CN113911208A

CN113911208A - 一种转向系统控制策略

Info

Publication number: CN113911208A
Application number: CN202111168646.7A
Authority: CN
Inventors: 陈轶杰; 黄龙; 张亚峰; 万义强; 杜甫; 赵宁; 徐梦岩; 徐龙
Original assignee: China North Vehicle Research Institute
Current assignee: China North Vehicle Research Institute
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-01-11

Abstract

本发明涉及一种转向系统控制策略，用于解决转向系统的稳定性及安全性的问题。具体的，在系统调节过程中首先通过监测车辆行驶速度信号、方向盘转角信号，车轮转角信号、系统各部分压力信号等来判断系统是否正常工作，若正常，再检查电机或发动机取力口转速是否达到了使用要求，若达标，则控制阀组对转向油缸进行充放油，并实时采集车轮转角信号和各位置工作压力信号；若电机或发动机取力口转速未达到使用要求，则启动应急转向系统，利用蓄能器向系统提供补偿压力保证正常工作，进一步判断工作压力及车轮转角是否满足使用要求，若达到目标位置则执行自动对中功能，转向结束，若未达到目标位置则继续通过对转向油缸的充放油进行调节直至满足要求。

Description

一种转向系统控制策略

技术领域

本发明涉及一种转向系统控制策略，属于液压机械和机动车应用领域。

背景技术

随着对车辆运力要求的提高和对车辆平稳性、安全性、舒适性要求的提高，如何能保证车辆转向的可靠性，如何能保证车辆在系统动力源失效的情况下依然可以保持转向稳定直至停车，如何实现系统高效节能，减少效率损失等问题，成为了目前国内车辆生产厂商所面临且始终无法有效解决的技术难点，所以开发带自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统就显得尤为必要。

另外，转向系统控制策略的制定至关重要，其合理性直接决定了系统工作的稳定性及安全性，特别是具有后轮转向功能的系统，保障车辆高速行驶过程中的稳定性则显得更加重要。

发明内容

为了解决转向系统工作的稳定性及安全性，本发明提出了一种转向系统控制策略，系统以由电机或发动机取力口驱动的高压泵为动力源提供高压动力，以转向油缸为执行元件，通过功能阀组控制转向油缸活塞杆伸出或收缩实现车辆转向，通过传感器系统实现转向角度的检测和闭环控制，在系统调节过程中首先通过监测车辆行驶速度信号、方向盘转角信号，车轮转角信号、系统各部分压力信号等来判断系统是否正常工作，若正常工作再检查电机或发动机取力口转速是否达到了使用要求，若达到使用要求则控制阀组对转向油缸进行充放油，并实时采集车轮转角信号和各位置工作压力信号；若电机或发动机取力口转速未达到使用要求，则启动应急转向系统，利用蓄能器向系统提供补偿压力，保证正常工作，进一步判断工作压力及车轮转角是否满足使用要求，若达到目标位置则执行自动对中功能，转向结束，若未达到目标位置则继续通过对转向油缸的充放油进行调节直至满足要求。

在车体质心位置附近布置倾角传感器，用于监测车辆转弯时的车体侧倾角，作为后轮转向角度的反馈信号，后轮转向角度随着车体侧倾角的增大而减小，车体侧倾角的阈值不应大于6°。

系统作为后轮转向用时车速不超过25km/h，超过25km/h后为确保车辆行驶安全系统锁死不进行后轮转向操作。

现有的转向系统，通常是按照阿克曼转角对各轮位转向角进行计算，从而制定控制策略实现多轮转向的功能，另外当系统出现故障失效时无法进行应急响应来保障车辆的正常行驶，本发明针对现有技术存在的隐患和短板，提出了新的控制策略，增加了应急转向启动的闭环控制，同时提出通过监测车体侧倾角度作为反馈来实时调整后轮转向角的策略，以及通过实车测试对全轮转向的极限车速进行了限制，这对减少轮胎磨损，提高车辆操纵稳定性及行驶安全性都具有十分重要的意义。

附图说明

图1为多油缸带自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统组成及原理图；

图2为多油缸只带自动对中功能的比例转向控制系统组成及原理图；

图3为单油缸带自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统组成及原理图；

图4为动力源组成原理图；

图5为对中蓄能器控制阀组组成及原理图；

图6为比例转向控制阀组组成原理图；

图7为应急蓄能阀组组成原理图；

图8为系统总控制逻辑；

图9为系统工作流程。

图中：1－动力源，2－对中蓄能器控制阀组，3－对中压力传感器，4－对中蓄能器，5－油缸一比例转向控制阀组，6－嵌套式转向油缸一，7－油缸一角位移传感器，8－油缸二角位移传感器，9－嵌套式转向油缸二，10－油缸二比例转向控制阀组，11－系统压力传感器，12－截止阀，13－应急压力传感器，14－应急蓄能阀组，15－应急蓄能器，16－泵系统，17－泵用单向阀，18－主油滤，19－油路控制阀，20－溢流阀，21－回油滤，22－蓄能器连通阀，23－对中压力控制阀，24－比例流量控制阀，25－三位四通补液阀，26－补液阀单向阀，27－控制阀单向阀，28－单向阀，29－卸压安全阀，30－安全溢流阀，31－应急截止阀。

