CN108791481B - 一种液压转向路感模拟器组件及模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压转向路感模拟器组件及模拟装置及方法，其中转向路感模拟装置，包括路感模拟器组件、压力调节组件以及电子控制单元；电子控制单元根据接收的蓄能器压力传感器采集的高压蓄能器内油压信号控制电机启停从而保持高压蓄能器内油压维持在设定范围；电子控制单元根据接收的转向横拉杆力信号对A腔电磁阀组和B腔电磁阀组进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差。本发明通过控制电磁阀的开闭来实现A腔和B腔压力的精确控制，并依据各传感器信号进行修正，路感模拟快速准确；通过ECU感知的转向横拉杆信号和各传感器信号计算反馈的阻力矩并对模拟器缸内压力差进行调节，工作灵活，适用于不同驾驶喜好的路感模拟，智能化程度高。

Description

一种液压转向路感模拟器组件及模拟装置及方法

技术领域

本发明涉及汽车转向技术，具体涉及线控转向及路感模拟技术领域。

背景技术

近些年，随着汽车电子和控制技术的不断发展，线控转向技术得到了广泛的应用，线控转向技术取消了传统转向系统中方向盘与转向车轮之间的机械连接，从而导致路感信息无法直接传递给驾驶员，降低了汽车转向安全性。因此需要提出一种工作可靠，智能化高，路感模拟准确的线控转向路感模拟装置。

目前线控转向路感模拟技术已有很多，其中徐颖提出了一种线控转向路感力矩的模拟系统(专利号CN201720269665.1)，该装置通过传感检测单元检测方向盘的转动角度并生成数字信号，数字信号通过信号处理单元和信号转换单元发送给电机控制单元，从而控制路感电机运转，实现路感模拟，结构简单，不需要进行特殊布局就能够对路感电机进行控制，但该装置信号处理过程过于复杂，并且对路感模拟的执行机构没有明确的说明；转向盘的转矩通过谐波减速将转矩传递到同步电动机，同步电动机的线圈电流信息通过一个霍尔电流传感器传递给电子控制单元。李强提出了一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置(专利号CN200810060729.2)，其电子控制单元结合另两个端口接收到的车速信号和负载转矩信号，经过相位补偿、阻尼补偿、惯量补偿和摩擦补偿等，控制同步电动机的转动得到反馈转矩，并通过减速器传递给转向盘，工作稳定可靠，路感模拟准确，但是装置结构复杂，成本高，耗能较多；赵万忠提出了一种基于参数估计的线控转向路感装置及其控制方法(专利号CN201510329873.1)，该装置通过传感器测得信号，通过卡尔曼滤波估计得到当前汽车状态变量，计算得到汽车转向阻力矩，并通过车速、变传动比及侧向加速度对转向路感进行补偿修正，得到当前理想的转向盘力矩值。本发明可以通过加装离合器，切换工作模式，确保在线控模式出现故障时仍能保证正常的转向功能，提供可靠路感；同时，在正常行驶工况下，可以使得驾驶员获得良好的路面信息，提高汽车的操纵性和舒适性，但该装置计算量较大，对ECU的运算能力要求较高，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种液压转向路感模拟器组件及模拟装置，不仅结构简单，而且控制快速准确。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种液压转向路感模拟器组件，包括模拟器缸体、与方向盘联动的同时在模拟器缸体内腔中转动的转动轴，所述模拟器缸体的内壁固定有挡块，所述挡块沿模拟器缸体的径向向转动轴延伸，所述转动轴连接有叶片，所述叶片沿模拟器缸体的径向向模拟器缸体内壁延伸，所述模拟器缸体内腔由叶片与挡块配合分隔出A腔和B腔。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：结构紧凑，易于布置。路感模拟组件集成在一个液压缸体内，占用空间小，易于布置。

