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CN113212543A - 一种变传动比循环球式电液转向系统及其控制方法 - Google Patents

一种变传动比循环球式电液转向系统及其控制方法 Download PDF

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CN113212543A
CN113212543A CN202110652247.1A CN202110652247A CN113212543A CN 113212543 A CN113212543 A CN 113212543A CN 202110652247 A CN202110652247 A CN 202110652247A CN 113212543 A CN113212543 A CN 113212543A
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徐坤豪
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Abstract

本发明公开了一种变传动比循环球式电液转向系统及其控制方法，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块以及主控制器模块；本发明的电液转向系统能够根据不同工况的传动比信号选择不同的电机助力模式，通过液压助力电机和电动助力电机协调控制转向，实现转向助力大小随谐波转角的传动比信号可调，融合了电动响应快和液压助力大、变传动比稳定性好的三重优势，提高了响应速度，加强了抗干扰能力，并在一定程度上降低了整体能耗。

Description

一种变传动比循环球式电液转向系统及其控制方法
技术领域
本发明属于汽车转向系统技术领域，具体涉及一种变传动比循环球式电液转向系统及其控制方法。
背景技术
随着车辆控制技术的发展以及人们对驾驶安全性和舒适性要求越来越高；液压助力转向系统由于存在不能实现主动控制、转向助力特性不可调等问题，已经不能满足新的要求。电动助力转向系统虽然能够解决上述问题，但是在中重型商用车的应用上存在着助力不足的缺陷，而且目前提出的电控液压转向系统仍存在能耗较大，响应速度慢，路感较差等缺点。因此，复合式的电控液压助力转向系统的研究有着重要的意义。
现有的商用车电控液压助力转向系统的传动比是固定的，不能根据车辆运行工况对操纵稳定性的要求实现主动修正控制，在低速转向时，驾驶员的转向力度大，转向手感和舒适性差；在高速转向时，驾驶员的操作反应时间短，商用车辆的质量惯性大，因此安全性和稳定性较低。现有技术中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，新型的适应商用车的变传动比机构需要被研究。
发明内容
针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种变传动比循环球式电液转向系统及其控制方法，以解决现有商用车转向系统传动比固定、液压助力转向系统传动效率较低、路感较差且响应速度慢的问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明的一种变传动比循环球式电液转向系统，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块、机械传动模块、电机助力模块以及主控制器模块；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；
所述转向盘与第一转向管柱固定连接；
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主控制器模块；
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主控制器模块；
所述变传动比模块包括：转角电机、转角电机转角控制器、转角电机转角传感器、谐波齿轮机构、锁止机构；
所述转角电机转角传感器和转角电机固定连接，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；所述转角电机转角控制器输入端连接主控制器模块，输出端连接转角电机，用于通过对当前时刻的前轮转角进行换算，得出转角电机需要输出的实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，得到实时的转角电机控制信号，对转角电机进行控制；
所述谐波齿轮机构包括：波发生器、柔轮和刚轮；所述柔轮为外齿轮，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谐波齿轮机构的柔轮通过花键无间隙连接，带动柔轮转动；波发生器由回转部件和柔性轴承组成；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，柔轮变成椭圆形齿轮随回转部件旋转的相反方向转动；位于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的一端通过花键无间隙连接；第二转向管柱的另一端与循环球式液压助力转向器相连；
所述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)；第二转向管柱通过螺杆与螺母传动副与循环球式液压助力转向器相连；
所述液压助力模块包括：液压泵、液压泵驱动电机、液压泵驱动电机控制器、第一减速机构、油箱、伺服比例电磁阀、油管、第一压力传感器及第二压力传感器；所述液压泵驱动电机控制器输入端连接主控制器模块，输出端连接液压泵驱动电机，用于接收主控制器模块发出的液压泵驱动电机控制信号控制液压泵驱动电机；所述液压泵驱动电机通过第一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助力转向器，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，发送实际液压助力信号；
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和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转向梯形臂相连，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、电动助力电机控制器及第二减速机构；电动助力电机控制器输入端连接主控制器模块，输出端连接电动助力电机；电动助力电机通过第二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；
