一种冗余电液复合转向系统及其容错控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种冗余电液复合转向系统及其容错控制方法，包括：机械转向模块、液压助力模块、电动助力模块及控制模块；所述控制模块包括：信号采集模块、计算模块和容错控制模块；所述信号采集模块用于采集控制所需的各传感器信号；所述计算模块包括：电机参数估计模块、驾驶员理想助力计算模块和驾驶员理想助力分配模块，用于估计电机参数、得到驾驶员理想助力和驾驶员理想助力分配比；所述容错控制模块，根据计算模块发出的信号，判断助力电机与双绕组泵电机的故障情况，并进行相应的容错控制。本发明专利技术提出的冗余电液复合转向系统具有主动容错功能，在某一助力模块执行器发生故障后还能继续工作，提高了车辆的行驶安全性。提高了车辆的行驶安全性。提高了车辆的行驶安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种冗余电液复合转向系统及其容错控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆转向系统
，具体而言，涉及一种冗余电液复合转向系统及其容错控制方法。

技术介绍

[0002]随着人类的环保意识的提高，车辆能耗大小成为人们越来越关注的问题，特别是商用车，能耗大小会直接关系到经济收益。在商用车电动化与智能化的发展趋势下，传统的液压助力转向已不能满足人们对转向稳定性、驾驶轻便性及燃油经济性的要求。一种新型电液复合转向系统逐步发展起来，其在结构上具有电动助力与液压助力两套执行机构，可以实现转向助力可调，改善路感并降低能耗。
[0003]现有技术中，一般的电液复合转向系统电动液压助力模块采用单电机驱动单油泵输送油液，不仅助力效率低，作为驱动元件的电机额定功率要大于油泵的额定功率，这就使得电机不能得到充分的利用，造成资源浪费，而且当电机发生失效故障时，电动液压助力模块完全不能工作，此时转向助力仅由电动助力转向模块提供，达不到助力要求，使转向沉重；因此我们对此做出改进，提出一种冗余电液复合转向系统及其容错控制方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：针对目前车辆转向系统的设计有转向助力仅由电动助力转向模块提供，达不到助力要求，使转向沉重的问题。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]冗余电液复合转向系统及其容错控制方法，以改善上述问题。
[0007]本申请具体是这样的：
[0008]一种冗余电液复合转向系统，其特征在于，包括：机械转向模块、液压助力模块、电动助力模块及控制模块；
[0009]所述机械转向模块，包括：方向盘、转矩转角传感器、转向管柱、齿轮齿条转向器、转向横拉杆及车轮单元；
[0010]所述方向盘与转向管柱的上端固定连接；
[0011]所述齿轮齿条转向器包括：转向齿轮和转向齿条，转向齿轮与转向管柱的下端固定连接，转向齿条的两端分别与转向横拉杆固定连接，齿轮齿条转向器将转向管柱的扭转力变为推拉力，并传递给转向横拉杆；
[0012]所述转向横拉杆的两端设有车轮单元，转向横拉杆水平移动时可带动车轮单元绕其主销发生转动，完成转向；
[0013]所述转矩转角传感器安装在方向盘和电动助力模块之间的转向管柱上，用于采集方向盘的转角输入信号和驾驶员的输入力矩信号，并传送给控制模块；
[0014]所述电动助力模块，包括：助力电机、转矩传感器及减速机构；
[0015]所述助力电机所产生的转矩经减速机构放大后传递到转向管柱上，提供电动助
力；
[0016]所述转矩传感器采集助力电机的输出转矩并传送给控制模块；
[0017]所述液压助力模块，包括：转阀、溢流阀、液压泵、泵电机、传动机构、转速传感器、油箱、液压缸及油管；
[0018]所述两个液压泵并联在一起一端与油箱通过油管相连，另一端与转阀通过油管相连，将油箱中的液压油泵进转阀；
