一种辅助蓄能器式电动液压助力转向系统

1.本发明涉及大型汽车液压助力转向系统，具体涉及一种纯电动大型汽车用的辅助蓄能器式电动液压助力转向系统。


背景技术：

2.常压式电动液压助力转向系统使用高压蓄能器，液压油路经常维持在10mpa以上的高压状态，液压元件要求高，使用寿命缩短，传统大型汽车普遍使用常流式液压助力转向系统。随着汽车电动化、电机及其控制技术的发展，常流式电动液压助力转向系统在纯电动大型汽车上得到广泛应用。为保证系统助力响应速度，避免因助力电机及液压泵的响应迟滞而引起驾驶员有助力滞后感，在车辆处于非转向工况时，目前常流式电动液压助力转向系统中的助力电机及液压泵以一定速度持续运转，这势必造成能源的浪费。中国专利cn107117206中提出了蓄能式电动液压助力转向装置，采用双液压管路为转向系统提供助力，提高转向的响应速度并且节能。中国专利cn20120035944.2中提出了一种新能源大客车电动液压助力转向系统，采用主控制回路及辅助控制回路双回路、分工况联合控制助力方式，减少能耗的同时实现快速响应。中国专利cn201720404546.2中提出了一种商用车蓄能电动液压混合式助力转向系统，大幅度降低小转角转向时高压液压油的损失。然而，上述三个方案在大转向助力需求工况下，都要求蓄能器参与助力，蓄能器储存油液的压力等于或接近常压式，系统长期处于高压状态；蓄能器、电机及液压泵同时供油时，蓄能器储存油液的压力会随着油液的释放而降低，增加助力精确控制的难度。


