CN107458456B - 一种基于液力式惯容器的线控转向*** - Google Patents

一种基于液力式惯容器的线控转向*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于液力式惯容器的线控转向***，包括方向盘、上转向柱、齿轮齿条传动机构、液力式惯容器、回正电机、前桥、转向电机、ECU控制单元、转角传感器等。将磁流变液集成于液力式惯容器，通过改变液力式惯容器周围的磁感应强度，达到改变磁流变液的粘度，从而调节液力式惯容器阻尼力的目的。利用液力式惯容器的动惯性效应实现方向盘转向惯性的路感模拟；利用液力式惯容器中的磁流变液所具备的可调阻尼特性，实现转向助力与反馈力的优化设计。相较于传统线控转向装置而言，本发明更好的实现了转向盘的路面模拟功能，提升了车辆操纵稳定性与行驶安全性。

Description

一种基于液力式惯容器的线控转向***
技术领域
本发明涉及汽车线控转向技术领域，特别是涉及一种基于液力式惯容器的线控转向***。
背景技术
车辆转向***的功能是依照驾驶员的转向指令使转向轮转向，以获得车辆整体的方向控制。线控转向技术即取消转向柱与转向轮间的刚性连接，比如转向柱、中间轴等被取消，因此，线控转向***需要通过特定的装置来实现转向盘路感模拟及自动回正能力。
路感是车辆在行驶过程中，驾驶员感受到的来自方向盘上的反馈力矩，与驾驶员施加到方向盘上的手力矩大小相等，方向相反。路感反馈力矩主要是汽车的回正力矩以及路面的摩擦力矩。汽车的回正力矩包括：由轮胎侧向力与轮胎拖距共同造成的回正力矩，主销内倾内移造成的回正力矩。线控转向***既可以随车速改变角传动比，又可以随车速改变力传动比，优化匹配角传动比和力传动比，从而提高操纵稳定性的同时获得良好的路感。驾驶员驾驶汽车时需要具有良好的路感，线控转向的路感感知由许多传感器经过信号采集得到，通过力的形式反馈给驾驶员，如何精准的控制反馈力是面临的主要问题之一。
如申请号为201510329873.1的发明专利，公开了一种用于线控转向技术的路感模拟装置，驾驶员对路面状况的感知通过路感电机反馈给驾驶员。用电机做路感模拟装置存在以下不足：1.路感电机与转向柱间机械连接，易造成对驾驶员手部的冲击和方向盘的抖动，降低驾驶舒适性；2.当路感电机发生故障时，会造成无法转向或转向失控的现象，可靠性性较低；3.路感电机做路感模拟装置，结构复杂，占用空间大，耗能多。
针对以上缺点，本发明提供了一种基于液力式惯容器的线控转向***，将磁流变液集成于液力式惯容器装置中，利用惯容器的动惯性和磁流变液所具备的可调阻尼特性，可更好的实现转向惯性与路感的模拟。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于液力式惯容器的线控转向***，通过添加应用液力式惯容器，利用惯容器的动惯性和磁流变液的可调阻尼特性，更好的实现转向惯性与路感的模拟。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，包括方向盘、上转向柱、齿轮齿条传动机构、液力式惯容器、回正电机、前桥、转向电机、ECU控制单元、转角传感器；
所述方向盘通过上转向柱与齿轮齿条传动机构相连，齿轮齿条传动机构与液力式惯容器相连，液力式惯容器与回正电机相连，齿轮齿条传动机构上还装有转角传感器；所述转向电机与前桥相连；
所述ECU控制单元分别与转角传感器、转向电机、回正电机、液力式惯容器相连。
所述液力式惯容器，包括，齿条推杆、液压缸筒、金属螺旋盘管、电磁感应装置、连接管路，所述齿条推杆固定在液压缸筒上端，齿条推杆与齿轮齿条传动机构相连接，所述液压缸筒内设有活塞杆和活塞；所述活塞杆和活塞固定连接，所述活塞将液压缸筒分为上腔和下腔，活塞杆与回正电机相连接；
所述金属螺旋盘管的两端通过连接管路与液压缸筒连通，金属螺旋盘管中心轴线处放置有电磁感应装置，电磁感应装置与ECU控制单元相连接；金属螺旋盘管内部沿螺旋管路设有连通的内腔，内腔的两端通过连接管路与液压缸筒的上腔、下腔分别连通；所述金属螺旋盘管的内腔中的填充介质为磁流变液；金属螺旋盘管的旋转半径r大于螺距p，金属螺旋盘管紧密排列。
