專利名稱：低能耗電子液壓助力轉向系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車轉向系統，尤其是涉及一種電子液壓助力轉向系統。
背景技術：
眾所周知，傳統液壓助力轉向系統的動力源是由發動機通過皮帶輪驅動液壓泵，一般液壓泵為齒輪泵。有兩個不可避免的弊端一是液壓泵需要發動機的運轉才能正常工作，如果發動機因為停車、故障等原因無法驅動液壓泵正常工作，直接導致車輛無法實現動力轉向，只能通過機械轉向，但由于車輛的車速較低或停車狀態，地面的轉向阻力很大，力口之液壓油管路的阻力等作用，一般人無法直接機械轉向，從而帶來無法迅速將車輛轉移到合適位置；二是發動機的轉速范圍非常廣泛，從怠速800轉每分鐘到4000轉每分鐘。也就是說液壓泵的輸入轉速的范圍也是非常大，必須采用溢流閥將過多的壓力回流，消耗發動機的功率，同時液壓壓力脈沖較大，是產生噪聲和管路漏油等主要原因之一。在倡導節能為主題的今天，液壓助力轉向系統勢必需要進行產品升級來達到節能減噪的目的。電動液壓助力轉向則采用電動機代替發動機提供驅動力，若乘用車上采用發動機提供驅動力，則根據蓄電池供電電壓則選用12伏直流電機；而采用純電動能源驅動車輛，一般如電動客車電壓可達到380伏以上，則一般通過電壓轉換器連接到三相220伏交流電機。電動液壓助力轉向系統一般將電動機、油罐、齒輪泵和溢流閥集成一體，而且溢流閥一般有廠家設定油壓值后不能再進行調整，但由于溢流閥的壓力較大，開合相對而言壓力閾值較高，對于管路承受壓力容易漏油，密封要求較高，該壓力無法進行實時調整，無法滿足根據轉向盤轉動速率和車速的變化而變化。通過電控單元控制電機的轉速來保證液壓壓力，彌補上述兩個缺點，但系統輸出壓力要稍高于設計壓力，利用溢流閥的定壓作用將部分液壓油回流，尤其是國外有關文獻表明車輛在使用過程中大概70%左右處于不轉向狀態，則所需的壓力幾乎為零，仍然存在浪費能量的現象。目前申請號為201010226233. 5的發明專利和20102058243. 2的實用新型專利(同日申請發明專利)采用保壓閥和儲能器來控制電機的運轉保證達到根據方向盤轉矩信號和車速信號計算所需的油壓，從而達到節能的目的，但是由于車輛轉向過程一般較快時，油壓建立波動大，滯后性較為嚴重。申請號為201110119993. O的發明專利采用車速和載荷傳感器來建立轉向所需油壓，工程機械消耗能源較大，而液壓助力轉向系統所占比例非常小，可應用于工程機械。國外申請號為US2009218161和US2011277460專利采用比例電磁閥和先導閥來控制液壓回路，前者閥體內部結構過于復雜，制造難度大，成本較高，后者為防止電磁閥失效，采用冗余的做法，雖然能保證閥體正常工作，但大大增加成本。
發明內容
