CN105128928A - 具有变传动比功能的电控液压助力转向系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有变传动比功能的电控液压助力转向系统及其控制方法，其中，电控液压变传动比助力转向系统包括顺序连接的转向机械单元、阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元和电子控制单元ECU，阀控电液位置伺服单元在汽车转向时提供附加转角，改变转向盘转角到前轮转角的传动比，增强汽车的行驶稳定性；并将附加转角引起的转向反力矩纳入转向助力的计算，转阀开度调节单元根据传感器信号以及转向反力矩调节泵油电机转速及转阀开度，两者共同完成转向助力的控制，使得电控液压变传动比助力转向系统在提高汽车操纵稳定性、减轻驾驶员负担的同时获得更好的转向路感和转向经济性。

Description

具有变传动比功能的电控液压助力转向系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及助力转向及其控制方法，特别涉及一种具有变传动比功能的电控液压助力转向系统及其控制方法。

背景技术

目前，电控液压助力转向系统已经在汽车动力转向中被广泛应用。该系统可以根据驾驶员的转向操作，借助于液压助力系统施加可变的转向助力，减轻驾驶员的转向负担。但现有电控液压助力转向系统的传动比是固定的，也就是驾驶员的转向盘输入转角与前轮转角的比值始终是不变的，无法针对汽车在行驶过程中所遇到的各种状况进行变传动比控制，因而不能兼顾汽车低速行驶时转向的灵敏性和高速行驶时转向的稳定性两方面的要求。同时，现有的电控液压助力转向系统通过电机驱动油泵，使得液压油在转向液压缸两侧形成压差，提供转向助力。实际使用中，转阀处的能量损失占转向系统能量损失的相当大比例，在进行优化时发现，不同的转阀转角下，转向系统的能耗也有很大变化，而现有的电控液压助力转向系统中，转阀转角受转向柱线性控制，很难取得最优经济性下的转阀转角，因此很大程度上限制了汽车转向经济性的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种能够根据车速、方向盘转角、横摆角速度等转向信号实时改变汽车转向传动比，转向助力大小由泵油电机转速和转阀开度协同控制的具有变传动比功能的电控液压助力转向系统及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:

具有变传动比功能的电控液压助力转向系统，包括转向机械单元、阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元、电子控制单元ECU和车载光学传感器，所述转向机械单元、阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元、电子控制单元ECU顺序相连，所述车载光学传感器和所述电子控制单元ECU相连；

所述的转向机械单元包括转矩传感器、输入太阳轮、行星轮、齿圈、转向输出轴和齿轮齿条转向器，所述转矩传感器设置在外部转向盘的转向轴和输入太阳轮之间，所述输入太阳轮的输出端和转向输出轴的输入端分别与行星轮的上下两端内啮合，所述齿圈设置在行星轮的外部并与行星轮外啮合；所述转向输出轴的输出端和所述齿轮齿条转向器相连；所述齿轮齿条转向器和外部转向轮连接；

所述阀控电液位置伺服单元用于在汽车转向时提供附加转角，实现变传动比控制；

所述转阀开度调节单元用于调节转向阀的转角，将经油泵输出的液压油在转向阀处分流，在液压缸两侧形成压差，提供车轮转向助力；

所述电子控制单元ECU用于根据接受到的传感器信号，向阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元、油泵驱动电机传递控制信号，控制汽车转向助力大小及附加转角大小，实现对汽车转向助力和变传动比的控制。

作为本发明具有变传动比功能的电控液压助力转向系统进一步的优化方案，所述阀控电液位置伺服单元包含顺序连接的自整角机、伺服放大器、液压伺服阀、液压马达和液压马达转角齿轮，所述自整角机与电子控制单元ECU相连，所述液压马达转角齿轮与所述齿圈外啮合。

作为本发明具有变传动比功能的电控液压助力转向系统进一步的优化方案，所述转阀开度调节单元包含转阀调节步进电机和中位开式转向阀，所述转阀调节步进电机的输入端与所述电子控制单元ECU相连、输出端与所述中位开式转向阀内腔相连，用于控制中位开式转向阀开口大小。

本发明还公开了一种基于所述具有变传动比功能的电控液压助力转向系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），获取车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、转矩传感器信号、液压缸两侧压差信号、转阀调节步进电机的电机实际转速信号和中位开式转向阀的转阀实际转角信号；

步骤2），在预设的理想传动比map图查询获取与步骤1）中获得的车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号相对应的理想传动比大小，并将其转换为理想传动比控制信号；