具体实施方式

下面结合附图对车姿调节系统做详细描述：

所述液压转向系统由系统动力源1、长时工作液压系统、嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二8、应急蓄能系统、电控装置及传感器、管路、接头等组成。长时工作液压系统由对中蓄能器控制阀组2、对中压力传感器3、对中蓄能器4、油缸一比例转向控制阀组5、油缸一角位移传感器7、油缸二角位移传感器8、油缸二比例转向控制阀组10、系统压力传感器11及相应管路、接头组成；应急蓄能系统由截止阀12、应急压力传感器13、应急蓄能阀组14、应急蓄能器15及相应管路、接头组成。长时工作液压系统、应急蓄能系统内部阀组之间及其与系统动力源1、与嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二8之间通过高压硬管(或软管)相连接，电控装置通过电缆和液压系统电磁阀组相连，提供控制信号。本系统中根据实际车辆转向需要，转向油缸数量可以有所增减，本领域技术人员可以根据实际需要任意组合多个集成控制阀，实现对转向的调节。

图1为多油缸带自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统组成及原理图，主要包含动力源1，对中蓄能器控制阀组2，对中压力传感器3，对中蓄能器4，油缸一比例转向控制阀组5，嵌套式转向油缸一6，油缸一角位移传感器7，油缸二角位移传感器8，嵌套式转向油缸二9，油缸二比例转向控制阀组10，系统压力传感器11，截止阀12，应急压力传感器13，应急蓄能阀组14，应急蓄能器15。动力源1为系统提供工作压力，系统压力传感器11并联在动力源1的出油口A处，用于测量系统实际工作压力。油缸一比例转向控制阀组5、油缸二比例转向控制阀组10的P进油口分别与动力源1的A出油口相连，油缸一比例转向控制阀组5的控制油缸收缩口SS1与嵌套式转向油缸一6的收缩控制腔相连，控制油缸伸长口SC口与嵌套式转向油缸一6的伸出控制腔相连，油缸二比例转向控制阀组10的控制油缸收缩口SS2与嵌套式转向油缸二9的收缩控制腔相连，控制油缸伸长口SC口与嵌套式转向油缸二9的伸出控制腔相连，分别控制嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二9活塞杆的伸出和收缩达到控制车辆转向的目的。对中压力传感器3和对中蓄能器4并联，分别连接在对中蓄能器控制阀组2的测压口CY1端口和蓄能器连接口AC端口上，对中蓄能器控制阀组2的进油口P与动力源1的出油口A相连，对中口DZ端口分别与嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二9的对中油口DZ1和DZ2相连，通过对中蓄能器4所提供的背压实现转向自动对中的目的，蓄能器连通阀22布置在蓄能器4和对中蓄能器控制阀组2的对中口DZ端之间，通常为两位两通常开式电磁阀。对中压力传感器3用来监测对中蓄能器4的压力是否满足车辆自动对中所需要的压力，当压力低于对中所需压力时，对中蓄能器控制阀组2中的对中压力控制阀23打开，接通动力源1为对中蓄能器4充压直至压力满足车辆对中压力，对中压力控制阀23通常为两位两通常闭式电磁阀。应急压力传感器13、应急蓄能器15并联，分别连接在应急蓄能阀组14的压力传感器连接口MP端和蓄能器连接口AC端，应急蓄能阀组14的进油口P与动力源1的出油口A相连提供高压油液，回油口T与动力源1的回油口T相连卸压，供油口P1接入油缸一比例转向控制阀组5和油缸二比例转向控制阀组10的进油口P，为转向油缸提供应急转向压力。应急压力传感器13用来监测应急蓄能器15的压力是否满足车辆应急转向所需要的压力，当压力低于应急转向所需压力时，应急蓄能阀组14中的应急截止阀31打开，接通动力源1为应急蓄能器15充压直至压力满足车辆应急转向压力。需要说明的是，在系统正常工作时，应急蓄能阀组14中的卸压安全阀29处于带电截止状态。

