本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的應(yīng)用，更具體的說，本發(fā)明涉及一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

線控轉(zhuǎn)向作為線控技術(shù)在汽車產(chǎn)品上的一種應(yīng)用，用電子執(zhí)行器，傳感器，控制器代替了傳統(tǒng)機械和液壓系統(tǒng)的的轉(zhuǎn)向、加速、制動等功能，駕駛方便，提高了整車安全性。線控命令的實現(xiàn)使得新型的人機接口如操縱桿控制成為可能，用操縱桿代替方向盤轉(zhuǎn)向，增大了駕駛室空間利用率，減小了二次碰撞傷害，更利于整車集成和一側(cè)肢體有殘疾的駕駛員使用；線控技術(shù)的發(fā)展也使得四輪轉(zhuǎn)向越來越成為趨勢，相比于兩輪轉(zhuǎn)向，四輪轉(zhuǎn)向減小了泊車時的轉(zhuǎn)彎半徑，提高了高速行駛時的操縱性穩(wěn)定性。使用操縱桿控制車輛全線控四輪轉(zhuǎn)向時，由于操縱桿相比于方向盤，轉(zhuǎn)角范圍顯著減小，因此對操縱桿轉(zhuǎn)角進行準(zhǔn)確測量就顯得尤為重要，車輪總成由于集成了多個電機，工作時產(chǎn)生的溫度較高，對傳感器耐熱性要求也較高。目前通用的轉(zhuǎn)角傳感器是采用齒輪的機械結(jié)構(gòu)，由于機械摩擦，遲滯時間長，測量準(zhǔn)確性差，還有使用電磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)角傳感器，這種傳感器需要各種電子線路將傳感器原始信號轉(zhuǎn)換為適合應(yīng)用的信號形式，由于傳感器內(nèi)部有比較多的電子部件,因此它們對于溫度比較敏感,同時,由于永磁體的存在,容易受到外部磁場的干擾。

鑒于這些轉(zhuǎn)角傳感器用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向時的局限性，本發(fā)明即是一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)安裝方便，測量精度高，不受磁場、高溫影響，應(yīng)用于全線控四輪轉(zhuǎn)向時，除了克服了上述傳統(tǒng)轉(zhuǎn)角傳感器的不足，還增加了轉(zhuǎn)向容錯等功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，其特征在于：該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)所使用的轉(zhuǎn)角傳感器是一種無導(dǎo)線連接的，無接觸的傳感器，利用光學(xué)介質(zhì)進行角度檢測，不受溫度和磁場的影響，包括光電探測器，激光反射盤，電子控制單元；基于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向汽車匹配有五個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，一個用于測量操縱桿轉(zhuǎn)動角度，四個用于全線控車輪總成中各個車輪轉(zhuǎn)動角度測量，五個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)使用相同類型的轉(zhuǎn)角傳感器；全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)也可用于每個車輪轉(zhuǎn)向角度初始位置校正和電子限位，并且為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角信號增加容錯功能；除此之外，該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)還可對不同車速下操縱桿和車輪不同的轉(zhuǎn)動角度范圍進行變量程變精度測量。

全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)所使用的轉(zhuǎn)角傳感器無導(dǎo)線連接，使得該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝和集成；用于操縱桿轉(zhuǎn)動角度測量時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)可直接安裝在操縱桿結(jié)構(gòu)中；用于車輪總成的車輪轉(zhuǎn)動角度測量時，可集成在車輪輪轂內(nèi)；該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)實現(xiàn)了與操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向車輛的操縱桿、車輪總成的有效匹配。

四個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)用于四個全線控車輪總成，車輪總成包括輪轂電機、轉(zhuǎn)向電機、懸架電機、制動電機；輪轂電機用于驅(qū)動，轉(zhuǎn)向電機用于轉(zhuǎn)向，懸架電機用于減振，制動電機用于剎車，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)和四個電機均整合到車輪輪轂內(nèi)，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)用于測量車輪轉(zhuǎn)角信號。

該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)用于車輪總成測量車輪轉(zhuǎn)角時，由于轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)角傳感器利用光學(xué)介質(zhì)進行測量，因此在測量過程中可以不受輪轂電機、轉(zhuǎn)向電機、懸架電機、制動電機工作時產(chǎn)生的電磁干擾，同時，車輪總成中尤其是輪轂電機和制動電機，在工作過程中會產(chǎn)生大量的熱量，該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)利用光學(xué)介質(zhì)測量的特性使其耐高溫，測量精度在電機工作產(chǎn)生的高溫環(huán)境中不會受到影響。