技术实现要素：

3.为了克服现有的常流式电动液压助力转向系统在非转向工况助力电机持续运转能源浪费，或者为减少能耗而导致的蓄能器压力过高及在助力后期助力大小难以精确控制的不足，本发明提供一种辅助蓄能器式电动液压助力转向系统，该系统蓄能器储存油液压力明显小于常压式，助力容易精确控制，蓄能器储存压力油液利用率高，节约能源。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种辅助蓄能器式电动液压助力转向系统，该系统由机械液压部分和电器部分两部分组成。机械液压部分主要包括：转向盘、转向轴、整体循环球式动力转向器、储油罐、液压泵、蓄能器、限压阀、单向阀及相应液压管；电器部分主要包括：助力电机、电磁减压阀、ehps系统控制器、电机控制器、转向盘转矩转角传感器、蓄能器压力传感器、第一电磁开关阀及第二电磁开关阀。所述转向系统中储油罐、液压泵、单向阀、第一电磁开关阀、整体循环球式动力转向器中的转向控制阀和助力油缸以油管连接，构成转向助力的主液压油路；在单向阀和第一电磁开关阀之间的连接油管上装有蓄能器，蓄能器与主液压管路之间装有电磁减压阀、第二电磁开关阀和蓄能器压力传感器，储油罐、液压泵、单向阀、第二电磁开关阀、蓄能器、电磁减压阀构成辅助液压油路，液压泵出口和储油罐之间装有限压阀。转向盘通过转向轴与整体循环球式动力转向器相连，转向轴中间装有转向盘转矩转角传感器，液压泵由助力电机驱动。ehps系统控制器通过转向
盘转矩转角传感器采集转向盘转矩、转角信号，通过蓄能器压力传感器采集蓄能器储存的油液压力信号，通过车载网络通讯采集车速信号；ehps系统控制器的输出端分别与第一电磁开关阀、电磁减压阀、第二电磁开关阀和电机控制器连接。ehps系统控制器根据转向盘转角信号判断车辆是否处于转向工况，若转向盘转角大于等于自由行程，则为转向工况，否则为非转向工况。当车辆处于转向工况时，ehps系统控制器打开第一电磁开关阀，根据转向盘转矩、转角信号和车速信号确定当前工况助力电机的目标转速，并发送给电机控制器，电机控制器根据目标转速对助力电机进行调速控制；同时，在助力电机转速的上升初期，ehps系统控制器根据助力电机的目标转速确定电磁减压阀的输出油液目标压力值(一般低于所在转向工况助力油缸活塞两侧压差的50％)，给电磁减压阀输入一定的励磁电流使电磁减压阀减压输出目标压力的油液，蓄能器与液压泵一起向整体循环球式动力转向器中的转向控制阀输送液压油，蓄能器辅助助力，提高整个系统的助力响应速度；当主油道压力大于等于减压阀输出压力时，减压阀自动关闭，由液压泵单独向主液压油路中的转向控制阀供油。当车辆处于非转向工况时，若蓄能器压力低于设定的下限值，ehps系统控制器打开第二电磁开关阀，发送蓄能器补油转速信号给电机控制器，电机控制器启动助力电机，驱动液压泵向蓄能器充压，至设定的压力上限值时，关闭第二电磁开关阀，助力电机停止工作；若蓄能器内部压力高于设定的下限值时，系统状态不变，助力电机停止工作。
5.本发明的有益效果是：在助力电机转速的上升初期，蓄能器与液压泵一起向整体循环球式动力转向器中的转向控制阀输送液压油，从而保证在非转向工况助力电机不持续工作时，系统仍然具有较好的助力响应速度。蓄能器仅在助力电机转速的上升初期辅助工作，内部压力远小于常压式液压助力转向系统，可有效避免液压元件使用寿命大幅降低以及系统内部油液泄漏；蓄能器退出工作后，助力大小完全取决于助力电机的转速，不受蓄能器输出油液的影响，助力容易精确控制。蓄能器出口设有电磁减压阀，便于非转向工况下蓄能器储存油液压力的设定和控制，避免因蓄能器储存油液压力随着车辆行驶速度上升而调低导致的蓄能器中油液无谓释放，进一步节能。
附图说明
6.图1为本发明辅助蓄能器式电动液压助力转向系统的结构示意图。
7.图中1.转向盘，2.转向轴，3.转向盘转矩转角传感器，4.整体循环球式动力转向器，5.第一电磁开关阀，6.第二电磁开关阀，7.限压阀，8.储油罐，9.液压泵，10.单向阀，11.助力电机，12.电机控制器，13.ehps系统控制器，14.电磁减压阀，15.蓄能器压力传感器，16.蓄能器。
具体实施方式
8.下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
