一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统及其控制方法，系统包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块、线控转向控制器模块和电液助力转向控制器模块；本发明专利技术通过引入谐波齿轮机构，实现了线控转向系统的变传动比容错功能，使得现有的线控转向发生故障时仍然可以实现变传动比控制，能够有效地避免意外的发生以及在线控转向故障的情况下仍可以保障低速行驶的轻便性和高速行驶的稳定性；并且采用多种转向工作模式，能够在线控转向系统出现故障时轻松切换为电液复合助力转向工作模式，可以有效降低驾驶员的负担，加强了抗干扰能力；也可以使驾驶员体验不同转向模式感受，增加驾驶乐趣。

【技术实现步骤摘要】
一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统及其控制方法
本专利技术属于汽车转向系统
，具体涉及一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统及其控制方法。
技术介绍
目前，随着汽车智能化程度越来越高，汽车上的各个执行模块都趋于线控化。其中线控转向系统能够提高汽车安全性能，改善驾驶特性，增强操纵性，为驾驶员提供更为真实的路感，成为当前人们研究的热点。但是，目前市场上的线控助力转向系统主要应用于小轿车，对于前轴载荷较大的商用车，鲜有线控助力转向的相关报道。中国专利技术专利申请号为CN202010004681.4中公开了一种复合智能转向系统及其控制和故障诊断方法，根据线控转向模式中的第二电机是否发生故障，可以在线控转向模式和电动助力转向模式之间进行切换；中国专利技术专利申请号为CN201710670677.X中公开了一种线控转向系统及其稳定性控制方法，通过线控转向内外环协同控制，改善了汽车操作稳定性；中国专利技术专利申请号为CN201910091439.2中公开了一种基于线控转向的多模式助力转向系统及控制方法，通过多种模式的切换，更好保证驾驶员的安全；但是上述线控转向系统在发生故障时无法较好地实现对车辆变传动比的控制，大大地增加了车辆行驶的安全隐患，并且现提出的一些行星齿轮和齿轮齿条式转向器组成的变传动比机构很难满足商用车所需大传动比、大转矩的特点，适用于商用车的新型变传动比机构需要被研究。
技术实现思路
针对于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统及其控制方法，以实现商用车线控转向系统在发生故障时，仍然可以进行变传动比容错控制，从而保障低速转向的轻便性和高速转向的稳定性。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块、线控转向控制器模块和电液助力转向控制器模块；其中，所述转向盘模块包括：转向盘、第一转向管柱、转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、第二电磁离合器、路感电机、路感电机转矩传感器、第一电磁离合器、第一减速机构；所述第一转向管柱的上端与转向盘连接，下端被第二电磁离合器断开，并通过第二电磁离合器实现其开合状态；路感电机的输出端经过路感电机转矩传感器与第一电磁离合器相连接，然后通过第一减速机构与第一转向管柱连接；第一减速机构固定在第一转向管柱上，路感电机输出的反馈力矩依次经过第一减速机构、第一转向管柱，传递至转向盘；所述转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器均与第一转向管柱固定连接，分别采集转向盘的转角和转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块；所述第一电磁离合器为常闭状态，第二电磁离合器为常开状态；所述变传动比液压助力模块包括：变传动比模块、第二转向管柱、第二转向管柱转矩传感器、循环球式液压助力转向器以及液压助力模块；所述第二转向管柱转矩传感器与第二转向管柱固定连接，用于采集第二转向管柱的转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块和电液助力转向控制器模块；变传动比模块包括：转角电机、转角电机转角传感器、谐波齿轮机构、锁止机构；谐波齿轮机构包括：波发生器、柔轮和刚轮；柔轮为外齿轮，刚轮为内齿轮，刚轮和柔轮之间存在齿差；第一转向管柱作为输入端与柔轮通过花键无间隙连接