CN108622181A - 电动和电控二合一液压助力转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电动和电控二合一液压助力转向系统，包括转向控制单元、液压助力管路和设置在液压助力管路上的转向油泵，所述液压助力管路上还设置有电磁阀，转向电机驱动所述转向油泵，所述转向控制单元与所述电磁阀、转向电机相连，所述转向控制单元用于在电磁阀失效时，控制转向电机驱动所述转向油泵。正常情况下，系统工作在电控模式下，若电控模式失效，则转为电动模式。本发明有效解决现有电控液压助力转向系统在电控装置失效时转为普通液压助力转向系统的情况下，增加了快速转向时的疲劳程度，转向舒适度降低的问题，同时也解决了电动液压助力转向系统不能经常工作在效率高所对应的转速范围内的问题。

Description

电动和电控二合一液压助力转向系统

技术领域

本发明属于汽车转向技术领域，具体涉及电动和电控二合一液压助力转向系统。

背景技术

液压助力转向系统利用发动机驱动转向油泵提供动力来源，将发动机旋转的机械能转化为转向油液的液压能，通过动力转向器提供转向助力，降低汽车驾驶员施加在转向盘上的转向力。

电控液压助力转向系统根据控制方式不同，可分为反力控制式、流量控制式和阀增益控制式三种类型。

对于反力控制式电控液压助力转向系统，在现有液压助力转向系统的基础上，通过增设转向助力电子控制装置和车速传感器构成电控液压助力转向系统。如图1所示，反力控制式电控液压助力转向系统主要由转向盘1、转向管柱2、整体式动力转向器3(包含转向控制阀4、机械转向器5、动力油缸6、油压反力室7、反力柱塞8)、转向油罐9、转向油泵10、转向油管11、分流阀12及固定节流小孔13、电磁阀14、转向控制单元ECU 15、车速传感器16等组成，主要结构特点是在转向控制转阀阀芯的前端加装了两对反力柱塞。

在液压助力转向系统的基础上，在转向控制阀阀芯前端加装反力柱塞后，两组对称布置的反力柱塞外端受到由电磁阀调节的液压力作用，而内端压顶在阀芯前端的“一”字形翼板上，其压力可对阀芯形成力矩。转动转向盘时，需克服扭力弹簧的扭力矩和反力柱塞力矩的合力矩后，方可使阀芯与阀体产生相对角位移，实现转向液压助力。

相对于机械转向系统，电控液压助力转向系统优点不胜枚举：能够减小司机疲劳，特别是停车转向时；减少了路面反冲对转向盘的影响，提高了转向灵敏度；同时，提高了安全性。但是，在电控装置失效后，电控液压助力转向系统转变为普通液压助力转向系统。电磁阀上无控制信号，将会保持最大的转向“路感”，使原地或低速转向时方向较为沉重；在同一车速下，随着转向速度的增加，由于ECU控制通过电磁阀线圈的平均电流不变，电磁阀的平均开度也不变，转向力不会随转向速度的增加而减低，增加了快速转向时的疲劳程度，转向舒适度降低，会产生快速转向助力不足、响应较慢等缺点，使它的使用受到一定限制。

另外，电动液压助力转向系是在液压助力转向系统的基础上，将由发动机驱动的转向油泵改为由转向电机驱动转向油泵，采用独立于发动机的动力电池组或蓄电池为转向电机供电，同时采用控制器根据车辆的运行状态(发动机是否开启、转向速度大小、车速大小)控制转向电机的转速，提高节能效果，同时实现转向力随车速和转向速度而变化的特性。电动液压助力转向技术既具有传统液压助力转向技术成熟、助力大、运行可靠及手感好等特点，又具有电动机的效率高、易控制等优点；反应更加灵敏，转向助力大小也能根据转角、车速等参数自行调节，更加人性化，比液压助力转向系统更能实现“低速转向轻便，高速增强路感(即助力降低)避免发飘”，同时节能、高效。但是，由于转向电机的转速范围变化较大，效率变化大，不能经常工作在效率高所对应的转速范围内。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动和电控二合一液压助力转向系统，用以解决现有电控液压助力转向系统在电控装置失效时增加了快速转向时的疲劳程度、转向舒适度降低的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明的电动和电控二合一液压助力转向系统，包括转向控制单元、液压助力管路和设置在液压助力管路上的转向油泵，所述液压助力管路上还设置有电磁阀，转向电机驱动所述转向油泵，所述转向控制单元与所述电磁阀、转向电机相连，所述转向控制单元用于在电磁阀失效时，控制转向电机驱动所述转向油泵。

