液壓助力轉向系統的能量回收系統及控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車轉向系統領域，具體是液壓助力轉向系統的能量回收系統及控制方法。
【背景技術】
[0002]重型車輛由于轉向阻力大往往采用液壓助力轉向系統，液壓助力轉向系統中的轉向泵由發動機直接驅動，這樣導致轉向泵的輸出流量不能隨著工況的變化而變化，造成助力特性單一、無功損耗高的問題。無功損耗主要表現在兩方面:一般轉向泵由液壓泵、流量控制閥和溢流閥組成，當發動機轉速高于怠速時液壓泵輸出的油液一部分從泵出口流出，一部分從流量控制閥流回油罐，轉速越高直接流回油泵的流量越大，能量損耗越大，最終的能量損耗造成轉向泵溫度的升高，并通過熱量的形式散失；另外，汽車直行時不需要轉向系統對外做功，然而轉向泵輸出的油液一直在液壓管路里循環，由于液壓管路及轉閥中有液阻，造成管路中的壓力升高，液阻越大，壓力越高，最終損耗在管路和轉閥中的能量越大，由于汽車直行工況占大部分比例，因此由液壓管路及轉閥造成的能量損耗也不容小視。
[0003]電磁轉差離合器，以其結構緊湊、無機械磨損、控制方便、電流小、可實現無級變速等優點仍得到廣泛使用，尤其在有些電力源無法應用的場合，如工程機械、汽車、船舶等領域。電磁轉差離合器由于內外轉子之間有轉速差，因此存在轉差損耗，轉速差越大，損耗越大，通過能量回收裝置可以回收轉差損耗。如果把具有能量回收裝置的電磁轉差離合器安裝在發動機和轉向泵之間調節轉向泵的轉速，就可以大大降低轉向泵和管路中的能量損耗。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于發明一種液壓助力轉向系統的能量回收系統及控制方法，用于消除液壓助力轉向系統轉向泵和液壓管路中的能量損耗。
[0005]一種液壓助力轉向系統的能量回收系統，包括電磁轉差離合器、能量回收裝置、勵磁電路和控制器；所述電磁轉差離合器包括外轉子、內轉子、三相繞組電刷、勵磁繞組電刷；所述外轉子上繞有三相繞組，所述內轉子上繞有勵磁繞組；所述勵磁繞組與所述勵磁繞組電刷連接，所述三相繞組與所述三相繞組電刷連接，所述三相繞組電刷與所述能量回收裝置連接，所述三相繞組與所述能量回收裝置形成閉合回路，所述能量回收裝置分別與整車蓄電池和所述控制器連接，所述控制器與所述勵磁繞組電刷連接；所述外轉子與發動機驅動連接，所述內轉子與轉向泵驅動連接。
[0006]上述方案中，所述能量回收裝置包括三相整流橋、濾波電容Cl、能量旁通電路、電壓調節電路和超級電容SC ;能量旁通電路由旁通電阻Rl和旁通MOS管Tl串聯而成，能量旁通電路并聯于濾波電容Cl的兩端；電壓調節電路包括MOS管T2、二極管D7、電感L1、M0S管T3、二極管D8 ;M0S管T2的漏極與直流輸出端相連，源極與電感LI的一端相連，二極管D7反向并聯與地和MOS管T2的源極之間，電感LI的另一端與二極管D8的正極相連，MOS管T3的漏極與二極管D8的正極相連，源極連接于地；二極管D8的陰極為能量回收裝置的電源輸出端；超級電容SC并聯于電源輸出端與地之間，電源輸出端為勵磁電路和控制器供電，另外電源輸出端通過二極管D9與車上蓄電池相連。
[0007]上述方案中，所述勵磁電路包括MOS管Τ4、MOS管柵極電阻、續流二極管DlO ;能量回收裝置的電源輸出端與地之間依次串接勵磁繞組、電流傳感器、MOS管Τ4，續流二極管DlO并聯于勵磁繞組和電流傳感器兩端，柵極電阻R2與MOS管Τ4的柵極相連，R3并聯于MOS管Τ4的柵極和源極。
[0008]上述方案中，所述控制器包括電源電路、信號調理模塊、單片機、驅動模塊；所述信號調理模塊與所述單片機連接，所述單片機與所述驅動模塊連接，所述電源電路為所述信號調理模塊、單片機和驅動模塊提供所需電源；信號調理模塊接收勵磁繞組中的勵磁電流if,三相整流橋輸出的直流電壓Udc,電磁轉差離合器的輸出轉速η和車速V,對信號進行濾波和電平轉換；單片機根據調理后的輸入信號及設定的控制方法運算出輸出信號*PWM1、*PWM2、*PWM3和*K1 ;驅動模塊是各MOS管的柵極驅動電路，驅動模塊輸出各MOS管的柵極驅動信號 PWMl、PWM2、PWM3 和 Kl。
