混合動力車的雙驅動助力轉向系統的製作方法

2023-10-10 20:44:39 1

混合動力車的雙驅動助力轉向系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種混合動力車的雙驅動助力轉向系統，包括雙驅動液壓系統和控制系統，所述控制系統包括用於採集車速和發動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。本實用新型的液壓系統由HPS和EHPS構成，助力轉向器的流量由HPS和EHPS的合流量控制，從而實現了助力轉向系統的高效利用，另外，由於整車速度越低時，打方向盤所需要轉向系統提供的助力越大；速度越高，打方向盤所需要轉向系統提供的助力越小，本實用新型系統的轉向助力大小由實際工況決定，從而實現了隨速助力和隨需助力，提供操縱輕便性同時避免轉向助力驅動機構為轉向系統提供多餘的助力而駕駛員使打方向盤有發飄的感覺。
【專利說明】混合動力車的雙驅動助力轉向系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及混合動力車的雙驅動助力轉向系統和控制方法。
【背景技術】
[0002]電動液壓助力轉向系統，簡稱EHPS，廣泛應用於新能源汽車上，尤其是純電動汽車和深度混合動力汽車，只有應用了 EHPS，整車才能安全可靠實現發動機怠速停機功能，達到更高節能目的而不至於整車失去轉向助力。目前單獨的傳統HPS缺點:不能滿足發動機停機，優點:具有可靠性高的傳統優勢；單獨的EHPS的缺點:可靠性差，特別是電動部分故障，採用「跛行回廠「模式，整車無助力轉向系統，優點:為發動機怠速停機創造條件，可以應用於任何電動客車。由於EHPS不夠成熟、故障率高、可靠性不及HPS (發動機液壓助力)，對目前混合動力系統車輛所用到電動液壓助力轉向油泵和轉向電機控制器進行整車運營FMEA分析，面臨的安全問題預防措施是:一旦「電動轉向液壓助力轉向油泵」或「轉向電機控制器」出現不能為轉向器提供轉向液壓助力的故障，整車控制器立即停止動力輸出，車輛會慢慢停下來。以上措施的安全隱患是:車輛正在轉彎同時路況又是下坡等特殊情況時，如果此時車輛轉向故障，整車速度不能立即降下來，有出現重大交通事故的隱患。
[0003]現有的雙驅動助力轉向系統，如CN202193115U，公開了一種雙泵液壓助力轉向裝置，包括發動機轉向油泵、電機轉向油泵，兩油泵的油路通過梭型閥連接助力轉向器，實現混合動力汽車在燃油行駛和純電動行駛時分別適於不同的動力驅動的液壓助力轉向結構(【0005】段第6、7行)，該文件雖然設置了由不同動力驅動的兩種油路，但是兩種油路是不同時工作的，在燃油時使用發動機轉向油泵助力，在純電動時採用電機轉向油泵助力，整個系統的利用效率很低，而且如上一段所述，也存在轉向故障情況下系統失效的問題。
實用新型內容
[0004]考慮到HPS和E HPS各自的優勢，因此開發出雙驅動助力轉向系統。本實用新型的目的是提供一種混合動力車的雙驅動助力轉向系統，用以解決現有技術缺乏相應的控制策略，系統利用效率低、穩定性差的問題。
[0005]為實現上述目的，本實用新型的方案包括:
[0006]混合動力車的雙驅動助力轉向系統，包括雙驅動液壓系統和控制系統，所述控制系統包括用於採集車速和發動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。
[0007]所述控制模塊為整車控制器；整車控制器連接發動機E⑶，以採集發動機轉速信號；整車控制器連接一個車速傳感器，以採集車速信號。
[0008]所述整車控制器還連接用於為轉向電機(7)供電的高壓儲能器的CMS，以採集高壓儲能器電量信號；整車控制器還連接制動踏板，以採集制動信號。
[0009]本實用新型的液壓系統由HPS和EHPS構成，助力轉向器的流量由HPS和EHPS的合流量(即發動機轉向油泵的流量和電機轉向油泵的合流量)控制，從而實現了助力轉向系統的高效利用，另外，由於整車速度越低時，打方向盤所需要轉向系統提供的助力越大；速度越高，打方向盤所需要轉向系統提供的助力越小，本實用新型系統的轉向助力大小由實際工況決定，從而實現了隨速助力和隨需助力，提供操縱輕便性同時避免轉向助力驅動機構為轉向系統提供多餘的助力而駕駛員使打方向盤有發飄的感覺。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的系統構成結構圖；
