專利名稱：一種力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車轉(zhuǎn)向鋪助控制系統(tǒng)及控制方法，具體涉及一種力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法。本發(fā)明屬汽車部件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要包括液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)以及線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有省力、易操控等優(yōu)點，對汽車的結(jié)構(gòu)和操縱性能有較好的作用，但是液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)也存在經(jīng)濟(jì)性差、體積大、助力特性單一等問題。電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在一定程度上解決了輕便性和靈敏性的矛盾，但是電控液壓系統(tǒng)也使得轉(zhuǎn)向系統(tǒng)機(jī)構(gòu)更復(fù)雜，價格更昂貴，而且仍然無法克服液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的一些固有缺點，如效率低、耗能大，以及液壓油泄漏等問題。EPS利用電機(jī)取代液壓系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)向助力，進(jìn)一步提高了汽車操縱的穩(wěn)定性、比較適宜的轉(zhuǎn)向輕便性，同時也降低了發(fā)動機(jī)的功率損耗、降低了油耗與污染，提高了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的低溫工作特性等。但由于EPS依舊保留了原有傳統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向車輪之間的固定連接而產(chǎn)生一些自身無法避免的缺陷，如轉(zhuǎn)向特性受駕駛員駕駛技術(shù)的影響嚴(yán)重，汽車傳動比固定等問題。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，駕駛員的轉(zhuǎn)向操作與轉(zhuǎn)向輪之間可以通過信號及控制器進(jìn)行通信，駕駛員的轉(zhuǎn)向操作僅僅是向車輛輸入駕駛指令，控制器根據(jù)駕駛員指令、當(dāng)前車輛狀態(tài)和路面狀況確定合理的前輪轉(zhuǎn)角，在安全性和可靠性方面還存在著諸多問題，目前法律上還不允許將線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)直接裝備于車輛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述存在的缺陷提供了一種力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤，轉(zhuǎn)向輸入軸，轉(zhuǎn)矩傳感器，ECU,傳動機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)向電機(jī),輸出軸,蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器，轉(zhuǎn)向搖臂，轉(zhuǎn)向節(jié)臂，轉(zhuǎn)向梯形桿；所述的轉(zhuǎn)向盤通過轉(zhuǎn)向輸入軸與傳動機(jī)構(gòu)的力矩輸入端相連，轉(zhuǎn)矩傳感器布置在轉(zhuǎn)向輸入軸與傳動機(jī)構(gòu)之間，ECU與轉(zhuǎn)矩傳感器相連，傳動機(jī)構(gòu)連接轉(zhuǎn)向電機(jī)的力矩輸出端通過輸出軸與蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器相連，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)向搖臂控制轉(zhuǎn)向節(jié)臂，制轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接轉(zhuǎn)向梯形桿；還包括電動推桿，減速機(jī)構(gòu)，助力電機(jī)；所述的助力電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)連接帶動，減速機(jī)構(gòu)推動電動推桿，助力電機(jī)通過ECU進(jìn)行控制。本發(fā)明所述的力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，所述的減速機(jī)構(gòu)包括推動電動推桿外套，第一斜齒輪，第二斜齒輪，螺桿，螺母，銷；所述的電動推桿外套套置螺桿，螺桿的一端布置第二斜齒輪，助力電機(jī)的驅(qū)動軸上布置第一斜齒輪，第一斜齒輪與第二斜齒輪嚙合，電動推桿通過銷與螺母固定，螺母套置在螺桿上其內(nèi)為螺紋接結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明所述的力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，步驟如下
1)、車輛行駛過程中，ECU根據(jù)車輛的行車速度、側(cè)向加速度、橫擺角速度和轉(zhuǎn)矩信號為基礎(chǔ)；
2)、當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時ECU會根據(jù)上述信號發(fā)出理想控制電流，ECU通過計算將理想控制電流減去助力電機(jī)的反饋電流得到實際控制電流；
3)、ECU將得到的實際控制電流傳輸給助力電機(jī)控制器，助力電機(jī)控制器在實際控制電流的驅(qū)動下，控制助力電機(jī)兩端的助力電機(jī)電壓；
4)、助力電機(jī)電壓驅(qū)動助力電機(jī)，助力電機(jī)通過減速傳動機(jī)構(gòu)推動電動推桿；
