CN111634328A - 一种液压辅助控制的电动独立转向系统及电动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压辅助控制的电动独立转向系统及电动车辆，电动独立转向系统包括：电动独立转向机构、液压控制系统和电子控制单元；两组电动独立转向机构对称分布在前后轴位置，两组电动独立转向总成的转向摇臂分别与锁止液压缸的活塞连杆相连，两组对称设置的锁止液压缸的缸体之间通过中央连接杆同轴固连；液压控制系统中，液压油泵出油口连接单向阀后通过比例分流阀将主油路分为前后两路分油路，分油路分别通过两个三位四通电磁阀与两组锁止液压缸相连；电子控制单元由转向电机控制器、电磁阀控制器、驱动电机控制器以及锁止液压缸直线位移传感器通过CAN总线通信连接组成。本发明可同时提高车辆的行驶安全性与电动独立转向系统的可靠性。

Description

一种液压辅助控制的电动独立转向系统及电动车辆

技术领域

本发明属于汽车独立转向控制技术领域，具体涉及一种液压辅助控制的电动独立转向系统及电动车辆。

背景技术

伴随着全球汽车工业的蓬勃发展，汽车智能化和电动化已经成为趋势，对汽车的性能、技术等要求也日益增加，汽车的传统机械结构发生变化，电动独立转向机构应势出现在大众视野中。

电动独立转向机构可以应用于多种形式的汽车中，特别是应用于分布式轮内驱动电动汽车中，这种车辆取消了差速器、半轴等部件，结构更加紧凑且传动效率高，与理想的控制算法配合能够改善车辆的稳定性等相关性能。电动独立转向机构的出现满足了汽车对高机动性的要求，使车辆能够实现多种特殊转向模式，具有十分广阔的应用前景。

虽然现有技术中的电动独立转向机构具有诸多优势，但也存在缺陷。

例如，专利CN206125145U所提出的独立转向机构虽能实现不同的独立转向功能需求，但其独立转向机构大部分属于簧下质量，其转向机构的布置对车辆的平顺性及操纵稳定性都会产生不利影响。

此外，专利CN1702007A中所涉及的独立转向机构，虽然能实现四轮独立转向与独立控制，并且在转向过程中能够保证车辆始终绕着转向中心转动，减少了轮胎的磨损，但是其左右轮独立转向机构取消了方向盘与转向机构间的机械连接，导致当一侧转向电机出现故障而失去正常运转能力时，左右转向轮无法由独立运动转换为整体运动，从而使得车辆行驶安全性与平顺性大大降低。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种液压辅助控制的电动独立转向系统及电动车辆，本发明所述电动独立转向系统主要适用于四轮独立转向的分布式电动车辆，可同时提高车辆的行驶安全性与电动独立转向系统的可靠性。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种液压辅助控制的电动独立转向系统，包括：电动独立转向机构、液压控制系统和电子控制单元；

两组所述电动独立转向机构对称分布在前后轴位置；

所述电动独立转向机构中，两组电动独立转向总成中的转向电机分别通过蜗轮蜗杆减速器与转向摇臂驱动连接，转向摇臂分别与锁止液压缸的活塞连杆相连，两组对称设置的锁止液压缸的缸体之间通过中央连接杆同轴固连；

所述液压控制系统中，驱动电机与液压油泵机械驱动连接，液压油泵出油口连接单向阀后通过比例分流阀将主油路分为前后两路分油路后，前后两路分油路分别通过两个三位四通电磁阀与前后轴对应的两组锁止液压缸相连；

所述电子控制单元由转向电机控制器、电磁阀控制器、驱动电机控制器以及锁止液压缸直线位移传感器通过CAN总线通信连接组成。

进一步地，所述液压控制系统中，液压油泵出油口分为两路，其中一路与单向阀相连，另一路连接溢流阀，所述溢流阀的溢流口连接油箱。

进一步地，所述液压控制系统中，比例分流阀有三组；

液压油泵出油口连接单向阀后与第一比例分流阀相连形成主油路，第一比例分流阀的出油口分别与第二比例分流阀和第三比例分流阀相连，将主油分为前后两路分油路。

进一步地，所述第二比例分流阀一出油口通过第一三位四通电磁阀与前轴一侧车轮对应的锁止液压缸管路相连，第二比例分流阀另一出油口通过第二三位四通电磁阀与前轴另一侧车轮对应的锁止液压缸管路连接；

所述第三比例分流阀一出油口通过第三三位四通电磁阀与后轴一侧车轮对应的锁止液压缸管路相连，第三比例分流阀另一出油口通过第四三位四通电磁阀与后轴另一侧车轮对应的锁止液压缸管路连接。

