CN104527774B - 双电机电动助力转向系统及其助力转向方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法，所述系统中方向盘下方连接第一转向轴，第一转向轴通过万向节连接第二转向轴；方向盘转矩转角传感器设置于方向盘下方，用于实时采集方向盘的转矩、转角信号；第一助力电机和第二助力电机通过第一转矩耦合器并联，第二助力电机与第一转矩耦合器之间连接第一电磁离合器；转矩耦合器的输出端与第二转向轴通过第二转矩耦合器并联；第二转矩耦合器的输出端通过第三转向轴连接转向器。本发明通过设置两台通过转矩耦合器相连的助力电机，根据所需助力转矩的大小，控制单个助力电机或者两台助力电机同时输出转矩，满足商务客等需要较大转矩的需求，并且提高了商用车的燃油经济性，降低运行成本。

Description

双电机电动助力转向系统及其助力转向方法

【技术领域】

本发明涉及一种转向系统，特别涉及一种电动助力转向系统及其助力转向方法。

【背景技术】

现有电动助力转向系统安全性，可靠性高，转向特性曲线较理想。同时，由于采用直流电机，不需发动机提供高压油，整车燃油经济性好。但是受汽车用电池供电电压，安装尺寸等方面的限制，电动助力转向输出转矩较小，无法满足商用车辆转向助力的要求，目前应用领域仍陷于乘用车或轻型商用车。因此，从燃油经济性而言，采用大输出转矩的电动助力转向系统对于提高商用车的燃油经济性，降低运行成本具有积极意义。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种双电机电动助力转向系统及其助力转向方法，以解决电动助力转向输出转矩过小，无法满足在商用车上应用的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

双电机电动助力转向系统，包括方向盘、方向盘转矩转角传感器、第二转向轴、第一转矩耦合器、第二转矩耦合器、转向器、第一转向轴、第一助力电机和第二助力电机；方向盘下方连接第一转向轴，第一转向轴通过万向节连接第二转向轴；方向盘转矩转角传感器设置于方向盘下方，用于实时采集方向盘的转矩、转角信号；第一助力电机和第二助力电机通过第一转矩耦合器并联，第二助力电机与第一转矩耦合器之间连接第一电磁离合器；转矩耦合器的输出端与第二转向轴通过第二转矩耦合器并联；第二转矩耦合器的输出端通过第三转向轴连接转向器；方向盘转矩转角传感器的输出端、第一助力电机的控制端、第二助力电机的控制端和第一电磁离合器的控制端连接控制模块。

优选的，第一转矩耦合器的输出端连接有减速器。

优选的，减速器输出端连接过载保护器。

优选的，过载保护器的输出端连接第二电磁离合器的一端；第二电磁离合器的另一端与第二转向轴通过第二转矩耦合器并联；第一电磁离合器的控制端连接控制模块。

优选的，过载保护器包括上连接盘柱和下连接盘柱；上连接盘柱和下连接盘柱中开有若干对相对应的孔，并通过橡胶连接销连接。

优选的，控制模块根据车速、方向盘转矩、转角信息控制第一助力电机和第二助力电机的输出转矩和第一电磁离合器的开启和闭合；当所需助力转矩小于第一助力电机能够输出的最大转矩时，控制模块控制第一电磁离合器开启，切断第二助力电机的转矩输出；当所需助力转矩大于第一助力电机能够输出的最大转矩时，闭合第一电磁离合器，第一助力电机和第二助力电机同时输出转矩。

一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，包括以下步骤：车速传感器采集的车速信号，方向盘转矩转角传感器采集的转角信号输出至控制模块，并与控制模块中存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线进行比较，得出方向盘应当具有的转向力矩；然后，控制模块将计算的应当具有的转向力矩与方向盘转矩转角传感器测出的方向盘转矩进行比较，得出助力电机应当输出的转矩；控制模块对助力电机应当输出转矩进行判断，若助力电机应当输出的转矩小于助力电机所能提供的最大转矩，断开第一电磁离合器，通过控制模块控制第一助力电机的输出转矩完成转向助力；若助力电机应当输出的转矩大于第一助力电机所能提供的最大转矩，闭合第一电磁离合器使第二助力电机也输出转矩，由控制模块控制第一助力电机和第二助力电机共同输出转矩完成转向助力。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明通过设置两台通过转矩耦合器相连的助力电机，根据所需助力转矩的大小，控制单个助力电机或者两台助力电机同时输出转矩，满足商务客等需要较大转矩的需求，采用大输出转矩的电动助力转向系统对于提高商用车的燃油经济性，降低运行成本具有积极意义。本发明通过设置减速器起到减速增扭的作用，进一步提高助力电机输出转矩；本发明通过设置过载保护器，当电机和控制模块故障，发生自动转向时，由于转矩过大，橡胶连接销将发生断裂，切断转矩传递，起到过载保护的作用。

