CN103085867B - 液压助力转向***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车液压助力转向***，包括，动力转向器、转向泵、储液罐依次通过油管连接组成的动力转向***，包括：在转向泵出油口和动力转向器进油口之间、通过转向液管道与动力转向***连接组成的电磁式可调助力液压***。所述的电磁式可调助力***电磁阀包括一电磁阀，通过电磁阀上的线圈绕组提供不同方向、不同大小的电流以控制活塞的前进/静止/后退，从而实现原动力转向***的增压/保压/减压。其中，线圈绕组中的电流由ECU分析接收到的车速传感器、液压传感器传送的车速信息和***内液压信息来判断，从而发出不同的信号来控制。本发明在现有转向***的结构、原理上进行升级改进，使用起来经济实惠、方便可靠。

Description

液压助力转向***及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车转向***，具体来说是一种汽车液压助力转向***及其控制方法。

背景技术

目前轿车的转向***分为机械转向***(MS)、液压助力转向***(HPS)、气压助力转向***、电子液压助力转向***(EHPS)、电动助力转向***(EPS)。

机械转向***，最早开发出来，转向灵敏、可靠且耐用，但由于没有转向助力，操纵很费力，故只能用在微型车、轻卡等上面。

气压助力转向***，由于需要空压机、储气罐、干燥剂、换向阀、气压缸等元件且这些元件体积都很大，轿车的空间有限，故气压助力转向***多用于卡车上。

电子液压助力转向***(EHPS)即电控液压助力转向***，多采用电机直接带动转向泵(单作用叶片泵)(电动机和转向泵采用多楔带传动)，转向泵将产生的高压转向液通过转阀直接给齿条提供助力，来实现对转向***的助力，其电机的电能由车载蓄电池提供。电机受ECU直接控制，ECU根据车速的不同，按预先编好的程序对电动机的电流进行控制：车速低时，ECU给电动机的电流大，电动机转速高，转向泵转速高，产生的转向液压强大，提供给齿条的助力大，此时方向盘轻便(车辆在低速时需要转向助力大)；车速高时，ECU给电动机的电流小，电动机转速低，转向泵转速低，产生的转向液压强小，提供给齿条的助力小，此时方向盘沉重，增加了车辆在高速时的操纵稳定性。电动助力转向***，多采用管柱助力，采用蜗轮蜗杆传动，直接给传动轴提供助力，目前在高端车及一些紧凑级车型上应用广泛。

液压助力转向***，目前使用的最广泛，最典型的就是齿轮齿条式液压助力转向***。传统的齿轮齿条式液压助力转向***有下列元件组成：储液罐、油管、转向泵、动力转向高低压油管、动力转向器带横拉杆总成、转向盘、转向管柱、上中间轴、下中间轴、螺栓等。它通过转阀来控制高压的转向液分别流进转向器的左腔或右腔。

当车辆直行时，不需要打方向盘，此时高压的转向液通过转向器进油孔进入转阀内部，此时转阀让高压的转向液同时进入转向器左腔和右腔，转向器左腔、右腔此时压强相等，此时不助力；当车辆需要左转时，驾驶员向左转动方向盘，此时高压的转向液通过转阀进入转向器的右腔(此时转向器的左腔和转向器回油口接通)，由于转向器右腔的压强大于左腔，高压的转向液推到活塞(即齿条)向左移动，齿条推动横拉杆，横拉杆通过球头总成推动转向节向左偏转，车轮实现左转；当车辆需要右转时，驾驶员向右转动方向盘，此时高压的转向液进入转向器的左腔(此时转向器的右腔和转向器回油口接通)，由于转向器左腔的压强大于右腔，高压的转向液推动活塞(即齿条)向右移动，齿条推动横拉杆，横拉杆通过球头总成推动转向节向右偏转，车轮实现右转。

齿轮齿条式转向器结构简单、紧凑、质量轻、刚性大、转向灵敏、制造容易、成本低、正效率、逆效率都很高，而且省略了转向摇臂和转向直拉杆，使转向传动机构简化，特别适合与烛式和麦弗逊式悬架配用，因此它在轿车、微型、轻型货车上广泛使用。

传统的液压助力转向***，由于动力转向泵(从动皮带轮)和发动机曲轴(主动皮带轮)通过多楔带传动直接相连，当发动机怠速或车速比较低时，由于发动机转速低，由发动机直接带动的动力转向泵(单作用叶片泵)转速也低，此时动力转向泵输出的转向液压强并不大，提供给齿条的助力也不大。

