專利名稱：汽車及其電動液壓助力轉向系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及汽車轉向控制技術領域，具體涉及一種汽車及其電動液壓助力轉 向系統。
背景技術：
眾所周知，助力轉向系統在現代汽車技術中得以廣泛的應用，以協助駕駛員進行汽車行駛方向的調整，大大減輕了駕駛員操作方向盤時的用力強度。傳統的液壓助力轉向系統一般由液壓泵、油管、壓力流量控制閥體、V型傳動皮帶、 儲油罐等部件構成；其助力特性由轉向伺服轉閥及油泵供油量所確定。無論車輛是否需要 轉向助力，助力轉向系統均處于工作狀態；實際工作過程中，發動機需要始終驅動液壓泵工 作，從而無法實現電動汽車的怠速停機狀態。顯然，液壓助力轉向系統存在著浪費發動機有 用功的缺陷；此外，由于液壓泵的工作壓力較大，極易損害系統中各部件的使用壽命。電機驅動式液壓助力轉向技術將油泵由發動機驅動改為電動機驅動，從而使得油 泵的運行狀態與發動機脫離并可單獨控制，有效克服了傳統液壓助力轉向系統所存在的浪 費發動機有用功的問題。具體而言，現有的電機驅動式液壓助力轉向系統的主要動力源是 電動機，通過聯軸機構直接驅動液壓泵；車輛行駛過程中，電動機始終處于工作狀態，控制 單元根據實時檢測車輛行駛速度和方向盤的轉矩大小，調整電動機的電源電壓和電流大小 以間接控制液壓泵的輸出流量和壓力，從而不斷補充油壓至轉向系統提供一個符合實際需 要的最理想的助推力。但是，該系統的電動機始終處于工作狀態，節能效果也不理想。有鑒于此，亟待針對現有電動液壓助力轉向技術進行優化設計，以期在滿足能夠 提供符合實際需要的助力的基礎上，提高系統的工作效率及節能效果。

實用新型內容針對上述缺陷，本實用新型解決的技術問題在于，提供一種電動液壓助力轉向系 統，以在滿足提供實際所需助力的基礎上，有效提高系統的工作效率及節能效果。在此基礎 上，本實用新型還提供一種應用該電動液壓助力轉向系統的汽車。本實用新型提供的電動液壓助力轉向系統，包括儲油罐、液壓泵、具有保壓閥的轉 向器、雙作用助力缸、蓄能器、檢測裝置和控制裝置；所述液壓泵泵取所述儲油罐內的油液 并輸出壓力油液至轉向系統壓力油路；所述保壓閥包括與方向盤輸入軸同軸且內外嵌套設 置的保壓閥芯和保壓閥套，且所述保壓閥的進油口與系統壓力油路連通、回油口與所述儲 油罐連通；所述雙作用助力缸的活塞兩側的腔室分別與所述保壓閥的兩個控制油口連通， 且所述雙作用助力缸的活塞通過傳動機構與所述方向盤輸入軸連接；所述蓄能器的油口與 系統壓力油路連通；所述檢測裝置用于獲取轉向參數信號，并輸出至控制裝置；所述控制 裝置接收所述檢測裝置獲取的轉向參數信號，并根據預設條件確定是否輸出控制信號至所 述液壓泵的電驅動裝置。優選地，所述檢測裝置具體為用于獲取方向盤轉矩的轉矩傳感器、用于獲取車速的車速傳感器和用于獲取蓄能器內油壓的油壓傳感器；所述預設條件具體為實時根據車速信號和方向盤轉矩信號計算所需油壓閾值，比較所需油壓閾值和蓄能器內油壓，并獲得 是否輸出控制信號的判斷結果。優選地，還包括設置在所述保壓閥的進油口處的止回閥。優選地，還包括設置在所述液壓泵的出液口處的溢流閥。 優選地，所述傳動機構具體為相嚙合的齒條和齒輪，其中，所述齒條與所述活塞同 步位移，所述齒輪與所述方向盤輸入軸同軸轉動。本實用新型提供的一種汽車，包括便于操作方向盤的助力轉向系統，所述助力轉 向系統如前所述。優選地，所述汽車具體為純電動汽車或者混合動力汽車。