一種電控液壓助力轉向系統技術方案

本實用新型專利技術涉及一種電控液壓助力轉向系統，其中，電控液壓助力轉向系統包括轉向機械單元、轉閥開度調節單元、油泵調節單元和電子控制單元ECU，解決傳統的電控液壓轉向助力系統只能通過改變油泵驅動電機的轉速來改變轉向助力，而轉閥的開度只能根據轉向盤轉角線性調節的問題，同時轉閥開度的合理控制，更適合多工況下對汽車轉向經濟性的要求，在降低能耗的同時進一步提高了轉向系統的跟隨性能。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及汽車電控液壓轉向系統領域，特別是一種電控液壓助力轉向系 統。
技術介紹
電控液壓助力轉向系統是一種由電動機驅動，由車速傳感器監控車速，電控單元 ECU獲取數據后通過控制轉向控制閥的開啟程度、葉片栗驅動電機的轉速改變油液壓力，實 現轉向助力力度的大小調節的新型汽車動力轉向系統，目前廣泛應用于汽車動力轉向中。 相比傳統的液壓助力轉向系統，電控液壓助力轉向系統擁有更好的汽車高速行駛時的操縱 感覺和動態響應以及行駛過程中經濟性等優勢，由于該系統以電機代替發動機直接驅動液 壓栗，車速和轉向盤轉速將影響電機轉速的大小，在車速低、轉向盤角速度大時，ECU響應使 得電機轉速增大，增大液壓油流量，增大轉向助力；反之，電機轉速降低，系統提供的助力減 小。 但是在現有的電控液壓助力轉向系統的研究中，一方面，只能根據車速和轉向盤 轉矩確定電機轉速，再通過控制電機的轉速來控制助力轉矩，液壓系統中的轉閥開度只能 依賴于轉向盤轉角進行線性調節，不適合多工況下均能滿足使汽車轉向能耗盡量小的要 求，系統結構在降低能耗方面還有很大程度的改進；另一方面，目前對電控液壓助力轉向系 統優化設計方面的研究不能綜合考慮汽車轉向過程中系統的能量消耗，同時兼顧駕駛員的 轉向感受。目前，針對對機械系統參數和液壓栗參數進行多目標優化設計，使得轉向系統以 較小的能量消耗并保證駕駛員獲得良好的操縱穩定性和轉向路感的報道尚未見公開。
技術實現思路
針對上述問題，本技術提供一種電控液壓助力轉向系統，并基于該系統，根據 由傳感器得到的車速、轉向盤轉角、轉向力矩、汽車橫擺角速度以及路面信號基礎上，綜合 考慮電機轉速、轉閥開度、機械轉向系統參數、液壓栗參數的電控液壓助力轉向系統及其多 目標優化方法，本技術是這樣實現的： -種電控液壓助力轉向系統，其特征在于，包括轉向機械單元、轉閥開度調節單 元、油栗調節單元和電子控制單元ECU ; 所述轉向機械單元包括依次連接的轉向盤、轉向軸、齒輪齒條轉向器以及兩端連 有車輪的轉向橫拉桿，轉向橫拉桿上設有液壓缸，轉向軸上設有扭矩傳感器； 所述轉閥開度調節單元包括相連的轉閥及轉閥調節電機，轉閥與液壓油箱之間設 有液壓回油管路，轉閥與液壓缸之間設有液壓缸進油管路和液壓缸回油管路，液壓缸兩側 設有液壓傳感器元件； 所述油栗調節單元包括相連的雙作用葉片栗和油栗驅動電機；雙作用葉片栗分別 與液壓油箱和轉閥相連，將由液壓油箱輸出的液壓油通過轉閥進油管路在轉閥處分流至液 壓缸進油管路和液壓缸回油管路； 所述電子控制單元ECU與扭矩傳感器和液壓傳感器元件相連，接收他們發出的電 信號，并向轉閥調節電機和油栗驅動電機發出控制信號。 進一步，本技術中，所述電子控制單元ECU還連有車載光學傳感器，接收由車 載光學傳感器發出的電信號。 -種基于電控液壓助力轉向系統的多目標優化方法，具體步驟如下： 1)利用建模軟件MATLAB-simulink，建立電動液壓助力轉向系統模型、整車動力 學模型，以及能耗數學模型，其中電動液壓助力轉向系統模型包括電機模型、轉向盤模型、 齒輪齒條模型、轉向栗模型、轉閥模型、輸入和輸出軸模型、液壓位置伺服控制模型、輪胎模 型； 2)將轉向系統能耗、轉向路感以及轉向靈敏度作為電控液壓助力轉向的性能評價 指標，并建立三個性能評價指標的量化公式； 其中，轉向路感的量化公式為： 式⑴中，Th為轉向盤輸入轉矩，為轉向螺桿的助力轉矩，為齒條質量，％為 小齒輪半徑，h為轉向系統轉向盤轉角到前輪轉角的傳動比，為電機與油栗的轉動慣量， AP為液壓缸活塞面積，B1^為齒條阻尼系數，為電機與油栗的粘性阻尼系數，P為油液密 度，A為閥間隙的油流量面積，nv為油栗的容積效率，C q為閥間隙的流量系數，K為電機助力 系數，Ka為轉向助力電機轉矩系數，K s為轉矩傳感器剛度，k ττ為轉向軸與扭桿的綜合剛度， q為栗的排量，Β為定子厚度， R2為定子長軸半徑，R