步骤3），将方向盘转角信号、前轮转角信号与理想传动比控制信号进行比较，计算得到汽车转向所需附加转角后将其转换为液压伺服阀控制电流信号；

步骤4），将液压伺服阀控制电流信号和液压马达齿轮转角信号作差，所得信号转换为电流信号，以作为液压伺服阀控制电流信号的补偿信号；

步骤5），根据步骤4）中得到的补偿信号对步骤3）中获得的液压伺服阀控制电流信进行调整，获得实际液压伺服阀控制电流信号；

步骤6），在预设的的车速-转矩-理想助力map图中查询获取与步骤1）中获得的车速信号、转矩传感器信号对应的理想助力大小，并将其转换为理想助力信号；

步骤7），根据理想助力信号、液压缸两侧压差信号、实际液压伺服阀控制电流信号计算得到油泵驱动电机转速控制信号和转阀调节步进电机控制信号；

步骤8），将油泵驱动电机转速控制信号转换为转速信号后和电机实际转速信号作差，经模糊PID整定，得到实际油泵驱动电机转速控制电流信号；

步骤9），将转阀调节步进电机控制信号转换为转角信号后和转阀实际转角信号作差，经过PID整定得到实际转阀转角控制电流信号；

步骤10），根据实际液压伺服阀控制电流信号、实际油泵驱动电机转速控制电流信号、实际转阀转角控制电流信号对液压伺服阀、油泵驱动电机、转阀调节步进电机分别进行控制，实现汽车助力转向的变传动比控制。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明通过液压系统实现汽车转向系统的变传动比控制，增强汽车的行驶稳定性，并兼顾汽车低速行驶时转向的灵敏性和高速行驶时转向的稳定性两方面的要求。

2.本发明综合考虑转阀开度、泵油电机转速对转向助力的影响，通过对转阀转角的独立控制，使得转向系统不仅与泵油电机配合完成理想助力大小的调整，而且根据ECU的优化参数对转阀转角重新设定，有效的降低了汽车的转向能耗。

3.本发明考虑了变传动比情况下的转向反力矩，对转阀转角、电机转速进行修正，并对原有的转向助力进行补偿，在减轻驾驶员转向负担的同时，更兼顾驾驶员的转向路感。

附图说明

图1为具有变传动比功能的电控液压助力转向系统的结构示意图；

图2为具有变传动比功能的电控液压助力转向系统的控制方法的框图。

图中，1、转向盘，2、扭矩传感器，3、输入太阳轮，4、行星轮，5、齿圈，6、转向输出轴，7、齿轮齿条转向器，8、车轮，9、液压缸回油管路，10、液压缸，11、液压缸活塞，12、液压缸进油管路，13、液压马达进油管路，14、转阀回油管路，15、油箱，16、液压马达供油油泵，17、转阀供油油泵，18、油泵驱动电机，19、液压马达进油管路，20、转阀进油管路，21、泵油电机转速控制信号，22、电子控制单元ECU，23、车速信号，24、纵向加速度信号，25、前轮转角信号，26、转矩传感器信号，27、方向盘转角信号，28、横摆角速度信号，29、液压缸压差信号，30、液压马达齿轮转角信号，31、车载光学传感器信号，32、转阀调节步进电机控制信号，33、液压伺服阀位置控制信号，34、转阀，35、液压马达齿轮，36、转阀调节步进电机，37、液压伺服阀，38、液压马达，39、理想传动比计算模块，40、理想传动比信号，41、液压伺服阀位置计算模块，42、液压伺服阀理论位移信号，43、液压伺服阀跟踪模块，44、理想助力模块，45、理想助力信号，46、电机转速和转阀开度综合计算模块，47、转向判断模块，48、转向判断信号，49、泵油电机实际转速信号，50、泵油电机转速计算信号，51、转阀调节步进电机计算信号，52、转阀调节步进电机转角实际信号，53、泵油电机跟踪模块，54、转阀调节步进电机跟踪模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，本发明公开了一种具有变传动比功能的电控液压助力转向系统，包括顺序连接的转向机械单元、阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元和电子控制单元ECU22，其中，液压位置伺服控制系统通过液压马达齿轮35与双行星排齿圈5连接。

