CN109080696A - 线控转向系统的保护装置及线控转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种线控转向系统的保护装置及采用该保护装置的线控转向系统，以实现对线控转向系统的安全冗余设计，提高转向控制的可靠性。本发明的保护装置包括与方向盘同步转动的方向盘液压马达、以及与转向器齿轮同步转动的转向器液压马达方向盘液压马达与转向器液压马达通过管路并联以构成液压循环通路；液压循环通路通过电磁阀连接有缓冲器，缓冲器用于在电磁阀接电导通时避免转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，并在电磁阀断电截止时确保转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动。本发明的线控转向系统通过设置结构简单、布置方便的缓冲器，可以为线控转向系统提供可靠的备用转向机械操控方式，提高了线控转向系统的安全性。

Description

线控转向系统的保护装置及线控转向系统

技术领域

本发明属于汽车转向系统技术领域，具体涉及到一种线控转向系统的保护装置及采用该保护装置的线控转向系统。

背景技术

随着我国汽车工业的快速发展，转向系统已经由液压转向系统发展到电动转向系统，常见的有C-EPS、P-EPS、R-EPS。不论何种形式的转向系统，力的传递路径是方向盘-转向管柱-转向器-转向节-车轮。由于转向管柱布置需要，其分为三段式，三段的布置要满足力矩波动要求，因此对布置方案有很大的限制。另外传统转向管柱对管柱的溃缩结构设计也提出了跟多限制，必须在满足管柱布置的前提下，设计溃缩结构。因此转向管柱的柔性结构设计，可以更加自由的布置转向管柱的位置，线控转向系统应运而生，成为EPS转向系统之后的又一个发展趋势。

线控转向系统省去了转向管柱的传动部分，简化为方向盘下带一个驱动电机，转向器上也带一个驱动电机，两个电机信号可以通过线束连接，并与ECU相连，方向盘转动时，把转角信号传递到转向器电机，电机推动齿条移动，齿条的移动信号和路面的冲击信号反馈到方向盘的电机，产生载荷扭矩，产生方向盘路感，使转向感更真实。脱落了机械传动系统后，转向系统的力性能可以更灵活的调整。然而，如果单一的线控传递系统如果失效，转向操作就无法实现，车辆将完全失控，因此以目前的法规，还不能完全实现线控转向，需要对系统做冗余设计，线控和机械传递并存。一旦线控失效，机械传递发挥作用。

发明内容

本发明的目的是提出一种线控转向系统的保护装置及采用该保护装置的线控转向系统，以实现对线控转向系统的安全冗余设计，提高转向控制的可靠性。

本发明的线控转向系统的保护装置包括与方向盘同步转动的方向盘液压马达、以及与转向器齿轮同步转动的转向器液压马达，所述方向盘液压马达与转向器液压马达通过管路并联以构成液压循环通路；所述液压循环通路通过电磁阀连接有缓冲器，所述缓冲器用于在电磁阀接电导通时避免转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，并在电磁阀断电截止时确保转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动。

本发明的线控转向系统包括上述的保护装置，以及与方向盘连接的转向管柱、用于检测方向盘转动角度的转角传感器、与转向节连接的转向器，所述转向器设有转向助力电机以及相互配合的齿轮及齿条；关键在于所述转向器的齿轮分别与转向器液压马达、转向助力电机连接；所述转向管柱与方向盘液压马达连接；所述转角传感器、转向助力电机分别与汽车的ECU连接。

上述线控转向系统及其保护装置的工作原理如下：

方向盘转向时，产生转角信号，转角传感器将转角信号传递到ECU，ECU根据预定的算法计算输出工作电流等参数，来控制转向助力电机输出相应扭矩到转向器的齿轮，齿轮的转动转换成齿条的推力，推动齿条左右移动，实现驾驶员车辆转向意图。

上述保护装置在液压循环通路中连接了缓冲器，在整车正常工作时，系统通电，电磁阀接电导通，缓冲器可以避免转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动；而当线控系统失效时，电磁阀断电，缓冲器可以确保转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，实现紧急情况下的可控转向，相当于设置了冗余的机械转向系统，从而提高了安全性。保护装置采用液压管路传动，能柔性布置方向盘位置，可以发挥线控转向系统的布置优点，也兼具液压机构保护作用。

进一步地，所述转向管柱还连接有路感电机，线控转向系统设有路感反馈单元，所述路感电机、路感反馈单元分别与汽车的ECU连接。如果路面不平，车轮会受到上下的冲击，对转向系统产生逆向的输入力，路感反馈单元将收到的逆向冲击力传递到ECU中，ECU根据信号及预定的控制策略，控制路感电机产生相应的扭矩施加到方向盘上，使驾驶员感觉到路感，帮助其准确的判断路面情况，实时调整驾驶状态，保证整车安全。上述路感强弱可以根据需要调整，路感电机还可以帮助方向盘回正。

