[发明专利]一种电液主动转向系统及其多学科优化方法

说明书

本发明公开了一种电液主动转向系统及其多学科优化方法，该系统包括机械传动模块、电动助力模块、液压变传动模块及控制模块。ECU输出信号控制助力电机输出转矩，通过安装在转向轴上的减速机构对系统执行助力；ECU还输出信号分别控制液压泵驱动电机和比例换向阀工作，改变转向直拉杆液压缸活塞两侧油压，从而改变前轮转角。针对该系统提出一种多学科优化方法，综合考虑汽车动力学、结构轻量化、振动与噪声以及能量消耗等多个学科之间的复杂耦合关系，对系统关键参数进行多学科优化，降低系统总体优化计算量，提高最优解的搜索能力和收敛速度，缩短设计周期。

技术领域

本发明属于汽车转向系统技术领域，具体指代一种电液主动转向系统及其多学科优化方法。

背景技术

伴随着汽车工业的蓬勃发展，汽车转向系统也从机械式向液压、电控、智能化发展。主动转向系统是一种新兴的技术，通过不同车速下改变转向传动比，提高汽车稳定性和驾驶员操纵感。目前实现变传动比功能的方式主要有两种，第一种是通过设计特殊的齿条组成的纯机械式结构，奔驰公司采用了这种方式；第二种是宝马等公司采用的电子系统和一套行星齿轮结构结合，不仅能够自由改变转向传动比，还能够执行转向干预，对汽车进行稳定性控制。

由于主动转向技术被国外企业垄断并且对我国技术封锁，零部件成本极高，少有汽车能够装配。目前国内对转向系统变传动比技术鲜有研究，现有主动转向系统都基于齿轮齿条转向器进行开发，提供的转向助力较小，还无法在商用车上应用。因此，开发具有自主知识产权的主动转向系统，提高国产转向系统技术水平，具有极大的社会价值和经济效益。

转向系统是一项多学科交互作用的复杂工程系统，参数优化设计对系统性能起到关键性作用。传统优化设计方法不能解决多学科之间的耦合和影响，难以获得系统最佳综合性能。多学科优化方法在航空航天领域有较多的应用，但是在汽车主动转向系统可借鉴的优化设计经验还处于空白。因此，应用多学科优化方法，充分考虑系统动力学、轻量化、控制、振动和噪声、能量消耗等学科的耦合影响，对转向系统进行多学科优化设计，可以提高优化效率并得到系统全局最优解，获得良好综合性能。

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电液主动转向系统及其多学科优化方法，以克服现有技术中存在的问题。本发明的电液主动转向系统可以在不同工况下对转向传动比进行调整，并可在紧急情况进行转向干预，使得汽车保持行驶稳定性，驾驶员获得更好的操纵感，转向性能达到最优；同时，还解决了传统优化方法设计效率低、难以全面考虑多学科之间耦合的缺点，有效对所提供的电液主动转向系统关键参数进行优化。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种电液主动转向系统，包括：机械传动模块、电动助力模块、液压变传动模块及控制模块；

所述的机械传动模块包括依次连接的方向盘、转向轴、循环球转向器、转向摇臂、转向直拉杆、转向梯形及车轮；

所述转向直拉杆包括液压缸、活塞、直拉杆；

所述液压缸的外壳通过转向摇臂与循环球转向器输出端固定连接，外壳上开设有进油口和出油口；所述活塞装配在上述液压缸内，活塞两端固定安装直拉杆，直拉杆后端连接转向梯形及车轮；

所述的电动助力模块包括助力电机及减速机构；所述减速机构安装在机械传动模块转向轴上，所述助力电机输出的转矩经减速机构作用，通过转向轴传递至循环球转向器；

所述的液压变传动模块包括储油罐、液压泵驱动电机、液压泵及比例换向阀；

所述液压泵驱动电机连接液压泵，储油罐中的低压油经液压泵作用后转换为高压油并流向比例换向阀；

所述比例换向阀分配高压油方向和流量大小，通过油管和上述液压缸相通，改变活塞两侧的压力大小，驱动活塞相对液压缸运动；