而我们车辆需要在发动机怠速或车辆低速时，转向助力要尽量大些，以增加车辆的转向轻便性；当车辆在高速行驶时，发动机转速较高，由发动机直接带动的动力转向泵转速也高，此时动力转向泵输出的转向液压强比较大，提供给齿条的助力也比较大，导致高速时方向盘打飘，难以操控。而我们需要车辆在高速行驶时有很好的操纵性(即方向盘要比较重，高速时方向盘不能打飘)，显然传统的液压助力转向***并不能解决这个问题。

后来电子液压助力转向***能很好的解决此问题，但是需要一个功率比较大的电动机(电动机直接驱动动力转向泵，而不是发动机曲轴驱动)，由ECU直接控制电动机的转速，但此电动机体积较大，给车辆整体布置带来麻烦。由于此电动机功率较大，造成车载蓄电池负载较大，影响车载蓄电池的使用寿命。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种液压助力转向***，包括：

动力转向***，包括由转向液管道连接的动力转向器与转向泵；

电磁式可调助力***，包括电磁阀，所述电磁阀通过转向液管道与所述动力转向器连接并能够对动力转向器内转向液的压强进行调节；

所述电磁阀包括：

缸体；

位于所述缸体内的活塞，所述活塞具有磁性，并将所述缸体分为不连通的两部分，其中的一个部分与所述动力转向器的进油端相通；

线圈绕组，绕在所述缸体外。

可选的，所述动力转向***另包括用于向动力转向器、转向泵提供转向液的储液罐，所述储液罐、转向泵、动力转向液形成一个能循环的转向液通路。

可选的，另包括三通接头，所述三通接头的一个接头连接所述转向泵的出油端，一个接头连接所述动力转向器的进油端，一个接头连接所述电磁阀。

可选的，所述电磁阀与ECU电连接，并由ECU控制。

可选的，另包括用于测量进入所述动力转向器内的转向液的压强的压力传感器，所述压力传感器与ECU电连接，以将测量结果反馈给ECU。

可选的，还包括：

车速传感器、发动机转速传感器，分别与所述ECU电连接，用于测量车速信号和发动机转速信号，并将其传送到所述ECU；

车载蓄电池，用于为所述电磁阀供电。

可选的，所述电磁阀另包括第一回位弹簧与第二回位弹簧，所述第一、二回位弹簧分别位于所述缸体的所述两部分内，并分别接触在所述活塞的两端。

可选的，所述线圈绕组的表面包裹有绝缘材料。

本发明还提出了一种基于上面所述的汽车液压助力转向***的控制方法，包括：

当车速较低、发动机怠速时，控制所述电磁阀增加动力转向器内转向液的压强。

可选的，包括：

当车速较高、发动机转速较高时，控制所述电磁阀减小动力转向器内转向液的压强。

本发明另提出了一种基于上面所述的汽车液压助力转向***的控制方法，包括：

车速传感器、压力传感器、发动机转速传感器分别测量车速、转向泵输出的转向液的压强及发动机转速，并分别将车速信息、转向液的压强信息及发动机转速信号传给ECU；

由ECU综合分析车速信息、转向液的压强信息及发动机转速信号，根据程序预设值来判断转向液的压强相对车速、发动机转速是过高或过低；

当判定转向液的压强过低时，ECU控制所述电磁阀以增加动力转向器内转向液的压强；

当判定转向液的压强过高时，ECU控制所述电磁阀以减小动力转向器内转向液的压强。

本发明通过增设电磁阀，能够实现对动力转向器内转向液压强的调节，从而解决传统的液压助力转向***在低速时转向***(主要指方向盘)轻便性不好、在高速时方向盘容易打飘难易操控的问题。通过通电的线圈绕组，控制线圈的N、S级，从而控制缸体中的活塞前进或后退。不需要很大的力去驱动活塞，并且线圈绕组体积小，质量轻，耗能小。另外，本发明是在现有的结构、原理上进行升级改进，能利用现有的齿轮齿条式液压助力转向***的生产设备，使用起来经济实惠、方便可靠。

附图说明

图1为本发明的电磁可调式汽车液压助力转向***的示意图。

图2为本发明的电磁可调助力***的示意图。

具体实施方式

在现有的液压助力转向***中，由储液罐提供整个***的转向液，再通过油管把转向液传送到动力转向泵，其中，这一段油管内的转向液可看做为无压状态。这里的转向液通常是液压油。

