CN104890722B - 一种电动液压助力转向控制方法及其实施该方法的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动液压助力转向控制方法及其实施该方法的系统。控制方法为：检测转向油泵的输入液压油的温度；然后与设定阈值进行比较，根据比较结果，给转向电机相应的频率控制信号，控制转向电机以给定的频率对应的转速工作。系统包括转向油泵、转向电机和用于控制电机的控制器，转向电机带动转向油泵转动，助力转向系统还包括用于检测转向油泵的输入液压油温度的温度传感器，控制器采样连接温度传感器。本发明不但能够有效降低电动液压助力转向系统的电能消耗，提高车载能源的有效利用率；而且，能够有效克服在低温下转向电机启动长时间转向无助力或助力较小的问题，提高转向助力的响应能力，增强了车辆在高寒地区的适应性。

Description

一种电动液压助力转向控制方法及其实施该方法的系统

技术领域

本发明涉及一种电动液压助力转向控制方法及其实施该方法的系统，属于车辆助力转向领域。

背景技术

液压叶片泵广泛用于汽车液压助力转向系统和电动液压助力转向系统，针对非转向工况和转向工况消耗功率的不同，现有技术中主要采取两种控制技术以保证转向助力正常工作和实现节能的目的。

第一种是压力开关技术：

在装载低功率燃料(汽油、天然气或石油气)发动机的汽车上，配置的液压助力转向系统一般采用带压力开关的叶片式转向油泵，该转向油泵由发动机驱动。当车辆怠速原地转向时，转向阻力最大，由转向油泵通过增加油液压力提供的转向助力也最大，转向油泵消耗的功率大幅增加，需要消耗的发动机功率上升。由于怠速时发动机功率较低，增加的功率有可能导致发动机负载过大而熄火。转向油泵增加压力开关，当转向油泵内部油压上升超过限定值(一般设定为3MPa)时，压力开关启动并将信号传递给发动机ECU。同时对比发动机转速和功率，发动机ECU控制电子节气门增加开度，提高发动机功率，避免负载过大导致熄火。

该压力开关技术的优点：在常温且转向油液粘度阻力正常时，该技术可以在转向工况提高发动机功率，以避免发动机熄火。缺点：在低温且转向油液粘度阻力大时，当叶片未从转子沟槽中甩出，转向油液压力小，转向工况和非转向工况均不能有效触发压力开关，同时转向长时间无助力；当叶片从转子沟槽中甩出，受温度和管路长度影响造成的转向油液摩擦阻力的不同，非转向工况触发压力开关存在不确定性，只在转向工况才可正常触发压力开关，经提高转速逐渐恢复正常转向助力。因此压力开关控制技术不能有效克服车辆低温启动长时间转向无助力或助力较小的问题。

第二种是基于电流变化的变频控制技术：

为更有效地节省能源，电动液压助力转向系统采用基于电流变化的变频控制技术。根据检索，一篇申请号为201210366685.2，发明名称为“采用变频策略的电动液压助力转向系统及其控制方法”的中国专利申请，公开了一种采用变频策略的电动液压助力转向系统及其控制方法，该控制方法为根据电机的励磁电流的大小变频控制电机，并改变其转速。该控制方法能够有效地控制电机转速，并节省能源，控制简单。

但是在低温且转向油液粘度阻力大时，当叶片未从转子沟槽中甩出，转向油液压力小，此时不管是转向工况还是非转向工况均不能有效地变频，转向长时间无助力；当叶片从转子沟槽中甩出，受温度和管路长度影响造成的转向油液摩擦阻力的不同，非转向工况变频存在不确定性，只在转向工况可正常变频提高转速。由于未变频时转速较低或变频后转速提高幅度较小，转向油液温升慢，车辆较长时间都会处于转向助力较小状态。因此上述专利申请公开的控制方法也不能有效克服车辆低温启动长时间转向无助力或助力较小的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动液压助力转向控制方法，用以解决现有的转向控制方法不能有效克服车辆低温启动长时间转向无助力或助力较小的问题，本发明同时提供一种实施该控制方法的电动液压助力转向系统。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种电动液压助力转向控制方法，步骤为：