；波发生器由回转部件(例如凸轮)和柔性轴承组成，波发生器设置于柔轮的内环中，其外侧面通过柔性轴承带动柔轮发生弹性形变，波发生器中部的回转部件与转角电机的转子轴连接；柔轮外齿与刚轮的内齿相啮合；刚轮与第二转向管柱通过花键无间隙连接；转角电机转角传感器与转角电机固定连接，用于采集转角电机的转角信号；所述锁止机构安装在转角电机上，用于在转角电机不工作或故障时锁止转角电机；循环球式液压助力转向器由两级传动副组成：第一级为螺杆与螺母传动副；第二级为齿条与齿扇传动副；第二转向管柱通过螺杆与螺母传动副与循环球式液压助力转向器相连；液压助力模块包括：液压泵、液压泵驱动电机、第二减速机构、油箱、伺服比例电磁阀、油管以及第一压力传感器、第二压力传感器；所述液压泵驱动电机通过第二减速机构与液压泵相连，将来自油箱的液压油通过伺服比例电磁阀泵入循环球式液压式循环球转向器，在循环球式液压助力转向器中形成油压差，在油压差的作用下为转向系统提供助力；第一压力传感器和第二压力传感器安装在循环球式液压助力转向器进出油路的油管上，用于检测循环球式液压助力转向器两侧的液压助力，发送液压助力信号；所述机械传动模块包括：转向摇臂、转向直拉杆、左转向车轮、左转向节、左转向节臂、左转向梯形臂、转向横拉杆、右转向梯形臂、右转向节臂、右转向节、右转向车轮；所述循环球式液压助力转向器的输出端通过齿条与齿扇传动副与转向摇臂的一端连接，转向摇臂的另一端通过转向直拉杆与左转向节臂相连，带动左转向节和左转向车轮偏转；左转向节臂经左转向梯形臂与转向横拉杆的一端相连；转向横拉杆的另一端与右梯形臂相连，右转向梯形臂经右转向节臂与右转向节相连，右转向节带动右转向车轮转向；所述电机助力模块包括：电动助力电机、第三减速机构；电动助力电机通过第三减速机构将电动助力传递到第二转向管柱，为转向系统提供助力；所述线控转向控制器模块包括：第一信号处理单元、第一理想传动比控制器、第一诊断单元、第一故障报警单元、第一电机驱动单元；所述电液助力转向控制器模块包括：第二信号处理单元、第二理想传动比控制器、第二诊断单元、第二故障报警单元、第二电机驱动单元；线控转向控制器模块的第一信号处理单元分别与转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、路感电机转矩传感器、第一压力传感器、第二压力传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，接收转向盘转角信号A、转向盘转矩信号B、路感电机转矩信号C、液压助力信号E以及车辆的状态信号；电液助力转向控制器模块的第二信号处理单元分别与转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、转角电机转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，接收转向盘转角信号A、转向盘转矩信号B、转角电机转角信号D、液压助力信号E以及车辆的状态信号；第一理想传动比控制器根据第一信号处理单元获得的车速信号、转向盘转角信号，通过预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定当前时刻传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号；根据期望的前轮转角信号，从而计算得到电动助力电机输出到第二转向管柱转角大小，进而通过第一电机驱动单元控制电动助力电机工作，通过循环球式液压助力转向器带动车轮转动，实现变传动比控制；第二理想传动比控制器根据第二信号处理单元获得的车速信号、转向盘转角信号，通过预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定当前时刻传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号；根据期望的前轮转角信号，从而计算得到转角电机理想转角信号，通过转角电机提供的附加转角和第一转向管柱的转角进行叠加从而实现变传动比控制；第一诊断单元和第二诊断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统，其特征在于，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块、线控转向控制器模块(33)和电液助力转向控制器模块(32)；/n所述转向盘模块包括：转向盘(1)、第一转向管柱(2)、转向盘转角传