一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，包括磁流體液壓缸以及設于磁流體液壓缸內(nèi)的活塞，所述活塞的軸向兩端設置有活塞桿，所述磁流體液壓缸內(nèi)部在活塞的左右兩側(cè)分別設有絕緣密封的磁流體腔，所述磁流體腔內(nèi)設有導電液體，兩側(cè)的磁流體腔通過導液管連通，在磁流體液壓缸的上下內(nèi)表面平行設置一對電極板，兩個電極板之間通過上電產(chǎn)生一個垂直方向的電場，磁流體液壓缸的內(nèi)表面水平對稱布置兩塊磁性相反的強磁體，兩塊強磁體在磁流體液壓缸內(nèi)形成水平方向的強磁場，該強磁場和電場的方向相互垂直。本實用新型由于采用液壓系統(tǒng)助力，避免了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由助力電機帶來的力矩波動，可靠性更高。
【專利說明】一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置

【技術(shù)領域】
[0001]本實用新型屬于車輛工程【技術(shù)領域】，具體涉及助力轉(zhuǎn)向技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前汽車轉(zhuǎn)向助力裝置主要采用機械式液壓助力轉(zhuǎn)向裝置、電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置和電動助力轉(zhuǎn)向裝置三種。
[0003]機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng):機械液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由轉(zhuǎn)向油罐、轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥和轉(zhuǎn)向液壓助力缸等構(gòu)成。機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是將一部分發(fā)動機動力輸出轉(zhuǎn)化成液壓泵壓力，對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加輔助作用力，幫助駕駛員實現(xiàn)轉(zhuǎn)向動作。機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分為常壓式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)兩種。常壓式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特點是無論方向盤處于中間位置還是轉(zhuǎn)向位置，方向盤保持靜止還是在轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)管路中的油液總是保持高壓狀態(tài)；而常流式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵雖然始終工作，但液壓助力系統(tǒng)不工作時，油泵處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，管路的負荷要比常壓式小，現(xiàn)在大多數(shù)液壓轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)都采用常流式。在上述兩種液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向油泵都是必備部件，轉(zhuǎn)向油泵將發(fā)動機輸出的機械能轉(zhuǎn)化為油液的壓力。機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有如下缺點，例如:由于轉(zhuǎn)向油泵依靠發(fā)動機來驅(qū)動，能耗比較高；液壓系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)非常復雜，控制油液的閥門數(shù)量較多，后期的保養(yǎng)維護成本高；整套油路經(jīng)常保持高壓狀態(tài)，使用壽命也會受到影響等。液壓助力轉(zhuǎn)向也有其獨特的優(yōu)點，例如:方向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間全部是機械部件連接，操控精準，路感直接，信息反饋豐富；液壓泵由發(fā)動機驅(qū)動，轉(zhuǎn)向動力充沛，大小車輛都適用；技術(shù)成熟，可靠性高，平均制造成本低。
[0004]電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng):電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的是在傳統(tǒng)的機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上增加了電子控制和執(zhí)行元件，將車速引入系統(tǒng)中，實現(xiàn)了車速感應型助力特性的液壓助力轉(zhuǎn)向。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的種類很多，但其原理基本上都是采用一個電動泵作為液壓泵，電子控制單元接收扭矩傳感器和車速傳感器輸入的扭矩和車速等信號，通過分析計算，控制轉(zhuǎn)向控制閥的開啟程度改變油液壓力，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向助力力度的大小調(diào)節(jié)，滿足高、低速時的轉(zhuǎn)向助力要求。電子液壓助力擁有機械液壓助力的大部分優(yōu)點，同時還降低了能耗，反應也更加靈敏，轉(zhuǎn)向助力大小也能根據(jù)轉(zhuǎn)角、車速等參數(shù)自行調(diào)節(jié)。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于引入了很多電子單元，結(jié)構(gòu)較為復雜，其制造、維修成本也會相應增加，使用穩(wěn)定性也不如機械式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)牢靠。
