CN115009356A - 一种多轴电控转向液压系统及流量匹配控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种多轴电控转向液压系统及流量匹配控制方法，采用第一转向比例控制阀、第二转向比例控制阀、车载控制器，通过车载控制器控制电流值来控制阀口开度，避免电控I轴、电控II轴流量分配不均合理而出现电控I轴、电控II轴转角不同步现象，保证电控I轴、电控II轴同步转向。避免电控轴转向不同步，导致轮胎异常磨损，使车辆在怠速或发动机低转速情况下的电控转向轴转角匹配。

Description

一种多轴电控转向液压系统及流量匹配控制方法

技术领域

本发明涉及车轮转向液压系统及控制方法技术领域，特别是涉及一种多轴电控转向液压系统及流量匹配控制方法。

背景技术

重型多轴电控转向车辆，通常采用发动机驱动的定量泵，车辆在进行泵的选型设计时，由于发动机转速范围较宽，如600-2300rpm，若为了满足怠速情况下的流量需求，选用排量较大的转向泵时，当处于发动机最高转速时，转向泵流量大，容易造成系统发热量大及回油背压高。

转向泵排量一般可以满足发动机经济转速(1200-1500rpm)以上的电控转向轴的流量需求，但在车辆驾驶操作中，存在原地转向或低速转向，或下坡转向等怠速情况下转向的情况，此时发动机转速小于经济转速，系统流量低。

对于存在两轴及以上的电控转向液压转向轴时，由于车辆转向油缸布置位置及车轮转角、及负载的不同，实际电控I轴与电控II轴的所需的流量不一致，存在一个电控轴上的转向油缸流量需求大，另外一个电控轴上的转向油缸流量需求小的情况。电控I轴电控II轴由于负载不同，在供油时，液压油会优先流向负载小的一轴，从而出现电控两轴转向不同步现象。

已公开文件中通用的控制算法及策略，为根据需求控制比例阀开度，以实现转向轴的合理转向，但这种控制策略的实现条件是建立在泵源流量充足，能够满足流量需求的前提下实现，而在发动机转速范围较宽，发动机转速较低时，易发生一个电控轴转向较快，一个电控轴转向较慢的情况。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明针对具有多个转向轴的车辆提供一种转向轴同步的方法，提供一种根据转向桥的实际流量需求，限制不同转向桥的比例阀开度，使系统可根据不同的流量分别向电控I轴、电控II轴供油，保证两轴转向同步。在转向液压系统中增加一种车轮转速匹配控制方法，控制流量输出大小值，可以保证电控I轴、电控II轴转角相匹配。

作为本发明的第一个方面，在于提供一种多轴电控转向液压系统，包括转向油箱、转向泵，所述转向泵将转向油箱中的液压油输送至电控转向轴，所述电控转向轴包括电控I轴和电控II轴，所述电控I轴包括电控I轴比例阀和电控I轴助力缸，电控I轴比例阀调控电控I轴助力缸的液压流量；

所述电控II轴包括电控II轴比例阀和电控II轴助力缸，电控II轴比例阀调控电控II轴助力缸的液压流量；所述电控I轴助力缸对电控I轴发挥助力作用，所述电控II轴助力缸对电控II轴发挥助力作用。

所述多轴电控转向液压系统还包括车载控制器，所述车载控制器与电控I轴比例阀、电控II轴比例阀分别连接，控制电控I轴比例阀、电控II轴比例阀的开度；具体地，通过车载控制器设定电流参数，不同的电流参数将比例阀的阀芯行程分成六等份，对应不同的阀芯行程，产生不同的流量输出值。

优选的，所述多轴电控转向液压系统，还包括检测发动机转速的转速传感器，所述转速传感器通过CAN总线与转向控制器连接，向转向控制器发送实时发动机转速信号。

优选的，所述多轴电控转向液压系统，还包括设置在电控转向轴上的角度传感器，所述角度传感器将检测的车轮转角实际值发送至车载控制器。

作为本发明的第二个方面，在于还提供了一种流量匹配控制方法，包括如下步骤：

S01，检测发动机转速，采用发动机转速传感器检测，通过CAN总线向转向控制器发送实时发动机转速信号，判断发动机转速是否在经济转速之上，经济转速为1200-1500rpm；

