CN203450199U

CN203450199U - 混合动力车的双驱动助力转向系统

Info

Publication number: CN203450199U
Application number: CN201320541778.4U
Authority: CN
Inventors: 陈运来; 李高鹏; 万小明; 李振山; 王浩宇; 何黎明
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2023-08-30

Abstract

本实用新型涉及一种混合动力车的双驱动助力转向系统，包括双驱动液压系统和控制系统，所述控制系统包括用于采集车速和发动机转速的控制模块，该控制模块控制连接转向电机控制器。本实用新型的液压系统由HPS和EHPS构成，助力转向器的流量由HPS和EHPS的合流量控制，从而实现了助力转向系统的高效利用，另外，由于整车速度越低时，打方向盘所需要转向系统提供的助力越大；速度越高，打方向盘所需要转向系统提供的助力越小，本实用新型系统的转向助力大小由实际工况决定，从而实现了随速助力和随需助力，提供操纵轻便性同时避免转向助力驱动机构为转向系统提供多余的助力而驾驶员使打方向盘有发飘的感觉。

Description

混合动力车的双驱动助力转向系统

技术领域

本实用新型涉及混合动力车的双驱动助力转向系统和控制方法。

背景技术

电动液压助力转向系统，简称EHPS，广泛应用于新能源汽车上，尤其是纯电动汽车和深度混合动力汽车，只有应用了EHPS，整车才能安全可靠实现发动机怠速停机功能，达到更高节能目的而不至于整车失去转向助力。目前单独的传统HPS缺点：不能满足发动机停机，优点：具有可靠性高的传统优势；单独的EHPS的缺点：可靠性差，特别是电动部分故障，采用“跛行回厂“模式，整车无助力转向系统，优点：为发动机怠速停机创造条件，可以应用于任何电动客车。由于EHPS不够成熟、故障率高、可靠性不及HPS（发动机液压助力），对目前混合动力系统车辆所用到电动液压助力转向油泵和转向电机控制器进行整车运营FMEA分析，面临的安全问题预防措施是：一旦“电动转向液压助力转向油泵”或“转向电机控制器”出现不能为转向器提供转向液压助力的故障，整车控制器立即停止动力输出，车辆会慢慢停下来。以上措施的安全隐患是：车辆正在转弯同时路况又是下坡等特殊情况时，如果此时车辆转向故障，整车速度不能立即降下来，有出现重大交通事故的隐患。

现有的双驱动助力转向系统，如CN202193115U，公开了一种双泵液压助力转向装置，包括发动机转向油泵、电机转向油泵，两油泵的油路通过梭型阀连接助力转向器，实现混合动力汽车在燃油行驶和纯电动行驶时分别适于不同的动力驱动的液压助力转向结构（【0005】段第6、7行），该文件虽然设置了由不同动力驱动的两种油路，但是两种油路是不同时工作的，在燃油时使用发动机转向油泵助力，在纯电动时采用电机转向油泵助力，整个系统的利用效率很低，而且如上一段所述，也存在转向故障情况下系统失效的问题。

实用新型内容

考虑到HPS和EHPS各自的优势，因此开发出双驱动助力转向系统。本实用新型的目的是提供一种混合动力车的双驱动助力转向系统，用以解决现有技术缺乏相应的控制策略，系统利用效率低、稳定性差的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

混合动力车的双驱动助力转向系统，包括双驱动液压系统和控制系统，所述控制系统包括用于采集车速和发动机转速的控制模块，该控制模块控制连接转向电机控制器。

所述控制模块为整车控制器；整车控制器连接发动机ECU，以采集发动机转速信号；整车控制器连接一个车速传感器，以采集车速信号。

所述整车控制器还连接用于为转向电机（7）供电的高压储能器的CMS，以采集高压储能器电量信号；整车控制器还连接制动踏板，以采集制动信号。

本实用新型的液压系统由HPS和EHPS构成，助力转向器的流量由HPS和EHPS的合流量（即发动机转向油泵的流量和电机转向油泵的合流量）控制，从而实现了助力转向系统的高效利用，另外，由于整车速度越低时，打方向盘所需要转向系统提供的助力越大；速度越高，打方向盘所需要转向系统提供的助力越小，本实用新型系统的转向助力大小由实际工况决定，从而实现了随速助力和随需助力，提供操纵轻便性同时避免转向助力驱动机构为转向系统提供多余的助力而驾驶员使打方向盘有发飘的感觉。