1)检测转向油泵的输入液压油的温度，由检测出的温度值获取相应的比较信息；

2)由控制器将所述比较信息与预先设定的第一阈值进行比较，该第一阈值对应于液压油正常工作的下限低温温度值：当所述比较信息大于所述第一阈值时，给转向电机第一频率控制信号，控制转向电机以第一频率对应的转速工作；当所述比较信息小于所述第一阈值时，给转向电机第二频率控制信号，控制转向电机以第二频率对应的转速工作；所述第一频率大于第二频率。

当给转向电机第一频率控制信号之后，所述液压油温度升高，当温度升高直至对应的比较信息小于设定的第二阈值时，给转向电机所述第二频率控制信号，控制转向电机以第二频率对应的转速工作；该第二阈值对应于液压油能够正常工作的高温温度值。

所述比较信息为电流值。

所述第二频率为一个预先设定的固定值；所述第一频率为高频，第二频率为低频。

所述第二频率为两个预先设定的固定值：设定频率一和设定频率二，由步骤3)进行判断和控制，所述设定频率一大于设定频率二；

步骤3)为：判断车辆是否是转向工况，当车辆为转向工况时，给转向电机设定频率一控制信号，控制转向电机以设定频率一对应的转速工作；当车辆为非转向工况时，给转向电机设定频率二控制信号，控制转向电机以设定频率二对应的转速工作；所述第一频率为高频，所述设定频率一为中频，所述设定频率二为低频。

所述转向工况的判断是由控制器的输出电流决定的，当所述输出电流大于设定电流值时，车辆为转向工况；当所述输出电流小于所述设定电流值时，车辆为非转向工况。

一种专用于实施上述电动液压助力转向控制方法的电动液压助力转向系统，包括转向油泵、转向电机和用于控制电机的控制器，转向电机带动转向油泵转动，所述助力转向系统还包括用于检测所述转向油泵的输入液压油温度的温度传感器，所述控制器采样连接所述温度传感器。

所述助力转向系统还包括动力转向器和转向油罐，所述转向油罐连接所述转向油泵的进油口，所述转向油泵的出油口连接所述动力转向器的进油口，所述动力转向器的出油口连接所述转向油罐。

所述动力转向器传动连接有用于控制转向的转动摇臂。

所述控制器为转向控制器。

首先检测转向油泵进油端的油温，由油温获取相应的比较信息，然后将该比较信息与预先设定好的阈值进行比较，根据比较结果，给转向电机相应频率的控制信号。当检测到的油温判定为低温时，给转向电机较高频率的控制信号，使转向电机以较高转速运转，这样保证了车辆在低温下能够有效地进行转向，有效克服了车辆低温下启动长时间转向无助力或助力较小的问题，提高了转向助力的响应能力，增强了车辆在高寒地区的适应性。同时，提高了车辆的安全性，防止出现在低温下不能有效转向带来的安全事故的情况。

附图说明

图1是电动液压助力转向系统实施例的结构示意图；

图2是电动液压助力转向控制方法实施例1的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

电动液压助力转向系统实施例

如图1所示为本发明的电动液压助力转向系统的实施例，包括转向油泵4、温度传感器3、转向电机2和转向控制器5。转向电机2与转向油泵4连接，带动转向油泵4运转，转向控制器5通过温度传感器线束19采样连接温度传感器3，温度传感器3用于检测输入转向油泵4的液压油温度，设置在距离转向油泵4的进油口约8d(d为转向吸油管内径)处的转向吸油软管上，原因在于，距离转向油泵4的进油口太远的话检测结果与进油口的油温有太大的误差，没有实用价值，距离转向油泵4的进油口太近的话，温度传感器3装配不便，当然，作为其他的实施例，温度传感器3也可以设置在距离转向油泵4的进油口8d处左右相差不大的地方。转向控制器5通过低压控制线束20和高压控制线束21控制连接转向电机2。