优选的，所述A腔连接A腔电磁阀组，所述B腔连接B腔电磁阀组。

优选的，所述A腔电磁阀组和B腔电磁阀组均包括进油阀和出油阀。

优选的，所述模拟器缸体的内壁底部安装有底端轴承，所述转动轴的底端支承在底端轴承上。

优选的，所述模拟器缸体的口部设有盖板，所述盖板连接有盖板轴承，所述转动轴从盖板中穿过并支承在盖板轴承上。

一种电控液压的转向路感模拟装置，包括路感模拟器组件、压力调节组件以及电子控制单元，其中，

所述路感模拟器组件包括模拟器缸体、与方向盘联动的同时在模拟器缸体内腔中转动的转动轴，所述模拟器缸体的内壁固定有挡块，所述挡块沿模拟器缸体的径向向转动轴延伸，所述转动轴连接有叶片，所述叶片沿模拟器缸体的径向向模拟器缸体内壁延伸，所述模拟器缸体内腔由叶片与挡块配合分隔出A腔和B腔；

所述压力调节组件包括A腔电磁阀组、B腔电磁阀组、高压蓄能器、液压泵、油杯、用于检测高压蓄能器内油压的蓄能器压力传感器、用于检测A腔内压力的A腔压力传感器、用于检测B腔内压力的B腔压力传感器、驱动液压泵工作的电机，所述液压泵通过管路与油杯和高压蓄能器连接，所述A腔电磁阀组和B腔电磁阀组均包括进油阀和出油阀，所述进油阀通过管路与高压蓄能器连接，所述出油阀通过管路与油杯连接；

所述电子控制单元根据接收的蓄能器压力传感器采集的高压蓄能器内油压信号控制电机启停从而保持高压蓄能器内油压维持在设定范围；

所述电子控制单元根据接收的转向横拉杆力信号对A腔电磁阀组和B腔电磁阀组进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：

1.结构紧凑，易于布置。路感模拟组件集成在一个液压缸体内，占用空间小，易于布置。

2.路感模拟快速准确。通过控制电磁阀的开闭来实现A腔和B腔压力的精确控制，并依据各传感器信号进行修正，路感模拟快速准确；

3.智能化程度高。通过ECU感知的转向横拉杆信号和各传感器信号计算反馈的阻力矩并对模拟器缸内压力差进行调节，工作灵活，适用于不同驾驶喜好的路感模拟，智能化程度高；

4.节能环保，成本低。通过控制A腔和B腔内的油压来实现阻力矩的传递，不需要额外的路感电机的工作，节约能源，降低成本。

优选的，所述液压泵与高压蓄能器之间管路上连接有单向阀，所述单向阀控制液压泵向高压蓄能器单向泵油。

本发明还提供了采用上述电控液压的转向路感模拟装置进行转向路感模拟的方法，包括如下步骤：

步骤1)，电子控制单元采集蓄能器压力传感器信号，并对高压蓄能器压力进行判断，当高压蓄能器压力低于设定低压值，电子控制单元控制电机转动，带动液压泵转动，将油液从油杯泵入高压蓄能器中，当高压蓄能器压力高于设定高压值时，电子控制单元控制电机停止；

步骤2)，电子控制单元采集转向横拉杆力信号，计算反馈给方向盘的阻力矩以及模拟器缸体的A腔与B腔压力差的理论值，并对A腔电磁阀组和B腔电磁阀组进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差；

步骤3)，A腔和B腔的压力差推动叶片旋转，叶片将反馈的阻力矩通过转动轴传递给方向盘，实现驾驶员的路感模拟。

进一步的，步骤2)包括如下具体步骤：

步骤2.1)，如果压力差的理论值等于零；

步骤2.1.1)，电子控制单元控制A腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.1.2)，电子控制单元控制B腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.2)，如果压力差的理论值大于零；

步骤2.2.1)，电子控制单元控制B腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.2.2)，电子控制单元采集A腔压力传感器信号，将A腔压力值与压力差的理论值比较；

步骤2.2.2.1)，如果A腔压力值大于压力差的理论值，电子控制单元控制A腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.2.2.2)，如果A腔压力值小于压力差的理论值，电子控制单元控制A腔电磁阀组的进油阀打开，出油阀关闭；

步骤2.2.2.3)，如果A腔压力值与压力差的理论值接近，且在设定误差范围内，则电子控制单元控制A腔电磁阀组的进油阀关闭，出油阀关闭；

步骤2.3)，如果压力差的理论值小于零；

步骤2.3.1)，电子控制单元控制A腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.3.2)，电子控制单元采集B腔压力传感器信号，将B腔压力值与压力差理论值的绝对值比较；

