[发明专利]一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统

说明书

技术领域

本发明属于汽车转向技术领域。具体涉及一种具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统。具体可应用但不仅应用于SUV等大型商用车或重型汽车。

背景技术

线控转向系统具有反应速度快、舒适性好、控制精确、占用车内空间少等优点。

容错控制技术和路感模拟技术是目前线控转向系统的两大关键技术。针对容错控制，现有的线控转向系统一般采取硬件及软件的方法实现冗余功能，即通过对重要部件及易发生故障部件进行备份，以及通过软件控制进行容错。但是备用一套转向系统虽然能实现冗余功能，但其硬件布置复杂，成本较高，硬件利用率低。针对路感模拟，现有的线控转向系统多采取电机模拟路感，但方向盘回正力矩电机功率约50～80W，电源负荷较沉重。

本发明公布了一种以液压为媒介的线控转向系统。在具有线控转向装置可变传动比、易于布置、舒适性好等优点同时，也具有液压系统能够缓和冲击，作用力稳定等优点。可实现电子控制单元独立地控制两轮转角的功能，减少转向时轮胎的侧滑。

本系统正常工作时的路感反馈通过液压回路里的流量控制阀控制，相比传统的反馈电机耗能较少，降低电池的负荷。而本系统的冗余容错功能则通过液压系统直接将方向盘转矩传递给转向轮来实现。且两种功能的油路共用，通过电动三通阀互相切换。在保证系统功能及可靠性的同时，精简了结构，方便布置，提高了零件利用率。

发明内容

本发明的目的是通过如下措施以实现汽车前转向轮偏转角度的独立精确控制，及在转向系统故障发生时的冗余功能。为实现上述功能，在左、右转向轮处分别独立设置有液压转向执行模块(15)，其主要驱动部件为电磁控制装置(9)、活塞及执行油缸(8)。当线控转向系统正常工作时，驾驶员通过方向盘模块(21)输入转角信号，信号输入电子控制单元(12)之中分析、处理，并分别独立控制活塞的行程，带动转向横拉杆(16)的移动，完成转向轮偏角的精确控制。而当线控转向系统产生故障时，在电动三通阀(7)的控制作用下，通过油路的接通使方向盘(1)的动力通过液压传动系统(18)接入液压转向执行模块(15)中,直接对转向轮进行控制，以完成冗余功能的实现。

该具有冗余功能的汽车前轮独立控制液压转向系统，其组成包括方向盘模块(21)、液压传动系统(18)、液压转向执行模块(15)、电子控制模块(13)、方向盘(1)、转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)、液压油缸(4)、油管(6)、流量控制阀(17)、电动三通阀(7)、执行油缸(8)、电磁控制装置(9)、补偿油箱(10)、开关式控制阀(14)、转向横拉杆(16)、电子控制单元(12)、转角传感器(22)、力矩传感器(5)、电控线束(11)。方向盘模块(21)与力矩传感器(5)及转角传感器(22)连接，用以接受方向盘(1)输入的角信号及力矩大小。力矩传感器(5)及转角传感器(22)的信号通过电控线束(11)传递进入电子控制单元(12)并进行分析计算，进而传入液压转向执行模块(15)中，对其进行控制，完成对左、右两轮转角的精确控制。方向盘模块(21)与液压传动系统(18)通过活塞(20)与液压油缸(4)的配合进行连接，实现液压动力的输入。同时，液压传动系统(18)通过油管(6)与液压转向执行模块(15)连接。

在一些实施方式中，其中方向盘模块(21)中，包括转向轴(2)、齿轮(19)、齿条(3)、活塞(20)；转向轴(2)与齿轮(19)通过焊接工艺连接，齿轮(19)与齿条(3)相啮合；左右两个活塞(20)通过螺纹进行连接，随着齿轮(19)的转动，齿条(3)横向位移，同时带动两个活塞(20)的左右运动。通过方向盘模块(21)，将回转运动转变为直线方向的移动，实现了整个过程中信号、动力的输入及反馈受力的输出。

在一些实施方式中，其中液压传动系统(18)为一闭合回路；液压油路中通过油管(6)将液压油缸(4)，电动三通阀(7)、流量控制阀(17)进行串联；通过该装置完成了两种功能的实现：当独立控制线控转向系统正常工作时，方向盘(1)转动，使齿轮(19)带动齿条(3)推动活塞(20)移动。在液压传动系统(18)中的回路中建立油压，液压油在其中流动。这时，通过电子控制单元(12)对流量控制阀(17)的开度的控制，对油压阻力进行调节，提供反馈手力。当线控转向系统发生故障时，控制电动三通阀(7)，使液压传动系统(18)接入液压转向执行模块(15)中，由于方向盘(1)转动时回路中建立有油压，动力直接输入执行油缸(8)中，完成对转向轮的控制，保证系统继续安全工作。