上述电动液压助力转向系统的实施例在使用时，转向油罐7中的液压油经转向吸油管6吸入转向油泵4中。转向油泵4利用容积压缩的方式将液压油泵出，经转向高压油管1进入动力转向器11中。驾驶员在转动方向盘9时，对方向盘9施加转向力，并通过转向管柱10将转向力传递给动力转向器11，转向力对动力转向器11的转阀进行控制，使动力转向器11的高压油缸和低压油缸产生对应方向的压力差以提供助力，进而带动转向摇臂12沿与方向盘9转动的对应方向旋转，转向摇臂12通过球销13拉动转向直拉杆14和转向节臂16，通过转向节15、转向横拉杆17和转向梯形臂18协调左、右车轮的不同转角，实现合理转向。动力转向器11的低压油缸中的液压油经转向回油管8流回转向油罐7，并进行冷却、过滤，然后进入下一个助力循环。

上述转向系统中所用的控制器是转向控制器，作为其他的实施例，也可以使用具有转向控制功能的整车控制器。

上述电动液压助力转向系统的实施例可采用如下两种电动液压助力转向控制方法进行转向控制，这两种电动液压助力转向控制方法也即本发明的一种电动液压助力转向控制方法的实施例1和2。

电动液压助力转向控制方法的实施例1

如图2所示，当车辆启动(钥匙ON档)后：

步骤1：温度传感器3检测到的温度信息传输给转向控制器5，由温度信息可以获得相应的比较信息，该比较信息为电流值I，当然，在其他的实施例中，比较信息也可以直接为温度值，由于本实施例中的比较信息为电流值I，因此转向控制器5内部预先设定有设定阈值Ia，该设定阈值Ia为液压油温度T＝-10℃时温度传感器3所发出的电信号对应的电流值，其对应于液压油正常工作的下限低温温度值。转向控制器5将实际检测出的电流值与设定阈值Ia进行比较：当I≥Ia时，即液压油温度T≤-10℃时，转向控制器5给转向电机2以高频控制信号，在收到转向使能信号后不论车辆是否是转向工况，转向控制器5控制转向电机2高转速运转，其中高转速为高频对应的转速，其转速值n≥1200rpm；当I＜Ia时，即液压油温度T＞-10℃时，在收到转向使能信号后，转向控制器5进行下述步骤3的判断；

步骤2：当通过步骤1由转向控制器5给转向电机2以高频控制信号之后，温度传感器3处的液压油温度升高，其升高原因为：由于转向油泵高速运转并输出大排量液压油，利用转向油泵4的液压作功、液压油与转向管路内壁的摩擦作功等形式能够将机械能一部分转化为内能，液压油温度逐渐升高。此时温度传感器3继续将温度信息传输给转向控制器，当T≥30℃时，温度传感器发出的电信号I≤Ib(设定值Ib为当温度T＝30℃时温度传感器输出的电信号，对应于液压油能够正常工作的高温温度值)，转向控制器5进行下述步骤3的判断；

步骤3：

该步骤是根据转向工况来对转向控制器5发出中频或者低频控制信号进行判断和控制，转向工况的判断是由转向控制器5的输出电流Is的大小决定。当Is≥设定值Ic时，转向控制器5判定车辆为转向工况，转向控制器5给转向电机以中频控制信号，控制转向电机2以中频对应的转速驱动转向油泵4；当Is＜设定值Ic时，转向控制器5判定车辆为非转向工况，转向控制器5给转向电机2以低频控制信号，控制转向电机2以低频对应的转速驱动转向油泵4。其中，中频对应的转速为中转速，其转速值n为1000rpm，低频对应的转速为低转速，其转速值n为800rpm。

另外，车辆未转向时受温度和管路长度影响造成液压油压力较大，若此时对应的转向控制器5输出的电流Is≥设定值Ic，转向控制器5给转向电机2以中频控制信号，控制转向电机2以中频对应的转速驱动转向油泵4，加快液压油温度的上升，液压油的粘度阻力降低，以达到快速降低未转向时液压油压力的目的，此特殊情况为步骤3中的对车辆控制的补充。

