CN106741159A - 一种汽车底盘集成助力装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车底盘集成助力装置及其控制方法，包括电子控制单元、动力源模块、电磁阀控制模块、转向助力模块、制动助力模块。该集成助力装置通过采集方向盘转角传感器信号和制动踏板位移传感器信号，对两个信号进行处理：当判断驾驶员需要进行转向助力时，转向助力模块工作，提供需要的转向助力；当判断驾驶员需要进行制动助力时，制动助力模块工作，提供需要的制动助力。转向助力模块和制动助力模块公用动力源模块，两种工作状态独立完成，互不干扰。该装置将转向助力模块和制动助力模块的动力源进行集成，采用对阀组合形式，结构简单、集成化高、控制精度及可靠性高。

Description

一种汽车底盘集成助力装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及汽车底盘集成控制领域，特别涉及一种集成汽车转向和制动助力功能的汽车底盘集成助力装置及其控制方法。
背景技术
近些年来，为提高汽车在日常生活中的舒适性、安全性和操作稳定性，各种电子控制单元如电子液压助力转向系统、电子液压制动助力系统都被应用在汽车底盘中，但是这些电子液压系统在应用时没有进行集成化的设计，所以，汽车底盘集成控制正在逐渐成为车辆工程领域的研究热点。
Nisan公司设计电控液压的动力转向和制动装置，该装置采用电机驱动增加动力转向装置压力，采用电机及滚珠丝杆机构实现电控制动液压制动，响应控制精度高，但速度较慢，且需要两个电机，结构复杂，集成化度不高。
博世(Bosch)公司研发的电子液压制动系统(EHB)，模块化程度的提高，减少了传统机械制动系统的零部件数量，但是在制动液压油回路中针对不同轮缸使用了4个增压阀和4个减压阀，这使得该系统结构复杂，控制难度加大。
中国专利93238632.6的汽车电控液压自动刹车装置，通过电控监控器的继电器可以控制油泵，使油泵推动活塞带动软钢丝拉索以操纵液压刹车型汽车的脚踏刹车板，实现电控液压自动刹车。
中国专利201520664636.6的一种电控液压助力转向系统，解决传统的电控液压转向助力系统只能通过改变油泵驱动电机的转速来改变转向助力，而转阀的开度只能根据转向盘转角线性调节的问题。
中国专利201310272676.1的一种汽车集成式电子液压制动系统，对可实现常规制动工况和ABS制动工况进行了集成化处理，在ECU掉电时具有供电失效保护功能，即当系统供电失效时仍可保证正常制动，在完成制动功能的基础上，提高系统的稳定性。
就目前来看，电子液压转向助力系统和制动助力系统的研究已经相当成熟，但还存在着液压系统结构复杂、控制难度大的缺陷，并且现阶段研究内容都是基于液压转向助力系统和液压制动助力系统各自处于独立状态，没有针对液压转向特性和制动特性进行的集成化处理。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种汽车底盘集成助力装置及其控制方法，将液压转向特性和制动特性进行的集成化。
技术方案：一种汽车底盘集成助力装置，包括电子控制单元、动力源模块、电磁阀控制模块、转向助力模块、制动助力模块；
所述动力源模块包括蓄能器、单向阀、电机泵、储油杯，电机泵用于将储油杯中的液压油经单向阀泵入蓄能器中；
所述电磁阀控制模块包括左转助力电磁阀对、右转助力电磁阀对、制动助力电磁阀对和制动回位电磁阀对；
所述转向助力模块包括方向盘转角传感器、转向横拉杆、转向助力液压缸、带活塞的转向助力杆；
所述制动助力模块包括制动踏板位移传感器、制动助力液压缸、带活塞的制动助力杆、制动主缸推杆；
其中，所述左转助力电磁阀对包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与蓄能器连接，另一端与转向助力液压缸左侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯连接，另一端与转向助力液压缸右侧连接；
所述右转助力电磁阀对包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀的一端与蓄能器连接，另一端与所述转向助力液压缸右侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯连接，另一端与所述转向助力液压缸左侧连接；