本實用新型提供的電動液壓助力轉向系統有效利用蓄能器與保壓閥的配合，將系 統能量貯存于蓄能器。控制過程中，實時獲取轉向參數信號并根據預設條件確定是否輸出 控制信號至所述液壓泵的電驅動裝置。也就是說，根據預設條件確定，當蓄能器內的壓力油 液不能滿足實際助力要求時，啟動液壓泵輸出壓力油液至系統壓力油路，同時將高壓油液 泵出輸送至蓄能器；進行轉向操作時，保壓閥芯和保壓閥套產生相對運動，壓力油液從蓄能 器的油腔進入活塞一側的腔室，使活塞兩側的腔室產生壓力差，從而產生助力，與此同時， 活塞另一個腔室的低壓油液被壓出后流回儲油罐。與現有技術相比，本方案采用蓄能器作 為工作油壓儲備元件，因而液壓泵無需實時處于工作狀態；這樣，本方案中的液壓泵可根據 需要而間歇啟動，大大提高了系統的工作效率。此外，該系統為閉環控制系統，具有效率高、節能的特點；應用于電動汽車和混合 動力汽車中，可實現怠速停機的目的，并提高系統的燃油經濟性。在本明的優選方案中，檢測裝置具體為用于獲取方向盤轉矩的轉矩傳感器、用于 獲取車速的車速傳感器和用于獲取蓄能器內油壓的油壓傳感器；控制裝置實時根據車速信 號和方向盤轉矩信號計算所需油壓閾值，比較所需油壓閾值和蓄能器內油壓，并獲得是否 輸出控制信號的判斷結果。實際工作過程中，由于根據方向盤轉矩信號和車速信號計算所 需油壓閾值，可有效保證轉向助力的實際需要，進而有效控制能量的損失。同時，本方案可 根據車速提供不同的轉向力，這樣，在低速行駛時，較高的油壓閾值使得駕駛員僅需較小的 轉向操縱力就能靈活地進行轉向操作；在高速行駛時，較低的油壓閾值，使操作力逐漸增 大，從而優化了轉向操縱，確保行駛的穩定性和安全性。

圖1是具體實施方式
中所述純電動汽車的整體結構示意圖。圖2是具體實施方式
中所述電控液壓助力轉向系統的結構示意圖；圖3是具體實施方式
中所述電動液壓助力轉向控制方法的流程框圖。圖中儲油罐1、液壓泵2、保壓閥3、保壓閥芯31、保壓閥套32、轉向器4、雙作用助力缸 5、活塞51、蓄能器6、檢測裝置、控制裝置7、方向盤8、方向盤輸入軸81、齒條91、齒輪92、電 動機10、轉矩傳感器11、車速傳感器12、油壓傳感器13、止回閥14、溢流閥15、電控閥裝置 16、車輪17。
具體實施方式
本實用新型的核心是提供一種電動液壓助力轉向系統，有效利用蓄能器和保壓閥 的配合，將系統能量貯存于蓄能器，液壓泵無需實時處于工作狀態，從而在滿足提供實際所 需助力的基礎上，有效提高系統的工作效率及節能效果。不失一般性，下面以純電動汽車為主體結合說明書附圖具體說明本實施方式。本文中所涉及上、下、左、右等方位詞是以駕駛員的視角作為基準定義的，應當理解，前述方位詞的使用并不限制本申請請求保護的范圍。請參見圖1，該圖是本實施方式中所述純電動汽車的整體結構示意圖。該電動汽車包括由電力驅動系統、電源系統和輔助系統等三個主要部分組成。需 要說明的是，前述電力驅動系統、電源系統和輔助系統的基本構成及其相互配合作用原理 與現有技術相同，本領域的普通技術人員基于現有技術完全可以實現，故本文不再贅述。為 詳細說明輔助系統中的動力轉向系統，即本方案的發明點所在，請一并參見圖2，該圖為所 述電控液壓助力轉向系統的結構示意圖。如圖2所示，電動液壓助力轉向系統包括儲油罐1、液壓泵2、具有保壓閥3的轉向 器4、雙作用助力缸5、蓄能器6、檢測裝置和控制裝置7。