步骤3中，转向控制器5的输出电流Is可以根据现有技术中的采集的转向电机励磁电流得出，转向控制器根据采集到的励磁电流输出一个电流值Is，Is与设定值Ic进行比较后确定转向工况情况，然后给转向电机相应的频率信号；转向控制器5的输出电流Is也可以根据方向盘上的转速传感器或者转角传感器得出。

当车辆在转向工况时，转向需要的功率较大，此时给转向电机中频控制信号，使车辆能够有效地进行转向；当车辆在非转向工况时，只需给转向电机低频控制信号，以便减小转向的响应时间。同时降低了转向系统的电能消耗，提高了车载能源的有效利用率。

上述实施例中，第一频率为高频，第二频率分为中频和低频，作为其他的实施例，第一频率和第二频率可以为任意的频率值，但是要满足第一频率和第二频率是预先设定的固定值，且第一频率大于第二频率。

电动液压助力转向控制方法的实施例2

当车辆启动(钥匙ON档)后：

步骤1：温度传感器3检测到的温度信息传输给转向控制器5，由温度信息可以获得相应的比较信息，该比较信息为电流值I，当然，在其他的实施例中，比较信息也可以直接为温度值，由于本实施例中的比较信息为电流值I，因此转向控制器5内部预先设定有设定阈值Ia，该设定阈值Ia为液压油温度T＝-10℃时温度传感器所发出的电信号对应的电流值，其对应于液压油正常工作的下限低温温度值。转向控制器将实际检测出的电流值与设定阈值Ia进行比较：当I≥Ia时，即液压油温度T≤-10℃时，转向控制器给转向电机以高频控制信号，在收到转向使能信号后控制转向电机高转速运转，其中高转速为高频对应的转速，其转速值n≥1200rpm；当I＜Ia时，即液压油温度T＞-10℃、转向控制器给转向电机以低频控制信号，在收到转向使能信号后控制转向电机低转速运转，其中低转速为低频对应的转速，其转速值n为950rpm；

步骤2：当通过步骤1由转向控制器给转向电机以高频控制信号之后，温度传感器3处的液压油温度升高，其升高原因为：由于转向油泵高速运转并输出大排量液压油，利用转向油泵的液压作功、液压油与转向管路内壁的摩擦作功等形式能够将机械能一部分转化为内能，液压油温度逐渐升高。此时温度传感器3继续将温度信息传输给转向控制器，当T≥30℃时，温度传感器发出的电信号I≤Ib(设定值Ib为当温度T＝30℃时温度传感器输出的电信号，对应于液压油能够正常工作的高温温度值)，转向控制器给转向电机以低频控制信号，控制转向电机低转速运转，其中低转速为低频对应的转速，其转速值n为950rpm。

上述实施例中，第一频率为高频，第二频率为低频，作为其他的实施例，第一频率和第二频率可以为任意的频率值，但是要满足第一频率和第二频率是预先设定的固定值，且第一频率大于第二频率。

在本发明的其他实施例中，可以根据具体实际情况，对高频、中频和低频对应的转速值进行设置，不局限于上述实施例中提供的转速值。

在本发明的其他实施例中，根据实际情况和液压油的型号和性能，Ia对应的温度值也可以设置为其他低温温度值，Ib对应的温度值也可以设置为其他较高的温度值。

在本发明的其他实施例中，车辆的转向工况的判断也可以采用如背景技术中所述的采用转向电机励磁电流判断车辆转向工况、或者根据采集方向盘的转动情况进行转向工况的判断的其他常规技术手段。而上述实施例中，采用根据转向控制器输出电流进行转向工况的判断的优点在于转向控制器输出的电流可以看做是最终信号，是转向控制器综合了采集的所有的初始信号、并进行汇总而得出的，不管初始信号是什么，只根据输出的最终信号进行转向工况的判断，由于最终的信号能够为转向工况的判断提供最准确的依据，所以，其避免了根据初始信号进行转向工况的判断带来的判断错误，本发明提供的车辆的转向工况的判断的方式可靠性高，不易出现误差。当然，如果不考虑可靠性因素的话，常规的判断车辆转向工况的方式也是本发明的可实现的实施方式。