进一步地，为方便布置，所述转向器的齿轮有两个，其中一个齿轮与转向器液压马达连接，另一个齿轮与转向助力电机连接。

本发明中的缓冲器有以下两种结构：

1、所述缓冲器为与大气相通的储液腔，所述电磁阀包括将缓冲器与方向盘液压马达进油口连接的第一电磁阀和将缓冲器与方向盘液压马达出油口连接的第二电磁阀。

方向盘液压马达随着方向盘同步转动时，方向盘液压马达会推动液压油自方向盘液压马达的进油口向出油口方向流动。

在线控系统正常工作时，电磁阀接电导通，此时液压循环管路通过电磁阀与缓冲器连通，由于缓冲器外接大气，液压循环通路中的液压油会自由进出缓冲器，而不会冲击到转向器液压马达，即方向盘液压马达与转向器液压马达不会产生液压传递，因此避免了转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，此时转向器齿轮的转动都来自于转向助力电机的驱动。

在线控系统失效时，转向系统不通电，电磁阀断电截止，此时缓冲器与液压循环管路之间不连通，方向盘液压马达所产生的液压油流动必须经过转向器液压马达，使得方向盘液压马达与转向器液压马达产生液压传递，转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，实现转向功能。为了得到较小的转向操作力，可以通过减小齿条线角传动比，增加方向盘的圈数实现。为了得到较高的转向刚度，转向油管要采用较大弹性模量的材料，减小整个回路工作过程的体积差。

进一步地，为方便布置，所述缓冲器有两个，并分别通过对应的电磁阀与方向盘液压马达进油口、出油口连接。

2、所述缓冲器为将方向盘液压马达进油口与方向盘液压马达出油口连接的旁通管，所述电磁阀设置于所述旁通管上。

与第一种缓冲器的工作原理类似，虽然缓冲器未连通大气，但是由于缓冲器直接将方向盘液压马达进油口与方向盘液压马达出油口连接，大大减小了液压油在方向盘液压马达进油口与方向盘液压马达出油口之间流动的阻力，使得液压油从方向盘液压马达出油口流出后，直接经旁通管而流回到方向盘液压马达进油口，而不会经过阻力较大的转向器液压马达，因此在转向系统正常工作、电磁阀导通时，缓冲器可以对转向器液压马达起到屏蔽作用，从而避免了转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动。在电磁阀断电截止后，液压油无法再经过旁通管流回到方向盘液压马达进油口，而只能经过转向器液压马达流回到方向盘液压马达进油口，实现了两个液压马达之间的液压传递，确保转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，实现了紧急情况下的可控转向。

进一步地，为减小液压油在旁通管中的流动阻力，保证对转向器液压马达的屏蔽作用，所述旁通管的内径大于液压循环通路中管路的内径。

本发明的线控转向系统通过设置结构简单、布置方便的缓冲器，可以为线控转向系统提供可靠的备用转向机械操控方式，提高了线控转向系统的安全性。

附图说明

图1是实施例1的线控转向系统的原理图。

图2是实施例2的保护装置的原理图。

附图标示：1、方向盘；2、转向管柱；3、方向盘液压马达；4、转向器液压马达；5、路感电机；6、转向助力电机；7、ECU；8、电磁阀；9、缓冲器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提出了一种线控转向系统的保护装置及采用该保护装置的线控转向系统，以实现对线控转向系统的安全冗余设计，提高转向控制的可靠性。

如图1所示，本实施例的线控转向系统包括与方向盘1连接的转向管柱2、方向盘液压马达3、转向器液压马达4、用于检测方向盘1转动角度的转角传感器（图中未画出）、路感电机5，与转向节连接的转向器；所述转向器设有转向助力电机6以及相互配合的齿轮及齿条；转向器的齿轮有两个，并分别与转向器液压马达4、转向助力电机6连接；所述转向管柱2分别与方向盘液压马达3、路感电机5连接；线控转向系统还设有路感反馈单元，所述转角传感器、转向助力电机6、路感电机5、路感反馈单元分别与汽车的ECU7连接。

所述方向盘液压马达3与转向器液压马达4通过管路并联以构成液压循环通路；所述液压循环通路通过电磁阀8连接有缓冲器9，所述缓冲器9用于在电磁阀8接电导通时避免转向器液压马达4在方向盘液压马达3的作用下转动，并在电磁阀8断电截止时确保转向器液压马达4在方向盘液压马达3的作用下转动。

在本实施例中，所述缓冲器9为与大气相通的储液腔，所述电磁阀8包括将缓冲器9与方向盘液压马达3进油口连接的第一电磁阀和将缓冲器9与方向盘液压马达3出油口连接的第二电磁阀。为方便布置，所述缓冲器9有两个，并分别通过对应的电磁阀8与方向盘液压马达3进油口、出油口连接。

上述线控转向系统及其保护装置的工作原理如下：

方向盘1转向时，产生转角信号，转角传感器将转角信号传递到ECU7，ECU7根据预定的算法计算输出工作电流等参数，来控制转向助力电机6输出相应扭矩到转向器的齿轮，齿轮的转动转换成齿条的推力，推动齿条左右移动，实现驾驶员车辆转向意图。