所述制动助力电磁阀对包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与蓄能器连接，另一端与制动助力液压缸左侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯连接，另一端与制动助力液压缸侧连接；
所述制动回位电磁阀对包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与储油杯连接，另一端与所述制动助力液压缸右侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯连接，另一端与所述制动助力液压缸左侧连接；
所述转向横拉杆与转向助力液压缸左侧通过密封的导向孔连接，带活塞的转向助力杆与转向助力液压缸右侧密封的导向孔连接；所述带活塞的制动助力杆与制动助力液压缸左侧通过密封的导向孔连接，汽车的制动主缸推杆与制动助力液压缸右侧密封的导向孔连接。
进一步的，电子控制单元采集方向盘转角传感器信号，并根据方向盘转角信号计算转向脉宽调制信号占空比；当方向盘转角传感器信号输入为左转向时，电子控制单元关闭右转助力电磁阀对，输出所述转向脉宽调制信号控制左转助力电磁阀对；当方向盘转角传感器信号输入为右转向时，电子控制单元关闭左转助力电磁阀对，输出所述转向脉宽调制信号控制右转助力电磁阀对；当方向盘转角传感器信号不变，即方向盘保持一定的转角时，电子控制单元同时关闭左转助力电磁阀对和右转助力电磁阀对。
进一步的，电子控制单元采集制动踏板位移传感器信号，通过制动踏板位移传感器信号判断为踩下制动时，电子控制单元根据制动踏板位移信号计算制动脉宽调制信号占空比，并关闭制动回位电磁阀对，输出所述制动脉宽调制信号控制制动助力电磁阀对；通过制动踏板位移传感器信号判断为松开制动时，电子控制单元关闭控制制动助力电磁阀对，开启制动回位电磁阀对；当制动踏板位移传感器信号不变，即保持一定的制动力时，电子控制单元同时关闭制动助力电磁阀对和制动回位电磁阀对。
有益效果：本发明的一种汽车底盘集成助力装置及其控制方法，包括电子控制单元、动力源模块、电磁阀控制模块、转向助力模块、制动助力模块。该集成助力装置通过采集方向盘转角传感器信号和制动踏板位移传感器信号，对两个信号进行处理：当判断驾驶员需要进行转向助力时，转向助力模块工作，提供需要的转向助力；当判断驾驶员需要进行制动助力时，制动助力模块工作，提供需要的制动助力。转向助力模块和制动助力模块公用动力源模块，两种工作状态独立完成，互不干扰。该装置将转向助力模块和制动助力模块的动力源进行集成，采用对阀组合形式，结构简单、集成化高、控制精度及可靠性高。具有如下优点：
1.简单易安装：本发明结构简单，工作可靠，可在原液压系统基础上进行适当改装，减少原系统底盘使用空间；
2.控制逻辑简单，本发明根据转向和制动实际情况控制四组不同功能的电磁阀对；
3.助力特性可控：本发明可根据不同工况要求精确控制转向和制动的助力大小；
4.不影响驾驶意图：本发明装置工作时不改变驾驶员的意图，提高汽车的行驶稳定性。
附图说明
图1是本发明的汽车底盘集成助力装置的示意图；
图2是本发明的汽车底盘集成助力装置的流程图；
图中，1-蓄能器，2-单向阀，3-电机泵，4-储油杯，5-左转助力电磁阀对，6-右转助力电磁阀对，7-制动助力电磁阀对，8-制动回位电磁阀对，9-电子控制单元，10-方向盘转角传感器,11-转向横拉杆，12-转向助力液压缸，13-带活塞的转向助力杆，14-制动踏板位移传感器，15-制动助力液压缸，16-带活塞的制动助力杆，17-制动主缸推杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种汽车底盘集成助力装置，包括电子控制单元、动力源模块、电磁阀控制模块、转向助力模块、制动助力模块。
动力源模块包括蓄能器1、单向阀2、电机泵3、储油杯4，电机泵3用于将储油杯4中的液压油经单向阀2泵入蓄能器1中。电磁阀控制模块包括左转助力电磁阀对5、右转助力电磁阀对6、制动助力电磁阀对7和制动回位电磁阀对8。转向助力模块包括方向盘转角传感器10、转向横拉杆11、转向助力液压缸12、带活塞的转向助力杆13。制动助力模块包括制动踏板位移传感器14、制动助力液压缸15、带活塞的制动助力杆16、制动主缸推杆17。
其中，左转助力电磁阀对5包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与蓄能器1连接，另一端与转向助力液压缸12左侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯4连接，另一端与转向助力液压缸12右侧连接。