步骤2.3.2.1)，如果B腔压力值大于压力差理论值的绝对值，电子控制单元控制B腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.3.2.2)，如果B腔压力值小于压力差理论值的绝对值，电子控制单元控制B腔电磁阀组的进油阀打开，出油阀关闭；

步骤2.3.2.3)，如果B腔压力值与压力差理论值的绝对值接近，且在设定误差范围内，则电子控制单元控制B腔电磁阀组的进油阀关闭，出油阀关闭。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：通过ECU感知的转向横拉杆信号和各传感器信号计算反馈的阻力矩并对模拟器缸内压力差进行调节，工作灵活，适用于不同驾驶喜好的路感模拟，智能化程度高。通过控制电磁阀的开闭来实现A腔和B腔压力的精确控制，并依据各传感器信号进行修正，路感模拟快速准确。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明的一种电控液压的转向路感模拟装置的原理示意图；

图2是本发明的模拟器缸体的结构示意图；

图3是本发明的一种电控液压的转向路感模拟方法的流程图。

图中，1-B腔压力传感器，2-蓄能器压力传感器，3-B腔电磁阀组，4-高压蓄能器，5-单向阀，6-液压泵，7-电机，8-A腔电磁阀组，9-油杯，10-A腔压力传感器，11-电子控制单元，12-模拟器缸体，13-底端轴承，14-转动轴，15-盖板轴承，16-盖板，17-扭力杆，18-方向盘，19-挡块，20-叶片。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

需要理解的是，其中指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一，参考图1和图2所示，一种电控液压的转向路感模拟装置，包括电子控制单元11(即ECU)、压力调节组件、路感模拟器组件。

其中，所述压力调节组件包括A腔电磁阀组8、B腔电磁阀组3、高压蓄能器4、液压泵6、油杯9、用于检测高压蓄能器内油压的蓄能器压力传感器2、用于检测A腔内压力的A腔压力传感器10、用于检测B腔内压力的B腔压力传感器1、驱动液压泵工作的电机7，所述液压泵6通过管路与油杯9和高压蓄能器4连接，所述A腔电磁阀组8和B腔电磁阀组3均包括进油阀和出油阀，所述进油阀通过管路与高压蓄能器4连接，所述出油阀通过管路与油杯9连接。

所述液压泵6与高压蓄能器4之间管路上连接有单向阀5，所述单向阀5控制液压泵6向高压蓄能器4单向泵油。

所述路感模拟器组件包括模拟器缸体12、与方向盘18联动的同时在模拟器缸体内腔中转动的转动轴14，所述模拟器缸体的内壁固定有挡块19，所述挡块19沿模拟器缸体的径向向转动轴14延伸，所述转动轴14连接有叶片20，所述叶片20沿模拟器缸体的径向向模拟器缸体内壁延伸，所述模拟器缸体内腔由叶片与挡块配合分隔出A腔和B腔。在本实施例中，挡块19径向延伸至转动轴14并完全或者基本密封，叶片20径向延伸至模拟器缸体内壁并完全或者基本密封，以保证A腔和B腔的压力差保持。

所述模拟器缸体的内壁底部安装有底端轴承13，所述转动轴的底端支承在底端轴承13上，所述模拟器缸体的口部设有盖板16，所述盖板16连接有盖板轴承15，所述转动轴14从盖板16中穿过并支承在盖板轴承15上，所述转动轴14与方向盘18之间通过扭力杆17联接。由于将路感模拟组件集成在一个液压缸体内，占用空间小，易于布置。

所述电子控制单元11根据接收的蓄能器压力传感器2采集的高压蓄能器内油压信号控制电机7启停从而保持高压蓄能器内油压维持在设定范围。

所述电子控制单元11根据接收的转向横拉杆力信号对A腔电磁阀组8和B腔电磁阀组3进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差。

