CN206243237U - 一种多模式主动转向系统的控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多模式主动转向系统的控制器，以系统能耗函数为控制目标，对系统多个助力执行机构进行协调控制；其中，系统能耗函数包括电机能耗、液压机构能耗、控制器能耗及机械转向机构能耗；传感器模块采集转向系统各部分信号并传递至能量分析模块，通过能量分析模块求解系统能耗函数，并将计算结果传递至电子控制单元，电子控制单元以系统能耗函数为控制目标、系统理想助力特性为约束条件，对系统多个助力执行机构进行协调控制，实现在保证约束条件输出助力满足理想助力曲线下的转向经济性。

Description

一种多模式主动转向系统的控制器

技术领域

本实用新型涉及汽车助力转向系统控制技术领域，具体指代一种多模式主动转向系统的能耗-助力控制器。

背景技术

节能、环保和安全是当今世界汽车技术发展的三大主题，随着能源危机的日益严峻，汽车燃油消耗法规的日益严厉，汽车上的所有总成、零部件都应该向着节能环保的方向发展。汽车的能量消耗在国民经济中占有相当大的比重，它在消耗能量的同时也产生了废气，污染环境，同时会导致全球变暖，因此现在世界各国政府对汽车的能量消耗也相当重视。

电动助力转向系统EPS与传统的液压动力转向相比，具有一系列的优点：节能环保、对寒冷气候的适应性好、增强了转向随动性、改善了回正特性、提高了操纵稳定性、易于调整助力特性、易于包装和装配、易于维护与保养，根据KOYO公司的研究，轿车装用EPS系统比装用液压动力转向系统燃油消耗可减少3～5％，但受汽车本身蓄电池电压等电气特性影响，其输出的最大助力矩较小，不满足大型客车等车辆的需求。现有汽车采用的液压助力转向系统可在汽车低速工况下提供较大助力，减轻驾驶员转向时负担；但在高速工况下转向路感较差，操纵稳定性存在问题。

目前，国内外转向系统普遍采用固定传动比，易出现低速下转向盘沉重，高速下转向过度等危险工况，极大的影响了汽车的操纵稳定性。理想情况下，转向系统在汽车低速行驶时应有较大的传动比，以实现减轻驾驶员负担，达到良好的转向轻便性；在高速时应有较小的传动比，保障行驶安全，获得良好的转向路感。

因此，基于转向系统的能耗与输出助力之间的关系，设计一种“能耗-助力”控制器，可在多模式转向系统处于复合模式时，实现车辆转向轻便性和转向经济性的完美融合，具有广阔的应用前景。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种多模式主动转向系统的控制器，以解决现有技术中液压助力转向系统转向经济性、操纵稳定性较差等问题。

为达到上述目的，本实用新型的一种多模式主动转向系统的控制器，包括：能量分析模块、传感器模块、电子控制单元、主动转向控制机构、主动转向执行机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构；

所述的传感器模块分别与能量分析模块、电子控制单元、主动转向控制机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构相连接，并传递信号至能量分析模块，然后输出信号至电子控制单元；

所述的电子控制单元分别与主动转向控制机构及动力转向控制机构连接，并输出伺服电机控制信号b、c、d给二者；

所述的主动转向控制机构与主动转向执行机构相连接，其包括：伺服电机C；主动转向执行机构包括：电动推杆、第一减速机构及行星齿轮组，三者依次连接； 所述的伺服电机C连接上述电子控制单元并接收其输出的伺服电机控制信号b，输出转矩依次经过电动推杆、第一减速机构、行星齿轮组的下齿圈，至机械转向机构；

所述的动力转向控制机构与动力转向执行机构相连接，其包括：伺服电机A及伺服电机B；所述的动力转向执行机构包括：液压泵、储油罐、转阀、液压助力缸、第二减速机构及助力耦合器；所述的伺服电机A与伺服电机B分别连接上述电子控制单元并接收其输出的伺服电机控制信号c、d，伺服电机A输出转矩经过第二减速机构输出到助力耦合器；伺服电机B输出转矩驱动液压泵运行，产生的高压助力油液依次经过储油罐、转阀、液压助力缸形成压差从而产生助力并输出至助力耦合器，经耦合的助力输出至机械转向机构；