发动机曲轴(主动皮带轮)通过多楔带带动动力转向泵(从动皮带轮)，使其把增大了液压的转向液输送到动力转向器，从而提高转向***的助力。

本发明中利用现有齿轮齿条式液压助力转向***的基础，在转向泵出油口和动力转向器进油口之间、利用一个三通接头与动力转向***连接一个电磁式可调助力***。

此三通接头的三个接头中，三通接头的一个接头连接所述转向泵的出油端，一个接头连接所述动力转向器的进油端，一个接头连接所述电磁阀。

改变电磁式可调助力***中的转向液压强，也就在原有转向泵输出转向液的液压基础上，改变动力转向器输出的转向液压强，于是改变提供给齿条的助力。

其中，电磁式可调助力***中转向液压强的改变是通过控制电磁阀内部的活塞的停止或前进或后退，来实现***内的保压、增压或减压。活塞会被控制是因为它具有磁性，且其磁极与线圈绕组通电后产生的磁场的磁极平行。所以，可以通过控制电磁阀线圈绕组中的电流通导与否以及方向，来改变线圈绕组内磁场，从而来推动活塞离开原始位置，前进或后退。当活塞在原始位置时，对***进行保压；当活塞前进时，对***进行增压；当活塞后退时，对***进行减压。其中，驱动电流的导通，以及大小、方向变化都是ECU(整车管理单元，又称车载电脑)根据车速、发动机速度和***内液压的大小的情况综合分析后决定的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提供的液压助力转向***实施例的一个具体结构，如图1所示，包括由储液罐8、转向泵10、动力转向器1依次通过油管连接组成的动力转向***和通过三通接头13连入的电磁式可调助力***，其中，电磁式可调助力***包括压力传感器14、ECU、车速传感器26、电磁阀31，和给电磁调压***31供电的车载蓄电池25。其中图中的箭头表示转向液的流动方向。

为实现对助力的调节而加入的电磁阀31如图2所示，包括：铜端头15、弹簧座16、线圈绕组17、第一回位弹簧18、缸体19、活塞21、第二回位弹簧22、挡板23、弹性挡圈24、车载蓄电池25。

其中缸体19内部为一端(图2中靠上的一端)有封闭、另一端(图2中靠下的一端)为开放端的金属腔，该金属腔的腔体呈长方体状，能容纳活塞21在腔体内滑动，活塞21和腔体的内壁紧密贴合。

金属腔的封闭的一端的一面侧壁有开口(未标示)。开口中有铜端头15，铜端头15呈短小的、壁厚的管状。铜端头15的外壁与开口的腔壁紧密贴合，内部的管道通向由所述动力转向器1、动力转向泵10、储液罐8组成的动力转向***。

第一回位弹簧18和第二回位弹簧22大小相等，弹性系数相同，伸缩量相同，但是方向相反。

活塞21具有磁性，位于第一、第二回位弹簧18、22之间。活塞21在金属腔内朝缸体封闭一端的方向滑动为前进(图2中箭头所示方向)，朝缸体开放一端的方向为后退。

铜端头15下面设置有弹簧座16，抵挡在活塞21前进方向，限制活塞21在前进方向的最大位移。同时也挡住侧壁开口，使活塞21维持在水平方向的腔内滑动。

缸体19腔内的开放一端，设有用来固定第一回位弹簧18下端的挡板23、弹性挡圈24，限制活塞21的在后退方向的最大位移。开放端的设置可以方便内部器件的安装，后续会将其封闭。

缸体19外壁有线圈绕组17，线圈绕组17表面需要包裹有防尘、绝缘材料。控制线圈绕组17中的电流，能对腔内的液压进行增压或减压，从而调节转向***转向液的压强，进而调节转向***的助力大小。

车载蓄电池25电连接到所述线圈绕组17，ECU控制其通或不通电、电流方向和大小。

线圈绕组17，通过所通电流的方向来改变线圈的N、S级，从而控制缸体中的活塞21前进或后退。当线圈绕组17的电流反向时，线圈绕组17的N、S级互换。根据右手定则，当线圈绕组17内通正向电流时，活塞21在电磁力的作用下，克服第一、第二回位弹簧18、22的预紧力，活塞前进；当线圈绕组内17通反向电流时，线圈的N、S级互换，活塞受与之前反向的电磁力，反向的电磁力克服第一、第二回位弹簧18、22的预紧力，活塞后退。ECU通过控制线圈绕组17中电流的方向，来控制活塞21的前进或后退。ECU控制线圈绕组17电流大小，来控制线圈绕组17电磁力的大小，从而控制活塞21前进或后退的距离。当线圈绕组17不通电时，活塞21处于原始位置。活塞21的前进或后退，从而调节转向***转向液的压强，从而调节转向***的助力大小。

