專利名稱：帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，特別涉及一種用于大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車的帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車輸出的運(yùn)輸能力能夠達(dá)到幾千噸甚至更高噸位，廣泛應(yīng)用于造船廠、煉鋼廠、電力、石化等大型工程，為多軸線輪胎式行走機(jī)械，通過控制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角，可實(shí)現(xiàn)直行、斜行、橫行、八字轉(zhuǎn)向等轉(zhuǎn)向模式。目前，市場(chǎng)上該特種車輛的轉(zhuǎn)向盤與各輪軸沒有機(jī)械傳動(dòng)連接，其轉(zhuǎn)向盤通過數(shù)字信號(hào)控制轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)角，故駕駛者在操縱轉(zhuǎn)向盤時(shí)并無力的感覺，本質(zhì)上只是駕駛指令的發(fā)生器，可稱之為數(shù)字轉(zhuǎn)向盤，易導(dǎo)致轉(zhuǎn)向難以穩(wěn)定控制而引發(fā)交通事故且駕駛培訓(xùn)較為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，能夠?qū)⑥D(zhuǎn)向力矩反饋給駕駛員，使駕駛者具有良好的操縱力感。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來解決其技術(shù)問題的一種帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，應(yīng)用于大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車，其在數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加力反饋系統(tǒng)環(huán)節(jié)，包括轉(zhuǎn)向盤，用于駕駛者操縱車輛轉(zhuǎn)向；伺服電機(jī)減速器，連接于轉(zhuǎn)向盤上，控制轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間的比例關(guān)系；伺服電機(jī)，連接于伺服電機(jī)減速器上，產(chǎn)生反向扭矩并加載在轉(zhuǎn)向盤上，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤真實(shí)操縱力感；伺服電機(jī)編碼器，連接于伺服電機(jī)上，采集伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角信號(hào)；主控E⑶，連接伺服電機(jī)編碼器并采集和解析轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)；識(shí)別轉(zhuǎn)向模式， 連接CAN總線并向各執(zhí)行ECU發(fā)出相應(yīng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號(hào)；根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角值，利用設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力求解模型求解轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力；連接伺服電機(jī)控制器并向之輸出目標(biāo)扭矩信號(hào)；CAN總線，連接主控E⑶與各執(zhí)行E⑶，并進(jìn)行之間的數(shù)據(jù)通信；若干執(zhí)行E⑶，連接CAN總線并接收來自主控E⑶的指令；每一執(zhí)行E⑶連接并控制大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車的一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行ECU對(duì)比角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角值，調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角值，使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角；若干角位移傳感器，設(shè)置于各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上且檢測(cè)該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角，同時(shí)連接相應(yīng)的執(zhí)行ECU并反饋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角信號(hào)到該執(zhí)行ECU ；伺服電機(jī)控制器，連接主控E⑶和伺服電機(jī)，接收主控E⑶發(fā)出的目標(biāo)扭矩信號(hào)， 并通過改變伺服電機(jī)的輸入電流控制伺服電機(jī)的輸出扭矩。
本發(fā)明所述的帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向盤與各液壓懸掛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向控制模式及力反饋模式為主控ECU解析轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)，并根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向模式，通過CAN總線向各執(zhí)行ECU發(fā)出轉(zhuǎn)向指令，執(zhí)行ECU根據(jù)角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角，不斷調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角；與此同時(shí)，主控ECU根據(jù)各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力，通過伺服電機(jī)控制器改變伺服電機(jī)的輸出扭矩，使其反向加載于轉(zhuǎn)向盤上(即輸出扭矩的方向與駕駛者的扭轉(zhuǎn)方向相反)，從而使駕駛者獲得駕駛的真實(shí)力感；所述伺服電機(jī)輸出的反向扭矩作為駕駛過程中的力感來源。本發(fā)明利用電傳信號(hào)控制動(dòng)力平板運(yùn)輸車轉(zhuǎn)向，在數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)向力的檢測(cè)與反饋環(huán)節(jié)，在駕駛過程中，駕駛者通過轉(zhuǎn)向盤的力覺感知，有利于熟悉行駛路面的工況，提高了行駛的安全性；同時(shí)也解決了駕駛培訓(xùn)較為困難的問題。本發(fā)明具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。本發(fā)明所述的帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)在現(xiàn)有數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了力反饋系統(tǒng)環(huán)節(jié)，能夠應(yīng)用于大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車。