进一步地，所述转向系统还包括用于检测所述电磁阀故障的检测装置。

进一步地，所述检测装置为安装于所述液压助力管路中的流量传感器。

进一步地，所述检测装置为电磁阀动作检测装置，包括安装在电磁阀柱塞运动路径上用于被电磁阀柱塞触发的行程开关。

进一步地，所述电磁阀为通过弹簧将电磁阀柱塞保持于常开位置的常开式电磁阀，所述行程开关包括开关触头，开关触头与常开位置的电磁阀柱塞接触。

进一步地，开关触头具有在电磁阀柱塞处于常开位置时导通行程开关所在回路的合闸位和用于在电磁阀柱塞动作时断开行程开关所在回路的分闸位。

进一步地，弹簧内设置有支撑套管，行程开关所在回路包括设置于所述支撑套管上的导线，支撑套管上端设置有内翻沿，开关触头设置于内翻沿的下侧，导线具有位于所述内翻沿上的用于与所述开关触头接触的触点，电磁阀柱塞具有穿过内翻沿并实现与所述开关触头接触相连的凸起。

进一步地，所述电磁阀包括阀体，所述柱塞包括与阀体导向配合的柱塞主体，所述柱塞主体通过过渡肩与凸起相连，弹簧用于顶起过渡肩。

进一步地，还包括安装于液压助力转向系统的转向管柱上的转向角速度传感器，所述转向控制单元采样连接所述转向角速度传感器。

本发明的有益效果：

本发明的电动和电控二合一液压助力转向系统，包括电控模式和电动模式两种工作模式。在正常情况下，系统工作在电控模式下，实现汽车在低速时轻便转向，在高速时形成较强的转向“路感”。在电控模式失效的情况下，转为电动模式，由转向电机驱动转向油泵，根据车辆的运行状态(转向速度大小、车速大小)控制电机的转速，提高节能效果，实现转向力随车速和转向速度而变化。本发明解决现有电控液压助力转向系统在电控装置失效时增加了快速转向时的疲劳程度、转向舒适度降低的问题。

附图说明

图1是反力控制式电控液压助力转向系统的组成结构图；

图2是反力控制式电动和电控液压助力转向系统的组成结构图；

图3是未增加行程开关的电磁阀示意图；

图4是增加行程开关的电磁阀示意图；

图5是增加行程开关的电磁阀的空心柱塞向下运动时示意图；

图6是反力控制式电动和电控液压助力转向系统标定的电流I与转向角速度υ、车速V的关系；

图7是反力控制式电动和电控液压助力转向系统标定的转向电机频率f与转向角速度υ、车速V的关系；

图8是流量控制式电动和电控液压助力转向系统标定的电流I与转向角速度υ、车速V的关系。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加明确，下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

总体来说，本发明在传统液压助力转向系统上，在转向管柱配备转向角速度传感器，转向控制单元ECU根据车速的高低调节转向助力的强度，根据施加转向力的大小，使驾驶员获得自然的转向“路感”和良好转向舒适度；同时，将由发动机驱动的转向油泵更换为转向电机驱动的转向油泵，扩展转向控制单元ECU的控制功能，形成新型电动和电控液压助力转向系统。

