TWI488760B - Electric vehicle, compound hydraulic power steering system and its driving method - Google Patents

Description

電動車、複合式液壓動力轉向系統及其驅動方法

本發明係有關於一種電動車的液壓動力轉向系統及其驅動方法，特別是有關一種具有油、電複合動力驅動介面的液壓泵浦及其驅動方法。

傳統內燃機引擎主要係藉由引擎動力帶動其動力轉向液壓泵浦，產生液壓作用在動力缸內的活塞，以輔助拉動轉向連桿，達成轉向目的。

在應用上述習知轉向系統到電動車領域時，因無法藉由引擎使動力轉向液壓泵浦運轉，而必需改以電力驅動前述的轉向系統。但一般電動車的電力主要以一動力電池提供，然而該動力電池除了供給該轉向系統電力之外，還必需提供驅使電動車行進的動力馬達使用，因此電動車運行時續航力將會因附件系統使用的多寡造成續行里程有所限制。

另外如圖1所示，以引擎驅使車輛行進並以引擎帶動的液壓動力轉向系統在高速行駛時，泵浦的轉速提高，液壓油之排出量也就會隨之增加，但流到動力缸內的流量卻減少，因此以引擎帶動的液壓泵浦會結合流量控制閥，以偵測引擎轉速來調整適合的液壓，但在以增程式電動車引擎運作方式而言，大多數引擎運作於最高效率下運轉，具其引擎轉速已與車速脫勾，因此引擎轉速與扭矩輸出的變化將有所限制，其傳統式的流量控制閥已不敷使用。

本發明目的在於提供一種複合動力驅動的液壓動力轉向系統及驅動方法，此液壓動力轉向系統除了可藉由電力使複合動力液壓泵浦運作以外亦可轉換為由引擎帶動的機械式液壓泵浦，來達到輔助轉向的效果。

本發明另一目的在於提供一種液壓控制系統，藉由此液壓控制系統可針對複合動力液壓泵浦在不同的供能動力模式下，採用不同的液壓流速控制策略，而提供各種轉速下所需求之轉向輔助力。

本發明之複合式液壓動力轉向系統包含：一腔室，可充填液體。一對液體通道，包含一第一通道與一第二通道分別與該腔室連通。一直流馬達，具有一可自由轉動或由電力驅動的轉軸，該轉軸具有相對的一第一端與及一第二端，該第一端位於該腔室內並組設一液體加壓裝置。一單向軸承，套設於該轉軸的第二端外徑。一皮帶輪，組設於該單向軸承的外環，該皮帶輪之輪面設有至少一導槽。一液壓調節系統，連接該對液體通道，以調節該對液體通道的流量。

上述液壓調節系統具有一直流馬達，該直流馬達具有一旋轉軸，該旋轉軸具有一液壓調節孔，該旋轉軸係穿過該第一通道，且該液壓調節孔位於該第一通道內。

本發明之複合式液壓動力轉向系統的驅動方法包括：提供前述之液壓動力轉向系統，該內燃機引擎以一皮帶連接該皮帶輪，該車用附件系統供電電池電性連接該複合動 力液壓泵浦的該直流馬達，該腔室內充填有液體；啟動一機械能供給該複合動力液壓泵浦動力的模式時，以該內燃機引擎帶動該皮帶，以轉動該轉軸對該液體加壓而推動該液壓迴路，並切換該直流馬達供電電路為斷路；以及啟動一電能供給該複合動力液壓泵浦動力的模式時，切換該直流馬達供電電路為通路以電力驅動該轉軸，而對該液體加壓以推動該液壓迴路。

