CN101700786B - 具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

一种具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统的控制方法，属于客车转向系统领域，该系统依次包括转向盘、转向管柱、转矩传感器、助力电机、与助力电机相连的第一减速机构，循环球式转向器、转向摇臂轴、转向横拉杆、以及转向系统控制ECU；在转矩传感器和循环球式转向器之间设有第二减速机构，以及驱动该第二减速机构的转角电机。转角电机控制将理想传动比控制与稳定性控制融合在一起，进行附加转角控制，改变转向盘转角到前轮转角的传动比，增强转向系统在整车稳定控制中的作用；并将附加转角引起的转向反力矩补偿控制融合在助力电机的助力控制中，实现转角电机与助力电机的协调控制与配合，获得良好的驾驶员转向手感。

Description

具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种客车转向系统，特别是涉及一种客车的循环球式电动动力转向系统的控制方法。 

目前，现有的客车循环球式电动助力转向系统，只是根据驾驶员的转向操作意图提供可变助力，减轻驾驶员的转向负担。而不能根据车辆运行工况对操纵稳定性的要求实施主动修正控制，也不能对驾驶员的转向误操作进行补偿。特别地，现有的客车循环球式电动助力转向系统中，转向盘转角到前轮转角的传动比是固定的，固定传动比的缺陷主要表现为：低速或泊车工况下，驾驶员需要大转角地转动转向盘，而高速时又不能满足低转向灵敏度的要求，否则整车的稳定性和安全性会随之下降。因此，现有的客车循环球式电动助力转向系统不能同时满足低速灵敏性和高速稳定性的要求。 

本发明提供一种能够根据车速和前轮转角，以及整车稳定性状态信号改善转向系统的转向品质和整车操纵稳定性，主动安全性能更好的具有变传动比功能的客车循环球式电动动力转向控制方法。 

一种具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统的控制方法，其特征在于： 

该助力转向包括：转向盘、与转向盘相连的转向管柱、安装于转向管柱上的转矩传感器；还包括循环球式转向器，与循环球式转向器相连的第一减速机构，以及驱动该第一减速机构的助力电机；还包括通过转向摇臂轴与循环球式转向器相连的转向横拉杆；以及转向系统控制ECU；在上述转矩传感器和循环球式转向器之间设有第二减速机构，以及驱动该第二减速机构的转角电机。 

该控制方法如下所示： 

横摆角速度信号、质心侧偏角信号、侧向加速度信号和前轮转角信号，发到稳定性控制处理模块，得到稳定性控制信号； 

前轮转角信号和车速信号发到理想传动比处理模块，得到理想传动比控制信号； 

车速信号和转矩传感器测得的转矩传感器输出信号发到常规助力处理模块，得到常规助力控制信号； 

稳定性控制信号、转矩传感器输出信号、理想传动比控制信号和常规助力控制信号，发到转角电机控制模块，得到转角电机控制信号； 

转角电机控制信号和转角电机反馈信号发到转角电机跟踪控制器，得到转角电机总的控制信号，以控制转角电机提供附加转角，与转向盘提供的转向盘转角进行线性叠加，从而改变转向盘转角道前轮转角的传动比； 

转角电机总的控制信号和车速信号，发到反力矩补偿模块，得到反力矩补偿控制信号； 

常规助力控制信号和反力矩补偿控制信号，发到助力电机控制模块，得到助力电机控制信号； 

助力电机控制信号和助力电机反馈信号，发到助力电机跟踪控制器，得到助力电机总的控制信号，以控制助力电机，提供可变的转向助力，与驾驶员的力矩输入按一定比例关系进行线性叠加，通过第一减速机构，共同驱动循环球式转向器，控制转向横拉杆驱动车轮完成转向操作，并使驾驶员获得良好的转向手感。 

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果： 

(1)本发明是在现有的客车循环球式电动助力转向系统的基础上，增加了转角电机和第二减速机构，根据车速信号、横摆角速度信号、质心侧偏角信号、侧向加速度信号和前轮转角信号，转向系统控制ECU控制转角电机施加附加转角控制，改变转向盘转角到前轮转角的传动比，使得客车在低速或泊车时，提高转向系统的转向灵敏度和轻便性，减轻驾驶员的转向操作负担；而在高速时，降低转向系的转向灵敏度，增加转向沉重感觉，减轻驾驶员的精神负担，增强转向系统在整车稳定性控制中的作用，提高客车的行驶主动安全性； 