可以由发动机传感器(未图示)、压力传感器14和车速传感器26来测量发动机的转速、液压和车速的情况，再反馈给ECU；而后，ECU会综合分析上述信息，确定出电磁阀31所需调节的液压状况，进而控制电磁阀31的运行。其中，压力传感器14处于所述动力转向泵10出油口和动力转向器1进油口之间，测量动力转动泵10输出液压的大小；其信号输出端脚连接到所述ECU，以将测量得的进入所述动力转向器1转阀内的高压转向液的压强信息反馈给所述ECU。

本发明是基于现有的液压助力转向***的改进，故转向***的工作方式依然是由发动机曲轴(主动皮带轮)通过多楔带传动动力转向泵10(从动皮带轮)，其把增大了液压的转向液输送到动力转向器1，驱动动力转向器1输出的转向液压强提供给齿条助力的方式。

所以当发动机怠速或车速比较低时，由于发动机转速低，由发动机直接带动的动力转向泵10(单作用叶片泵)转速也低，此时动力转向泵10输出的转向液压强并不大，提供给齿条的助力也不大。压力传感器14测量到的液压比较小，车速传感器26测量到速度比较小。压力传感器14和车速传感器26将检测到的信息反馈给ECU，ECU将两者进行综合分析，判定动力转向泵10输出的转向液压强过低，于是ECU给线圈绕组17一个正电流信号，线圈绕组17通正向电流，活塞21在电磁力的作用下前进，此时低压的转向液被压缩，体积缩小，压强增大，并传递给动力转向器1。由此，提供给动力转向***的助力实现增大。

当增大到一个固定数值时，压力传感器14感知此时动力转向***的压力值到了设计值(人为给出)，此时压力传感器14给ECU一个信号，ECU收到信号并判定此时***压力已经足够，ECU给线圈绕组17一个信号，控制进入线圈绕组17的电流大小，此时电流产生的电磁力和回位弹簧18、22的回位力大小相等、方向相反，此时活塞21将固定不动，此时相当于转向***保压过程。

随着发动机转速的提高，动力转向泵10的转速也跟着提高，动力转向泵10输出的高压转向液压强提高，此时车速传感26将车速信号传给ECU，压力传感器14将压力信号传给ECU，ECU经过综合分析，判定此时动力转向***压力过大，ECU给线圈绕组17一个反向电流，线圈绕组17产生反向的电磁力，电磁力克服第一、第二回位弹簧18、22的预紧力，活塞21后退，转向液体积增大，转向液压强降低，转向***助力减小，此时相当于转向***的减压过程。

具体的，本实施例中，ECU对于发动机转速、车速和液压的数值大小可以如下设定：

发动机的转速在800到1000转/分(r/min)可判定为怠速，1500到2000r/min可判定为低速，2000到3000r/min可判定为中速，3000到7000r/min可判定为高速。

当车速为0到10Km/H时，可判定为汽车在发动，当车速为10到20Km/H时，可判定为汽车低速行驶，当车速为40到60Km/H时，可判定汽车中速行驶，当车速为80到160Km/H时，可判定汽车为高速行驶。

当动力转向器1输出的转向液压强为1到3Mpa时，可判定转向液压强较小；当动力转向器1输出的转向液压强为3到5Mpa时，可判定转向液压强中等；当动力转向器1输出的转向液压强为5到8.7Mpa时，可判定转向液压强较大。且转向压强最大为8.7Mpa，不能超过这个值。

