Электрогидравлическая система усиления рулевого управления транспортного средства и способ управления электрогидравлической системой усиления рулевого управления транспортного средства
ELECTRO-HYDRAULIC POWER STEERING SYSTEM OF A VEHICLE AND A METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTRO-HYDRAULIC POWER STEERING SYSTEM OF A VEHICLE

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к электрогидравлическим системам усиления рулевого управления транспортного средства, в том числе электрогидравлическим усилителям рулевого управления аккумуляторных электрических колесных транспортных средств.
Известен автономный электрогидравлический рулевой привод для систем рулевого управления колесных машин, который содержит электродвигатель постоянного тока, соединенный с блоком управления, нерегулируемый нереверсивный насос, четырехлинейный трехпозиционный электрогидравлический распределитель с пружинным центрированием с двумя управляющими обмотками, исполнительный механизм, сообщенный нагнетательной и сливной линиями с гидравлическим баком, двумя компараторами и, двухполупериодным выпрямителем и сумматором, на вход которого подается сигнал смещения. При этом на входы компараторов и двухполупериодного выпрямителя подается управляющий сигнал, выходы компараторов соединены с управляющими обмотками четырехлинейного трехпозиционного электрогидравлического распределителя, выход двухполупериодного выпрямителя через сумматор соединен с блоком управления, а указанные нагнетательная и сливная линии выполнены с возможностью соединения между собой при отсутствии сигналов (см. патент на изобретение RU №2378539, опубликовано 10.01.2010 г.).
Недостатки этой конструкции заключаются в сравнительно невысокой энергоэффективности.
За прототип по совокупности существенных признаков принимаем электрогидравлическую систему усиления рулевого управления для автотранспортного средства имеющую способ управления, обеспечивающий управление электрическим двигателем привода гидравлического насоса в зависимости от потребляемого тока. Система включает в свой состав гидравлический насос, электрический двигатель его привода, рулевое колесо и электронный блок управления (см. изобретение RU №2011145035А, МПК B62D, опубликовано 20.05.2013г.).
Эта электрогидравлическая система усиления рулевого управления имеет сравнительно невысокую энергоэффективность связанную с непропорциональным увеличением производительности насоса и потребляемого тока при отрицательных температурах окружающего воздуха и повышения вязкости рабочей гидравлической жидкости. В результате в результате которого повышается сила потребляемого тока и электродвигатель привода гидравлического насоса переходит на 2 режим работы. При этом может происходить вспенивание рабочей жидкости в расширительном баке, ухудшение ее свойств, а также возможно выдавливание уплотнительных устройств после длительной стоянки на холоде.
Предлагаемым изобретением решается задача повышения энергоэффективности электрогидравлической системы усиления рулевого управления транспортного средства.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в электрогидравлической системе усиления рулевого управления транспортного средства, содержащей рулевой механизм с гидравлическим усилителем, гидравлический насос, осуществляющий циркуляцию рабочей жидкости, агрегатированный в единый модуль с электрическим двигателем, управляемым с помощью векторного управления электронным преобразователем, который соединен с двигателем электрическими силовым и управляющим кабелями и блок управления, с целью повышения энергоэффективности используется высоковольтный электрический двигатель, позволяющий снизить потери энергии в питающих проводах и в электрическом двигателе, кроме этого в системе усиления реализован способ управления при котором для формирования управляющего сигнала блоком управления измеряется и сравнивается температура рабочей жидкости с заданными пороговыми значениями, что позволяет поддерживать заданную температуру рабочей жидкости при минимальной производительности гидравлического насоса и обеспечивает снижение потерь энергии.
Таким образом энергоэффективность повышается за счет снижения потерь в электрических проводах, электрическом двигателе и поддержания оптимальной производительности гидравлического насоса.