(2)转角电机的控制中，将理想传动比控制与稳定性控制融合在一起，进行更为合理的附加转角控制，改变转向盘转角到前轮转角的传动比； 

(3)助力电机的助力控制中，融合了转角电机施加的附加转角引起的转向反力矩的补偿控制，使得转向系统能够根据不同的路面状况、驾驶员转向操作和转角电机的附加转角控制，提供更为合理的、可变的转向助力，使得驾驶员获得良好的转向手感。 

附图说明

图1为根据本发明的具有变传动比功能的客车循环球式电动动力转向系统结构框图。 

图2为根据本发明的转向控制单元ECU实施控制的原理框图。 

图中标号名称：1为转向盘，2为转向管柱，3为转矩传感器，4为第二减速机构，5为螺杆和螺母传动副，6为循环球式转向器，7为齿条与齿扇传动副，8为第一减速机构，9为转向摇臂轴，10为转向横拉杆，11为车轮，12为助力电机，13为助力电机反馈信号，14为助力电机总的控制信号，15为转角电机反馈信号，16为转角电机总的控制信号，17为转角电机，18为车速信号，19为转向系统控制ECU，20为转矩传感器信号，21为横摆角速度信号，22为质心侧偏角信号，23为侧向加速度信号，24为前轮转角信号，25为稳定性控制处理模块，26为理想传动比处理模块，27为常规助力处理模块，28为稳定性控制信号，29为理想传动比控制信号，30为常规助力控制信号，31为转角电机控制模块，32为转角电机控制信号，33为转向反力矩补偿模块，34转向反力矩补偿控制信号，35为助力电机控制模块，36为助力电机控制信号，37为转角电机跟踪控制器，38为助力电机跟踪控制器。 

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术特点，下面结合附图对本发明作进一步地说明。 

如图1所示，本发明具有变传动比功能的客车循环球式电动动力转向系统包括转角电机和助力电机，以及第二减速机构和第一减速机构。在转矩传感器3和循环球式转向器6之间设有第二减速机构4，以及驱动该第二减速机构4的转角电机17。助力电机12通过第一减速机构8与循环球式转向器6相连。循环球式转向器6由两级传动副组成：第一级为螺杆和螺母传动副5；第二级为齿条与齿扇传动副7。转向横拉杆10通过转向摇臂轴9与循环球式转向器6相连。驾驶员转动转向盘1时，转矩传感器3获得的转矩传感器信号20，以及车速信号 18、横摆角速度信号21、质心侧偏角信号22、侧向加速度信号23和前轮转角信号24，发到转向系统控制ECU19，转向系统控制ECU19根据上述信号，给出转角电机总的控制信号16和助力电机总的控制信号14。转角电机总的控制信号16发到转角电机17，转角电机17通过驱动第二减速机构4提供附加转角，与驾驶员转角输入进行线性叠加，从而改变转向盘转角到到前轮转角的传动比，实现变传动比控制和稳定性控制，改善转向系统的转向品质和整车操纵稳定性。助力电机总的控制信号14发到助力电机12，助力电机12通过驱动第一减速机构8施加更为合理的、可变的转向助力，与驾驶员的力矩输入按一定比例关系进行线性叠加，共同驱动循环球式转向器6完成转向操作，并使驾驶员获得良好的转向手感。 

