[发明专利]一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统及其控制方法

权利要求书

1.一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统，其特征在于，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块、线控转向控制器模块(33)和电液助力转向控制器模块(32)；

所述转向盘模块包括：转向盘(1)、第一转向管柱(2)、转向盘转角传感器(3)、转向盘转矩传感器(4)、第二电磁离合器(5)、路感电机(34)、路感电机转矩传感器(35)、第一电磁离合器(36)、第一减速机构(39)；

所述第一转向管柱(2)的上端与转向盘(1)连接，下端被第二电磁离合器(5)断开，并通过第二电磁离合器(5)实现其开合状态；路感电机(34)的输出端经过路感电机转矩传感器(35)与第一电磁离合器(36)相连接，然后通过第一减速机构(39)与第一转向管柱(2)连接；第一减速机构(39)固定在第一转向管柱(2)上，路感电机(34)输出的反馈力矩依次经过第一减速机构(39)、第一转向管柱(2)，传递至转向盘(1)；所述转向盘转角传感器(3)、转向盘转矩传感器(4)均与第一转向管柱(2)固定连接，分别采集转向盘的转角和转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块(33)；

所述变传动比液压助力模块包括：变传动比模块(8)、第二转向管柱(10)、第二转向管柱转矩传感器(9)、循环球式液压助力转向器(13)以及液压助力模块(22)；

所述第二转向管柱转矩传感器(9)与第二转向管柱(10)固定连接，用于采集第二转向管柱的转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块(33)和电液助力转向控制器模块(32)；

变传动比模块(8)包括：转角电机(7)、转角电机转角传感器(61)、谐波齿轮机构、锁止机构；

谐波齿轮机构包括：波发生器(62)、柔轮(63)和刚轮(64)；柔轮(63)为外齿轮，刚轮(64)为内齿轮，刚轮(64)和柔轮(63)之间存在齿差；第一转向管柱(2)作为输入端与柔轮(63)通过花键(65)无间隙连接；波发生器(62)由回转部件和柔性轴承组成，波发生器(62)设置于柔轮(63)的内环中，其外侧面通过柔性轴承带动柔轮(63)发生弹性形变，波发生器中部的回转部件与转角电机(7)的转子轴连接；柔轮外齿与刚轮的内齿相啮合；刚轮(64)与第二转向管柱(10)通过花键无间隙连接；转角电机转角传感器(61)与转角电机(7)固定连接，用于采集转角电机的转角信号；所述锁止机构安装在转角电机(7)上，用于在转角电机不工作或故障时锁止转角电机；

循环球式液压助力转向器(13)由两级传动副组成：第一级为螺杆与螺母传动副(11)；第二级为齿条与齿扇传动副(12)；第二转向管柱(10)通过螺杆与螺母传动副(11)与循环球式液压助力转向器(13)相连；

液压助力模块(22)包括：液压泵(31)、液压泵驱动电机(30)、第二减速机构(40)、油箱(29)、伺服比例电磁阀(23)、油管以及第一压力传感器(37)、第二压力传感器(38)；所述液压泵驱动电机(30)通过第二减速机构(40)与液压泵(31)相连，将来自油箱(29)的液压油通过伺服比例电磁阀(23)泵入循环球式液压助力转向器(13)，在循环球式液压助力转向器中形成油压差，在油压差的作用下为转向系统提供助力；第一压力传感器(37)和第二压力传感器(38)安装在循环球式液压助力转向器(13)进出油路的油管上，用于检测循环球式液压助力转向器两侧的液压助力，发送液压助力信号；

所述机械传动模块包括：转向摇臂(14)、转向直拉杆(19)、左转向车轮(15)、左转向节(16)、左转向节臂(17)、左转向梯形臂(18)、转向横拉杆(24)、右转向梯形臂(25)、右转向节臂(26)、右转向节(27)、右转向车轮(28)；

所述循环球式液压助力转向器的输出端通过齿条与齿扇传动副(12)与转向摇臂(14)的一端连接，转向摇臂(14)的另一端通过转向直拉杆(19)与左转向节臂(17)相连，带动左转向节(16)和左转向车轮(15)偏转；左转向节臂(17)经左转向梯形臂(18)与转向横拉杆(24)的一端相连；转向横拉杆(24)的另一端与右转向梯形臂(25)相连，右转向梯形臂(25)经右转向节臂(26)与右转向节(27)相连，右转向节(27)带动右转向车轮(28)转向；

所述电机助力模块包括：电动助力电机(20)、第三减速机构(21)；电动助力电机通过第三减速机构将电动助力传递到第二转向管柱，为转向系统提供助力；

所述线控转向控制器模块包括：第一信号处理单元、第一理想传动比控制器、第一诊断单元、第一故障报警单元、第一电机驱动单元；

所述电液助力转向控制器模块包括：第二信号处理单元、第二理想传动比控制器、第二诊断单元、第二故障报警单元、第二电机驱动单元；

线控转向控制器模块的第一信号处理单元分别与转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、路感电机转矩传感器、第一压力传感器、第二压力传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，接收转向盘转角信号A、转向盘转矩信号B、路感电机转矩信号C、液压助力信号E以及车辆的状态信号；

电液助力转向控制器模块的第二信号处理单元分别与转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、转角电机转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，接收转向盘转角信号A、转向盘转矩信号B、转角电机转角信号D、液压助力信号E以及车辆的状态信号；

第一理想传动比控制器根据第一信号处理单元获得的车速信号、转向盘转角信号，通过预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定当前时刻传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号；根据期望的前轮转角信号，从而计算得到电动助力电机输出到第二转向管柱转角大小，进而通过第一电机驱动单元控制电动助力电机工作，通过循环球式液压助力转向器带动车轮转动，实现变传动比控制；

第二理想传动比控制器根据第二信号处理单元获得的车速信号、转向盘转角信号，通过预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定当前时刻传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号；根据期望的前轮转角信号，从而计算得到转角电机理想转角信号，通过转角电机提供的附加转角和第一转向管柱的转角进行叠加从而实现变传动比控制；

第一诊断单元和第二诊断单元对各个电机以及各控制器模块进行故障诊断，诊断路感电机、转角电机、液压泵助力电机、电动助力电机、线控转向控制器模块和电液助力转向控制器模块是否发生故障；第一故障报警单元和第二故障报警单元分别用于提醒驾驶员故障信息；

第一电机驱动单元分别与第一电磁离合器、第二电磁离合器、路感电机、电动助力电机(20)、液压泵驱动电机(30)、伺服比例电磁阀(23)电气连接，输出第一电磁离合器、第二电磁离合器控制信号，分别控制第一电磁离合器、第二电磁离合器的开闭状态；输出液压泵助力电机控制信号G，控制液压泵助力电机的转速；输出伺服比例电磁阀控制信号H，控制伺服比例电磁阀的开度；输出电动助力电机控制信号M，控制电动助力电机输出转矩；

第二电机驱动单元分别与第一电磁离合器、第二电磁离合器、转角电机、电动助力电机、液压泵驱动电机、伺服比例电磁阀电气连接，输出第一电磁离合器、第二电磁离合器控制信号，分别控制第一电磁离合器、第二电磁离合器的开闭状态；输出转角电机控制信号F，控制转角电机输出转角；输出液压泵助力电机控制信号G，控制液压泵助力电机的转速；输出伺服比例电磁阀控制信号H，控制伺服比例电磁阀的开度；输出电动助力电机控制信号M，控制电动助力电机输出转矩。