感器(3)、转向盘转矩传感器(4)、第二电磁离合器(5)、路感电机(34)、路感电机转矩传感器(35)、第一电磁离合器(36)、第一减速机构(39)；/n所述第一转向管柱(2)的上端与转向盘(1)连接，下端被第二电磁离合器(5)断开，并通过第二电磁离合器(5)实现其开合状态；路感电机(34)的输出端经过路感电机转矩传感器(35)与第一电磁离合器(36)相连接，然后通过第一减速机构(39)与第一转向管柱(2)连接；第一减速机构(39)固定在第一转向管柱(2)上，路感电机(34)输出的反馈力矩依次经过第一减速机构(39)、第一转向管柱(2)，传递至转向盘(1)；所述转向盘转角传感器(3)、转向盘转矩传感器(4)均与第一转向管柱(2)固定连接，分别采集转向盘的转角和转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块(33)；/n所述变传动比液压助力模块包括：变传动比模块(8)、第二转向管柱(10)、第二转向管柱转矩传感器(9)、循环球式液压助力转向器(13)以及液压助力模块(22)；/n所述第二转向管柱转矩传感器(9)与第二转向管柱(10)固定连接，用于采集第二转向管柱的转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块(33)和电液助力转向控制器模块(32)；/n变传动比模块(8)包括：转角电机(7)、转角电机转角传感器(61)、谐波齿轮机构、锁止机构；/n谐波齿轮机构包括：波发生器(62)、柔轮(63)和刚轮(64)；柔轮(63)为外齿轮，刚轮(64)为内齿轮，刚轮(64)和柔轮(63)之间存在齿差；第一转向管柱(2)作为输入端与柔轮(63)通过花键(65)无间隙连接；波发生器(62)由回转部件和柔性轴承组成，波发生器(62)设置于柔轮(63)的内环中，其外侧面通过柔性轴承带动柔轮(63)发生弹性形变，波发生器中部的回转部件与转角电机(7)的转子轴连接；柔轮外齿与刚轮的内齿相啮合；刚轮(64)与第二转向管柱(10)通过花键无间隙连接；转角电机转角传感器(61)与转角电机(7)固定连接，用于采集转角电机的转角信号；所述锁止机构安装在转角电机(7)上，用于在转角电机不工作或故障时锁止转角电机；/n循环球式液压助力转向器(13)由两级传动副组成：第一级为螺杆与螺母传动副(11)；第二级为齿条与齿扇传动副(12)；第二转向管柱(10)通过螺杆与螺母传动副(11)与循环球式液压助力转向器(13)相连；/n液压助力模块(22)包括：液压泵(31)、液压泵驱动电机(30)、第二减速机构(40)、油箱(29)、伺服比例电磁阀(23)、油管以及第一压力传感器(37)、第二压力传感器(38)；所述液压泵驱动电机(39)通过第二减速机构(40)与液压泵(31)相连，将来自油箱(29)的液压油通过伺服比例电磁阀(23)泵入循环球式液压式循环球转向器(13)，在循环球式液压助力转向器中形成油压差，在油压差的作用下为转向系统提供助力；第一压力传感器(37)和第二压力传感器(38)安装在循环球式液压助力转向器(13)进出油路的油管上，用于检测循环球式液压助力转向器两侧的液压助力，发送液压助力信号；/n所述机械传动模块包括：转向摇臂(14)、转向直拉杆(19)、左转向车轮(15)、左转向节(16)、左转向节臂(17)、左转向梯形臂(18)、转向横拉杆(24)、右转向梯形臂(25)、右转向节臂(26)、右转向节(27)、右转向车轮(28)；/n所述循环球式液压助力转向器的输出端通过齿条与齿扇传动副(12)与转向摇臂(14)的一端连接，转向摇臂(14)的另一端通过转向直拉杆(19)与左转向节臂(17)相连，带动左转向节(16)和左转向车轮(15)偏转；左转向节臂(17)经左转向梯形臂(18)与转向横拉杆(24)的一端相连；转向横拉杆(24)的另一端与右梯形臂(25)相连，右转向梯形臂(25)经右转向节臂(26)与右转向节(27)相连，右转向节(27)带动右转向车轮(28)转向；/n所述电机助力模块包括：电动助力电机(20)、第三减速机构(21)；电动助力电机通过第三减速机构将电动助力传递到第二转向管柱，为转向系统提供助力；/n所述线控转向控制器模块包括：第一信号处理单元、第一理想传动比控制器、第一诊断单元、第一故障报警单元、第一电机驱动单元；/n所述电液助力转向控制器模块包括：第二信号处理单元、第二理想传动比控制器、第二诊断单元、第二故障报警单元、第二电机驱动单元；/n线控转向控制器模块的第一信号处理单元分别与转向...

