CN105416392A - 一种推杆式复合转向系统及其模式切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推杆式复合转向系统及其模式切换控制方法，该系统包含电动助力转向系统和电控液压助力转向系统，采用A、B两个助力电机，并提出相应的助力模式切换控制方法，复合转向系统可依据不同工况，在电动助力转向模式、电控液压助力转向模式以及混合助力转向模式间进行切换，实现转向助力。

Description

一种推杆式复合转向系统及其模式切换控制方法

技术领域

本发明属于助力转向系统技术领域，尤其指代一种能实现依据不同工况切换工作模式功能，且保证良好的助力转向路感的推杆式复合转向系统及其模式切换控制方法。

背景技术

目前，现有的汽车普遍采用的助力转向系统有：液压助力转向系统、电控液压助力转向系统和电动助力转向系统。其中，液压助力转向系统、电控液压助力转向系统可在汽车低速工况下提供较大助力，减轻驾驶员转向时负担；但在高速工况下转向路感，操纵稳定性存在问题。电动助力转向系统由控制器、助力电机、减速机构、转向盘转矩传感器以及车速传感器等组成，控制器接受传感器测得的转向盘转矩信号和车速信号并进行处理，控制电机根据事先确定的助力特性输出助力矩。但受汽车本身蓄电池电压等电气特性影响，其输出的最大助力矩较小，不能满足大型客车等车辆的需求。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种推杆式复合转向系统及其模式切换控制方法，以解决现有技术中液压助力转向系统、电控液压助力转向系统在高速工况下转向路感较差，操纵稳定性差等问题，及电动助力转向系统输出的最大助力矩较小的问题。

为达到上述目的，本发明的一种推杆式复合转向系统，包括：转向盘、转向轴、转矩传感器、电子控制单元、循环球式转向器、转向摇臂、电动助力转向模块、转向节臂、电控液压助力转向模块、转向梯形、车轮，所述的转向盘连接转向轴的力矩输入端，转矩传感器置于转向轴的力矩输出端和循环球式转向器输入端之间，并与电子控制单元相连接，力矩经转向摇臂、转向节臂、转向梯形输出至车轮；其中，所述的电动助力转向模块包含：助力电机A、减速机构、推杆；所述的电控液压助力转向模块包含：助力电机B、转向助力泵、油箱、高压油管、控制阀、转阀、液压助力缸、回油油管；电子控制单元向助力电机A发送控制信号，助力矩经减速机构减速增矩后传递给推杆、转向摇臂；电子控制单元向助力电机B发送控制信号，驱动转向助力泵工作，使油液经由高压油管流至控制阀、转阀、液压助力缸，结束循环的工作液经由回油油管回流至油箱。

本发明还提供一种推杆式复合转向系统的模式切换控制方法，包括：将车速信号、转角传感器获得的转角信号、转矩传感器获得的转矩信号及侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号传递给电子控制单元；电子控制单元对上述信号进行运算得到模式切换系数K，切换系数K的计算方法由行车阻力矩和驾驶员施加力矩两部分组成，行车阻力矩计算方法为：

$T=(b\·sin2\mathrm{\β}\·\frac{1}{180}\·\mathrm{\θ}+\frac{r\·sin\mathrm{\γ}}{g\·R}\·v^2)\frac{2F}{{\mathrm{\η}}_1\·d\·i_{\mathrm{\ω}1}}$

其中，θ代表方向盘转角，v代表车速，a_y代表汽车侧向加速度，b代表主销转向节偏距，β代表前轮主销内倾角，r代表轮胎半径，R代表转弯半径，γ代表前轮主销后倾角，η₁代表转向系正传动效率，d代表转向盘直径，i_ω代表转向系角传动比，F₁代表满载前轴荷；

驾驶员施加力矩计算方法为：按一定梯度选取工况进行试验，将不同工况下驾驶员施加力矩进行拟合得到驾驶员施加力矩与车速、汽车侧向加速度的关系，切换系数K的计算方法为：

K＝1.213θ+1.669V²-(0.165V+0.662a_y+15.713)

