[發明專利]一種電液耦合的智能循環球式線控轉向系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110652237.8
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113212542B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 徐坤豪;周小川;趙萬忠;王春燕;梁為何
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B62D3/08
• 分類號: B62D3/08;B62D5/04;B62D5/06;B62D6/00;B62D119/00;B62D113/00;B62D137/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種電液耦合的智能循環球式線控轉向系統，其特征在于，包括：轉向盤模塊、變傳動比液壓助力模塊、機械傳動模塊、電機助力模塊、線控轉向控制器模塊(33)和電液助力轉向控制器模塊(32)；

所述轉向盤模塊包括：轉向盤(1)、第一轉向管柱(2)、轉向盤轉角傳感器(3)、轉向盤轉矩傳感器(4)、第二電磁離合器(5)、路感電機(34)、路感電機轉矩傳感器(35)、第一電磁離合器(36)、第一減速機構(39)；

所述第一轉向管柱(2)的上端與轉向盤(1)連接，下端被第二電磁離合器(5)斷開，并通過第二電磁離合器(5)實現其開合狀態；路感電機(34)的輸出端經過路感電機轉矩傳感器(35)與第一電磁離合器(36)相連接，然后通過第一減速機構(39)與第一轉向管柱(2)連接；第一減速機構(39)固定在第一轉向管柱(2)上，路感電機(34)輸出的反饋力矩依次經過第一減速機構(39)、第一轉向管柱(2)，傳遞至轉向盤(1)；所述轉向盤轉角傳感器(3)、轉向盤轉矩傳感器(4)均與第一轉向管柱(2)固定連接，分別采集轉向盤的轉角和轉矩信號，并將采集到的信號發送給線控轉向控制器模塊(33)；

所述變傳動比液壓助力模塊包括：變傳動比模塊(8)、第二轉向管柱(10)、第二轉向管柱轉矩傳感器(9)、循環球式液壓助力轉向器(13)以及液壓助力模塊(22)；

所述第二轉向管柱轉矩傳感器(9)與第二轉向管柱(10)固定連接，用于采集第二轉向管柱的轉矩信號，并將采集到的信號發送給線控轉向控制器模塊(33)和電液助力轉向控制器模塊(32)；

變傳動比模塊(8)包括：轉角電機(7)、轉角電機轉角傳感器(61)、諧波齒輪機構、鎖止機構；

諧波齒輪機構包括：波發生器(62)、柔輪(63)和剛輪(64)；柔輪(63)為外齒輪，剛輪(64)為內齒輪，剛輪(64)和柔輪(63)之間存在齒差；第一轉向管柱(2)作為輸入端與柔輪(63)通過花鍵(65)無間隙連接；波發生器(62)由回轉部件和柔性軸承組成，波發生器(62)設置于柔輪(63)的內環中，其外側面通過柔性軸承帶動柔輪(63)發生彈性形變，波發生器中部的回轉部件與轉角電機(7)的轉子軸連接；柔輪外齒與剛輪的內齒相嚙合；剛輪(64)與第二轉向管柱(10)通過花鍵無間隙連接；轉角電機轉角傳感器(61)與轉角電機(7)固定連接，用于采集轉角電機的轉角信號；所述鎖止機構安裝在轉角電機(7)上，用于在轉角電機不工作或故障時鎖止轉角電機；

循環球式液壓助力轉向器(13)由兩級傳動副組成：第一級為螺桿與螺母傳動副(11)；第二級為齒條與齒扇傳動副(12)；第二轉向管柱(10)通過螺桿與螺母傳動副(11)與循環球式液壓助力轉向器(13)相連；

液壓助力模塊(22)包括：液壓泵(31)、液壓泵驅動電機(30)、第二減速機構(40)、油箱(29)、伺服比例電磁閥(23)、油管以及第一壓力傳感器(37)、第二壓力傳感器(38)；所述液壓泵驅動電機(30)通過第二減速機構(40)與液壓泵(31)相連，將來自油箱(29)的液壓油通過伺服比例電磁閥(23)泵入循環球式液壓助力轉向器(13)，在循環球式液壓助力轉向器中形成油壓差，在油壓差的作用下為轉向系統提供助力；第一壓力傳感器(37)和第二壓力傳感器(38)安裝在循環球式液壓助力轉向器(13)進出油路的油管上，用于檢測循環球式液壓助力轉向器兩側的液壓助力，發送液壓助力信號；

所述機械傳動模塊包括：轉向搖臂(14)、轉向直拉桿(19)、左轉向車輪(15)、左轉向節(16)、左轉向節臂(17)、左轉向梯形臂(18)、轉向橫拉桿(24)、右轉向梯形臂(25)、右轉向節臂(26)、右轉向節(27)、右轉向車輪(28)；