图2为多油缸只带自动对中功能的比例转向控制系统组成及原理图。其工作过程与图1所示多油缸带自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统相同，主要包含动力源1，对中蓄能器控制阀组2，对中压力传感器3，对中蓄能器4，油缸一比例转向控制阀组5，嵌套式转向油缸一6，油缸一角位移传感器7，油缸二角位移传感器8，嵌套式转向油缸二9，油缸二比例转向控制阀组10，系统压力传感器11，截止阀12，应急压力传感器13，应急蓄能阀组14，应急蓄能器15。动力源1为系统提供工作压力，系统压力传感器11并联在动力源1的出油口A处，用于测量系统实际工作压力。油缸一比例转向控制阀组5、油缸二比例转向控制阀组10的进油口P分别与动力源1的出油口A口相连，油缸一比例转向控制阀组5的控制油缸收缩口SS分别与控制嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二9的收缩控制腔相连，控制油缸伸长口SC分别与控制嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二9的伸出控制腔相连，分别控制嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二9活塞杆的伸出和收缩达到控制车辆转向的目的。对中压力传感器3、对中蓄能器4连接在对中蓄能器控制阀组2的测压口CY1端口和蓄能器连接口AC端口上，对中蓄能器控制阀组2的进油口P口与动力源1的出油口A相连，对中口DZ端口分别与嵌套式转向油缸一6、嵌套式转向油缸二9的对中油口DZ1和DZ2相连，实现转向自动对中的目的。对中压力传感器3用来监测对中蓄能器4的压力是否满足车辆自动对中所需要的压力，当压力低于对中所需压力时，对中蓄能器控制阀组2中的对中压力控制阀22打开，接通动力源1为对中蓄能器4充压直至压力满足车辆对中压力。

图3为单油缸带自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统组成及原理图，动力源1与油缸一比例转向控制阀组5串联，系统压力传感器11并联在动力源1的出油口A处，对中蓄能器控制阀组2与对中压力传感器3、对中蓄能器4连接后，与嵌套式转向油缸一6的对中油口DZ1口相连，用于控制油缸自动对中，应急蓄能阀组14与应急压力传感器13及应急蓄能器15相连后并联在油缸一比例转向控制阀组5的进油口P口处，用于提供应急转向压力。需要说明的是，单油缸和多油缸的自动对中及应急启动功能的比例转向控制系统原理是相同的，每个油缸可以独立控制一个车桥的转向，对于多轴车辆而言，只需要对应增加比例转向控制阀组和转向油缸的数量即可满足使用要求。

如图4所示为动力源组成原理图，阀组出油口A与回油口T分别连接系统内其它阀组的进油口P与回油口T，用于提供高压工作油及系统回油连接。动力源1包含泵系统16，泵用单向阀17，主油滤18，油路控制阀19，溢流阀20。泵系统16可以是由电机驱动高压油泵的电动泵系统，也可以将高压泵与车辆发动机或传动箱的取力口相连，作为系统的动力驱动。油路控制阀19与主油滤18串联后再与溢流阀20并联组合，再与泵系统16和回油滤21串联组成动力源，通过溢流阀20控制系统最大工作压力，防止压力过高引起系统故障，通过油路控制阀19切换油液走向，当系统不工作时可以切换油液回油箱，避免过多的功率损耗。

图5为对中蓄能器控制阀组组成及原理图。对中蓄能器控制阀组2由蓄能器连通阀22，对中压力控制阀23组成，蓄能器连接口AC连接对中蓄能器4，测压口CY1连接用于测试对中压力的对中压力传感器3，用于连接转向对中机构的对中口DZ油口位于蓄能器连通阀22和对中压力控制阀23之间，在对中蓄能器控制阀组2的进油口P和蓄能器连接口AC之间顺序布置有对中压力控制阀23和蓄能器连通阀22，正常工作时，系统实时检测对中压力，当对中压力不能满足实际使用要求时，系统控制对中压力控制阀23给电，将对中蓄能器4与动力源1相连，为对中蓄能器4加压直至达到系统使用要求后，对中压力控制阀23失电，蓄能器连通阀22为两位两通常开电磁阀，正常情况下对中蓄能器4通过该电磁阀与转向油缸对中结构相连，不仅可以保证转向油缸及时有效对中复位，也可以在油缸压力冲击较大时提供液压缓冲。

图6为比例转向控制阀组组成原理图，在比例流量控制阀24回油口处串联有控制阀单向阀27，在三位四通补液阀25的回油口处串联有补液阀单向阀26，通过控制比例流量控制阀24换向实现转向油缸的控制达到车辆转向的目的，三位四通补液阀25与比例流量控制阀24并联，增加系统油液输送通道，提供紧急转向时油液流量补充。