Совокупность отличительных признаков, заключающаяся в том, что «с целью повышения энергоэффективности используется высоковольтный электрический двигатель, позволяющий снизить потери энергии в питающих проводах и в электрическом двигателе» и «при формировании управляющего сигнала блоком управления измеряется и сравнивается температура рабочей жидкости с заданными пороговыми значениями, что позволяет поддерживать заданную температуру рабочей жидкости при минимальной производительности гидравлического насоса» позволяют повысить энергоэффективность за счет снижения электрических потерь и поддержания оптимальной температуры рабочей жидкости при минимальной производительности гидравлического насоса.
В процессе работы блок управления контролирует температуру окружающей среды, гидравлической рабочей жидкости и/или время, прошедшее после последнего пуска системы в работу, обеспечивая при этом работу электрического двигателя на 1 режиме при минимальных оборотах, что позволяет прогреть масло. При этом температура окружающей среды, температура рабочей жидкости и время, прошедшее после последнего включения системы могут использоваться для выработки управляющего сигнала как по отдельности, так и в любой комбинации. Особенно это актуально для аккумуляторных транспортных средств, силовой агрегат которых не требуется прогревать в зимнее время.
Кроме этого при использовании в системе высоковольтного электрического двигателя переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, управляемого силовым преобразователем посредством векторного управления, повышается энергоэффективность системы за счет повышения общего коэффициента полезного действия, а также снижения токовых омических потерь в питающих проводах, кабелях и обмотках фаз электродвигателя при общем снижении величин электрического тока. Данные электрические двигатели также не имеют изнашиваемых подвижных частей, (щеточно-коллекторного узла) в отличие от используемых приводов постоянного тока, что позволяет повысить надежность системы.
Заявителю не известны электрогидравлические системы усиления рулевого управления транспортного средства и способ управления электрогидравлическим усилителем рулевого управления транспортного средства с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что позволяет предположить соответствие заявляемого технического решения условиям патентоспособности «новизна» и «изобретательский уровень».
Изобретение иллюстрируется изображениями, на которых представлены:
Фиг. 1 - электрогидравлическая система усиления рулевого управления автотранспортного средства, общий вид;
Фиг. 2 - схема электрогидравлической системы усиления рулевого управления автотранспортного средства;
Фиг. 3 - алгоритм работы электрогидравлической системы усиления рулевого управления автотранспортного средства;
Фиг. 4 - алгоритм осуществления рабочего режима и режима ожидания электрогидравлической системы усиления рулевого управления автотранспортного средства;
Фиг. 5 - алгоритм прогрева рабочей жидкости в зависимости от времени простоя электрогидравлической системы усиления рулевого управления автотранспортного средства;
Электрогидравлическая система усиления рулевого управления транспортного средства содержит электрический двигатель 1 переменного тока с возбуждением от постоянных магнитов, управляемый посредством векторного управления силовым преобразователем 2. На валу двигателя установлен гидравлический насос 3, осуществляющий циркуляцию рабочей жидкости в гидравлическом контуре усилителя 4 рулевого управления. Электрический двигатель 1 соединен с преобразователем с помощью высоковольтного кабеля 5 и низковольтного кабеля 6, по которому происходит передача информации от датчиков, осуществляющих измерение рабочих параметров двигателя 1, в преобразователь 2. Преобразователь 2 соединен высоковольтным кабелем 7 с источником электрической энергии, а низковольтным кабелем 8 с блоком 9 правления, осуществляющим управления электрогидравлическим усилителем рулевого управления автотранспортного средства.
Для реализации способа управления режимами работы электрогидравлической системы усилителя рулевого управления транспортного средства необходим следующий набор входных сигналов, которые поступают от различных систем в блок 9 управления:
- сигнал состояния клеммы «KL15» замка зажигания;
- сигнал о положении селектора выбора режима движения: движение вперед, движение назад, стоянка;
- сигнал о положении стояночного тормоза;
- сигнал от датчика температуры масла в гидравлической системе и оценка его состояния (датчик работает корректно/некорректно);
- сигнал от датчика температуры окружающей среды;
- сигнал датчика температуры обмоток статора электродвигателя;
- сигнал времени последнего запуска электрического двигателя из энергонезависимой памяти блока управления.