当汽车转向时，ECU根据车速信号23、横摆角速度信号28、方向盘转角信号27、前轮转角信号25、方向盘转角信号27确定汽车转向的传动比，向阀控电液位置伺服单元发出指令，调节液压伺服阀37位置，以此调整液压马达38，控制液压马达齿轮35转动一定角度，与太阳轮齿圈5啮合，在汽车转向时提供附加转角；ECU22根据车速信号23、转矩传感器信号26、液压缸压差信号29确定转阀开度调节指令，调节与转阀34相连的转阀调节步进电机36，使其转动到相应角度，控制转阀的转角，将经油泵17输出的液压油在转阀34处分流，经液压缸回油管路9、液压缸进油管路12与转向助力液压缸10两侧相连，液压缸两侧形成压差，以提供车轮8转向助力，同时也确定油泵驱动电机18的转速，油泵驱动电机18带动转阀供油油泵17从油箱15中泵油，为转向助力系统提供一定流量的液压油。通过以上具有变传动比功能的电控液压助力转向系统，实现对汽车转向助力、变传动比的控制，使得汽车在完成转向助力的同时，也考虑驾驶员的手感；

ECU22与一车载光学传感器31相连，通过对路面信息的反馈，与纵向加速度信号24综合判断汽车是否需要转向操作，判断需要转向时，通过ECU控制转阀34旋转到一定开度，油泵驱动电机18也提升到一定转速，有效的保证了转向操作的跟随性，缩短转向操作的响应时间，在无转向时，ECU控制转阀34开度在一定的角度，油泵驱动电机18也以较低的转速运行，进一步降低了能耗。

如图2所示，电子控制单元ECU包含理想传动比计算模块39、液压伺服阀位置计算模块41、液压伺服阀跟踪模块43、理想助力模块44、电机转速和转阀开度综合计算模块46、转向判断模块47、泵油电机跟踪模块53、转阀调节步进电机跟踪模块54。

车速信号23、方向盘转角信号27、横摆角速度信号28传递到理想传动比计算模块39，通过预制的理想传动比Map图得到理想传动比信号40，将理想传动比信号40和方向盘转角信号27以及反馈的前轮转角信号25传递到液压伺服阀位置计算模块41得到液压伺服阀位移信号42，并传递给液压伺服阀跟踪模块43，与反馈的液压马达齿轮转角信号30比较，通过PID控制模块，对液压伺服阀位移信号进行补偿，得到液压伺服阀位置控制信号33，传递给液压伺服位置单元完成传动比的控制；

车速信号23和转矩传感器信号26送入理想助力模块44，通过Map图得到理想助力信号45，理想助力信号45与液压伺服阀位置控制信号33、反馈得到的液压缸压差信号29一起传递给电机转速和转阀开度综合计算模块46，经计算得到泵油电机转速计算信号50、转阀调节步进电机计算信号51，泵油电机转速计算信号50与泵油电机实际转速信号49一起被送入泵油电机跟踪模块53，经过PID整定，对泵油电机转速进行补偿，得到泵油电机转速控制信号21，传递给泵油电机，完成对泵油电机的转速调节；转阀调节步进电机计算信号51与反馈得到的转阀调节步进电机转角实际信号52一起被送入转阀调节步进电机跟踪模块54，经过PID整定对转阀调节步进电机的电流补偿，得到转阀调节步进电机控制信号32，传递给转阀调节步进电机36，完成对转阀的调节；

车载光学传感器信号31和纵向加速度信号24被送入转向判断模块47，通过对信号的辨识，根据有无转向得到转向判断信号48，并被送入电机转速和转阀开度综合计算模块46，该模块根据预先设定的Map图，确定泵油电机转速计算信号50和转阀调节步进电机计算信号51，保证了转向系统转向跟随性和转向经济性。

由上可知，本发明其实还公开了该具有变传动比功能的电控液压助力转向系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），获取车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、转矩传感器信号、液压缸两侧压差信号、转阀调节步进电机的电机实际转速信号和中位开式转向阀的转阀实际转角信号；

步骤2），在预设的理想传动比map图查询获取与步骤1）中获得的车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号相对应的理想传动比大小，并将其转换为理想传动比控制信号；

