CN108860305A - 一种大型车辆的eps - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型车辆的EPS，主要包括机械驱动机构、助力油缸、扭矩转角传感器、安全阀、方向盘、液压泵、伺服电机、控制器，方向盘连接扭矩转角传感器，扭矩转角传感器的扭矩和角度信息传给控制器，扭矩转角传感器连接机械驱动机构，机械驱动机构一端连接助力油缸，助力油缸连接安全阀，安全阀连接液压泵，液压泵连接有伺服电机，伺服电机也和控制器连接。本发明设计由于取消了对系统的逆传动的要求，可以适用于大型车辆，又有可靠的系统可靠性，节能，满足转向的安全要求；同时系统可以与现有的成熟度液压助力执行机构相匹配，如大型的液压循环球方向机。

Description

一种大型车辆的EPS

技术领域

本发明涉及车辆的领域，具体涉及一种大型车辆的EPS。

背景技术

广泛应用的EPS系统，由其核心由扭矩传感器、控制器、力矩伺服电机、蜗轮蜗杆减速箱和转向机构组成。控制ECU根据车辆的状态信号及扭矩传感器的检测到的扭矩值，对助力电动机的输出扭矩进行控制，电机输出经减速机构减速增扭后完成助力，减速机构一般为涡轮蜗杆减速机，几个典型的减速比为16.5：1到22.5：1。减速机构具有逆传动的能力，这样当助力系统故障时仍然可以用手力进行操作，保证车辆的运行安全。电动机通过液压泵驱动液压油，液压油通过转向阀内调节后，形成所需压力的液压油，驱动助力的液压缸，完成助力。作为安全设计，转向调节阀是一个控制流量溢流结构调节阀，当液压泵失效时可以提供助力缸两侧的液压油短路回路，保证转向系统的动作正常。

现有的车辆转向助力系统，EPS采用电机经涡轮蜗杆减速机减速增扭后助力。改系统不能提供很大功率的助力，因为当助力功率越大，系统自身助力也会相应增大，这样当助力系统失效后的系统有自锁的可能，这在车辆的安全上是不允许的。因此目前只能应用到1KW以内，用于乘用车或小型的商用车辆，无法在需要大功率助力的大型商用车辆上应用。

液压助力的EHPS系统采用电机驱动液压泵，通过扭杆阀控制助力油缸两侧的压力大小，通过调节油泵电机的状态，分级改变系统的工作压力，克服了HPS系统的能耗大大和不能调节助力值大小的缺点，但溢流控制的压力调节方式，仍然存在压力损耗，导致系统能量损耗增加，也是液压油的提早老化的一个重要因素。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种大型车辆的EPS。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种大型车辆的EPS，主要包括机械驱动机构、助力油缸、扭矩转角传感器、安全阀、方向盘、液压泵、伺服电机、控制器，方向盘连接扭矩转角传感器，扭矩转角传感器的扭矩和角度信息传给控制器，扭矩转角传感器连接机械驱动机构，机械驱动机构一端连接助力油缸，助力油缸连接安全阀，安全阀连接液压泵，液压泵连接有伺服电机，伺服电机也和控制器连接。机械驱动机构用于在正常驱动时提供部分驱动，并且提供路面状况的反馈；在EPS系统故障情况下提供备用的驱动传动为通常的齿轮齿条或循环球等结构组成，为EPS结构中的通常设计。方向盘为驾驶员操作方向机的机构。

所述安全阀主要包括补偿储油罐、电控单向阀A、电控单向阀B、控制线、加压机构、加压活塞，控制器通过控制线控制两个对向布置的电控单向阀A和电控单向阀B的单向和开通状态，安全阀具备应急安全功能和液压油补偿器功能，加压机构和加压活塞对补偿储油罐提供储存压力,补偿储油罐不仅为系统提供一个必要的液压油储备，同时提供一个系统回路的一个合适的背压，提高系统在中点位置的手感。背压的值为0～90％工作压力。