[0005]電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng):電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要由扭矩傳感器、車速傳感器、控制單元、電動機和減速機構(gòu)等構(gòu)成。電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接利用電動機作為動力源，電子控制單兀根據(jù)方向盤扭矩和車速等信號，控制電動機輸出扭矩的大小和方向，使之得到一個與工況相適應的轉(zhuǎn)向作用力，給車輛的轉(zhuǎn)向車輪提供恰當?shù)闹εぞ?。由于電動機直接驅(qū)動轉(zhuǎn)向機構(gòu)，只能提供有限的輔助力度，難以在大型車輛上使用；同時電子部件較多，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性都不如機械式部件；電控單元決定著電動機的旋轉(zhuǎn)方向和助力電流的大小，控制程序成為電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)核心技術(shù)，很難完全消除超調(diào)，該系統(tǒng)隔離了人與路面的直接聯(lián)系，使得路感信息匱乏，以及成本較高等等，這些都是電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的劣勢所在。從長遠來看，電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)似乎成為發(fā)展趨勢所在，輕便、節(jié)能、響應迅速，不過在駕駛層面的劣勢短期內(nèi)還不能得到很好的彌補。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，簡化結(jié)構(gòu)，降低成本，提升可靠性。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案:一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，包括磁流體液壓缸以及設于磁流體液壓缸內(nèi)的活塞，所述活塞的軸向兩端設置有活塞桿，所述活塞桿與轉(zhuǎn)向器的齒條剛性連接，所述磁流體液壓缸內(nèi)部在活塞的左右兩側(cè)分別設有絕緣密封的磁流體腔，所述磁流體腔內(nèi)設有導電液體，兩側(cè)的磁流體腔通過導液管連通，在磁流體液壓缸的上下內(nèi)表面平行設置一對電極板，兩個電極板之間通過上電產(chǎn)生一個垂直方向的電場，兩個電極板與汽車電子控制單元電連接，磁流體液壓缸的內(nèi)表面水平對稱布置兩塊磁性相反的強磁體，兩塊強磁體在磁流體液壓缸內(nèi)形成水平方向的強磁場，該強磁場和電場的方向相互垂直。
[0008]優(yōu)選的，在導液管上連接有帶有單向閥的導電液體存儲器。
[0009]優(yōu)選的，在磁流體腔的兩端分別設置有密封環(huán)，在磁流體液壓缸的內(nèi)表面、活塞及活塞桿外表面均設置一層絕緣層。
[0010]優(yōu)選的，所述磁流體液壓缸的橫截面為長方形或正方形截面。
[0011]本實用新型齒輪齒條式磁流體式電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，借助于磁流體式液壓活塞機構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)向器的齒條，汽車電子控制單元通過調(diào)節(jié)電極板兩端的電壓值和電源極性，實現(xiàn)磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的助力大小和方向的控制，與電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)相比，省去了助力電機和復雜的減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠、故障率低、體積小、便于在整車上的布置。而且，齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置在性能和功能上都能達到電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所能夠完成的功能，由于采用液壓系統(tǒng)助力，避免了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由助力電機帶來的力矩波動，可靠性更高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步描述:
