CN108891480B - 一种燃油客车电液助力耦合转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油客车电液助力耦合转向系统，包括转向机械传动组件、液压供给组件、电子控制组件，所述转向机械传动组件包括方向盘、转向管柱、角传动装置、左角传动轴、电机助力转向装置、右角传动轴和液压伺服转向器。所述液压供给组件包括转向油罐、油泵输入低压管、转向油泵、单片电磁离合器、油泵输出高压管、液压伺服转向器和转向器回油管，所述电子控制组件包括转向控制单元ECU、转矩及转角信号线、助力电机位置信号线、整车状态和环境信号线、电磁离合器电源线和助力电机电源线；本发明具有智能转向、节约能源、操纵方便等特点，且该系统具有良好的社会效益，适合推广使用。

Description

一种燃油客车电液助力耦合转向系统

技术领域

本发明涉及一种转向系统，具体为一种燃油客车电液助力耦合转向系统，属于燃油客车转向系统应用技术领域。

背景技术

目前，国内燃油客车转向系统普遍采用的是液压助力转向，液压助力具有能量密度大，滞后时间短，转向随动特性好，抵抗路面冲击强，转向手力均匀平稳等优点。

但燃油客车在高速行驶时，驾驶员对路面冲击手感不好，液压助力转向系统转向的轻便性差，这是液压助力转向系统的一大缺点，同时转向油泵随燃油发动机一直工作，造成了巨大的能耗浪费，且现有的液压助力转向系统操控不便，转向不够智能灵活。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决现有的燃油客车在高速行驶时，驾驶员对路面冲击手感不好，同时转向油泵随燃油发动机一直工作，造成了巨大的能耗浪费的问题，而提出一种燃油客车电液助力耦合转向系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种燃油客车电液助力耦合转向系统，包括转向机械传动组件、液压供给组件、电子控制组件，所述转向机械传动组件包括方向盘、转向管柱、角传动装置、左角传动轴、电机助力转向装置、右角传动轴、液压伺服转向器，所述电机助力转向装置左侧通过左角传动轴与角传动装置连接,角传动装置上方连接转向管柱和方向盘，所述电机助力转向装置右侧通过右角传动轴与液压伺服转向器连接，转向摆臂连接到液压伺服转向器的输出轴上，直拉杆总成两端球头分别连接到转向摆臂和前桥转向拉臂锥孔中，所述液压供给组件包括转向油罐、油泵输入低压管、转向油泵、单片电磁离合器、油泵输出高压管、液压伺服转向器和转向器回油管，所述单片电磁离合器右端连接发动机驱动转向油泵输出端，单片电磁离合器左端与转向油泵连接，所述转向油泵进油口通过油泵输入低压管与转向油罐连接，转向油泵出油口通过油泵输出高压管与所述液压伺服转向器进油口连接，所述液压伺服转向器出油口通过转向器回油管连接到转向油罐，所述电子控制组件包括转向控制单元ECU、转矩及转角信号线、助力电机位置信号线、整车状态和环境信号线、电磁离合器电源线和助力电机电源线，所述转向控制单元ECU通过转矩及转角信号线与电机助力转向装置的转矩转角传感器连接，转向控制单元ECU通过助力电机位置信号线与电机助力转向装置的电机信号线连接，转向控制单元ECU通过整车状态和环境信号线与整车控制器连接，转向控制单元ECU通过电磁离合器电源线与单片电磁离合器连接，转向控制单元ECU通过助力电机电源线与助力电机连接。

本发明的进一步技术改进方案在于：所述转向机械传动组件是设置于传统燃油客车液压转向系统的机械传动组件基础上增加电机助力转向装置的转向组件，所述电机助力转向装置设置在角传动装置与液压伺服转向器之间。