附图说明

图1是本实用新型的系统构成结构图；

图2是本实用新型的带有相关控制信号的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1，双驱动液压系统包括助力转向器14、由发动机8驱动的发动机转向油泵10、由转向电机7驱动的电机转向油泵9，发动机转向油泵10、电机转向油泵9的出油口分别通过对应的单向阀12、13连接一个三通19的两个进油口，三通19的出油口连接助力转向器14；还包括回油和抽油部分的油路，即助力转向器出油口连接储油罐11，储油罐11分别连接发动机转向油泵10、电机转向油泵9的抽油口，抽油口与储油罐之间还设有另一个三通20。助力转向的方向盘机械传动部分还包括传动轴与转向直拉杆15、角转向器16、转向管柱17、万向节等18、方向盘19等部件，此部分属于现有技术，与本实用新型的改进无关，在此不再赘述。

双驱动助力转向系统充分利用HPS和EHPS各自的优势，节能和可靠；实现了双驱动助力转向系统的HPS和EHPS的合理和平顺切换，保证整车操纵轻便性和舒适性，研究并制定了合理的控制策略。

本实用新型的助力转向系统，改进了控制系统，其控制系统包括用于采集车速和发动机转速的控制模块，该控制模块控制连接转向电机控制器。

对应的控制方法如下：

由发动机驱动的发动机转向油泵和由转向电机驱动的电机转向油泵共同为助力转向器提供液压助力；控制转向电机转速n₂′，使随速转向合流量q_s=n₁*v₁+n₂*v₂，n₂′：与n₂、n₁′与n₁分别具有设定的比例关系(若为直接驱动，n₂′：与n₂、n₁′与n₁分别相等)；q_s=f(n′)；f(n′)为设定的随速助力函数，在n′增加时，f(n′)减小，在n′减小时，f(n′)增大；以上步骤中，v₁为发动机转向油泵的公称排量，n₁为发动机转向油泵的转速，n₂为电机转向油泵的转速，v₂为电机转向油泵的公称排量，n′₁为发动机实时转速，n₂′为转向电机实时转速，n′为实时车速。

考虑到整个油路的流量和功率损失，因此实际提供的合流量和合压力都要大于整车转向器实时所需要的流量和压力。EHPS和HPS的合流量和合压力必须满足：

A.实时合流量足：q₀′≤q₁′+q₂′。

B.实时合压力需要满足条件：P₀′≤P₁′+P₂′，具体大小比例关系需要根据实际情况确定。

其中：q₀′、q₁′、q₂′分别为转向器、发动机转向油泵、电机转向油泵的实时流量；P₀′、P₁′、P₂′分别为转向器、发动机转向油泵、电机转向油泵的实时压力。

C.此外，最大压力需要满足条件：P₁≥P₀、P₂≥P₀，P₀、P₁、P₂分别为转向器发动机转向油泵、电机转向油泵的最大压力。

上述随速助力函数q_s＝f(n′)应保证在一定的工况（特定车速）下，略大于相应工况下的q₀′，f(n′)可以根据需要人为设定，比如设定为一个负斜率的函数。在某一特定工况下运行，转向系统所需要的转向器实时流量q₀′和P₀′为定值，n₂′与n₁′成一次函数关系，由于n₁′与发动机转速相关，不受控，本实用新型的控制对象是n₂′，对于转向电机控制器来说，通过控制转向电机的实时电流I′，来实现对转向电机进行调速。在车辆速度增加/减小时，所需要的总助力减小/增大，即q_s＝f(n′)减小/增大，同时根据f(n′)和n′₁，结合公式q_s＝n₁*v₁+n₂*v₂，确定所需要的转向电机油泵转速n₂，根据转向电机的实时电流I′，控制转向电机实时转速n₂′，从而控制双驱动转向助力系统的助力大小。

目前大多数混合动力公交车都采用了发动机快速启停技术，目的是为了更好的节能。但是发动机要停止就不得不采用EHPS，而没有充分利用HPS的优势。本实用新型的双驱动助力转向系统的控制策略，可以理解为EHPS和HPS的结合，发动机怠速停机采用EHPS，采用传统的HPS是充分利用效率高和故障率低的优势，它能最大限度降低转向系统的能耗。综合了EHPS和HPS的优势。

城市公交平均车速一般不超过50km/h，此时发动机转速在一般1500r/min左后，发动机直接驱动的发动机转向油泵没有出现溢流，没有出现能量损失，因此公交车采用了传统的HPS更具有节能和可靠性高的优势。EHPS的能量源又多了一次转化，能量转化效率降低。所以本实用新型更适用于公交车。经过对城市公交路况的采集和详细的计算：发动机直接驱动的发动机转向油泵（效率为85%）比电机转向油泵（效率为73%）的效率高，因为混合动力公交上电机转向油泵的能量多了一次转化，因而效率比HPS要低。（传统转向系统能量转化：发动机→油泵，电动液压转向系统能量转化：发动机→ISG发电机→高压储能器→转向电机→油泵）。