與現有技術相同的是，液壓泵2泵取儲油罐1內的油液并輸出壓力油液至轉向系 統壓力油路；轉向器4置于方向盤8的下方，其保壓閥3包括與方向盤輸入軸81同軸且內 外嵌套設置的保壓閥芯31和保壓閥套32，其進油口與系統壓力油路連通，其回油口與儲油 罐1連通；雙作用助力缸5的活塞51兩側的腔室分別與保壓閥3的兩個控制油口連通。工 作過程中，操縱方向盤8左轉向時，壓力油液經進油口進入保壓閥3后經一控制油口進入活 塞51的右側腔室，并推動活塞51左移；與此同時，活塞51左側腔室的油液經另一控制油口 進入保壓閥3后經回油口流回儲油罐1 ；反之亦然。也就是說，僅當轉向動作發生時，雙作 用助力缸5的活塞51兩側腔室內的油液才構成回路。需要說明，保壓閥的具體結構原理與 現有技術完全相同，本文不再贅述。雙作用助力缸5的活塞51通過傳動機構與方向盤輸入軸81連接，從而在左轉向 或者右轉向操作過程中，通過傳動機構帶動方向盤輸入軸81同步轉動，實用轉向助力的基 本功能。本方案中，該傳動機構具體為相嚙合的齒條91和齒輪92，其中，齒條91與活塞51 同步位移，齒輪92與方向盤輸入軸81同軸轉動，從而將活塞51的直線位移轉化為與方向 盤輸入軸81同軸的轉動。實際上，傳動機構也可以實際需要采用其他結構形式，只要能夠 滿足使用需要均可，當然，齒輪齒條機構的結構簡單、工作可靠，油液的壓力能轉化為機械 能推動齒條91工作，實現助力轉向的目的，故為最優方案。蓄能器6的油口與系統壓力油路連通，以在液壓泵2處于非工作狀態時，提供壓力 油液至系統。蓄能器6作為能量儲蓄裝置，將電動機的機械能轉變為壓縮能儲存，當系統需 要時將壓縮能轉變為液壓能而釋放，重新補供給轉向系統。檢測裝置用于獲取轉向參數信號，并輸出至控制裝置7 ；控制裝置7接收檢測裝置 獲取的轉向參數信號，并根據預設條件確定是否輸出控制信號至液壓泵2的驅動裝置。即 根據預設條件確定，當蓄能器內的壓力油液不能滿足實際助力要求時，啟動液壓泵輸出壓 力油液至系統壓力油路和蓄能器；這樣，液壓泵可根據需要而間歇啟動，大大提高了系統的工作效率，并有效控制了能量的損失。其中，本方案中驅動裝置為電動機10，其可以采用與液壓泵2為分體式設計，也可 以與液壓泵2集成為一體。本方案中，控制裝置只需控制電動機是否處于工作狀態，無需對 電動機的電流、電壓以及工作頻率等參數進行調整，結構簡單、效率高，可有效提高車輛的 節油率。實際上，基于本實用新型的設計思想，也可以通過控制電動機的電流、電壓或者工 作頻率等參數獲得更進一步的控制精度，應當理解，只要應用本實用新型所涉及的控制方 案均在本申請請求保護的范圍內。進一步地，如圖2所示，檢測裝置具體為用于獲取方向盤轉矩的轉矩傳感器11，設置在方向盤輸入軸81處；用于獲取車速的車速傳感器12，設置在車輪17處；用于獲取蓄 能器內油壓的油壓傳感器13，設置在蓄能器6的油口處；并且，預設條件具體為實時根據 車速信號和方向盤轉矩信號計算所需油壓閾值，比較所需油壓閾值和蓄能器內油壓，并獲 得是否輸出控制信號的判斷結果。當車速調整時，本方案可根據不同的車速提供不同的轉向力，這樣，在低速行駛 時，較高的油壓閾值使得駕駛員僅需較小的轉向操縱力就能靈活地進行轉向操作；在高速 行駛時，較低的油壓閾值，使得操作力逐漸增大，從而優化了轉向操縱，確保行駛的穩定性 和安全性。可以理解的是，對于最高車速較低的車型而言，可以僅根據方向盤轉矩信號計算 確定所需油壓閾值。當然，根據車速信號和方向盤轉矩信號或者僅根據方向盤轉矩信號計 算獲得所需油壓閾值的方法與現有技術完全相同，本文不再贅述。