上述电动液压助力转向控制方法的实施例1和2中，采用的温度传感器具有的性质是：检测的温度值和输出的电信号成反比，即温度越低，输出的电信号越强，作为本发明其他的实施例，也可以采用具有以下性质的温度传感器：检测的温度值和输出的电信号成正比，即温度越高，输出的电信号越强。

上述电动液压助力转向控制方法的实施例1和2中，在低温下，给转向电机高频控制信号是由于：受液压油粘度阻力增大的影响，转向油泵不能有效且快速地从转子沟槽中甩出叶片。

另外，转向油泵的叶片的离心力满足如下公式

其中，m-叶片的质量，V-叶片随转子旋转的圆周线速度，r-叶片的旋转半径，ω-叶片随转子旋转的圆周角速度，n-转向油泵或转向电机的转速。由上述公式可知，转向油泵或转向电机的转速n越大，转向叶片的离心力F越大。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述控制方法的步骤为：

1)检测转向油泵的输入液压油的温度，由检测出的温度值获取相应的比较信息；

2)由控制器将所述比较信息与预先设定的第一阈值进行比较，该第一阈值对应于液压油正常工作的下限低温温度值：当所述比较信息大于所述第一阈值时，在收到转向使能信号后不论车辆是否是转向工况，给转向电机第一频率控制信号，控制转向电机以第一频率对应的转速工作；当所述比较信息小于所述第一阈值时，在收到转向使能信号后根据转向工况，给转向电机第二频率控制信号，控制转向电机以第二频率对应的转速工作；所述第一频率大于第二频率；

当给转向电机第一频率控制信号之后，所述液压油温度升高，当温度升高直至对应的比较信息小于设定的第二阈值时，根据转向工况，给转向电机所述第二频率控制信号，控制转向电机以第二频率对应的转速工作；该第二阈值对应于液压油能够正常工作的高温温度值。

2.根据权利要求1所述的电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述比较信息为电流值。

3.根据权利要求1所述的电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述第二频率为一个预先设定的固定值；所述第一频率为高频，第二频率为低频。

4.根据权利要求1所述的电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述第二频率为两个预先设定的固定值：设定频率一和设定频率二，由步骤3)进行判断和控制，所述设定频率一大于设定频率二；

步骤3)为：当车辆为转向工况时，给转向电机设定频率一控制信号，控制转向电机以设定频率一对应的转速工作；当车辆为非转向工况时，给转向电机设定频率二控制信号，控制转向电机以设定频率二对应的转速工作；所述第一频率为高频，所述设定频率一为中频，所述设定频率二为低频。

5.根据权利要求4所述的电动液压助力转向控制方法，其特征在于，所述转向工况的判断是由控制器的输出电流决定的，当所述输出电流大于设定电流值时，车辆为转向工况；当所述输出电流小于所述设定电流值时，车辆为非转向工况。

6.一种专用于实施如权利要求1所述电动液压助力转向控制方法的电动液压助力转向系统，包括转向油泵、转向电机和用于控制电机的控制器，转向电机带动转向油泵转动，其特征在于，所述助力转向系统还包括用于检测所述转向油泵的输入液压油温度的温度传感器，所述控制器采样连接所述温度传感器。

7.根据权利要求6所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，所述助力转向系统还包括动力转向器和转向油罐，所述转向油罐连接所述转向油泵的进油口，所述转向油泵的出油口连接所述动力转向器的进油口，所述动力转向器的出油口连接所述转向油罐。

8.根据权利要求7所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，所述动力转向器传动连接有用于控制转向的转动摇臂。

9.根据权利要求6、7或8所述的电动液压助力转向系统，其特征在于，所述控制器为转向控制器。