Преобразователь 2 электрогидравлической системы усилителя 4 рулевого управления имеет в своем составе контроллер, осуществляющий управление силовой частью преобразователя 2 для осуществления векторного управления двигателем 1 по сигналам, описанным выше и сигналам от внутренних датчиков, измеряющих состояние его компонентов.
Включение электрогидравлической системы усиления рулевого управления для транспортного средства возможно при наличии низковольтного и высоковольтного электрического питания и отсутствия следующих критических ошибок:
- температура охладителя силовой части преобразователя 2 выше допустимого,
- активирована защита драйвера силового ключа,
- неисправна энергонезависимая память,
- отсутствует связь с управляющим контроллером,
- напряжения на обмотках двигателя 1 выше допустимого,
- ток на обмотках двигателя 1 выше допустимого,
- ток на входе преобразователя 2 выше допустимого,
- мгновенное значение выходного тока выше допустимого,
- неисправны датчики тока.
При наличии критических ошибок и отсутствия питания преобразователь 2 будет игнорировать сигналы о пуске.
В момент включения электрогидравлической системы усиления рулевого управления для транспортного средства производится сброс ошибок (если они становятся не актуальными) и от блока 9 управления посылается сигнал холостого режима работы электрического двигателя 1. Под холостым режимом работы подразумевается низкая частота вращения насоса, недостаточная для создания дополнительного усилия, но достаточная для прогрева рабочей жидкости.
Управление прогревом гидравлической жидкости реализовано в 2 режимах:
1. Управлением по показаниям датчика температуры рабочей жидкости;
2. Управлением по показаниям датчика температуры окружающей среды.
Если температура рабочей жидкости в гидравлическом контуре ниже заданного порогового значения, то необходимо отправить сигналы о холостом режиме работы. Если нет, то проверить положение селектора и стояночного тормоза.
Альтернативным способом управления прогревом рабочей жидкости является управление по показаниям датчика температуры внешней среды, если показания датчика температуры рабочей жидкости некорректны или неверны. В этом случае считываются данные о последнем времени запуска системы из энергонезависимой памяти. Сначала проверяется, прошло ли время после прохождения которого считается, что рабочая жидкость остыла. Значение времени зависит от температуры окружающей среды и записывается в память блока 9 управления.
1
1
2
2
3
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Если температура внешней среды ниже заданного значения (высший порог температуры внешней среды) T, то насос 3 работает в холостом режиме в течение времени t. Если температура внешней среды ниже значения (средний порог температуры внешней среды) T, то насос 3 работает в холостом режиме в течение времени t. Если температура внешней среды ниже (нижний порог температуры внешней среды) T, то насос 3 работает в холостом режиме в течение времени t. Причем, если выполняется следующее условие неравенств пороговых значений T > T > T, то, должно выполняться следующее условнее неравенств длительностей работы насоса 3 в холостом режиме t < t < t. При истечении времени t, t или t блок 9 управления осуществляет проверку положения селектора и стояночного тормоза. Если селектор посылает сигнал о режимах движения «вперед» или «назад» и при этом тормозная система посылает сигнал положения стояночного тормоза «деактивирован», то включается рабочий режим, при котором частота вращения вала ротора двигателя 1 и вала рабочего колеса гидравлического насоса 3 соответствует рабочему режиму.
4
При переводе селектора в положение «нейтраль» должно пройти время t и только после этого происходит переход электрогидравлической системы усиления рулевого управления для автотранспортного средства в режим ожидания. В режиме ожидания подается питание, но управление не осуществляется, то есть вал ротора двигателя 1 и вал насоса 3 находятся в неподвижном состоянии.
Электрогидравлическая система усиления рулевого управления транспортного средства может быть изготовлена на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.