該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)用于車輪總成測量車輪轉(zhuǎn)角時，由于轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)采用無線傳輸，因此在轉(zhuǎn)角信號傳輸過程中可以不受輪轂電機、轉(zhuǎn)向電機、懸架電機、制動電機工作時產(chǎn)生的電磁干擾和熱干擾，四個車輪總成轉(zhuǎn)角信號同步傳給電子控制單元，時間遲滯小，信號傳輸速度快。

用于車輪總成測量車輪轉(zhuǎn)角的四個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，每個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角傳感器在1個基礎(chǔ)光學(xué)觸點的基礎(chǔ)上，另外布置2個冗余光學(xué)觸點，當(dāng)基礎(chǔ)光學(xué)觸點出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的報警燈閃爍，2個冗余光學(xué)觸點進行轉(zhuǎn)角測量，實現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量的冗余功能，提供安全保障；當(dāng)四個車輪總成中的某一轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)徹底出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的報警燈常亮，此時這一車輪總成參考同軸或同側(cè)車輪總成轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角信號，由轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)無故障的車輪總成控制進行兩輪轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)角信號的容錯功能。

在車輛的儀表盤上為五個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)設(shè)置報警燈，當(dāng)轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)所用轉(zhuǎn)角傳感器的基礎(chǔ)光學(xué)觸點出現(xiàn)故障時，報警燈閃爍，當(dāng)轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)徹底出現(xiàn)故障喪失測量能力時，報警燈常亮提醒，將五個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的報警燈分別設(shè)置為操縱桿報警燈、左前輪報警燈、右前輪報警燈、左后輪報警燈、右后輪報警燈，便于區(qū)分哪一個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)出現(xiàn)故障。

全線控四輪轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角范圍為0度到±90度，在車輪的±90度極限位置分別安裝一個霍爾限位開關(guān)，用于判斷車輪總成是否轉(zhuǎn)動到極限位置，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過光學(xué)觸點獲取車輪轉(zhuǎn)動的相對角度和轉(zhuǎn)向方向，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)到±90度的極限位置時，電子控制單元根據(jù)霍爾限位開關(guān)信號而中斷繼續(xù)轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)對車輪進行90度的電子限位，從而減小車輛移位、泊車時車輪受過度扭矩的磨損，避免線束遭到破壞。

在車輪的±90度極限位置分別布置一個霍爾限位開關(guān)撥片，當(dāng)霍爾限位開關(guān)輸出數(shù)字信號為“1”時，說明霍爾限位開關(guān)撥片工作，撥片旋轉(zhuǎn)到霍爾元件兩極光束之間使霍爾限位開關(guān)閉合，此時車輪在±90度位置，電子控制單元控制轉(zhuǎn)向電機輸出力矩使車輪回到零點位置；當(dāng)霍爾限位開關(guān)輸出數(shù)字信號為“0”時，說明霍爾限位開關(guān)撥片不工作，霍爾限位開關(guān)處于開啟狀態(tài)，此時車輪不在±90度位置，電子控制單元控制轉(zhuǎn)向電機輸出力矩使車輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)霍爾限位開關(guān)輸出數(shù)字信號又為“1”時，車輪到達±90度位置，此時同樣使轉(zhuǎn)向電機輸出力矩控制車輪回到零點位置，實現(xiàn)了車輛每次啟動時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)對車輪初始位置的校正。

該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的測量范圍為0度到±90度，車輛轉(zhuǎn)向時，車輪常用轉(zhuǎn)角范圍和操縱桿轉(zhuǎn)角工作范圍均為0度到±40度，因此，要求轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)0度到±40度比±40度到±90度范圍的測量精度高，將轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)使用的轉(zhuǎn)角傳感器通過激光反射盤分為0度到±40度小量程高精度部分和±40度到±90度大量程低精度部分，當(dāng)車輪和操縱桿轉(zhuǎn)角在常用工作范圍時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過小量程高精度部分進行精確測量，當(dāng)車輛在低速、大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時，車輪轉(zhuǎn)角可能超出±40度，此時轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過大量程低精度部分進行測量，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的變量程變精度測量，減少傳感器成本。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述的適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)利用光學(xué)介質(zhì)進行角度測量，應(yīng)用于車輪總成時，不受電機工作產(chǎn)生的高溫、磁場干擾，測量準(zhǔn)確，轉(zhuǎn)角信號傳輸給電子控制單元的時間遲滯小。