[0009]一種液壓助力轉向系統能量回收系統的控制方法，包括以下步驟:
步驟一:單片機實時檢測車速，當車速V < 10 Km/h時，輸出*K1信號為高電平，當車速
V> 10 Km/h時，輸出*K1信號為低電平；
步驟二:當三相整流橋輸出的直流電壓Udc < 30V時，*PWM1信號的占空比恒為1，*PWM2信號的占空比D2=l-Udc/29.5，當Usc彡30V時，*PWM2信號的占空比恒為O, *PWM1信號的占空比Dl=29.5/Udc ；
步驟三:轉差離合器的輸出轉速的期望值η*和實際值η的差值經過PID運算后得到勵磁電流的期望值if*，期望值與實際值if經過PID運算后得到*PWM3信號。
[0010]本發明的有益效果是:液壓助力轉向系統的能量回收系統消除了液壓助力轉向系統轉向泵的流量損耗和液壓管路中的能量損耗；轉差離合器的勵磁功率由回收裝置提供，不需要額外的電源；提出的控制方法可以提高能量回收效率，增強電磁轉差離合器的輸出轉速特性，并協調控制電磁轉差離合器的調速性能和回收性能；能量回收裝置可以為整車電氣系統提供電源，增強整車帶負載的能力。
【附圖說明】
[0011]圖1為液壓助力轉向系統能量回收系統的示意圖；
圖2為液壓助力轉向系統的能量回收電路圖；
圖3為電磁轉差離合器的勵磁電路圖；
圖4為液壓助力轉向系統能量回收系統的控制器框圖；
圖5為*K1信號的控制方法示意圖；
圖6為*PWM1和*PWM2信號的占空比的控制方法示意圖；
圖7為*PWM3信號的占空比的控制方法示意圖。
[0012]圖中:1、外轉子2、三相繞組3、勵磁繞組4、內轉子5、勵磁繞組電刷6、控制器7、能量回收裝置8、三相繞組電刷。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖以及具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并不限于此。
[0014]圖1為液壓助力轉向系統能量回收系統的示意圖。液壓助力轉向系統的能量回收系統包括繞線式電磁轉差離合器、能量回收裝置7、勵磁電路和控制器6組成。電磁轉差離合器布置于發動機與轉向泵之間，發動機與電磁轉差離合器的外轉子I驅動連接，內轉子4與轉向泵驅動連接。電磁轉差離合器包括外轉子1、內轉子4、三相繞組電刷8、勵磁繞組電刷5。外轉子上I的三相繞組2與三相繞組電刷8相連，內轉子上4的勵磁繞組3與勵磁繞組電刷5相連，能量回收裝置7與三相繞組電刷8連接，控制器6分別與能量回收裝置7以及勵磁繞組電刷5相連，能量回收裝置7還與其他用電器相連。
[0015]液壓助力轉向系統中轉向泵一般由定量泵和流量控制閥組成，當轉向泵的轉速高于溢流轉速時，由于流量控制閥的存在，轉向泵的輸出流量基本保持不變，那么從定量泵中泵出的多余油液從流量控制閥直接流回油罐，造成大量的溢流損耗。液壓助力轉向系統的能量回收系統通過ESC調節轉向泵的轉速，使轉向泵的轉速不會高于溢流轉速，那么就消除了溢流損耗。然而由于ESC的外轉子的轉速始終高于內轉子的轉速,存在著轉差損耗,轉差損耗通過能量回收裝置進行回收，三相繞組中感應出的電動勢在三相繞組和能量回收裝置形成的回路中產生感應電流，感應電流一方面為勵磁繞組提供勵磁電流，另一方面對超級電容進行充電，對轉差損耗進行回收，另外當超級電容充滿電時，感應電流為整車蓄電池供電。
[0016]圖2為液壓助力轉向系統的能量回收電路圖。能量回收裝置主要包括三相整流橋、濾波電容Cl、能量旁通電路、電壓調節電路和超級電容。電磁轉差離合器的三相繞組連接由6個二極管D1~D6組成的三相整流橋；濾波電容并聯于三相整流橋的直流輸出端和地之間；能量旁通電路由旁通電阻Rl和旁通MOS管Tl串聯而成，能量旁通電路并聯于濾波電容Cl的兩端，能量旁通電路在三相繞組需要大電流時起作用，以提高轉差離合器傳遞的扭矩；濾波電容Cl和能量旁通電路之間接有電壓傳感器，用于測量三相整流橋輸出的直流電壓Udc ；