本发明的进一步技术改进方案在于：所述电机助力转向装置包括输入轴、扭力杆、扭矩转角传感器总成、减速器总成、助力电机和输出轴，所述输入轴与输出轴是一分为二的两个半空心轴，所述扭力杆位于两半空心轴的空心腔内连接输入轴和输出轴，所述扭矩转角传感器总成位于两半空心轴的分断端外圆上分别连接输入轴和输出轴，方向盘转动带动扭矩转角传感器总成的扭力杆及传感器旋转扭曲变形，传感器测得并输出信号，助力电机提供转向助力通过减速器总成减速增扭，扭矩转角传感器总成右端的输出轴上设置有涡轮，减速器总成是一对涡轮、蜗杆可逆减速传动副。

本发明的进一步技术改进方案在于：所述液压供给组件是设置于传统燃油客车液压转向系统的液压供给组件基础上增加单片电磁离合器的供给组件，单片电磁离合器右端连接发动机驱动转向油泵输出端，单片电磁离合器左端连接转向油泵，所述单片电磁离合器是设置连接发动机输入轴与连接转向油泵输出轴结合或分离的电磁机械连接器，单片电磁离合器是一种自动执行的部件，常态为通电结合。

本发明的进一步技术改进方案在于：所述电子控制组件与扭矩转角传感器总成、整车控制器、转向控制单元ECU通信连接，且电子控制组件与助力电机和单片电磁离合器均电性连接，电子控制组件是设置接受扭矩转角传感器总成发出转矩及转角信号、助力电机发出其位置信号、整车状态和环境信号，经转向控制单元ECU按设定逻辑策略和助力特性曲线计算，并判断给出是否接通电磁离合器电源和助力电机电源，以及助力电机给予的助力大小和旋向。

本发明的进一步技术改进方案在于：本发明可以实现三种工作模式，即传统燃油客车液压转向系统工作模式、液压助力与电动助力同时工作模式和电动助力单独工作模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、客车正常行驶模式下，低速转弯时，转向阻力较大，方向盘手力与电动助力共同启动液压助力，液压助力启动后，液压助力与电动助力共同来提供助力实现转向，满足转向轻便性要求。

2、客车正常行驶模式下，中速或高速转弯时，转向阻力较小，无需要液压助力，仅由电机助力转向装置的电动助力实现转向，转向油泵不工作，满足降耗节能的要求。

3、在助力电机故障情况下，能通过人力操纵方向盘,使液压伺服转向器内部转阀转动，转向油泵输出的高压油进入方向机内置伺服机构并产生助力，实现液压助力转向，即传统燃油客车液压转向系统；当客车直线行驶时，由于道路和外部环境使客车偏离了直线方向，可根据指令，通过控制电机助力转向装置进行客车行驶方向的主动修正，实现车道辅助保持功能；本发明具有智能转向、节约能源、操纵方便等特点，且该系统具有良好的社会效益，适合推广使用。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明整体的结构组成示意图。

图2为本发明的电机助力转向装置结构示意图。

图中：1、方向盘；2、转向管柱；3、角传动装置；4、左角传动轴；5、电机助力转向装置；6、右角传动轴；7、液压伺服转向器；8、单片电磁离合器；9、转向油泵；10、转向油罐；11、转向控制单元ECU；51、输入轴；52、扭力杆；53、扭矩转角传感器总成；54、减速器总成；55、助力电机；56、输出轴。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种燃油客车电液助力耦合转向系统，包括转向机械传动组件、液压供给组件、电子控制组件，转向机械传动组件包括方向盘1、转向管柱2、角传动装置3、左角传动轴4、电机助力转向装置5、右角传动轴6、液压伺服转向器7，电机助力转向装置5左侧通过左角传动轴4与角传动装置3连接,角传动装置3上方连接转向管柱2和方向盘1，电机助力转向装置5右侧通过右角传动轴6与液压伺服转向器7连接，转向摆臂连接到液压伺服转向器7的输出轴上，直拉杆总成两端球头分别连接到转向摆臂和前桥转向拉臂锥孔中，液压供给组件包括转向油罐10、油泵输入低压管、转向油泵9、单片电磁离合器8、油泵输出高压管、液压伺服转向器7和转向器回油管，单片电磁离合器8右端连接发动机驱动转向油泵输出端，单片电磁离合器8左端与转向油泵9连接，转向油泵9进油口通过油泵输入低压管与转向油罐10连接，转向油泵9出油口通过油泵输出高压管与液压伺服转向器7进油口连接，液压伺服转向器7出油口通过转向器回油管连接到转向油罐10，电子控制组件包括转向控制单元ECU11、转矩及转角信号线、助力电机位置信号线、整车状态和环境信号线、电磁离合器电源线和助力电机电源线，转向控制单元ECU11通过转矩及转角信号线与电机助力转向装置5的转矩转角传感器连接，转向控制单元ECU11通过助力电机位置信号线与电机助力转向装置5的电机信号线连接，转向控制单元ECU11通过整车状态和环境信号线与整车控制器连接，转向控制单元ECU11通过电磁离合器电源线与单片电磁离合器8连接，转向控制单元ECU11通过助力电机电源线与助力电机连接。