该电动和电控二合一液压助力转向系统，正常工作时，转向电机工作在效率高的转向范围，实现电控液压助力转向的功能；利用带行程开关的电磁阀，转向控制单元ECU可以判断电磁阀是否失效；在电磁阀失效无法实现电控液压助力转向功能时，转向控制单元ECU根据车速、转向角速度的大小控制转向电机变频工作，实现电动液压助力转向功能。这样该电动和电控二合一液压助力转向系统在不同工作状态下均能实现“低速转向轻便，高速增强路感(即助力降低)避免发飘”，同时节能、高效。

如图1、2所示，以反力控制式为例，在反力控制式电控液压助力转向系统的基础上，转向管柱2上设置转向角速度传感器17。转向时，转向角速度传感器17将转向角速度转化为对应的电信号并发送给转向控制单元ECU 15。电磁阀14上增加行程开关，转向控制单元ECU 15通过检测行程开关电路的电压变化来判断电磁阀是否失效。同时，转向油泵10由转向电机驱动。

起初，汽车工作在电控液压助力转向系统工作模式(简称电控工作模式)，分流阀12向电磁阀14和反力柱塞8各分配一股稳定的液压油流量，电磁阀14则在转向控制单元ECU15电流信号大小的控制下调节反力柱塞一侧的液压油回流量，从而控制反力柱塞反作用力的大小。

当汽车停驶或行驶速度较低时，转向控制单元ECU 15使通过电磁阀线圈的平均电流增大，电磁阀14的平均开度增加，分流液压油的回流量增加，作用于反力柱塞8的背压减小，转向时只需要较小的转向力矩即可克服扭力弹簧扭力和反力柱塞的合力矩使转向控制阀4的扭力弹簧产生扭转变形而实现转向助力，即实现低速时轻便转向。

当汽车行驶速度较高时，转向控制单元ECU 15使通过电磁阀线圈的平均电流减小，电磁阀14的平均开度减小，分流液压油的回流量减小，作用于反力柱塞的背压增加，转向时需要较大的转向力矩才能克服扭力弹簧扭力和反力柱塞的合力矩(相当于增加了扭力弹簧的刚度)，使转向控制阀4的扭力弹簧产生扭转变形而实现转向助力，即高速时形成较强的转向“路感”。

转向控制单元ECU功能：

1)转向控制单元ECU 15接收车速信号、转向角速度信号后，控制电磁阀线圈通过的平均电流大小(对应柱塞的平均开启程度)与车速、转向角速度增长趋势相反。

当汽车停驶或行驶速度较低时，转向控制单元ECU 15使通过电磁阀线圈的平均电流增大，电磁阀14的柱塞平均开度增加，分流液压油的回流量增加，作用于反力柱塞8的背压减小，实现低速时轻便转向；当汽车行驶速度较高时，转向控制单元ECU 15使通过电磁阀线圈的平均电流减小，电磁阀14的柱塞平均开度减小，分流液压油的回流量减小，作用于反力柱塞8的背压增加，实现高速较强的转向“路感”(即增加转向力)。

在同一车速下，随转向角速度的增加，电磁阀线圈通过的平均电流增大，电磁阀14的柱塞平均开启程度增加，通过电磁阀14分流液压油的回流量增加，作用于转阀反力柱塞8的背压减小，只需要较小的转向力矩即可克服扭力弹簧扭力和反力柱塞的合力矩，使转向控制阀4的扭力弹簧产生扭转变形，实现转向助力且转向力降低。

需要标定的电流I与转向角速度υ、车速V的关系如图6所示。电磁线圈通过标定的电流值I，转向力F应满足车辆设计规定的目标值及范围。

2)当车辆开始行驶或转向时，电磁阀14的柱塞应该开启，对应的电磁阀14上的行程开关由“通”变为“断”，输入转向控制单元ECU 15的电压信号应由“高”变为“低”。如果转向控制单元ECU 15检测到电压信号未发生变化，说明电磁阀14的柱塞未开启，反力控制式功能失效。此时转向控制单元ECU 15控制功能切换至电动液压助力模式，转向电机频率f与转向角速度υ、车速V的关系为：当汽车停驶或行驶速度低时，ECU控制转向电机处于高频运转；当汽车行驶速度高时，ECU控制转向电机处于低频运转，实现低速转向轻便、高速有较强的转向“路感”。