本發明之特點在於，本專利提出一套複合式液壓動力轉向系統的配套設計與策略，複合式液壓動力轉向系統除了可藉由電力使複合式液壓泵運作以外亦可轉換為機械式液壓泵浦由內燃機引擎帶動來達到輔助轉向的效果。另外，本發明可再結合如剎車回充等省能充電的技術手段，並沒有排斥其他對電池用電的省能技術。複合型液壓泵浦可透過整車控制器(VCU)的交互調控來提供車輛轉向時所需要的需求轉向輔助力，一旦內燃機引擎作動時複合式液壓動力轉向系統內之直流馬達將轉換為發電機提供電力來源，這樣的設計除可減少系統耗能外，複合式泵浦更可提供優異的失效防護性。本發明之設備可提供電動車、增程式電動車使用以外亦可架設於傳統燃油車中，並且藉由該系統進行充電之架構均可實現，因此通用性極高。

首先請參照圖2所示的本發明複合式液壓動力轉向系統之複合動力液壓泵浦實施例之立體分解圖，以及圖3所示的本發明複合式液壓動力轉向系統之複合動力液壓泵浦 實施例之側視圖。本實施例之複合式液壓動力轉向系統10，係具有一複合動力液壓泵浦20，用以提供一液體於一液壓迴路中循環以輔助轉向力道，該複合動力液壓泵浦20包含腔室30、液體通道40、直流馬達50、單向軸承60、皮帶輪70以及液壓調節系統80。

該腔室30內係可充填操作液(油)體。液體通道40為成對設置，包含一第一通道41與一第二通道42，該第一通道41的一端與該第二通道42的一端分別與該腔室30連通，該第一通道41另一端與該第二通道42的另一端分別連接一液體容置槽(未繪示)與一轉向模組(未繪示)，該第一通道41壁面設有一貫穿孔411。直流馬達50係具有一可自由地轉動或由電磁力驅動的轉軸51，該轉軸51具有相對的一第一端511與及一第二端512，該第一端511位於該腔室30內並組設一液體加壓裝置5111，該液體加壓裝置5111可為一葉輪。單向軸承60係具有可相對轉動的內環61與外環62，該內環61套設於該轉軸51的第二端512外徑。皮帶輪70，組設於該單向軸承60的外環62外徑上，該皮帶輪70之輪面71設有至少一導槽72，而當輪面71設置複數個導槽72時，除了可以一導槽72與後述內燃機引擎B連接之外，也可以另一導槽72輸出一機械能，如連接一發電機。液壓調節系統80係連接該對液體通道40以調節操作液體在該對液體通道40的流量，較佳地，該液壓調節系統80係與車輛上之一整車控制器A電性連接以輸送監控訊號m，該液壓調節系統80係以直流馬達 811驅動，該直流馬達811具有一旋轉軸812，該旋轉軸812具有一液壓調節孔8121，該旋轉軸812係穿過該第一通道41之該貫穿孔411，且該液壓調節孔8121位於該第一通道41內。在其他應用上，該液壓調節系統80可為其他閥類，同樣能調節操作液體在該對液體通道40的流量。

請對照圖4A~圖4D繪示的本發明之液壓調節系統的流量控制的動作示意俯視圖，如圖4A所示，該旋轉軸812之液壓調節孔8121與該第一通道41之間形成一液體流通面積90，圖4A所示之液體流通面積90為最小，圖4B與圖4C所示之液體流通面積90則因旋轉軸812之角度改變而相對增大，圖4D顯示該旋轉軸812轉到其液壓調節孔8121與第一通道41同一軸向，而完全開放液體的流通。

上述該液壓調節系統80之該直流馬達811可更包含光學編碼器8111，以精準控制旋轉軸812的轉動角度，以精準調節該第一通道41的流通面積大小，而控制其流量，進而控制其轉向輔助力的大小。

續請參照圖5之本發明之電動車用的複合式液壓動力轉向系統的驅動方法之機械能作動狀態系統實施例的方塊圖以及圖6所示之本發明之電動車用的複合式液壓動力轉向系統的驅動方法之電能作動狀態實施例的系統方塊圖。本實例中的電動車1，包括整車控制器A、內燃機引擎B(其具有一扭力輸出軸B1)，車用附件系統供電電池C以及液壓動力轉向系統10。複合式液壓動力轉向系統10係包含複合動力液壓泵浦20，該複合動力液壓泵浦20具有 直流馬達50，該直流馬達50與該車用附件系統供電電池C電性連接，以驅動該直流馬達50之轉軸51，該轉軸51透過單向軸承60組裝皮帶輪70，皮帶輪70以皮帶73連接該扭力輸出軸B1。