[0019]所述泵电机为双绕组电机，所述电机输出端与所述两个液压泵传动连接，所述双绕组电机通过所述传动机构用于驱动所述两个液压泵；
[0020]所述液压缸包括：缸筒和活塞，活塞固定安装在转向横拉杆上，并可沿缸筒内壁左右滑动，活塞将缸筒内部的油腔分为了左、右两腔，当左、右两腔的液压油存在压力差时，液压油推动活塞，活塞带动转向横拉杆为转向提供液压助力；
[0021]所述转阀安装于电动助力模块与齿轮齿条转向器之间，转阀有A、B、C、D四个油口，转阀的内部：油口A与D之间、油口D与B之间、油口B与C之间、油口C与A之间分别经过阀口连通；
[0022]所述泵电机驱动液压泵工作，从而带动管路中的液压油流动；
[0023]所述溢流阀与所述液压泵通过油管并联，用于对整个油路的过压保护；
[0024]所述转速传感器采集泵电机的转速并传送给控制模块；
[0025]所述传动机构包括：主动齿轮和助力油泵齿轮；
[0026]所述主动齿轮固定连接于所述电机的输出端上，并随电机输出端转动而转动，所述助力油泵齿轮分别固定连接在所述两个液压泵上；
[0027]作为本申请优选的技术方案，所述控制模块包括：信号采集模块、计算模块和容错控制模块；
[0028]所述信号采集模块，用于采集控制所需的各传感器信号；
[0029]所述计算模块，包括：电机参数估计模块、驾驶员理想助力计算模块和驾驶员理想助力分配模块；
[0030]所述电机参数估计模块，根据信号采集模块发出的信号，在线估计电机参数，实时计算得到助力电机失效系数；
[0031]所述驾驶员理想助力计算模块，根据信号采集模块发出的驾驶员输入力矩信号和汽车车速信号，以及设计的转向助力曲线，计算得到当前时刻的理想助力值；
[0032]所述驾驶员理想助力分配模块，根据设计的转向助力分配策略，计算得到理想电动助力矩和液压助力矩；
[0033]所述容错控制模块，根据计算模块发出的信号，判断助力电机与双绕组泵电机的故障情况，并进行相应的容错控制。
[0034]作为本申请优选的技术方案，所述转阀的外部：油口A与液压泵通过油管连接，油口B与油箱通过油管连接，油口D和油口C分别与液压缸的左、右腔通过油管连接，转阀的芯部为转阀扭杆，转阀扭杆受到扭力后发生扭转变形，使得转阀内的各阀口的开口面积发生变化，调节油口D与油口C之间的液压油压差，以调节液压缸左右两侧的液压油压差，进而调节液压助力大小；所述主动齿轮分别与所述助力油泵齿轮相互啮合，所述主动齿轮用于带动助力油泵齿轮转动。
[0035]一种冗余电液复合转向系统的容错控制方法，基于权利要求1
‑
3所述的冗余电液复合转向系统，其特征在于，步骤如下：
[0036]S1：信号采集模块实时采集方向盘的转角输入信号θ(t)、驾驶员的输入力矩信号T
d
(t)、转矩传感器信号T(t)、泵电机转速信号n
p
(t)和车速信号v(t)；
[0037]S2：驾驶员理想助力计算模块根据驾驶员输入力矩信号T
d
(t)、车速信号v(t)和理想助力曲线，计算得到当前时刻的理想助力值
[0038]S3：驾驶员理想助力分配模块采用粒子群优化算法对助力分配比进行优化，计算得到转向助力最优分配比x
d
(t)，最后计算出当前时刻的理想电动助力矩和液压助力矩
[0039]S4：控制模块将方向盘转角输入信号θ(t)对时间t求导，得到方向盘转动角速度ω(t)和方向盘转速n(t)，根据方向盘转速n(t)、汽车车速v(t)和助力曲线得到泵电机目标转速并发送信号控制泵电机跟踪转速；
[0040]S5：控制模块根据驾驶员的输入力矩T
d
(t)、车速v(t)和助力曲线得到助力电机目标电流值i
*
(t)，并发送信号控制助力电机跟踪电流；