所述液压泵为低惯量对称流量特性的螺杆泵，具有输出流量波动小的特性。

本发明的有益效果为：

1、本发明利用伺服控制直接控制液压系统压力，减少了系统控制损耗。对应的现有的HPS和EHPS系统，利用转向阀的泄漏控制压力，原理上始终存在能量的损耗，并且由此导致了系统的液压油的易老化；利用液压系统，实现了大功率控制，消除了大功率传动时说需要的逆传动要求，并且可以简化了传动链路惯量，相对已有的EPS减速机的方式，控制功率区可以提高到现有的HPS系统等同，执行机构的惯量减小，控制的路感更佳；通过控制器算法，补偿了液压的泄漏，降低了系统制造要求，同时可以监控液压泄漏，包括内泄漏和外泄漏，可以进行故障的预警和容错运行能力；采用高粘度液压油作为驱动介质，减小泄漏，取消了对复杂补液储液控制回路的要求。系统结构紧凑。

2、本发明由于取消了对系统的逆传动的要求，可以适用于大型车辆，又有可靠的系统可靠性，节能，满足转向的安全要求；同时系统可以与现有的成熟度液压助力执行机构相匹配，如大型的液压循环球方向机。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图。

图2为本发明的安全阀结构示意图。

附图标记说明：机械驱动机构1、助力油缸2、扭矩转角传感器3、安全阀4、方向盘5、液压泵6、伺服电机7、控制器8、补偿储油罐401、电控单向阀A402、电控单向阀B403、控制线404、加压机构405、加压活塞406。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如附图所示，这种大型车辆的EPS，主要包括机械驱动机构1、助力油缸2、扭矩转角传感器3、安全阀4、方向盘5、液压泵6、伺服电机7、控制器8，方向盘5连接扭矩转角传感器3，扭矩转角传感器3的扭矩和角度信息传给控制器8，扭矩转角传感器3连接机械驱动机构1，机械驱动机构1一端连接助力油缸2，助力油缸2连接安全阀4，安全阀4连接液压泵6，液压泵6连接有伺服电机7，伺服电机7也和控制器8连接。机械驱动机构1用于在正常驱动时提供部分驱动，并且提供路面状况的反馈；在EPS系统故障情况下提供备用的驱动传动；为通常的齿轮齿条或循环球等结构组成，为EPS结构中的通常设计。方向盘5为驾驶员操作方向机的机构。

所述安全阀4主要包括补偿储油罐401、电控单向阀A402、电控单向阀B403、控制线404、加压机构405、加压活塞406，控制器8通过控制线404控制两个对向布置的电控单向阀A402和电控单向阀B403的单向和开通状态，安全阀4具备应急安全功能和液压油补偿器功能，加压机构405和加压活塞406对补偿储油罐401提供储存压力。补偿储油罐401不仅为系统提供一个必要的液压油储备，同时提供一个系统回路的一个合适的背压，提高系统在中点位置的手感。背压的值为0～90％工作压力。

所述液压泵6为低惯量对称流量特性的螺杆泵，具有输出流量波动小的特性。

实施例1：控制器8能够根据车辆车速等状态信号及扭矩大小对伺服电机7电流进行控制，伺服电机7将根据电流大小对液压泵6进行驱动，液压泵6的输出液压压力是与伺服电机7的电流成正比。液压泵6输出的液压直接驱动转向系统的液压执行机构，如液压缸或循环球方向机等。

当信号反向时，伺服电机7反转，液压泵6具有对称的正反向的特性，将输入和输出流量交换；液压系统的回路刚度降低将会对此系统的执行有不利影响，通过提高管路刚度可以予以减轻，在回路的压力补偿器对系统进行予加背压予以克服。更进一步的，框线内的液压泵6和动作机构可以集成在一个块体内，以内部管路进行联通，这样刚度可以进一步提高，同时对系统的液压油的需求将进一步的减少。

当安全阀4需要打开时，控制器8发信号，打开安全阀4电控单向阀，将回路两端短路，液压油缸可以自由运动。从系统安全的角度，电控单向阀为常开结构，既无信号输入时，直通状态，有信号驱动时，为单向导通状态。