所述的机械转向机构包括：转向盘、转向柱、转向器及转向摇臂，四者依次连接，通过转向盘向机械转向机构输入力矩，力矩依次经转向柱、转向器、转向摇臂输出至车轮。

优选地，上述的传感器模块采集的电机转速信号经能量分析模块计算后，将求解结果传递到电子控制单元；且传感器模块将采集到的车速、转向盘转角信号直接输出到电子控制单元。

本实用新型的有益效果：

1、综合电机能耗、液压机构能耗、控制器能耗、机械转向机构能耗，提出系统能耗函数并通过能量分析模块进行求解，电子控制单元ECU以系统能耗函数为控制目标、系统理想助力特性为约束条件，对系统多个助力执行机构进行协调控制，实现了多模式转向的功能；

2、通过转向电机、行星齿轮组对转向系统进行变传动比控制，从而在电-液复合助力转向的基础之上实现主动转向的功能，通过主动转向干预将汽车助力转向的经济性与灵活性相结合；提高了转向盘转矩控制精度，提高了车辆驾驶的操纵稳定性，实现汽车转向轻便性和转向路感的完美融合。

附图说明

图1绘示多模式主动转向系统机械结构图。

图2绘示本实用新型控制器的结构原理框图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

参照图1、图2所示，一种多模式主动转向系统，包括：转向盘1、传感器模块2、转向柱3、行星齿轮组4、转向器7、电子控制单元（ECU）12、转向摇臂17、伺服电机C14、电动推杆19、第一减速机构13、伺服电机A6、第二减速机构5、伺服电机B10、液压泵9、储油罐11、转阀8、液压助力缸15及助力耦合器16；

所述的转向盘1连接转向柱3的力矩输入端，传感器模块2置于转向盘1与转向柱3之间，并与电子控制单元（ECU）12相连接，转向柱3的力矩输出端与行星齿轮组4输入端连接，转角修正模块通过行星齿轮组4中的下齿圈向转向系统提供修正力矩，转向力矩经行星齿轮组4输出端、转向器7、输出至转向摇臂17，转向助力模块向循环球转向器7提供转向助力矩。电子控制单元（ECU）12通过伺服电机控制信号b对伺服电机C14及第一减速机构13、电动推杆19进行控制，助力矩经第一减速机构13减速增矩后传递给电动推杆19、到行星齿轮组4的下齿圈，实现变传动比转角修正控制；伺服电机A6，第二减速机构5组成电动助力模块，电子控制单元（ECU）12通过伺服电机控制信号c对伺服电机A6进行控制，助力矩经第二减速机构5减速增矩后传递给助力耦合器16；伺服电机B10、液压泵9、储油罐11、转阀8、液压助力缸15组成液压助力模块，电子控制单元（ECU）12通过伺服电机控制信号d对助力伺服电机B10进行控制，驱动液压泵9将助力油液从储油罐11经转阀8泵入液压助力缸15，在液压助力缸15两端形成压差，从而产生助力，助力矩传递给助力耦合器16，助力耦合器16将合力矩传递至转向摇臂17。

参照图2所示，本发明的一种多模式主动转向系统的控制器，于本实施例中应用于上述多模式主动转向系统中，包括：能量分析模块18、传感器模块2、电子控制单元（ECU）12、主动转向控制机构、主动转向执行机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构；

所述的传感器模块分别与能量分析模块18、电子控制单元12、主动转向控制机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构相连接，并传递信号至能量分析模块18进行分析计算，然后输出信号至电子控制单元12；

所述的电子控制单元分别与主动转向控制机构及动力转向控制机构连接，并输出伺服电机控制信号b、c、d给二者；

所述的主动转向控制机构与主动转向执行机构相连接，包括：伺服电机C14；所述主动转向执行机构包括：电动推杆19及第一减速机构13及行星齿轮组4，三者依次连接；所述的伺服电机C14接收上述电子控制单元12输出的伺服电机控制信号b，并输出转矩依次经过电动推杆19、第一减速机构13、行星齿轮组4的下齿圈，至机械转向机构；

所述的动力转向控制机构与动力转向执行机构相连接，包括：伺服电机A6及伺服电机B10；所述的动力转向执行机构包括：液压泵9、储油罐11、转阀8、液压助力缸15、第二减速机构5及助力耦合器16；所述的伺服电机A6与伺服电机B10分别连接上述电子控制单元12并接收上述电子控制单元12输出的伺服电机控制信号c、d，依照相应控制策略，通过控制信号c调节伺服电机A6输出转矩，经过第二减速机构5输出到助力耦合器16；通过控制信号d调节伺服电机B10输出转矩，驱动液压泵9运行，产生的高压助力油液依次经过储油罐11、转阀8、液压助力缸15形成压差从而产生助力并输出至助力耦合器16，经耦合的助力输出至机械转向机构；