所述主控制器模块包括：信号处理单元、车辆其它状态单元、理想传动比控制器、转角电机转角计算器、稳定性控制器、助力决策单元、诊断单元、故障报警单元、电机驱动单元；
信号处理单元与上述各传感器电气连接，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C、实际液压助力信号D、第二转向管柱转矩信号；同时信号处理单元与上述车辆其它状态单元电气连接，获取车辆的其它状态信号；
车辆其它状态单元用于采集当前车辆状态的车速信号I、横摆角速度信号J、质心侧偏角信号K、侧向加速度信号L；
理想传动比控制器用于根据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；将传动比信号与转向盘转角信号一同输入转角电机转角计算器，以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；
稳定性控制器用于根据信号处理单元获得的车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号，通过H2/H∞鲁棒控制方法得到车辆稳定性控制信号；再将获得的车辆稳定性控制信号与上述所得的转角电机理想转角信号、转角电机转角信号一同输入到转角电机转角控制器中，通过对前轮转角进行换算，得出转角电机实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号；
主控制器模块输出端分别与转角电机、电动助力电机、伺服比例电磁阀、液压泵驱动电机电气连接，输出转角电机控制信号F，控制转角电机输出转角；输出液压泵驱动电机控制信号G，控制液压泵驱动电机的转矩；输出伺服比例电磁阀控制信号H，控制伺服比例电磁阀的开度；输出电动助力电机控制信号M，控制电动助力电机输出转矩；
诊断单元检测在车辆行驶过程中电液转向系统是否正常工作，并根据主控制器模块接收的传动比信号与给定的传动比阈值进行比较，判断各电机的工作模式；
助力决策单元通过车载通讯线路接收信号处理单元和诊断单元的输入信号，并根据助力分配策略，经计算后通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；在转向系统的转向盘回正过程中，助力决策单元根据转角电机控制信号以及转向盘转矩信号和传动比信号补偿因变传动比以及稳定性控制后转角电机产生的附加转角带来的路感变化，经计算后通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；
所述电机驱动单元根据助力决策控制单元的输出指令，选择不同的工作模式，分别输出转角电机控制信号、电动助力电机控制信号和液压泵驱动电机控制信号；
所述故障报警单元用于提醒驾驶员故障信息。
进一步地，所述回转部件外形轮廓为曲线型轮廓。
进一步地，所述转角电机采用直流无刷电动机，封装在变传动比模块壳体内，由永磁铁、线圈和转子轴组成，转子轴与波发生器相连接，将转角电机的转矩传输到谐波齿轮机构；锁止机构由固定在转角电机上的锁架、安装在壳体上的锁杆及使锁杆发生作用的电磁阀组成。
进一步地，所述助力分配策略是根据获得的转向盘转矩、前轮转角及传动比信号，求出转向系统总需求助力转矩；其中当主控制器模块接收的传动比信号i≤i0时，液压助力模块和电动助力模块同时工作，其中液压助力模块提供的助力和电动助力电机提供的助力为3:2。
所述谐波齿轮机构是一种依靠弹性变形运动来达到传动目的的传动装置，第一转向管柱作为输入端带动谐波齿轮机构的柔轮转动，当转角电机驱动时，转角电机的转子带动波发生器转动，波发生器转动过程中通过柔性轴承带动柔轮变形，实现转角的叠加，使柔轮在波发生器长轴方向与刚轮啮合，短轴方向脱开，随着波发生器转动，柔轮、刚轮的啮合区域不断变化，波发生器旋转一圈，柔轮与刚轮存在几个齿差，柔轮相对刚轮就会产生几个齿的位移运动，从而产生变传动比，继而谐波齿轮的刚轮带动第二转向管柱，输出叠加后的转角，实现辅助转角的输入。
本发明的电液转向系统中，通过理想传动比控制器计算出当前的传动比信号，控制变传动比模块实现主动转向，根据当前工况下的传动比信号选择不同的电机助力模式；并通过转向盘转角和转矩计算转向所需要的助力和回正时的补偿力矩，根据所述助力控制所述电动助力电机的输出转矩、液压泵驱动电机的转矩以及伺服比例电磁阀的开度，以控制所述电机助力模块传递给所述循环球式液压助力转向器的力矩以及所述液压助力模块中液压油流入所述循环球式液压助力转向器的流量；所述循环球式液压助力转向器，用于根据电机助力模块传输的力矩和流入液压油流量形成转向助力以及路感补偿，进而带动车辆车轮转动。
本发明的一种变传动比循环球式电液转向系统的控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：
1)根据车辆驾驶情况，输入转向盘转角，通过信号处理单元实时接收转向盘转角信号、转向盘转矩信号、车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号、转角电机转角信号、第二转向管柱转矩信号；
2)进行变传动比控制：将获得的车速信号、转向盘转角信号输入到理想传动比控制器，根据预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号，将传动比信号与转向盘转角信号一同输入转角电机转角计算器，得到转角电机理想转角信号；
3)进行稳定性控制：将获得的车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号输入车辆稳定性控制器，利用H2/H∞鲁棒控制方法得到车辆稳定性控制信号；然后将获得的车辆稳定性控制信号与上述所得的转角电机理想转角信号、转角电机转角信号一同输入到转角电机转角控制器中，通过对前轮转角进行换算，得出转角电机实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号；
根据获得的实时的转角电机控制信号控制转角电机转角大小，驱动谐波齿轮机构运动，同时与转向盘输入到柔轮的转角叠加，完成转向系统变传动比控制及稳定性控制，实现车辆车主动转向；
4)进行液压泵驱动电机的控制：当诊断单元判断需要进行液压助力时，根据助力分配策略得到目标液压助力信号；第一压力传感器和第二压力传感器采集助力油缸左右两侧油液压力，产生的实际液压助力信号作为反馈，将目标液压助力和实际液压助力信号的差值传递给主控制器模块，通过H2/H∞鲁棒控制方法形成闭环；进而通过主控制器模块控制伺服比例电磁阀的开度和液压泵驱动电机的转矩，从而产生液压助力来实现车辆转向；