請(qǐng)參閱圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向盤、伺服電機(jī)減速器、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)編碼器、 主控E⑶、CAN總線、若干執(zhí)行E⑶、若干角位移傳感器和伺服電機(jī)控制器。所述轉(zhuǎn)向盤用于駕駛者操縱車輛轉(zhuǎn)向。所述伺服電機(jī)減速器連接于該轉(zhuǎn)向盤上， 控制轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間的比例關(guān)系。所述伺服電機(jī)連接于伺服電機(jī)減速器上，其產(chǎn)生反向扭矩并加載在轉(zhuǎn)向盤上，從而實(shí)現(xiàn)使駕駛員操作轉(zhuǎn)向盤時(shí)產(chǎn)生真實(shí)操縱力感。所述伺服電機(jī)編碼器連接于該伺服電機(jī)上，用以采集伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角信號(hào)。所述主控ECU連接伺服電機(jī)編碼器并由之采集轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)，然后解析該轉(zhuǎn)角信號(hào)；同時(shí)主控ECU識(shí)別轉(zhuǎn)向模式，其連接CAN總線并通過該CAN總線向各執(zhí)行ECU發(fā)出相應(yīng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號(hào)；所述主控ECU還連接伺服電機(jī)控制器，并且根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角值，利用設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力求解模型求解轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力，然后向伺服電機(jī)控制器輸出目標(biāo)扭矩信號(hào)。所述CAN總線連接主控ECU與各執(zhí)行ECU，并作為之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的通道。所述若干執(zhí)行E⑶連接CAN總線并接收來自主控E⑶的指令；執(zhí)行E⑶ 的數(shù)量與大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車的液壓懸掛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)數(shù)量相同，每一執(zhí)行E⑶連接并控制一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行ECU對(duì)比角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角值，調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角值，使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角。所述若干角位移傳感器設(shè)置于各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上，并且檢測(cè)該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角，同時(shí)其連接相應(yīng)的執(zhí)行ECU并反饋該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角信號(hào)到該執(zhí)行ECU 上。所述伺服電機(jī)控制器同時(shí)連接主控ECU和伺服電機(jī)，其接收主控ECU發(fā)出的目標(biāo)扭矩信號(hào)，并通過改變伺服電機(jī)的輸入電流控制伺服電機(jī)的輸出扭矩。本發(fā)明所述的帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向盤與各液壓懸掛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向控制模式及力反饋模式為主控ECU解析轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)，并根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向模式，通過CAN總線向各執(zhí)行ECU發(fā)出轉(zhuǎn)向指令，執(zhí)行ECU根據(jù)角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角，不斷調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角；與此同時(shí)，主控ECU根據(jù)各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力，通過伺服電機(jī)控制器改變伺服電機(jī)的輸出扭矩，使其反向加載于轉(zhuǎn)向盤上(即輸出扭矩的方向與駕駛者的扭轉(zhuǎn)方向相反)，伺服電機(jī)輸出的反向扭矩作為駕駛過程中的力感來源，使駕駛者從而獲得駕駛的真實(shí)力感。當(dāng)駕駛者扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向盤時(shí)，伺服電機(jī)編碼器記錄記錄伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角信號(hào)并傳遞給主控ECU，主控ECU根據(jù)編碼器采集的信號(hào)解析轉(zhuǎn)向盤扭轉(zhuǎn)的角度，按照不同轉(zhuǎn)向模式下建立的多輪轉(zhuǎn)向的數(shù)學(xué)模型，解析動(dòng)力平板運(yùn)輸車各液壓懸掛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角值， 通過CAN總線向執(zhí)行ECU發(fā)出轉(zhuǎn)向指令，每個(gè)執(zhí)行ECU控制一個(gè)液壓懸掛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向，執(zhí)行ECU根據(jù)角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)角值不斷調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角使其達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角值，與此同時(shí)，主控ECU根據(jù)角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)角值以及建立的動(dòng)力平板運(yùn)輸車轉(zhuǎn)向力的數(shù)學(xué)模型，實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力，通過伺服電機(jī)控制器改變伺服電機(jī)的輸出扭矩，使其反向加載于轉(zhuǎn)向盤上(即輸出扭矩的方向與駕駛者的扭轉(zhuǎn)方向相反)，從而使駕駛者獲得駕駛的真實(shí)力感。以上實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)方案，其目的在于讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明內(nèi)容并能夠?qū)嵤?