[0013]圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為圖1中磁流體液壓缸的A-A剖面示意圖；
[0015]圖3為本實用新型汽車電子控制單元原理圖；
[0016]圖4為本實用新型中電子控制單元的主程序流程圖；
[0017]圖5為本實用新型中電子控制空單元中定時中斷程序流程；
[0018]圖6為本實用新型中控制模式選擇和各控制模式流程圖；
[0019]圖中:1、方向盤,2、轉(zhuǎn)向管柱,3、方向盤扭矩傳感器,4、方向盤角度傳感器,5、轉(zhuǎn)向柱齒輪軸，6、轉(zhuǎn)向柱齒輪,7、轉(zhuǎn)向器齒條,8、轉(zhuǎn)向橫拉桿,9、磁流體液壓缸,10、磁流體液壓缸內(nèi)表面絕緣層，11、密封環(huán)，12、活塞，13、電極板,14、導液管,15、導電液體,16、導電液體存儲器，17、左側(cè)磁流體腔，18、右側(cè)磁流體腔，19、汽車電子控制單元(ECU)，20、轉(zhuǎn)向車輪，21、磁流體液壓助力裝置，22、強磁體，23、單向閥，24、活塞表面絕緣層，25活塞桿。

【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本實用新型齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置主要包括方向盤1、轉(zhuǎn)向管柱2、方向盤扭矩傳感器3、方向盤角度傳感器4、轉(zhuǎn)向柱齒輪軸5、轉(zhuǎn)向柱齒輪6、轉(zhuǎn)向器齒條7、轉(zhuǎn)向橫拉桿8、轉(zhuǎn)向車輪20、磁流體液壓助力裝置21和汽車電子控制單元19。
[0021]其中,方向盤1、轉(zhuǎn)向管柱2、轉(zhuǎn)向柱齒輪軸5、轉(zhuǎn)向柱齒輪6、轉(zhuǎn)向器齒條7、轉(zhuǎn)向橫拉桿8和轉(zhuǎn)向車輪20依次連接構(gòu)成了常規(guī)的機械式齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)，該齒輪齒條轉(zhuǎn)向機構(gòu)選用的是車輛上現(xiàn)有的技術(shù)成熟的結(jié)構(gòu)形式；方向盤扭矩傳感器3和方向盤角度傳感器4安裝于轉(zhuǎn)向柱齒輪軸5上，其同樣也采用現(xiàn)有技術(shù)中成熟產(chǎn)品，這兩個傳感器能夠分別將方向盤的扭矩值和方向盤的角度值轉(zhuǎn)化成相應的線性電壓信號傳遞給汽車電子控制單元19。
[0022]如圖1和圖2所示，磁流體液壓助力裝置21主要由磁流體液壓缸9，活塞12、電極板13、強磁體22和導電液體15構(gòu)成；磁流體液壓缸9的橫截面為長方形或正方形截面，在磁流體液壓缸9的內(nèi)表面設置磁流體液壓缸內(nèi)表面絕緣層10，在磁流體液壓缸9的上下內(nèi)表面均勻?qū)ΨQ平行放置一對電極板13，兩個電極板13之間通過上電可以產(chǎn)生一個下上垂直方向的電場，上下兩個電極板13分別由導線與汽車電子控制單元19相連接，汽車電子控制單元19可以控制兩個電極板13之間的電壓值和電源極性，來改變電場的強度和方向；磁流體液壓缸9的內(nèi)表面水平均勻?qū)ΨQ布置兩塊強磁性的強磁體22，分別是磁體的N極和S極,這樣會在磁流體液壓缸內(nèi)形成徑向的水平的方向的強磁場，該磁場和電場的方向相互垂直；磁流體液壓缸內(nèi)有一個活塞12,活塞12與兩端的活塞桿25為一體的結(jié)構(gòu),活塞設有活塞表面絕緣層24，活塞桿25與轉(zhuǎn)向器齒條7為剛性連接，活塞12能夠在左側(cè)磁流體腔17和右側(cè)磁流體腔18內(nèi)自由移動；在磁流體腔內(nèi)充滿導電液體15，兩個磁流體腔里面的導電液體由導液管14連接保證導電液體能在左右兩個磁流體腔內(nèi)自由流動；在兩側(cè)磁流體腔的兩端分別設置了密封環(huán)11，保證活塞12在工作時導電液體15不會泄露；為了保證在磁流體液壓缸內(nèi)始終充滿導電液體15，在導液管14的一端通過一個三通連接著帶有單向閥23的導電液體存儲器16，，當磁流體腔內(nèi)的導電液體15沒有充滿時，導電液體存儲器16內(nèi)的導電液體會自動流進磁流體液壓缸內(nèi)，但是磁流體液壓缸內(nèi)的導電液體由于單向閥23的作用，不會自動回流到導電液體存儲器16中。
[0023]如圖3所示為汽車電子控制控制單元(ECU)的原理圖，主要由CPU、信號采集及處理電路、驅(qū)動電路、監(jiān)測電路和CAN總線通訊電路等構(gòu)成。CPU為8位或16位單片機，信號采集處理電路主要用于采集方向盤扭矩信號、方向盤轉(zhuǎn)速信號、車速信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、點火信號和電極兩端的電壓信號等。驅(qū)動電路主要包括電極驅(qū)動電路和繼電器開關驅(qū)動電路，其中電極的驅(qū)動電路采用H橋電路，由Mosfet管Ql、Q2、Q3和Q4構(gòu)成，Mosfet管的開關有該元件柵極上的PWM信號控制，通過控制PWM信號的占空比可以實現(xiàn)電極兩端電壓的調(diào)節(jié)和電極兩端的極性的切換。主電路的繼電器主要是當系統(tǒng)出現(xiàn)異常后，迅速切斷開關，保證系統(tǒng)的安全。監(jiān)測電路主要用于對系統(tǒng)工作狀態(tài)的監(jiān)測，提高系統(tǒng)的安全可靠性。CAN總線數(shù)據(jù)通訊電路主要用于本系統(tǒng)的電控單元與其他設備之間的數(shù)據(jù)通訊和故障報警。所述電極板驅(qū)動電路采用H橋電路。所述汽車電子控制單元還設有檢測電路和繼電器開關驅(qū)動電路，在檢測電路檢測到磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置出現(xiàn)故障后控制繼電器開關驅(qū)動電路切斷該磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置的開關。該磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置由車載電源蓄電池直接供電。