【技术特征摘要】
1.一种电液耦合的智能循环球式线控转向系统，其特征在于，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块、线控转向控制器模块(33)和电液助力转向控制器模块(32)；
所述转向盘模块包括：转向盘(1)、第一转向管柱(2)、转向盘转角传感器(3)、转向盘转矩传感器(4)、第二电磁离合器(5)、路感电机(34)、路感电机转矩传感器(35)、第一电磁离合器(36)、第一减速机构(39)；
所述第一转向管柱(2)的上端与转向盘(1)连接，下端被第二电磁离合器(5)断开，并通过第二电磁离合器(5)实现其开合状态；路感电机(34)的输出端经过路感电机转矩传感器(35)与第一电磁离合器(36)相连接，然后通过第一减速机构(39)与第一转向管柱(2)连接；第一减速机构(39)固定在第一转向管柱(2)上，路感电机(34)输出的反馈力矩依次经过第一减速机构(39)、第一转向管柱(2)，传递至转向盘(1)；所述转向盘转角传感器(3)、转向盘转矩传感器(4)均与第一转向管柱(2)固定连接，分别采集转向盘的转角和转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块(33)；
所述变传动比液压助力模块包括：变传动比模块(8)、第二转向管柱(10)、第二转向管柱转矩传感器(9)、循环球式液压助力转向器(13)以及液压助力模块(22)；
所述第二转向管柱转矩传感器(9)与第二转向管柱(10)固定连接，用于采集第二转向管柱的转矩信号，并将采集到的信号发送给线控转向控制器模块(33)和电液助力转向控制器模块(32)；
变传动比模块(8)包括：转角电机(7)、转角电机转角传感器(61)、谐波齿轮机构、锁止机构；
谐波齿轮机构包括：波发生器(62)、柔轮(63)和刚轮(64)；柔轮(63)为外齿轮，刚轮(64)为内齿轮，刚轮(64)和柔轮(63)之间存在齿差；第一转向管柱(2)作为输入端与柔轮(63)通过花键(65)无间隙连接；波发生器(62)由回转部件和柔性轴承组成，波发生器(62)设置于柔轮(63)的内环中，其外侧面通过柔性轴承带动柔轮(63)发生弹性形变，波发生器中部的回转部件与转角电机(7)的转子轴连接；柔轮外齿与刚轮的内齿相啮合；刚轮(64)与第二转向管柱(10)通过花键无间隙连接；转角电机转角传感器(61)与转角电机(7)固定连接，用于采集转角电机的转角信号；所述锁止机构安装在转角电机(7)上，用于在转角电机不工作或故障时锁止转角电机；
循环球式液压助力转向器(13)由两级传动副组成：第一级为螺杆与螺母传动副(11)；第二级为齿条与齿扇传动副(12)；第二转向管柱(10)通过螺杆与螺母传动副(11)与循环球式液压助力转向器(13)相连；
液压助力模块(22)包括：液压泵(31)、液压泵驱动电机(30)、第二减速机构(40)、油箱(29)、伺服比例电磁阀(23)、油管以及第一压力传感器(37)、第二压力传感器(38)；所述液压泵驱动电机(39)通过第二减速机构(40)与液压泵(31)相连，将来自油箱(29)的液压油通过伺服比例电磁阀(23)泵入循环球式液压式循环球转向器(13)，在循环球式液压助力转向器中形成油压差，在油压差的作用下为转向系统提供助力；第一压力传感器(37)和第二压力传感器(38)安装在循环球式液压助力转向器(13)进出油路的油管上，用于检测循环球式液压助力转向器两侧的液压助力，发送液压助力信号；
所述机械传动模块包括：转向摇臂(14)、转向直拉杆(19)、左转向车轮(15)、左转向节(16)、左转向节臂(17)、左转向梯形臂(18)、转向横拉杆(24)、右转向梯形臂(25)、右转向节臂(26)、右转向节(27)、右转向车轮(28)；