图7为应急蓄能阀组组成原理图，包含单向阀28，卸压安全阀29，安全溢流阀30，应急截止阀31，在进油口P和供油口P1之间布置有应急截止阀31，在供油口P1和回油口T之间顺序布置有应急截止阀31、卸压安全阀29与安全溢流阀30的并联结构，以及单向阀28，供油口P1、蓄能器连接口AC，以及测压口MP连通，使用时蓄能器连接口AC连接应急蓄能器15，供油口P1串联截止阀12后与系统主压力油道相连，测压口MP连接应急压力传感器13，安全溢流阀30调定压力等于或略高于系统需要的最高工作压力，系统工作时卸压安全阀29给电截止，应急截止阀31给电连通，系统为应急蓄能器15充压，当应急压力传感器13测得压力满足系统使用压力时，应急截止阀31失电锁止，应急系统充压完成，当系统动力源1不能正常工作，或系统需要紧急动力源进行转向时，截止阀12得电将应急蓄能器15与系统主压力油道联通，为系统提供应急压力补充。应急截止阀31通常为两位两通常闭型电磁阀，卸压安全阀29通常为两位两通常开型电磁阀，截止阀12通常为两位两通常闭型电磁阀。

如图8-9所示，系统以由电机或发动机取力口驱动的高压泵为动力源提供高压动力，以转向油缸为执行元件，通过功能阀组控制转向油缸活塞杆伸出或收缩实现车辆转向，通过传感器系统实现转向角度的检测和闭环控制。在系统调节过程中首先通过监测车辆行驶速度信号、方向盘转角信号，车轮转角信号、系统各部分压力信号等来判断系统是否正常工作，若正常工作再检查电机或发动机取力口转速是否达到了使用要求，若达到使用要求则控制阀组对转向油缸进行充放油，并实时采集车轮转角信号和各位置工作压力信号，若电机或发动机取力口转速未达到使用要求，则启动应急转向系统，利用蓄能器向系统提供补偿压力，保证正常工作，进一步判断工作压力及车轮转角是否满足使用要求，若达到目标位置则执行自动对中功能，转向结束，若未达到目标位置则继续通过对转向油缸的充放油进行调节直至满足要求。后轮转向角度与前轮转角需要遵循阿克曼转角定理进行确定，另外由于后轮转向角度对转弯半径有直接影响，而车辆的转弯半径与转弯时车体所受离心力成反比，离心力越大则车体侧倾角越大，从而有可能产生侧翻等危险情况，针对这种情况，提出在车体质心位置附近布置倾角传感器，用于监测车辆转弯时的车体侧倾角，作为后轮转向角度的反馈信号，后轮转向角度需要随着车体侧倾角的增大而减小，车体侧倾角的阈值不应大于6°，对后轮转向角度进行闭环控制，可有效提升车辆行驶过程中的安全性和稳定性。

对于多轴重型运载车辆而言，系统作为后轮转向用时车速通常不超过25km/h，超过25km/h后为确保车辆行驶安全系统锁死不进行后轮转向操作。

需要说明的是，本领域技术人员可以容易地理解，本发明所涉及的转向系统装置可以上述方式安装在不同类型的车辆上，根据车辆使用需要系统可以包含一个或多个转向油缸及相应的液压控制阀组，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种不同形式的更改和改变。

Claims

1.一种转向系统控制策略，基于转向系统，转向系统以由电机或发动机取力口驱动的高压泵为动力源提供高压动力，以转向油缸为执行元件，通过功能阀组控制转向油缸活塞杆伸出或收缩实现车辆转向，通过传感器系统实现转向角度的检测和闭环控制，其特征在于：在转向系统调节过程中首先通过监测车辆行驶速度信号、方向盘转角信号，车轮转角信号、系统各部分压力信号来判断系统是否正常工作，若正常工作再检查电机或发动机取力口转速是否达到了使用要求，若达到使用要求则控制阀组对转向油缸进行充放油，并实时采集车轮转角信号和各位置工作压力信号；若电机或发动机取力口转速未达到使用要求，则启动应急转向系统，利用蓄能器向系统提供补偿压力，保证正常工作，进一步判断工作压力及车轮转角是否满足使用要求，若达到目标位置则执行自动对中功能，转向结束，若未达到目标位置则继续通过对转向油缸的充放油进行调节直至满足要求。

2.根据权利要求1所述的一种转向系统控制策略，其特征在于：在车体质心位置附近布置倾角传感器，用于监测车辆转弯时的车体侧倾角，作为后轮转向角度的反馈信号，后轮转向角度随着车体侧倾角的增大而减小，车体侧倾角的阈值不应大于6°。

3.根据权利要求1所述的一种转向系统控制策略，其特征在于：系统作为后轮转向用时车速不超过25km/h，超过25km/h后为确保车辆行驶安全系统锁死不进行后轮转向操作。