5)进行电动助力电机控制：当诊断单元判断需要进行电动助力时，根据助力分配策略得到目标电动助力信号，然后将第二转向管柱转矩传感器产生的实际转矩信号作为反馈，电动助力电机控制器根据目标转矩和实际转矩信号通过PID进行闭环控制，得到电动助力电机的控制信号；
6)在车辆行驶过程中，诊断单元检测电液转向系统是否正常工作并根据当前时刻的传动比信号判断电机的工作模式，电机驱动单元根据助力决策单元的输出指令，选择电机不同的工作模式以及路感补偿模式，同时根据助力分配策略分别输出电动助力电机控制信号、液压助力电机控制信号，实现助力的分配。
进一步地，所述助力分配策略具体为：根据获得的转向盘转矩、前轮转角及传动比信号，求出转向系统总需求助力转矩，由以下公式(1)、(2)决定；其中当主控制器模块接收的传动比信号i≤i0时，液压助力模块和电动助力模块同时工作，其中液压助力模块提供的助力和电动助力电机提供的助力为3:2；
Figure BDA0003112053850000051
Figure BDA0003112053850000052
Tz＝Te+Th (3)
式中，Tz和Tzmax分别为总需求助力转矩和最大总需求助力转矩；Td0，Td和Tdmax分别为开始助力时的转向盘转矩，转向盘转矩和最大助力时的转向盘转矩；Ki(i)为传动比感应系数；α为助力分配比例系数，具体为0.8～0.95；TR为转向阻力矩，δf为前轮转角，G为第一减速机构减速比，i0＝11.5,Te为液压助力模块提供的助力，Th为电动助力电机提供的助力。
进一步地，所述步骤6)电机驱动单元的工作模式的选择具体包括以下步骤：
61)当转角电机正常工作时，进行变传动比控制，通过驱动谐波齿轮机构提供附加转角，与转向盘转角输入进行线性叠加，输出到第二转向管柱，实现变传动比控制和稳定性控制；
62)当车辆开始起步，转向系统传动比小，变传动比驱动模块输出的传动比i小于/等于传动比i0，电动助力电机开始工作，液压助力模块再开始工作，伺服比例电磁阀打开，液压泵驱动电机工作，且进行助力转矩分配，由液压助力模块为系统提供大部分助力；
其中，当传动比i小于/等于传动比i2且小于i0时，产生的前轮转角大，由液压泵的驱动电机进行路感的补偿；当传动比变大，传动比i大于i2且小于/等于i0时，由电动助力电机进行路感的补偿；
63)当车速升高，转向系统的传动比增大，系统变传动比驱动模块输出的传动比i时大于传动比i0，小于等于传动比i1时，电动助力电机停止提供助力，此时仅液压助力模块工作为系统提供转向助力；电动助力电机仅在转向盘回正时进行工作，进行路感的补偿；
64)当变传动比驱动模块输出的传动比i大于传动比i1时，液压助力模块停止工作，仅电动助力电机提供转向助力，同时电动助力电机进行路感的补偿；
65)当转角电机发生故障时，主控制器模块切断变传动比模块内锁止电磁阀的供电，锁止转角电机，以恒定转向传动比运行，此时电动助力电机和液压泵驱动电机同时工作提供助力，同时触发故障报警单元，提醒驾驶员故障信息；
66)当液压助力模块或电机助力模块出现故障时，由二者中的另一个代替提供助力转向，同时触发故障报警单元，提醒驾驶员故障信息；
其中，i2＝4.3，i0＝11.5，i1＝20.8。
进一步地，所述步骤6)中的路感补偿具体如下：将步骤3)中的转角电机控制信号以及转向盘转矩信号和传动比信号输入到助力决策单元中，补偿因变传动比以及稳定性控制后转角电机产生的附加转角带来的路感变化，液压泵驱动电机或电动助力电机通过减小提供的助力，或通过提供反向助力，达到路感补偿的目的。
进一步地，在转角电机未通电或者发生故障时，谐波齿轮机构锁止，转向系统传动比保持恒定；当转角电机驱动波发生器时，带动柔轮旋转，当椭圆转子与柔轮同向旋转时，柔轮的齿数比外环刚轮的齿数少，减小转向系统传动比；当椭圆转子与柔轮反向旋转时，刚轮的转动角度小于柔轮，增大转向系统传动比，实现可控的变传动比控制。
本发明的有益效果：
1、本发明通过转角电机驱动谐波齿轮机构，传动间隙小，传动比范围大，承载能力强，传动平稳、精度高，成本低；不仅能够实现大载重商用车助力转向系统的变传动比功能，增强了汽车的主动安全性，而且兼顾汽车低速行驶时转向的灵敏性和高速行驶时转向的稳定性两方面的要求，同时满足商用车大传动比大转矩的特点；
2、本发明的电液转向系统，能够通过液压助力电机和电动助力电机协调控制转向，实现转向助力大小随谐波转角的传动比信号可调，融合了电动响应快和液压助力大、变传动比稳定性好的三重优势，提高了响应速度，加强了抗干扰能力，并降低了整体能耗；
3、本发明通过对路感实时进行补偿，可以根据工况，采用液压系统阻尼进行路感补偿或者电动助力系统进行路感补偿，具有多种路感补偿模式，提升了电液复合转向系统的全局路感舒适度。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为变传动比模块的内部细节图；
图3为本发明电机驱动单元工作模式切换流程图；
图4为本发明提供的电液转向系统控制方法原理图；
图5为本发明助力分配策略控制流程图；
图中，1-转向盘，2-第一转向管柱，3-转向盘转角传感器，4-转向盘转矩传感器，5-变传动比液压助力模块，6-变传动比模块，7-转角电机，8-谐波齿轮，9-第二转向管柱转矩传感器，10-第二转向管柱，11-螺杆与螺母传动副，12-齿条与齿扇传动副，13-循环球式液压助力转向器，14-转向摇臂，15-左转向车轮，16-左转向节，17-左转向节臂，18-左转向梯形臂，19-转向直拉杆，20-电动助力电机，21-第二减速机构，22-液压助力模块，23-伺服比例电磁阀，24-转向横拉杆，25-右转向梯形臂，26-右转向节臂，27-右转向节，28-右转向车轮，29-油箱，30-液压泵驱动电机，31-液压泵，32-车辆其它状态单元，33-主控制器模块，34-第一压力传感器，35-第二压力传感器，36-第一减速机构，61-转角电机转角传感器，62-波发生器(椭圆转子)，63-柔轮，64-刚轮，65-花键；
A-转向盘转角信号，B-转向盘转矩信号，C-转角电机转角信号，D-实际液压助力信号，F-转角电机控制信号，G-液压泵驱动电机控制信号，H-伺服比例电磁阀控制信号，M-电动助力电机控制信号，I-车速信号，J-横摆角速度信号，K-质心侧偏角信号，L-侧向加速度信号。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
参照图1、图2所示，本发明的一种变传动比循环球式电液转向系统，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块5、机械传动模块、电机助力模块以及主控制器模块33；其中，