所述循环球式液压助力转向器的输出端通过齿条与齿扇传动副(12)与转向摇臂(14)的一端连接，转向摇臂(14)的另一端通过转向直拉杆(19)与左转向节臂(17)相连，带动左转向节(16)和左转向车轮(15)偏转；左转向节臂(17)经左转向梯形臂(18)与转向横拉杆(24)的一端相连；转向横拉杆(24)的另一端与右梯形臂(25)相连，右转向梯形臂(25)经右转向节臂(26)与右转向节(27)相连，右转向节(27)带动右转向车轮(28)转向；
所述电机助力模块包括：电动助力电机(20)、第三减速机构(21)；电动助力电机通过第三减速机构将电动助力传递到第二转向管柱，为转向系统提供助力；
所述线控转向控制器模块包括：第一信号处理单元、第一理想传动比控制器、第一诊断单元、第一故障报警单元、第一电机驱动单元；
所述电液助力转向控制器模块包括：第二信号处理单元、第二理想传动比控制器、第二诊断单元、第二故障报警单元、第二电机驱动单元；
线控转向控制器模块的第一信号处理单元分别与转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、路感电机转矩传感器、第一压力传感器、第二压力传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，接收转向盘转角信号A、转向盘转矩信号B、路感电机转矩信号C、液压助力信号E以及车辆的状态信号；
电液助力转向控制器模块的第二信号处理单元分别与转向盘转角传感器、转向盘转矩传感器、转角电机转角传感器、第一压力传感器、第二压力传感器电气连接，获取各传感器实时采集的信号，接收转向盘转角信号A、转向盘转矩信号B、转角电机转角信号D、液压助力信号E以及车辆的状态信号；
第一理想传动比控制器根据第一信号处理单元获得的车速信号、转向盘转角信号，通过预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定当前时刻传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号；根据期望的前轮转角信号，从而计算得到电动助力电机输出到第二转向管柱转角大小，进而通过第一电机驱动单元控制电动助力电机工作，通过循环球式液压助力转向器带动车轮转动，实现变传动比控制；
第二理想传动比控制器根据第二信号处理单元获得的车速信号、转向盘转角信号，通过预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定当前时刻传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号；根据期望的前轮转角信号，从而计算得到转角电机理想转角信号，通过转角电机提供的附加转角和第一转向管柱的转角进行叠加从而实现变传动比控制；
第一诊断单元和第二诊断单元对各个电机以及各控制器模块进行故障诊断，诊断路感电机、转角电机、液压泵助力电机、电动助力电机、线控转向控制器模块和电液助力转向控制器模块是否发生故障；第一故障报警单元和第二故障报警单元分别用于提醒驾驶员故障信息；
第一电机驱动单元分别与第一电磁离合器、第二电磁离合器、路感电机、电动助力电机(20)、液压泵驱动电机(30)、伺服比例电磁阀(23)电气连接，输出第一电磁离合器、第二电磁离合器控制信号，分别控制第一电磁离合器、第二电磁离合器的开闭状态；...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐坤豪，周小川，赵万忠，王春燕，梁为何，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32