[0011]圖2是本實用新型的帶有相關控制信號的系統結構圖。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。
[0013]如圖1，雙驅動液壓系統包括助力轉向器14、由發動機8驅動的發動機轉向油泵
IO、由轉向電機7驅動的電機轉向油泵9，發動機轉向油泵IO、電機轉向油泵9的出油口分別通過對應的單向閥12、13連接一個三通19的兩個進油口，三通19的出油口連接助力轉向器14 ;還包括回油和抽油部分的油路，即助力轉向器出油口連接儲油罐11，儲油罐11分別連接發動機轉向油泵10、電機轉向油泵9的抽油口，抽油口與儲油罐之間還設有另一個三通20。助力轉向的方向盤機械傳動部分還包括傳動軸與轉向直拉杆15、角轉向器16、轉向管柱17、萬向節等18、方向盤19等部件，此部分屬於現有技術，與本實用新型的改進無關，在此不再贅述。
[0014]雙驅動助力轉向系統充分利用HPS和EHPS各自的優勢，節能和可靠；實現了雙驅動助力轉向系統的HPS和EHPS的合理和平順切換，保證整車操縱輕便性和舒適性，研究並制定了合理的控制策略。
[0015]本實用新型的助力轉向系統，改進了控制系統，其控制系統包括用於採集車速和發動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。
[0016]對應的控制方法如下:
[0017]由發動機驅動的發動機轉向油泵和由轉向電機驅動的電機轉向油泵共同為助力轉向器提供液壓助力；控制轉向電機轉速n2',使隨速轉向合流量qzndvdndvy n2':與n2、n/與Ill分別具有設定的比例關係(若為直接驅動，n2':與n2、n/與叫分別相等)；qs=f(n/ ) ;f(n')為設定的隨速助力函數，在η'增加時，f (η')減小，在n'減小時，f(n/ )增大；以上步驟中，V1為發動機轉向油泵的公稱排量，Ii1為發動機轉向油泵的轉速，1?為電機轉向油泵的轉速，V2為電機轉向油泵的公稱排量，η' ?為發動機實時轉速，η2'為轉向電機實時轉速，n'為實時車速。
[0018]考慮到整個油路的流量和功率損失，因此實際提供的合流量和合壓力都要大於整車轉向器實時所需要的流量和壓力。EHPS和HPS的合流量和合壓力必須滿足:
[0019]A.實時合流量足叫'+q2'。
[0020]B.實時合壓力需要滿足條件:Pc/+P2'，具體大小比例關係需要根據實際情況確定。
[0021]其中:?/、q/、q2'分別為轉向器、發動機轉向油泵、電機轉向油泵的實時流量；Pc/、p/、PZ分別為轉向器、發動機轉向油泵、電機轉向油泵的實時壓力。
[0022]C.此外，最大壓力需要滿足條件=P1 ^ P。、P2 ^ P0, Ρ0>Ρ!>Ρ2分別為轉向器發動機轉向油泵、電機轉向油泵的最大壓力。
[0023]上述隨速助力函數qs = f (n')應保證在一定的工況(特定車速）下，略大於相應 工況下的q/，f(n')可以根據需要人為設定，比如設定為一個負斜率的函數。在某一特定 工況下運行，轉向系統所需要的轉向器實時流量q/和P/為定值，n2'與n/成一次函數 關係，由於n/與發動機轉速相關，不受控，本實用新型的控制對象是n2'，對於轉向電機 控制器來說，通過控制轉向電機的實時電流I'，來實現對轉向電機進行調速。在車輛速度 增加/減小時，所需要的總助力減小/增大，即qs = f(n')減小/增大，同時根據f(n') 和n' p結合公Sqs = nfvi+ndv；^，確定所需要的轉向電機油泵轉速n2，根據轉向電機的實 時電流r，控制轉向電機實時轉速iV，從而控制雙驅動轉向助力系統的助力大小。
[0024]目前大多數混合動力公交車都採用了發動機快速啟停技術，目的是為了更好的節 能。但是發動機要停止就不得不採用EHPS，而沒有充分利用HPS的優勢。本實用新型的雙驅 動助力轉向系統的控制策略，可以理解為EHPS和HPS的結合，發動機怠速停機採用EHPS，採 用傳統的HPS是充分利用效率高和故障率低的優勢，它能最大限度降低轉向系統的能耗。 綜合了 EHPS和HPS的優勢。
[0025]城市公交平均車速一般不超過50km/h,此時發動機轉速在一般1500r/min左後， 發動機直接驅動的發動機轉向油泵沒有出現溢流，沒有出現能量損失，因此公交車採用了 傳統的HPS更具有節能和可靠性高的優勢。EHPS的能量源又多了一次轉化，能量轉化效率 降低。所以本實用新型更適用於公交車。經過對城市公交路況的採集和詳細的計算：發動 機直接驅動的發動機轉向油泵(效率為85%)比電機轉向油泵(效率為73%)的效率高，因為 混合動力公交上電機轉向油泵的能量多了一次轉化，因而效率比HPS要低。（傳統轉向系統 能量轉化：發動機一油泵，電動液壓轉向系統能量轉化：發動機一ISG發電機一高壓儲能器 —轉向電機一油泵)。