本发明中，第一电磁离合器用于控制第二助力电机的输出转矩是否与第一助力电机的输出转矩耦合；第二电磁离合器起到保护作用，当电机故障时，第二电磁离合器开启，防止车辆自动转向发生重大事故；其中，第一电磁离合器为常开状态，第二电磁离合器为常闭状态；本发明包含过载保护器和第二电磁离合器的双重保护，保证电动助力转向故障下的转向可靠性。

同时，本发明提供了该双电机电动助力转向系统的助力转向方法：将车速传感器采集的车速信号，方向盘转角传感器采集的转角信号与控制模块中存储的我国驾驶员平均所偏爱的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线进行比较，得出方向盘应当具有的转向力矩；然后，与方向盘转矩传感器测出的方向盘转矩进行比较，得出助力电机应当输出转矩；接着对助力电机应当输出转矩进行判断，若输出转矩小于第一助力电机所能提供的最大转矩，断开第一电磁离合器，通过控制模块控制第一助力电机的输出转矩，若输出转矩大于第一助力电机所能提供的最大转矩，闭合第一电磁离合器，第二助力电机也输出转矩，由控制模块控制第一助力电机、第二助力电机的输出转矩。

【附图说明】

图1为本发明双电机电动助力转向系统的结构图；

图2a为过载保护器的结构图；图2b上连接盘柱和下连接盘柱连接处的剖视图；

图3为本发明双电机电动助力转向系统的控制策略图；

图4为我国驾驶员平均所偏好的转向力矩侧向加速度和车速变化曲线。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，本发明一种双电机电动助力转向系统，包括：方向盘1、方向盘转矩转角传感器2、第二转向轴4、第一转矩耦合器5-1、第二转矩耦合器5-2、转向器6、第一转向轴7、第一助力电机8和第二助力电机9。

方向盘1下方连接第一转向轴7，第一转向轴7通过万向节连接第二转向轴4；方向盘转矩转角传感器2设置于方向盘1下方，用于实时采集方向盘1的转矩、转角信号；第一助力电机8和第二助力电机9通过第一转矩耦合器5-1并联，第二助力电机9与第一转矩耦合器5-1之间连接第一电磁离合器10-1；转矩耦合器5-1的输出端连接减速器11的输入端，用于降低电机输出转速，增大输出转矩；减速器11输出端连接过载保护器12。方向盘转矩转角传感器2的输出端、第一助力电机8的控制端、第二助力电机9的控制端和第一电磁离合器10-1的控制端连接控制模块3。

过载保护器12的结构如图2a和图2b所示，过载保护器12包括上连接盘柱13和下连接盘柱15；上连接盘柱13和下连接盘柱15中开有四个相对应的孔，通过橡胶连接销14连接，当电动助力转向系统故障时，转矩过大会时橡胶连接销14断裂，使电动助力转向失效，起到过载保护的作用。上连接盘柱13连接减速器11的输出端，下连接盘柱15连接第二电磁离合器10-2的一端。第二电磁离合器10-2的另一端与第二转向轴4通过第二转矩耦合器5-2并联。第二电磁离合器10-2的控制端连接控制模块3。

当助力电机故障时，由控制模块3控制，断开第二电磁离合器10-2，防止自动转向的发生；第二电磁离合器10-2输出转矩第二转矩耦合器5-2与第三转向轴16相连，将合成后的转向转矩输出到转向器6，从而实现助力转向过程。

控制模块3根据车速信号，方向盘转矩、转角信号，对比控制模块3中存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线(以吉林大学国家重点实验室利用开放型驾驶模拟器得出我国驾驶员平均所偏好的转向力矩侧向加速度和车速变化曲线为例，如图4；该曲线公开于电动液压助力转向系统的助力特性曲线涉及仿真一文，重庆交通大学学报，2011年8月第30卷第4期；当然也可自己做实验得出不同车速下的方向盘转角与驾驶员偏好的转向力矩曲线)控制助力电机转矩及第一电磁离合器10-1的开启与闭合；存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线根据为统计我国驾驶员平均偏爱的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线而来，为现有技术。

