[發明專利]一種變傳動比循環球式電液轉向系統及其控制方法

有效

• 申請號: 202110652247.1
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113212543B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 周小川;徐坤豪;趙萬忠;鄒松春;欒眾楷
• 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;B62D6/00;B62D113/00;B62D119/00;B62D101/00;B62D137/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種變傳動比循環球式電液轉向系統，其特征在于，包括：轉向盤模塊、變傳動比液壓助力模塊(5)、機械傳動模塊、電機助力模塊以及主控制器模塊(33)；

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)；

所述轉向盤(1)與第一轉向管柱(2)固定連接；

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主控制器模塊(33)；

所述變傳動比液壓助力模塊(5)包括：變傳動比模塊(6)、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(10)的轉矩信號，并將采集到的信號發送給主控制器模塊(33)；

所述變傳動比模塊(6)包括：轉角電機(7)、轉角電機轉角控制器、轉角電機轉角傳感器(61)、諧波齒輪機構(8)、鎖止機構；

所述轉角電機轉角傳感器(61)和轉角電機(7)固定連接，用于采集轉角電機(7)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；所述轉角電機轉角控制器輸入端連接主控制器模塊(33)，輸出端連接轉角電機，用于通過對當前時刻的前輪轉角進行換算，得出轉角電機需要輸出的實際轉角，將轉角電機理想轉角與轉角電機實際轉角作差，得到實時的轉角電機控制信號，對轉角電機進行控制；

所述諧波齒輪機構(8)包括：波發生器(62)、柔輪(63)和剛輪(64)；所述柔輪(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，帶動柔輪(63)轉動；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發生彈性形變，柔輪(63)變成橢圓形齒輪隨回轉部件旋轉的相反方向轉動；位于波發生器(62)中部的回轉部件與轉角電機的轉子軸連接；柔輪外齒與剛輪的內齒相嚙合；剛輪與第二轉向管柱(10)的一端通過花鍵無間隙連接；第二轉向管柱(10)的另一端與循環球式液壓助力轉向器(13)相連；

所述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；

所述液壓助力模塊(22)包括：液壓泵(31)、液壓泵驅動電機(30)、液壓泵驅動電機控制器、第一減速機構(36)、油箱(29)、伺服比例電磁閥(23)、油管、第一壓力傳感器(34)及第二壓力傳感器(35)；所述液壓泵驅動電機控制器輸入端連接主控制器模塊(33)，輸出端連接液壓泵驅動電機(30)，用于接收主控制器模塊(33)發出的液壓泵驅動電機控制信號控制液壓泵驅動電機(30)；所述液壓泵驅動電機(30)通過第一減速機構(36)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(13)中形成油壓差，在油壓差的作用下為轉向系統提供助力；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器安裝在循環球式液壓助力轉向器進出油路的油管上，用于檢測循環球式液壓助力轉向器兩側的液壓助力，發送實際液壓助力信號；

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(13)的輸出端通過齒條與齒扇傳動副(12)和轉向搖臂(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)、電動助力電機控制器及第二減速機構(21)；電動助力電機控制器輸入端連接主控制器模塊(33)，輸出端連接電動助力電機(20)；電動助力電機(20)通過第二減速機構(21)將電動助力傳遞到第二轉向管柱(10)，為轉向系統提供助力；

所述主控制器模塊(33)包括：信號處理單元、車輛其它狀態單元(32)、理想傳動比控制器、轉角電機轉角計算器、穩定性控制器、助力決策單元、診斷單元、故障報警單元、電機驅動單元；

信號處理單元與上述各傳感器電氣連接，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C、實際液壓助力信號D、第二轉向管柱轉矩信號；同時信號處理單元與上述車輛其它狀態單元電氣連接，獲取車輛的其它狀態信號；

車輛其它狀態單元用于采集當前車輛狀態的車速信號I、橫擺角速度信號J、質心側偏角信號K、側向加速度信號L；

理想傳動比控制器用于根據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；將傳動比信號與轉向盤轉角信號一同輸入轉角電機轉角計算器，以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；

穩定性控制器用于根據信號處理單元獲得的車速信號、橫擺角速度信號、側向加速度信號、質心側偏角信號，通過H₂/H_∞魯棒控制方法得到車輛穩定性控制信號；再將獲得的車輛穩定性控制信號與上述所得的轉角電機理想轉角信號、轉角電機轉角信號一同輸入到轉角電機轉角控制器中，通過對前輪轉角進行換算，得出轉角電機實際轉角，將轉角電機理想轉角與轉角電機實際轉角作差，經過PID整定得到實時的轉角電機控制信號；

主控制器模塊輸出端分別與轉角電機(7)、電動助力電機(20)、伺服比例電磁閥(23)、液壓泵驅動電機(30)電氣連接，輸出轉角電機控制信號F，控制轉角電機輸出轉角；輸出液壓泵驅動電機控制信號G，控制液壓泵驅動電機的轉矩；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；

診斷單元檢測在車輛行駛過程中電液轉向系統是否正常工作，并根據主控制器模塊接收的傳動比信號與給定的傳動比閾值進行比較，判斷各電機的工作模式；

助力決策單元通過車載通訊線路接收信號處理單元和診斷單元的輸入信號，并根據助力分配策略，經計算后通過車載通訊線路向電機驅動單元輸出指令；在轉向系統的轉向盤回正過程中，助力決策單元根據轉角電機控制信號以及轉向盤轉矩信號和傳動比信號補償因變傳動比以及穩定性控制后轉角電機產生的附加轉角帶來的路感變化，經計算后通過車載通訊線路向電機驅動單元輸出指令；

所述電機驅動單元根據助力決策控制單元的輸出指令，選擇不同的工作模式，分別輸出轉角電機控制信號、電動助力電機控制信號和液壓泵驅動電機控制信號；

所述故障報警單元用于提醒駕駛員故障信息。