进一步地，在所述液压油泵出油口与单向阀之间的主油路上连接有蓄能器。

更进一步地，所述蓄能器为气囊式蓄能器。

一种电动车辆，所述电动车辆的转向系统为所述液压辅助控制的电动独立转向系统；

所述电动独立转向系统的两组电动独立转向机构分别对称布置在车辆底盘的前轴和后轴位置；

电动独立转向机构中，转向摇臂端部通过转向球头与转向横拉杆一端铰接，转向横拉杆另一端与转向节总成的侧向球头铰接，从而实现通过控制转向节总成带动车轮绕主销转动；

所述液压控制系统布置于车辆的车架与底盘上。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述的电动独立转向系统中，电动独立转向机构使用摇臂拉杆机构配合液压锁止机构，能够在有限的空间内使车辆实现横向行驶或原地转向等特殊行驶模式，提高了底盘的空间利用率以及车辆的机动性能，且不属于簧下质量，此外，电控转向过程考虑了轮胎的侧偏特性，能够分别调整左右转向轮的转角，减少轮胎磨损。

2、本发明所述的电动独立转向系统中，设置的转向液压控制系统能够助力电动转向机构进行精确转向，并具有紧急锁止功能，提高了车辆的行驶安全性。

3、本发明所述的电动独立转向系统在液压油缸锁止后，仍具有阿克曼转向关系，同时实现了车轮转角的精密控制，且操作方便；

4、本发明所述的电动独立转向系统中，电子液压控制响应快速，能够满足车辆快速响应的要求。

附图说明

图1为本发明所述电动独立转向系统中，电动独立转向机构与液压控制系统的结构示意图；

图2为本发明所述电动独立转向系统中，电动独立转向机构的结构示意图；

图3为本发明所述电动独立转向系统中，液压控制系统的的结构示意图；

图4为本发明所述电动独立转向系统中，锁止液压缸的安装结构示意图；

图5为本发明所述电动独立转向系统中，电子控制单元与前轴对应的电动独立转向机构的控制连接示意图；

图中：

1-车轮， 2-转向节总成， 3-电动独立转向总成，

4-锁止液压缸， 5-转向横拉杆， 8-蓄能器，

9-单向阀， 10-溢流阀， 11-液压油泵，

12-油箱， 13-驱动电机， 14-主油路，

15-螺栓连接座， 18-驱动电机控制器；

301-转向摇臂， 302-转向轴承座， 303-活塞连杆，

304-螺栓连接件， 305-蜗轮蜗杆减速器， 306-转向球头，

307-支撑座， 308-转向电机， 309-中央连接杆；

601-第一电磁阀, 602-第二电磁阀, 603-第三电磁阀,

604-第四电磁阀；

701-第一比例分流阀, 702-第二比例分流阀, 703-第三比例分流阀；

3081-右转向电机， 3082-左转向电机，

1601-第一转向电机控制器， 1602-第二转向电机控制器；

1701-第一电磁阀控制器, 1702-第二电磁阀控制器，

具体实施方式

为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

实施例一：

本实施例一公开了一种液压辅助控制的电动独立转向系统，包括：电动独立转向机构、液压控制系统和电子控制单元。

所述电动独立转向机构有两组，分别对应布置在车辆底盘的前轴和后轴位置，以布置在前轴位置的电动独立转向机构为例：

如图2所示，所述电动独立转向机构包括：两组电动独立转向总成3、分别与两组电动独立转向总成3一一对应连接的锁止液压缸4，以及连接在两个锁止液压缸4之间的中央连接杆309；

所述电动独立转向总成3由转向电机308、蜗轮蜗杆减速器305和转向摇臂301组成；其中，所述转向电机308外壳体通过轴承座307固定在车身上，所述蜗轮蜗杆减速器305外壳体固定在车身上，转向电机308的输出轴与蜗轮蜗杆减速器305的蜗杆同轴连接，进而驱动蜗杆旋转，蜗轮蜗杆减速器305的蜗轮与蜗杆啮合传动连接，转向摇臂301一端同轴安装在蜗轮蜗杆减速器305的蜗轮轴上，所述蜗轮轴通过转向轴承座302安装在车身上，转向摇臂301另一端设有用于与车辆前轴转向横拉杆总成相铰接的转向球头306；

如图2和图4所示，两组所述电动独立转向总成3对称设置在前轴左右两侧，两个锁止液压缸4同轴设置在两组电动独立转向总成3之间，作为锁止液压缸4推拉端的活塞连杆303端部通过螺栓连接件304铰接在转向摇臂301中部；