5)、電動推桿推動轉(zhuǎn)向搖臂，經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂力矩傳遞到轉(zhuǎn)向梯形實現(xiàn)助力功能。 有益效果
本發(fā)明提供的一種力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法只在轉(zhuǎn)向時電動機(jī)才提供助力，壓動力轉(zhuǎn)向是即使在不轉(zhuǎn)向時，油泵也一直運轉(zhuǎn)。因而本專利能減少能量消耗；能在各種行駛工況下提供合適的助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性，且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足不同使用對象的需要。本專利中取消了油泵、皮帶、皮帶輪、液壓軟管、液壓油及密封件等，其零件比液壓動力轉(zhuǎn)向大大減少，因而其質(zhì)量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊，在安裝位置選擇方面也更容易，并且能降低噪聲；沒有液壓回路，比液壓動力轉(zhuǎn)向更易調(diào)整和檢測，裝配自動化程度更高，并且可以通過設(shè)置不同的程序，能快速與不同車型匹配，因而能縮短生產(chǎn)和開發(fā)周期；不存在滲油問題，可大大降低保修成本，減小對環(huán)境的污染；比液壓動力轉(zhuǎn)向具有更好的低溫工作性倉泛。


圖I是本發(fā)明轉(zhuǎn)向系統(tǒng)布置示意 圖2是本發(fā)明的控制原理 圖3是本發(fā)明采用的電動推桿結(jié)構(gòu) 圖中I為轉(zhuǎn)向盤；2為輸入軸；3為轉(zhuǎn)矩傳感器；4為ECU ; 5為傳動機(jī)構(gòu)；6為主動轉(zhuǎn)向電機(jī)'7為輸出軸；8為蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器；9為電動推桿；10為減速機(jī)構(gòu)；11為助力電機(jī)；12為轉(zhuǎn)向搖臂；13為轉(zhuǎn)向節(jié)臂；14為轉(zhuǎn)向梯形；15為主動轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器；16為助力電機(jī)控制器；17為主動電機(jī)理想控制電流；18為助力電機(jī)理想控制電流；19為主動電機(jī)實際控制電流；20為助力電機(jī)實際控制電流；21為主動電機(jī)兩端電壓；22為助力電機(jī)兩端電壓；23為主動電機(jī)輸出附加轉(zhuǎn)角；24為助力電機(jī)輸出扭矩；25為轉(zhuǎn)向電機(jī)反饋電流；26為助力電機(jī)反饋電流；a為行車速度；b為側(cè)向加速度；c為橫擺角速度；d為轉(zhuǎn)向盤力矩'e為轉(zhuǎn)矩；f為轉(zhuǎn)角；g為角位移；h為轉(zhuǎn)向力矩。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明
如圖所示一種力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤1，轉(zhuǎn)向輸入軸2,轉(zhuǎn)矩傳感器3,ECU4,傳動機(jī)構(gòu)5,轉(zhuǎn)向電機(jī)6,輸出軸7,蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器8,電動推桿9，減速傳動機(jī)構(gòu)10，助力電機(jī)11，搖臂12，轉(zhuǎn)向節(jié)臂13，轉(zhuǎn)向梯形桿14
轉(zhuǎn)向盤I通過轉(zhuǎn)向輸入軸2與傳動機(jī)構(gòu)5的力矩輸入端相連，轉(zhuǎn)矩傳感器3布置在轉(zhuǎn)向輸入軸2與傳動機(jī)構(gòu)5之間,E⑶4與轉(zhuǎn)矩傳感器3相連,傳動機(jī)構(gòu)5連接轉(zhuǎn)向電機(jī)6的力矩輸出端通過輸出軸7與蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器8相連，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器8通過其內(nèi)的轉(zhuǎn)向搖臂12控制轉(zhuǎn)向節(jié)臂13，制轉(zhuǎn)向節(jié)臂13連接轉(zhuǎn)向梯形桿14 ;助力電機(jī)11減速傳動機(jī)構(gòu)10連接帶動，減速傳動機(jī)構(gòu)10推動電動推桿9，助力電機(jī)11通過ECU4進(jìn)行控制。如圖3所示減速傳動機(jī)構(gòu)10包括推動電動推桿外套101，第一斜齒輪102，第二斜齒輪103，螺桿104，螺母105，銷106 ;所述的電動推桿外套101套置螺桿104，螺桿104的一端布置第二斜齒輪103,助力電機(jī)11的驅(qū)動軸上布置第一斜齒輪102,第一斜齒輪102與第二斜齒輪103嚙合，電動推桿9通過銷106與螺母105固定，螺母105套置在螺桿104上其內(nèi)為螺紋接結(jié)構(gòu)。如圖I和2所示，電動推桿式主動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作原理是當(dāng)駕駛員轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)向盤I時，駕駛員作用力矩d經(jīng)輸入軸2傳遞到轉(zhuǎn)矩傳感器3，轉(zhuǎn)矩傳感器3將測得的駕駛員作用力矩信號e、轉(zhuǎn)角信號f送給電子控制單元ECU4，ECU4根據(jù)該轉(zhuǎn)矩信號e并結(jié)合車速信號a、側(cè)向加速度信號b、橫擺角速度信號c輸出理想控制電流17、理想控制電流18。理想控制電流17減去反饋電流25得到實際控制電流19，經(jīng)主動轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器15控制主動轉(zhuǎn)向電機(jī)6兩端的電壓21，輸出需要的轉(zhuǎn)矩和附加轉(zhuǎn)角23實現(xiàn)主動轉(zhuǎn)向功能；理想控制電流18減去助力電機(jī)的反饋電流26得到實際控制電流20。助力電機(jī)控制器16在實際控制電流20的驅(qū)動下，根據(jù)預(yù)設(shè)的助力特性控制助力電機(jī)兩端的助力電機(jī)電壓20，從而使助力電機(jī)11通過減速傳動機(jī)構(gòu)10推動電動推桿9。電動推桿9推動蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器8上的轉(zhuǎn)向搖臂12，經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂13將力矩傳遞到轉(zhuǎn)向梯形14實現(xiàn)助力功能。