请参阅图3所示，本发明一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，包括以下步骤：

车速传感器采集的车速信号，方向盘转矩转角传感器2采集的转角信号输出至控制模块3，并与控制模块3中存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线进行比较，得出方向盘应当具有的转向力矩；然后，控制模块3将计算的应当具有的转向力矩与方向盘转矩转角传感器2测出的方向盘转矩进行比较，得出助力电机应当输出的转矩；接着对助力电机应当输出转矩进行判断，若助力电机应当输出的转矩小于助力电机8所能提供的最大转矩，断开第一电磁离合器10-1，第二助力电机9不工作，通过控制模块3控制第一助力电机8的输出转矩完成转向助力；若输出转矩大于第一助力电机8所能提供的最大转矩，闭合第一电磁离合器10-1使第二助力电机9也输出转矩，由控制模块3控制第一助力电机8和第二助力电机9共同输出转矩完成转向助力。

Claims (6)

1.双电机电动助力转向系统，其特征在于，包括方向盘(1)、方向盘转矩转角传感器(2)、第二转向轴(4)、第一转矩耦合器(5-1)、第二转矩耦合器(5-2)、转向器(6)、第一转向轴(7)、第一助力电机(8)和第二助力电机(9)；

方向盘(1)下方连接第一转向轴(7)，第一转向轴(7)通过万向节连接第二转向轴(4)；方向盘转矩转角传感器(2)设置于方向盘(1)下方，用于实时采集方向盘(1)的转矩、转角信号；第一助力电机(8)和第二助力电机(9)通过第一转矩耦合器(5-1)并联，第二助力电机(9)与第一转矩耦合器(5-1)之间连接第一电磁离合器(10-1)；第一转矩耦合器(5-1)的输出端与第二转向轴(4)通过第二转矩耦合器(5-2)并联；第二转矩耦合器(5-2)的输出端通过第三转向轴(16)连接转向器(6)；

方向盘转矩转角传感器(2)的输出端、第一助力电机(8)的控制端、第二助力电机(9)的控制端和第一电磁离合器(10-1)的控制端连接控制模块(3)；

控制模块(3)根据车速、方向盘转矩、转角信息控制第一助力电机(8)和第二助力电机(9)的输出转矩和第一电磁离合器(10-1)的开启和闭合；当所需助力转矩小于第一助力电机(8)能够输出的最大转矩时，控制模块(3)控制第一电磁离合器(10-1)开启，切断第二助力电机(9)的转矩输出；当所需助力转矩大于第一助力电机(8)能够输出的最大转矩时，闭合第一电磁离合器(10-1)，第一助力电机(8)和第二助力电机(9)同时输出转矩。

2.根据权利要求1所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，第一转矩耦合器(5-1)的输出端连接有减速器(11)。

3.根据权利要求2所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，减速器(11)输出端连接过载保护器(12)。

4.根据权利要求3所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，过载保护器(12)的输出端连接第二电磁离合器(10-2)的一端；第二电磁离合器(10-2)的另一端与第二转向轴(4)通过第二转矩耦合器(5-2)并联；第一电磁离合器(10-2)的控制端连接控制模块(3)。

5.根据权利要求3所述的双电机电动助力转向系统，其特征在于，过载保护器(12)包括上连接盘柱(13)和下连接盘柱(15)；上连接盘柱(13)和下连接盘柱(15)中开有若干对相对应的孔，并通过橡胶连接销(14)连接。

6.一种双电机电动助力转向系统的助力转向方法，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的双电机电动助力转向系统，包括以下步骤：车速传感器采集的车速信号，方向盘转矩转角传感器(2)采集的转角信号输出至控制模块(3)，并与控制模块(3)中存储的转向力矩、方向盘转角和车速变化曲线进行比较，得出方向盘应当具有的转向力矩；然后，控制模块(3)将计算的应当具有的转向力矩与方向盘转矩转角传感器(2)测出的方向盘转矩进行比较，得出助力电机应当输出的转矩；控制模块(3)对助力电机应当输出转矩进行判断，若助力电机应当输出的转矩小于助力电机(8)所能提供的最大转矩，断开第一电磁离合器(10-1)，通过控制模块(3)控制第一助力电机(8)的输出转矩完成转向助力；若助力电机应当输出的转矩大于第一助力电机(8)所能提供的最大转矩，闭合第一电磁离合器(10-1)使第二助力电机(9)也输出转矩，由控制模块(3)控制第一助力电机(8)和第二助力电机(9)共同输出转矩完成转向助力。