2.本發(fā)明所述的適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)可對車輪初始位置進行校正和電子限位，多重容錯功能提高了全線控四輪轉(zhuǎn)向的安全性。

2.本發(fā)明所述的適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，用于操縱桿和車輪轉(zhuǎn)角測量時可實現(xiàn)變量程變精度測量，既提高了測量精度，又節(jié)約了成本。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明：

圖1是本發(fā)明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)中所涉及的操縱桿、四輪位置示意圖；

圖2是本發(fā)明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)中所涉及的車輪總成示意圖；

圖3是本發(fā)明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)所涉及的操縱桿總成結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明所述的一種適用于操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)所涉及的轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)控制邏輯流程圖；

圖5是本發(fā)明所述的一種適用于分布式全線控汽車的轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)所涉及的霍爾限位開關(guān)總成示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

參照附圖所示，本發(fā)明意在實現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)與操縱桿控制的汽車全線控四輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的有效匹配，通過應(yīng)用于操縱桿和車輪總成的轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)精確測量、傳輸，為駕駛員提供準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向信號，提高車輛的操縱穩(wěn)定性和安全性。

參照附圖1所示，由操縱桿控制的全線控四輪轉(zhuǎn)向車輛中，共匹配了五個轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)5安裝在操縱桿6中，用于測量操縱桿轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)1、2、3、4分別安裝在左前輪、左后輪、右前輪、右后輪四個車輪總成中，用于測量車輪轉(zhuǎn)角。操縱桿6置于主駕駛位置、副駕駛位置、座椅處均可，便于一側(cè)肢體有殘疾的駕駛員使用，它安裝方便，節(jié)省空間，提高了駕駛室的空間利用率，同時，在車輛發(fā)生事故時，駕駛員也不會受到二次撞擊傷害。

參照附圖2所示，全線控四輪轉(zhuǎn)向的車輪總成包括輪轂電機、制動電機、轉(zhuǎn)向電機、懸架電機、轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，四個電機在車輪輪轂內(nèi)緊湊分布，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)安裝在轉(zhuǎn)向電機輸出軸一端用于測量車輪轉(zhuǎn)角信號。轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過光學(xué)介質(zhì)便可測量轉(zhuǎn)角信號且是無線傳輸，因此在測量過程中和轉(zhuǎn)角信號傳輸過程中不會受到四個電機工作產(chǎn)生的高溫、電磁影響，因此轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)測量精確，能迅速將轉(zhuǎn)角信號傳送給電子控制單元，時間遲滯極小。

參照附圖3所示，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角傳感器包括激光反射盤7，光學(xué)觸點8(基礎(chǔ))，光學(xué)觸點9(冗余)，光學(xué)觸點10(冗余)，光學(xué)觸點通過兩組激光二極管將兩束光投射到激光反射盤7上，兩個光電探測器從激光反射盤7上獲得這兩束光，兩套準(zhǔn)直物鏡系統(tǒng)來將這些光束聚焦，第一束光被用來獲得相對角度，第二束光獲得轉(zhuǎn)向方向。角度讀取的分辨率為1度或更小，1度分為同等數(shù)量的凹坑和非凹坑，非凹坑映射到邏輯“1”，而凹坑映射到邏輯“0”。

參照附圖1、3所示，為了提供冗余，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角傳感器上2個冗余光學(xué)觸點9、10，可實現(xiàn)2重轉(zhuǎn)向容錯功能。車輛的儀表盤上為轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)1、2、3、4、5設(shè)置報警燈，分別為左前輪報警燈、左后輪報警燈、右前輪報警燈、右后輪報警燈，操縱桿報警燈。當(dāng)基礎(chǔ)光學(xué)觸點8出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)對應(yīng)的報警燈閃爍，2個冗余光學(xué)觸點進行轉(zhuǎn)角測量，實現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量的冗余功能；當(dāng)四個車輪總成中的某一轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)徹底出現(xiàn)故障時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)對應(yīng)的報警燈常亮，此時這一車輪總成參考同軸或同側(cè)車輪總成轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)角信號，由轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)無故障的車輪總成控制進行兩輪轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)角信號的容錯功能，提高了車輛的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向安全性。