作为本发明较佳的实施例，转向机械传动组件是设置于传统燃油客车液压转向系统的机械传动组件基础上增加电机助力转向装置5的转向组件，电机助力转向装置5设置在角传动装置3与液压伺服转向器7之间。

请参阅图2所示，电机助力转向装置5包括输入轴51、扭力杆52、扭矩转角传感器总成53、减速器总成54、助力电机55和输出轴56，输入轴51与输出轴56是一分为二的两个半空心轴，扭力杆52位于两半空心轴的空心腔内连接输入轴51和输出轴56，扭矩转角传感器总成53位于两半空心轴的分断端外圆上分别连接输入轴51和输出轴56，方向盘1转动带动扭矩转角传感器总成53的扭力杆及传感器旋转扭曲变形，传感器测得并输出信号，助力电机55提供转向助力通过减速器总成54减速增扭，扭矩转角传感器总成53右端的输出轴56上设置有涡轮，减速器总成54是一对涡轮、蜗杆可逆减速传动副。

作为本发明较佳的实施例，液压供给组件是设置于传统燃油客车液压转向系统的液压供给组件基础上增加单片电磁离合器8的供给组件，单片电磁离合器8右端连接发动机驱动转向油泵输出端，单片电磁离合器8左端连接转向油泵9，单片电磁离合器8是设置连接发动机输入轴与连接转向油泵输出轴结合或分离的电磁机械连接器，单片电磁离合器8是一种自动执行的部件，常态为通电结合。

作为本发明较佳的实施例，电子控制组件与扭矩转角传感器总成53、整车控制器、转向控制单元ECU11通信连接，且电子控制组件与助力电机55和单片电磁离合器8均电性连接，电子控制组件是设置接受扭矩转角传感器总成发出转矩及转角信号、助力电机发出其位置信号、整车状态和环境信号，经转向控制单元ECU11按设定逻辑策略和助力特性曲线计算，并判断给出是否接通电磁离合器电源和助力电机55电源，以及助力电机55给予的助力大小和旋向。

作为本发明较佳的实施例，本发明可以实现三种工作模式，即传统燃油客车液压转向系统工作模式、液压助力与电动助力同时工作模式和电动助力单独工作模式。

本发明的有益效果是：

1、本发明的有益效果:客车正常行驶模式下，低速转弯时，转向阻力较大，方向盘手力与电动助力共同启动液压助力，液压助力启动后，液压助力与电动助力共同来提供助力实现转向，满足转向轻便性要求。

2、客车正常行驶模式下，中速或高速转弯时，转向阻力较小，无需要液压助力，仅由电机助力转向装置的电动助力实现转向，转向油泵不工作，满足降耗节能的要求。

3、在助力电机故障情况下，能通过人力操纵方向盘,使液压伺服转向器内部转阀转动，转向油泵输出的高压油进入方向机内置伺服机构并产生助力，实现液压助力转向，即传统燃油客车液压转向系统；当客车直线行驶时，由于道路和外部环境使客车偏离了直线方向，可根据指令，通过控制电机助力转向装置进行客车行驶方向的主动修正，实现车道辅助保持功能；本发明具有智能转向、节约能源、操纵方便等特点，且该系统具有良好的社会效益，适合推广使用。