所述循環球式液壓助力轉向器的輸出端通過齒條與齒扇傳動副(12)與轉向搖臂(14)的一端連接，轉向搖臂(14)的另一端通過轉向直拉桿(19)與左轉向節臂(17)相連，帶動左轉向節(16)和左轉向車輪(15)偏轉；左轉向節臂(17)經左轉向梯形臂(18)與轉向橫拉桿(24)的一端相連；轉向橫拉桿(24)的另一端與右轉向梯形臂(25)相連，右轉向梯形臂(25)經右轉向節臂(26)與右轉向節(27)相連，右轉向節(27)帶動右轉向車輪(28)轉向；

所述電機助力模塊包括：電動助力電機(20)、第三減速機構(21)；電動助力電機通過第三減速機構將電動助力傳遞到第二轉向管柱，為轉向系統提供助力；

所述線控轉向控制器模塊包括：第一信號處理單元、第一理想傳動比控制器、第一診斷單元、第一故障報警單元、第一電機驅動單元；

所述電液助力轉向控制器模塊包括：第二信號處理單元、第二理想傳動比控制器、第二診斷單元、第二故障報警單元、第二電機驅動單元；

線控轉向控制器模塊的第一信號處理單元分別與轉向盤轉角傳感器、轉向盤轉矩傳感器、路感電機轉矩傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器電氣連接，獲取各傳感器實時采集的信號，接收轉向盤轉角信號A、轉向盤轉矩信號B、路感電機轉矩信號C、液壓助力信號E以及車輛的狀態信號；

電液助力轉向控制器模塊的第二信號處理單元分別與轉向盤轉角傳感器、轉向盤轉矩傳感器、轉角電機轉角傳感器、第一壓力傳感器、第二壓力傳感器電氣連接，獲取各傳感器實時采集的信號，接收轉向盤轉角信號A、轉向盤轉矩信號B、轉角電機轉角信號D、液壓助力信號E以及車輛的狀態信號；

第一理想傳動比控制器根據第一信號處理單元獲得的車速信號、轉向盤轉角信號，通過預先設定的車速-轉向盤轉角-理想傳動比map圖確定當前時刻傳動比信號，并計算當前時刻期望的前輪轉角信號；根據期望的前輪轉角信號，從而計算得到電動助力電機輸出到第二轉向管柱轉角大小，進而通過第一電機驅動單元控制電動助力電機工作，通過循環球式液壓助力轉向器帶動車輪轉動，實現變傳動比控制；

第二理想傳動比控制器根據第二信號處理單元獲得的車速信號、轉向盤轉角信號，通過預先設定的車速-轉向盤轉角-理想傳動比map圖確定當前時刻傳動比信號，并計算當前時刻期望的前輪轉角信號；根據期望的前輪轉角信號，從而計算得到轉角電機理想轉角信號，通過轉角電機提供的附加轉角和第一轉向管柱的轉角進行疊加從而實現變傳動比控制；

第一診斷單元和第二診斷單元對各個電機以及各控制器模塊進行故障診斷，診斷路感電機、轉角電機、液壓泵助力電機、電動助力電機、線控轉向控制器模塊和電液助力轉向控制器模塊是否發生故障；第一故障報警單元和第二故障報警單元分別用于提醒駕駛員故障信息；

第一電機驅動單元分別與第一電磁離合器、第二電磁離合器、路感電機、電動助力電機(20)、液壓泵驅動電機(30)、伺服比例電磁閥(23)電氣連接，輸出第一電磁離合器、第二電磁離合器控制信號，分別控制第一電磁離合器、第二電磁離合器的開閉狀態；輸出液壓泵助力電機控制信號G，控制液壓泵助力電機的轉速；輸出伺服比例電磁閥控制信號H，控制伺服比例電磁閥的開度；輸出電動助力電機控制信號M，控制電動助力電機輸出轉矩；

第二電機驅動單元分別與第一電磁離合器、第二電磁離合器、轉角電機、電動助力電機、液壓泵驅動電機、伺服比例電磁閥電氣連接，輸出第一電磁離合器、第二電磁離合器控制信號，分別控制第一電磁離合器、第二電磁離合器的開閉狀態；輸出轉角電機控制信號F，控制轉角電機輸出轉角；輸出液壓泵助力電機控制信號G，控制液壓泵助力電機的轉速；輸出伺服比例電磁閥控制信號H，控制伺服比例電磁閥的開度；輸出電動助力電機控制信號M，控制電動助力電機輸出轉矩。