右转助力电磁阀对6包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀的一端与蓄能器1连接，另一端与转向助力液压缸12右侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯4连接，另一端与转向助力液压缸12左侧连接。
制动助力电磁阀对7包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与蓄能器1连接，另一端与制动助力液压缸15左侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯4连接，另一端与制动助力液压缸15侧连接。
制动回位电磁阀对8包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与储油杯4连接，另一端与所述制动助力液压缸15右侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯4连接，另一端与所述制动助力液压缸15左侧连接。
转向横拉杆11与转向助力液压缸12左侧通过密封的导向孔连接，带活塞的转向助力杆13与转向助力液压缸12右侧密封的导向孔连接。带活塞的制动助力杆16与制动助力液压缸15左侧通过密封的导向孔连接，汽车的制动主缸推杆17与制动助力液压缸15右侧密封的导向孔连接。
如图2所示，上述汽车底盘集成助力装置的控制方法中，实现转向助力控制方法为：电子控制单元9采集方向盘转角传感器10信号，根据传感器信号判断转向信号是否改变，若发生改变并根据方向盘转角信号计算转向脉宽调制信号(PWM)占空比。当方向盘转角传感器10信号输入为左转向时，电子控制单元9关闭右转助力电磁阀对6，输出转向脉宽调制信号控制左转助力电磁阀对5。左转助力电磁阀对5中与蓄能器1连接的电磁阀处于开启状态，此电磁阀另一端与转向助力液压缸12左侧连接，蓄能器1中的液压油通过此开启电磁阀流入转向助力液压缸12的左侧。转向助力液压缸12的右侧与左转助力电磁阀对5中另一个电磁阀连接，此电磁阀另一端和储油杯4连接，因此转向助力液压缸12内左侧压力大于右侧压力，左右两侧形成的压力差推动转向助力液压缸12内带活塞的转向助力杆13向右运动，由此带动转向横拉杆11向右运动，达到左转向助力效果。
当方向盘转角传感器10信号输入为右转向时，电子控制单元9关闭左转助力电磁阀对5，输出转向脉宽调制信号控制右转助力电磁阀对6。右转助力电磁阀对6中与蓄能器1连接的电磁阀处于开启状态，此电磁阀另一端与转向助力液压缸12右侧连接，蓄能器1中的液压油通过此开启电磁阀流入转向助力液压缸12的右侧。转向助力液压缸12的左侧与右转助力电磁阀对6中另一个电磁阀连接，此电磁阀另一端和储油杯4连接，因此转向助力液压缸12内右侧压力大于左侧压力，左右两侧形成的压力差推动转向助力液压缸12内带活塞的转向助力杆13向左运动，由此带动转向横拉杆11向左运动，达到右转向助力效果。
当方向盘转角传感器10信号不变，即方向盘保持一定的转角时，电子控制单元9同时关闭左转助力电磁阀对5和右转助力电磁阀对6。此时液压油被密封在转向助力液压缸12内，液压转向回路断开，带活塞的转向助力杆13不能运动，方向盘转角保持固定。
实现制动助力的控制方法为：电子控制单元9采集制动踏板位移传感器14信号，根据传感器信号判断制动信号是否改变，通过制动踏板位移传感器14信号判断为踩下制动时，电子控制单元9根据制动踏板位移信号计算制动脉宽调制信号占空比，电子控制单元9关闭制动回位电磁阀对8，输出制动脉宽调制信号控制制动助力电磁阀对7。制动助力电磁阀对7中与蓄能器1连接的电磁阀处于开启状态，此电磁阀另一端与制动助力液压缸15左侧连接，蓄能器1中的液压油通过此开启电磁阀流入转向制动液压缸15的左侧。制动助力液压缸15的右侧与制动助力电磁阀对7中另一个电磁阀连接，此电磁阀另一端和储油杯4连接，因此制动助力液压缸15内左侧压力大于右侧压力，左右两侧形成的压力差推动制动助力液压缸15内带活塞的制动助力杆16向右运动，由此带动制动主缸推杆17向右运动，达到制动助力效果。
通过制动踏板位移传感器14信号判断为松开制动时，电子控制单元9关闭控制制动助力电磁阀对7，开启制动回位电磁阀对8。此时制动助力液压缸15左右两侧都处于低压状态且与储油杯4形成一条回路，液压油流入储油杯4，制动踏板在回位弹簧作用下，松开制动。