i為定子短軸半徑，Z為葉片栗葉片數，t為葉片厚度； 轉向靈敏度量化公式為： 式（2)中，δ (s)為經拉普拉斯變換后的前輪轉角，Θ s(s)為經拉普拉斯變換后的 方向盤轉角，β (s)為經拉普拉斯變換后的橫擺加速度，Φ (s)為經拉普拉斯變換后的質心 側偏角，wjs)為經拉普拉斯變換后的橫擺角速度，η為雙作用葉片栗的轉速，η為轉向輸出 軸到前輪的傳動比，a為汽車質心到前軸距離，u為汽車車速，d為為車輛1/2輪距，Ei為側 傾轉向系數，kp k2為前輪側偏剛度； 轉向系統能耗量化公式為：[' 式⑶中，E為轉向系統總能耗功率，PECU ^為ECU消耗功率，P E _^_為電機損 失功率，P_p lciss為液壓栗損耗功率，Pv lciss為轉閥損耗功率；UA為液壓栗驅動電機的有效電 壓，IA為發動機電流，RA為電樞電流的負載電阻，R&為非電樞電流上的電阻，UA電源電 壓，L為轉閥開口長度，w為轉閥開口寬度，K。為轉向軸剛度，K n為轉矩傳感器剛度； 3)以轉向路感和轉向系統能耗為優化目標，轉向靈敏度為系統約束條件，建立電 控液壓助力轉向系統多目標優化模型，電控液壓助力轉向系統優化的目標函數f(x)為： 式⑷中：路感函數f(Xi)為路面信息有效頻率范圍（0, ω。）的頻域能量平均值， 優化方案中《。= 40Hz ;能耗函數f(x2)為系統電機的能量損耗和轉閥的能量損耗； 電控液壓助力轉向系統優化的約束條件為： 在優化過程中ω0= 40Hz，并且式（5)函數滿足0. 0008彡f(x 3)彡0. 0099的約 束條件； 4)將定子厚度B，電機與油栗的轉動慣量1，轉矩傳感器剛度Ks，液壓栗轉速n，轉 閥轉角Θ作為電控液壓助力轉向系統的設計變量； 5)利用優化軟件：isight，采用融合布谷鳥算法的改進Memetic智能算法對式 (1) - (4)中的機械參數、液壓系統參數進行優化，根據優化結果得出最優pareto解集，并選 取最優安協解； 6)將獲得的最優妥協解各參數對應的能耗值與優化前的能耗值進行比較，若低于 優化前的能耗值，則認為優化有效。 進一步，本技術中，步驟5)所述融合布谷鳥算法的改進Memetic智能算法具 體步驟如下： 51)編碼： 根據設計變量的取值范圍及約束條件限制，得到解空間的可行解數據，并將其表 示成搜索空間的浮點型串結構數據，這些串結構數據的不同組合即構成了不同的可行解； 52)產生初始種群： 初始種群為隨機產生，對于N = 0時刻，隨機產生Μ個可行解，具體隨機產生的可 行解&為： Χ_為可行解范圍的上邊界，Χ_為可行解范圍的下邊界； 53)適應度計算： 將得到的可行解代入目標函數，所得到的目標函數值對應于適應度，目標函數值 越優所對應個體作為優良個體； 54)群體 Meme 協作， 從上代群體中選取Μ個優良個體，進入下一次迭代過程，選擇概率如下式： 對初始產生的Μ個個體，按照如下雜交算子進行計算，產生新種群： 式中：Ρρ匕為從種群中隨機選取的兩個父個體；if?、巧"?為通過交叉算子運算 后產生的子代對應新個體;《^?2為上隨機產生的隨機數； 在雜交運算產生的新種群中，按下式給出的變異算子進行變異操作，選取若干個 體：本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電控液壓助力轉向系統，其特征在于，包括轉向機械單元、轉閥開度調節單元、油泵調節單元和電子控制單元ECU；??所述轉向機械單元包括依次連接的轉向盤、轉向軸、齒輪齒條轉向器以及兩端連有車輪的轉向橫拉桿，轉向橫拉桿上設有液壓缸，轉向軸上設有扭矩傳感器；??所述轉閥開度調節單元包括相連的轉閥及轉閥調節電機，轉閥與液壓油箱之間設有液壓回油管路，轉閥與液壓缸之間設有液壓缸進油管路和液壓缸回油管路，液壓缸兩側設有液壓傳感器元件；??所述油泵調節單元包括相連的雙作用葉片泵和油泵驅動電機；雙作用葉片泵分別與液壓油箱和轉閥相連，將由液壓油箱輸出的液壓油通過轉閥進油管路在轉閥處分流至液壓缸進油管路和液壓缸回油管路；??所述電子控制單元ECU與扭矩傳感器和液壓傳感器元件相連，接收他們發出的電信號，并向轉閥調節電機和油泵驅動電機發出控制信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：崔滔文，王春燕，趙萬忠，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：新型
國別省市：江蘇;32