[0026]城市公交平均車速一般不超過50km/h，因此HPS轉向油泵幾乎很少達到溢流狀 態，因此雙驅動助力轉向系統應用於城市公交車是節能的；當發動機轉速較低時，HPS提供 的助力轉向較小時，EHPS作為轉向助力補充。
[0027]雙驅動助力轉向系統工作模式分為四種轉向驅動狀態：
[0028]1.發動機停機狀態下，由轉向電機獨立驅動轉向系統；
[0029]2.發動機正常工作時，由發動機獨立驅動轉向系統；
[0030]3.純電驅動轉向系統逐步向發動機驅動切換；
[0031]4.發動機驅動轉向系統逐步向純電驅動切換。
[0032]上述控制模塊可以採用獨立控制器，作為一種優選方式，可以直接採用整車控制 器2，如圖1、2所示，整車控制器連接發動機E⑶，由於EOT本身能夠獲取發動機轉速信號， 整車控制器可以直接獲得發動機轉速信號；整車控制器連接一個車速傳感器1，從而實現 車速信號的採集。車速傳感器1可以採用編碼器或者其他類型的車速傳感器。
[0033]在以上控制方法的基礎上，還可以進一步完善，加入對為轉向電機供電的高壓儲 能器的控制，根據高壓電量和制動信號，控制轉向系統的功率分配，提高了整車的能量回收 率以及制動的穩定和可靠性。為檢測高壓儲能器的電量，可以通過檢測電壓來近似判斷電 量(如下方式)，為了更加準確，也可以採用其它檢測電量的方式。
[0034]CMS (高壓儲能器的管理系統，具有電壓、電量、溫度檢測保護等功能）檢測到高壓儲能器電壓達到90% (根據具體控制策略設定一個合適的閾值)時，同時檢測到有制動回饋電能信號時(即整車控制器檢測到制動踏板信號)，則電機轉向油泵作為一個高壓耗能元件，控制電機轉向油泵的啟動，即優先使用電能，避免回饋到儲能器(比如超級電容)的電能被充滿，制動時電剎不靈敏，該種特殊控制方式及工況特別適用於整車下長坡路況，儲能器電能因下長坡回饋充滿電時，轉向電機啟動，多回饋的電能(超出高壓儲能器容量而回饋的電能)補充轉向電機消耗的電能，目的是增強了整車制動的舒適性，也消除了:因高壓儲能器充滿電而能量回收(電剎)中斷導致制動電剎的不靈敏現象。特殊說明:(此時如果提供多餘的助力能量，則以溢流方式消耗)。當CMS檢測到高壓儲能器電壓小於90%時，同時檢測到有制動回饋電能信號時，根據節能策略以及上述雙驅動助力轉向系統的控制策略控制轉向電機啟停和轉速，即按照四種驅動方式控制轉向助力的功率分配。完善該特殊工況對應的控制策略主要目的是，利用雙驅動助力轉向系統可以帶來以下優勢:在保證整車安全性外，最大限度的將整車制動時的機械能轉化為電能儲存到高壓儲能器，將更多的電動力用於整車主電動驅動，延長發動機的停機時間，減少發動機的燃料消耗，對節能做出貢獻。以及提高了能量回收率以及制動的穩定和可靠性。
[0035]為了實施以上方法，如圖2給出了實施方式，整車控制器還連接用於為轉向電機供電的高壓儲能器的CMS4，以採集高壓儲能器5電量信號；整車控制器還連接制動踏板，以採集制動信號。
[0036]雙驅動助力轉向系統具有雙重功效，因此策略設計有失效模式控制功能:在失效模式下，即整車電動部分或者EHPS如果出現故障，根據控制策略，發動機立即取消怠速停機，在200ms內重新恢復助力轉向功能，此時轉向完全切換為傳統的HPS，不至於整車沒有助力轉向而發生事故，比如在跛行模式下能保證整車正常具有轉向助力。
【權利要求】
1.混合動力車的雙驅動助力轉向系統，包括雙驅動液壓系統和控制系統，其特徵在於，所述控制系統包括用於採集車速和發動機轉速的控制模塊，該控制模塊控制連接轉向電機控制器。
2.根據權利要求1所述的混合動力車的雙驅動助力轉向系統，其特徵在於，所述控制模塊為整車控制器；整車控制器連接發動機E⑶，以採集發動機轉速信號；整車控制器連接一個車速傳感器，以採集車速信號。
3.根據權利要求2所述的混合動力車的雙驅動助力轉向系統，其特徵在於，所述整車控制器還連接用於為轉向電機(7)供電的高壓儲能器的CMS，以採集高壓儲能器電量信號；整車控制器還連接制動踏板，以採集制動信號。
【文檔編號】B62D6/00GK203450199SQ201320541778
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年8月30日 優先權日:2013年8月30日
【發明者】陳運來, 李高鵬, 萬小明, 李振山, 王浩宇, 何黎明 申請人:鄭州宇通客車股份有限公司