步骤3），将方向盘转角信号、前轮转角信号与理想传动比控制信号进行比较，计算得到汽车转向所需附加转角后将其转换为液压伺服阀控制电流信号；

步骤4），将液压伺服阀控制电流信号和液压马达齿轮转角信号作差，所得信号转换为电流信号，以作为液压伺服阀控制电流信号的补偿信号；

步骤5），根据步骤4）中得到的补偿信号对步骤3）中获得的液压伺服阀控制电流信进行调整，获得实际液压伺服阀控制电流信号；

步骤6），在预设的的车速-转矩-理想助力map图中查询获取与步骤1）中获得的车速信号、转矩传感器信号对应的理想助力大小，并将其转换为理想助力信号；

步骤7），根据理想助力信号、液压缸两侧压差信号、实际液压伺服阀控制电流信号计算得到油泵驱动电机转速控制信号和转阀调节步进电机控制信号；

步骤8），将油泵驱动电机转速控制信号转换为转速信号后和电机实际转速信号作差，经模糊PID整定，得到实际油泵驱动电机转速控制电流信号；

步骤9），将转阀调节步进电机控制信号转换为转角信号后和转阀实际转角信号作差，经过PID整定得到实际转阀转角控制电流信号；

步骤10），根据实际液压伺服阀控制电流信号、实际油泵驱动电机转速控制电流信号、实际转阀转角控制电流信号对液压伺服阀、油泵驱动电机、转阀调节步进电机分别进行控制，实现汽车助力转向的变传动比控制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.具有变传动比功能的电控液压助力转向系统，其特征在于，包括转向机械单元、阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元、电子控制单元ECU和车载光学传感器，所述转向机械单元、阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元、电子控制单元ECU顺序相连，所述车载光学传感器和所述电子控制单元ECU相连；

所述的转向机械单元包括转矩传感器、输入太阳轮、行星轮、齿圈、转向输出轴和齿轮齿条转向器，所述转矩传感器设置在外部转向盘的转向轴和输入太阳轮之间，所述输入太阳轮的输出端和转向输出轴的输入端分别与行星轮的上下两端内啮合，所述齿圈设置在行星轮的外部并与行星轮外啮合；所述转向输出轴的输出端和所述齿轮齿条转向器相连；所述齿轮齿条转向器和外部转向轮连接；

所述阀控电液位置伺服单元用于在汽车转向时提供附加转角，实现变传动比控制；

所述转阀开度调节单元用于调节转向阀的转角，将经油泵输出的液压油在转向阀处分流，在液压缸两侧形成压差，提供车轮转向助力；

所述电子控制单元ECU用于根据接受到的传感器信号，向阀控电液位置伺服单元、转阀开度调节单元、油泵驱动电机传递控制信号，控制汽车转向助力大小及附加转角大小，实现对汽车转向助力和变传动比的控制。

2.根据权利要求1所述的具有变传动比功能的电控液压助力转向系统，其特征在于，所述阀控电液位置伺服单元包含顺序连接的自整角机、伺服放大器、液压伺服阀、液压马达和液压马达转角齿轮，所述自整角机与电子控制单元ECU相连，所述液压马达转角齿轮与所述齿圈外啮合。

3.根据权利要求2所述的具有变传动比功能的电控液压助力转向系统，其特征在于，所述转阀开度调节单元包含转阀调节步进电机和中位开式转向阀，所述转阀调节步进电机的输入端与所述电子控制单元ECU相连、输出端与所述中位开式转向阀内腔相连，用于控制中位开式转向阀开口大小。

4.基于权利要求3所述的具有变传动比功能的电控液压助力转向系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），获取车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号、转矩传感器信号、液压缸两侧压差信号、转阀调节步进电机的电机实际转速信号和中位开式转向阀的转阀实际转角信号；

步骤2），在预设的理想传动比map图查询获取与步骤1）中获得的车速信号、方向盘转角信号、横摆角速度信号相对应的理想传动比大小，并将其转换为理想传动比控制信号；

步骤3），将方向盘转角信号、前轮转角信号与理想传动比控制信号进行比较，计算得到汽车转向所需附加转角后将其转换为液压伺服阀控制电流信号；

步骤4），将液压伺服阀控制电流信号和液压马达齿轮转角信号作差，所得信号转换为电流信号，以作为液压伺服阀控制电流信号的补偿信号；

步骤5），根据步骤4）中得到的补偿信号对步骤3）中获得的液压伺服阀控制电流信进行调整，获得实际液压伺服阀控制电流信号；

步骤6），在预设的的车速-转矩-理想助力map图中查询获取与步骤1）中获得的车速信号、转矩传感器信号对应的理想助力大小，并将其转换为理想助力信号；

步骤7），根据理想助力信号、液压缸两侧压差信号、实际液压伺服阀控制电流信号计算得到油泵驱动电机转速控制信号和转阀调节步进电机控制信号；

步骤8），将油泵驱动电机转速控制信号转换为转速信号后和电机实际转速信号作差，经模糊PID整定，得到实际油泵驱动电机转速控制电流信号；

步骤9），将转阀调节步进电机控制信号转换为转角信号后和转阀实际转角信号作差，经过PID整定得到实际转阀转角控制电流信号；

步骤10），根据实际液压伺服阀控制电流信号、实际油泵驱动电机转速控制电流信号、实际转阀转角控制电流信号对液压伺服阀、油泵驱动电机、转阀调节步进电机分别进行控制，实现汽车助力转向的变传动比控制。