一种重型牵引车转向助力控制方法、系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，更具体地，涉及一种重型牵引车转向助力控制方法、系统及车辆。

背景技术

目前，重型牵引车大多采用液压助力转向系统，由发动机驱动叶片式动力转向油泵，从而带动内部叶片旋转，与定子形成的容积变大产生负压，将转向油罐内部转向液吸入，容积变小产生高压，流入循环球式动力转向器形成液压助力，从而达到减小驾驶员转向手力的作用。然而，车辆在上坡、下坡、加速及减速工况时质心会前后转移，重型牵引车载重较大，在此工况下质心的转移会导致前轴荷变化较大，转向阻力距随前轴荷的变化而变化，现有技术无法根据不同工况产生不同的转向助力，导致方向盘所需的转向力矩较其它工况变大或变小，进而导致驾驶员在此工况下所需手力较其它工况变大或变小，大幅降低驾驶安全性和舒适性。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的缺陷，提供一种重型牵引车转向助力控制方法、系统及车辆，能够根据不同工况实现不同的转向助力，使得驾驶员在不同工况下所需手力基本相同，大大提高驾驶的安全性和舒适性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种重型牵引车转向助力控制方法，包括以下步骤：

获取车辆的运行参数，包括车辆所处坡度、车辆纵向加速度；

根据车辆的运行参数判断车辆工况，所述车辆工况包括上坡、下坡、加速、减速或静止；

根据车辆工况输出对应的控制指令，实现与车辆工况相适配的转向助力；

若车辆处于下坡或减速工况，则增大转向助力，使得方向盘所需的转向力矩落入预设范围；

若车辆处于上坡或加速工况，则减小转向助力，使得方向盘所需的转向力矩落入预设范围。

其中，所述方向盘所需的转向力矩落入预设范围，这里的预设范围设置为：在不同的工况下，能够使得方向盘所需的转向力矩基本一致的范围值，即使在不同的工况下，驾驶员在转动方向盘时，也是无法感受到差别感，即驾驶员作用到方向盘上的手力基本一致，能够大大提高驾驶的安全性和舒适性。

根据上述技术手段，本发明根据车辆工况输出对应的控制指令，实现与车辆工况相适配的转向助力。本发明能够根据不同工况实现不同的转向助力，使得方向盘所需的转向力矩基本一致，驾驶员在不同工况下转动方向盘时，作用到方向盘上的手力基本相同，无法感受到差别感，大大提高驾驶的安全性和舒适性。

进一步地，所述控制指令控制电动转向油泵实现不同的转速，实现与车辆工况相适配的转向助力。

进一步地，若车辆所处坡度＜0，车辆处于下坡工况，质心前移，转向阻力距增大，则提高电动转向油泵转速，增大助力；若车辆所处坡度＞0，车辆处于上坡工况，质心后移，转向阻力距减小，则降低电动转向油泵转速，减小助力；若车辆纵向加速度＜0，车辆处于减速工况，质心前移，转向阻力距增大，则提高转向油泵转速，增大助力；若车辆纵向加速度＞0，车辆处于加速工况，质心后移，转向阻力距减小，则降低转向油泵转速，减小助力。

根据上述技术手段，车辆下坡和减速时，质心前移，前轴荷加大，本发明可大幅降低转向力矩；车辆上坡或加速时，质心后移、前轴荷减小，本发明可增大转向力矩，提升稳定性；车辆上坡、下坡、加速和减速时，可调节转向力矩，与其它工况保持一致，避免转向力矩突变，提升驾驶安全性和舒适性。

进一步地，当车辆启动时，首先对车速进行判断；若车速为零，则车辆处于静止工况，所述控制指令控制所述电动转向油泵处于基础转速；所述基础转速为950～1050r/min。