本發明主要是解決現有技術所存在的能源浪費大，成本高，助力滯后嚴重的技術問題，提供一種能耗較小，成本較低，助力無滯后的低能耗電子液壓助力轉向系統及其控制方法。本發明的低能耗電子液壓助力轉向系統主要是通過下述技術方案得以解決的一種低能耗電子液壓助力轉向系統，包括儲油罐、助力轉向控制單元、電動泵、旋轉閥、轉向軸、動力油缸、主溢流閥，轉向軸上設有扭矩傳感器，扭矩傳感器與旋轉閥相連，其特征是在所述主溢流閥的閥芯上側設有一個主壓力彈簧，閥芯內設有一個二級溢流孔，該二級溢流孔包括一個與閥體的進油端相通的二級溢流閥座，二級溢流閥座內設有二級溢流閥芯，該二級溢流閥芯的上側設有一個二級壓力彈簧，二級溢流閥座、二級溢流閥芯以及二級壓力彈簧構成二級溢流閥。當車速較高時，汽車轉向所需要的力較小，因此，可以減小電動泵的轉速，以將壓油壓，起到節能的作用，需要保持該較小的油壓就需要一個打開壓力較小的溢流閥，本發明的二級溢流閥就是在此時打開，起到定壓作用。當車速較慢時，汽車轉向所需要的力較大，因此，需要提高電動泵的轉速，以提高油壓，此時，主溢流閥打開。這種方式利用了一種成本較低的方式，既起到了節能的目的，也不會出現助力滯后的問題。作為優選，所述的二級溢流閥的溢流壓力是所述的主溢流閥的溢流壓力的1/2-2/3。溢流壓力即打開該溢流閥所需要的壓力。二級溢流閥開啟的壓力為主溢流閥開啟的壓力的1/2-2/3，也就是說，本系統在高速行駛時，所損損耗的能量只相當于低速行駛所使用能耗的1/2-2/3。達到了節能的良好效果。作為優選，所述的助力轉向控制單元的信號輸入端分別與車速感應器和所述的扭矩傳感器相連；助力轉向控制單元的信號輸出端與所述的電動泵的驅動電路相連。助力轉向控制單元的車速信號由車速感應器獲得，而車速感器是車輛的必備配置。在需要轉向時，助力轉向控制單元根據扭矩傳感器獲得的信號判斷轉向所需要的力的大小，進而控制電動泵的轉速。作為優選，所述的電動泵液壓油輸出端設有油壓傳感器，該油壓傳感器的信號電路與所述的助力轉向控制單元相連。在油壓的控制中，助力轉向控制單元根據預先設定的油壓與電動泵的轉速關系，通過控制電動泵達到控制油壓的目的，但在實際操作過程中，會因為電源的電流穩定性、液壓油溫度、電動泵的老化等各方面的問題造成設計數據與實際數據的偏差，這個偏差可以通過油壓傳感器獲得，油壓傳感器將油壓的偏差發送給助力轉向控制單元，助力轉向控制單元根據該偏差提高或降低電動泵的轉速，如此循環，使得油壓更為精確。上述低能耗電子液壓助力轉向系統由下述控制方法進行控制所述的低能耗電子液壓助力轉向系統的控制方法，包括如下過程，I、在助力轉向控制單元內設定油壓切換值、高油壓值、低油壓值，該油壓切換值為55-83km/h,高油壓值為8. 6-14. 6MP，低油壓值為4. 3-7. 8 ；2、當助力轉向控制單元獲得車速高于油壓切換值時，助力轉向控制單元即控制電動泵降低轉速，以使電動泵液壓油輸出端的油壓達到低油壓值，當助力轉向控制單元獲得車速低于油壓切換值時，助力轉向控制單元即控制電動泵提高轉速，以使電動泵液壓油輸出端的油壓達到高油壓值；3、在油壓處于低油壓值時，液壓油推動打開閥芯二級溢流閥芯，此時主溢流閥的閥芯關閉，當旋轉閥在扭矩傳感器的信號控制下接通油路時，二級溢流閥關閉，助力轉向控制單元根據車速的高低、扭矩的大小控制提高電動泵的轉速；
4、當油壓處于高油壓值時，液壓油推動打開主溢流閥芯，當旋轉閥在扭矩傳感器的信號控制下接通油路時，主溢流閥和二級溢流閥均關閉，助力轉向控制單元根據車速的高低、扭矩的大小控制提高電動泵的轉速。作為優選，當助力轉向控制單元控制電動泵轉速，以使油壓保持高油壓值或低油壓值時，助力轉向控制單元根據油壓傳感器反饋的電動泵液壓油輸出端的即時油壓信號判斷油壓是否達到設定值，如果沒有達到設定值，即調整電動泵轉速，并不斷循環該過程。本發明的帶來的有益效果是，解決了現有技術所存在的能源浪費大，成本高，助力滯后嚴重的技術問題，實現了一種能耗較小，成本較低，助力無滯后的低能耗電子液壓助力轉向系統及其控制方法。