進一步地，上述電動車1可為一增程式電動車，係具有一動力電池D電性連接該車用附件系統供電電池C(若電壓不同時可透過交換器連接之)，且該內燃機引擎B為非提供電動車1行進動力的引擎。在該內燃機引擎B更可再連接一發電機E，該發電機E電性連接到該動力電池D，可在該內燃機引擎B作動時利用發電機對該動力電池D充電。該動力電池D係電性連接到一馬達驅動器F，以驅動與馬達驅動器F連接的動力馬達G，另以一車速偵測器H與動力馬達G電性連接，以進一步蒐集目前車速(或動力馬達G的轉速)資訊，並回報至整車控制器A。

請參見圖7所繪示的本發明之複合式液壓動力轉向系統的驅動方法實施例之步驟流程圖。本實施例中，其複合式液壓動力轉向系統的驅動方法，係適用於具有內燃機引擎B及車用附件系統供電電池C的車輛，特別是電動車1、增程式電動車，該驅動方法包括：步驟S10：提供如前述之液壓動力轉向系統10，該內燃機引擎B以一皮帶73連接皮帶輪70，該車用附件系統供電電池C電性連接該複合動力液壓泵浦20的該直流馬達50，該腔室30內充填有液體；請同時參照圖5，步驟S20：當啟動一機械能供給該複 合動力液壓泵浦20動力的模式時，以該內燃機引擎B帶動該皮帶73，以轉動該轉軸51對該腔室30中的液體加壓而推動該液壓迴路(此時單向軸承60的內環61與外環62之間沒有相對轉動)，並切換該直流馬達50的供電電路為斷路，該液壓調節系統80並根據該整車控制器A相關的監控訊號m，包含車速、轉向模組的位移量、方向盤的轉動角度、動力馬達轉速等資訊，以決定液壓迴路的流量的大小(如應用光學編碼器8111精準控制直流馬達811的旋轉軸812轉動角度，以改變液壓調節孔8121與第一通道41之間的流通面積大小)進而改變其壓力；上述在該切換該直流馬達50供電電路為斷路以機械力驅動該轉軸50步驟之後，進行步驟S21：使該複合式液壓動力轉向系統內之直流馬達50轉換為一發電機，以對該車用附件系統供電電池C輸出電力。

請同時參照圖6，步驟S30：當啟動一電能供給該複合動力液壓泵浦20動力的模式時，切換該直流馬達50的供電電路為通路以電力驅動該轉軸51，進而對該腔室30中的液體加壓以推動該液壓迴路(此時單向軸承60的內環61相對外環62轉動，皮帶輪70不與轉軸51連動)，於此模式時，液壓迴路的壓力直接由整車控制器A對直流馬達50的轉速作控制，以產生適合的壓力，該液壓調節系統80在此模式時將其流量開度(即流通面積)固定為最大後，停止流量調節的動作。

上述在該切換該直流馬達50供電電路為通路以電力 驅動該轉軸50步驟之後，進行步驟S31：使該內燃機引擎B停止傳動該皮帶73，例如停止該內燃機引擎B運轉，或使內燃機引擎B的扭力輸出軸B1失去與皮帶73之間的摩擦帶動力。

另外，當上述係應用於一增程式電動車時，係具有一動力電池D電性連接該車用附件系統供電電池C，且該內燃機引擎B為非提供電動車行進動力的引擎，而判斷動力電池D的殘餘電量與保險電量的關係可決定啟動引擎模式或電力模式，亦即，啟動機械能供給該複合動力液壓泵浦20動力的模式係由步驟S11：該動力電池D的殘餘電量小於或等於一保險電量時所觸發；而啟動電能供給該複合動力液壓泵浦20動力的模式係由步驟S12：該動力電池D的殘餘電量大於該保險電量時所觸發。