若车速不为零，则根据车辆工况输出对应的控制指令，所述控制指令控制所述电动转向油泵实现不同的转速，具体包括：

若-5％≤坡度≤5％或-2m/s2≤纵向加速度≤0.5m/s2，所述控制指令控制电动转向油泵的转速为950～1050r/min；

若-15％≤坡度＜-5％或-4m/s2≤纵向加速度＜-2m/s2，所述控制指令控制电动转向油泵的转速为1150～1200r/min；

若坡度＜-15％或纵向加速度＜-4m/s2，所述控制指令控制电动转向油泵的转速为1300～1350r/min；

若5％＜坡度≤15％或0.5m/s2＜纵向加速度≤1m/s2，所述控制指令控制电动转向油泵的转速为800～850r/min；

若坡度＞15％或纵向加速度＞1m/s2，所述控制指令控制电动转向油泵的转速为650～700r/min。

进一步地，所述电动转向油泵在转动过程中实时反馈电机转速、电流、角度信号。电动转向油泵实时反馈电机转速、电流、角度信号，实现闭环控制。

本发明还提供一种重型牵引车转向助力控制系统，包括：

采集模块：用于采集车辆的运行参数，包括车辆所处坡度、车辆纵向加速度；

控制模块：用于接收采集模块采集的车辆的运行参数，并根据车辆的运行参数判断车辆工况；以及用于根据车辆工况判断结果输出对应的控制指令；所述车辆工况包括上坡、下坡、加速、减速或静止。

进一步地，所述采集模块为安装在车辆上的传感器，所述控制模块为车载控制器。通过车载控制器输出所述控制指令；所述车载控制器可以根据安装在车辆上的陀螺仪传递的信号计算出车辆行驶坡度以及车辆行驶纵向加速度。

进一步地，所述传感器为陀螺仪，所述陀螺仪用于测量车辆的纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度，并将测量结果传递给车载控制器。陀螺仪检测重型牵引车运行状态，通过ECU控制电动转向油泵转速，实现四种不同工况(上坡、下坡、加速和减速)下转向助力的调节，提升驾驶安全性和舒适性。

进一步地，所述传感器为用于测量车辆所处坡度的坡度传感器和测量车辆加速度的加速度传感器；所述坡度传感器和加速度传感器将测量结果传递给所述车载控制器。陀螺仪还可以通过坡度传感器和加速度传感器替代，只要能够同时检测到车辆行驶的坡度以及纵向加速度即可。

本发明还提供一种车辆，包括：

方向盘：用于将驾驶员作用到方向盘边缘上的力转变为转向力矩后传递给转向管柱；

转向管柱：用于连接方向盘和循环球转向器，将方向盘的转向力矩传递给循环球转向器；

循环球转向器：用于将方向盘的转向力矩和转向角度进行变换，再输出给转向传动机构，从而使车辆转向；

转向传动机构：用于将循环球转向器输出的力矩传递至转向轮，实现车辆的转向；

转向轮：用于实现车辆的转向；

转向管柱；用于连接电动转向油泵、循环球转向器和转向油罐，实现转向液在三者中的循环流动；

转向油罐：用于储存转向液，并用于转向液的散热；

电动转向油泵：用于实现转向系统的助力；

车载控制器：用于根据车辆的运行参数判断车辆工况，所述车辆工况包括上坡、下坡、加速、减速或静止；然后根据车辆工况输出对应的控制指令，实现与车辆工况相适配的转向助力；当车辆处于下坡或减速工况，则增大转向助力，使得方向盘所需的转向力矩落入预设范围；当车辆处于上坡或加速工况，则减小转向助力，使得方向盘所需的转向力矩落入预设范围。

根据上述技术手段，在本发明中，将现有技术中的液压转向油泵更改为了电动转向油泵，并在车辆上增加车载控制器以及测量车辆纵向加速度和行驶坡度的传感器如陀螺仪或坡度传感器和加速度传感器；陀螺仪可以实时将车辆纵向加速度信号传递给车载控制器，车载控制器可以根据陀螺仪传递的信号计算坡度，并根据坡度和纵向加速度信号实现对电动转向油泵的转速控制，从而控制电动转向油泵的流量输出，不同的流量下产生的助力不同，可以根据上坡、下坡、加速以及减速等不同的工况按照需要提供不同的助力，使其在各个工况下方向盘所需的转向助力基本相同，使得驾驶员所需的手力一致，避免手力时大时小，能够有效提升驾驶安全性和舒适性。

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种重型牵引车转向助力控制方法、系统及车辆，根据车辆所处坡度以及纵向加速度判断车辆所处的工况，根据不同的工况输出对应的控制指令，控制指令控制电动转向油泵实现不同的转速，从而实现不同大小的转向助力，以确保在不同工况下方向盘所需转向助力相同，从而使得驾驶员在不同工况下转动方向盘时，作用到方向盘上的手力基本相同，无法感受到差别感，大大提高驾驶的安全性和舒适性大大提高了驾驶的安全性和舒适。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是车辆在不同工况下车载控制器控制电动转向油泵实现不同转速的流程示意图。