在保壓閥3的進油口 3A處的止回閥14，以避免保壓閥3內油液自進油口 3A返流， 確保系統運行的可靠性。并且，在液壓泵2的出液口處設置有溢流閥15，以避免損害系統中 各部件的使用壽命。另外，蓄能器6的油口處設置有電控閥裝置16，該電控閥裝置16的控制端口與控 制裝置7的控制信號輸出端連接，以控制蓄能器6與系統壓力油路之間的導通關系。這樣， 非工作狀態下，可通過控制裝置7控制蓄能器6與系統壓力油路之間處于非導通狀態。本方案所述電動液壓助力轉向系統可按以下的方式工作。在非轉向工況，保壓閥芯31和保壓閥套32之間沒有相對運動，油液停留在保壓閥 芯31和保壓閥套32之間的間隙中不構成回路，雙作用助力缸5的活塞51兩側的油液沒有 壓差，此時電動機10和液壓泵2均處于非工作狀態。在轉向工況，且蓄能器6中的油壓保持在閾值范圍內。在方向盤輸入軸81的帶動 下轉動，轉向器4的保壓閥芯31和保壓閥套32之間發生相對運動操縱方向盤8左轉向 時，壓力油液經進油口進入保壓閥3后經一控制油口進入活塞51的右側腔室，并推動活塞 51左移；與此同時，活塞51左側腔室的油液經另一控制油口進入保壓閥3后經回油口流回 儲油罐1;反之亦然。在轉向工況，隨著蓄能器6中油量的減少，其氣囊的體積變大，蓄能器6中的油壓 下降。當油壓降低到油壓閾值范圍的下限時，電動機10啟動帶動液壓泵2將儲油罐1中的 油液通過進油管向蓄能器6補充，提高蓄能器6的油壓；當油壓超過油壓閾值范圍的上限 時，電動機10和液壓泵2均停止工作。在這個過程中，方向盤8的轉向需求依然使轉向器 4的保壓閥芯31和保壓閥套32相互運動，高壓油液從蓄能器6經保壓閥流向儲油罐1。當轉向需求結束時，保壓閥芯31和保壓閥套32相互運動停止，高壓油路和低壓油路被保壓閥芯阻斷，電動機10和液壓泵2停止工作。基于前述電動液壓助力轉向系統，本實用新型還提供一種電動液壓助力轉向控制 方法，采用蓄能器6提供工作壓力油液至系統壓力油路；且，實時獲取轉向參數信號并根據 預設條件確定是否輸出控制信號至液壓泵2的驅動裝置。其中，轉向參數信號具體為方向盤轉矩、車速和蓄能器內油壓；所述預設條件具體為實時地根據車速信號和方向盤轉矩信號計算所需油壓閾值，比較所需油壓閾值和蓄能 器內油壓，并獲得是否輸出控制信號的判斷結果。優選地，所述所需油壓閾值為范圍值；若 比較結果表征所述蓄能器內油壓低于所述油壓閾值的下限值，則輸出控制信號啟動所述液 壓泵的電驅動裝置；若比較結果表征所述蓄能器內油壓高于所需油壓閾值的上限值，則輸 出控制信號關停所述液壓泵的電驅動裝置。該方法的基本控制原理是首先控制裝置7實時地根據檢測到車速和所需扭矩信 號，計算出合適的油壓閾值。若確定啟動液壓泵2，則在電動機10的帶動下，液壓泵2將高 壓油液從儲油罐1中泵出輸送到蓄能器6，通過壓力油路進入保壓閥3，配合轉向操作。當 蓄能器6內油壓低于油壓閾值范圍的下限時，電動機10工作帶動液壓泵2向蓄能器6補充 高壓油液，使蓄能器6的氣囊體積縮小，油壓增大；當油壓超過油壓閾值范圍的上限時，電 動機10停止工作。進一步地，請一并參見圖3，該圖示出所述電動液壓助力轉向控制方法的流程框 圖。Si.判斷儲油罐1中的油液是否正常；若是，則執行步驟S2 ；若否，則執行步驟S3 缺油報警，直至油液正常；S2.判斷是否轉向，即轉矩傳感器11是否檢測到方向盤轉矩；若是，則執行步驟S4;S4.根據方向盤轉矩信號和車速信號計算所需油壓閾值；S5.