当汽车发动时，车速传感器26检测到车速为0到10Km/H，或者慢速行驶时候，车速为10到20Km/H，若同时，曲轴位置的发动机传感器检测到发动机的转速较低，发动机也是怠速800到1000r/min或者低速运转1500到2000r/min，此时的液压传感器检测的液压为1到3Mpa。三个传感器将检测到的信号传导到ECU，ECU经过综合分析，判定此时动力转向泵10输出的转向液压强过低，且发动机提供给动力转向***的助力过小，于是，给线圈绕组17一个正向电流信号，使得线圈绕组17产生磁场，于是，带有磁性的活塞21在电磁力的作用下克服第一、第二回位弹簧18、22的预紧力，前进，压缩***内转向液，转向液体积缩小，压强增大，提供给转向***的助力增加。压力传感器14即时检测动力转向泵10输出的转向液压强。当转向液压强增加到3到5Mpa时，ECU收到压力传感器14此时的信号，于是判定此时***内压力已经足够，再给线圈绕组17一个信号，控制其中电流大小，使得此时的电流产生的对活塞21的电磁力和回位弹簧的回位力大小相等、方向相反，活塞21固定不动，则实现动力转向***的保压。

当发动机转速提高，提高到3000到7000r/min，动力转向泵10的转速也跟着提高，动力转向泵10输出的高压转向液的压强也提高，提高到5到8.7Mpa，此时车速为80到160Km/H。曲轴位置的发动机传感器、车速传感器26和压力传感器14将信号传输给ECU，ECU经过综合分析，判定此时动力转向***的压力过大、车速过快，ECU给线圈绕组一个反向电流，线圈绕组产生反向的电磁力，电磁力克服第一、第二回位弹簧18、22的预紧力，活塞21后退，转向液的体积增大，转向液的压强减小，转向***助力减小，则实现动力转向***的减压。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种液压助力转向***，其特征在于，包括：

动力转向***，包括由转向液管道连接的动力转向器与转向泵；

电磁式可调助力***，包括电磁阀，所述电磁阀通过转向液管道与所述动力转向器连接并能够对动力转向器内转向液的压强进行调节；

所述电磁阀包括：

缸体；

位于所述缸体内的活塞，所述活塞具有磁性，并将所述缸体分为不连通的两部分，其中的一个部分与所述动力转向器的进油端相通；

线圈绕组，绕在所述缸体外。

2.如权利要求1所述的液压助力转向***，其特征在于，所述动力转向***另包括用于向动力转向器、转向泵提供转向液的储液罐，所述储液罐、转向泵、动力转向液形成一个能循环的转向液通路。

3.如权利要求1所述的液压助力转向***，其特征在于，另包括三通接头，所述三通接头的一个接头连接所述转向泵的出油端，一个接头连接所述动力转向器的进油端，一个接头连接所述电磁阀。

4.如权利要求1所述的液压助力转向***，其特征在于，所述电磁阀与ECU电连接，并由ECU控制。

5.如权利要求4所述的液压助力转向***，其特征在于，另包括用于测量动力转向器内转向液压强的压力传感器，所述压力传感器与ECU连接，以将测量结果反馈给ECU。

6.如权利要求4所述的液压助力转向***，其特征在于，还包括：

压力传感器，所述压力传感器处于所述转向泵的出油口和所述动力转向器的进油口之间，用于测量进入所述动力转向器内的转向液的压强，并将其信息反馈给所述ECU；

分别与所述ECU电连接的车速传感器、发动机转速传感器，用于测量车速信号和发动机转速信号，并将其传送到所述ECU；

用于为所述电磁阀供电的车载蓄电池。

7.如权利要求1所述的液压助力转向***，其特征在于，所述电磁阀另包括第一回位弹簧与第二回位弹簧，所述第一、二回位弹簧分别位于所述缸体的所述两部分内，并分别接触在所述活塞的两端。

8.如权利要求1所述的液压助力转向***，其特征在于，所述线圈绕组的表面包裹有绝缘材料。

9.一种如权利要求1到8任一项所述的液压助力转向***的控制方法，其特征在于，包括：

当车速较低、发动机怠速时，控制所述电磁阀增加动力转向器内转向液的压强。

10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，包括：

当车速较高、发动机转速较高时，控制所述电磁阀减小动力转向器内转向液的压强。

11.一种如权利要求6所述的液压助力转向***的控制方法，其特征在于，

车速传感器、压力传感器、发动机转速传感器分别测量车速、转向泵输出的转向液的压强及发动机转速，并分别将车速信息、转向液的压强信息及发动机转速信号传给ECU；

由ECU综合分析车速信息、转向液的压强信息及发动机转速信号，根据程序预设值来判断转向液的压强相对车速、发动机转速是过高或过低；当判定转向液的压强过低时，ECU控制所述电磁阀以增加动力转向器内转向液的压强；当判定转向液的压强过高时，ECU控制所述电磁阀以减小动力转向器内转向液的压强。