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；
所述转向盘1与第一转向管柱2固定连接；
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主控制器模块33；
所述变传动比液压助力模块5包括：变传动比模块6、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主控制器模块33；
所述变传动比模块6包括：转角电机7、转角电机转角控制器、转角电机转角传感器61、谐波齿轮机构8、锁止机构；
所述转角电机转角传感器61和转角电机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上，用于在转角电机7不工作或故障时锁止转角电机；所述转角电机转角控制器输入端连接主控制器模块，输出端连接转角电机，用于通过对当前时刻的前轮转角进行换算，得出转角电机需要输出的实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号，对转角电机进行控制；
所述谐波齿轮机构8包括：波发生器62、柔轮63和刚轮64；所述柔轮为外齿轮，刚轮为内齿轮，刚轮64和柔轮63之间存在齿差；第一转向管柱2作为输入端与谐波齿轮机构的柔轮63通过花键65无间隙连接，带动柔轮63转动；波发生器62由回转部件和柔性轴承组成，所述回转部件外形轮廓为曲线型轮廓；波发生器62设置于柔轮的内环中，其外侧面通过柔性轴承带动柔轮63发生弹性形变，柔轮63变成椭圆形齿轮随回转部件旋转的相反方向转动；位于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10的一端通过花键无间隙连接；第二转向管柱10的另一端与循环球式液压助力转向器13相连；
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；所述循环球式液压助力转向器13具有进油口、出油口、常流式转阀、助力油缸；所述常流式转阀由阀体和阀芯组成，阀体具有中间油环槽和上、下油环槽；助力油缸包括左转向动力腔、右转向动力腔以及活塞推杆；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；助力油缸通过活塞推杆与转向摇臂14的中部固连；工作油液从循环球式液压助力转向器壳体的进油口流入常流式转阀的阀体的中间油环槽中，经过其槽底的通孔进入阀体和阀芯之间，再流向阀体外圆的上、下油环槽，然后通过循环球式液压助力转向器壳体的油道流到助力油缸的左转向动力腔和右转向动力腔；同时，流入阀体内的油液从出油口经油管回到油箱中去，形成常流式油液循环；
第二转向管柱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；助力油缸通过活塞推杆与机械传动模块的转向摇臂的中部固连；工作油液从循环球式液压助力转向器壳体的进油口流到常流式转阀的中间油环槽中，进入阀体和阀芯之间，再流向阀体的外圆上下油环槽，通过壳体流到助力油缸的左转向动力腔和右转向动力腔；
所述液压助力模块22包括：液压泵31、液压泵驱动电机30、液压泵驱动电机控制器、第一减速机构36、油箱29、伺服比例电磁阀23、油管、第一压力传感器34及第二压力传感器35；所述液压泵驱动电机控制器输入端连接主控制器模块33，输出端连接液压泵驱动电机30，用于接收主控制器模块33发出的液压泵驱动电机控制信号控制液压泵驱动电机；所述液压泵驱动电机30通过第一减速机构36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泵入循环球式液压助力转向器13，在助力油缸中形成油压差，活塞推杆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，发送实际液压助力信号；
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的另一端与右转向梯形臂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、电动助力电机控制器及第二减速机构21；电动助力电机控制器输入端连接主控制器模块33，输出端连接电动助力电机20；电动助力电机20通过第二减速机构21将电动助力传递到第二转向管柱，为转向系统提供助力；
所述主控制器模块33包括：信号处理单元、车辆其它状态单元32、理想传动比控制器、转角电机转角计算器、稳定性控制器、助力决策单元、诊断单元、故障报警单元、电机驱动单元；
信号处理单元与上述各传感器电气连接，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C、实际液压助力信号D、第二转向管柱转矩信号；同时信号处理单元与上述车辆其它状态单元电气连接，获取车辆的其它状态信号；
车辆其它状态单元用于采集当前车辆状态的车速信号I、横摆角速度信号J、质心侧偏角信号K、侧向加速度信号L；
理想传动比控制器用于根据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；将传动比信号与转向盘转角信号一同输入转角电机转角计算器，以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；
稳定性控制器用于根据信号处理单元获得的车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号，通过H2/H∞鲁棒控制方法得到车辆稳定性控制信号；再将获得的车辆稳定性控制信号与上述所得的转角电机理想转角信号、转角电机转角信号一同输入到转角电机转角控制器中，通过对前轮转角进行换算，得出转角电机实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号；
主控制器模块输出端与转角电机7、电动助力电机20、伺服比例电磁阀23、液压泵驱动电机30电气连接，输出转角电机控制信号F，控制转角电机输出转角，输出液压泵驱动电机控制信号G，控制液压泵驱动电机的转矩，输出伺服比例电磁阀控制信号H，控制伺服比例电磁阀的开度，输出电动助力电机控制信号M，控制电动助力电机输出转矩；
诊断单元检测在车辆行驶过程中系统是否正常工作，并根据主控制器模块接收的传动比信号与给定的传动比阈值进行比较，判断各电机的工作模式；