当正常运行时，两个对向的电控单向阀A402和电控单向阀B403中间的预加压力的补偿储油罐401储存有备用驱动液。一旦系统内有泄漏，储液罐的压力高于某一侧的管路压力，压力差将打开单向阀，补充系统外部泄漏。

液压泵6的排量由根据伺服电机7最高转速N和最大驱动速度时的流量VMAX需求确定。排量V0＝VMAX/N。

伺服电机7和液压泵6的转动惯量对系统快速响应的影响，由于此惯量值是已知，控制器8中对此可以进行预先的惯量补偿。伺服电机7和液压泵6的功率根据车辆的驱动要求选择，从降低体积角度，优选高速电机和小排量的液压泵6。

区别于常规的HPS系统，液压油采用在满足最低温度工作特性下，优选高粘度液压油，粘度等级>20cst,优选70～350cst，以降低泄漏，提高效率。

液压油仅仅分布于驱动机构和动作机构，相对于常规的HPS系统，液压油的用量极少，只要满足驱动系统的油量即可。

在管路上有注油螺孔，油路内无气泡，补油时根据设定压力补充，压力值为0.1～2Mp，依据负载而定，注油后注油孔锁紧密封。

系统的助力特性由控制器8根据车速和扭矩，根据设定的阻力曲线进行助力，根据方向盘5的角度，可以同时提供主动回正的力，也可以根据方向盘5的角度，对不同的的位置进行不同的力反馈控制，实现辅助驾驶减轻部分操作力度效果，减轻司机的操作疲劳。

系统异常运行能力：液压系统的泄漏，系统在控制中自动补偿，因为系统控制是对液压泵6压力进行控制，因此在执行环路是即对液压泵6的泄漏进行了补偿。效果上等效在输出堵转时液压泵6仍然有缓慢的转动，或者在运行中液压泵6的运转转速会略多于需要的动作所需，此多于量为补偿泄漏流量，最终在泄漏处被转换成热量损耗。泄漏量现有的制造技术已经可以经济的控制在可以接受的范围。控制系统通过监控电机转速和转向转角的动作差值，可以监控液压系统的内泄漏，包括液压泵6和驱动油缸及液压回路的高低压回路部分。少量的内泄漏可以通过系统自行补偿，泄漏量增大，可能影响系统运行时可以提前予以报警。

系统的单侧快速泄漏，比如管路的爆裂，当助力系统故障，泵回路不能提供助力，控制系统对短路阀开通，转向油缸可以自由动作。为保证安全，此安全阀为常通结构，系统检测正常工作时才予以闭合。

系统检测液压系统和操作机构的动作行为，发现有执行背离操作意图时，作为一个安全措施，此安全阀4被打开，油缸两侧的液压，保证基本安全；

系统的动作机构可以使用成熟的HPS部件，比如执行机构。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种大型车辆的EPS，其特征在于：主要包括机械驱动机构(1)、助力油缸(2)、扭矩转角传感器(3)、安全阀(4)、方向盘(5)、液压泵(6)、伺服电机(7)、控制器(8)，方向盘(5)连接扭矩转角传感器(3)，扭矩转角传感器(3)的扭矩和角度信息传给控制器(8)，扭矩转角传感器(3)连接机械驱动机构(1)，机械驱动机构(1)一端连接助力油缸(2)，助力油缸(2)连接安全阀(4)，安全阀(4)连接液压泵(6)，液压泵(6)连接有伺服电机(7)，伺服电机(7)也和控制器(8)连接。

2.根据权利要求1所述的大型车辆的EPS，其特征在于：所述安全阀(4)主要包括补偿储油罐(401)、电控单向阀A(402)、电控单向阀B(403)、控制线(404)、加压机构(405)、加压活塞(406)，控制器(8)通过控制线(404)控制两个对向布置的电控单向阀A(402)和电控单向阀B(403)的单向和开通状态。

3.根据权利要求1所述的大型车辆的EPS，其特征在于：所述液压泵(6)为低惯量对称流量特性的螺杆泵，具有输出流量波动小的特性。