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商用车节能型智能电液转向系统

单位名称 清华大学 大赛年份 2021年
大赛届次 第16届 奖项 金奖
发明人姓名 陶书鑫 季学武 董晴 刘亚辉
技术领域 机械制造与自动化,汽车零部件
应用行业
项目类别 专利, 计算机软件著作权, 专有技术
专利类型 发明
专利情况 申请号 申请日期
专利号 2019SR1013169;2021SR0319177 授权日期
计算机软件著作权证书登记号 2019SR1013169;2021SR0319177
项目简介 1. 发明目的、基本思路、与现有技术对比有什么改进与创新
智能和节能是商用车的发展趋势。转向系统是智能商用车的核心执行器,且其能耗占比达到整车的3%,因此发展转向系统是实现商用车智能化、节能化的关键之一。商用车由于负载较大,因此无法直接移植乘用车已普遍采用的电动助力转向系统,而国内外现有的解决方案同质化严重,即通过在方向盘端增加电动助力管柱以实现智能化功能,均未针对商用车转向系统高能耗的问题提出解决措施。在此背景下,本团队发明了商用车节能型智能电液转向系统,旨在为商用车转向系统的智能化、节能化提供完整的解决方案。本发明包括商用车转向系统的形式与结构创新以及控制算法创新,核心技术是利用蓄能器和电磁阀对转向器压力进行精确调节,从而实现电动助力和液压助力的合理功率分配,例如在高速行驶时倾向电动助力以实现节能,而在原地转向时采用电液混合助力以保证扭矩。在控制器的动态调节下,电动助力的高效率以及液压助力的高扭矩特点得到互补,转向系统对液压助力的依赖降低。经测试,本发明综合工况下能耗降低85%,约合1L每百公里,并且系统整体额定功率降低50%,应用条件得以放宽。此外本发明可以实现转向系统的扭矩叠加和转角控制,支持ADAS、自动驾驶等智能转向功能。
2. 已取得的社会及经济效益,如:产值、利润、节约能源及改善环境等方面
当前针对商用车转向系统的改进技术是以沃尔沃动态2013年推出的动态转向系统(VDS)为代表的电液耦合转向器技术。这种技术相比传统的液压动力转向系统而言,仅在方向盘下端连接一套电动助力管柱,进而移植乘用车电动助力转向的控制软件以及相应功能,例如随车速可变的转向助力、转向回正、车道保持辅助等。在转向过程中电动部分仅起辅助转向作用,液压部分承担扭矩输出,转向能耗没有得到显著降低。本发明相比于上述技术,具有如下主要创新点:1)混合式动力转向技术:根据转向负载情况对电动以及液压部分的功率进行实时分配,充分利用电动助力的高能效优势,最小化转向系统能耗。2)蓄能式电控液压动力转向技术:利用蓄能器储备液压能以覆盖极限峰值功率需求并降低系统额定功率,加入电磁阀组以精确控制液压助力,实现按需助力,增强手感,避免能量浪费;3)容错控制技术:本发明具有高度冗余的拓扑结构以及相应的容错控制算法,相比现有技术具有更高的安全性。对于系统中可能出现的单点故障和部分多点故障,容错控制技术保证驾驶员对于车辆转向的基本控制能力,防止转向失灵以造成交通事故。本发明内含控制软件均自主开发,致力于打破国外技术垄断。
项目进展阶段 已实现技术转让
备注 知识产权材料统计:本项目包含发明专利3项,其中1项已授权,2项已进入实质性审查;包含实用新型专利1项,已授权;包含软件著作权2项,已授权。