[0024]在齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，方向盤扭矩傳感器3、方向盤角度傳感器4和轉(zhuǎn)向管柱2同軸；磁流體液壓助力缸內(nèi)的活塞12與活塞桿25為一體的結(jié)構(gòu),活塞桿25與轉(zhuǎn)向器齒條7剛性連接。
[0025]當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時I時，轉(zhuǎn)向管柱2、方向盤扭矩傳感器3、方向盤角度傳感器4和轉(zhuǎn)向柱齒輪軸5也會與方向盤I以相同的方向和相同的角度一起轉(zhuǎn)動,此時轉(zhuǎn)向柱齒輪軸5上的轉(zhuǎn)向柱齒輪6通過與轉(zhuǎn)向器齒條7的嚙合讓轉(zhuǎn)向器齒條實現(xiàn)左右移動，轉(zhuǎn)向器齒條通過轉(zhuǎn)向橫拉桿8帶動轉(zhuǎn)向車輪20轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作，這就是齒輪齒條式機械轉(zhuǎn)向器的基本工作原理。由于汽車的載荷比較重，輪胎與地面的摩擦力很大，在沒有助力的情況下，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時十分費力，因此需要在原有機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的基礎上加上轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。本實用新型就是采用了磁流體液壓缸作為齒輪齒條轉(zhuǎn)向器的助力系統(tǒng)，當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤I時，汽車電子控制單兀19會米集方向盤扭矩傳感器3、方向盤角度傳感器4、車速傳感器和發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器的數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛的行駛信息確定磁流體液壓助力系統(tǒng)的作用力的大小和方向，通過調(diào)節(jié)磁流體液壓缸內(nèi)部電極板13的兩塊電極之間電壓值和電源極性來控制磁流體液壓缸體內(nèi)導電液體15的受到的洛倫茲力的大小和方向，導電液體15在洛倫茲力的作用下推動活塞12移動，活塞12通過活塞桿25將力傳遞給轉(zhuǎn)向器齒條7,完成齒輪齒條式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力。
[0026]上述的齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置只采用了一個簡單的液壓缸，液壓缸的內(nèi)壁的四個平面上對稱平行放置了一對電極板和強磁體，保證產(chǎn)生的電場和磁場相互垂直；既省去了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向油泵、轉(zhuǎn)向控制閥等復雜的液壓控制油路，也省去了電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機和復雜的減速機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。
[0027]本實用新型齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤與轉(zhuǎn)向車輪之間全部是機械部件連接，操控精準，路感直接，轉(zhuǎn)向動力充分，繼承了傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的優(yōu)點；本實用新型避免了現(xiàn)有電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)電子部件較多，系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性差缺點，并且可以根據(jù)車速信息調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力大小，還可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的主動回正功能。本實用新型實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向輕便、節(jié)能、響應迅速地目標，兼具多種優(yōu)點，極具市場前景。