助力决策单元通过车载通讯线路接收信号处理单元和诊断单元的输入信号，并根据助力分配策略，经计算后通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；在转向系统的转向盘回正过程中，助力决策单元根据转角电机控制信号以及转向盘转矩信号和传动比信号补偿因变传动比以及稳定性控制后转角电机产生的附加转角带来的路感变化，经计算后通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；
所述助力分配策略是根据获得的转向盘转矩、前轮转角及传动比信号，求出转向系统总需求助力转矩；其中当主控制器模块接收的传动比信号i≤i0时，液压助力模块和电动助力模块同时工作，其中液压助力模块提供的助力和电动助力电机提供的助力为3:2；
所述电机驱动单元根据助力决策控制单元的输出指令，选择不同的工作模式，分别输出转角电机控制信号、电动助力电机控制信号和液压泵驱动电机控制信号；
所述故障报警单元用于提醒驾驶员故障信息。
其中，所述转角电机采用直流无刷电动机，封装在变传动比模块壳体内，由永磁铁、线圈和转子轴组成，转子轴与波发生器相连接，将转角电机的转矩传输到谐波齿轮机构；锁止机构由固定在转角电机上的锁架、安装在壳体上的锁杆及使锁杆发生作用的电磁阀组成。
所述谐波齿轮机构是一种依靠弹性变形运动来达到传动目的的传动装置，第一转向管柱作为输入端带动谐波齿轮机构的柔轮转动，当转角电机驱动时，转角电机的转子带动波发生器转动，波发生器转动过程中通过柔性轴承带动柔轮变形，实现转角的叠加，使柔轮在波发生器长轴方向与刚轮啮合，短轴方向脱开，随着波发生器转动，柔轮、刚轮的啮合区域不断变化，波发生器旋转一圈，柔轮与刚轮存在几个齿差，柔轮相对刚轮就会产生几个齿的位移运动，从而产生变传动比，继而谐波齿轮的刚轮带动第二转向管柱，输出叠加后的转角，实现辅助转角的输入。
本发明的电液转向系统中，通过理想传动比控制器计算出当前的传动比信号，控制变传动比模块实现主动转向；并通过转向盘转角和转矩计算转向所需要的助力和回正时的补偿力矩，根据所述助力控制所述电动助力电机的输出转矩、液压泵驱动电机的转矩以及伺服比例电磁阀的开度，以控制所述电机助力模块传递给所述循环球式液压助力转向器的力矩以及所述液压助力模块中液压油流入所述循环球式液压助力转向器的流量；所述循环球式液压助力转向器，用于根据电机助力模块传输的力矩和流入液压油流量形成转向助力以及路感补偿，进而带动车辆车轮转动。
参照图4，图5所示，本发明的一种变传动比循环球式电液转向系统的控制方法，基于上述系统，包括步骤如下：
1)根据车辆驾驶情况，输入转向盘转角，通过信号处理单元实时接收转向盘转角信号、转向盘转矩信号、车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号、转角电机转角信号、第二转向管柱转矩信号；
2)进行变传动比控制：将获得的车速信号、转向盘转角信号输入到理想传动比控制器，根据预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号，将传动比信号与转向盘转角信号一同输入转角电机转角计算器，得到转角电机理想转角信号；
3)进行稳定性控制：将获得的车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号输入车辆稳定性控制器，利用H2/H∞鲁棒控制方法得到车辆稳定性控制信号；然后将获得的车辆稳定性控制信号与上述所得的转角电机理想转角信号、转角电机转角信号一同输入到转角电机转角控制器中，通过对前轮转角进行换算，得出转角电机实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号；
根据获得的实时的转角电机控制信号控制转角电机转角大小，驱动谐波齿轮机构运动，同时与转向盘输入到柔轮的转角叠加，完成转向系统变传动比控制及稳定性控制，实现车辆车主动转向；
4)进行液压泵驱动电机的控制：当诊断单元判断需要进行液压助力时，根据助力分配策略得到目标液压助力信号；第一压力传感器和第二压力传感器采集助力油缸左右两侧油液压力，产生的实际液压助力信号作为反馈，将目标液压助力和实际液压助力信号的差值传递给主控制器模块，通过H2/H∞鲁棒控制方法形成闭环；进而通过主控制器模块控制伺服比例电磁阀的开度和液压泵驱动电机的转矩，从而产生液压助力来实现车辆转向；
5)进行电动助力电机控制：当诊断单元判断需要进行电动助力时，根据助力分配策略得到目标电动助力信号，然后将第二转向管柱转矩传感器产生的实际转矩信号作为反馈，电动助力电机控制器根据目标转矩和实际转矩信号通过PID进行闭环控制，得到电动助力电机的控制信号；
6)在车辆行驶过程中，诊断单元检测电液转向系统是否正常工作并根据当前时刻的传动比信号判断电机的工作模式，电机驱动单元根据助力决策单元的输出指令，选择电机不同的工作模式以及路感补偿模式，同时根据助力分配策略分别输出电动助力电机控制信号、液压助力电机控制信号，实现助力的分配；
所述助力分配策略具体为：根据获得的转向盘转矩、前轮转角及传动比信号，求出转向系统总需求助力转矩，由以下公式(1)、(2)决定；其中当主控制器模块接收的传动比信号i≤i0时，液压助力模块和电动助力模块同时工作，其中液压助力模块提供的助力和电动助力电机提供的助力为3:2；
Figure BDA0003112053850000121
Figure BDA0003112053850000122
Tz＝Te+Th (3)
式中，Tz和Tzmax分别为总需求助力转矩和最大总需求助力转矩；Td0，Td和Tdmax分别为开始助力时的转向盘转矩，转向盘转矩和最大助力时的转向盘转矩；Ki(i)为传动比感应系数；α为助力分配比例系数，具体为0.8～0.95；TR为转向阻力矩，δf为前轮转角，G为第一减速机构减速比，i0＝11.5,Te为液压助力模块提供的助力，Th为电动助力电机提供的助力。
参照图3所示，所述步骤6)电机驱动单元的工作模式的选择具体包括以下步骤：
61)当转角电机正常工作时，进行变传动比控制，通过驱动谐波齿轮机构提供附加转角，与转向盘转角输入进行线性叠加，输出到第二转向管柱，实现变传动比控制和稳定性控制；
62)当车辆开始起步，转向系统传动比小，变传动比驱动模块输出的传动比i小于/等于传动比i0，电动助力电机开始工作，液压助力模块再开始工作，伺服比例电磁阀打开，液压泵驱动电机工作，且进行助力转矩分配，由液压助力模块为系统提供大部分助力；
当传动比i小于/等于传动比i2且小于i0时，产生的前轮转角大，由液压泵的驱动电机进行路感的补偿；当传动比变大，传动比i大于i2且小于/等于i0时，由电动助力电机进行路感的补偿；