所述的机械转向机构包括：转向盘1、转向柱3、转向器7、转向摇臂17，四者依次连接，通过转向盘1向机械转向机构输入力矩，力矩依次经转向柱3、转向器7输出至转向摇臂17，实现转向操作。

实施例中，传感器模块2采集车速、转向盘扭矩、电机转速等车辆在行驶过程中的实时信号，对采集信号进行滤波、降噪处理，（传感器测得量一部分用于能耗分析模块18计算能耗，计算后传递给电子控制单元12；另一部分直接传给电子控制单元12计算助力，然后电子控制单元12根据“能耗和助力”向下一级机构输出控制信号）；

传感器模块2将电机转速信号等计算能耗函数所需的测量值传递到能量分析模块18，能量分析模块18对采集结果进行分析，分别计算电机能耗、控制器能耗、液压模块能耗以及系统输出功率，将各部分的能耗信号传递至电子控制单元12；

电子控制单元12依据能量分析模块18计算得到的电机能耗、控制器能耗、液压模块能耗、系统输出功率等部分能耗信号计算总能耗函数，并依据总能耗函数取最小值作为控制器的控制目标，向主动转向控制机构、动力转向控制机构输出控制电流，驱动相应执行机构以最经济的转速比例运行，从而降低整个系统在工作过程中各部分机构的能耗大小，实现节能的目的。

同时，电子控制单元12依据传感器模块2采集的信息得到动力转向执行机构输出的实际助力大小，以及主动转向执行机构输出的实际辅助转角大小，作为控制器在求解过程中的约束条件，防止由于控制器对能耗的控制作用，导致系统执行机构输出助力、辅助转角远小于该工况下的助力、辅助转角的理想值，影响车辆的操纵稳定性。

通过本实用新型，车辆在行驶过程中依据车速等状态量得到系统各部分能耗计算公式，推导得到系统能耗函数，并以系统能耗函数为控制目标，对系统多个助力执行机构进行协调控制，有效提高了车辆在中高速时的操纵稳定性和行驶安全性，且与现有液压助力系统相比，降低了车辆高速时以及非转向工况时的能量损耗，因此具有广阔的市场前景。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (2)

1.一种多模式主动转向系统的控制器，其特征在于，包括：能量分析模块、传感器模块、电子控制单元、主动转向控制机构、主动转向执行机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构；

所述的传感器模块分别与能量分析模块、电子控制单元、主动转向控制机构、动力转向控制机构、动力转向执行机构、机械转向机构相连接，并传递信号至能量分析模块，然后输出信号至电子控制单元；

所述的电子控制单元分别与主动转向控制机构及动力转向控制机构连接，并输出伺服电机控制信号b、c、d给二者；

所述的主动转向控制机构与主动转向执行机构相连接，其包括：伺服电机C；主动转向执行机构包括：电动推杆、第一减速机构及行星齿轮组，三者依次连接；所述的伺服电机C连接上述电子控制单元并接收其输出的伺服电机控制信号b，输出转矩依次经过电动推杆、第一减速机构、行星齿轮组的下齿圈，至机械转向机构；

所述的动力转向控制机构与动力转向执行机构相连接，其包括：伺服电机A及伺服电机B；所述的动力转向执行机构包括：液压泵、储油罐、转阀、液压助力缸、第二减速机构及助力耦合器；所述的伺服电机A与伺服电机B分别连接上述电子控制单元并接收其输出的伺服电机控制信号c、d，伺服电机A输出转矩经过第二减速机构输出到助力耦合器；伺服电机B输出转矩驱动液压泵运行，产生的高压助力油液依次经过储油罐、转阀、液压助力缸形成压差从而产生助力并输出至助力耦合器，经耦合的助力输出至机械转向机构；

所述的机械转向机构包括：转向盘、转向柱、转向器及转向摇臂，四者依次连接，通过转向盘向机械转向机构输入力矩，力矩依次经转向柱、转向器、转向摇臂输出至下级机构直至车轮。

2.根据权利要求1所述的多模式主动转向系统的控制器，其特征在于，上述的传感器模块采集的电机转速信号经能量分析模块计算后，将求解结果传递到电子控制单元；且传感器模块将采集到的车速、转向盘转角信号直接输出到电子控制单元。