，并不以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)上述技術(shù)方案所做的等效變化或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，應(yīng)用于大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車，其特征在于所述帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)在數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加力反饋系統(tǒng)環(huán)節(jié)，其包括轉(zhuǎn)向盤，用于駕駛者操縱車輛轉(zhuǎn)向；伺服電機(jī)減速器，連接于轉(zhuǎn)向盤上，控制轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角之間的比例關(guān)系；伺服電機(jī)，連接于伺服電機(jī)減速器上，產(chǎn)生反向扭矩并加載在轉(zhuǎn)向盤上，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向盤真實(shí)操縱力感；伺服電機(jī)編碼器，連接于伺服電機(jī)上，采集伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角信號(hào)； 主控E⑶，連接伺服電機(jī)編碼器并采集和解析轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)；識(shí)別轉(zhuǎn)向模式，連接 CAN總線并向各執(zhí)行ECU發(fā)出相應(yīng)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角信號(hào)；根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角值，利用設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)向力求解模型求解轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力；連接伺服電機(jī)控制器并向之輸出目標(biāo)扭矩信號(hào)；CAN總線，連接主控E⑶與各執(zhí)行E⑶，并進(jìn)行之間的數(shù)據(jù)通信； 若干執(zhí)行E⑶，連接CAN總線并接收來自主控E⑶的指令；每一執(zhí)行E⑶連接并控制大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車的一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行ECU對(duì)比角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角值，調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角值，使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角；若干角位移傳感器，設(shè)置于各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)上且檢測(cè)該轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角，同時(shí)連接相應(yīng)的執(zhí)行ECU并反饋轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)角信號(hào)到該執(zhí)行ECU ；伺服電機(jī)控制器，連接主控E⑶和伺服電機(jī)，接收主控E⑶發(fā)出的目標(biāo)扭矩信號(hào)，并通過改變伺服電機(jī)的輸入電流控制伺服電機(jī)的輸出扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，其特征在于所述轉(zhuǎn)向盤與各液壓懸掛轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)向控制模式及力反饋模式為主控ECU解析轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角信號(hào)，并根據(jù)不同的轉(zhuǎn)向模式，通過CAN總線向各執(zhí)行ECU發(fā)出轉(zhuǎn)向指令，執(zhí)行ECU根據(jù)角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角，不斷調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角；與此同時(shí)，主控ECU根據(jù)各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力，通過伺服電機(jī)控制器改變伺服電機(jī)的輸出扭矩，使其反向加載于轉(zhuǎn)向盤上，從而使駕駛者獲得駕駛的真實(shí)力感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，其特征在于所述伺服電機(jī)輸出的反向扭矩作為駕駛過程中的力感來源。
全文摘要
一種帶力反饋的數(shù)字轉(zhuǎn)向盤系統(tǒng)，其包括轉(zhuǎn)向盤、伺服電機(jī)減速器、伺服電機(jī)、伺服電機(jī)編碼器、主控ECU、CAN總線、若干執(zhí)行ECU、若干角位移傳感器和伺服電機(jī)控制器。主控ECU根據(jù)伺服電機(jī)編碼器記錄的轉(zhuǎn)角信號(hào)解析轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，通過識(shí)別轉(zhuǎn)向模式，解析各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的目標(biāo)轉(zhuǎn)角，通過CAN總線向執(zhí)行ECU發(fā)出轉(zhuǎn)向指令，執(zhí)行ECU對(duì)比角位移傳感器反饋的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的當(dāng)前轉(zhuǎn)角值，調(diào)整轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使之達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)角值；與此同時(shí)，主控ECU根據(jù)各轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角信號(hào)，實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)向盤所需的轉(zhuǎn)向力，通過伺服電機(jī)控制器改變伺服電機(jī)的輸出扭矩，使其反向加載于轉(zhuǎn)向盤上，從而使駕駛者獲得駕駛的真實(shí)力感。本發(fā)明能夠用于大型動(dòng)力平板運(yùn)輸車上。
文檔編號(hào)B62D6/00GK102490779SQ20111036737
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者劉仁強(qiáng), 郭為忠, 陳偉, 高峰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)