其中，θ代表方向盘转角，V代表车速，a_y代表汽车侧向加速度。

优选地，依据上述K值将转向模式分为以下四种：若模式切换系数K大于切换阈值K1，表示助力转向系统需切换至电动助力转向模式，电子控制单元向控制电机A发送信号；若运算结果大于切换阈值K2且小于切换阈值K1，表示助力转向系统需切换至电控液压助力转向与电动助力转向共同工作模式，保证助力模式平滑切换，电子控制单元向控制电机A、控制电机B发送信号；若模式切换系数K小于切换阈值K2且大于切换阈值K3，表示此时所需助力转向系统提供较大助力，助力转向系统需切换至电控液压助力转向模式，电子控制单元向控制电机B发送信号；若模式切换系数K小于切换阈值K3，表示此时所需助力转向系统提供大助力，助力转向系统需切换至电控液压助力转向与电动助力转向共同工作模式，电子控制单元向控制电机A、控制电机B发送信号。

本发明的有益效果：

通过本发明的推杆式复合转向系统及其模式切换控制方法，在汽车助力转向系统中实现了多转向模式功能，可依据不同工况进行转向模式切换，实现汽车转向轻便性和转向路感的完美融合，而且还能将汽车助力转向的经济性与灵活性相结合，因此具有广阔的市场应用前景。

附图说明

图1绘示本发明推杆式复合转向系统的结构图。

图2绘示本发明模式切换控制方法的控制流程图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1、图2所示，本发明的一种推杆式复合转向系统，包括：转向盘1、转向轴2、转矩传感器3、电子控制单元4、循环球式转向器5、转向摇臂6、电动助力转向模块、转向节臂10、电控液压助力转向模块、转向梯形11、车轮20，所述的转向盘1连接转向轴2的力矩输入端，转矩传感器3置于转向轴2的力矩输出端和循环球式转向器5输入端之间，并与电子控制单元4相连接，力矩经转向摇臂6、转向节臂10、转向梯形11输出至车轮20；其中，所述的电动助力转向模块包含：助力电机A7、减速机构8、推杆9；所述的电控液压助力转向模块包含：助力电机B12、转向助力泵13、油箱14、高压油管15、控制阀16、转阀17、液压助力缸18、回油油管19；电子控制单元4通过电动助力转向控制电流e对助力电机A7进行控制，助力矩经减速机构8减速增矩后传递给推杆9、转向摇臂6；电子控制单元4通过电控液压助力转向控制电流f对助力电机B12进行控制，驱动转向助力泵13工作，使油液经由高压油管15流至控制阀16、转阀17、液压助力缸18，结束循环的工作液经由回油油管19回流至油箱14。

本发明对电动助力转向系统和电控液压助力转向系统进行复合设计及控制，实现转向模式切换功能，电子控制单元4根据转角传感器获得的转角信号b、转矩传感器获得的转矩信号a、侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号d以及车速信号c计算得到切换系数K，并将其与切换阈值进行比对，进而实现适应工况的助力转向模式切换。

本发明的推杆式复合转向系统模式切换控制方法，将车速信号c、转角传感器获得的转角信号b、转矩传感器获得的转矩信号a及侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号d传递给电子控制单元4；电子控制单元4对上述信号进行运算得到模式切换系数K，切换系数K的计算方法由行车阻力矩和驾驶员施加力矩两部分组成，行车阻力矩计算方法为：

$T=(b\·sin2\mathrm{\β}\·\frac{1}{180}\·\mathrm{\θ}+\frac{r\·sin\mathrm{\γ}}{g\·R}\·v^2)\frac{2F}{{\mathrm{\η}}_1\·d\·i_{\mathrm{\ω}1}}$

其中，θ代表方向盘转角，v代表车速，a_y代表汽车侧向加速度，b代表主销转向节偏距，β代表前轮主销内倾角，r代表轮胎半径，R代表转弯半径，γ代表前轮主销后倾角，η₁代表转向系正传动效率，d代表转向盘直径，i_ω代表转向系角传动比，F₁代表满载前轴荷；

驾驶员施加力矩计算方法为：按一定梯度选取工况进行试验，将不同工况下驾驶员施加力矩进行拟合得到驾驶员施加力矩与车速、汽车侧向加速度的关系，切换系数K的计算方法为：

K＝1.213θ+1.669V²-(0.165V+0.662a_y+15.713)