S02，包括S021：如是，则车载控制器根据设置在电控转向轴上的角度传感器检测的车轮转角实际值与目标转角值的差值计算得出每个电控转向轴比例阀对应的电流值，通过电控转向轴的比例阀控制流量；

以及S022，如否，则进入低于经济转速下的转向控制模式，处于准备状态；

S03，根据发动机转速按照电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算出电控I轴与电控II轴的分配流量，结合比例阀阀芯特性，计算得出电控I轴的此转速下最大允许电流值；

S04，根据瞬时(单位时间内)实际转角与理论转角差值计算出电控I轴与电控II轴的实际需要电流值，将实际需要电流值与最大电流限值对比，给出电流信号，控制电控转向轴的流量；当电控I轴实际需要电流值小于S03计算所得电控I轴最大电流限值时，按实际需要电流值给出电控I轴的电流；当电控I轴实际需要电流值大于电控I轴最大电流限值时，按照最大电流限值给出电控I轴的电流值。

其中，所述S03具体包括：根据发动机转速计算得出泵源总流量，根据电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算得出电控I轴与电控II轴的分配流量，而后根据分配流量计算得出电控I轴与电控II轴的最大电流值。

在一个应用场景中，在所述电控I轴、电控II轴所受负载相等，并左转或右转情况下，车载控制器根据发动机转速按照电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算出电控I轴与电控II轴的分配流量，结合比例阀阀芯特性，计算得出电控I轴和电控II轴的比例阀电流值，此时根据电流信号，电控I轴比例阀阀芯运动，控制转向比例阀开度变小，使通往电控I轴的流量减小，相同时间内流往电控II轴助力缸的液压油多，电控II轴助力缸动作加快，确保电控I轴、电控II轴转向轮同时转动到位。

在一个应用场景中，在所述电控I轴所受负载小于电控II轴时，液压油会优先流向负载小的电控I轴，由于电控I轴转角小，此时电控I轴转动速度会加快，电控II轴转动速度缓慢，通过所述车载控制器控制电控I轴比例阀的最大电流，第一转向比例阀开度变小，第二转向比例控制阀开度变大，进而降低电控I轴转速，增加电控II轴转速，从而实现电控I轴与电控II轴同步运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过控制各电控轴对应比例阀的最大开口程度，限制电控轴对应的比例阀的通过流量，使电控轴转向实现合理流量匹配，以保证电控转向液压转向轴车轮转向同步合理；解决了怠速情况下，负载不同的电控转向轴转向不同步的问题，避免电控轴转向不同步，导致轮胎异常磨损，使车辆在怠速或发动机低转速情况下的电控转向轴转角匹配；

2、同时，本发明避免了发动机低转速情况下的，一轴流量饱和而另一轴流量不足，继而引起的程序的重复计算的问题，提升了整车电控转向的响应速度、缩短控制器调整时长并减少了控制器的计算量；

3、本发明提供的流量匹配方法，可允许车辆采用更小的转向泵，避免了流量过大造成的系统发热量大及回油背压高的弊端。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例1中整体结构主视图；

图2为车辆转向时各车轴旋转状态示意图；

图3为本发明实施例2提供的一种流量匹配控制方法流程图。

图中，1、转向油箱；2、转向泵；3、电控I轴比例阀；4、电控II轴比例阀；5、电控I轴助力缸；6、电控II轴助力缸；7、车载控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：一种多轴电控转向液压系统

如图1所示，包括转向油箱1、转向泵2、电控I轴和电控II轴，所述转向泵2将转向油箱1液压油输送至电控转向轴，所述电控转向轴包括电控I轴和电控II轴，所述电控I轴包括电控I轴比例阀3和电控I轴助力缸5，电控I轴比例阀3调控电控I轴助力缸5的液压流量；

所述电控II轴包括电控II轴比例阀4和电控II轴助力缸6，电控II轴比例阀4调控电控II轴助力缸6的液压流量。

所述多轴电控转向液压系统还包括车载控制器7，所述车载控制器与电控I轴比例阀、电控II轴比例阀分别连接，控制电控I轴比例阀、电控II轴比例阀的开度；车载控制器7可以设定电流参数，作为一个典型的实施例，车载控制器发出的不同的电流参数将电控I轴比例阀3或电控II轴比例阀4的阀芯行程分成六等份，对应不同的阀芯行程，以产生不同的流量输出值。