[0028]在車輛行駛過程中，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤I時，方向盤扭矩傳感器2和方向盤角度傳感器3會給出相應的信號。方向盤扭矩傳感器2輸出扭矩信號并將扭矩信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號的幅值與方向盤的扭矩值成正比例關系，方向盤扭矩信號的零位對應于電壓值的2.5V;方向盤角度傳感器3輸出方向盤的角度信號并將方向盤的角度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號的幅值與方向盤的角度值成正比例關系，方向盤角度信號的零位對應于電壓值的2.5V。方向盤扭矩信號、方向盤角度信號和車速信號輸入汽車電子控制單兀19,汽車電子控制單元19根據(jù)方向盤扭矩、方向盤轉(zhuǎn)角和車速的信息判斷助力系統(tǒng)的工作模式并確定助力系統(tǒng)助力的大小和方向，實現(xiàn)磁流體液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力控制、回正控制和阻尼控制三種工作模式。車輛在不同車速下轉(zhuǎn)向時，磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)能夠提供不同的轉(zhuǎn)向助力。轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)進行助力時時既要減輕駕駛員的操縱負擔，又不能使駕駛員失去路感；需要兼顧車輛低速時的操縱輕便性和高速時的操縱穩(wěn)定性；同時提高車輛低速時的回正性能，抑制車輛高速時回正超調(diào)和振蕩的趨勢，從而提高車輛的直線行駛性能；在高速轉(zhuǎn)向和快速轉(zhuǎn)向時能夠?qū)崿F(xiàn)阻尼控制(通過對助力系統(tǒng)施加較小的反作用力，使方向盤變沉重，模擬電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在阻尼控制控制模式中電機短接產(chǎn)生的阻尼效果)，防止車輛側(cè)滑和翻車現(xiàn)象的發(fā)生。
[0029]磁流體電控液壓缸助力系統(tǒng)的具體工作過程如下:
[0030]當系統(tǒng)沒有通電時，磁流體液壓缸體內(nèi)的電極板沒有通電，導電液體貯存在活塞兩側(cè)的磁流體腔內(nèi)，導電液體在磁流體液壓缸內(nèi)只會受到由強磁體產(chǎn)生的水平方向的磁場作用，而沒有受到垂直方向的電場作用，導電液體不會產(chǎn)生洛倫茲力，此時液壓缸內(nèi)的活塞處于自由不受力狀態(tài)，這時磁流體液壓助力系統(tǒng)不會對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生助力作用。
[0031]系統(tǒng)通電時，磁流體液壓助力系統(tǒng)開始對機械轉(zhuǎn)向裝置助力。當液壓缸上端的電極板為正極、下端的電極板為負極時，在液壓缸體內(nèi)形成一個垂直方向的電場，電場方向為由上至下；磁流體液壓缸體內(nèi)壁水平布置的強磁體形成與活塞運動方向垂直的水平方向的強磁場；導電液體在相互垂直的電場和磁場的共同作用下會產(chǎn)生向右的洛倫茲力，在洛倫茲力的作用下導電液體推動活塞向右側(cè)移動。右側(cè)磁流體腔內(nèi)的導電液體通過導液管向左側(cè)的磁流體腔內(nèi)流動，活塞通過活塞桿推動轉(zhuǎn)向器齒條向右移動，完成對轉(zhuǎn)向機構(gòu)的向右助力動作，助力大小可以通過控制電極兩端的電壓值來調(diào)節(jié)。當下端的電極板為正極、上端電極板為負極時，導電液體受到的電場作用的方向為從下至上，正好與上面的情況相反；受到的磁場作用的方向與上面的情況相同，根據(jù)左手定則，導電液體在相互垂直的電場和磁場的共同作用下會產(chǎn)生向左的洛倫茲力，在洛倫茲力的作用下，導電液體推動活塞向左側(cè)移動。右側(cè)磁流體腔內(nèi)的導電液體通過導液管向左側(cè)的磁流體腔內(nèi)流動，活塞通過活塞桿推動轉(zhuǎn)向器齒條并向左移動，完成對轉(zhuǎn)向機構(gòu)向左的助力功能。
[0032]齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制器的主程序流程圖如圖4所示，控制器加電后進入主程序，首先對系統(tǒng)的A/D、I/O、PWM、Timer、PLL、CAN等模塊進行初始化操作，并對各模塊進行自檢，出現(xiàn)故障則故障報警，系統(tǒng)自檢成功后，開啟看門狗功能。之后系統(tǒng)進一步檢測點火開關和發(fā)動機是否啟動(點火開關不打開或發(fā)動機沒有啟動，助力系統(tǒng)不工作)，如果都已經(jīng)打開，則控制主電路中的繼電器閉合，最后系統(tǒng)開啟定時器中斷功能，本實用新型采用了定時2ms的中斷，系統(tǒng)每隔2ms進入一次中斷程序，在中斷程序中完成控制模式的選擇和控制量的刷新。
[0033]定時中斷程序的流程圖如圖5所示，每次進入定時中斷程序后，系統(tǒng)檢測點火開關是否打開，發(fā)動機是否啟動，若系統(tǒng)正常則閉合主電路繼電器，采集扭矩、轉(zhuǎn)角、電壓和車速信號，然后根據(jù)傳感器信號判斷應該進入哪種工作模式，調(diào)用相應的工作模式程序后，退出定時中斷程序。
[0034]磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)有三種工作模式:助力模式、阻尼模式和回正模式。系統(tǒng)按照圖6所示流程判斷系統(tǒng)進入哪一種工作模式，若轉(zhuǎn)矩大于INm，則進入助力模式；轉(zhuǎn)矩小于等于INm，在判斷方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)動方向是否相反以及車速是否小于70km/h,如果方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)動方向相反而且車速不小于70km/h,進入阻尼控制模式；如果方向盤扭矩和方向盤轉(zhuǎn)動方向相反而且車速在5km/h至70km/h之間,貝U系統(tǒng)進入回正控制模式。