所述中央连接杆309两端同轴固定连接在两个对称设置的锁止液压缸4的缸体底部，以实现两组电动独立转向总成3的机械连接；当电动独立转向机构对应的转向电机308正常工作时，锁止液压缸4的缸体与活塞连杆303随各自联接的转向摇臂301运动，而当一侧的电控元件因故障失效时，故障一侧的锁止液压缸4和对应另一侧的锁止液压缸4均通过转向液压控制系统和电子控制单元的运作实现锁止，将故障一侧的机械结构与另一侧进行锁止，使电动独立转向机构成为刚性连接的一体式机械结构，使车辆仍具备转向能力。

如图1和图3所示，所述液压控制系统包括：驱动电机13、液压油泵11、油箱12、主油路14、单向阀9、蓄能器8、溢流阀10、比例分流阀、电磁阀以及锁止液压缸4；

所述比例分流阀有三组，分别为：第一比例分流阀701、第二比例分流阀702和第三比例分流阀703；

所述电磁阀有四组，分别为第一电磁阀601、第二电磁阀602、第三电磁阀603和第四电磁阀604，所述第一电磁阀601、第二电磁阀602、第三电磁阀603和第四电磁阀604均为三位四通电磁阀；

如前所述，所述锁止液压缸4有四组，分别与位于车辆前轴的电动独立转向机构中的两组电动独立转向总成3，以及位于车辆后轴的电动独立转向机构中的两组电动独立转向总成3对应连接；

所述驱动电机13的输出端与液压油泵11的机械连接端驱动连接，所述液压油泵11的进油口与油箱12管路连接，液压油泵11的出油口分为两路，其中液压油泵11的出油口一路与溢流阀10管路连接，溢流阀10的溢油口与油箱12管路连接，当所述液压控制系统的管路压力过大时，溢流阀10开启并将管路内的一部分液压油放回油箱12，以实现维持液压控制系统的管路压力稳定在一定数值范围内；液压油泵11的出油口另一路与单向阀9管路连接，所述单向阀9设置为由液压油泵11向外单向导通，从而防止液压油回流，实现主油路14的方向控制；

所述单向阀9下游通过主油路14与第一比例分流阀701相连，所述蓄能器8的液油管路通过螺纹接口连接在单向阀9与第一比例分流阀701之间的主油路14上，根据液压控制系统的整体结构与特点，所述蓄能器8采用气囊式蓄能器；

当锁止液压缸4因电动独立转向机构一侧的电动独立转向机构总成3故障而锁止时，所述蓄能器8将通电，及时吸收液压控制系统中所产生的油液冲击，并且能够补偿液压控制系统管路中液压油的泄漏，维持液压控制系统管路的总体压力；

所述主油路14经第一比例分流阀701后分为两路，分别与第二比例分流阀702和第三比例分流阀703管路连接，其中，第二比例分流阀702的两出油口分别与第一电磁阀601和第二电磁阀602管路连接，第三比例分流阀703的两出油口分别与第三电磁阀603和第四电磁阀604管路连接；

如图3所示，所述第一电磁阀601、第二电磁阀602、第三电磁阀603和第四电磁阀604分别对应安装在相应的比例分流阀与锁止液压缸之间，且各电磁阀与对应的比例分流阀和锁止液压缸之间的连接关系均相同，以第二电磁阀602为例：

所述第二电磁阀602有三个工作位和四个连接端口，所述四个连接端口分别为：A口、B口、C口和D口；其中，第二电磁阀602的A口与第一比例分流阀702的出油口管路连接，第二电磁阀602的C口与锁止液压缸4的有杆腔油口管路连接，第二电磁阀602的D口与锁止液压缸4的无杆腔油口管路连接，第二电磁阀602的B口与油箱12管路连接；

当所述第二电磁阀602左侧线圈通电而处于第一工作位时，即图3中所述第二电磁阀602左侧的工作位，液压油经第一比例分流阀702流出后，通过第二电磁阀602的A口流入，并从第二电磁阀602的C口流出至锁止液压缸4的有杆腔，在液压油的压力作用下，锁止液压缸4的活塞带动活塞连杆向无杆腔一侧运动，锁止液压缸4的无杆腔内的液压油经无杆腔油口流出后，通过第二电磁阀602的D口流入，并从第二电磁阀602的B口流出至油箱，此时，由于锁止液压缸4的活塞带动活塞连杆向无杆腔一侧运动，即所述锁止液压缸4的活塞带动活塞连杆右移，实现锁止液压缸4辅助配合电动独立转向总成控制对应的车轮左转；