具体地，作为一个典型的实施例，所述电控I轴比例阀可以根据车载控制器7提供的电流值信号，控制阀芯的开度，使输入电控I轴的流量降低，降低电控I轴的转速；电控II轴比例控制阀可以根据车载控制器7提供的电流值信号，控制阀芯的开度，使输入电控II轴的流量增加，提高电控II轴的转速。

所述电控I轴助力缸对电控I轴发挥助力作用，所述电控II轴助力缸对电控II轴发挥助力作用。

所述车辆在发动机转速较低时，电控I轴、电控II轴开启转向模式，电控I轴转向油缸与电控II轴转向油缸并联，所述电控I轴比例阀控制向电控I轴供油油路流量大小，所述电控II轴比例阀控制向电控II轴供油油路流量大小。

所述车载控制器，可以设定不同的电流值，并反馈给电控I轴比例控制阀、电控II轴比例控制阀，控制电控I轴比例控制阀、电控II轴比例控制阀阀芯的运动，使阀芯的移动行程更改，从而控制通往电控I轴、电控II轴助力缸的油量。

实施例2：一种流量匹配控制方法

如图3所示，包括如下步骤：

S01，检测发动机转速，采用发动机转速传感器检测，通过CAN总线向车载控制器发送实时发动机转速信号，判断发动机转速是否在经济转速之上，经济转速为1200-1500rpm；

S02，包括S021：如是，则车载控制器接收设置在电控转向轴上的角度传感器检测的车轮转角实际值，根据车轮转角实际值与目标转角值的差值计算得出每个电控转向轴比例阀对应的电流值，通过电控转向轴的比例阀控制流量；

其中，电流值＝(目标转角值-实际转角值)*比例阀的最大开启电流值/比例阀最大开启电流值下的实际转角值。

以及S022，如否，则进入低于经济转速下的转向控制模式，处于准备状态；

S03，根据发动机转速按照电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算出电控I轴与电控II轴的分配流量，结合比例阀阀芯特性，计算得出电控I轴的此转速下最大允许电流值；

S04，根据瞬时(单位时间内)实际转角与理论转角差值计算出电控I轴与电控II轴的实际需要电流值，将实际需要电流值与最大电流限值对比，给出电流信号，控制电控转向轴的流量；当电控I轴实际需要电流值小于S03计算所得电控I轴最大电流限值时，按实际需要电流值给出电控I轴的电流；当电控I轴实际需要电流值大于电控I轴最大电流限值时，按照最大电流限值给出电控I轴的电流值。

其中，电流值＝(理论转角-实际转角)*比例阀的最大开启电流值/比例阀最大开启电流值下的实际转角值。

其中，所述S03具体包括：根据发动机转速计算得出泵源总流量，根据电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算得出电控I轴与电控II轴的分配流量，而后根据分配流量倒推计算得出电控I轴与电控II轴的最大电流值。

具体地，以转向轴位于车辆后方为例进行如下描述，对于有转向轴位于前方的车辆，本领域人员可根据该方法进行适应性调整。

本发明针对怠速或经济转速下，泵源流量总量不少于两个转向轴需求流量之和的情况。

如图2所示的车辆包括机械杆系转向的一轴和二轴，不转向的三轴，以及电控转向的四轴和五轴，以四轴为电控I轴，五轴为电控II轴。

在所述电控I轴、电控II轴所受负载相等，并左转或右转情况下，转向轮从中位转至最大角的过程中，由于电控I轴车轮转角小于电控II轴(同一车轴上的左轮和右通过机械连杆连接，以左轮为例描述，β＞α)，车载控制器根据发动机转速按照电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算出电控I轴与电控II轴的分配流量，结合比例阀阀芯特性，计算得出电控I轴和电控II轴的比例阀电流值，此时根据电流信号，电控I轴比例阀阀芯运动，控制转向比例阀开度变小，使通往电控I轴的流量减小，相同时间内流往电控II轴助力缸的液压油多，电控II轴助力缸动作加快，确保电控I轴、电控II轴转向轮同时转动到位。