所述液压缸筒的半径r′大于金属螺旋盘管的内腔的半径r″，r′＝(8～10)r″。
所述前桥，包括左转向前轮、右转向前轮、车桥，所述左转向前轮、右转向前轮通过车桥连接在一起，车桥与转向电机相连，左转向前轮或右转向前轮上还安装有车速传感器，车速传感器与ECU控制单元相连接。
本发明的有益效果在于：
1.相较于传统的线控转向力反馈装置，本发明将液力式惯容器融合设计于线控转向力反馈装置中，由于液力式惯容器具有动惯性效应，可较好的实现转向惯性与路感的模拟，弥补力反馈装置质量阻抗缺失的缺点。
2.采用磁流变液为金属螺旋盘管的介质，可通过改变电磁感应装置的磁感应强度达到调节磁流变液粘度，改变磁流变液与金属螺旋管内壁的沿程阻力的效果，从而达到改变转动方向盘所需力矩的效果，有效实现了转向助力与反馈力的优化设计。
3.本发明采用实时采集方向盘转角和车速的方法，可实时调节磁流变液粘度，有效提升操纵稳定性与行驶安全性。
附图说明
图1为本发明所述液力式惯容器结构示意图。
图2为本发明所述的一种基于液力式惯容器的线控转向***结构示意图。
图3为本发明工作流程图。
图中：
1、齿条推杆；2、液压缸筒；3、金属螺旋盘管；4、电磁感应装置；5、连接管路；6、活塞杆；7、活塞；8、方向盘；9、上转向柱；10、上腔；11、下腔；12、液力式惯容器；13、回正电机；14-1、左转向前轮；14-2、右转向前轮；15、车速传感器；16、车桥；17、转向电机；18、ECU控制单元；19、转角传感器；20、齿轮齿条传动机构。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图2所示，一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，包括方向盘8、上转向柱9、齿轮齿条传动机构20、液力式惯容器12、回正电机13、前桥、转向电机17、ECU控制单元18、转角传感器19；
所述方向盘8通过上转向柱9与齿轮齿条传动机构20相连，齿轮齿条传动机构20与液力式惯容器12相连，液力式惯容器12与回正电机13相连，齿轮齿条传动机构20上还装有转角传感器19；所述转向电机17与前桥相连；
所述ECU控制单元18分别与转角传感器19、转向电机17、回正电机13、液力式惯容器12相连。
如图1所示，所述液力式惯容器12，包括，齿条推杆1、液压缸筒2、金属螺旋盘管3、电磁感应装置4、连接管路5，所述齿条推杆1固定在液压缸筒2上端，齿条推杆1与齿轮齿条传动机构20相连接，所述液压缸筒2内设有活塞杆6和活塞7；所述活塞杆6和活塞7固定连接，所述活塞7将液压缸筒2分为上腔10和下腔11，活塞杆6与回正电机13相连接；
所述金属螺旋盘管3的两端通过连接管路5与液压缸筒2连通，金属螺旋盘管3中心轴线处放置有电磁感应装置4，电磁感应装置4与ECU控制单元18相连接；金属螺旋盘管3内部沿螺旋管路设有连通的内腔，内腔的两端通过连接管路5与液压缸筒2的上腔10、下腔11分别连通；所述金属螺旋盘管3的内腔中的填充介质为磁流变液；金属螺旋盘管3的旋转半径r大于螺距p，金属螺旋盘管3紧密排列；当液力式惯容器12齿条推杆1受力，活塞7与液压缸筒2产生相对位移，活塞7相对于液压缸筒2做直线运动，活塞7驱动磁流变液在金属螺旋盘管3中高速旋转时，金属螺旋盘管3中的磁流变液相当于一个空心的圆柱液体飞轮，产生较大的惯性，形成液力式惯容器12。
所述液压缸筒2的半径r′大于金属螺旋盘管3的内腔的半径r″，r′＝(8～10)r″。
所述前桥，包括左转向前轮14-1、右转向前轮14-2、车桥16，所述左转向前轮14-1、右转向前轮14-2通过车桥16连接在一起，车桥16与转向电机17相连，左转向前轮14-1或右转向前轮14-2上还安装有车速传感器15，车速传感器15与ECU控制单元18相连接。