附圖I是本發明的一種結構示意圖；附圖2是本發明的溢流閥的一種結構示意圖。
具體實施例方式下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。實施例如圖1、2所示，本發明是一種低能耗電子液壓助力轉向系統，包括儲油罐I、助力轉向控制單元3、電動泵2、旋轉閥5、轉向軸5、動力油缸8、主溢流閥4，轉向軸5上設有扭矩傳感器6,扭矩傳感器6與旋轉閥5相連,助力轉向控制單兀3的信號輸入端分別與車速感應器7和所述的扭矩傳感器6相連；助力轉向控制單元3的信號輸出端與所述的電動泵2的驅動電路相連，電動泵2液壓油輸出端設有油壓傳感器9，該油壓傳感器9的信號電路與所述的助力轉向控制單元3相連。主溢流閥4的閥芯46上側設有一個主壓力彈簧42，閥芯內設有一個二級溢流孔43，該二級溢流孔43包括一個與閥體的進油端相通的二級溢流閥座45，二級溢流閥座45內設有二級溢流閥芯44，該二級溢流閥芯44的上側設有一個二級壓力彈簧47，二級溢流閥座45、二級溢流閥芯44以及二級壓力彈簧47構成二級溢流閥。二級溢流閥的溢流壓力是所述的主溢流閥的溢流壓力的1/2-2/3。本發明還提供了一種上述低能耗電子液壓助力轉向系統的控制方法，它包括如下過程I、在助力轉向控制單元內設定油壓切換值、高油壓值、低油壓值，該油壓切換值為55-83km/h,高油壓值為8. 6-14. 6MP，低油壓值為4. 3-7. 8 ；2、當助力轉向控制單元獲得車速高于油壓切換值時，助力轉向控制單元即控制電動泵降低轉速，以使電動泵液壓油輸出端的油壓達到低油壓值，當助力轉向控制單元獲得車速低于油壓切換值時，助力轉向控制單元即控制電動泵提高轉速，以使電動泵液壓油輸出端的油壓達到高油壓值；3、在油壓處于低油壓值時，液壓油推動打開閥芯二級溢流閥芯，此時主溢流閥的閥芯關閉，當旋轉閥在扭矩傳感器的信號控制下接通油路時，二級溢流閥關閉，助力轉向控制單元根據車速的高低、扭矩的大小控制提高電動泵的轉速；4、當助力轉向控制單元控制電動泵轉速，以使油壓保持高油壓值或低油壓值時，助力轉向控制單元根據油壓傳感器反饋的電動泵液壓油輸出端的即時油壓信號判斷油壓是否達到設定值，如果沒有達到設定值，即調整電動泵轉速，并不斷循環該過程；5、當油壓處于高油壓值時，液壓油推動打開主溢流閥芯，當旋轉閥在扭矩傳感器的信號控制下接通油路時，主溢流閥和二級溢流閥均關閉，助力轉向控制單元根據車速的高低、扭矩的 大小控制提高電動泵的轉速。
權利要求
1.一種低能耗電子液壓助力轉向系統，包括儲油罐(I)、助力轉向控制單元(3)、電動泵⑵、旋轉閥(5)、轉向軸(10)、動力油缸⑶、主溢流閥(4)，轉向軸(10)上設有扭矩傳感器(6)，扭矩傳感器(6)與旋轉閥(5)相連，其特征是在所述主溢流閥(4)的閥芯(46)上側設有一個主壓力彈簧(42)，閥芯內設有一個二級溢流孔(43)，該二級溢流孔(43)包括一個與閥體的進油端相通的二級溢流閥座(45)，二級溢流閥座(45)內設有二級溢流閥芯(44)，該二級溢流閥芯(44)的上側設有一個二級壓力彈簧(47)，二級溢流閥座(45)、二級溢流閥芯(44)以及二級壓力彈簧(47)構成二級溢流閥。