權(quán)利要求
1.一種力與位移I禹 合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，包括轉(zhuǎn)向盤(I)，轉(zhuǎn)向輸入軸(2),轉(zhuǎn)矩傳感器(3 ), E⑶(4 ),傳動機(jī)構(gòu)(5 ),轉(zhuǎn)向電機(jī)(6 ),輸出軸(7 ),蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器(8)，轉(zhuǎn)向搖臂(12)，轉(zhuǎn)向節(jié)臂(13)，轉(zhuǎn)向梯形桿(14);所述的轉(zhuǎn)向盤(I)通過轉(zhuǎn)向輸入軸(2)與傳動機(jī)構(gòu)(5)的力矩輸入端相連,轉(zhuǎn)矩傳感器(3)布置在轉(zhuǎn)向輸入軸(2)與傳動機(jī)構(gòu)(5 )之間，E⑶(4 )與轉(zhuǎn)矩傳感器(3 )相連，傳動機(jī)構(gòu)(5 )連接轉(zhuǎn)向電機(jī)(6 )的力矩輸出端通過輸出軸(7)與蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器(8)相連，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器(8)上的轉(zhuǎn)向搖臂(12)控制轉(zhuǎn)向節(jié)臂(13)，制轉(zhuǎn)向節(jié)臂(13)連接轉(zhuǎn)向梯形桿(14);其特征在于還包括電動推桿(9 )，減速機(jī)構(gòu)(10 )，助力電機(jī)(11);所述的助力電機(jī)(11)與減速機(jī)構(gòu)(10 )連接帶動，減速機(jī)構(gòu)(10 )推動電動推桿(9 )，助力電機(jī)(11)通過E⑶(4 )進(jìn)行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，其特征在于所述的減速機(jī)構(gòu)(10)包括推動電動推桿外套(101 )，第一斜齒輪(102)，第二斜齒輪(103)，螺桿(104)，螺母(105)，銷(106);所述的電動推桿外套(101)套置螺桿(104)，螺桿(104)的一端布置第二斜齒輪(103),助力電機(jī)(11)的驅(qū)動軸上布置第一斜齒輪(102),第一斜齒輪(102)與第二斜齒輪(103)嚙合，電動推桿(9)通過銷(106)與螺母(105)固定，螺母(105)套置在螺桿(104)上其內(nèi)為螺紋接結(jié)構(gòu)。
3.利用權(quán)利要求I或2所述的力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的控制方法，其特征在于步驟如下 1)、車輛行駛過程中，ECU(4)根據(jù)車輛的行車速度(a)、側(cè)向加速度(b)、橫擺角速度(C)和轉(zhuǎn)矩信號(e)為基礎(chǔ)； 2)、當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向時E⑶(4)會根據(jù)上述信號發(fā)出理想控制電流(18)，E⑶(4)通過計算將理想控制電流(18)減去助力電機(jī)的反饋電流(26)得到實際控制電流(20); 3)、E⑶(4)將得到的實際控制電流(20)傳輸給助力電機(jī)控制器(16)，助力電機(jī)控制器(16)在實際控制電流(20)的驅(qū)動下，控制助力電機(jī)兩端的助力電機(jī)電壓； 4)、助力電機(jī)電壓驅(qū)動助力電機(jī)(11)，助力電機(jī)(11)通過減速傳動機(jī)構(gòu)(10)推動電動推桿(9); 5)、電動推桿(9)推動轉(zhuǎn)向搖臂(12)，經(jīng)轉(zhuǎn)向節(jié)臂(13)將力矩傳遞到轉(zhuǎn)向梯形(14)實現(xiàn)助力功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車轉(zhuǎn)向鋪助控制系統(tǒng)及控制方法，具體涉及一種力與位移耦合控制的電動推桿式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及控制方法。傳動機(jī)構(gòu)連接轉(zhuǎn)向電機(jī)的力矩輸出端通過輸出軸與蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器相連，蝸桿曲柄指銷式轉(zhuǎn)向器上的轉(zhuǎn)向搖臂控制轉(zhuǎn)向節(jié)臂，制轉(zhuǎn)向節(jié)臂連接轉(zhuǎn)向梯形桿；助力電機(jī)與減速機(jī)構(gòu)連接帶動，減速機(jī)構(gòu)推動電動推桿，助力電機(jī)通過ECU進(jìn)行控制。本發(fā)明在各種行駛工況下提供合適的助力，減小由路面不平所引起的對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的擾動，改善汽車的轉(zhuǎn)向特性，減輕汽車低速行駛時的轉(zhuǎn)向操縱力，提高汽車高速行駛時的轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性，進(jìn)而提高汽車的主動安全性，且可通過設(shè)置不同的轉(zhuǎn)向手力特性來滿足不同使用對象的需要。
文檔編號B62D119/00GK102632921SQ201210118208
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者張宗強(qiáng), 徐曉宏, 李翊君, 王春燕, 王筠菲, 趙萬忠, 趙婷 申請人:南京航空航天大學(xué)