如图3所示，具体工作方式为，当驾驶员转动方向盘8时，通过转角传感器19将驾驶员转动方向盘8的角度信号实时传送给ECU控制单元18，同时车速传感器15将当前车速信号实时传送给ECU控制单元18，通过ECU控制单元18将角度信号计算转换成力矩信号，将力矩信号与车速进行综合比较，判断在当前车速下转动方向盘8的力矩是否过大或过小，当当前车速较大，转动方向盘8的力矩较小时，ECU控制单元18通过增大电磁感应装置4两端通入的电流增强电磁感应装置4产生的磁感应强度，使金属螺旋盘管3中的磁流变液的粘度增大，自由流动的磁流变液变为粘度较大的类固态，在流动过程中增大与金属螺旋盘管3内壁的沿程阻力，从而使转动方向盘8相同转角时所需施加在液力式惯容器12上的力变大，增强转动方向盘8所需的力矩，增强转向时的路感；当当前车速较小时，ECU控制单元18通过控制电磁感应装置4两端通入的电流，减小磁流变液的粘度，使转动方向盘8相同转角时所需施加在液力式惯容器12上的力变小，减小转动方向盘8所需的力矩，从而方便转向，减小路感。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，包括方向盘(8)、上转向柱(9)、齿轮齿条传动机构(20)、液力式惯容器(12)、回正电机(13)、前桥、转向电机(17)、ECU控制单元(18)、转角传感器(19)；
所述方向盘(8)通过上转向柱(9)与齿轮齿条传动机构(20)相连，齿轮齿条传动机构(20)与液力式惯容器(12)相连，液力式惯容器(12)与回正电机(13)相连，齿轮齿条传动机构(20)上还装有转角传感器(19)；所述转向电机(17)与前桥相连；
所述液力式惯容器(12)，包括，齿条推杆(1)、液压缸筒(2)、金属螺旋盘管(3)、电磁感应装置(4)、连接管路(5)，所述齿条推杆(1)固定在液压缸筒(2)上端，齿条推杆(1)与齿轮齿条传动机构(20)相连接，所述液压缸筒(2)内设有活塞杆(6)和活塞(7)；所述活塞杆(6)和活塞(7)固定连接，所述活塞(7)将液压缸筒(2)分为上腔和下腔，活塞杆(6)与回正电机(13)相连接；
所述金属螺旋盘管(3)的两端通过连接管路(5)与液压缸筒(2)连通，金属螺旋盘管(3)中心轴线处放置有电磁感应装置(4)，电磁感应装置(4)与ECU控制单元(18)相连接；
所述ECU控制单元(18)分别与转角传感器(19)、转向电机(17)、回正电机(13)、液力式惯容器(12)相连。
2.根据权利要求1所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，所述金属螺旋盘管(3)内部沿螺旋管路设有连通的内腔，内腔的两端通过连接管路(5)与液压缸筒(2)的上腔、下腔分别连通。
3.根据权利要求2所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，所述金属螺旋盘管(3)的内腔中的填充介质为磁流变液。
4.根据权利要求1所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，所述金属螺旋盘管(3)的旋转半径r大于螺距p。
5.根据权利要求1所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，所述金属螺旋盘管(3)紧密排列。
6.根据权利要求1所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，所述液压缸筒(2)的半径r′大于金属螺旋盘管(3)的内腔的半径r″。
7.根据权利要求6所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，r′＝(8～10)·r″。
8.根据权利要求1所述一种基于液力式惯容器的线控转向***，其特征在于，所述前桥，包括左转向前轮(14-1)、右转向前轮(14-2)、车桥(16)，所述左转向前轮(14-1)、右转向前轮(14-2)通过车桥(16)连接在一起，车桥(16)与转向电机(17)相连，左转向前轮(14-1)或右转向前轮(14-2)上还安装有车速传感器(15)，车速传感器(15)与ECU控制单元(18)相连接。
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