本发明的燃油客车电液助力耦合转向系统的工作原理：客车正常行驶模式下，低速转弯时，转向阻力较大，方向盘手力与电动助力共同启动液压助力。方向盘1转动，带动转向管柱2、角传动装置3以及左角传动轴4传动，使电机助力转向装置5的输入轴51旋转，从而带动扭力杆52及扭矩转角传感器53扭曲变形，这种扭曲变形产生电信号输入转向控制单元ECU11，经过ECU系统计算得出转向盘操纵转矩，当转向盘操纵转矩达到目标值时此时转向盘转矩不能使方向机工作，转向控制单元ECU11给出电信号接通助力电机55并给出合适的电流值，助力电机55输出扭矩通过减速器总成54减速增扭传递到输出轴56，转向盘转矩与助力电机55提供扭矩耦合后扭矩共同传递到电机助力转向装置5的输入轴56上，使方向机做液压助力工作，液压助力启动后，液压助力与电动助力共同来提供助力实现客车转向，满足转向轻便性要求，即液压助力与电动助力同时工作模式；

客车正常行驶模式下，中速或高速转弯时，转向阻力较小，无需要液压助力，仅由电机助力转向装置5的电动助力实现转向。方向盘1转动，转向控制单元ECU11接受扭力杆52及扭矩转角传感器总成53扭转方向的电信号和整车控制器的车速等行驶状态信号，给出的切断单片电磁离合器8电源信号，使单片电磁离合器8分离，转向油泵不工作；同时转向控制单元ECU11按内置助力特性和车速提供合适的电流给助力电机55并给出合适的电流值，助力电机55输出扭矩通过减速器总成54减速增扭传递到输出轴56，再传送到液压伺服转向器7传动机构，带动安装在液压伺服转向器7上的垂臂左、右摆动，实现客车转向，满足降耗节能的要求，即电动助力单独工作模式；

当客车助力电机55出现故障时，转向系统能通过人力操纵方向盘1，经过机械传动，带动液压伺服转向器7的输入轴旋转，使液压伺服转向器7内部转阀转动，此时单片电磁离合器8处于通电结合状态，转向油泵9输出的高压油进入液压伺服转向器7内置伺服机构并产生液压助力，实现客车转向，即传统燃油客车液压转向系统；

本发明的燃油客车电液助力耦合转向系统，可实现三种工作模式，即液压助力与电动助力同时工作模式、电动助力单独工作模式和传统燃油客车液压转向系统工作模式，使客车的转向助力系统更加安全可靠，同时具有智能转向、节约能源、操纵方便等特点。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种燃油客车电液助力耦合转向系统，其特征在于：包括转向机械传动组件、液压供给组件、电子控制组件；

所述转向机械传动组件包括方向盘（1）、转向管柱（2）、角传动装置（3）、左角传动轴（4）、电机助力转向装置（5）、右角传动轴（6）、液压伺服转向器（7），所述电机助力转向装置（5）左侧通过左角传动轴（4）与角传动装置（3）连接,角传动装置（3）上方连接转向管柱（2）和方向盘（1），所述电机助力转向装置（5）右侧通过右角传动轴（6）与液压伺服转向器（7）连接；

所述液压供给组件包括转向油罐（10）、油泵输入低压管、转向油泵（9）、单片电磁离合器（8）、油泵输出高压管、液压伺服转向器（7）和转向器回油管，所述单片电磁离合器（8）右端连接发动机驱动转向油泵输出端，单片电磁离合器（8）左端与转向油泵（9）连接，所述转向油泵（9）进油口通过油泵输入低压管与转向油罐（10）连接，转向油泵（9）出油口通过油泵输出高压管与所述液压伺服转向器（7）进油口连接，所述液压伺服转向器（7）出油口通过转向器回油管连接到转向油罐（10）；

所述电子控制组件包括转向控制单元ECU（11）、转矩及转角信号线、助力电机位置信号线、整车状态和环境信号线、电磁离合器电源线和助力电机电源线，所述转向控制单元ECU（11）通过转矩及转角信号线与电机助力转向装置（5）的转矩转角传感器连接，转向控制单元ECU（11）通过助力电机位置信号线与电机助力转向装置（5）的电机信号线连接，转向控制单元ECU（11）通过整车状态和环境信号线与整车控制器连接，转向控制单元ECU（11）通过电磁离合器电源线与单片电磁离合器（8）连接，转向控制单元ECU（11）通过助力电机电源线与助力电机连接；