本发明采用电控的方式进行控制，采用液压的方式模拟路感，具有如下优点：

通过控制电磁阀的开闭来实现A腔和B腔压力的精确控制，并依据各传感器信号进行修正，路感模拟快速准确；

通过ECU感知的转向横拉杆信号和各传感器信号计算反馈的阻力矩并对模拟器缸内压力差进行调节，工作灵活，适用于不同驾驶喜好的路感模拟，智能化程度高；

通过控制A腔和B腔内的油压来实现阻力矩的传递，不需要额外的路感电机的工作，节约能源，降低成本。

实施例二，参考图3所示，一种电控液压的转向路感模拟方法，采用上述电控液压的转向路感模拟装置进行转向路感模拟，具体包括如下步骤：

步骤1)，系统上电后，电子控制单元11采集蓄能器压力传感器2信号，并对高压蓄能器4压力进行判断，当高压蓄能器4压力低于设定低压值，电子控制单元11控制电机7转动，带动液压泵6转动，将油液从油杯9经管路及单向阀5泵入高压蓄能器4中，当高压蓄能器4压力高于设定高压值时，电子控制单元11控制电机7停止，如此循环判断，保持高压蓄能器4内油压维持在设定范围；步骤2)，当汽车转向时，电子控制单元11采集转向横拉杆力信号，计算反馈给方向盘的阻力矩以及模拟器缸体的A腔与B腔压力差的理论值，并对A腔电磁阀组8和B腔电磁阀组3进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差；步骤3)，A腔和B腔的压力差推动叶片20旋转，叶片20将反馈的阻力矩通过转动轴14，扭力杆17传递给方向盘18，实现驾驶员的不同路感的模拟。

其中，步骤2)具体说明如下：

如果压力差的理论值等于零，电子控制单元11控制A腔电磁阀组8的出油阀打开，进油阀关闭；控制B腔电磁阀组3的出油阀打开，进油阀关闭。则模拟器缸体A腔和B腔均与油杯9联通，没有转向阻力。

如果压力差的理论值大于零，电子控制单元11控制B腔电磁阀组3的出油阀打开，进油阀关闭，则B腔压力为零。电子控制单元11采集A腔压力传感器10信号，将A腔压力值与压力差的理论值比较。

如果A腔压力值大于压力差的理论值，电子控制单元11控制A腔电磁阀组8的出油阀打开，进油阀关闭，则A腔压力下降，方向盘18逆时针转向的阻力矩减小。

如果A腔压力值小于压力差的理论值，电子控制单元11控制A腔电磁阀组8的进油阀打开，出油阀关闭，则A腔压力上升，方向盘18逆时针转向的阻力矩增大。

如果A腔压力值与压力差的理论值接近，即在设定误差范围内，则电子控制单元11控制A腔电磁阀组8的进油阀关闭，出油阀关闭，则A腔压力维持不变，方向盘18逆时针转向的阻力矩保持不变。

如果压力差的理论值小于零，电子控制单元11控制A腔电磁阀组8的出油阀打开，进油阀关闭，则A腔压力为零。电子控制单元11采集B腔压力传感器1信号，将B腔压力值与压力差理论值的绝对值比较。

如果B腔压力值大于压力差理论值的绝对值，电子控制单元11控制B腔电磁阀组3的出油阀打开，进油阀关闭，则B腔压力下降，方向盘18顺时针转向的阻力矩减小。

如果B腔压力值小于压力差理论值的绝对值，电子控制单元11控制B腔电磁阀组3的进油阀打开，出油阀关闭，则B腔压力上升，方向盘18顺时针转向的阻力矩增大。

如果B腔压力值与压力差理论值的绝对值接近，即在设定误差范围内，则电子控制单元11控制B腔电磁阀组3的进油阀关闭，出油阀关闭，则B腔压力维持不变，方向盘18顺时针转向的阻力矩保持不变。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (5)

1.一种液压转向路感模拟器组件，其特征在于：包括模拟器缸体、与方向盘联动的同时在模拟器缸体内腔中转动的转动轴，所述模拟器缸体的内壁固定有挡块，所述挡块沿模拟器缸体的径向向转动轴延伸，所述转动轴连接有叶片，所述叶片沿模拟器缸体的径向向模拟器缸体内壁延伸，所述模拟器缸体内腔由叶片与挡块配合分隔出A腔和B腔，挡块径向延伸至转动轴并完全或者基本密封，叶片径向延伸至模拟器缸体内壁并完全或者基本密封，以保证A腔和B腔的压力差保持，所述A腔连接A腔电磁阀组，所述B腔连接B 腔电磁阀组，所述A腔电磁阀组和B腔电磁阀组均包括进油阀和出油阀，所述模拟器缸体的内壁底部安装有底端轴承，所述转动轴的底端支承在底端轴承上，所述模拟器缸体的口部设有盖板，所述盖板连接有盖板轴承，所述转动轴从盖板中穿过并支承在盖板轴承上，还包括用于检测A腔内压力的A腔压力传感器和用于检测B腔内压力的B腔压力传感器。