图3是本发明控制原理示意图。

图4是本发明系统结构示意图。

附图标记：1、方向盘；2、转向管柱；3、循环球转向器；4、转向传动机构；5、转向轮；6、转向管路；7、转向油罐；8、电动转向油泵；9、车载控制器；10、陀螺仪；11、线束。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面结合具体实施方式对本发明作在其中一个实施例中说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。

实施例1：

如图1至图3所示，一种重型牵引车转向助力控制方法，包括以下步骤：

获取车辆的运行参数，包括车辆所处坡度、车辆纵向加速度；

根据车辆的运行参数判断车辆工况，车辆工况包括上坡、下坡、加速、减速或静止；

根据车辆工况输出对应的控制指令，实现与车辆工况相适配的转向助力；

车辆处于下坡或减速工况，则增大转向助力，使得方向盘1所需的转向力矩落入预设范围；

车辆处于上坡或加速工况，则减小转向助力，使得方向盘1所需的转向力矩落入预设范围。

其中，方向盘1所需的转向力矩落入预设范围，这里的预设范围设置为：在不同的工况下，能够使得方向盘1所需的转向力矩基本一致的范围值，即使在不同的工况下，驾驶员在转动方向盘1时，也是无法感受到差别感，即驾驶员作用到方向盘1上的手力基本一致，能够大大提高驾驶的安全性和舒适性。

根据上述技术手段，本发明根据车辆工况输出对应的控制指令，实现与车辆工况相适配的转向助力。本发明能够根据不同工况实现不同的转向助力，使得方向盘1所需的转向力矩基本一致，驾驶员在不同工况下转动方向盘1时，作用到方向盘1上的手力基本相同，无法感受到差别感，大大提高驾驶的安全性和舒适性。

具体的，控制指令控制电动转向油泵8实现不同的转速，实现与车辆工况相适配的转向助力。

其中，若车辆所处坡度＜0，车辆处于下坡工况，质心前移，转向阻力距增大，则提高电动转向油泵8转速，增大助力；若车辆所处坡度＞0，车辆处于上坡工况，质心后移，转向阻力距减小，则降低电动转向油泵8转速，减小助力；若车辆纵向加速度＜0，车辆处于减速工况，质心前移，转向阻力距增大，则提高转向油泵转速，增大助力；若车辆纵向加速度＞0，车辆处于加速工况，质心后移，转向阻力距减小，则降低转向油泵转速，减小助力。

根据上述技术手段，车辆下坡和减速时，质心前移，前轴荷加大，本发明可大幅降低转向力矩；车辆上坡或加速时，质心后移、前轴荷减小，本发明可增大转向力矩，提升稳定性；车辆上坡、下坡、加速和减速时，可调节转向力矩，与其它工况保持一致，避免转向力矩突变，提升驾驶安全性和舒适性。