当制动踏板位移传感器14信号不变，即保持一定的制动力时，电子控制单元9同时关闭制动助力电磁阀对7和制动回位电磁阀对8。此时液压油被密封在转向制动液压缸15内，液压制动回路断开，带活塞的制动助力杆16不能运动，即保持一定制动力。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种汽车底盘集成助力装置，其特征在于，包括电子控制单元、动力源模块、电磁阀控制模块、转向助力模块、制动助力模块；
所述动力源模块包括蓄能器(1)、单向阀(2)、电机泵(3)、储油杯(4)，电机泵(3)用于将储油杯(4)中的液压油经单向阀(2)泵入蓄能器(1)中；
所述电磁阀控制模块包括左转助力电磁阀对(5)、右转助力电磁阀对(6)、制动助力电磁阀对(7)和制动回位电磁阀对(8)；
所述转向助力模块包括方向盘转角传感器(10)、转向横拉杆(11)、转向助力液压缸(12)、带活塞的转向助力杆(13)；
所述制动助力模块包括制动踏板位移传感器(14)、制动助力液压缸(15)、带活塞的制动助力杆(16)、制动主缸推杆(17)；
其中，所述左转助力电磁阀对(5)包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与蓄能器(1)连接，另一端与转向助力液压缸(12)左侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯(4)连接，另一端与转向助力液压缸(12)右侧连接；
所述右转助力电磁阀对(6)包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀的一端与蓄能器(1)连接，另一端与所述转向助力液压缸(12)右侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯(4)连接，另一端与所述转向助力液压缸(12)左侧连接；
所述制动助力电磁阀对(7)包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与蓄能器(1)连接，另一端与制动助力液压缸(15)左侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯(4)连接，另一端与制动助力液压缸(15)侧连接；
所述制动回位电磁阀对(8)包括一对电磁阀，其中位于左侧的电磁阀一端与储油杯(4)连接，另一端与所述制动助力液压缸(15)右侧连接；位于右侧的电磁阀一端与储油杯(4)连接，另一端与所述制动助力液压缸(15)左侧连接；
所述转向横拉杆(11)与转向助力液压缸(12)左侧通过密封的导向孔连接，带活塞的转向助力杆(13)与转向助力液压缸(12)右侧密封的导向孔连接；所述带活塞的制动助力杆(16)与制动助力液压缸(15)左侧通过密封的导向孔连接，汽车的制动主缸推杆(17)与制动助力液压缸(15)右侧密封的导向孔连接。
2.根据权利要求1所述的汽车底盘集成助力装置的控制方法，其特征在于，电子控制单元(9)采集方向盘转角传感器(10)信号，并根据方向盘转角信号计算转向脉宽调制信号占空比；当方向盘转角传感器(10)信号输入为左转向时，电子控制单元(9)关闭右转助力电磁阀对(6)，输出所述转向脉宽调制信号控制左转助力电磁阀对(5)；当方向盘转角传感器(10)信号输入为右转向时，电子控制单元(9)关闭左转助力电磁阀对(5)，输出所述转向脉宽调制信号控制右转助力电磁阀对(6)；当方向盘转角传感器(10)信号不变，即方向盘保持一定的转角时，电子控制单元(9)同时关闭左转助力电磁阀对(5)和右转助力电磁阀对(6)。
3.根据权利要求2所述的汽车底盘集成助力装置的控制方法，其特征在于，电子控制单元(9)采集制动踏板位移传感器(14)信号，通过制动踏板位移传感器(14)信号判断为踩下制动时，电子控制单元(9)根据制动踏板位移信号计算制动脉宽调制信号占空比，并关闭制动回位电磁阀对(8)，输出所述制动脉宽调制信号控制制动助力电磁阀对(7)；通过制动踏板位移传感器(14)信号判断为松开制动时，电子控制单元(9)关闭控制制动助力电磁阀对(7)，开启制动回位电磁阀对(8)；当制动踏板位移传感器(14)信号不变，即保持一定的制动力时，电子控制单元(9)同时关闭制动助力电磁阀对(7)和制动回位电磁阀对(8)。
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