其中，θ代表方向盘转角，V代表车速，a_y代表汽车侧向加速度。

其中，依据上述K值将转向模式分为以下四种：若模式切换系数K大于切换阈值K1，表示助力转向系统需切换至电动助力转向模式，电子控制单元向控制电机A发送信号；若运算结果大于切换阈值K2且小于切换阈值K1，表示助力转向系统需切换至电控液压助力转向与电动助力转向共同工作模式，保证助力模式平滑切换，电子控制单元向控制电机A、控制电机B发送信号；若模式切换系数K小于切换阈值K2且大于切换阈值K3，表示此时所需助力转向系统提供较大助力，助力转向系统需切换至电控液压助力转向模式，电子控制单元向控制电机B发送信号；若模式切换系数K小于切换阈值K3，表示此时所需助力转向系统提供大助力，助力转向系统需切换至电控液压助力转向与电动助力转向共同工作模式，电子控制单元向控制电机A、控制电机B发送信号。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种推杆式复合转向系统，其特征在于，包括：转向盘、转向轴、转矩传感器、电子控制单元、循环球式转向器、转向摇臂、电动助力转向模块、转向节臂、电控液压助力转向模块、转向梯形、车轮，所述的转向盘连接转向轴的力矩输入端，转矩传感器置于转向轴的力矩输出端和循环球式转向器输入端之间，并与电子控制单元相连接，力矩经转向摇臂、转向节臂、转向梯形输出至车轮；其中，所述的电动助力转向模块包含：助力电机A、减速机构、推杆；所述的电控液压助力转向模块包含：助力电机B、转向助力泵、油箱、高压油管、控制阀、转阀、液压助力缸、回油油管；电子控制单元向助力电机A发送控制信号，助力矩经减速机构减速增矩后传递给推杆、转向摇臂；电子控制单元向助力电机B发送控制信号，驱动转向助力泵工作，使油液经由高压油管流至控制阀、转阀、液压助力缸，结束循环的工作液经由回油油管回流至油箱。

2.一种推杆式复合转向系统的模式切换控制方法，其特征在于，包括：将车速信号、转角传感器获得的转角信号、转矩传感器获得的转矩信号及侧向加速度传感器获得的侧摆加速度信号传递给电子控制单元；电子控制单元对上述信号进行运算得到模式切换系数K，切换系数K的计算方法由行车阻力矩和驾驶员施加力矩两部分组成，行车阻力矩计算方法为：

$T=(b\·sin2\mathrm{\β}\·\frac{1}{180}\·\mathrm{\θ}+\frac{r\·sin\mathrm{\γ}}{g\·R}\·v^2)\frac{2F}{{\mathrm{\η}}_1\·d\·i_{\mathrm{\ω}1}}$

其中，θ代表方向盘转角，v代表车速，a_y代表汽车侧向加速度，b代表主销转向节偏距，β代表前轮主销内倾角，r代表轮胎半径，R代表转弯半径，γ代表前轮主销后倾角，η₁代表转向系正传动效率，d代表转向盘直径，i_ω代表转向系角传动比，F₁代表满载前轴荷；

驾驶员施加力矩计算方法为：按一定速度梯度选取工况进行试验，将不同工况下驾驶员施加力矩进行拟合得到驾驶员施加力矩与车速、汽车侧向加速度的关系，切换系数K的计算方法为：

K＝1.213θ+1.669V²-(0.165V+0.662a_y+15.713)

其中，θ代表方向盘转角，V代表车速，a_y代表汽车侧向加速度。

3.根据权利要求2所述的推杆式复合转向系统的模式切换控制方法，其特征在于，依据上述K值将转向模式分为以下四种：若模式切换系数K大于切换阈值K1，表示助力转向系统需切换至电动助力转向模式，电子控制单元向控制电机A发送信号；若运算结果大于切换阈值K2且小于切换阈值K1，表示助力转向系统需切换至电控液压助力转向与电动助力转向共同工作模式，保证助力模式平滑切换，电子控制单元向控制电机A、控制电机B发送信号；若模式切换系数K小于切换阈值K2且大于切换阈值K3，表示此时所需助力转向系统提供较大助力，助力转向系统需切换至电控液压助力转向模式，电子控制单元向控制电机B发送信号；若模式切换系数K小于切换阈值K3，表示此时所需助力转向系统提供大助力，助力转向系统需切换至电控液压助力转向与电动助力转向共同工作模式，电子控制单元向控制电机A、控制电机B发送信号。