CN101298255A - 一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽车转向系统，尤其是涉及一种汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置。包括转向盘、谐波减速器、同步电动机、电子控制单元(ECU)，转向盘转轴上设有一个转矩传感器和一个角位移传感器，可以将信号传递到电子控制单元。同时，转向盘的转矩通过谐波减速将转矩传递到同步电动机，同步电动机的线圈电流信息通过一个霍尔电流传感器传递给电子控制单元。电子控制单元接收到这些信息后，结合另两个端口接收到的车速信号和负载转矩信号，经过相位补偿、阻尼补偿、惯量补偿和摩擦补偿等，控制同步电动机的转动，得到一个反馈转矩，并通过减速器传递给转向盘。

Description

一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置

技术领域

本发明涉及一种汽车转向系统，尤其是涉及一种汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置。

背景技术

传统的汽车转向系统由转向盘，转向柱和力矩传动装置构成，采用机械连接。这种转向系统的缺点是需要驾驶员较大力的进行操作，为了使驾驶员打方向时省力，有人在此基础上设计了液压助力转向系统和电动力转向系统，但其仍然靠机械连接来完成人力操作方向盘到轮胎偏转的转换，所以它仍然存在转向盘易抖动的问题，而且在撞车事故中转向柱易对驾驶员造成伤害。

出于这样的考虑，申请号为200420041812.2的实用新型公开了一种汽车电子转向器，它由转向盘和控制系统，控制系统非机械式或液压式，为电子控制系统。与汽车方向盘联动的旋转编码器，将方向盘转动时的方向及转角以电平信号及脉冲信号输出，每正反旋转一个角度位置，位置旋转编码器就输出相应的脉冲信号。该信号的个数准确代表了方向盘旋转角度大小。这种设计提高了安全系数，降低了驾驶员的工作强度，但由于驾驶员操作只根据其对路面状况的视觉判断，这在很大程度上改变了驾驶员的操作习惯，使其无法根据对转向盘的触觉感受来判断当时的车况、路况，因此埋下了很大的安全隐患。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的在线控(电子控制)汽车转向系统操作中，驾驶员无法通过对转向盘的触觉感受来判断车况、路况的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：设计一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，包括转向盘、控制及路感反馈系统，其特征在于所述的控制及路感反馈系统有一个减速器，其低速端与转向盘的转轴相连，高速端与一个同步电机的转子相连，转向盘的转轴上设有转矩传感器，转矩传感器的信号输出端与一个电子控制单元相连，所述的电子控制单元有一个端口与同步电机线圈相连，有一个端口用于接收负载转矩信号，有一个端口用于接收车速信号，电子控制单元与同步电机之间还连接有一个霍尔电流传感器。驾驶员转动转向盘后，一方面通过减速器将力矩传递给电机转子，带动电机转子的转动；另一方面力矩通过转矩传感器，将信号传递给电子控制单元，电子控制单元还接收电机的电流信号，该电流信号反应了电机的负载、阻力等状况，同时，又接收到负载转矩信号和车速信号。电子控制单元通过对这些信息的综合判断，依据转矩反馈图(附图4)，进行适当的相位补偿、阻尼补偿、惯量补偿和摩擦补偿等，并向电机发出命令，使得电机进行适当的旋转。电机的旋转通过减速器的作用后，形成一个和驾驶员输入反向的反馈转矩，使得驾驶员能够通过这个反馈转矩感受到真实的路面状况。

所述电子控制单元有一个转矩模拟功能区块。该区块能根据驾驶员的输入转矩得到一个与之对应的参考转矩的数据信号。

作为优选，所述的转向盘的转轴上设有一个角位移传感器，角位移传感器的信号发出端与电子控制单元相连。角位移传感器可以得到转向盘转动的角度和像位，并将信号传递给电子控制单元，而且还可以将该信号发送给方向轮偏转的驱动系统。

作为优选，所述的减速器为谐波齿轮减速器。谐波齿轮减速器的特点是传动比大、外形轮廓小、零件数目少、传动效率高、承载能力较高，当柔轮的扭转刚度较高时，可实现无侧隙的高精度啮合。而且，这种减速器还可以方便的进行力矩的反向传递。