需要标定的转向电机频率f与转向角速度υ、车速V的关系如图7所示。转向控制单元ECU控制转向电机按照标定频率运转，转向力F应满足车辆设计规定的目标值及范围。

电磁阀14上设置有行程开关，转向控制单元ECU 15判断电磁阀是否失效，即转向控制单元ECU 15检测行程开关电路的电压变化。当转向控制单元ECU 15控制电磁阀14的柱塞开度发生变化，但仍能检测到“高”电压信号，说明电磁阀失效，该系统无法工作在电控工作模式，此时需要转为电动液压助力转向系统工作模式(简称电动工作模式)。

在电动工作模式下，转向油泵10由转向电机驱动，采用独立于发动机的动力电池组或蓄电池为转向电机供电，同时转向控制单元ECU 15根据车辆的运行状态(转向速度大小、车速大小)控制转向电机的转速，提高节能效果，同时实现转向力随车速和转向速度而变化的特性。当车速较低时，转向电机高频运转，助力作用强，转向轻便；随着车速的提高，转向电机频率线性降低，助力作用减小，使高速的转向“路感”增强。当车速不变时，转向角速度越小，转向电机频率降低，转向助力作用对应降低；转向角速度越大，转向电机频率增加，转向助力作用对应增加。

图3为未增加行程开关的电磁阀，电磁阀包括阀体18、设置在阀体18内的空心柱塞19，和设置在阀体18外的电磁线圈20，空心柱塞19包括与阀体18导向配合的柱塞主体21和凸起22(带触头)。柱塞主体21通过过渡肩23与凸起22相连，弹簧24用于顶起过渡肩23。该电磁阀通过弹簧24将空心柱塞19保持于常开状态，为常开式电磁阀。空心柱塞19上设置有与阀体18配合的小阀口25和大阀口26。通过空心柱塞19上下往复运动，使得电磁阀的开度发生变化，即从小阀口经过大阀口的流量发生变化，从而控制液压助力转向。

图4为增加行程开关的电磁阀，在图3的基础上增加行程开关。行程开关包括开关触头27，正常情况下，开关触头27与常开位置的电磁阀的空心柱塞19的凸起22的触头接触。开关触头具有合闸位，用于在电磁阀的空心柱塞19处于常开位置时导通行程开关所在回路；也具有分闸位，用于在电磁阀的空心柱塞19动作时断开行程开关所在回路。在弹簧24内设置有支撑套管28，行程开关所在回路包括设置于支撑套管28内的导线29，支撑套管28用于支撑导线29。支撑套管28上端设置有内翻沿，行程开关的开关触头27设置于内翻沿的下侧，导线29具有位于内翻沿上的用于与开关触头27接触的触点，电磁阀的空心柱塞的凸起22穿过内翻沿并通过触头实现与开关触头27接触相连。行程开关所在回路还包括设置于电磁阀阀体18外的导线30和导线31，导线31与ECU输出电源正极相连，导线30接地，且该线路中设置有二极管32，二极管32的阳极与地相连。

在如图4所示的状态时，行程开关所在回路处于导通状态，此时ECU采集电压信号，可检测到“高”电压。当给电磁阀动作信号，空心柱塞向下运动时，空心柱塞的凸起22会带动触头(与行程开关的开关触头27接触)向下，从而使行程开关所在回路断开，此时通过ECU采集电压信号时，电压信号为“低”，如图5所示。若给电磁阀动作信号，通过ECU采集电压信号时，仍旧能够采集到“高”电压信号，则说明电磁阀失效。