[0035]系統(tǒng)進入助力控制模式時，按照圖6所示，首先對方向盤的扭矩信號進行相位補償，解決相位遲滯問題，然后進入基本助力控制模塊。控制系統(tǒng)首先根據(jù)方向盤扭矩信號和車速信號在基本助力特性圖表查出電極兩端的基本助力電壓值，然后計算出系統(tǒng)摩擦補償?shù)碾妷褐担髮㈦姌O兩端的基本助力電壓值與系統(tǒng)摩擦補償?shù)碾妷褐迪嗉佑嬎愠隹偟哪繕穗妷褐?，最后在電極板兩端施加對應目標電壓值的電壓，實現(xiàn)電極板兩端的電壓的跟隨控制，最后退出助力控制模式。
[0036]系統(tǒng)進入阻尼控制模式時，系統(tǒng)首先根據(jù)車速確定對系統(tǒng)需要施加阻尼的電壓值，車速越高，需要施加在電極板兩端的電壓值越大。系統(tǒng)施加的力較小，并且與方向盤的轉(zhuǎn)動方向相反，以增加駕駛員的路感。系統(tǒng)最終控制電極板兩端的電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的阻尼控制，幫助系統(tǒng)產(chǎn)生阻尼。
[0037]系統(tǒng)進入回正控制模式時，系統(tǒng)先檢測方向盤轉(zhuǎn)角信號和車速信號，然后根據(jù)方向盤轉(zhuǎn)角和車速的數(shù)值確定回正控制時相應的電極兩端的目標電壓值和電源極性，最終通過控制電極兩端的電壓和電源極性實現(xiàn)回正控制，最后退出回正控制模式程序。
[0038]無論傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)還是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)都是依靠轉(zhuǎn)向車輪的自身的定位參數(shù)完成轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的自動回正，在汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，回正力矩的大小還與前輪負荷、路面條件、輪胎氣壓、車速等有著密切的關系。汽車高速行駛時，回正力矩較大，容易產(chǎn)生“回正超調(diào)”?；卣{(diào)會引起轉(zhuǎn)向盤在中位附近振蕩，從而大大降低了汽車的操縱穩(wěn)定性。汽車低速行駛時，回正力矩較小，容易產(chǎn)生“回正不足”?；卣蛔銜r，需要駕駛員對轉(zhuǎn)向盤位置進行修正，從而增加了駕駛員的勞動強度。因此通過回正控制，控制電機兩端電壓值和電源極性，解決“回正超調(diào)”和“回正不足”的問題。
[0039]而磁流體式電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過控制電極板兩端的電壓就可以調(diào)節(jié)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力，就可以實現(xiàn)主動回正功能?；卣刂撇呗匝芯堪瑑刹糠值膬?nèi)容:一部分是確保轉(zhuǎn)向盤回到中位的控制策略，稱為“回正控制”；另一部分是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤回正時系統(tǒng)阻尼的控制策略，稱為“主動阻尼控制”。回正控制的作用是用來克服轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的阻尼、摩擦，確保轉(zhuǎn)向盤能快速、準確地回到中位。阻尼控制策略用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向盤的回正速度。
【權(quán)利要求】
1.一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:包括磁流體液壓缸以及設于磁流體液壓缸內(nèi)的活塞，所述活塞的軸向兩端設置有活塞桿，所述活塞桿與轉(zhuǎn)向器的齒條剛性連接，所述磁流體液壓缸內(nèi)部在活塞的左右兩側(cè)分別設有絕緣密封的磁流體腔，所述磁流體腔內(nèi)設有導電液體，兩側(cè)的磁流體腔通過導液管連通，在磁流體液壓缸的上下內(nèi)表面平行設置一對電極板，兩個電極板之間通過上電產(chǎn)生一個垂直方向的電場，兩個電極板與汽車電子控制單元電連接，磁流體液壓缸的內(nèi)表面水平對稱布置兩塊磁性相反的強磁體，兩塊強磁體在磁流體液壓缸內(nèi)形成水平方向的強磁場，該強磁場和電場的方向相互垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:在導液管上連接有帶有單向閥的導電液體存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:在磁流體腔的兩端分別設置有密封環(huán)，在磁流體液壓缸的內(nèi)表面、活塞及活塞桿外表面均設置一層絕緣層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種齒輪齒條式磁流體電控液壓助力轉(zhuǎn)向裝置，其特征在于:所述磁流體液壓缸的橫截面為長方形或正方形截面。
【文檔編號】B62D5/22GK204161449SQ201420605536
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】張玉璽, 陳曉佳, 操文濤 申請人:浙江萬達汽車方向機有限公司