9.附图1是辅助蓄能器式电动液压助力转向系统的结构示意图，包括转向盘(1)、转向轴(2)、转向盘转矩转角传感器(3)、整体循环球式动力转向器(4)、第一电磁开关阀(5)、第二电磁开关阀(6)、限压阀(7)、储油罐(8)、液压泵(9)、单向阀(10)、助力电机(11)、电机控制器(12)、ehps系统控制器(13)、电磁减压阀(14)、蓄能器压力传感器(15)、蓄能器(16)。所述转向系统各部件的连接关系为：转向盘(1)与转向轴(2)的上端连接，转向轴(2)的下端
与循环球式动力转向器(4)的输入端连接，转向盘转矩转角传感器(3)安装在转向轴(2)的中间，液压泵(9)与助力电机(11)的电机轴连接。液压泵(9)通过进油管与储油罐(8)的出油口相连，液压泵(9)通过出油管与单向阀(10)的进油口连接，单向阀(10)的出油口通过油管与第一电磁开关阀(5)的进油口相连，第一电磁开关阀(5)的出油口通过油管与整体循环球式动力转向器(4)的进油口连接，并尽可能靠近整体循环球式动力转向器(4)的进油口。蓄能器(16)接口通过油管与电磁减压阀(14)的进油口连接，电磁减压阀(14)的出油口连接到单向阀(10)和第一电磁开关阀(5)之间的油管上，蓄能器压力传感器(15)的进油口与蓄能器(16)和电磁减压阀(14)之间的油管连接，第二电磁开关阀(6)的进油口通过油管与电磁减压阀(14)的出油管路连接，第二电磁开关阀(6)的出油口通过油管与电磁减压阀(14)的进油管路连接，限压阀(7)的进油口通过油管与液压泵(9)的出油管连接，限压阀(7)的出油口通过回油管与储油罐(8)的回油口连接，整体循环球式动力转向器(4)的出油口通过回油管与储油罐(8)的回油口连接。转向盘转矩转角传感器(3)的信号输出线与ehps系统控制器(13)的信号输入端口连接，蓄能器压力传感器(15)的信号输出线与ehps系统控制器(13)的信号输入端口连接，ehps系统控制器(13)的网络通讯接口与车辆车载网络接口连接，ehps系统控制器(13)的输出端口与第一电磁开关阀(5)连接，ehps系统控制器(13)的输出端口与电磁减压阀(14)连接，ehps系统控制器(13)的输出端口与第二电磁开关阀(6)连接，ehps系统控制器(13)的输出端口与电机控制器(12)的输入端口连接。
10.在图1所示实施例中，ehps系统控制器(13)根据从转向盘转矩转角传感器(3)采集的转向盘转角信号，判断车辆是否处于转向工况。当转向盘转角大于等于自由行程时，ehps系统控制器(13)判断车辆处于转向工况，否则为非转向工况。当车辆处于转向工况时，ehps系统控制器(13)打开第一电磁开关阀(5)，根据转向盘转矩、转角信号和车速信号确定当前工况下助力电机(11)的目标转速，并发送给电机控制器(12)，电机控制器(12)根据目标转速对助力电机(11)进行调速控制，从而实现转向助力控制；同时，在助力电机转速的上升初期，ehps系统控制器(13)根据助力电机(11)的目标转速确定电磁减压阀(14)的输出油液目标压力(一般低于所在转向工况助力油缸活塞两侧压差的50％)，给电磁减压阀(14)输入一定的励磁电流使电磁减压阀(14)输出目标压力的油液，蓄能器(16)与液压泵(9)一起向整体循环球式动力转向器(4)中的转向控制阀输送液压油，提高整个系统的助力响应速度，当单向阀(10)后的管路中的压力大于等于电磁减压阀(14)输出压力时，电磁减压阀(14)自动关闭，由液压泵(9)单独向转向控制阀供油。当车辆处于非转向工况时，ehps系统控制器(13)通过蓄能器压力传感器(15)采集蓄能器(16)中储存的油液压力信号，判断蓄能器储存油液的压力是否低于预先设定的压力下限值，若蓄能器储存油液的压力低于下限值，ehps系统控制器(13)打开第二电磁开关阀(6)，发送蓄能器补油转速信号给电机控制器(12)，电机控制器(12)启动助力电机(11)，驱动液压泵(9)向蓄能器(16)补充油液，至设定的压力上限值时，关闭第二电磁开关阀(6)，助力电机(11)停止工作；若蓄能器储存油液的压力高于设定的下限值，系统状态不变，助力电机(11)停止工作。
11.该转向系统在且仅在助力电机转速的上升初期，蓄能器与液压泵一起向整体循环球式动力转向器中的转向控制阀输送液压油，提高了助力响应速度，助力容易精确控制，蓄能器内部压力远小于常压式液压助力转向系统，可有效避免液压元件使用寿命大幅降低以及系统内部油液泄漏。系统中蓄能器出口设有能根据输入电流控制输出油压的电磁减压
阀，能避免蓄能器中油液的无谓释放，进一步节能。
12.以上所述的具体实施方式，在本发明内容和权利要求所覆盖的范围内可以有多种变型和改变。因此，所述的实施方式并不构成对本发明权利要求保护范围的限制。