前述保險電量係一可供電動車行駛一定里程，以利充電或加油之電量值，當然，該保險電量的值也可供使用者自行調整為佳。

綜上所述，本發明係提出一套複合式液壓動力轉向系統的配套設計與策略，除了可藉由電力使複合式液壓泵運作以外亦可轉換為機械式液壓泵浦由內燃機引擎帶動來達到輔助轉向的效果。本發明結構特性為可再結合如剎車回充等省能充電的技術手段，並沒有排斥其他對電池用電的省能技術。本發明可透過整車控制器(VCU)的交互調控來提供車輛轉向時所需要的需求轉向輔助力，一旦內燃機引擎作動時，複合式液壓動力轉向系統內之直流馬達將轉換 為發電機提供電力來源，除可減少系統耗能外，複合式泵浦更可提供優異的失效防護性。本發明之設備可提供電動車、增程式電動車使用以外亦可架設於傳統燃油車中，並且藉由該系統進行充電之架構均可實現，因此通用性極高。

前述本發明所採用的技術手段之實施方式或實施例，並非用來限定本創作專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

1‧‧‧電動車

10‧‧‧液壓動力轉向系統

20‧‧‧複合動力液壓泵浦

30‧‧‧腔室

40‧‧‧液體通道

41‧‧‧第一通道

411‧‧‧貫穿孔

42‧‧‧第二通道

50‧‧‧直流馬達

51‧‧‧轉軸

511‧‧‧第一端

5111‧‧‧液體加壓裝置

512‧‧‧第二端

60‧‧‧單向軸承

61‧‧‧內環

62‧‧‧外環

70‧‧‧皮帶輪

71‧‧‧輪面

72‧‧‧導槽

73‧‧‧皮帶

80‧‧‧液壓調節系統

811‧‧‧直流馬達

8111‧‧‧光學編碼器

812‧‧‧旋轉軸

8121‧‧‧液壓調節孔

90‧‧‧液體流通面積

A‧‧‧整車控制器

B‧‧‧內燃機引擎

B1‧‧‧扭力輸出軸

C‧‧‧車用附件系統供電電池

D‧‧‧動力電池

E‧‧‧發電機

F‧‧‧馬達驅動器

G‧‧‧動力馬達

H‧‧‧車速偵測器

I‧‧‧電壓轉換器

m,m1‧‧‧監控訊號

步驟S10、S11、S12‧‧‧方法步驟流程

步驟S20、S21、S30、S31‧‧‧方法步驟流程

圖1係先前技術之內燃機引擎定轉速下液壓動力轉向系統流量變化狀態圖。

圖2係本發明複合式液壓動力轉向系統之複合動力液壓泵浦實施例之立體分解圖。

圖3係本發明複合式液壓動力轉向系統之複合動力液壓泵浦實施例之側視圖。

圖4A~圖4D係本發明之液壓調節系統的流量控制的動作示意俯視圖。

圖5係本發明之電動車用的複合式液壓動力轉向系統的驅動方法之電能作動狀態系統實施例的方塊圖。

圖6係本發明之電動車用的複合式液壓動力轉向系統的驅動方法之機械能作動狀態實施例的系統方塊圖。

圖7係本發明之複合式液壓動力轉向系統的驅動方法實施例之步驟流程圖。

20‧‧‧複合動力液壓泵浦

30‧‧‧腔室

40‧‧‧液體通道

41‧‧‧第一通道

411‧‧‧貫穿孔

42‧‧‧第二通道

50‧‧‧直流馬達

51‧‧‧轉軸

511‧‧‧第一端

5111‧‧‧液體加壓裝置

512‧‧‧第二端

60‧‧‧單向軸承

61‧‧‧內環

62‧‧‧外環

70‧‧‧皮帶輪

71‧‧‧輪面

72‧‧‧導槽

73‧‧‧皮帶

80‧‧‧液壓調節系統

811‧‧‧直流馬達

8111‧‧‧光學編碼器

812‧‧‧旋轉軸

8121‧‧‧液壓調節孔

Claims (11)