63)当车速升高，转向系统的传动比增大，系统变传动比驱动模块输出的传动比i时大于传动比i0，小于等于传动比i1时，电动助力电机停止提供助力，此时仅液压助力模块工作为系统提供转向助力；电动助力电机仅在转向盘回正时进行工作，进行路感的补偿；
64)当变传动比驱动模块输出的传动比i大于传动比i1时，液压助力模块停止工作，仅电动助力电机提供转向助力，同时电动助力电机进行路感的补偿；
65)当转角电机发生故障时，主控制器模块切断变传动比模块内锁止电磁阀的供电，锁止转角电机，以恒定转向传动比运行，此时电动助力电机和液压泵驱动电机同时工作提供助力，同时触发故障报警单元，提醒驾驶员故障信息；
66)当液压助力模块或电机助力模块出现故障时，由二者中的另一个代替提供助力转向，同时触发故障报警单元，提醒驾驶员故障信息；
其中，i2＝4.3，i0＝11.5，i1＝20.8。
所述步骤6)中的路感补偿具体如下：将步骤3)中的转角电机控制信号以及转向盘转矩信号和传动比信号输入到助力决策单元中，补偿因变传动比以及稳定性控制后转角电机产生的附加转角带来的路感变化，液压泵驱动电机或电动助力电机通过减小提供的助力，或通过提供反向助力，达到路感补偿的目的。
在转角电机未通电或者发生故障时，谐波齿轮机构锁止，转向系统传动比保持恒定；当转角电机驱动波发生器时，带动柔轮旋转，当椭圆转子与柔轮同向旋转时，柔轮的齿数比外环刚轮的齿数少，减小转向系统传动比；当椭圆转子与柔轮反向旋转时，刚轮的转动角度小于柔轮，增大转向系统传动比，实现可控的变传动比控制。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种变传动比循环球式电液转向系统，其特征在于，包括：转向盘模块、变传动比液压助力模块(5)、机械传动模块、电机助力模块以及主控制器模块(33)；
所述转向盘模块包括：转向盘(5)、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)；
所述转向盘(1)与第一转向管柱(2)固定连接；
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主控制器模块(33)；
所述变传动比液压助力模块(5)包括：变传动比模块(6)、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(10)的转矩信号，并将采集到的信号发送给主控制器模块(33)；
所述变传动比模块(6)包括：转角电机(7)、转角电机转角控制器、转角电机转角传感器(61)、谐波齿轮机构(8)、锁止机构；
所述转角电机转角传感器(61)和转角电机(7)固定连接，用于采集转角电机(7)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；所述转角电机转角控制器输入端连接主控制器模块(33)，输出端连接转角电机，用于通过对当前时刻的前轮转角进行换算，得出转角电机需要输出的实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，得到实时的转角电机控制信号，对转角电机进行控制；
所述谐波齿轮机构(8)包括：波发生器(62)、柔轮(63)和刚轮(64)；所述柔轮(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，带动柔轮(63)转动；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发生弹性形变，柔轮(63)变成椭圆形齿轮随回转部件旋转的相反方向转动；位于波发生器(62)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(10)的一端通过花键无间隙连接；第二转向管柱(10)的另一端与循环球式液压助力转向器(13)相连；
所述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；
所述液压助力模块(22)包括：液压泵(31)、液压泵驱动电机(30)、液压泵驱动电机控制器、第一减速机构(36)、油箱(29)、伺服比例电磁阀(23)、油管、第一压力传感器(34)及第二压力传感器(35)；所述液压泵驱动电机控制器输入端连接主控制器模块(33)，输出端连接液压泵驱动电机(30)，用于接收主控制器模块(33)发出的液压泵驱动电机控制信号控制液压泵驱动电机(30)；所述液压泵驱动电机(30)通过第一减速机构(36)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泵入循环球式液压助力转向器(13)，在循环球式液压助力转向器(13)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，发送实际液压助力信号；
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(13)的输出端通过齿条与齿扇传动副(12)和转向摇臂(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)的另一端与右转向梯形臂(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)、电动助力电机控制器及第二减速机构(21)；电动助力电机控制器输入端连接主控制器模块(33)，输出端连接电动助力电机(20)；电动助力电机(20)通过第二减速机构(21)将电动助力传递到第二转向管柱(10)，为转向系统提供助力；
所述主控制器模块(33)包括：信号处理单元、车辆其它状态单元(32)、理想传动比控制器、转角电机转角计算器、稳定性控制器、助力决策单元、诊断单元、故障报警单元、电机驱动单元；
信号处理单元与上述各传感器电气连接，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C、实际液压助力信号D、第二转向管柱转矩信号；同时信号处理单元与上述车辆其它状态单元电气连接，获取车辆的其它状态信号；
车辆其它状态单元用于采集当前车辆状态的车速信号I、横摆角速度信号J、质心侧偏角信号K、侧向加速度信号L；
理想传动比控制器用于根据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；将传动比信号与转向盘转角信号一同输入转角电机转角计算器，以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；