作为优选，所述的谐波齿轮减速器有一个刚轮和一个与刚轮的内齿啮合的柔轮，减速器的中心有一个转轴，并有一个转臂与转轴相连，转臂的两端分别设有滚轮，滚轮与柔轮的内圈相接触。具有两个滚轮的叫做双波传动谐波齿轮减速器。因为本设计中的力矩传递精度并不是有很高的要求，所以双波传动谐波齿轮减速器是可以正常使用的。而且结构简单，制造方便，形成波峰容易。

因此，本发明具有结构合理，安装使用方便，对道路状况模拟的真实感强，改善了驾驶的舒适性、提高了车辆的操纵稳定性等特点。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是本发明中使用的谐波齿轮减速器的一种结构示意图；

附图3是本发明的信号传递过程的示意图；

附图4是本发明的转矩反馈图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如附图1，本发明有一个电子控制单元(ECU)，电子控制单元有一个车速信号接收端口、一个负载力矩信号接收端口，有一个转向盘转轴力矩信号接收端口与一个设于转向盘转轴的力矩传感器相连，有一个转向盘轴的角位移信号接收端口与一个设于转向盘转轴的力角位移传感器相连、还有一个霍尔电流传感器的信号接收端口以及一个向电机发出指令的命令端口与一个电机的线圈相连。转向盘的转轴与一个双波传动谐波齿轮减速器(如图2)的底速端(柔轮)相连，谐波齿轮减速器的高速端(刚轮)与上述电机的转子相连，减速器高速端(刚轮)的齿数(Z_G)为200，低速端(柔轮)的齿数(Z_R)为198，根据传动比公式：

$i_{\mathrm{HG}}^R=\frac{Z_G}{Z_G-Z_R}$

传动比为100。

如附图3，本发明的电子控制单元具有相位补偿、阻尼补偿、惯量补偿、摩擦补偿等各种功能区块，转向盘在驾驶员的操作下，发生转动，一方面，在设于转轴上的力矩传感器和角位移传感器的作用下，分别将力矩信号和角位移信号传递给电子控制单元；另一方面，转向盘转轴的力矩通过谐波齿轮减速器传递给了电机，电机转动中的快慢、相序和负载情况可以由霍尔电流传感器进行检测，并将检测到的信号发送给电子控制单元，电子控制单元在接到各种信号后，综合车速和负载扭矩，依据转矩反馈图(附图4)，通过计算，得出一个补偿结果，并发出指令，使得电机进行旋转，这个电机的旋转通过减速器的减速之后传递到转向盘，此时转向盘对驾驶员有一个作用力，使得驾驶员能够通过手部的感受得到逼真的路面状况。

Claims (7)

1.一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，包括转向盘、控制及路感反馈系统，其特征在于所述的控制及路感反馈系统有一个减速器(3)，其低速端与转向盘(9)的转轴相连，高速端与一个同步电机(5)的转子相连，转向盘的转轴上设有转矩传感器(1)，转矩传感器的信号输出端与一个电子控制单元(4)相连，所述的电子控制单元有一个端口与同步电机线圈相连，有一个端口用于接收负载转矩信号(7)，有一个端口用于接收车速信号(8)，电子控制单元与同步电机之间还连接有一个霍尔电流传感器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，其特征在于所述电子控制单元有一个转矩模拟功能区块。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，其特征在于所述的转向盘的转轴上设有一个角位移传感器(2)，角位移传感器的信号发出端与电子控制单元相连。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，其特征在于所述的减速器为谐波齿轮减速器。

5.根据权利要求4所述的一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，其特征在于所述的谐波齿轮减速器有一个刚轮(31)和一个与刚轮的内齿啮合的柔轮(32)，减速器的中心有一个转轴，并有一个转臂(34)与转轴相连，转臂的两端分别设有滚轮(33)，滚轮与柔轮的内圈相接触。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，其特征在于所述电子控制单元具有相位补偿、阻尼补偿、惯量补偿和摩擦补偿的功能区块。

7.根据权利要求3所述的一种用于汽车线控转向系统的模拟驾驶员路感装置，其特征在于所述电子控制单元具有相位补偿、阻尼补偿、惯量补偿和摩擦补偿的功能区块。

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