当所述第二电磁阀602右侧线圈通电而处于第二工作位时，即图3中所述第二电磁阀602右侧的工作位，液压油经第一比例分流阀702流出后，通过第二电磁阀602的A口流入，并从第二电磁阀602的D口流出至锁止液压缸4的无杆腔，在液压油的压力作用下，锁止液压缸4的活塞带动活塞连杆向有杆腔一侧运动，锁止液压缸4的有杆腔内的液压油经有杆腔油口流出后，通过第二电磁阀602的C口流入，并从第二电磁阀602的B口流出至油箱，此时，由于锁止液压缸4的活塞带动活塞连杆向有杆腔一侧运动，即所述锁止液压缸4的活塞带动活塞连杆左移，实现锁止液压缸4辅助配合电动独立转向总成控制对应的车轮右转；

当所述第二电磁阀602因断电而处于如图3所示的中间第三工作位时，所述第二电磁阀602的A口、B口、C口和D口均关闭不导通，锁止液压缸4的有杆腔与无杆腔内均无液油流动，所述锁止液压缸4处于锁止状态。

所述电子控制单元包括：转向电机控制器(SCU)、电磁阀控制器(VCU)、驱动电机控制器(DCU)以及直线位移测量组件，其中：

所述转向电机控制器有四个，分别对应控制位于车辆前轴两侧和后轴两侧共四组电动独立转向总成中的转向电机的动作输出，四组所述转向电机控制器与转向电机的连接结构及控制过程均相同；

所述电磁阀控制器有四个，分别对应控制四组电磁阀的动作，四组所述电磁阀控制器与电磁阀的连接结构及控制过程均相同；

所述驱动电机控制器有一个，用于控制所述液压控制系统中，驱动电机的动作输出；

所述直线位移测量组件由四组直线位移传感器组成，每组位移传感器对应安装在一个锁止液压缸上，以检测对应的锁止液压缸中，活塞的位移量，进而间接获得相应的车轮的转角大小，四组所述位移传感器与锁止液压缸的安装连接方式及信息采集过程均相同；

以车辆前轴为例：

所述电子控制单元中，驱动电机控制器(DCU1)18与驱动电机13控制信号连接；第一转向电机控制器(SCU1)1601与右转向电机3801控制信号连接，第二转向电机控制器(SCU2)1602与左转向电机3802控制信号连接；第一电磁阀控制器(VCU1)1701与第一电磁阀601控制信号连接，第二电磁阀控制器(VCU2)1702与第二电磁阀602控制信号连接；

第一位移传感器(图中未显示)对应安装在右侧锁止液压缸上，第二位移传感器(图中未显示)对应安装在左侧锁止液压缸上；

所述驱动电机控制器18、第一转向电机控制器1601、第二转向电机控制器1602、第一电磁阀控制器1701、第二电磁阀控制器1702、第一位移传感器和第二位移传感器均通过CAN总线进行通信；

所述第一位移传感器与第二位移传感器分别将检测到的右侧锁止液压缸和左侧锁止液压缸对应活塞的直线位移量，即对应车轮的转角量通过CAN总线反馈电子控制单元，单子控制单元通过CAN总线提供电压控制信号给第一电磁阀控制器1701和第二电磁阀控制器1702，第一电磁阀601和第二电磁阀602根据第一电磁阀控制器1701和第二电磁阀控制器1702输入的控制电压控制阀口开度，进而控制流入对应锁止液压缸4的液压油流量。

本实施例一所述液压辅助控制的电动独立转向系统的工作过程简述如下：

以车辆前轴为例：

当前轴的电动独立转向总成正常工作时，在对应的转向电机308驱动下，通过蜗轮蜗杆减速器305控制转向摇臂301摆动，进而实现对应车轮转向，与此同时，在液压控制系统和电子控制单元的控制下，锁止液压缸4中的活塞连杆随之伸缩，从而辅助车轮转动。

当前轴一侧电动独立转向总成出现故障时，第一电磁阀控制器1701和第二电磁阀控制器1702从CAN总线接收相关信息，控制第一电磁阀601和第二电磁阀602及时断电，且关闭第一电磁阀601和第二电磁阀602，使第一电磁阀601和第二电磁阀602均处于中间工作位，将前轴左右两侧的锁止液压缸4锁止，此时左右电动独立转向总成机械连接，可保证车辆能够正常转向。

在车辆转弯过程中，第一转向电机控制器1601和第二转向电机控制器1602从CAN总线接收方向盘转角和车速等相关信息，在现有的结构基础上，考虑轮胎侧偏特性，分别控制右转向电机3081和左转向电机3802转动，调整对应车轮的转角，使左右车轮运动轨迹的圆心相重合，减少轮胎磨损。