在所述电控I轴所受负载小于电控II轴时，液压油会优先流向负载小的电控I轴，由于电控I轴转角小，此时电控I轴转动速度会加快，电控II轴转动速度缓慢，通过所述车载控制器控制电控I轴比例阀的最大电流，第一转向比例阀开度变小，第二转向比例控制阀开度变大，进而降低电控I轴转速，增加电控II轴转速，从而实现电控I轴与电控II轴同步运动。

为进一步说明，现举例如下：

如图2所示，假设α：β＝1:2，为了保证各轴转向同步，要求在每一个转向角度情况下，电控I轴与电控II轴的转角均需满足既定的角度比例关系。例如：

在电控I轴，转5度时，电控II轴转10度，在电控I轴，转10度时，电控II轴转20度，即电控I轴与电控II轴转角为1:2的关系。通过在单位时间内(例如200ms)，电控I轴与电控II轴转向角度均成比例实现各轴转向同步的目标。即，

在1s时，电控I轴转到2度，电控II轴转到4度；

在2s时，电控I轴转到4度，电控II轴转到8度；

在3s时，电控I轴转到6度，电控II轴转到12度；

在4s时，电控I轴转到8度，电控II轴转到16度；

在5s时，电控I轴转到10度，电控II轴转到20度。

如采用常规控制策略方法：在每一个单位时间，如每200ms(0.2s)检测一次实际车轮转角，并与目标值进行对比，差值小，程序给比例阀的电流越小，比例阀的开度越小，车轮转角速度越慢；差值越大，程序给比例阀的电流越大，比例阀开度越大，车轮转角速度越快，以实现最短的时间内实际转角达到目标转角，从而显现在每个时间点的车轮实际转角与目标转角值对应。

例如，3s时，电控轴实际只转了4度，需要转到目标值6度，此时电流值给出600mA，阀芯开度开到50％，对应通过流量7.5L/min，使车轮在0.5s的时间内，从实际4度，转到实际6度，即在3.5s时，满足了电控轴实际车轮转角与电控轴目标转角对应。

当在3s时检测到电控轴实际转角转了5.5度时，需要转到目标值6度，此时电流值给出300mA，对应比例阀阀芯开度为25％，对应通过流量3.75L/min，使车轮在0.5s内，从实际5.5度转到6度。

此为在流量饱和的情况下实现上述功能，常规的控制策略是基于如下两个前提：1，泵源流量充足，如采用大流量的转向泵的情况，但此时容易造成发热量大和回油背压高的问题，2，每个电控转向轴的负载相同，油流向均衡。

此时，电控I轴实际流量需求为5L/min，电控II轴实际流量需求为10L/min。当发动机转速达到经济转速以上时，泵源可提供的流量在25L/min以上，可满足该要求。

然而，当发动机转速处于怠速时，发动机驱动的泵可提供的流量为15L/min，如采用常规控制策略，电控I轴与电控II轴比例阀开度根据转角差值计算出对应电流值，以控制比例阀开度，从而使通过比例阀流量的不同，会造成电控I轴比例阀开度所能通过的流量大于5L/min，例如达到7.5L/min，而电控II轴比例阀开度所能通过的流量大于10L/min，此为比例阀开度所能通过的流量。

而由于泵源流量只有15L/min，此时通过电控I轴的流量为7.5L/min，而通过电控II轴的流量为15-7.5＝7.5L/min，从而导致电控I轴流量饱和，而电控II轴流量不足，从而引起电控I轴转向速度快，而电控II轴转向速度慢，继而引起程序的重复计算，影响整车电控转向的响应速度、控制器调整时长以及控制的计算量。

而当发动机转速在经济转速以上时，此时泵源可提供流量在25L/min以上，电控I轴对应的阀口开度通过流量为7.5L/min时，电控II轴对应阀口开度为10L/min时，此时通过电控I轴比例阀口实际流量为7.5L/min，通过电控II轴比例阀阀口实际流量为25-7.5＝17.5L/min，仍能满足电控II轴10L/min的流量需求。

本方法是设定在发动机转速为怠速时即泵源流量满足程度无法满足两轴的流量需求，同时电控I轴与电控II轴的流量需求不一致，电控I轴流量需求小，电控II轴流量需求大，通过控制电控I轴的最大电流限值，限定电控I轴和电控II轴阀口的最大通过流量，使电控转向液压系统转角更加匹配；