2.根據權利要求I所述的低能耗電子液壓助力轉向系統，其特征在于所述的二級溢流閥的溢流壓力是所述的主溢流閥的溢流壓力的1/2-2/3。
3.根據權利要求I或2所述的低能耗電子液壓助力轉向系統，其特征在于所述的助力轉向控制單元(3)的信號輸入端分別與車速感應器(7)和所述的扭矩傳感器(6)相連；助力轉向控制單元⑶的信號輸出端與所述的電動泵⑵的驅動電路相連。
4.根據權利要求I或2所述的低能耗電子液壓助力轉向系統，其特征在于所述的電動泵(2)液壓油輸出端設有油壓傳感器(9)，該油壓傳感器的信號電路與所述的助力轉向控制單元相連。
5.根據權利要求3所述的低能耗電子液壓助力轉向系統，其特征在于所述的電動泵液壓油輸出端設有油壓傳感器，該油壓傳感器的信號電路與所述的助力轉向控制單元相連。
6.一種采用權利要求I所述的低能耗電子液壓助力轉向系統的控制方法，其特征在于它包括如下過程 1、在助力轉向控制單元內設定油壓切換值、高油壓值、低油壓值，該油壓切換值為55-83km/h，高油壓值為8. 6-14. 6MP，低油壓值為4. 3-7. 8 ； 2、當助力轉向控制單元獲得車速高于油壓切換值時，助力轉向控制單元即控制電動泵降低轉速，以使電動泵液壓油輸出端的油壓達到低油壓值，當助力轉向控制單元獲得車速低于油壓切換值時，助力轉向控制單元即控制電動泵提高轉速，以使電動泵液壓油輸出端的油壓達到高油壓值； 3、在油壓處于低油壓值時，液壓油推動打開閥芯二級溢流閥芯，此時主溢流閥的閥芯關閉，當旋轉閥在扭矩傳感器的信號控制下接通油路時，二級溢流閥關閉，助力轉向控制單元根據車速的高低、扭矩的大小控制提高電動泵的轉速； 4、當油壓處于高油壓值時，液壓油推動打開主溢流閥芯，當旋轉閥在扭矩傳感器的信號控制下接通油路時，主溢流閥和二級溢流閥均關閉，助力轉向控制單元根據車速的高低、扭矩的大小控制提高電動泵的轉速。
7.根據權利要求6所述的低能耗電子液壓助力轉向系統的控制方法，其特征在于當助力轉向控制單元控制電動泵轉速，以使油壓保持高油壓值或低油壓值時，助力轉向控制單元根據油壓傳感器反饋的電動泵液壓油輸出端的即時油壓信號判斷油壓是否達到設定值，如果沒有達到設定值，即調整電動泵轉速，并不斷循環該過程。
全文摘要
本發明涉及一種低能耗電子液壓助力轉向系統，主溢流閥的閥芯上側設有一個主壓力彈簧，閥芯內設有一個二級溢流孔，該二級溢流孔包括一個與閥體的進油端相通的二級溢流閥座，二級溢流閥座內設有二級溢流閥芯，該二級溢流閥芯的上側設有一個二級壓力彈簧，二級溢流閥座、二級溢流閥芯以及二級壓力彈簧構成二級溢流閥。本發明利用了一種成本較低的方式，既起到了節能的目的，也不會出現助力滯后的問題。
文檔編號B62D5/06GK102616273SQ20121006978
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月3日 優先權日2012年3月3日
發明者孫祖明, 李強, 陳偉 申請人:浙江萬達汽車方向機有限公司