參照附圖4所示，光學(xué)觸點包括相對角度點和轉(zhuǎn)向方向點，相對角度點和轉(zhuǎn)向方向點同時讀取數(shù)據(jù)，在任何給定點，轉(zhuǎn)向方向點應(yīng)在相對角度點后3/4度。當(dāng)相對角度點發(fā)現(xiàn)一個下降沿過渡，即從邏輯“1”變?yōu)檫壿嫛?”，電子控制單元中斷，轉(zhuǎn)向方向點進行數(shù)據(jù)讀取，如果轉(zhuǎn)向方向點讀取為邏輯“0”，轉(zhuǎn)向方向是順時針且相對角度遞增；如果轉(zhuǎn)向方向點讀取為邏輯“1”，轉(zhuǎn)向方向是逆時針且相對角度遞減。因此，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)可在順時針和逆時針方向進行角度測量。

全線控四輪轉(zhuǎn)向車輪的轉(zhuǎn)角范圍為0度到±90度，在車輪的±90度極限位置分別安裝一個霍爾限位開關(guān)。用于車輪總成的轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過光學(xué)觸點獲取車輪轉(zhuǎn)動的相對角度和轉(zhuǎn)向方向，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)到±90度的極限位置時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)將極限轉(zhuǎn)角信號傳給電子控制單元，電子控制單元發(fā)出警告并中斷車輪超出極限位置繼續(xù)轉(zhuǎn)向，同時霍爾限位開關(guān)閉合，對車輪進行90度的電子限位，減小車輛移位、泊車時車輪受過度扭矩的磨損，避免線束遭到破壞。

參照附圖5所示，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的霍爾限位開關(guān)總成包括霍爾元件11，撥片12，霍爾元件兩極間光束13，霍爾元件A點14，霍爾元件B點15。車輛在啟動時，各個車輪轉(zhuǎn)角不一致，需要對車輪進行初始位置的校正。在車輪的±90度極限位置分別布置一個霍爾限位開關(guān)撥片12，當(dāng)霍爾限位開關(guān)輸出數(shù)字信號為“1”時，說明霍爾限位開關(guān)撥片12工作，撥片12旋轉(zhuǎn)到霍爾元件11兩極的A、B點光束13之間時霍爾限位開關(guān)閉合，此時車輪在±90度位置，電子控制單元控制轉(zhuǎn)向電機輸出力矩使車輪回到零點位置；當(dāng)霍爾限位開關(guān)輸出數(shù)字信號為“0”時，說明霍爾限位開關(guān)撥片12不工作，霍爾限位開關(guān)處于開啟狀態(tài)，此時車輪不在±90度位置，電子控制單元控制轉(zhuǎn)向電機輸出力矩使車輪轉(zhuǎn)動，當(dāng)霍爾限位開關(guān)輸出數(shù)字信號又為“1”時，車輪到達±90度位置，此時同樣使轉(zhuǎn)向電機輸出力矩控制車輪回到零點位置，實現(xiàn)了車輛每次啟動時，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)對車輪初始位置的校正，在此過程中，不需要必須使用絕對位置傳感器來測量校正，該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)相比絕對位置傳感器，成本減少至少一倍，經(jīng)濟實用性更強。

該轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的測量范圍為0度到±90度，根據(jù)不同車速范圍的操縱桿轉(zhuǎn)角和車輪轉(zhuǎn)角不同，在轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)中，將轉(zhuǎn)角傳感器的整個激光反射盤分為0度到±40度的小量程高精度部分和±40度到±90度的大量程低精度部分，大量程低精度部分的角度分辨率為0.3度，小量程高精度部分的角度分辨率為0.05度。車輛轉(zhuǎn)向時，車輪常用轉(zhuǎn)角范圍和操縱桿轉(zhuǎn)角工作范圍均為0度到±40度，轉(zhuǎn)角較小，測量精度要求偏高，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過小量程高精度部分進行精確測量；當(dāng)車輛在低速、大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)向時，車輪轉(zhuǎn)角可能超出±40度，此時轉(zhuǎn)角較大，測量精度要求偏低，轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)通過大量程低精度部分進行測量，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)的變量程變精度測量。將轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)分為大量程低精度和小量程高精度兩部分，能同時滿足操縱桿和車輪轉(zhuǎn)角測量精度的要求，因此操縱桿和車輪總成可用相同類型的轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)。變量程變精度便可滿足測量精度要求，也使得轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)不必全部制成高精度來測量，降低了制造成本。