1. 一種複合式液壓動力轉向系統，係具有一提供一液壓迴路的輸送壓力以輔助轉向力的複合動力液壓泵浦，該複合動力液壓泵浦包含：一腔室，供充填液體；一對液體通道，包含一第一通道與一第二通道分別與該腔室連通，該第一通道壁面設有一貫穿孔；一直流馬達，具有一轉軸，該轉軸具有相對的一第一端與及一第二端，該第一端位於該腔室內並組設一液體加壓裝置；一單向軸承，具有一內環與一外環，該內環套設於該轉軸的第二端外徑；一皮帶輪，組設於該單向軸承的外環，該皮帶輪之輪面設有至少一導槽；以及一液壓調節系統，連接該對液體通道，以調節該液體於該對液體通道的流量，該液壓調節系統係與一整車控制器電性連接以輸送監控訊號，該液壓調節系統具有一直流馬達，該直流馬達具有一旋轉軸，該旋轉軸具有一液壓調節孔，該旋轉軸係穿過該第一通道之該貫穿孔，且該液壓調節孔位於該第一通道內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合式液壓動力轉向系統，其中組設在該直流馬達的液體加壓裝置為一葉輪。
3. 如申請專利範圍第2項所述之複合式液壓動力轉向系統，其中該液壓調節系統之該直流馬達包含光學編碼 器。
4. 一種電動車，包括：一內燃機引擎，具有一扭力輸出軸；一車用附件系統供電電池；以及一種如申請專利範圍第1項所述的複合式液壓動力轉向系統。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電動車，該電動車為一增程式電動車，係具有一動力電池電性連接該車用附件系統供電電池，且該內燃機引擎為非提供電動車行進動力的引擎。
6. 一種複合式液壓動力轉向系統的驅動方法，適用於具有一內燃機引擎及一車用附件系統供電電池的車輛，該驅動方法包括：提供如申請專利範圍第1項之液壓動力轉向系統，該內燃機引擎以一皮帶連接該皮帶輪，該車用附件系統供電電池電性連接該複合動力液壓泵浦的該直流馬達，該腔室內充填有液體；啟動一機械能供給該複合動力液壓泵浦動力的模式時，以該內燃機引擎帶動該皮帶，以轉動該轉軸對該液體加壓而推動該液壓迴路，並切換該直流馬達的供電電路為斷路，該液壓調節系統根據該整車控制器有關車速的監控訊號以決定液壓迴路的流量的大小，進而改變其壓力；以及啟動一電能供給該複合動力液壓泵浦動力的模式 時，切換該直流馬達供電電路為通路以電力驅動該轉軸，而對該液體加壓以推動該液壓迴路，該液壓調節系統在此模式時，將其流量開度固定為最大後停止流量調節的動作。
7. 如申請專利範圍第6項所述之驅動方法，其中更包含，在該切換該直流馬達供電電路為通路以電力驅動該轉軸步驟之後，使該內燃機引擎停止傳動該皮帶。
8. 如申請專利範圍第7項所述之驅動方法，其中使該內燃機引擎停止傳動該皮帶的方法係停止該內燃機引擎運轉或使內燃機引擎的扭力輸出軸失去與皮帶之間的摩擦帶動力。
9. 如申請專利範圍第6項所述之驅動方法，其中更包含，在該切換該直流馬達供電電路為斷路以機械力驅動該轉軸步驟之後，使該複合式液壓動力轉向系統內之直流馬達發電，以對該車用附件系統供電電池輸出電力。
10. 如申請專利範圍第6項所述之驅動方法，其中該車輛為一增程式電動車，係具有一動力電池電性連接該車用附件系統供電電池，且該內燃機引擎為非提供電動車行進動力的引擎，而啟動機械能供給該複合動力液壓泵浦動力的模式係由該動力電池的殘餘電量小於或等於一保險電量時所觸發。
11. 如申請專利範圍第10項所述之驅動方法，其中啟動電能供給該複合動力液壓泵浦動力的模式係由該動力電池的殘餘電量大於該保險電量時所觸發。