如，怠速时，以1:2的比例关系，根据泵源流量按1:2比例分配给电控I轴和电控II轴，根据此流量反算出电控I轴的最大电流限制，使通过电控I轴比例阀的阀口通过流量为实际流量需求对应流量，限定电控I轴最大电流值，以使通过电控I轴阀口流量为5L/min，剩余10L/min向电控II轴供油，使电控液压转向更加合理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴电控转向液压系统，其特征在于，包括转向油箱、转向泵，所述转向泵将转向油箱中的液压油输送至电控转向轴，所述电控转向轴包括电控I轴和电控II轴，所述电控I轴包括电控I轴比例阀和电控I轴助力缸，所述电控I轴比例阀调控电控I轴助力缸的液压流量；

所述电控II轴包括电控II轴比例阀和电控II轴助力缸，所述电控II轴比例阀调控电控II轴助力缸的液压流量；

所述电控I轴助力缸对电控I轴发挥助力作用，所述电控II轴助力缸对电控II轴发挥助力作用；

还包括车载控制器，所述车载控制器与电控I轴比例阀、电控II轴比例阀分别连接，控制电控I轴比例阀、电控II轴比例阀的开度。

2.根据权利要求1所述的一种多轴电控转向液压系统，其特征在于，通过所述车载控制器设定电流参数，不同的电流参数将阀芯行程分成六等份，对应不同的阀芯行程，产生不同的流量输出值。

3.根据权利要求1所述的一种多轴电控转向液压系统，其特征在于，所述多轴电控转向液压系统，还包括检测发动机转速的转速传感器，所述转速传感器通过CAN总线与转向控制器连接，向转向控制器发送实时发动机转速信号。

4.根据权利要求1所述的一种多轴电控转向液压系统，其特征在于，所述多轴电控转向液压系统，还包括设置在电控转向轴上的角度传感器，所述角度传感器将检测的车轮转角实际值发送至车载控制器。

5.一种流量匹配控制方法，其特征在于，采用权利要求1～4任一项所述的多轴电控转向液压系统，包括如下步骤：

S01，检测发动机转速，判断发动机转速是否在经济转速之上；

S02，包括S021：如是，则车载控制器根据车轮转角实际值与目标转角值的差值计算得出每个电控转向轴比例阀对应的电流值，通过电控转向轴的比例阀控制流量；

以及S022，如否，则进入低于经济转速下的转向控制模式，处于准备状态；

S03，根据发动机转速按照电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算出电控I轴与电控II轴的分配流量，结合比例阀阀芯特性，计算得出电控I轴的此转速下最大允许电流值；

S04，根据瞬时实际转角与理论转角差值计算出电控I轴与电控II轴的实际需要电流值，将实际需要电流值与最大电流限值对比，给出电流信号，控制电控转向轴的流量。

6.根据权利要求5所述的一种流量匹配控制方法，其特征在于，其中，所述S03具体包括：根据发动机转速计算得出泵源总流量，根据电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算得出电控I轴与电控II轴的分配流量，而后根据分配流量计算得出电控I轴与电控II轴的最大电流值。

7.根据权利要求5所述的一种流量匹配控制方法，其特征在于，当电控I轴实际需要电流值小于S03计算所得电控I轴最大电流限值时，按实际需要电流值给出电控I轴的电流；当电控I轴实际需要电流值大于电控I轴最大电流限值时，按照最大电流限值给出电控I轴的电流值。

8.根据权利要求5所述的一种流量匹配控制方法，其特征在于，发动机经济转速为1200-1500rpm。

9.根据权利要求5所述的一种流量匹配控制方法，其特征在于，在所述电控I轴、电控II轴所受负载相等，并左转或右转情况下，车载控制器根据发动机转速按照电控I轴与电控II轴的初始目标转向角比例计算出电控I轴与电控II轴的分配流量，计算得出电控I轴和电控II轴的比例阀电流值。

10.根据权利要求5所述的一种流量匹配控制方法，其特征在于，在所述电控I轴所受负载小于电控II轴时，通过所述车载控制器控制电控I轴比例阀的最大电流，第一转向比例阀开度变小，第二转向比例控制阀开度变大，进而降低电控I轴转速，增加电控II轴转速，从而实现电控I轴与电控II轴同步运动。

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