在车辆遇到极限工况或紧急工况时，例如：紧急转向、突然换道等，使车辆横摆角速度急剧增大，驾驶员在此情况下很难控制车辆。此时，第一转向电机控制器1601和第二转向电机控制器1602通过CAN总线接收各种车辆形式状态信息，判断车辆行驶状况，并分别控制右转向电机3081和左转向电机3802的转速与转角，改正对车辆的行驶路径，改善车辆的行驶安全性。

当车辆将要进行特殊的转向工况时，例如：横向移动、原地转向时，第一转向电机控制器1601和第二转向电机控制器1602依据系统所设定好的控制策略分别控制右转向电机3081和左转向电机3802的转角即可。

控制电路设有系统故障诊断元件，当转向系统出现故障时，实现报警。

实施例二：

本实施例二公开了一种电动车辆，所述电动车辆为四轮独立转向的分布式电动车辆，所述电动车辆的转向系统采用上述实施例一所述的液压辅助控制的电动独立转向系统。

如图1和图2所示，所述电动独立转向系统中，两组电动独立转向机构分别对应布置在车辆底盘的前轴和后轴位置，以布置在前轴位置的电动独立转向机构为例：

位于前轴左右两端的电动独立转向总成3中，以前轴左侧为例：

转向球头306与转向横拉杆5的一端铰接，转向横拉杆5的另一端与对应一侧的转向节总成2上的侧向球头铰接，从而实现通过控制转向节总成2带动车轮1绕主销转动。

所述液压控制系统安装于车架与底盘上。

Claims (7)

1.一种液压辅助控制的电动独立转向系统，其特征在于：

包括：电动独立转向机构、液压控制系统和电子控制单元；

两组所述电动独立转向机构对称分布在前后轴位置；

所述电动独立转向机构中，两组电动独立转向总成中的转向电机分别通过蜗轮蜗杆减速器与转向摇臂驱动连接，转向摇臂分别与锁止液压缸的活塞连杆相连，两组对称设置的锁止液压缸的缸体之间通过中央连接杆同轴固连；

所述液压控制系统中，驱动电机与液压油泵机械驱动连接，液压油泵出油口连接单向阀后通过比例分流阀将主油路分为前后两路分油路后，前后两路分油路分别通过两个三位四通电磁阀与前后轴对应的两组锁止液压缸相连；

所述电子控制单元由转向电机控制器、电磁阀控制器、驱动电机控制器以及锁止液压缸直线位移传感器通过CAN总线通信连接组成。

2.如权利要求1所述一种液压辅助控制的电动独立转向系统，其特征在于：

所述液压控制系统中，液压油泵出油口分为两路，其中一路与单向阀相连，另一路连接溢流阀，所述溢流阀的溢流口连接油箱。

3.如权利要求1或2所述一种液压辅助控制的电动独立转向系统，其特征在于：

所述液压控制系统中，比例分流阀有三组；

液压油泵出油口连接单向阀后与第一比例分流阀相连形成主油路，第一比例分流阀的出油口分别与第二比例分流阀和第三比例分流阀相连，将主油路分为前后两路分油路。

4.如权利要求3所述一种液压辅助控制的电动独立转向系统，其特征在于：

所述第二比例分流阀一出油口通过第一三位四通电磁阀与前轴一侧车轮对应的锁止液压缸管路相连，第二比例分流阀另一出油口通过第二三位四通电磁阀与前轴另一侧车轮对应的锁止液压缸管路连接；

所述第三比例分流阀一出油口通过第三三位四通电磁阀与后轴一侧车轮对应的锁止液压缸管路相连，第三比例分流阀另一出油口通过第四三位四通电磁阀与后轴另一侧车轮对应的锁止液压缸管路连接。

5.如权利要求1或2所述一种液压辅助控制的电动独立转向系统，其特征在于：

在所述液压油泵出油口与单向阀之间的主油路上连接有蓄能器。

6.如权利要求5所述一种液压辅助控制的电动独立转向系统，其特征在于：

所述蓄能器为气囊式蓄能器。

7.一种电动车辆，其特征在于：

所述电动车辆的转向系统为权利要求1所述液压辅助控制的电动独立转向系统；

所述电动独立转向系统的两组电动独立转向机构分别对称布置在车辆底盘的前轴和后轴位置；

电动独立转向机构中，转向摇臂端部通过转向球头与转向横拉杆一端铰接，转向横拉杆另一端与转向节总成的侧向球头铰接，从而实现通过控制转向节总成带动车轮绕主销转动；

所述液压控制系统布置于车辆的车架与底盘上。

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