[0041]S6：容错控制模块根据电机参数估计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冗余电液复合转向系统，其特征在于，包括：机械转向模块、液压助力模块、电动助力模块及控制模块(4)；所述机械转向模块，包括：方向盘(1)、转矩转角传感器(2)、转向管柱(3)、齿轮齿条转向器(10)、转向横拉杆(9)及车轮单元(8)，所述方向盘(1)与转向管柱(3)的上端固定连接，所述齿轮齿条转向器(10)包括：转向齿轮和转向齿条，所述转矩转角传感器(2)安装在方向盘(1)和电动助力模块之间的转向管柱(3)上，用于采集方向盘(1)的转角输入信号和驾驶员的输入力矩信号，并传送给控制模块(4)；所述电动助力模块，包括：助力电机(5)、转矩传感器(6)及减速机构，所述助力电机(5)所产生的转矩经减速机构放大后传递到转向管柱(3)上，提供电动助力，所述转矩传感器(6)采集助力电机(5)的输出转矩并传送给控制模块(4)；所述液压助力模块，包括：转阀(7)、溢流阀(17)、液压泵(16)、泵电机(13)、传动机构(15)、转速传感器(14)、油箱(12)、液压缸(11)及油管，所述泵电机(13)为双绕组电机，所述电机输出端与所述两个液压泵(16)传动连接，所述双绕组电机通过所述传动机构(15)用于驱动所述两个液压泵(16)，所述液压缸(11)包括：缸筒和活塞，活塞固定安装在转向横拉杆(9)上，并可沿缸筒内壁左右滑动，所述转阀(7)安装于电动助力模块与齿轮齿条转向器(10)之间，转阀(7)有A、B、C、D四个油口；所述转速传感器(14)采集泵电机(13)的转速并传送给控制模块(4)；所述控制模块(4)包括：信号采集模块、计算模块和容错控制模块(4)；所述信号采集模块，用于采集控制所需的各传感器信号；所述计算模块包括：电机参数估计模块、驾驶员理想助力计算模块和驾驶员理想助力分配模块；所述电机参数估计模块，根据信号采集模块发出的信号，在线估计电机参数，实时计算得到助力电机(5)失效系数；所述驾驶员理想助力计算模块，根据信号采集模块发出的驾驶员输入力矩信号和汽车车速信号，以及设计的转向助力曲线，计算得到当前时刻的理想助力值；所述驾驶员理想助力分配模块，根据设计的转向助力分配策略，计算得到理想电动助力矩和液压助力矩；所述容错控制模块(4)，根据计算模块发出的信号，判断助力电机(5)与双绕组泵电机(13)的故障情况，并进行相应的容错控制。2.根据权利要求1所述的冗余电液复合转向系统，其特征在于，所述传动机构(15)包括：主动齿轮和助力油泵齿轮，所述主动齿轮固定连接于所述电机的输出端上，并随电机输出端转动而转动，所述助力油泵齿轮分别固定连接在所述两个液压泵(16)上；所述转向齿轮与转向管柱(3)的下端固定连接，所述转向齿条的两端分别与转向横拉杆(9)固定连接，所述齿轮齿条转向器(10)将转向管柱(3)的扭转力变为推拉力，并传递给转向横拉杆(9)；所述转向横拉杆(9)的两端设有车轮单元(8)，转向横拉杆(9)水平移动时可带动车轮单元(8)绕其主销发生转动，完成转向；所述两个液压泵(16)并联在一起一端与油箱(12)通过油管相连，另一端与转阀(7)通过油管相连，将油箱(12)中的液压油泵进转阀(7)；
所述活塞将缸筒内部的油腔分为了左、右两腔，当左、右两腔的液压油存在压力差时，液压油推动活塞，活塞带动转向横拉杆(9)为转向提供液压助力。3.根据权利要求1所述的冗余电液复合转向系统，其特征在于，所述转阀(7)的内部：油口A与D之间、油口D与B之间、油口B与C之间、油口C与A之间分别经过阀口连通；所述泵电机(13)驱动液压泵(16)工作，从而带动管路中的液压油流动；所述溢流阀(17)与所述液压泵(16)通过油管并联，用于对整个油路的过压保护；所述转阀(7)的外部：油口A与液压泵(16)通过油管连接，油口B与油箱(12)通过油管连接，油口D和油口C分别与液压缸(11)的左、右腔通过油管连接，转阀(7)的芯部为转阀(7)扭杆，转阀(7)扭杆受到扭力后发生扭转变形，使得转阀(7)内的各阀口的开口面积发生变化，调节油口D与油口C之间的液压油压差，以调节液压缸(11)左右两侧的液压油压差，进而调节液压助力大小；...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翔，侯凯龙，赵万忠，王春燕，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：