另外，当车辆启动时，首先对车速进行判断；若车速为零，则车辆处于静止工况，控制指令控制电动转向油泵8处于基础转速；基础转速为950～1050r/min。

若车速不为零，则根据车辆工况输出对应的控制指令，控制指令控制电动转向油泵8实现不同的转速，具体包括：

若-5％≤坡度≤5％或-2m/s2≤纵向加速度≤0.5m/s2，控制指令控制电动转向油泵8的转速为950～1050r/min；

若-15％≤坡度＜-5％或-4m/s2≤纵向加速度＜-2m/s2，控制指令控制电动转向油泵8的转速为1150～1200r/min；

若坡度＜-15％或纵向加速度＜-4m/s2，控制指令控制电动转向油泵8的转速为1300～1350r/min；

若5％＜坡度≤15％或0.5m/s2＜纵向加速度≤1m/s2，控制指令控制电动转向油泵8的转速为800～850r/min；

若坡度＞15％或纵向加速度＞1m/s2，控制指令控制电动转向油泵8的转速为650～700r/min。

其中坡度为负数表示表示下坡工况，为正数是表示表示上坡工况；纵向加速度为负数时表示减速工况，纵向加速度为正数时表示加速工况。

具体的，电动转向油泵8在转动过程中实时反馈电机转速、电流、角度信号。电动转向油泵8实时反馈电机转速、电流、角度信号，实现闭环控制。

本发明提供的一种重型牵引车转向助力控制方法，根据车辆所处坡度以及纵向加速度判断车辆所处的工况，根据不同的工况输出对应的控制指令，控制指令控制电动转向油泵8实现不同的转速，从而实现不同大小的转向助力，以确保在不同工况下方向盘1所需转向助力相同，从而使得驾驶员在不同工况下转动方向盘1时，作用到方向盘1上的手力基本相同，无法感受到差别感，大大提高驾驶的安全性和舒适性大大提高了驾驶的安全性和舒适。

实施例2

本实施例提供一种重型牵引车转向助力控制系统，包括：

采集模块：用于采集车辆的运行参数，包括车辆所处坡度、车辆纵向加速度；

控制模块：用于接收采集模块采集的车辆的运行参数，并根据车辆的运行参数判断车辆工况；以及用于根据车辆工况判断结果输出对应的控制指令；车辆工况包括上坡、下坡、加速、减速或静止。

其中，采集模块为安装在车辆上的传感器，控制模块为车载控制器9。通过车载控制器9输出控制指令；车载控制器9可以根据安装在车辆上的陀螺仪10传递的信号计算出车辆行驶坡度以及车辆行驶纵向加速度。

具体的，传感器为陀螺仪10，陀螺仪10用于测量车辆的纵向加速度、垂向加速度和侧向加速度，并将测量结果传递给车载控制器9。陀螺仪10检测重型牵引车运行状态，通过ECU控制电动转向油泵8转速，实现四种不同工况(上坡、下坡、加速和减速)下转向助力的调节，提升驾驶安全性和舒适性。

其中，传感器为用于测量车辆所处坡度的坡度传感器和测量车辆加速度的加速度传感器；坡度传感器和加速度传感器将测量结果传递给车载控制器9。陀螺仪10还可以通过坡度传感器和加速度传感器替代，只要能够同时检测到车辆行驶的坡度以及纵向加速度即可。

实施例3

如图4所示，本实施例提供一种车辆，包括以下各部件，以下各部件除非特别说明，均采用现有常规的车用部件及连接关系：

方向盘1：用于将驾驶员作用到方向盘1边缘上的力转变为转向力矩后传递给转向管柱2；

转向管柱2：用于连接方向盘1和循环球转向器3，将方向盘1的转向力矩传递给循环球转向器3；

循环球转向器3：用于将方向盘1的转向力矩和转向角度进行变换，再输出给转向传动机构4，从而使车辆转向；

转向传动机构4：用于将循环球转向器3输出的力矩传递至转向轮5，实现车辆的转向；

转向轮5：用于实现车辆的转向；

转向管柱2；用于连接电动转向油泵8、循环球转向器3和转向油罐7，实现转向液在三者中的循环流动；

转向油罐7：用于储存转向液，并用于转向液的散热；

电动转向油泵8：用于实现转向系统的助力；

车载控制器9：用于根据车辆的运行参数判断车辆工况，车辆工况包括上坡、下坡、加速、减速或静止；然后根据车辆工况输出对应的控制指令，实现与车辆工况相适配的转向助力；当车辆处于下坡或减速工况，则增大转向助力，使得方向盘1所需的转向力矩落入预设范围；当车辆处于上坡或加速工况，则减小转向助力，使得方向盘1所需的转向力矩落入预设范围；

线束11：用与信号及电能的传递。

根据上述技术手段，在本发明中，将现有技术中的液压转向油泵更改为了电动转向油泵8，并在车辆上增加车载控制器9以及测量车辆纵向加速度和行驶坡度的传感器如陀螺仪10或坡度传感器和加速度传感器；陀螺仪10可以实时将车辆纵向加速度信号传递给车载控制器9，车载控制器9可以根据陀螺仪10传递的信号计算坡度，并根据坡度和纵向加速度信号实现对电动转向油泵8的转速控制，从而控制电动转向油泵8的流量输出，不同的流量下产生的助力不同，可以根据上坡、下坡、加速以及减速等不同的工况按照需要提供不同的助力，使其在各个工况下方向盘所需的转向助力基本相同，使得驾驶员所需的手力一致，避免手力时大时小，能够有效提升驾驶安全性和舒适性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。