方向盘液压马达3随着方向盘1同步转动时，方向盘液压马达3会推动液压油自方向盘液压马达3的进油口向出油口方向流动。

在线控系统正常工作时，电磁阀8接电导通，此时液压循环管路通过电磁阀8与缓冲器9连通，由于缓冲器9外接大气，液压循环通路中的液压油会自由进出缓冲器9，而不会冲击到转向器液压马达4，即方向盘液压马达3与转向器液压马达4不会产生液压传递，因此避免了转向器液压马达4在方向盘液压马达3的作用下转动，此时转向器齿轮的转动都来自于转向助力电机6的驱动。

在线控系统失效时，转向系统不通电，电磁阀8断电截止，此时缓冲器9与液压循环管路之间不连通，方向盘液压马达3所产生的液压油流动必须经过转向器液压马达4，使得方向盘液压马达3与转向器液压马达4产生液压传递，转向器液压马达4在方向盘液压马达3的作用下转动，实现转向功能。为了得到较小的转向操作力，可以通过减小齿条线角传动比，增加方向盘1的圈数实现。为了得到较高的转向刚度，转向油管要采用较大弹性模量的材料，减小整个回路工作过程的体积差。

如果路面不平，车轮会受到上下的冲击，对转向系统产生逆向的输入力，路感反馈单元将收到的逆向冲击力传递到ECU7中，ECU7根据信号及预定的控制策略，控制路感电机5产生相应的扭矩施加到方向盘1上，使驾驶员感觉到路感，帮助其准确的判断路面情况，实时调整驾驶状态，保证整车安全。上述路感强弱可以根据需要调整，路感电机5还可以帮助方向盘1回正。

实施例2：

与实施例1不同的是，如图2所示，在本实施例中，缓冲器9为将方向盘液压马达3进油口与方向盘液压马达3出油口连接的旁通管，所述电磁阀8设置于所述旁通管上。

与实施例1的缓冲器9的工作原理类似，虽然本实施例的缓冲器9未连通大气，但是由于缓冲器9直接将方向盘液压马达3进油口与方向盘液压马达3出油口连接，大大减小了液压油在方向盘液压马达3进油口与方向盘液压马达3出油口之间流动的阻力，使得液压油从方向盘液压马达3出油口流出后，直接经旁通管而流回到方向盘液压马达3进油口，而不会经过阻力较大的转向器液压马达4，因此在转向系统正常工作、电磁阀8导通时，缓冲器9可以对转向器液压马达4起到屏蔽作用，从而避免了转向器液压马达4在方向盘液压马达3的作用下转动。在电磁阀8断电截止后，液压油无法再经过旁通管流回到方向盘液压马达3进油口，而只能经过转向器液压马达4流回到方向盘液压马达3进油口，实现了两个液压马达之间的液压传递，确保转向器液压马达4在方向盘液压马达3的作用下转动，实现了紧急情况下的可控转向。

为减小液压油在旁通管中的流动阻力，保证对转向器液压马达4的屏蔽作用，所述旁通管的内径大于液压循环通路中管路的内径。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体设计并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种线控转向系统的保护装置，其特征在于包括与方向盘同步转动的方向盘液压马达、以及与转向器齿轮同步转动的转向器液压马达，所述方向盘液压马达与转向器液压马达通过管路并联以构成液压循环通路；所述液压循环通路通过电磁阀连接有缓冲器，所述缓冲器用于在电磁阀接电导通时避免转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动，并在电磁阀断电截止时确保转向器液压马达在方向盘液压马达的作用下转动。

2.根据权利要求1所述的线控转向系统的保护装置，其特征在于所述缓冲器为与大气相通的储液腔，所述电磁阀包括将缓冲器与方向盘液压马达进油口连接的第一电磁阀和将缓冲器与方向盘液压马达出油口连接的第二电磁阀。

3.根据权利要求1所述的线控转向系统的保护装置，其特征在于所述缓冲器有两个，并分别通过对应的电磁阀与方向盘液压马达进油口、出油口连接。

4.根据权利要求1所述的线控转向系统的保护装置，其特征在于所述缓冲器为将方向盘液压马达进油口与方向盘液压马达出油口连接的旁通管，所述电磁阀设置于所述旁通管上。

5.根据权利要求4所述的线控转向系统的保护装置，其特征在于所述旁通管的内径大于液压循环通路中管路的内径。

6.一种线控转向系统，包括权利要求1所述的保护装置，以及与方向盘连接的转向管柱、用于检测方向盘转动角度的转角传感器、与转向节连接的转向器，所述转向器设有转向助力电机以及相互配合的齿轮及齿条；其特征在于所述转向器的齿轮分别与转向器液压马达、转向助力电机连接；所述转向管柱与方向盘液压马达连接；所述转角传感器、转向助力电机分别与汽车的ECU连接。

7.根据权利要求6所述的线控转向系统，其特征在于所述转向管柱还连接有路感电机，线控转向系统设有路感反馈单元，所述路感电机、路感反馈单元分别与汽车的ECU连接。

8.根据权利要求6或7所述的线控转向系统，其特征在于所述转向器的齿轮有两个，其中一个齿轮与转向器液压马达连接，另一个齿轮与转向助力电机连接。