判斷蓄能器內油壓是否低于所需油壓閾值范圍的下限；若是，則輸出控制信號啟動液壓泵2的驅動裝置，執行步驟S6 ；若否，則執行步驟S7 由蓄能器6提供壓力油液至系統壓力油路；S6.電動機10帶動液壓泵2工作；S8.判斷蓄能器內油壓是否高于所需油壓閾值范圍的上限；若是，則輸出控制信號關停液壓泵2的驅動裝置，執行步驟S9 ；若否，則執行步驟S10，液壓泵2提供壓力油液至系統壓力油路；S9.電動機10停止工作。特別說明是，本方案所述電動液壓助力轉向系統、控制方法即可應用于純電動汽 車，也可以應用于混合動力汽車。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求電動液壓助力轉向系統，包括儲油罐；液壓泵，泵取所述儲油罐內的油液并輸出壓力油液至轉向系統壓力油路；具有保壓閥的轉向器，該保壓閥包括與方向盤輸入軸同軸且內外嵌套設置的保壓閥芯和保壓閥套，且所述保壓閥的進油口與系統壓力油路連通、回油口與所述儲油罐連通；和雙作用助力缸，其活塞兩側的腔室分別與所述保壓閥的兩個控制油口連通；且所述雙作用助力缸的活塞通過傳動機構與所述方向盤輸入軸連接；其特征在于，還包括蓄能器，其油口與系統壓力油路連通；檢測裝置，用于獲取轉向參數信號，并輸出至控制裝置；和控制裝置，接收所述檢測裝置獲取的轉向參數信號，并根據預設條件確定是否輸出控制信號至所述液壓泵的電驅動裝置。
2.根據權利要求1所述的電動液壓助力轉向系統，其特征在于，所述檢測裝置具體為 用于獲取方向盤轉矩的轉矩傳感器、用于獲取車速的車速傳感器和用于獲取蓄能器內油壓 的油壓傳感器；所述預設條件具體為實時根據車速信號和方向盤轉矩信號計算所需油壓 閾值，比較所需油壓閾值和蓄能器內油壓，并獲得是否輸出控制信號的判斷結果。
3.根據權利要求1或2所述的電動液壓助力轉向系統，其特征在于，還包括設置在所述 保壓閥的進油口處的止回閥。
4.根據權利要求3所述的電動液壓助力轉向系統，其特征在于，還包括設置在所述液 壓泵的出液口處的溢流閥。
5.根據權利要求1或2所述的電動液壓助力轉向系統，其特征在于，所述傳動機構具體 為相嚙合的齒條和齒輪，其中，所述齒條與所述活塞同步位移，所述齒輪與所述方向盤輸入 軸同軸轉動。
6.一種汽車，包括便于操作方向盤的助力轉向系統，其特征在于，所述助力轉向系統具 體為權利要求1至5中任一項所述的電動液壓助力轉向系統。
7.根據權利要求6所述的汽車，其特征在于，所述汽車具體為純電動汽車或者混合動 力汽車。
專利摘要本實用新型公開一種電動液壓助力轉向系統，其中，液壓泵泵取儲油罐內的油液并輸出壓力油液至轉向系統壓力油路；保壓閥包括與方向盤輸入軸同軸且內外嵌套設置的保壓閥芯和保壓閥套，且保壓閥的進油口與系統壓力油路連通、回油口與所述儲油罐連通；雙作用助力缸的活塞兩側的腔室分別與保壓閥的兩個控制油口連通，且雙作用助力缸的活塞通過傳動機構與方向盤輸入軸連接；蓄能器的油口與系統壓力油路連通；檢測裝置用于獲取轉向參數信號，并輸出至控制裝置；控制裝置接收檢測裝置獲取的轉向參數信號，并根據預設條件確定是否輸出控制信號至液壓泵的電驅動裝置。在此基礎上，本實用新型還提供一種應用該電動液壓助力轉向系統的汽車。
文檔編號B62D119/00GK201769877SQ20102025824
公開日2011年3月23日 申請日期2010年7月9日 優先權日2010年7月9日
發明者孔昭松 申請人:天津市松正電動科技有限公司