2.一种电控液压的转向路感模拟装置，其特征在于，包括压力调节组件、电子控制单元以及权利要求1所述的路感模拟器组件，其中，

所述压力调节组件包括A腔电磁阀组、B腔电磁阀组、高压蓄能器、液压泵、油杯、用于检测高压蓄能器内油压的蓄能器压力传感器、用于检测A腔内压力的A腔压力传感器、用于检测B腔内压力的B腔压力传感器、驱动液压泵工作的电机，所述液压泵通过管路与油杯和高压蓄能器连接，所述A腔电磁阀组和B腔电磁阀组均包括进油阀和出油阀，所述进油阀通过管路与高压蓄能器连接，所述出油阀通过管路与油杯连接；

所述电子控制单元根据接收的蓄能器压力传感器采集的高压蓄能器内油压信号控制电机启停从而保持高压蓄能器内油压维持在设定范围；

所述电子控制单元根据接收的转向横拉杆力信号对A腔电磁阀组和B腔电磁阀组进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差。

3.根据权利要求2所述的一种电控液压的转向路感模拟装置，其特征在于，所述液压泵与高压蓄能器之间管路上连接有单向阀，所述单向阀控制液压泵向高压蓄能器单向泵油。

4.一种电控液压的转向路感模拟方法，采用权利要求2所述的转向路感模拟装置进行转向路感模拟，其特征在于包括如下步骤：

步骤1），电子控制单元采集蓄能器压力传感器信号，并对高压蓄能器压力进行判断，当高压蓄能器压力低于设定低压值，电子控制单元控制电机转动，带动液压泵转动，将油液从油杯泵入高压蓄能器中，当高压蓄能器压力高于设定高压值时，电子控制单元控制电机停止；

步骤2），电子控制单元采集转向横拉杆力信号，计算反馈给方向盘的阻力矩以及模拟器缸体的A腔与B腔压力差的理论值，并对A腔电磁阀组和B腔电磁阀组进行控制，从而使A腔和B腔达到设定的压力差；

步骤3），A腔和B腔的压力差推动叶片旋转，叶片将反馈的阻力矩通过转动轴传递给方向盘，实现驾驶员的路感模拟。

5.根据权利要求4所述的一种电控液压的转向路感模拟方法，其特征在于，步骤2）包括如下步骤：

步骤2.1），如果压力差的理论值等于零；

步骤2.1.1），电子控制单元控制A腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.1.2），电子控制单元控制B腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.2），如果压力差的理论值大于零；

步骤2.2.1），电子控制单元控制B腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.2.2），电子控制单元采集A腔压力传感器信号，将A腔压力值与压力差的理论值比较；

步骤2.2.2.1），如果A腔压力值大于压力差的理论值，电子控制单元控制A腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.2.2.2），如果A腔压力值小于压力差的理论值，电子控制单元控制A腔电磁阀组的进油阀打开，出油阀关闭；

步骤2.2.2.3），如果A腔压力值与压力差的理论值接近，且在设定误差范围内，则电子控制单元控制A腔电磁阀组的进油阀关闭，出油阀关闭；

步骤2.3），如果压力差的理论值小于零；

步骤2.3.1），电子控制单元控制A腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.3.2），电子控制单元采集B腔压力传感器信号，将B腔压力值与压力差理论值的绝对值比较；

步骤2.3.2.1），如果B腔压力值大于压力差理论值的绝对值，电子控制单元控制B腔电磁阀组的出油阀打开，进油阀关闭；

步骤2.3.2.2），如果B腔压力值小于压力差理论值的绝对值，电子控制单元控制B腔电磁阀组的进油阀打开，出油阀关闭；

步骤2.3.2.3），如果B腔压力值与压力差理论值的绝对值接近，且在设定误差范围内，则电子控制单元控制B腔电磁阀组的进油阀关闭，出油阀关闭。