城市公交平均车速一般不超过50km/h，因此HPS转向油泵几乎很少达到溢流状态，因此双驱动助力转向系统应用于城市公交车是节能的；当发动机转速较低时，HPS提供的助力转向较小时，EHPS作为转向助力补充。

双驱动助力转向系统工作模式分为四种转向驱动状态：

1.发动机停机状态下，由转向电机独立驱动转向系统；

2.发动机正常工作时，由发动机独立驱动转向系统；

3.纯电驱动转向系统逐步向发动机驱动切换；

4.发动机驱动转向系统逐步向纯电驱动切换。

上述控制模块可以采用独立控制器，作为一种优选方式，可以直接采用整车控制器2，如图1、2所示，整车控制器连接发动机ECU，由于ECU本身能够获取发动机转速信号，整车控制器可以直接获得发动机转速信号；整车控制器连接一个车速传感器1，从而实现车速信号的采集。车速传感器1可以采用编码器或者其他类型的车速传感器。

在以上控制方法的基础上，还可以进一步完善，加入对为转向电机供电的高压储能器的控制，根据高压电量和制动信号，控制转向系统的功率分配，提高了整车的能量回收率以及制动的稳定和可靠性。为检测高压储能器的电量，可以通过检测电压来近似判断电量（如下方式），为了更加准确，也可以采用其它检测电量的方式。

CMS（高压储能器的管理系统，具有电压、电量、温度检测保护等功能）检测到高压储能器电压达到90%（根据具体控制策略设定一个合适的阈值）时，同时检测到有制动回馈电能信号时(即整车控制器检测到制动踏板信号)，则电机转向油泵作为一个高压耗能元件，控制电机转向油泵的启动，即优先使用电能，避免回馈到储能器（比如超级电容）的电能被充满，制动时电刹不灵敏，该种特殊控制方式及工况特别适用于整车下长坡路况，储能器电能因下长坡回馈充满电时，转向电机启动，多回馈的电能（超出高压储能器容量而回馈的电能）补充转向电机消耗的电能，目的是增强了整车制动的舒适性，也消除了：因高压储能器充满电而能量回收（电刹）中断导致制动电刹的不灵敏现象。特殊说明：（此时如果提供多余的助力能量，则以溢流方式消耗）。当CMS检测到高压储能器电压小于90%时，同时检测到有制动回馈电能信号时，根据节能策略以及上述双驱动助力转向系统的控制策略控制转向电机启停和转速，即按照四种驱动方式控制转向助力的功率分配。完善该特殊工况对应的控制策略主要目的是，利用双驱动助力转向系统可以带来以下优势：在保证整车安全性外，最大限度的将整车制动时的机械能转化为电能储存到高压储能器，将更多的电动力用于整车主电动驱动，延长发动机的停机时间，减少发动机的燃料消耗，对节能做出贡献。以及提高了能量回收率以及制动的稳定和可靠性。

为了实施以上方法，如图2给出了实施方式，整车控制器还连接用于为转向电机供电的高压储能器的CMS4，以采集高压储能器5电量信号；整车控制器还连接制动踏板，以采集制动信号。

双驱动助力转向系统具有双重功效，因此策略设计有失效模式控制功能：在失效模式下，即整车电动部分或者EHPS如果出现故障，根据控制策略，发动机立即取消怠速停机，在200ms内重新恢复助力转向功能，此时转向完全切换为传统的HPS，不至于整车没有助力转向而发生事故，比如在跛行模式下能保证整车正常具有转向助力。

Claims

1.混合动力车的双驱动助力转向系统，包括双驱动液压系统和控制系统，其特征在于，所述控制系统包括用于采集车速和发动机转速的控制模块，该控制模块控制连接转向电机控制器。

2.根据权利要求1所述的混合动力车的双驱动助力转向系统，其特征在于，所述控制模块为整车控制器；整车控制器连接发动机ECU，以采集发动机转速信号；整车控制器连接一个车速传感器，以采集车速信号。

3.根据权利要求2所述的混合动力车的双驱动助力转向系统，其特征在于，所述整车控制器还连接用于为转向电机（7）供电的高压储能器的CMS，以采集高压储能器电量信号；整车控制器还连接制动踏板，以采集制动信号。