稳定性控制器用于根据信号处理单元获得的车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号，通过H2/H∞鲁棒控制方法得到车辆稳定性控制信号；再将获得的车辆稳定性控制信号与上述所得的转角电机理想转角信号、转角电机转角信号一同输入到转角电机转角控制器中，通过对前轮转角进行换算，得出转角电机实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号；
主控制器模块输出端分别与转角电机(7)、电动助力电机(20)、伺服比例电磁阀(23)、液压泵驱动电机(30)电气连接，输出转角电机控制信号F，控制转角电机输出转角；输出液压泵驱动电机控制信号G，控制液压泵驱动电机的转矩；输出伺服比例电磁阀控制信号H，控制伺服比例电磁阀的开度；输出电动助力电机控制信号M，控制电动助力电机输出转矩；
诊断单元检测在车辆行驶过程中电液转向系统是否正常工作，并根据主控制器模块接收的传动比信号与给定的传动比阈值进行比较，判断各电机的工作模式；
助力决策单元通过车载通讯线路接收信号处理单元和诊断单元的输入信号，并根据助力分配策略，经计算后通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；在转向系统的转向盘回正过程中，助力决策单元根据转角电机控制信号以及转向盘转矩信号和传动比信号补偿因变传动比以及稳定性控制后转角电机产生的附加转角带来的路感变化，经计算后通过车载通讯线路向电机驱动单元输出指令；
所述电机驱动单元根据助力决策控制单元的输出指令，选择不同的工作模式，分别输出转角电机控制信号、电动助力电机控制信号和液压泵驱动电机控制信号；
所述故障报警单元用于提醒驾驶员故障信息。
2.根据权利要求1所述的变传动比循环球式电液转向系统，其特征在于，所述回转部件外形轮廓为曲线型轮廓。
3.根据权利要求1所述的变传动比循环球式电液转向系统，其特征在于，所述转角电机采用直流无刷电动机，封装在变传动比模块壳体内，由永磁铁、线圈和转子轴组成，转子轴与波发生器相连接，将转角电机的转矩传输到谐波齿轮机构；锁止机构由固定在转角电机上的锁架、安装在壳体上的锁杆及使锁杆发生作用的电磁阀组成。
4.根据权利要求1所述的变传动比循环球式电液转向系统，其特征在于，所述助力分配策略是根据获得的转向盘转矩、前轮转角及传动比信号，求出转向系统总需求助力转矩；其中当主控制器模块接收的传动比信号i≤i0时，液压助力模块和电动助力模块同时工作，其中液压助力模块提供的助力和电动助力电机提供的助力为3:2。
5.一种变传动比循环球式电液转向系统的控制方法，基于权利要求1-4中任意一项所述的系统，其特征在于，包括步骤如下：
1)根据车辆驾驶情况，输入转向盘转角，通过信号处理单元实时接收转向盘转角信号、转向盘转矩信号、车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号、转角电机转角信号、第二转向管柱转矩信号；
2)进行变传动比控制：将获得的车速信号、转向盘转角信号输入到理想传动比控制器，根据预先设定的车速-转向盘转角-理想传动比map图确定传动比信号，并计算当前时刻期望的前轮转角信号，将传动比信号与转向盘转角信号一同输入转角电机转角计算器，得到转角电机理想转角信号；
3)进行稳定性控制：将获得的车速信号、横摆角速度信号、侧向加速度信号、质心侧偏角信号输入车辆稳定性控制器，利用H2/H∞鲁棒控制方法得到车辆稳定性控制信号；将获得的车辆稳定性控制信号与上述所得的转角电机理想转角信号、转角电机转角信号一同输入到转角电机转角控制器中，通过对前轮转角进行换算，得出转角电机实际转角，将转角电机理想转角与转角电机实际转角作差，经过PID整定得到实时的转角电机控制信号；
根据获得的实时的转角电机控制信号控制转角电机转角大小，驱动谐波齿轮机构运动，同时与转向盘输入到柔轮的转角叠加，完成转向系统变传动比控制及稳定性控制，实现车辆车主动转向；
4)进行液压泵驱动电机的控制：当诊断单元判断需要进行液压助力时，根据助力分配策略得到目标液压助力信号；第一压力传感器和第二压力传感器采集助力油缸左右两侧油液压力，产生的实际液压助力信号作为反馈，将目标液压助力和实际液压助力信号的差值传递给主控制器模块，通过H2/H∞鲁棒控制方法形成闭环；进而通过主控制器模块控制伺服比例电磁阀的开度和液压泵驱动电机的转矩，从而产生液压助力来实现车辆转向；
5)进行电动助力电机控制：当诊断单元判断需要进行电动助力时，根据助力分配策略得到目标电动助力信号，然后将第二转向管柱转矩传感器产生的实际转矩信号作为反馈，电动助力电机控制器根据目标转矩和实际转矩信号通过PID进行闭环控制，得到电动助力电机的控制信号；
6)在车辆行驶过程中，诊断单元检测电液转向系统是否正常工作并根据当前时刻的传动比信号判断电机的工作模式，电机驱动单元根据助力决策单元的输出指令，选择电机不同的工作模式以及路感补偿模式，同时根据助力分配策略分别输出电动助力电机控制信号、液压助力电机控制信号，实现助力的分配。
6.根据权利要求5所述的变传动比循环球式电液转向系统的控制方法，其特征在于，所述助力分配策略具体为：根据获得的转向盘转矩、前轮转角及传动比信号，求出转向系统总需求助力转矩，由以下公式(1)、(2)决定；其中当主控制器模块接收的传动比信号i≤i0时，液压助力模块和电动助力模块同时工作，其中液压助力模块提供的助力和电动助力电机提供的助力为3:2；
Figure FDA0003112053840000051
Figure FDA0003112053840000052
Tz＝Te+Th (3)
式中，Tz和Tzmax分别为总需求助力转矩和最大总需求助力转矩；Td0，Td和Tdmax分别为开始助力时的转向盘转矩，转向盘转矩和最大助力时的转向盘转矩；Ki(i)为传动比感应系数；α为助力分配比例系数，具体为0.8～0.95；TR为转向阻力矩，δf为前轮转角，G为第一减速机构减速比，i0＝11.5，Te为液压助力模块提供的助力，Th为电动助力电机提供的助力。
7.根据权利要求6所述的变传动比循环球式电液转向系统的控制方法，其特征在于，所述步骤6)电机驱动单元的工作模式的选择具体包括以下步骤：
61)当转角电机正常工作时，进行变传动比控制，通过驱动谐波齿轮机构提供附加转角，与转向盘转角输入进行线性叠加，输出到第二转向管柱，实现变传动比控制和稳定性控制；
62)当车辆开始起步，转向系统传动比小，变传动比驱动模块输出的传动比i小于/等于传动比i0，电动助力电机开始工作，液压助力模块再开始工作，伺服比例电磁阀打开，液压泵驱动电机工作，且进行助力转矩分配，由液压助力模块为系统提供大部分助力；
当传动比i小于/等于传动比i2且小于i0时，产生的前轮转角大，由液压泵的驱动电机进行路感的补偿；当传动比变大，传动比i大于i2且小于/等于i0时，由电动助力电机进行路感的补偿；
