵4、整车控制器14组成发动机转向泵控制系统。

助力油壶1通过低压油管与三通2的一个接口连接，三通2其余两个接口中一个与电动泵3的进油口连接，一个与发动机转向泵4的进油口连接；发动机转向泵4的出油口与梭阀5带有单向阀的进油口一端连接，电动泵3的出油口与梭阀5的另一进油口端连接；梭阀5的出油口经过减压阀6后与转向机7的进油口连接，转向机7的出油口与助力油壶4的回油口连接。

高压电池9与变频器13通过正、负两条导线与变频器13的直流端电力连接；变频器13的交流输出端通过三条导线与电动泵3电力连接；整车控制器14通过一条控制线与变频器13控制端连接，同时与发动机控制器16的CAN总线连接；转速传感器15采集电动泵3的转速信号，通过导线与整车控制器14连接；高压电池9与电机控制器10通过正负两条导线与电机控制器10的直流输入端电力连接；电机控制器10的交流输出端通过三条导线与ISG电机11电力连接；ISG电机11与发动机12机械连接；发动机转向泵4与发动机12机械连接。

发动机转向泵4是与发动机12连接在一起的装置，其工作启停状态与发动机启停状态一致。

三通2的三个接口无流向区别，不需区分。

发动机转向泵4工作时，液压油依次通过助力油壶1-三通2-发动机转向泵4-梭阀5-减压阀6-转向机7-助力油壶1；电动泵3工作时，液压油依次通过助力油壶1-三通2-电动泵3-梭阀5-减压阀6-转向机7-助力油壶1；电动泵3和发动机转向泵4短时同时工作时，(1)若发动机转向泵4输出端压力高于电动泵3输出端压力，则液压油通过发动机转向泵4与电动泵3输出到梭阀5；(2)若发动机转向泵4输出端压力低于电动泵3输出端压力，则液压油通过电动泵3输出，发动机转向泵4输出端截止。

在上述电动泵3与发动机转向泵4同时工作时，情况(1)易导致输出压力过大，使得梭阀5输出端压力长时间承受过压导致其使用寿命缩短甚至爆管；情况(2)可能会导致发动机转向泵4堵转，对发动机转向泵4不利。因此，加装减压阀6，在过压时及时泄压，同时控制电动泵3与发动机转向泵4只能短时间同时工作，既保证安全可靠，也保证两泵在切换时对驾驶员的舒适度没有影响。

两泵在工作时按照以下控制方法：

由电动泵3工作切换到发动机转向泵4工作，此过程电动泵3需等待发动机转向泵4建立压力(转速从零到怠速)再停止工作，发动机转向泵4建立压力时间为t1。具体为：整车控制器14发送高压启动发动机总线信号，电机控制器10接收整车控制器14发送的总线信号后，按照程序预设的启动扭矩，短时间以大扭矩启动发动机12到怠速，因发动机转向泵4与发动机12机械连接，所以发动机转向泵4开始工作，此时整车控制器14输出物理线控制信号停止变频器13工作，进而电动泵3停止工作。t1为从整车控制器14发送总线信号起到发动机12启动成功到怠速的时间。

由发动机转向泵4工作切换到电动泵3工作，此过程发动机转向泵4需等待电动泵3稳定工作后再停止工作，电动泵3稳定时间为t2。具体为：整车控制器14输出物理控制信号给变频器13，变频器13开始软启动直至输出驱动电源稳定，电动泵3转速从0至转速n(n为建立转向压力时的转速)，整车控制器14接收电动泵3转速传感器15信号(至转速n时的信号)后，发送发动机停机总线信号给发动机控制器16，发动机控制器16控制发动机12停止工作。t2为从整车控制器14输出物理控制信号到电动泵3转速达到n过程的时间。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.采用插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统的控制方法，所述插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统包括助力油壶，助力油壶连接电动泵的进油口和发动机转向泵的进油口，电动泵的出油口、发动机转向泵的出油口连接转向机，转向机连接助力油壶的回油口；所述发动机转向泵连接发动机，发动机与ISG电机连接，控制ISG电机的电动机控制器连接电池，控制所述发动机的发动机控制器与整车控制器连接，整车控制器连接变频器的控制端，所述变频器与电动泵连接；其特征是：具体为：

(1)由电动泵工作状态切换到发动机转向泵工作时，电动泵等待T1时间后再停止工作，T1为发动机转向泵建立压力的时间；

(2)由发动机转向泵工作状态切换到电动泵工作时，发动机转向泵等待T2时间后再停止工作，T2为电动泵转速从0到n的时间，其中n为电动泵建立转向压力时的转速；

(3)纯电动助力模式失效，传统助力模式即时切入；

所述步骤(1)的具体方法为：整车控制器发送高压启动发动机总线信号给电机控制器，电机控制器接收信号后，启动扭矩，使发动机的转速从零到怠速，由于发动机转向泵与发动机机械连接，因此，发动机转向泵开始工作，整车控制器输出物理线控制信号，变频器停止工作，进而电动泵停止工作；整车控制器发送高压启动发动机总线信号到发动机启动至怠速的时间，为发动机转向泵建立压力的时间，即T1。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征是：所述助力油壶通过低压油管连接三通的一个接口，三通的另外两个接口分别连接电动泵的进油口和发动机转向泵的进油口。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征是：所述发动机转向泵的出油口连接梭阀具有单向阀的进油口一端，梭阀的进油口另一端连接电动泵的出油口，梭阀的出油口连接转向机的进油口。

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征是：所述梭阀的出油口与转向机的进油口之间设有减压阀。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征是：所述电动泵连接转速传感器，转速传感器通过导线与整车控制器连接。

6.如权利要求1所述的采用插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统的控制方法，其特征是：所述步骤(2)的具体方法为：整车控制器输出物理控制信号给变频器，变频器开始软启动直至输出驱动电源稳定，电动泵转速从0至转速n，n为电动泵建立转向压力时的转速，当转速到达n后，转速传感器传输信号给整车控制器，整车控制器发送发动机停机总线信号给发动机控制器，发动机控制器控制发动机停止工作，整车控制器输出物理控制信号到电动泵转速达到n过程的时间，即为T2。

7.如权利要求1所述的采用插电式混合动力客车机电耦合助力转向系统的控制方法，其特征是：所述步骤(3)的具体方法为：整车控制器通过总线实时读取变频器高压输入、输出端电流数据，若在标定的T3时间内未接收到电流数据，则立即通过ISG电机或传统起动机启动发动机进入混合动力模式，恢复传统助力，同时切断电动助力控制。