所述转向机械传动组件是设置于传统燃油客车液压转向系统的机械传动组件基础上增加电机助力转向装置（5）的转向组件，所述电机助力转向装置（5）设置在角传动装置（3）与液压伺服转向器（7）之间；

所述电机助力转向装置（5）包括输入轴（51）、扭力杆（52）、扭矩转角传感器总成（53）、减速器总成（54）、助力电机（55）和输出轴（56），所述输入轴（51）与输出轴（56）是一分为二的两个半空心轴，所述扭力杆（52）位于两半空心轴的空心腔内连接输入轴（51）和输出轴（56），所述扭矩转角传感器总成（53）位于两半空心轴的分断端外圆上分别连接输入轴（51）和输出轴（56），扭矩转角传感器总成（53）右端的输出轴（56）上设置有涡轮，减速器总成（54）是一对涡轮、蜗杆可逆减速传动副；

所述液压供给组件是设置于传统燃油客车液压转向系统的液压供给组件基础上增加单片电磁离合器（8）的供给组件，单片电磁离合器（8）右端连接发动机驱动转向油泵输出端，单片电磁离合器（8）左端连接转向油泵（9），所述单片电磁离合器（8）是设置连接发动机输入轴与连接转向油泵输出轴结合或分离的电磁机械连接器；

客车正常行驶模式下，低速转弯时，方向盘（1）转动，带动转向管柱（2）、角传动装置（3）以及左角传动轴（4）传动，使电机助力转向装置（5）的输入轴（51）旋转，从而带动扭力杆（52）及扭矩转角传感器（53）扭曲变形，这种扭曲变形产生电信号输入转向控制单元ECU（11），经过ECU系统计算得出转向盘操纵转矩，当转向盘操纵转矩达到目标值时此时转向盘转矩不能使方向机工作，转向控制单元ECU（11）给出电信号接通助力电机（55）并给出合适的电流值，助力电机（55）输出扭矩通过减速器总成（54）减速增扭传递到输出轴（56），转向盘转矩与助力电机（55）提供扭矩耦合后扭矩共同传递到电机助力转向装置（5）的输入轴（56）上，使方向机做液压助力工作，液压助力启动后，液压助力与电动助力共同来提供助力实现客车转向，即液压助力与电动助力同时工作模式；

客车正常行驶模式下，中速或高速转弯时，方向盘（1）转动，转向控制单元ECU（11）接受扭力杆（52）及扭矩转角传感器总成（53）扭转方向的电信号和整车控制器的车速等行驶状态信号，给出的切断单片电磁离合器（8）电源信号，使单片电磁离合器（8）分离，转向油泵不工作；同时转向控制单元ECU（11）按内置助力特性和车速提供合适的电流给助力电机（55）并给出合适的电流值，助力电机（55）输出扭矩通过减速器总成（54）减速增扭传递到输出轴（56），再传送到液压伺服转向器（7）传动机构，带动安装在液压伺服转向器（7）上的垂臂左、右摆动，实现客车转向，即电动助力单独工作模式；

当客车助力电机（55）出现故障时，转向系统能通过人力操纵方向盘（1），经过机械传动，带动液压伺服转向器（7）的输入轴旋转，使液压伺服转向器（7）内部转阀转动，此时单片电磁离合器（8）处于通电结合状态，转向油泵（9）输出的高压油进入液压伺服转向器（7）内置伺服机构并产生液压助力，实现客车转向，即传统燃油客车液压转向系统。

2.根据权利要求1所述的一种燃油客车电液助力耦合转向系统，其特征在于，所述电子控制组件与扭矩转角传感器总成（53）、整车控制器、转向控制单元ECU（11）通信连接，且电子控制组件与助力电机（55）和单片电磁离合器（8）均电性连接。