63)当车速升高，转向系统的传动比增大，系统变传动比驱动模块输出的传动比i时大于传动比i0，小于等于传动比i1时，电动助力电机停止提供助力，此时仅液压助力模块工作为系统提供转向助力；电动助力电机仅在转向盘回正时进行工作，进行路感的补偿；
64)当变传动比驱动模块输出的传动比i大于传动比i1时，液压助力模块停止工作，仅电动助力电机提供转向助力，同时电动助力电机进行路感的补偿；
65)当转角电机发生故障时，主控制器模块切断变传动比模块内锁止电磁阀的供电，锁止转角电机，以恒定转向传动比运行，此时电动助力电机和液压泵驱动电机同时工作提供助力，同时触发故障报警单元，提醒驾驶员故障信息；
66)当液压助力模块或电机助力模块出现故障时，由二者中的另一个代替提供助力转向，同时触发故障报警单元，提醒驾驶员故障信息；
其中，i2＝4.3，i0＝11.5，i1＝20.8。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113771941A (zh) * 2021-10-20 2021-12-10 北京科技大学 一种液压转向系统和控制方法
CN114043995A (zh) * 2021-11-22 2022-02-15 江苏大学 无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置及容错控制方法
CN114771647A (zh) * 2022-06-21 2022-07-22 太原理工大学 螺旋变传动比机构、应用其的电液助力转向系统及方法
CN115675627A (zh) * 2022-11-14 2023-02-03 中国第一汽车股份有限公司 具有转向传动比调整功能的电动助力转向系统及控制方法
CN116215652A (zh) * 2021-12-03 2023-06-06 蜂巢智能转向系统(江苏)有限公司保定分公司 液压转向器的失效控制方法、装置、车辆及存储介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101289095A (zh) * 2008-05-22 2008-10-22 吉林大学 用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统
CN102009688A (zh) * 2010-12-17 2011-04-13 江苏大学 一种无刷直流电机助力式电动助力转向控制器及控制方法
CN103754256A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 中国石油大学(华东) 一种具有可调转向模式的电动汽车转向系统及控制方法
CN106043419A (zh) * 2016-07-11 2016-10-26 南京航空航天大学 电‑液复合动力转向系统控制装置及其控制方法
CN107901979A (zh) * 2017-11-10 2018-04-13 南京双环电器股份有限公司 一种汽车电液主动转向路感控制系统及其控制方法
CN109017974A (zh) * 2018-07-02 2018-12-18 南京航空航天大学 具有主动转向功能的辅助转向系统及其控制方法
US20200406964A1 (en) * 2018-03-20 2020-12-31 Sentient Ip Ab Method and system for controlling vehicle steering

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101289095A (zh) * 2008-05-22 2008-10-22 吉林大学 用于转向轮独立驱动电动车的差动助力转向系统
CN102009688A (zh) * 2010-12-17 2011-04-13 江苏大学 一种无刷直流电机助力式电动助力转向控制器及控制方法
CN103754256A (zh) * 2014-01-24 2014-04-30 中国石油大学(华东) 一种具有可调转向模式的电动汽车转向系统及控制方法
CN106043419A (zh) * 2016-07-11 2016-10-26 南京航空航天大学 电‑液复合动力转向系统控制装置及其控制方法
CN107901979A (zh) * 2017-11-10 2018-04-13 南京双环电器股份有限公司 一种汽车电液主动转向路感控制系统及其控制方法
US20200406964A1 (en) * 2018-03-20 2020-12-31 Sentient Ip Ab Method and system for controlling vehicle steering
CN109017974A (zh) * 2018-07-02 2018-12-18 南京航空航天大学 具有主动转向功能的辅助转向系统及其控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵万忠等: "线控转向系统控制技术综述", 《汽车安全与节能学报》 *
金智林等: "汽车多增益融合线控转向传动比及防侧翻控制", 《机械工程学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113771941A (zh) * 2021-10-20 2021-12-10 北京科技大学 一种液压转向系统和控制方法
CN114043995A (zh) * 2021-11-22 2022-02-15 江苏大学 无人驾驶车辆自主转向系统的容错装置及容错控制方法
CN116215652A (zh) * 2021-12-03 2023-06-06 蜂巢智能转向系统(江苏)有限公司保定分公司 液压转向器的失效控制方法、装置、车辆及存储介质
CN114771647A (zh) * 2022-06-21 2022-07-22 太原理工大学 螺旋变传动比机构、应用其的电液助力转向系统及方法
CN114771647B (zh) * 2022-06-21 2022-10-21 太原理工大学 螺旋变传动比机构、应用其的电液助力转向系统及方法
CN115675627A (zh) * 2022-11-14 2023-02-03 中国第一汽车股份有限公司 具有转向传动比调整功能的电动助力转向系统及控制方法
CN115675627B (zh) * 2022-11-14 2024-06-04 中国第一汽车股份有限公司 具有转向传动比调整功能的电动助力转向系统及控制方法

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