在本实施例中，作为一种优选的实施方式，转向控制单元ECU根据带行程开关的电磁阀，来判断电磁阀是否失效。若判断电磁阀失效，即汽车无法工作在电控模式下来实现液压助力转向功能时，汽车会转为电动工作模式，由转向电机驱动转向油泵，转向控制单元ECU根据车速、转向角速度的大小控制转向电机变频工作，实现电动液压助力转向功能。作为其他实施方式，可在液压管路上设置流量传感器来判断电磁阀是否有效。例如，若转向控制单元ECU控制电磁阀开度减小，但是油道里的流量不变甚至增大，也说明电磁阀失效，这时候也由电控模式转为电动模式来实现转向。

另外，介绍流量控制式和阀增益式电控液压助力类型的不同ECU功能。

根据结构原理的不同，流量控制式和阀增益控制式电控液压助力类型与反力控制式不同。接收车速信号、转向角速度信号后，转向控制单元ECU控制电磁阀线圈通过的平均电流大小(对应柱塞的平均开启程度)与车速、转向角速度增长趋势相同。

当汽车停驶或行驶速度低时，转向控制单元ECU使通过电磁阀线圈的平均电流降低，电磁阀柱塞的平均开度减小，旁路液压油的回流量减小，转向助力增加，实现低速时轻便转向；当汽车行驶速度高时，转向控制单元ECU使通过电磁阀线圈的平均电流升高，电磁阀的平均开度增大，旁路液压油的回流量增大，转向助力减小，实现高速较强的转向“路感”(即增加转向力)。

在同一车速下，随转向角速度的增加，电磁阀线圈通过的平均电流降低，电磁阀柱塞的平均开启程度减小，通过电磁阀旁路分流的液压油回流量减少，转向助力逐步增加，实现转向助力的降低。

需要标定的电流I与转向角速度υ、车速V的关系如图8所示。电磁线圈通过标定的电流值I，转向力F应满足车辆设计规定的目标值及范围。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种电动和电控二合一液压助力转向系统，包括转向控制单元、液压助力管路和设置在液压助力管路上的转向油泵，其特征在于，所述液压助力管路上还设置有电磁阀，转向电机驱动所述转向油泵，所述转向控制单元与所述电磁阀、转向电机相连，所述转向控制单元用于在电磁阀失效时，控制转向电机驱动所述转向油泵。

2.根据权利要求1所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，所述转向系统还包括用于检测所述电磁阀故障的检测装置。

3.根据权利要求2所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，所述检测装置为安装于所述液压助力管路中的流量传感器。

4.根据权利要求2所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，所述检测装置为电磁阀动作检测装置，包括安装在电磁阀柱塞运动路径上用于被电磁阀柱塞触发的行程开关。

5.根据权利要求4所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，所述电磁阀为通过弹簧将电磁阀柱塞保持于常开位置的常开式电磁阀，所述行程开关包括开关触头，开关触头与常开位置的电磁阀柱塞接触。

6.根据权利要求5所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，开关触头具有在电磁阀柱塞处于常开位置时导通行程开关所在回路的合闸位和用于在电磁阀柱塞动作时断开行程开关所在回路的分闸位。

7.根据权利要求6所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，弹簧内设置有支撑套管，行程开关所在回路包括设置于所述支撑套管上的导线，支撑套管上端设置有内翻沿，开关触头设置于内翻沿的下侧，导线具有位于所述内翻沿上的用于与所述开关触头接触的触点，电磁阀柱塞具有穿过内翻沿并实现与所述开关触头接触相连的凸起。

8.根据权利要求7所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，所述电磁阀包括阀体，所述柱塞包括与阀体导向配合的柱塞主体，所述柱塞主体通过过渡肩与凸起相连，弹簧用于顶起过渡肩。

9.根据权利要求1所述的电动和电控二合一液压助力转向系统，其特征在于，还包括安装于液压助力转向系统的转向管柱上的转向角速度传感器，所述转向控制单元采样连接所述转向角速度传感器。