具有变传动比功能的客车循环球式电动动力转向系统的转向系统控制ECU的原理框图如图2所示，车速信号18和转矩传感器输出信号20发到常规助力处理模块27，常规助力处理模块27根据事先制定的常规助力Map图确定常规助力控制信号30，并将常规助力控制信号30发到转角电机控制模块31和助力电机控制模块35。车速信号18和前轮转角信号24发到理想传动比处理模块26，理想传动比处理模块26根据事先制定的理想传动比Map图确定理想传动比控制信号29，并将理想传动比控制信号29发到转角电机控制模块31。横摆角速度信号21、质心侧偏角信号22、侧向加速度信号23和前轮转角信号24发到稳定性控制处理模块25。稳定性控制处理模块25将采集到的横摆角速度信号21、质心侧偏角信号22、侧向加速度信号23和前轮转角信号24的实际值与其期望值的偏差，以一定的权重叠加并经过积分器的积分作用，得到稳定性控制信号28，并将稳定性控制信号28发到转角电机控制模块31。转角电机控制模块31将接收到的稳定性控制信号28、转矩传感器输出信号20、理想传动比控制信号29和常规助力控制信号30，通过非线性映射得到转角电机控制信号32，并将转角电机控制信号32发到转角电机跟踪控制器37。转角电机跟踪控制器37根据转角电机反馈信号15和转角电机控制信号32对转角电机的转角进行反馈跟踪控制，得到转角电机总的控制信号16。转角电机总的控制信号16和车速信号18，发到反力矩补偿模块33。反力矩补偿模块33根据事先制定的补偿反力矩Map图确定反力矩补偿控制信号34，并将反力矩补偿控制信号34发到助力电机控制模块35。助力电机控制模块35将采集得到的常规助力控制信号30和反力矩补偿控制信号 34，经过线性叠加后得到助力电机控制信号36，并将助力电机控制信号36发到助力电机跟踪控制器38。助力电机跟踪控制器38根据助力电机反馈信号13和助力电机控制信号36，对助力电机的助力电流进行反馈跟踪控制，并得到助力电机总的控制信号14。 

Claims (1)

1.一种具有变传动比功能的客车循环球式电动助力转向系统的控制方法，其特征在于：

该助力转向系统包括：转向盘(1)、与转向盘(1)相连的转向管柱(2)、安装于转向管柱(2)上的转矩传感器(3)；还包括循环球式转向器(6)，与循环球式转向器(6)相连的第一减速机构(8)，以及驱动该第一减速机构(8)的助力电机(12)；还包括通过转向摇臂轴(9)与循环球式转向器(6)相连的转向横拉杆(10)；以及转向系统控制ECU(19)；在上述转矩传感器(3)和循环球式转向器(6)之间设有第二减速机构(4)，以及驱动该第二减速机构(4)的转角电机(17)；

该控制方法如下所示：

横摆角速度信号(21)、质心侧偏角信号(22)、侧向加速度信号(23)和前轮转角信号(24)，发到稳定性控制处理模块(25)，得到稳定性控制信号(28)；

前轮转角信号(24)和车速信号(18)发到理想传动比处理模块(26)，得到理想传动比控制信号(29)；

车速信号(18)和转矩传感器(3)测得的转矩传感器输出信号(20)发到常规助力处理模块(27)，得到常规助力控制信号(30)；

稳定性控制信号(28)、转矩传感器输出信号(20)、理想传动比控制信号(29)和常规助力控制信号(30)，发到转角电机控制模块(31)得到转角电机控制信号(32)；

转角电机控制信号(32)和转角电机反馈信号(15)发到转角电机跟踪控制器(37)，得到转角电机总的控制信号(16)，以控制转角电机(17)提供附加转角，与转向盘(1)提供的转向盘转角进行线性叠加，从而改变转向盘转角到前轮转角的传动比；

转角电机总的控制信号(16)和车速信号(18)，发到反力矩补偿模块(33)，得到反力矩补偿控制信号(34)；

常规助力控制信号(30)和反力矩补偿控制信号(34)，发到助力电机控制模块(35)，得到助力电机控制信号(36)；

助力电机控制信号(36)和助力电机反馈信号(13)，发到助力电机跟踪控制器(38)，得到助力电机总的控制信号(14)，以控制助力电机(12)，提供可变的转向 助力，与驾驶员的力矩输入按一定比例关系进行线性叠加，通过第一减速机构(8)，共同驱动循环球式转向器(6)，控制转向横拉杆(10)驱动车轮(11)完成转向操作，并使驾驶员获得良好的转向手感。 

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